DE2917215C2 - - Google Patents
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- G21C15/12—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from pressure vessel; from containment vessel
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- G—PHYSICS
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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.
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