DD235946A1 - Kernreaktor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Kuehlmittelhaupt- und -nebenstrom, z. B. einen Mehrzonenkernreaktor. Das Ziel der Erfindung ist eine einfache, sichere und gut steuerbare Kuehlung von Kernreaktoren. Aufgabe der Erfindung ist es, den Kuehlmittelhauptstrom durch die Stroemungskanaele des Kernreaktors mit Hilfe des im Druck erhoehten Kuehlmittelnebenstroms zonenweise unterschiedlich zu beschleunigen und dabei Kopplungselemente zu verwenden, die bei einem hohen Wirkungsgrad einen nur geringen Stroemungswiderstand fuer den Kuehlmittelhauptstrom im Naturumlauf (bei Ausfall der Pumpe) bilden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass jedem Stroemungskanal eine oder mehrere in der Achse mit ihm fluchtende Coanda-Duesen zugeordnet und die jeweils ersten, zweiten usw. den Stroemungskanaelen zugeordneten Coanda-Duesen in mit jeweils einem Teilstrom des Kuehlmittelnebenstroms beaufschlagten Plenen zusammengefasst sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Kühlmittelhaupt- und -nebenstrom, z. B. einen Mehrzonenkernreaktor.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kernreaktoren werden in der Regel mit Kühlmittel-Zwangsumlauf konzipiert. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Kühlmittel des ersten Kreislaufes durch Pumpen durch den Reaktorkern gefördert wird und daß das gesamte Kühlmittel die Pumpen durchströmt. Dabei ist es unerheblich, ob der Kernreaktor in integrierter Bauweise (Behälter-Typ, Pool-Type) oder in Schleifenbauweise (Loop-Type) ausgeführt ist. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß bei Pumpenstillstand die Pumpen wegen , ihres Strömungswiderstandes einen'weiteren Kühlmittelumlauf behindern. Dies ist insbesondere bei der Nachwärmeabfuhr nach Pumpenausfall durch Naturumlauf der Fall.

Reale Reaktorkerne besitzen eine ortsabhängige Neutronenflußverteilung. Dies führt zu einer Herabsetzung des Leistungsformfaktors und einer damit verbundenen schlechten Kernbrennstoffausnutzung. Man begegnet diesen Nachteilen mit Mehrzonenkernen mit unterschiedlicher Brennstoffanreicherung in den einzelnen Zonen und/oder mit unterschiedlicher Zonenkühlung zur Vergleichmäßigung der Kassettenaustrittstemperaturen. Hierzu werden die Strömungskanäle durch den Reaktor über von außen regelbare Blenden oder Drosselkörper unterschiedlich stark vom Kühlmittelhauptstrom durchflossen (R.Harde, K.W.Stöhr: Die Kompakte Natriumgekühlte Kernreaktoranlage Karlsruhe (KNK). Atomwirtschaft, Juli 1966, S.354-360). Eine entsprechende Belade- und Umladestrategie (fuel-managements) vervollständigt diese Maßnahmen. Der Steueraufwand und die Druckverluste sind erheblich.

Nach DE 3026113 ist ein Kernreaktor mit wenigstens einer Strahlpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels durch den Reaktorkern bekannt, bei dem eine Teilmenge, ein Kühlmittelnebenstrom, dem Kühlmittelhauptstrom entnommen und über eine Pumpe der Strahlpumpe als Antriebsfluid hoher Geschwindigkeit zugeführt wird. Nachteilig sind der Strömungswiderstand dieser Anordnung bei Treibstrahlausfall und der relativ geringe Wirkungsgrad der Flüssigkeitsstrahlpumpe von etwa 20-30%. Eine zonenweise unterschiedliche Kühlung des Reaktors ließe sich nur mit großem Aufwand realisieren.

Ziel der Erfindung · . '

Das Ziel der Erfindung ist eine einfache, sichere und gut steuerbare Kühlung von Kernreaktoren.

Darlegung des Wesens der Erfindung -

Aufgabe der Erfindung ist es, den Kühlmittelhauptstrom durch die Strömungskanäle des Kernreaktors mit Hilfe des im Druck erhöhten Kühlmittelnebenstroms zonenweise unterschiedlich zu beschleunigen und dabei Kopplungselemente zu verwenden, die bei einem hohen Wirkungsgrad einen nur geringen Strömungswiderstand für den Kühlmittelhauptstrom im Naturumlauf (bei Ausfall der Pumpe) bilden. .

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß jedem Strömungskanal eine oder mehrere in der Achse mit ihm fluchtende Coanda-Düsen zugeordnet und die jeweils ersten, zweiten usw. den Strömungskanälen zugeordneten Coanda-Düsen in mit jeweils einem Teilstrom des Kühlmittelnebenstroms beaufschlagten Plenen zusammengefaßt sind^ Jedem Strömungskanal sind entsprechend seinem Platz in einer bestimmten Zone des Kernreaktors eine oder mehrere Coanda-Düsen zugeordnet. Der Kühlmitteldurchsatz steigt dadurch stufenweise an. Die Höhe des Durchsatzes jeder Stufe ist mit dem Druck des in diese Stufe eingeleiteten Teilstromes des Kühlmittelnebenstroms einstellbar. Dadurch werden unterschiedliche Kühlmitteldurchsätze für unterschiedliche Kassetten realisiert und die Kassettenaustrittstemperaturen vergleichmäßigt. Die während des Reaktorbetriebes in einfacher Weise verstellbare Zonenkühlung hat den Vorteil, daß die integrale Wärmeleistung des Reaktors erhöht wird, der Kernbrennstoff besser ausgenutzt wird und/oder längere Kampagnezeiten des Kernreaktors erreicht werden, die zu einer Steigerung der Verfügbarkeit des Reaktors führen.

Der Wirkungsgrad der Coanda-Düsen als Koppelelement zwischen dem Kühlmittelneben- und -hauptstrom ist wesentlich besser als der von Strahlpumpen. Bei Pumpenausfall stellen sie praktisch keinen Strömungswiderstand dar. Der Naturumlauf ist gewährleistet. Die Nachzerfallswärme wird schnell aus der aktiven Zone abgeführt.

Weitere Vorteile der Erfindung sind: Beim Betreiben von nur einer Schleife des Reaktors tritt keine Schieflast im Reaktor auf. Bei Verstopfungen am Kassettenfuß oder eines Coanda-Düsen-Ringspaltes durchströmt ein Kühlmittelteilstrom den Reaktorkern weiterhin.

Ausführungsbeispiel

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: schematisch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Reaktor,

Fig.2: einen Ausschnitt aus einer Anordnung von Coanda-Düsen in den Plenen..

In dem Reaktorbehälter 1 zirkuliert Kühlmittel, z. B. Wasser unter hohem Druck. Beim Durchströmen der Strömungskanäle 11 in den Brennstoff-Kassetten 2 nimmt das Kühlmittel die im Reaktorkern 3 freigesetzte Kernspaltungsenergie in Form von Wärme auf und transportiert sie zu den Wärmetauschern 4, in denen das Kühlmittel die im Reaktorkern 3 aufgenommene Energie an ein Arbeitsmedium des Reaktors abgibt und sich dabei abkühlt.

Ein kleiner Kühlmittelnebenstrom wird durch Rohrleitungen 7 zur außerhalb des Reaktorbehälters 1 stationierten Pumpe 5 geführt. Der größere Kühlmittelhauptstrom verbleibt innerhalb des Reaktorbehälters 1 und durchströmt, nachdem er die Brennstoff-Kassetten 2 von unten nach oben in den Strömungskanälen 11 durchströmt hat, einen um den Reaktorkern 3 befindlichen Ringspalt 8, in dem sich die Wärmetauscher 4 befinden, in entgegengesetzter Richtung. Der Kühlmittelnebenstrom wird, nachdem er mittels der Pumpe 5 auf ein hohes Druckniveau gebracht worden ist, über Rohrleitungen 7, die mit Regelorganen 6 bestückt sind, in den Reaktorbehälter 1 eingespeist und den Coanda-Düsen 10 zugeführt, wo er den Kühlmittelhauptstrom antreibt. Der Kühlmittelnebenstrom wird über mehrere mit variierbarem Druck beaufschlagte Plenen 91,92 und 93 den Coanda-Düsen 10 zugeführt. Jeden einzelnen Plenum 91,92 und 93 wird ein Teilstrom des Kühlmittelnebenstromes zugeführt. Mit Hilfe der Regelorgane 6 ist es möglich, die Plenen 91,92 und 93 mit unterschiedlichen Drücken zu beaufschlagen.

Der Kühlmitteldurchsatz ist mit dem Druck der über die Plenen 91,92 und 93 den Coanda-Düsen 10 zugeführten.Teilströme des Kühlmittelnebenstromes einstellbar. Dadurch können unterschiedliche Kühlmitteldurchsätze für unterschiedliche Brennstoff-Kassetten 2 realisiert werden und die Kassettenaustrittstemperaturen werden vergleichmäßigt.

Claims (3)

1. — ι — #τ# %ß*j

   Erfindungsanspruch:

   1. Kernreaktor mit mehreren, vom Kühlmittelhauptstrom durchflossenen Strömungskanälen und einem Kühlmittelnebenstrom, der über eine Pumpe geführt und über wenigstens einen Injektor mit dem Kühlmittelhauptstrom verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß jedem Strömungskanal (11) eine oder mehrere in der Achse mit ihm fluchtende Coanda-Düsen (10) zugeordnet und die jeweils ersten, zweiten usw. den Strömungskanälen (11 !zugeordneten Coanda-Düsen (10) in mit jeweils einem Teilstrom des Kühlmittelnebenstroms beaufschlagten Plenen (91,92,...) zusammengefaßt sind.
2. 2. Kernreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck jedes Teilstroms einstellbar ist.
3. 3. Kernreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zahl der Coanda-Düsen pro Strömungskanal zur Mitte des Reaktors hin zunimmt.