DE1128572B - Device for equalizing the operating pressure of coolant and moderator in a nuclear reactor with higher operating pressure - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausgleich des Betriebsdruckes von Kühlmittel und Moderator in einem Atomreaktor mit höherem Betriebsdruck, mit einer vom Kühlmittel durch eine Sperrflüssigkeit getrennten und innerhalb eines Moderatorgef äßes im Reaktorkessel befindlichen, vom Kühlmittel chemisch unterschiedlichen Moderatorflüssigkeit. The invention relates to a device for equalizing the operating pressure of coolant and moderator in a nuclear reactor with higher operating pressure, with one of the coolant through one Separate sealing liquid and located within a moderator vessel in the reactor vessel, from the coolant chemically different moderator liquid.

Es gibt Reaktoren, bei denen als Kühlmittel und Moderator verschiedene Medien verwendet werden. Meist kommt als drittes Medium noch das Schutzgas hinzu.There are reactors in which different media are used as coolants and moderators. The protective gas is usually added as a third medium.

Bei solchen Reaktoren besteht die Gefahr der wechselseitigen Vermischung und Reaktion der Medien. Um dies zu verhindern, kapselt man nach Möglichkeit die Durchfluß- bzw. Aufnahmeräume der Medien allseitig gegeneinander ab oder hält zumindest die Berührungsflächen der Medien klein. Zur Trennung hat man auch schon Pufferschichten zwischen den Medien verwendet.In such reactors there is a risk of mutual mixing and reaction of the media. In order to prevent this, the flow-through or receiving spaces of the are encapsulated as far as possible Media against each other on all sides or at least keeps the contact surfaces of the media small. To the Separation has also been used as buffer layers between the media.

Bei Reaktoren mit verschiedenen Medien sollen die Medien, abgesehen von der bereits erwähnten Trennung und kleinen Berührungsfläche, vor allem auch gleichen Druck im Betrieb beibehalten. Es sollen ferner Ausdehnungsräume für die Medien, ohne Schaffung toten Raumes im Inneren des Reaktorkessels, vorgesehen sein und die Medien sollen leicht zu reinigen und zu erneuern sein.In the case of reactors with different media, the media should, apart from the separation already mentioned and small contact area, especially also maintain the same pressure during operation. It should also Expansion spaces for the media without creating dead space inside the reactor vessel, be provided and the media should be easy to clean and renew.

All dies erreicht die eingangs genannte Vorrichtung dadurch, daß sich erfindungsgemäß die Sperrflüssigkeit in einer Behälteranordnung nach Art eines Flüssigkeitsverschlusses (Siphon) außerhalb des Reaktorkessels befindet und durch ein Schutzgaspolster vom Moderatormittel getrennt ist. Besonders wesentlich sind dabei die sehr kleinen Berührungsflächen zwisehen Moderator, Schutzgas und Sperrflüssigkeit.The above-mentioned device achieves all of this in that, according to the invention, the barrier liquid in a container arrangement in the manner of a liquid seal (siphon) outside the reactor vessel and is separated from the moderator means by a protective gas cushion. Particularly essential are the very small contact areas between the moderator, protective gas and sealing liquid.

Die Zeichnungen veranschaulichen hierzu schematisch einige Ausführungsbeispiele, es zeigtThe drawings illustrate this schematically some exemplary embodiments, it shows

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Druckausgleichsystems mit Reaktor- und Moderatorkessel undFig. 1 shows the basic structure of the pressure equalization system with reactor and moderator boiler and

Fig. 2 und 3 bevorzugte Ausführungsformen des Druckausgleichssystems.2 and 3 preferred embodiments of the pressure compensation system.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 steht der gegen das Reaktorkühlmittel 1 abgekapselte Moderatorraum 2 mit dem Reaktordruckkessel 3 über das nach dem Siphonprinzip arbeitende Behältersystem 4, 5, 6 in Druckausgleich. Im Siphonteil berührt die auf die Ausgleichsbehälter 4, S gleichmäßig verteilte Sperr- bzw. Pufferflüssigkeit 7 reaktorseitig direkt das Kühlmittel 1. Moderatorseitig steht sie unter Zwischenschaltung des Schutzgases 8 im Ausdehnungsbehälter 6 mit dem Moderator 9 in Berührung. Als Kühlmittel ist bei-Vorrichtung zum AusgleichIn the arrangement according to FIG. 1, the moderator space 2, which is encapsulated from the reactor coolant 1, stands with the reactor pressure vessel 3 via the container system 4, 5, 6 in Pressure equalization. In the siphon part, the barrier or seal, which is evenly distributed over the expansion tanks 4, S, touches. Buffer liquid 7 directly coolant 1 on the reactor side Protective gas 8 in the expansion tank 6 with the moderator 9 in contact. The coolant is at the device to compensate

des Betriebsdruckes von Kühlmittelthe operating pressure of the coolant

und Moderator in einem Atomreaktorand moderator in a nuclear reactor

mit höherem Betriebsdruckwith higher operating pressure

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Hans Kröpfl, Dr. rer. nat. Albert ZieglerHans Kröpfl, Dr. rer. nat. Albert Ziegler

und Dipl.-Ing. Diethelm Knödler, Erlangen,and Dipl.-Ing. Diethelm Knödler, Erlangen,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

spielsweise CO₂, als Moderator D₂O, als Schutzgas Helium und als~Sperr- bzw. Pufferflüssigkeit ebenfalls D₂O vorgesehen.game as CO _2, is provided as a moderator D ₂ O, as inert gas of helium and the ~ barrier or buffer fluid also D ₂ O.

Das Kühlmittel tritt durch den Einlaßstutzen 10 von unten in den Reaktordruckkessel 3 ein, durchströmt die Brennstoffkanäle — es ist der Einfachheit halber nur ein einziger Kanal, nämlich der Kanal 11, mit dem Brennstoffelement 12 dargestellt — und verläßt den Reaktor durch den Auslaßstutzen 13.The coolant enters the reactor pressure vessel 3 from below through the inlet port 10 and flows through it Fuel channels - for the sake of simplicity, there is only a single channel, namely channel 11, with the Fuel element 12 is shown - and leaves the reactor through the outlet connection 13.

Im einzelnen ist der im folgenden als Kühlmittel-Sperrflüssigkeitsbehälter bezeichnete Ausgleichsbehälter 4 mit seinem oberen Ende über die Kühlmittelleitungl4 an den Reaktorkessel angeschlossen. Die strichpunktiert eingezeichnete Linie im Behälter gibt den maximalen Stand der Sperrflüssigkeit 7 an, der der größten Volumenzunahme des Moderators vermehrt um die vorgesehene Druckausgleichsmenge entspricht. Die Sperrflüssigkeitsmenge ist zweckmäßig so zu bemessen, daß ein etwaiges Durchschlagen des Schutzgases in das Kühlmittel verhindert wird.In detail, it is hereinafter referred to as the coolant barrier fluid container designated expansion tank 4 with its upper end via the coolant line 14 connected to the reactor vessel. The dot-dash line in the container is there the maximum level of the barrier liquid 7, which increases the largest increase in volume of the moderator corresponds to the intended pressure equalization amount. The amount of sealing liquid is expediently measured in such a way that that any penetration of the protective gas into the coolant is prevented.

Das untere Ende des Kühlmittel-Sperrflüssigkeitsbehälters und des — im folgenden als Schutzgas-Sperrflüssigkeitsbehälter bezeichneten — Ausgleichsbehälter 5 stehen über die Sperrflüssigkeitsleitung 15 miteinander in Verbindung. Mit seinem oberen Ende ist der Schutzgas-Sperrflüssigkeitsbehälter über die Schutzgasleitung 16 an das obere Ende des Schutzgas-The lower end of the coolant barrier liquid container and the - hereinafter referred to as the inert gas barrier liquid container - Equalization tanks 5 are above the barrier fluid line 15 in connection with each other. The upper end of the protective gas barrier liquid container is above the Protective gas line 16 to the upper end of the protective gas

209 577/344209 577/344

behälters 6 angeschlossen. Die strichpunktiert eingezeichnete Linie in diesem Behälter hat die gleiche Bedeutung wie bei Behälter 4. Mit dem unteren Ende, ist der Schutzgasbehälter über die Moderatorleitung 17 an den Moderatorkessel 3 angeschlossen.container 6 connected. The dash-dotted line Line in this container has the same meaning as in container 4. With the lower end, the protective gas container is connected to the moderator boiler 3 via the moderator line 17.

Es ergibt sich somit ein durchgehendes, im Druckausgleich stehendes, siphonartiges Leiter- und Behältersystem, das kleine Behältervolumina aufweist und durch Verwendung von Puffer- und Schutzmedien eine Vermischung von Moderator und Kühlmittel praktisch verhindert. Die Verbindungsleitungen 15, 16, 17 zwischen den Behältern können überdies sehr leicht über Abzweigventile in Reinigungskreisläufe eingeschaltet werden, über die auch eine Erneuerung der Medien vorgenommen werden kann.The result is a continuous, pressure-equalized, siphon-like ladder and container system, which has small container volumes and through the use of buffer and protective media a mixing of moderator and coolant is practically prevented. The connecting lines 15, 16, 17 between the containers can also very easily be added to cleaning circuits via branch valves which can also be used to renew the media.

Um ein Hineinschleudern der Sperrflüssigkeit in den Schutzgasbehälter 6 — beispielsweise beim Schnellablaß des Moderators — zu vermeiden, schaltet man zweckmäßigerweise in die Schutzgasleitung 16 einen Auffangbehälter mit Pralleinbauten ein.To allow the sealing liquid to be thrown into the protective gas container 6 - for example during rapid drainage of the moderator - to avoid, it is advisable to switch to the protective gas line 16 Collecting container with baffle fittings.

An Stelle der Behälter 4, 5 in der Anordnung nach Fig. 1 können auch senkrecht aufgestellte U-Rohre verwendet werden, die zur Erzielung etwaiger größerer Volumina schraubenartig gewunden sind.Instead of the containers 4, 5 in the arrangement according to FIG. 1, vertically positioned U-tubes can also be used are used, which are helically wound to achieve any larger volumes.

Zu einer gewissen Vereinfachung des Druckausgleichssystems gemäß Fig. 1 gelangt man durch bauliche Vereinigung der Behälter 4, 5, 6 zu einem einzigen Apparat gemäß den Fig. 2 und 3. Bei einem solchen Apparat sind die Behälter 5, 6 durch konzentrisch ineinandergeschachtelte tauchglockenartige Einbauten ersetzt. Als Aufnahmebehälter dient der entsprechend vergrößerte Behälter 4. In den Fig. 2 und 3 sind für die gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 unveränderten Teile die gleichen Bezugszeichen gewählt.To some simplification of the pressure equalization system According to FIG. 1, by structurally combining the containers 4, 5, 6 into a single one Apparatus according to FIGS. 2 and 3. In such an apparatus, the containers 5, 6 are concentric through nested diving bell-like internals replaced. The correspondingly serves as a receptacle enlarged container 4. In Figs. 2 and 3 are unchanged compared to the arrangement of FIG Parts are given the same reference numerals.

Gemäß Fig. 2 ist in den unteren Teil des aufrechtstehenden, mit der Oberseite an den Reaktordruckkessel 3 angeschlossenen, Kühlmittel-Sperrflüssigkeitsbehälter 4 die oben offene, mit der Unterseite an den Moderatorraum angeschlossene, Schutzgasglocke 18 konzentrisch unter Belassung eines Ringraumes eingebaut. In den entstehenden Ringraum greift tauchglockenartig die nach unten offene, an Rollen 19 geführte Schutzgas-Sperrflüssigkeitsglocke20 ein. Zum Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 steht der Sperrfiüssigkeitsspiegel im einen Siphonteil um eine dem Gewicht der Schutzgas-Sperrflüssigkeitsglocke 20 entsprechende Flüssigkeitssäule höher.According to Fig. 2 is in the lower part of the upright, with the upper side connected to the reactor pressure vessel 3, coolant sealing liquid container 4 the shielding gas bell 18, which is open at the top and connected with the underside to the moderator room Installed concentrically, leaving an annular space. The resulting annular space engages like a diving bell the downwardly open protective gas barrier liquid bell 20 guided on rollers 19. To the In contrast to the arrangement according to FIG. 1, the barrier liquid level is around one in a siphon part the weight of the protective gas barrier liquid bell 20 corresponding to the liquid column higher.

Der Niveauunterschied der Sperrfiüssigkeitsspiegel verschwindet praktisch bei der Bauform nach Fig. 3, Gegenüber der Bauform nach Fig. 2 ist der Boden der Schutzgas-Sperrflüssigkeitsglocke in die Glockenöffnung der Schutzgasglocke topfartig eingestülpt, unter Bildung eines Ringraumes zwischen dem eingestülpten Teil 21 und der Glockenwand. Die Glocke schwimmt mit ihrer Einstülpung in der Moderatorflüssigkeit der Schutzgasglocke 18.The difference in level of the barrier liquid level practically disappears in the design according to FIG. 3, Compared to the design according to FIG. 2, the bottom of the protective gas barrier liquid bell is in the bell opening the protective gas bell is inverted like a pot, forming an annular space between the inverted one Part 21 and the bell wall. The bell swims with its invagination in the moderator liquid of the Shielding gas bell 18.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Vorrichtung zum Ausgleich des Betriebsdruckes von Kühlmittel und Moderator in einem Atomreaktor mit höherem Betriebsdruck, mit einer vom Kühhnittel durch eine Sperrflüssigkeit getrennten und innerhalb eines Moderatorgefäßes im Reaktorkessel befindlichen, vom Kühhnittel chemisch unterschiedlichen Moderatorflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sperrflüssigkeit in einer Behälteranordnung nach Art eines Flüssigkeitsverschlusses (Siphon) außerhalb des Reaktorkessels befindet und durch ein Schutzgaspolster vom Moderatormittel getrennt ist.1. A device for equalizing the operating pressure of coolant and moderator in a nuclear reactor with a higher operating pressure, with a moderator liquid which is separated from the cooling medium by a barrier liquid and located within a moderator vessel in the reactor vessel and which is chemically different from the coolant, characterized in that the barrier liquid is in a container arrangement is located in the manner of a liquid seal (siphon) outside the reactor vessel and is separated from the moderator means by a protective gas cushion. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei teilweise mit Sperrflüssigkeit (7) gefüllte Ausgleichsbehälter (Kühlmittel-Sperrflüssigkeitsbehälter 4, Schutzgas-Sperrflüssigkeitsbehälter 5) als Flüssigkeitsverschluß vorgesehen sind, und daß zwischen Schutzgas-Sperrflüssigkeitsbehälter (5) und Moderatorraum (2) ein Schutzgasbehälter (6), nötigenfalls unter Zwischenschaltung eines Auffangbehälters mit strömungshemmenden Einbauten eingeschaltet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two compensating tanks (coolant barrier liquid container 4, protective gas barrier liquid container 5) are provided as a liquid seal, and that between the protective gas barrier liquid container (5) and moderator space (2) a protective gas container (6), if necessary with the interposition of a collecting container with flow-inhibiting internals, is switched on. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Behälter mit konzentrisch angeordneten, den Flüssigkeitsverschluß bildenden, glockenförmigen Einbauten (18, 20) an Stelle der drei einzelnen Behälter (4 bis 6) mit funktionsmäßig den gleichen Eigenschaften vorhanden ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a single container with concentric arranged, the liquid seal forming, bell-shaped internals (18, 20) instead of the three individual containers (4 to 6) with functionally the same properties is. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Sperrflüssigkeit (7) eintauchende Glocke (20) durch Abstützrollen (19) gegenüber der Behälterwand in vertikaler Richtung frei beweglich angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the in the barrier liquid (7) submerged bell (20) by supporting rollers (19) against the container wall in a vertical position Direction is arranged freely movable. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück der in die Sperrflüssigkeit (7) eintauchenden Glocke in den Innenraum der Glocke eingestülpt ist und die Glocke mit Hilfe dieses napfförmigen Teiles (21) in der Moderatorflüssigkeit (9) innerhalb der mit der Zuführungsleitung (17) verbundenen, oben offenen, Glocke (18) schwimmt.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the head piece in the barrier liquid (7) immersing bell is everted into the interior of the bell and the bell with the help of this cup-shaped part (21) in the moderator liquid (9) within the with the Feed line (17) connected, open-topped, bell (18) floats. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1031 901.Documents considered: German Auslegeschrift No. 1031 901. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen For this purpose, 1 sheet of drawings © 209 577/344 4.62© 209 577/344 4.62