CH653169A5 - Leichtwasser-kernreaktor mit einer kuehlwasserfuehrenden kernumfassung. - Google Patents

Description

653 169

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE

1. Leichtwasser-Kernreaktor mit einem Strahlung emittierenden Kern, der von einer aus ebenen Blechen bestehenden Kernumfassung zur Führung des Kühlwassers eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3,4,5) mit parallelen Nuten (8) versehen sind, deren Tiefe (T) ein Viertel der Wanddicke (D) oder mehr beträgt, und deren Abstand (A) voneinander höchstens so gross wie die Tiefe (T) ist.

2. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Nuten (8) mindestens so gross wie die Tiefe (T) ist.

3. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) etwa halb so gross wie die Wanddicke (D) ist.

4. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 3, dessen Kernumfassung aus rechtwinklig zueinander verlaufenden Blechen besteht, die kerninnere und kemäussere Ecken bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3,4,5) mindestens im Bereich der kerninneren Ecken (6) mit Nuten (8) versehen sind.

5. Leichtwasser-Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche der Kernumfassung (2) mit Ausnahme von Befestigungsstellen der Bleche (3,4,5) mit Nuten (8) versehen ist.

Die Erfindung betrifft einen Leichtwasser-Kernreaktor mit einem Strahlung emittierenden Kern, der von einer aus ebenen Blechen bestehenden Kernumfassung zur Führung des Kühlwassers eingeschlossen ist. Bei solchen Reaktoren erzeugt die Strahlung in den Blechen Wärme, die zu leistungsdichteabhängigen Temperaturdifferenzen ind er Kernumfassung führt. Die Leistungsdichte kann Unterschiede in Um-fangsrichtung des Reaktorkerns aufweisen, so dass Temperaturspannungen und Verwölbungen der Bleche nicht auszu-schliessen sind, wenn nicht besondere Gegenmassnahmen ergriffen werden. Diese Gegenmassnahmen, bei denen zum Beispiel an mechanische Verstärkungen, Streben oder dergleichen zu denken ist, können ihrerseits wieder zur Erwärmung und Temperaturspannungen führen und ausserdem einen unerwünscht hohen Aufwand erfordern, so dass die Erfindung nach einer besseren Lösung des Problems der Temperaturdifferenzen aufgrund unterschiedlicher Wärmeentwicklung sucht.

Gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bleche mit parallelen Nuten versehen sind, deren Tiefe ein Viertel der Wanddicke oder mehr beträgt, und deren Abstand voneinander höchstens so gross wie die Tiefe ist.

Durch die Anordnung der Nuten, deren Breite vorteilhaft mindestens etwa ebenso gross wie die Tiefe ist, wird die Wärmeentwicklung gegenüber einer nutenlosen Kernumfassung stärker verringert als die mechanische Festigkeit durch die Nutung abnimmt. Gleichzeitig wird durch die Anordnung der Nuten die Wärmeabfuhr verbessert, so dass Temperaturdifferenzen insgesamt drastisch gesenkt werden. Damit verringern sich auch die mechanischen Beanspruchungen. Mithin bietet die Erfindung eine Möglichkeit, die Kernumfassungen leichter, insbesondere dünner, auszubilden.

Die Erfindung ist besonders für Kernumfassungen von Leichtwasserreaktoren vom Typ Druckwasserreaktor geeignet. Vorzugsweise ist die Nutentiefe etwa halb so gross wie die Wanddicke. Dabei lässt sich eine wesentliche Verbesserung erreichen, wenn bei einer Kernumfassung aus rechtwinklig zueinander verlaufenden Blechen, die kerninnere und kemäussere Ecken bilden, die Bleche im Bereich der kerninneren Ecken mit Nuten versehen sind, die zum Beispiel über die halbe Breite der Bleche reichen. Es ist aber durchaus möglich, auch die gesamte Oberfläche mit Ausnahme von Befestigungsstellen der Bleche mit Nuten zu versehen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 in einem Teilschnitt durch die Kernumfassung eines Druckwasserreaktors und in Fig. 2 in einer zugehörigen Seitenansicht gezeichnet ist.

Die den nicht dargestellten quadratischen Brennelementen des Reaktorkerns 1 angepasste Kernumfassung 2 besteht aus einzelnen ebenen Blechen als Wandteile 3,4,5 usw. Die Bleche bestehen aus austenitischem Material und haben eine Wanddicke D von 23 mm. Sie verlaufen rechtwinklig zueinander und bilden keminnere Ecken 6 und kemäussere Ecken 7.

Die Wandteile 3,4,5 sind auf der dem Kern 1 abgewandten Aussenseite mit parallelen Nuten 8 versehen, die den aus der Fig. 1 ersichtlichen annähernd quadratischen Querschnitt haben. Die Tiefe T der Nuten 8 beträgt 13 mm, also mehr als die Hälfte der Wanddicke D. Der Abstand A zwischen zwei benachbarten Nuten ist höchstens ebenfalls 13 mm gross, vorzugsweise aber kleiner und nur durch die mechanische Mindestfestigkeit begrenzt. Die Breite B der Nuten, die mindestens 10 mm betragen sollte, um eine gute Kühlung zu gewährleisten, liegt beim Ausführungsbeispiel ebenfalls bei 13 mm. Sie kann aber auch grösser sein.

Die Fig. 2 zeigt, dass sich die Nuten 8 über praktisch die gesamte Aussenseite der Kernumfassung erstrecken. Lediglich der für die Befestigung vorgesehene Bereich 10 mit den für Verbindungsstellen vorgesehenen Bohrungen 11 ist auf einer Breite von etwa 40 mm ausgespart. Die Längsrichtung der Nuten fällt mit der Strömungsrichtung des Kühlwassers zusammen, das mit kleiner Geschwindigkeit die Kernumfassung 2 und mit grosser Geschwindigkeit den Reaktorkern 1 von unten nach oben durchströmt. Jedenfalls sollen die durch den Abstand A geschaffenen Rippen 9 zwischen den Nuten 8 die zur Wärmeabfuhr gewünschte Kühlmittelströmung möglichst nicht behindern.

Rechnungen ergeben, dass die auf Neutronen- und Gam-ma-Strahlung beruhende ungleichmässige volumenspezifische Leistung in der Kernumfassung 2, die an der durch einen Kreis gekennzeichneten Stelle E in der kerninneren Ecke 6 zum Beispiel 14300 kW/m3 beträgt, während die durch ein Kreuz gekennzeichnete Stelle F in der kernäusseren Ecke mit weniger als ein Viertel, nämlich 3000 kW/m3, beaufschlagt wird, aufgrund der Nuten mit wesentlich geringeren Temperaturunterschieden als bei den sonst üblichen massiven Blechen aufgenommen wird.

Bei sonst gleichen Verhältnissen sind die Temperaturunterschiede zwischen den etwa 200 mm entfernten Stellen E und F von etwa 40°K auf 10°K oder weniger, d.h. auf ein Viertel zurückgegangen.Dadurch werden nicht nur die Beanspruchungen der einzelnen Bleche 3,4,5 usw. herabgesetzt, sondern auch die der Verbindungsstellen der Bleche.

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1 Blatt Zeichnungen