DE2917215C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Im Hauptpatent P 26 53 634 ist ein Kühlsy­ stem für den Außentrog eines Kernreaktors beschrieben, bei dem durch eine erste Leitwand ein Ringdurchlaß zwi­ schen dem Außentrog und dieser Leitwand begrenzt ist, welcher einen Zufuhrraum für kaltes Natrium bildet, wo­ bei der obere Rand dieser Leitwand so geformt ist, daß die Überströmung mit durch diesen Ringdurchlaß zugeführ­ tem kaltem Flüssigkeitsmetall ohne Ablösung der Strömung des Flüssigkeitsmetalls von der Wandung der ersten Leit­ wand stattfindet. Außerdem ist innerhalb dieser ersten Leitwand eine zweite Leitwand angeordnet, welche einen ringförmigen Rücklaufraum begrenzt, in dem der Flüssigkeitsmetall-Spiegel stets tiefer als der obere Rand der ersten Leitwand ist.

Diese Ausbildung gemäß dem Hauptpatent weist den großen Vorteil auf, den Pegel des Natriums zum Kühlen bei jeder beliebigen Belastung des Reaktors zu stabilisieren, wobei sichergestellt wird, daß nur wenig von der darüberliegenden Gasschicht von dem flüssigen, überströmenden Metall mitgenommen wird. Um dem Fall eines Betriebes im Teilleistungsbereich Rechnung zu tragen, ist gemäß einer Abwandlung der freie Rand der ersten Leitwand mit Aus­ schnitten zu versehen, die dazu dienen, eine gewisse Strömungsmenge selbst im Fall einer geringen Strömung von Natrium in dem Reaktor sicherzustellen. Diese Aus­ schnitte haben auch den Zweck, die Strömungsmenge dann zu regulieren, wenn die waagerechte Ausrichtung des oberen Randes der ersten Leitwand mangelhaft ist.

Es hat sich ergeben, daß solche Aus­ schnitte beim Betrieb des Reaktors im normalen Leistungs­ bereich, d. h. wenn die Strömungsmenge des kalten Natriums der nominalen Strömungsmenge entspricht, eine zu große Strömungsmenge des Natriums durch die der Ausschnitte hindurch bewirken könnte, was somit zu einer Ablösung der Strömung führt. Diese Ablösung der Strömung ruft ihrerseits wiederum eine sehr große Mitnahme des das Natrium in dem Außentrog überdeckenden Gases hervor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kern­ reaktor gemäß Hauptpatent P 26 53 634 derart weiter zu bilden, daß einerseits bei mangelhafter horizontaler Ausrichtung des oberen Randes der ersten Leitwand die erforderliche Strömungsmenge an Flüssigkeitsmetall erhalten wird, andererseits beim nominalen Betrieb des Kernreaktors keine übergroße Strömungsmenge auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsge­ mäßen Kernreaktor durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In vorteilhafter Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Kernreaktor erreicht, daß, wenn die waagerechte Ausrich­ tung des oberen Randes der ersten Leitwand mangelhaft ist, eine Flüssigkeitsmetallströmung von dem Zufuhrraum in den Rücklaufraum erhalten wird. Ferner wird da­ durch, daß für die Rohre der Abflußeinrichtungen Durchflußbegrenzungsmittel vorgesehen sind, erreicht, daß in den Bereichen des oberen Randes der ersten Leit­ wand, wo Flüssigkeitsmetall in die Rohre strömt, keine übergroße Strömungsmenge auftritt. Dadurch kann verhin­ dert werden, daß Gas, welches der Oberfläche des Flüs­ sigkeitsmetalls übergeschichtet ist, in das strömende Flüssigkeitsmetall hinein mitgerissen wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den oberen Bereich der ersten Leitwand, wobei eine erste Ausführungsform der Abflußeinrich­ tung nach der Erfindung dargestellt ist,

Fig. 2 die gleiche Ansicht, die die zweite Ausführungs­ form nach der Erfindung umfaßt, und

Fig. 3 wiederum die gleiche Ansicht, wobei eine dritte Ausführungsform nach der Erfindung dargestellt ist.

In Fig. 1 erkennt man einen Abschnitt der ersten Leitwand 50 mit ihrem abgerundetem oberen Rand 54, der tangential in die innere Wandung 62 der ersten Leitwand 50 übergeht, und die Wand des Außentroges 10.

Allgemein besteht die Weiterbildung darin, Abflußein­ richtungen E gleichmäßig über den Umfang der ersten Leitwand 50 an der zum Inneren des Reaktors weisenden Wandung 62 zu verteilen, die ermöglichen, die Strömungs­ menge an Natrium bei der nominalen Leistung des Reaktors insgesamt in nicht wesentlicher Weise zu verändern, wo­ bei jedoch über die erste Leitwand 50 eine minimale Rücklaufmenge sichergestellt ist, wenn der Reaktor nur mit einem geringen Bruchteil seiner nominalen Leistung betrieben wird, d. h. beispielsweise mit einer Strömungs­ menge an Natrium in der Größenordnung von 25% der nomi­ nalen Strömungsmenge. Der Außentrog 10 und die erste Leitwand begrenzen einen Zufuhrraum 52, während die er­ ste Leitwand 50 und die zweite Leitwand 56 einen Rück­ laufraum 58 begrenzen.

Die Abflußeinrichtung E besteht aus einem Rohr in der Form eines Halbrohrs 100, dessen Ränder an der Innenwandung 62 der ersten Leitwand 50 angeschweißt sind. Das Halbrohr 100 ragt mit seinem oberen Ende 102 über den oberen Rand 54 der er­ sten Leitwand 50 heraus, und sein unteres Ende 104, wel­ ches verschlossen ist, erstreckt sich bis unterhalb des minimalen Natriumspiegels B in dem Rücklaufraum. Dieser Natriumspiegel verändert sich in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebsleistungsbereichen. Das Halbrohr 100 weist Öffnungen 108 auf, welche in dem Halbrohr un­ terhalb des Natriumspiegels B in dem Rücklaufraum 58 und etwas oberhalb des unteren Endes 104 der Röhre ausgebil­ det sind. Diese Öffnungen sind so berechnet, daß sie ei­ ne geeignete Begrenzung der Strömungsmenge hervorrufen, wie es im folgenden noch beschrieben wird. Bei jedem Halbrohr 100 ist der obere Rand 54 der ersten Leitwand 50 mit einem Ausschnitt 110 ausgebildet, durch den Na­ trium in den von der ersten Leitwand 50 und dem Halbrohr 100 begrenzten Raum gelangen kann.

Beispielsweise überragt das Halbrohr 100 mit seinem obe­ ren Abschnitt den oberen Rand 54 der ersten Leitwand ei­ nige Zentimeter und maximal 10 cm. Beispielsweise sind die Öffnungen 108 um etwa 20 cm tiefer als der minimale Natriumspiegel B in dem Rücklaufraum 58 angeordnet. Die Halbrohre haben beispielsweise einen Radius von 10 cm, und es ist vorgesehen, Abflußeinrichtungen E in Abstän­ den von zwei Metern über den Umfang der ersten Leitwand 50 anzuordnen.

Man sieht, daß mit einer solchen Ausbildung bei der no­ minalen Leistung des Reaktors die Strömungsmenge an Na­ trium welche normalerweise durch den Ausschnitt 110 hin­ durchfließt, sehr stark aufgrund des durch die Öffnungen 108 hervorgerufenen Beschickungsverlustes verringert ist. Beispielsweise hat der durch die Öffnungen 108 her­ vorgerufene Beschickungsverlustkoeffizient einen solchen Wert, daß bei einer Füllung von 1,5 m Natrium die Ab­ flußeinrichtungen E maximal 15 bis 20% der nominalen Strömungsmenge an Natrium zum Kühlen aufnehmen.

Man sieht somit, daß bei einem Betrieb mit nominaler Strömungsmenge der Beschickungsverlust die Strömungsmenge in den Ausschnitten 110 begrenzt, wodurch der vorhergehend erwähnte Nachteil vermieden wird. Im Gegenteil, beim Be­ trieb mit einer geringen Strömungsmenge und trotz einer gegebenenfalls vorliegenden fehlerhaften horizontalen Aus­ richtung des oberen Randes 54 der ersten Leitwand 50 ist die Ge­ samtheit des sich zwischen der ersten Leitwand 50 und dem Außen­ trog 10 befindenden Volumens zumindest von der Strömung be­ troffen, welche in das Halbrohr 100 gelangt, wodurch somit eine gewisse Zirkulation sichergestellt ist. Hierdurch wird die Gefahr der Ausbildung von quasi stagnierenden Zonen in dem Natrium vermieden, welche zu lokalen Erwärmungen führen und Wärmespannungen in dem Außentrog 10 zur Folge haben können.

Es wird hierbei darauf hingewiesen, daß es aufgrund dieser Verbesserung möglich ist, bei jedem Arbeitsbetrieb eine Überströmung über den gesamten Umfang der ersten Leitwand 50 mit Ausnahme der von den Halbröhren 100 beanspruchten Bereiche aufrechtzuerhalten.

Ferner wird eine wesentliche Verringerung der Überströmungs­ menge des Natriums und eine geringfügige Verringerung der Berührungs­ oberfläche zwischen dem Gas und dem Natrium bewirkt. Dadurch wird auch die Mitnahme von dem überschichteten Gas verringert.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Man erkennt wieder von der Außenseite her nach innen den Außentrog 10, die erste Leitwand 50 mit ihrem oberen Rand 54 und die zweite Leitwand 56. Bei dieser Ausführungsform sind die Abflußeinrichtungen E′ gleichmäßig über die Außenwandung (d. h. zum Außentrog 10 hin) der ersten Leitwand 50 verteilt. Jede Abflußeinrich­ tung E′ umfaßt vorzugsweise ein Halbrohr 100′, dessen Ränder an der ersten Leitwand 50 angeschweißt sind. Das obere Ende 102′ des Halbrohrs 100′ befindet sich etwas unterhalb des oberen Randes 54, und sein unteres Ende 104′, welches geschlossen ist, befindet sich unterhalb des Natriumspiegels in dem Rücklaufstrom 58. Die erste Leitwand 50 ist mit kalibrierten Öffnungen 108′ ausge­ bildet, welche etwas oberhalb des unteren Endes 104′ der Abflußeinrichtungen E′ liegen. Diese Öffnungen sind so berechnet, daß sie eine geeignete Begrenzung der Strö­ mungsmenge hervorrufen, wie es bereits erläutert wurde.

Die allgemeine Arbeitsweise dieser Einrichtung ist iden­ tisch mit der in Fig. 1 beschriebenen, so daß keine wei­ teren Erläuterungen erforderlich sind. Jedenfalls wird darauf hingewiesen, daß bei dieser Ausführungsform die Randeffekte vermieden werden können, welche in der Strö­ mungsfläche Störungen bewirken, die sich durch eine zu­ sätzliche Mitnahme von Gas bemerkbar machen. Außerdem kann dadurch das Problem der Verbindung zwischen den Halbröhren und dem Randprofil 54 vermieden werden.

In der Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform der Erfin­ dung dargestellt. Hier sind wiederum der Außentrog 10, die erste Leitwand 50 mit ihrem oberen Rand 54 und die zweite Leitwand 56 vorgesehen. Der Außentrog 10, die er­ ste Leitwand 50 und die zweite Leitwand 56 begrenzen ei­ nen Zufuhrraum 52 bzw. einen Rücklaufraum 58. Die Ab­ flußeinrichtungen E′′, die gleichmäßig über den Umfang der ersten Leitwand 50 verteilt sind, bestehen bei die­ ser Ausführungsform aus Rohren 120, deren oberes Ende 122, welches offen ist, sich ein wenig un­ terhalb des abgerundeten oberen Randes 54′ befindet. Das untere Ende 124 des Rohrs 120 ist mit einem hohlen Ver­ bindungsstück 126 verbunden, welches an der ersten Leit­ wand 50 befestigt ist und in den Rücklaufraum 58 mündet. Dieses Teil ist kalibriert, um einen Beschickungsverlust zu erzeugen. Somit ist eine durchgehende Verbindung zwi­ schen dem oberen Ende 122 des Rohrs 120 und dem Rück­ laufraum 58 hergestellt. Wohlgemerkt könnte das untere Ende des Rohrs 120 gebogen und direkt an der ersten Leitwand 50 angeschlossen sein. Man sieht, daß ein obe­ rer Rand 54′ von Vorteil ist, der auf der Seite des Zu­ fuhrraums 52 etwas hervorragt, um eine gewisse Lage des oberen Endes 122 des Rohrs 120 zu gewährleisten.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Überströ­ mungseinrichtung ist identisch mit derjenigen, welche im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben worden ist.

Man sieht ohne weiteres, daß die numerischen Werte lediglich ein besonderes Beispiel der Ausführungsform bei einem gegebenen Reaktor betreffen, und daß sie lediglich dazu dienen, Größenordnungen bei einem mit flüssigem Natrium gekühlten Kernreaktor anzugeben, dessen elektrische Leistung bei etwa 1200 MW liegt und bei dem der durch die Wärmeaustauscher hervorgerufene Beschickungsverlust in der Größenordnung von zwei Metern liegt.

Claims (7)

1. Kernreaktor nach Hauptpatent P 26 53 634 mit einem Kühlsystem für den Außentrog, wobei durch eine erste Leitwand ein Ringdurchlaß zwischen dem Außentrog und die­ ser Leitwand begrenzt ist, welcher einen Zufuhrraum für kaltes Natrium bildet, wobei ferner der obere Rand dieser Leitwand so geformt ist, daß die Überströmung mit durch diesen Ringdurchlaß zugeführtem kaltem Flüssigkeitsmetall ohne Ablösung der Strömung des Flüssigkeitsmetalls von der Wandung der ersten Leitwand stattfindet, und inner­ halb dieser ersten Leitwand eine zweite Leitwand angeord­ net ist, welche einen ringförmigen Rücklaufraum begrenzt, in dem der Flüssigkeitsmetall-Spiegel stets tiefer als der obere Rand der ersten Leitwand ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Abflußeinrichtung (E; E′, E′′) aus einem senkrechten, an der Wandung der ersten Leitwand (50) angeordneten Rohr (100; 100′; 120) besteht, dessen oberes Ende (102; 102′; 122) in Nähe des Randes (54; 54′) der ersten Leitwand (50) und dessen unteres Ende (104; 104′; 124) unterhalb des gegenüber dem Flüssigkeitsmetall-Spiegel des Zufuhrraumes (52) tiefer liegenden, Flüssigkeitsmetall-Spiegels (B) des Rücklauf­ raumes (58) liegt, wobei das Rohr (100; 100′; 120) Durchflußbegrenzungsmittel (108; 108′; 126) aufweist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abflußeinrichtung (E′) aus einem senkrechten, im Zufuhrraum (52) angeordneten Rohr (100′) besteht, dessen oberes Ende (102′) offen und unterhalb des Randes (54) der ersten Leitwand (50) angeordnet ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abflußeinrichtung (E) aus einem senkrechten, im Rücklaufraum (58) angeordneten Rohr (100) besteht, dessen oberes Ende (102) offen und oberhalb des Randes (54) der Leitwand (50) angeordnet ist, die für jedes Rohr (100) mit einem Ausschnitt (110) ausgebildet ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (120) an seinem unteren Ende (124) mindestens eine kalibrierte Öffnung aufweist, welche mit mindestens einer kalibrierten und in der ersten Leitwand (50) ausgebildeten Öffnung verbunden ist.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (120) an seinem unteren Ende (124) eine kalibrierte Öffnung aufweist, welche mit einem mit der ersten Leitwand (50) verbundenem hohlen Teil (126) in Verbindung steht, wobei der Hohlraum dieses Teiles (126) in den Rücklaufraum (58) durch eine in der ersten Leitwand (50) ausgebildete Öffnung mündet.

6. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre durch Halbrohre (100) gebildet sind, welche mit der ersten Leitwand (50) verbunden und an ihrem unteren Ende (104) mit Öffnungen (108) ausgebildet sind.

7. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre durch Halbrohre (100′) gebildet sind, welche mit der ersten Leitwand (50) verbunden sind und deren untere Enden (104′) mit dem Rücklaufraum (58) über in der ersten Leitwand (50) ausgebildete, kalibrierte Öffnungen (108′) in Verbindung steht.