DE1023828B - Kernreaktor mit Umlaufkuehlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem aus festem Stoff bestehenden kreiszylindrischen Moderator, in dessen achsenparallele Bohrungen die Uranstäbe mit so viel Spiel eingesetzt sind, daß durch die zwischen den Uranstäben und den Wänden, der Bohrungen entstandenen Ringkanäle ein Kühlmittelstrom fließen kann. Die Erfindung besteht darin, daß der Kühlmittelstrom an den Stirnseiten des Moderators radial von außen nach innen geführt wird.

Die aus Uran oder einem verwandten Stoff, wie Thorium, Plutonium, bestehenden Stäbe eines Kernreaktors sind im allgemeinen in gasdichte Hüllen. a.u-s Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall eingeschlossen und befinden sich in einzelnen kreiszylindrischen Bohrungen des aus einem festen Stoff, etwa Graphit, bestehenden Moderators. Um die· bei der Kernreaktion entstehende Wärmemenge abzuführen, wird der Durchmesser der Bohrung größer als der der Aluminiumhüllen gemacht und durch den Ringraum ein Kühlmittel, meist ein gasförmiges, geleitet.

Die Wärmeerzeugung ist nicht in allen Stäben gleich groß, sondern nimmt gegen die Achse des Moderators hin nach einer Besselfunktion zu. Es sind daher auch ungleich große Wärmemengen abzuführen. Damit die höchstmögliche Temperatur des Kühlmittels erreicht wird, muß die Temperatur der Aluminiumhiillen hoch sein, darf jedoch das ihre Festigkeit begrenzende Höchstmaß von 450 bis 500° C nicht überschreiten.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Kühlmittel an den Stirnseiten, des Moderators radial von außen, nach innen geführt und im Parallelstrom durch die Kühlkanäle geleitet wird. Diese Maßnahme wird deshalb getroffen, da es praktisch nicht durchführbar wäre, die Temperatur in. jedem Kanal zu messen und die Kühlmittelmengenverteilung danach vorzunehmen. Deshalb wird gemäß der Erfindung die Strömung am Eintritt in und am Austritt aus dem Moderator radial nach innen gelenkt. Die auftretenden Stoßverluste regeln dabei selbsttätig die Mengenverteilumg in dem angestrebten erfindungsgemäßen Sinn. Eine praktische Ausführungsform der Erfindung besteht darin, eine Regelung mit Hilfe von zu den Stirnenden des Moderators im wesentlichen parallelen Lenkscheiben vorzunehmen, welche auf der Einströmseite den zylindrischen Umfang entsprechend der axialen Entfernung freigeben und auf der Austrittsseite das Kühlmittel durch eine zen.trisehe Öffnung wieder austreten lassen. Eine Regelung ist dadurch möglich, daß diese Platten in Achsrichtung des Moderators verstellbar sind und die Platte auf der Austrittsseite düsenförmig gestaltet ist. Durch die Verstellung dor Lenkscheiben in nähere und weitere

Kernreaktor mit Umlaufkühlung

Anmelder:

Deutsche Babcock & Wilcox-

Dampfkessel-Werke Aktien -Gesellschaft, Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Dr.-Ing. Wolfgang Junkermann, Mülheim/Ruhr, ist als Erfinder genannt worden

Entfernung von den, Stirnwänden wird, beispielsweise durch eine engere Stellung der Anteil des dynamischen Druckes erhöht und der des statischen Druckes erniedrigt. Auf diese Weise ist entsprechend den auftretenden Betrieibsfällen jederzeit eine entsprechende Einstellung leicht vorzunehmen.

Bei Kernreaktoren anderer Bauart war es bereits bekannt, den Kühlmittelstrom so zu führen, daß zwar beim Eintritt in den Reaktor und beim Austritt aus diesem eine radial nach innen gerichtete Umlenkung stattfindein sollte. Bei den, dabei getroffenen. Einrichtungen waren jedoch, die Strömungswiderstände im Reaktorinnern so< groß, daß trotz der beiderseits radial von, außen nach innen gerichteten Kühlmittelzu- und -abfuhr der erstrebte Zweck nicht erreicht werden konnte.

Die Zeichnung stellt den Gagenstand der Erfindung vereinfacht dar, es zeigt

Abb. 1 einen, Graphitblock für einen Moderator im Längsschnitt,

Abb. 2 einen Querschnitt entsprechend Abb. 1,

Abb. 3 ein Diagramm des relativen Maßes der Wärmeentwicklung in Abhängigkeit vom Radius,

Abb. 4 einen Achsschnitt durch einen in den Reaktormantel eingebauten Moderator mit Regelvorrichtungen, und

Abb. S einen Reaktor mit Seriensehaltung der Kühlkanäle.

Gemäß Abb. 1 ist der Moderator ein kreiszylindrischer Graphitblock \, in welchem sich nach einem bestimmten System verteilte achsparallele Bohrungen2 befinden. Werden in diese Bohrungen die in Hüllen befindlichen. Uramstäbe3 eingeführt, so verteilt sich die Wärmeentwicklung der Kernreaktion etwa nach der Linie 5 der Abb. 3 über den Durchmesser 4 des Reaktors.

7Ü9 878/224

Zum Zweck der Kühlmittelleitung ist der Moderator 1 gemäß Abb. 4 in ein zylindrisches Gefäß 6 eingesetzt, dessen Enden aus Festigkeitsgründen halbkugelig ausgebildet sind. Die Kombination, von Gefäß 6 mit Moderator 1 und. Stäben. 3 soll als Reaktor bezeichnet werden. Dem Reaktor wird das Kühlmittel durch den Stutzen 7 axial zugeführt, und es verläßt ihn durch den, axialen Stutzen 8. Der¹ Moderator 1 ist gegen den Reaktoirmanitel 6 am Umfang abgedichtet, damit das Kühlmittel durch die Kanäle 2 strömen muß, in welchen, sich die nicht dargestellten Uranstäbe befinden. Vor der Eintrittsseite des Moderators befindet sich, die scheibenförmige Platte 9, welche nicht bis an den Mantel 6 reicht und mit Hilfe bekannter Mittel, dargestellt ist ein Zahnstangentrieb 10, in, Achsrichtung des Moderators bewegt werden kann. Eine ähnliche Platte 11 steht der Austrittsstirnfläche des Moderators 1 gegenüber, sie ist jedoch gegen den Umfang des Mantels 6 abgedichtet und hat in der Mitte einen düsenförmig gestalteten Austrittsstutzen 12. Auch diese Platte ist mit Hilfe einer Vorrichtung 13 in Achsrichtung des Moderators verstellbar.

Abb. 5 zeigt einen ähnlich gebauten Reaktor, bei dem jedoch die Kühlkanäle 2 durch unmittelbaren An-Schluß des Einströmstutzens 7 an den Moderator in zwei nacheinander von dem Kühlmittel durchströmte Gruppen 14 und 15 unterteilt worden sind.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die nicht dargestellten Uranstäbe durch die Rohre 19 abdichtend nur durch, den halbkugelförmigen Reaktormantel, jedoch, nicht mehr durch den Schild 9 oder 11 der Ausführungsform nach Abb. 4 geführt werden müssen. Der Schild 11 der Abb. 4 ist zu dem Schild 16 zusammengeschrumpft, der allein oder mit seinem Gegenkonus 17 die Strömungsverteilung¹ und die Strömungsumkehr bewirkt. Der Moderator 1 ist durch die Reflektormasse 18 gegen den Mantel 6 abgedichtet, so daß das Kühlmittel die Kanäle 2 der Gruppe 15 durchströmen muß. Es wird durch den Schild 11 gelenkt, dessen Düse 12 den Eintrittsstutzen 7 umfaßt, und strömt durch den Stutzen 8 seitlich ab.

Claims (3)

Patentansprüche·

1. Kernreaktor mit einem aus festem Stoff bestehenden kreiszylindrischen Moderator, in. dessen achsenparallele Bohrungen die Uranstäbe mit so viel Spiel eingesetzt sind, daß durch die zwischen den Uranstäben und den Wänden der Bohrungen entstandenen Ringkanäle ein Kühlmittel strom fließen kann,, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelstrom an den, Stirnseiten des Moderators radial von außen nach innen geführt ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Strömung durch gegebenenfalls in Achsrichtung verstellbare, im wesentlichen zu den Stirnwänden des Moderators parallele Lenkscheiben regelbar ist, welche auf der Eintrittsseite die Einströmöffnung am Umfang und auf der Austrittsseite die Ausströmöffnung in der Mitte besitzen.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkscheibe der Austrittsseite düsenförmig gestaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 648 293;
Glasstone, Principles of Nuclear Reactor Engineering, 1956, S. 645, 646 und 797 bis 799.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 878/224 1.58