DE2938522A1

DE2938522A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2938522A1
Application number: DE19792938522
Authority: DE
Inventors: John Edward Gilroy
Original assignee: Nuclear Power Co Ltd
Current assignee: Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1979-09-24
Publication date: 1980-04-03
Also published as: FR2437047B1; FR2437047A1; US4309252A; GB2031642B; GB2031642A; JPS5544994A

Description

DR. BERG DIPL-NG STkPF DIPL.-ING. SCKWAnE DP DR. SANOMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 86024S ■ 8000 München 86

Anwalt sakte 30

2 H. Sep.

Kernreaktor - Ansprüche -

KOW) 988272 988273 988274 983310

Telegramme: U J U U ' BERGSTAPFPATENT Manchen TELEX: 0524560BERGd Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Bayer Vereinsbank Manchen 453IUU (BLZ 70020270) Postscheck München 65343-808 (BLZ. 70010080)

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einem innerhalb eines Außenbehälters in einem Kühlmittelbad versenkten Reaktorkern und betrifft insbesondere einen mit flüssigem Metall gekühlten schnellen Brutreaktor der vorstehend genannten Bauweise.

Bei einem mit flüssigem Metall gekühlten schnellen Brutreaktor ist der Reaktorkern in einem Kühlmittelbad aus flüssigem Metall, z.B. Natrium, versenkt. Das Kühlmittelbad ist in einem Außenbehälter enthalten, welcher seinerseits in einem Schutzbauwerk aus Beton untergebracht ist. Der Außenbehälter ist dabei am Dach des Schutzbauwerke aufgehängt, und das Dach ist von Öffnungen für den Zugang zum Außenbehälter durchsetzt. Ein eine große Zugangsöffnung verschließender, drehbarer Deckel trägt Einrichtungen für die Bedienung des Reaktorkerns. Andere Öffnungen enthalten Wärmetauscher und Pumpen für die Wärmeübertragung vom Reaktorkern zu außerhalb angeordneten Dampferzeugern. Der drehbare Deckel trägt einen Reaktorkern-Kopfteil mit einem im wesentlichen zylindrischen Mantel und einer unteren sowie einer mittleren Gitterplatte für die Halterung von Rohren, in denen Steuerstäbe und Verbindungsleitungen für Überwachungs- und Steuereinrichtungen geführt sind. Das Kopfteil dient ferner dazu, den Reaktorkern im Gefahrenfall niederzuhalten. Die mittlere Gitterplatte lenkt das den Reaktorkern aufwärts durchströmende Kühlmittel radial auswärts in Richtung auf die Einlasse der Wärmetauscher um. Im Betrieb des Kernreaktors können in dem aus dem Reaktorkern ausströmenden Kühlmittel sehr schnelle Temperaturschwankungen auftreten. Um schädliche Auswirkungen solcher Wärmestöße auf das Kopfteil zu vermeiden, sind die in das Kühlmittelbad eintauchenden Gitterplatten sowie der Mantel von Öffnungen durchsetzt, so daß das Kühlmittel diese Teile allseitig umströmen kann. Die Oberseite der mittleren Gitterplatte liegt

0300U/0859

-Jt-

jedoch in einem relativ statischen und daher eine gleichmäßigere Temperatur aufweisenden Bereich des Kühlmittelbads, so daß über die Gitterplatte erhebliche Temperaturunterschiede auftreten können. Die Erfindung schafft eine Anordnung zur Verringerung der Temperaturunterschiede zu beiden Seiten der mittleren Gitterplatte des Kopfteils und damit zur Verringerung der thermischen Spannungen, denen diese ausgesetzt ist.

Bei einem Kernreaktor mit einem innerhalb eines Außenbehälters in einem Kühlmittelbad versenkten Reaktorkern und einem Kopfteil für denselben, welches eine Anzahl von sich senkrecht erstreckenden,durch eine untere und eine mittlere, jeweils in das Kühlmittelbad eintauchende und von Öffnungen durchsetzte Gitterplatte in gegenseitigen Abständen gehaltenen Rohren aufweist, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Oberseite der mittleren Gitterplatte eine durchlässige Abdeckung aufweist, welche das die Öffnungen der mittleren Gitterplatte aufwärts durchströmende Kühlmittel zwingt, in Querrichtung über die Oberseite der mittleren Gitterplatte zu fließen. Wird im Betrieb des Kernreaktors die Wärmeabgabe des Reaktorkerns sehr schnell verringert, so wird dann das die Öffnungen der mittleren Gitterplatte durchströmende, relativ kühlere Kühlmittel durch die Abdeckung gezxvungen quer über die Oberseite der mittleren Gitterplatte zu fließen, um deren Oberflächentemperatur schnell zu senken und damit das Entstehen von Wärmespannungen in der mittleren Gitterplatte einzuschränken.

In einer bevorzugten Ausführungsform setzt sich die durchlässige Abdeckung aus geradlinigen Planschen der Rohre zusammen, welche in gegenseitigen Abständen in einer querverlaufenden Ebene angeordnet sind.

0300U/0859

Bei einem mit flüssigem Metall gekühlten schnellen Brutreaktor gemäß der Erfindung weist das Reaktorkern-Kopfteil einen mit seiner Längsachse senkrecht am Dach eines Schutzbauwerks aufgehängten, im wesentlichen zylindrischen und von Öffnungen durchsetzten Mantel sowie eine Anzahl von sich senkrecht erstreckenden Rohren auf, welche durch in das Kühlmittelbad eintauchende, von Öffnungen durchsetzte untere und mittlere Gitterplatten in gegenseitigem Abstand gehalten sind und in gegenseitigen Abständen in einer querverlaufenden Ebene angeordnete, geradlinige Flansche tragen, welche zusammen eine durchlässige Abdeckung für die Oberseite der mittleren Gitterplatte bilden.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Kernreaktors in senkrechtem Schnitt und

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Reaktorkern-Kopfteils des Reaktors nach Fig. 1 in senkrechtem Schnitt.

Ein in Fig. 1 dargestellter, mit flüssigem Metall gekühlter schneller Brutreaktor hat einen Reaktorkern 1, welcher in einem Kühlmittelbad 2 aus flüssigem Natrium in einem Außenbehälter 3 versenkt ist. Der Außenbehälter 3 ist am Dach eines Schutzbauwerks 4- aufgehängt und enthält außerdem eine Anzahl von Kühlmittelpumpen 5 und Wärmetauschern 6, von denen jeweils nur eine bzw. einer dargestellt ist. Der Reaktorkern 1 steht auf einem Verteilersockel 7 und ist zusammen mit den Wärmetauschern 6 in einem Innenbehälter 8 untergebracht. Die den Verteilersockel 7 mit dem Kühlmittel speisenden Pumpen 5 befinden sich außerhalb des Innen-

0300U/0859

behälters 8. Der Realtorkern 1 enthält eine Vielzahl von eng nebeneinander aufrecht auf dem Verteilersockel stehenden Brennstoffelementen und ist von einem Neutronenschild 9 umgeben. Kontrollstäbe 10 und Instrumentierungen 11 sind durch das Dach des Bauwerks hindurchgeführt und erstrecken sich in einem Kopfteil 12 abwärts in Richtung auf den Reaktorkern 1. Das Kopfteil 12 hängt an einem drehbaren inneren Deckel 13, welcher exzentrisch in einem in einer öffnung des Dachs drehbaren äußeren Deckelring 14 gelagert ist. Der Deckel 13 trägt eine Brennstoff-Beschickungsvorrichtung 13a, welche sich durch Verdrehen des Deckels 13 und des Deckelrings 14 in jede beliebige Beschickungsposition über dem Reaktorkern bringen läßt.

Das in vergrößertem Maßstab mit weiteren Einzelheiten in Fig. 2 gezeigte Kopfteil 12 hat einen im wesentlichen zylindrischen, von öffnungen durchsetzten Mantel, welcher mit senkrecht stehender Längsachse bis zu einer mit "L" bezeichneten Tiefe in das Kühlmittelbad eintaucht. Eine Anzahl von Rohren 15, welche als Führungsrohre 16 für die Kontrollstäbe und Führungsrohre 17 für die Instrumentierung dienen, erstreckt sich innerhalb des Mantels von einer Stelle unmittelbar unterhalb des drehbaren inneren Deckels 13 senkrecht abwärts bis unmittelbar über den Reaktorkern 1. Die Rohre 15 sind durch eine untere Gitterplatte 18, eine mittlere Gitterplatte 19 und eine gewölbte obere Gitterplatte 20 in gegenseitigem Abstand gehalten. Die untere und die mittlere Gitterplatte 18 bzw. 19 haben zwischen den Rohren 15 angeordnete öffnungen oder Durchlässe 23 und sind beide im Kühlmittelbad untergetaucht. Die mittlere Gitterplatte 19 hat eine Anzahl von Stutzen 21, an denen die Enden von Teilstücken der Rohre 15 stumpf angeschweißt sind. An den Stutzen 21 sind dünne, sechseckige Flansche 22 angeformt, welche in gegenseitigem

0300U/0859

Abstand in einer querverlaufenden Ebene angeordnet sind und zusammen eine durchlässige Abdeckung für die Oberseite der mittleren Gitterplatte 19 bilden.

Im Betrieb des Reaktors wird aus dem Bereich außerhalb des Innenbehälters 8 relativ kühles Kühlmittel von den Pumpen 5 angesaugt und dem Verteilersockel 7 zugeführt, so daß es den Reaktorkern 1 aufwärts durchströmt. Die auf die mittlere Gitterplatte auftreffende Strömung des Kühlmittels wird radial umgelenkt und durchströmt darauf die Wärmetauscher 6 in Wärmetauschbeziehung mit einem sekundären metallischen Kühlmittel für die Wärmeübertragung zu außerhalb des Schutzbaus angeordneten Dampferzeugern. Das primäre metallische Kühlmittel fließt anschließend in das Kühlmittelbad zurück. Da das Kopfteil 12 von zahlreichen Öffnungen durchsetzt ist, kann das Kühlmittel ungehindert durch es hindurchströmen, so daß während des stetigen Betriebs des Reaktors nur geringe Temperaturunterschiede auf die einzelnen Teile einwirken. Bei durch Einführen der Kontrollstäbe hervorgerufenen starken Änderungen der Reaktivität ergibt sich jedoch ein starkes Absinken der vom Reaktorkern freigesetzten Wärmeenergie, so daß die Auslaßtemperatur des Reaktor-Kühlmittels beträchtlich absinkt. Da die untere Gitterplatte 18 von Öffnungen durchsetzt ist, kann eine genügend große Menge des kühleren Kühlmittels durch sie hindurchströmen, so daß sich die Temperatur im unteren Bereich des Kopfteils zwischen der unteren und der Mittleren Gitterplatte schnell stabilisiert und die untere Gitterplatte nur geringen Wärmespannungen ausgesetzt ist. Da jedoch der größte Teil der Kühlmittelströmung von der mittleren Gitterplatte 19 weg gerichtet ist, tritt ein Temperaturausgleich zwischen dem unteren und dem oberen Bereich des Kopfteils nur mit beträchtlicher Verzögerung; ein. Das die Öffnungen der

mittleren Gitterplatte aufwärts durchströmende, relativ kältere Kühlmittel wird nun von der durch die Anordnung der Flansche 22 gebildeten durchlässigen Abdeckung umgelenkt, so daß es über die Oberseite der Gitterplatte strömt. Dadurch werden an beiden Oberflächen der relativ dicken mittleren Gitterplatte im wesentlichen gleiche Temperaturbedingungen erzielt, um das Auftreten von Wärmespannungen weitgehend zu verhindern. Die von der Strömung des aus dem Reaktorkerns austretenden Kühlmittel nicht direkt beaufschlagten Plansche 22 können aus relativ dünnem Material sein und sind in gegenseitigen Abständen angeordnet, so daß sie eine dünne, diskontinuierliche Wand bilden, welche die durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Spannungen aufzunehmen vermag.

0300U/0859

Claims

DR. BERG DIFL-ING STAPF DIPL-ING. SCKWAnE DR DR. SANOMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86 2938522

Anwaltsakte 30 376

P_a_t e_n t_a η s_p__r_ü ehe

Kernreaktor mit einem Reaktorkern, welcher innerhalb eines Außenbehälters in einem Kühlmittelbad versenkt ist, sowie mit einem Reaktorkern-Kopfteil, welches eine Anzahl von sich senkrecht erstreckenden und durch eine untere und eine mittlere, jeweils in das Kühlmittelbad eintauchende perforierte Gitterplatte in gegenseitigen Abständen gehaltenen Rohren aufweist, gekennzeichnet durch eine durchlässige Abdeckung für die Oberseite der mittleren Gitterplatte (19) ^ welche das die Perforationen (23) der mittleren Gitterplatte aufwärts durchströmende Kühlmittel zwingt, quer über die Oberseite der Gitterplatte zu strömen.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Abdekkung aus in gegenseitigen Abständen in einer gemeinsamen querverlaufenden Ebene angeordneten, an den Rohren hervorstehenden geradlinigen Flanschen (22) gebildet ist.

Bankkonten: Hypo-Bank Manchen 4410122 (BLZ 70020011) Swilt Code: HYPO DE MM Btyec Vereinsbuik Manchen 453100 (BLZ 70020270) Postscheck Manchen 653 43-808 (BLZ 70010080)

(089)988272 Telegramme: 9(8273 BEROSTAPFPATENT München 988274 TELEX: 983310 0524560 BERG d
3. Mit flüssigem Metall gekühlter schneller Brutreaktor mit einem Reaktorkern, welcher innerhalb eines in einem Schutzbauwerk angeordneten Außenbehälters in einem Kühlmittelbad versenkt ist, sowie mit einem Reaktorkern-Kopfteil, welches einen mit senkrechter Achse an einem Dach des Schutzbauwerks aufgehängten, von Durchlässen durchsetzten, im wesentlichen zylindrischen Mantel und eine Anzahl von sich senkrecht erstreckenden und durch eine untere und eine mittlere, jeweils in das Kühlimittelbad eintauchende perforierte Gitterplatte in gegenseitigen Abständen gehaltene Rohre aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (15) geradlinig daran hervorstehende Flansche (22) aufweisen, welche in gegenseitigen Abständen in einer querverlaufenden Ebene angeordnet sind und eine durchlässige Abdeckung für die Oberseite der mittleren Gitterplatte (19) bilden.

03001 W0R59