DE1215823B - Einrichtung zur Vermeidung der Rueckstroemung bei einem gasgekuehlten Kernreaktor - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Vermeidung der Rückströmung bei einem gasgekühlten Kernreaktor Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Vermeidung der Rückströmung des Kühlgases in gedrosselten, ganz mit Brennstoffelementen besetzten Kühlkanälen eines Atomkernreaktors, in denen das Kühlgas von oben nach unten strömt.
• Gasgekühlte Kernreaktoren weisen bisher meistens einen von unten nach oben gerichteten Kühlgasstrom in den Reaktorkühlkanälen auf. Das hat unter anderem den Nachteil, daß sich bei einem gewissen Wert des Druckverlustes in den mit Brennstoff belegten Kühlkanälen der vorwiegend aus Graphit oder Berylliumoxyd bestehende Moderator von seiner Unterlage abheben kann. Um dies zu vermeiden, geht man neuerdings auch zu einem abwärts gerichteten Kühhnittelfluß. im Reaktor über. Diese Anordnung ist bei Reaktorteillast, wenn der Gasdurchsatz verringert ist, mit der Schwierigkeit verbunden, daß sich in einzelnen. Kühlkanälen ein Strömungsumschlag oder zumindestens teilweise Rückströmungen ausbilden können. Dadurch können unter Umständen unzulässige Brennstoffüberhitzungen vorkommen. Das trifft besonders für die Reaktorkühlkanäle mit geringerer Wärmeentwicklung zu, die nach dem bisherigen Stand der Technik mit einer auf einer Seite des Kühlkanals angeordneten Drosselstelle ausgerüstet waren, um den Gasdurchfiuß ausreichend zu reduzieren.
• Bei gasgekühlten Reaktoren ist es bekannt, die Gasgeschwindigkeit durch Verengung des .Strömungsquerschnitts der Kühlkanäle so zu variieren, daß gleichmäßige Oberflächentemperaturen der Brennelemente erreicht werden. Hierdurch erfolgt gegenüber nichtverengten Kanälen eine Verminderung des Gasdurchsatzes. Bei berippten Brennelementen wird die Verengung des Strömungsquerschnitts unter anderem durch über die Länge der Kanäle mit veränderten Drallwinkeln versehene Rippen erreicht. Außerdem bewirken die Rippen selbst eine Verminderung des Gasdurchsatzes gegenüber einem Kühlkanal mit nichtberippten Brennelementen. Es ist auch bereits bekannt, solche als Drosseln wirkende Berippungen bei gasgekühlten Reaktoren zu verwenden, bei welchen das Kühlmittel die Kühlkanäle von oben nach unten durchströmt.
• Fernerhin ist bekanntgeworden, den Strömungsquerschnitt der Kühlkanäle mit einem wellenförmigen Profil in Strömungsrichtung auszubilden. Hierdurch werden Querschnittsunterschiede hergestellt, die Variationen in der Richtung, in der Geschwindigkeit und im Druck des strömenden Kühlmittels erzeugen. Insbesondere können diese Querschnittsunterschiede auch durch geeignete Formung der Brennelementoberfläche hergestellt werden.
• Alle diese bisher bekannten Querschnittsveränderungen in Kühlkanälen von gasgekühlten Reaktoren wurden jedoch immer nur im Hinblick auf eine günstige Beeinflussung der Wärmeüberträgungsverhältmisse und vor allen Dingen für die wärmetechnisch am stärksten belasteten Kanäle vorgeschlagen. Demgegenüber sollen die Drosseln nach dem Erfindungsgedanken in Kanäle mit verringertem Kühlmitteldurchsatz eingebaut werden und einen günstigen Einfluß auf das Vermeiden von .Strömungsumkehrungen auswirken. Der wesentliche Fortschritt dieser neuen Einrichtung liegt darin, daß bisher auftretende unzulässige Brennstoffüberhitzungen in den gedrosselten Kanälen infolge von Rückströmungen verhindert werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Rückströmungen in gedrosselten Kühlkanälen unmöglich zu machen und somit einen sicheren Betrieb von abwärts durchströmten, gasgekühlten Reaktoren zu gestatten.
• Dies wird bei dem eingangs genannten Reaktor dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß in den Kanälen in an sich bekannter Weise an mehreren über die ganze Länge der Kanäle verteilten Stellen Drosseln für die Kühlgasströmung angebracht sind. Besonders vorteilhaft ist es, diese Drosseln zwischen den einzelnen in einem Kühlkanal angeordneten Brennelementen einzubauen und sie an den Enden der Brennelemente zu befestigen.
• Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung wird erreicht, daß sich der Druckabfall in den gedrosselten Kühlkanälen nicht mehr wie bisher vorwiegend an einer Stelle, nämlich der einen Drossel, konzentriert, sondern schrittweise in kleinen Stufen aufbaut. Da bei gedrosselten Kühlkanälen der Beitrag der Brennelemente zum Gesamtdruckverlust leicht unter 10'% liegen kann, ergab sich nach der bisher bekannten Konstruktion der Effekt, daß der gesamte Gewichtsdruck der Gassäule im Kühlkanal entgegengesetzt zum relativ kleinen Strömungsdruckabfall wirkte. Das Verhältnis des Gewichtsdruckes zum Strömungsdruckabfall ist aber maßgebend für die Neigung zu Rückströmungen.
• Bei einem Kühlkanal gemäß der Erfindung ist das Verhältnis des Strömungsdruckabfalles zum Gewichtsdruck um einen Faktor, der etwa gleich der Zahl der Zwischendrosseln. ist, günstiger als bei der bisher bekannten Bauweise. Somit kann auch bei kleinen Reaktorteillasten mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten eine Rückströmung in den gedrosselten Kühlkanälen sicher vermieden werden.
• Weitere Vorteile der Konstruktion gemäß der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen hervor. Sie zeigen in F i g. 1 eine Ansicht eines Brennstoffkanales in einem Reaktor, in F i g. 2 eine Ansicht in größerem Maßstab und in F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie C-C in F i g. 2. Die F i g. 1 bis 3 zeigen. eine Sonderausführung der Maßnahme gemäß der Erfindung stark vereinfacht als Beispiel. In. dem Reaktorkern 1 ist der gedrosselte Kühlkanal 2 eingelassen. Das Kühlgas strömt von oben nach unten in Richtung der Pfeile a und b. Im Kühlkanal 2 befinden sich vier Brennelemente, die aus den Brennstoffstäben 3, den Halterungen 4 und 5 und dem Greifknopf 6 bestehen. Die Halterungen 4 und 5 sind gleichzeitig als Drosselstellen ausgebildet, dadurch, daß ein Durchfluß nur durch die Bohrungen 7 erfolgen kann.
• Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Drosselstellen nicht, wie im Beispiel gezeigt, fest- mit den Brennelementen zu verbinden, sondern sie so auszubilden, daß sie. bei Bedarf nachträglich auf die Brennelemente aufgesetzt werden können. Auf diese Weise wird es möglich, alle Brennelemente des Reaktors gleichartig auszubilden. Die Anpassung an die Lage im Reaktorkern erfolgt dann erst vor dem Einsetzen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Vermeidung der Rückströmung des Kühlgases in gedrosselten, ganz mit Brennstoffelementen besetzten Kühlkanälen eines Atomkernreaktors, in denen das Kühlgas von oben nach unten strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Kanälen in an sich bekannter Weise an mehreren über die ganze Länge der Kanäle verteilten Stellen Drosseln für die Kühlgasströmung angebracht sind. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln an den Enden der Brennstoffelemente dauernd oder lösbar befestigt sind. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln zwischen den einzelnen Brennstoffelementen angeordnet sind. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,, daß Drosseln verschiedener Wirksamkeit vorgesehen sind. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Lochplatten als Drosseln. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr.1219 325, 1212 200; britische Patentschrift Nr. 821861; »Schiff und Hafen«, 1958, H.
2. 2, S.125.