DE2302445C2

DE2302445C2 - Ausbaubarer Gitterrost für Brennelemente eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE2302445C2
Application number: DE2302445A
Authority: DE
Inventors: Michel Pierrevert Aubert; Michel Saint Germain En Lay Bellier; Jean-Marie Pierrevert Berniolles
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-01-20
Filing date: 1973-01-18
Publication date: 1982-04-29
Also published as: GB1382392A; FR2168200B1; FR2168200A1; US3893886A; JPS5548279B2; JPS4882293A; IT977630B; DE2302445A1; CA979123A

Description

Die Erfindung betrifft einen ausbaubaren Gitterrost für Brennelemente eines Kernreaktors, bestehend aus tihem einstückigen Bauteil, das mittels einer waagerechten Auflagefläche an seinem Rand auf einer in der Seitenwand eines den Gitterrost und den Kern des Reaktors umgebenden Behälters mit senkrechter Achse ausgebildeten tnnenschülter aufliegt und zwei parallele waagerechte Platten aufweist,.die durch hohle senkrech⁴ te Kerzen, in deren Achse der untere Teil der zu stützenden Brennelemente eingesetzt ist, in einem Abstand voneinander gehalten sind.

Die DE-OS 16 14 360 betrifft einen dampfgekühlten Kernreaktor, der im wesentlichen die vorstehenden Merkmale aufweist.

Es ist weiter ein Kernreaktor geringer Leistung bekannt, der einen Gitterrost aufweist, der aus einer dicken Platte mit Bohrungen für die Einführung der unteren Enden oder Füße der Brennelemente und dichten Sitzen besteht Dieses Gitter ist von der Seitenwand eines Behälters oder Primärbehälters getragen, der die Kernanordnung enthält, wobei Zuführungsleitungen für das unter hohem Druck stehende kalte Natrium am Boden des Behälters unter dem Gitterrost angeschweißt sind.

Infolge der verhältnismäßig geringen Abmessungen des Gitters bei Kernreaktoren kleiner Leistung ergeben sich beim Ausbau des Gitterrostes keine besonderen Schwierigkeiten, auch nicht bei der Beseitigung der im Betrieb vorhandenen dichten Verbindung in der Höhe der Auflage des Gitters auf der Seitenwand des Behälters. Bei Kernreaktoren hoher Leistung dagegen sind die Durchmesser des Gitterrostes und des Behälters und der Natriumdruck in diesem so groß, daß die üblichen Ausführungen nicht mehr benutzt werden können, da besonders der Bodeneffekt, das heißt die Wirkung des hohen Drucks auf den unteren Teil des Gitterrostes, unannehmbare Verfornungen erzeugen kann. Ebenso erzeugen die für die Kühlung der Brennelemente erforderlichen erheblichen Durchsätze Druckabfälle, welche gegebenenfalls ausreichen, um eine Trennung der Brennelemente vom Gitterrost und Abheben derselben unter dem Druck der Flüssigkeit zu bewirken. Schließlich ist in diesem FaIi der Ausbau des Gitterrostes selbst im allgemeinen außerordentlich schwierig oder überhaupt möglich.

Bekanntlich weisen derartige Kernreaktoren infolge ihrer Bauweise und der Art der Kühlung der Brennelemente zwei gesonderte Zonen auf. wo verschiedene Druck- und Temperaturbedingungen herrschen, insbesondere eine Hochdruckzone, die bezüglich der Strömungsrichtung des Natriums stromaufwärts von den Brennelementen liegt und wo das Natrium seine tiefste Temperatur ist. und eine stromabwärts von den Brennelementen liegende zweite Zone, wo das in Berührung mit den Brennelementen erwärmte Natrium vor allem wegen des beim Durchgang durch den Gitterrost und die von ihm getragenen Brennelemente auftretenden Druckverlustes einen geringeren Druck hat.

Näheaingsweise kann man sagen, daß der Gitterrost die Grem:e zwischen diesen beiden Zonen definiert. Das aus dem Kern oben austretende heiße Natrium gelangt nach den Durchgang durch Wärmetauscher, wo es seine Wärme an ein Sekundärmedium abgibt, und somit gekühlt zu Förderpumpen, welche es mit hohem Druck Unter dem Kern dem Gitterrost und den Brennelementen zuführen. Unter diesen Bedingungen muß also der Gitterrost eines solchen Kernreaktors mehrere Bedingungen erfüllen: vor allem mi>ß er die Brennelemente stützen und in senkrechter Stellung halten und dabei gleichzeitig eine zweckmäßige homogene Verteilung des Kühlmittels Natrium ermöglichen, Außerdem muß dieser öitterrost so konstruiert sein, daß er im AUsnähfriefall ausgebaut werden kann, besonders Um ihn bei einem schweren Unfall im Kernreaktor durch einen anderen zu ersetzen, wobei die dabei erforderlichen Maßnahmen wegen der Restaktivität und Konta* minjerung nur ferngesteuert vorgenommen werden

können.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Gitterrost für Brennelemente eines Hochleistungs-Kernreaktors zu schaffen, der die angegebenen Schwierigkeiten insbesondere dadurch vermeidet, daß auf den Gitterrost nicht der gesamte Druck des Kühlmittels einwirkt, und der ausgebaut werden kann, ohne im Betrieb die zwischen seinem Umfang und der Seitenwand des Behälters, an der er sich abstützt, erforderliche Abdichtung und die Unversehrtheit der ι ο das Natrium unter hohem Druck zum Gitterrost führenden Zuleitungen zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst

Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, der mit einem crfindangsgemäßen Gitterrost ausgerastet ist;

F i g. 2 einen Schnitt eines Teils des betrachteten Gitterrostes in größerem Maßstab zur Erläuterung von Einzelheiten seines Aufbaus.

Fig. 1 zeigt einen mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor 1, dessen schematisch wiedergegebener Kern 2 im Inneren eines Metallbehälters 3, des sogenannten Primärbehälters angeordnet ist und in diesem auf einem Gitterrost 4 ruht, der im einzelnen weiter unten erläutert wird. Der Kern 2 ist von in einem bestimmten Gitternetz nebeneinander angeordneten Brennelementen gebildet, die mit ihrem unteren Teil auf dem Gitterrost 4 aufsitzen und durch einen kontinuierlichen Strom eines flüssigen Metalls 5. besonders Natrium, gekühlt sind Dieses Natrium ist im Inneren eines Außenbehälters 6, auch Hauptbehälter genannt, enthalten und wird nach Erwärmung durch Berührung mit den Brennelementen in eine Reihe von Wärmetauschern 7 geführt wo das Natrium seine Wärme an ein Sekundän..edium abgibt bevor es am Ausgang der Wärmetauscher durch Förderpumpen Ta angesaugt und mit hohem Druck und niedriger Temperatur durch Leitungen 8 mit großem Querschnitt zum unteren Teil des Kerns in den Gitterrost 4 zurückgeführt wird. In F i g. 1 ist ferner der den oberen Teil des Hauptbehälters 6 des Kernreaktors verschließenoe Deckel 9 gezeigt, der in seiner Mitte und über dem Kern 2 mit einem System von Stopfen 10 versehen ist, wodurch der Zugang zum Kern und verschiedene Hantierungen an den Brennelementen möglich sind.

Fig. 2 zeigt mit weiteren Einzelheiten die praktische Ausfühniiig des erfindungsgemäßen Gitterrostes 4. Dieser besteht im wesentlichen aus zwei Platten 11 bzw 12, die waagerecht verlaufen und an ihrem Rand mit einem Ringkasten 13 verbunden sind, der eine zylindrische Verbindungswand 14 mit dem zwischen den beiden Platten 11 und 12 liegenden Bereich gemeinsam hat, weiche eine Reihe von öffnungen 15 aufweist, durch die das kühlende Natrium in den Gitterrost ein- und durchtreten kann, bevor es mit den Brennelementen in Berührung kommt Das aus den beiden Platten 11 und 12 und dem Ringkasten 13 gebildete einstückige Bauteil ruht mit einer ebenen Auflagefläche 16 des Ringkastens 11 selbst auf einem am Unteren Teil der Seitenwand des Primärbehälters 3 ausgebildeten Rand 17, Außerdem »Ind die beiden Plätten 11 urid 12 durch eine Reihe hohler Abstandshalter iterzen 18, die über die Fläche dieser Platten gemäß dem Gitterrost der Srennelemsnte 19 verteilt sind, in einem Abstand voneinander gehalten. Jedes Brennelement 19 gieift mit seinem unteren Ende oder Fuß 20 in eine Kerze 18 ein und stützt sich auf dieser durch eine dichte Auflagefläche (Sitz) 18a ab. Um den Kreislauf des Natriums in den Kerzen 18 zu ermöglichen, weisen diese eine Reihe von Schlitzen 21 auf, die gegenüber von im entsprechenden Teil 20 jedes darin eingesetzten Brennelements vorgesehenen öffnungen 22 angeordnet sind.

Die Versorgung des Ringkastens 13 mit Natrium erfolgt mittels einer Sammelleitung 23, die im Ganzen torusförmig, unter dem Gitterrost 4 angeordnet und mit dem Ringkasten 13 durch eine wieder zu beseitigende dichte Verbindung fest verbunden ist Zu diesem Zweck ist die Sammelleitung 23 mit dem Ende 24 von Natriumzuleitungen 8 verbunden, die von den Förderpumpen (Fig. 1) herkommen. Das zugeleitete Natrium verteilt sich von dieser Sammelleitung durch eine Reihe senkrechter Rohrstutzen 25. die einerseits in der Sammelleitung und andererseir in im Boden des Ringkastens 13 ausgebildeten Du.cbiaßöffnungen 26 münden, im Ringkasten 13. Vorteilhafterweise ist die dichte Verbindung zwischen dem Ende jedes der Zuleitungsstutzen 25 und der entsprechenden öffnung 26 hergestellt indem der Boden des Ringkastens 13 rings um jede der öffnungen 26 mit einem zum Stutzen 25 gleichachsigen Kragen 27 versehen ist und dieser Kragen 27 und der Stu'izen 25 an ihren Stirnseiten durch eine Stumpfschweißnaht 28 dicht miteinander verbunden sind. Außerdem ist zur Abstützung der Sammelleitung 23 und der Stutzen 25 unabhängig von deren Ausschweißung jeder derselben unterhalb des Ringkastens 13 mit einem Kragen 29 versehen, der mit einem unter dem Ende der Seitenwand des Primärbehälters 3 mittels Schrauben 31 angeschraubtem Halteelement 30 zusammenwirkt

Um eine genügende Versteifung des Gitterrostes 4 und besonders der unteren Platte 12 zr erre chen, ist diese noch fest mit einer Versteifungskonstruktion 32 verbunden, die aus einem parallel zur Platte verlaufenden Blech 33 geformt und mit der Platte durch senkrechte Zwischenwände 34 und Versteifungsstreben 35 verbunden ist

Der Boden der Versteifungskonstruktion 32 weist Öffnungen 36 auf, durch die das außerhalb des Gitterrostes 4 befindliche, also die Brennelemente 19 außen umspülende Natrium den Innenraum der Versteifungskonstruktion 32 ausfüllen und so in unmittelbare Berührung mit der unteren Platte 12 kommen kann. Die benden Platten des Gitterrostes 4 sind so vollkommen von Natrium umgeben, das im Inneren des Gitterrosiies 4 einen hohen Druck und außerhalb desselben einen niedrigeren Druck, der dem hohen Druck abzüglich des Druckverlustes beim Durchgang durch den Gitterrost 4 und d^;e Brennelemente entspricht aufweist Die Auslegung des Kreislaufes kann daher so berechnet werden, daß der Gitterrost 4 insgesamt einem solchen Druck ausgesetzt ist. daß die Resultierende d^r Druckkräfte auf den Gitterrost 4 gering is. und eine hydraulische Verriegelung der verschiedenen Brennelemente 19 in den Kerzen 18 des Gilterrostes 4 bewirkt Im übrigen kann man die verschiedenen Druck* und Temperaturwerte so einstellen, daß die Temperaturgradienten durch den Gitterrost 4 bei Normalbetrieb stets auf annehmbare Werte begrenzt bleiben.

Die besondere Aüsführune des Gitterrestes 4

ermöglicht auch einen einfachen Ausbau desselben. Um ihn von den Zuleitungsslutzen 25 zu lösen, die ihn mit der Sammelleitung 23 verbinden, ist außer der Herausnahme der Brennelemente 19 nur die Beseitigung der Schweißnähte 28 und das Herausheben des von den beiden Platten 11 und 12 und dem Ringkasten 13 gebildeten einstückigen Bauteils erforderlich. Zur Vornahme dieser Ablösung ist der Ringkasten 13 an seiner Oberseite gerade gegenüber jedem Stutzen 25 mit Zugangsöffnungen 37 versehen, die normalerweise durch dichte und abnehmbare Spunde 38 verschlossen sind. Oberhalb dieser Spunde sind normalerweise Blindelemerite zum Neutronenschutz angeordnet, die insbesondere von Stahlstäben 39 gebildet werden, welche auf Haltezapfen 40 aufgeschoben sind und um den eigentlichen Kern 2 eine seitliche Haltestruktur bilden, die bei Kernreaktoren dieses Typs üblich sind.

Der Gitterrost 4 ruht unter diesen Bedingungen einfach auf dem Vorsprung 17 der Seitenwand des rfifiiSfucnäiicrs 3. VVcIHi ΐΐίΰΐί ίίίΐί δίΐΰ äüsuäücii w'iii, was selbstverständlich nur nach vollständiger Entnahme der Brennelemente 19 des Kerns 2 und Entleerung des Natriums aus dem Primärbehälter möglich ist, genügt es, die an der Oberseite des Ringkastens 13 vorgesehenen Spunde 38 durch irgendeine zweckmäßige Vorrichtung abzunehmen, um die Schweißnähte 28 zu erreichen und nach deren Beseitigung den gesamten Gitterrost 4 hochzühebem der sich von den Zuleitungsstutzen 25 löst, ohne deren bestimmte Lage bezüglich des Behälters zu

ίο verändern. Nach dem Herausnehmen kann ein anderer Gitterrost eingesetzt werden, der wieder genau auf die Stutzen paßt und nur rtiit neuen Schweißnähten 28 an diesen angeschweißt wird, um die notwendige Abdichtung zu erhalten. Das An- bzw. Abschweißen kann an

is diesen Stellen leicht ferngesteuert mittels geeigneter Werkzeuge lind besonders durch eine öffnung Von geringem Durchmesser, die im System von Stopfen 10 (Fig. 15 im oberen Teil des Verschlußdeckels 9 vorgesehen ist, Vorgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausbaubarer Gitterrost für Brennelemente eines Kernreaktors, bestehend aus einem einstückigen Bauteil, das mittels einer waagerechten Auflagefläche an seinem Rand auf einer in der Seitenwand eines den Gitterrost und den Kern des Reaktors umgebenden Behälters mit senkrechter Achse ausgebildeten Innenschulter aufliegt und zwei parallele waagerechte Platten aufweist, die durch hohle senkrechte Kerzen, in deren Achse der untere Teil der zu stützenden Brennelemente eingesetzt ist, in einem Abstand voneinander gehalten sind, wobei die waagerechten Platten an ihrem Rand mit einem Ringkasten zur Verteilung eines dem Gitterrost durch eine ringförmige Sammelleitung mit hohem Druck zugeführten Kühlmediums verbunden sind, und die Sammelleitung in den Ringkasten einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (23) unterhalb der unteren Platte (12) durch vo;> dieser Platte (12) und dem Ringkasten (13) unabhängige Halteelemente (30,31) festgehalten ist und senkrechte Rohrstutzen (25), die einerseits in der Sammelleitung (23) und andererseits im Ringkasten (13) münden, mit jeweils einem ihrer Enden durch ihnen gegenüber im Beden des Ringkastens (13) ausgebildete und von zu ihnen gleichachsigen Kragen (27) umgebene Öffnungen (26) geführt und an den Stirnseiten dieser Enden mit den Enden der Kragen (27) stumpf (bei 28) verschweißt sind.

2. Ausbaubarer Gitterrost nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkasten (13) genau gegenüber jeder Öffnung (26), durch die ein Zuleitungsstutzen (25) gefühlt ist, Zugangsöffnungen (37) aufweist, welche den Zugang zu den Enden dieser Stutzen (25) ermöglichen und normalerweise durch dichte und abnehmbare Spunde (38) verschlossen sind.

3. Ausbaubarer Gitterrost nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Platte (12) unter dem Gitterrost mit einer Versteifungskonstruktion (32) verbunden ist, die einen offenen Raum abgrenzt, der mit dem Bereich des Behälters, wo der Druck des Kühlmediums infolge des Druckverlusts beim Durchgang durch die Brennelemente niedriger ist. in Verbindung steht.

4. Ausbaubarer Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Abstandshalterkerzen (18) zwischen den Platten (11, 12) Schlitze (21) für den Durchtritt des Kühlmediums aufweisen, die gegenüber im unteren Teil (20) der in diese Kerzen eingesetzten Brennelemente (19) ausgebildeten Öffnungen (22) angeordnet sind.