DE1216445B

DE1216445B - Gasgekuehlter Kernreaktor mit Reinigungssystem

Info

Publication number: DE1216445B
Application number: DEE22093A
Authority: DE
Inventors: Bernard William Collins; Cecil Harper; Geoffrey Winton Horsley; Samuel Brittan Hosegood
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1960-12-09
Filing date: 1961-12-08
Publication date: 1966-05-12
Also published as: GB966978A; US3196083A; BE611226A; LU40930A1; NL272289A; CH391906A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20 .

Nummer: 1216 445

Aktenzeichen: E 22093 VIII c/21 g

Anmeldetag: 8. Dezember 1961

Auslegetag: 12. Mai 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen gasgekühlten Kernreaktor mit einem vom System der Kühlkanäle getrennten System von Reinigungskanälen, die ihrerseits an eine Reinigungsanlage angeschlossen sind, wobei die Reinigungskanäle durch die einzelnen oder in Einheiten zusammengefaßten Brennstoffelemente hindurchgeführt sind, und mit Durchbohrungen der die Brennstoffelemente oder -einheiten abstützenden Halterungen in Verbindung stehen, wobei am Austritt der Reinigungskanäle aus dem Reaktorkern Drosselblenden vorgesehen sind.

In bekannten Systemen, in welchen das Reinigungsgas durch eine Anzahl von Brennstoffelementen und durch ihre Halterungen sowie durch Röhren ' in ein Leitungssystem befördert wird, wird bei einer Undichtigkeit eines Brennstoffelementes in seiner Halterung in starkem Maß das Überströmen von Kühlmitteln in das Leitungssystem bewirkt. Infolgedessen werden andere Brennstoffelemente, die an ■ sich dicht in ihrer Halterung angeordnet sind, von keinem oder nur einem Bruchteil der erforderlichen Reinigungsmenge beaufschlagt. Damit besteht aber bei dem bekannten System die Gefahr, daß einige Brennstoffelemente unvollständig von Spaltprodukten gereinigt werden. Dabei ist es auch schon bekanntgeworden, am Eintritt des Reinigungsgases am oberen Ende der Brennstoffelemente einen engen Einlaßquerschnitt vorzusehen, um die Reinigungsströme in den Brennstoffelementen auszugleichen.

Ziel der Erfindung ist der Einbau einer Vorrichrung, die in wirksamer Weise in jeder Reinigungsgasströmungsleitung eine Durchflußbegrenzung erzeugt, so daß beim Entstehen eine solchen Lecks in einem beliebigen der Brennstoffeinheiten die übrigen Reinigungsströme genau auf ihrer richtigen Stärke gehalten werden.

Die Durchflußbegrenzung in dem Reinigungsgasstrom zwischen der Brennstoffeinheit und der Reinigungsanlage kann dadurch erfolgen, daß man das Reinigungsgas durch eine Druckdrosselungsöffnung hindurchführt. Jedoch ist es nicht unwahrscheinlich, daß eine Öffnung von einer zum Erzielen einer wirksamen Durchflußbegrenzung in dem Gasstrom ausreichend kleinen Größe durch Festteilchen, die in dem Reinigungsgasstrom bei seinem Durchtritt durch: die Brennstoffeinheit oder den Reaktorkern etwa mitgefühlt werden, verstopft werden könnte.

All diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Drosselblenden in die Durchbohrungen der Halterungen eingebaut sind und daß die Durchbohrungen zur Fernhaltung etwaiger Festteilchen im Reinigungsgas vor dem Gasgekühlter Kernreaktor mit Reinigungssystem

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),

Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-BÖrner

und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,

Berlin, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Bernard William Collins, Dorchester, Dorset;

Cecil Harper, Weymouth, Dorset;

Geoffrey Winton Horsley, Dorchester, Dorset;

Samuel Brittan Hosegood,

Weymouth, Dorset (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 9. Dezember 1960 (42 572)

Eintritt in die Blende als Abscheidekammer ausgebildet sind. ^!

Der wesentliche Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist vor allem darin zu sehen, daß, wenn tatsächlich einmal unter erhöhtem Druck gasförmiges Kühlmittel auf Grund einer Undichtigkeit durch die Drosselblende in den Reinigungsaustrittsstrom gelangt, die Störung der Kühlmittelströmung des Kernreaktors weitgehend gering gehalten wird.

Dabei wird die Drosselblende in der Halterung, die vor dem Leitungssystem und hinter dem Haltekörper des Brennstoffelements liegt, nicht nur die Reinigungsströme ausgleichen, sondern hält ebenso auch die Durchströmungen zwischen den anderen Elementen, die nicht in ihrer Halterung sitzen, im Gleichgewicht.

Außerdem kann dadurch, daß die Dxosselblende in der Halterung angeordnet ist, ihre Öffnung vor Verstopfungen bewahrt und damit auch ihre gleichmäßige Wirkungsweise sichergestellt werden.

Die Blende ist vorzugsweise am Ende einer Leitung angebracht, die zur Achse einer Zyklonabscheidungskammer konzentrisch liegt und sich von der Basis der Kammer so erstreckt, daß ein ringförmiger Raum definiert wird, in dem sich im Reinigungsgas' in Suspension befindende Feststoffe ansammeln können.

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Es ist erforderlich, daß von Zeit zu Zeit eine Zwischen der Schulter 8 α und der Kappe 7 hat

Probe des Reinigungsgases zum Bestimmen des Gra- die Buchse 8 eine Reihe radialer Öffnungen, die die

des seiner Verunreinigung durch Spaltprodukte usw. Kammer 4 mit einem zwischen der Buchse 8 und der

entnommen werden kann. Leitung 5 ausgebildeten und sich von den Öffnun-

Demzufolge ist die Verwendung einer doppel- 5 gen 9 aus axial nach unten zur Basis der Kammer 4

wandigen Leitung mit einem ringförmigen Raum erstreckenden ringförmigen Raum 10 in Verbindung

zwischen den Wänden, der das Innere der Zyklon- setzen.

abscheidungskammer mit einer Probeentnahmelei- Ein durch die Basis der Kammer hindurchge-

tung verbindet, über die ein Probeentnahmestrom bohrtes Loch 11 verbindet den Ringraum 10 mit

abgezogen werden kann, zweckmäßig. io einer Probeentnahmeleitung 12. Die Probeentnahme-

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der leitung 12 ist an ein (nicht dargestelltes) Probe-Zeichnung beschrieben. Es zeigt entnahmeventil angeschlossen.

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines Beim Betrieb wird durch das Loch 3 α ein in eine

Brennstoffelementhalterungszapfens nach der Erfin- Wirbelbewegung versetzter Reinigungsgasstrom in

dung und 15 die Kammer 4 hineingezogen. Die schwereren Fest-

Fig. 2 eine Variante des in Fig. 1 dargestellten teilchen werden gegen die Innenfläche der Wand der

Halterungszapfens. Kammer 4 nach außen geschleudert, während das

In F i g. 1 enthält der Brennstoffelementhalterungs- im wesentlichen teilchenfreie Gas durch die Öffzapfen 1 einen in einer Gitterplatte 2 getragenen nung 6 hindurch in und durch die Austrittsleitung 5 Basisabschnitt la und einen sich von der Basis la 20 hindurchgeführt wird, über die es die Kammer 4 aus in den Reaktorkern hinein erstreckenden Brenn- verläßt. Das übrige Festteilchen enthaltende Gas stoffelementhalterungsabschnittlfe, auf dem er bei wird im Inneren der Kammer 4 herumgewirbelt, seiner Verwendung ein (nicht dargestelltes) Brenn- wobei die Festteilchen in den unteren Abschnitt der stoffelementbündel trägt. Jedes Brennstoffelement Kammer herabfallen, wo sie durch die Schulter 8 a enthält auf einem Graphitstift getragenes und in 25 gegen erneute Mitnahme abgefangen werden,
einer Graphit-Brennstoffhülse eingeschlossenes spalt- Wenn eine Probeentnahme des Reinigungsgases bares Kernmaterial. Die Brennstoffhülse ist an ihrem erforderlich ist, wird dieses aus dem ringförmigen oberen Ende durch einen porösen Stöpsel verschlos- Raum zwischen der Buchse 8 und der Kammerwand sen, während eine Öffnung in ihrem unteren Ende durch die Öffnungen 9, den ringförmigen Spielraum den ringförmigen Raum zwischen dem spaltbaren 30 10, das Loch 11 und die Probeentnahmeleitung 12 Material und der Brennstoffhülse mit einer Rohr- hindurch abgezogen. Die Probeentnahmeleitung 12 verzweigung in einem kegelförmigen Sitz verbindet, ist an eine Probeentnahmeeinrichtung angeschlossen, der das Brennstoffelement auf dem Halterungs- Bei einer (in F i g. 2 dargestellten) Variante der abschnitt 1 b lagenmäßig bestimmt. Eine Bohrung 3 vorstehend beschriebenen Ausführungsform liegt die im Halterungsabschnitt 1 b steht an ihrem oberen 35 gesamte Kammer in einer in einem Gitterloch 14 Ende mit einer Rohrverzweigung und an ihrem befestigten Buchse 13, die an ihrem unteren Ende unteren Ende mit einer Kammer 4 im Inneren des durch einen Stöpsel 15 mit einem axialen Kanal 15 a Basisabschnittes la des Halterungszapfens 1 in Ver- und einer Bohrung 15 b von geringem Durchmesser bindung. Eine Austrittsleitung 5 verbindet das Innere verschlossen ist. Eine feststehende Leitung 16 dringt der Kammer 4 mit einer Spaltproduktreinigungs- 40-in das untere Ende des Kanals 15 a, den sie mit einer anlage. Mit Hilfe einer in Strömungsrichtung vor der (nicht dargestellten) Reinigungsanlage für Spalt-Reinigungsanlage angeordneten Pumpe wird eine produkte führendes Reinigungsgas verbindet. Die Reinigungsgasströmung durch die Einrichtung hin- Probeentnahmeleitung 17 verbindet das untere Ende durch erzeugt. der Bohrung 15 b mit einer (nicht dargestellten)

Um in dem Strömungsweg des Reinigungsgases in 45 Probeentnahmeeinrichtung. Der Kanal 15 a und die Strömungsrichtung oberhalb der Reinigungsanlage Bohrung 15 b verlaufen durch einen zu dem Stöpsel einen Druckabfall zu erzeugen, liegt in der Kammer 4 15 konzentrisch ausgebildeten zentralen Ansatz 15 c eine Durchflußbegrenzungsöffnung 6, wobei zum hindurch. Die Zyklonkammer 18 ist im Basisabschnitt Verhindern der Verstopfung dieser Öffnung die 19 a des Brennstoffelementhalterungszapfens 19 anKammer 4 als eine Zyklonkammer ausgebildet ist. 50 geordnet, wobei der Abschnitt 19 α mit Schiebesitz

Zu diesem Zweck ist die Bohrung 3 so angeordnet, in die Buchse 13 paßt. Der Zapfen 19 hat eine axiale daß sie mit der Kammer 4 über ein Loch 3 a in Ver- Bohrung 20, die die Strömungskanäle für das Reinibindung steht, das zum oberen Abschnitt der Wand gungsgas in den Brennstoffelementen über eine tander Kammer 4 tangential gebohrt ist, so daß das gentiale Öffnung 21, die in der Kammerwand in Reinigungsgas in einer Wirbelbewegung um die 55 gleicher Weise wie in der Anordnung nach Fig. 1 Achse der Kammer in diese eintritt. ausgebildet ist, mit der Zyklonkammer 18 ver-

Die Austrittsleitung 5 tritt in die Kammer 4 von bindet.

ihrem unteren Ende her ein und erstreckt sich im Auf dem zentralen Ansatz 15 c sind die erweiterten Inneren der Kammer koaxial zu ihr, wobei sie an Enden von zwei sich in der Kammer 18 axial ihrem oberen Ende endet. Die Öffnung ist zu einer 60 erstreckenden konzentrischen Rohren 22, 23 angekegelförmigen Kappe ausgebildet, die über dem bracht, wobei das äußere Rohr 22 an seinem oberen Endabschnitt der Leitung 5 im Inneren der Kammer Ende in einer Öffnung 24 in der Nähre des oberen sitzt und von einer Buchse 8 getragen wird, die in Endes der Kammer 18 endet, während sein erweiterder Basis der Kammer 4 angeordnet ist und sich tes unteres Ende bei 22 a einen die Basis der Kamkoaxial zur Leitung 5 erstreckt. In einem etwa auf 65 mer 18 verschließenden Bund aufweist,
der Längenmitte der Buchse 8 liegenden Bereich ist Der obere Endabschnitt des Rohrs 23 ist unter der eine äußere Schulter 8 a ausgebildet, deren Oberseite Öffnung 24 in das äußere Rohr 22 eingeschraubt, Kegelform aufweist. wobei in ihrer Außenfläche vorhandene Längsnuten

23 α axiale Durchlässe zwischen diesen konzentrischen Rohren bilden. Diese Durchlässe stehen an ihrem oberen Ende über in dem Rohr 22 vorhandene Öffnungen 25 mit dem Inneren der Kammer 18 in Verbindung, während sie an ihrem unteren Ende über Kanäle 26 und 27 mit der Bohrung 15 b von kleinerem Durchmesser in Verbindung stehen.

Der erweiterte Endabschnitt des Rohres 22 ist gegenüber einem entsprechend gestuften zurücktretenden Abschnitt 19 b des Basisabschnittes 19 a xo bei 22 b kegelförmig gestuft. Der Bund 22 a des Rohres 22 dient zum Auseinanderhalten der konisch gestuften Abschnitte 22 b, 19 b, so daß der entstehende Raum eine ringförmige Anbringungsmöglichkeit für das konisch aufgeweitete Ende einer Buchse 28 aus Keramik- oder sonstigem wärmebeständigem Material schafft, die um das äußere Rohr 22 herum mit Abstand so gehalten wird, daß sie einen wärmeisolierenden Raum 29 abgrenzt.

Das obere Ende der Buchse 28 wird von einem Bund 30 auf dem Rohr 22 gehalten. Der Außenumfang der Buchse 28 ist zu einer konischen Staufläche 31 ausgebildet, die in ihrer Form und ihrer Aufgabe dem Bund8α nach Fig. 1 entspricht.

Die Arbeitsweise der Einrichtung nach F i g. 2 stimmt mit der nach F i g. 1 beschriebenen Einrichtung überein, jedoch hat sie insofern bauliche Vorteile, als das Rohr 22 durch die Buchse 28, die infolge der Ablagerung von Spaltprodukten auf ihrer Außenseite sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, wirksam wärmeisoliert ist. Zusätzlich läßt die Bauweise nach F i g. 2, sofern das Herausziehen der Zyklonkammer aus dem Haltegitter erforderlich werden sollte, das Herausziehen des Rohres 22 mit dem Rest der Einrichtung zu, während nach Fig. 1 das entsprechende Rohr5 an einem ortsfesten Abschnitt des Bauteiles befestigt ist.

Claims

Patentansprüche: 40

1. Gasgekühlter Kernreaktor mit einem vom System der Kühlkanäle getrennten System von Reinigungskanälen, die ihrerseits an eine Reinigungsanlage angeschlossen sind, wobei die Reinigungskanäle durch die einzelnen oder in Einheiten zusammengefaßten Brennstoffelemente hindurchgeführt sind, und mit Durchbohrungen der die Brennstoffelemente oder -einheiten abstützenden Halterungen in Verbindung stehen, wobei am Austritt der Reinigungskanäle aus dem Reaktorkern Drosselblenden vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselblenden (6,24) in die Durchbohrungen der Halterungen eingebaut sind und daß die Durchbohrungen zur Fernhaltung etwaiger Festteilchen im Reinigungsgas vor dem Eintritt in die Blende als Abscheidekammer (4,18) ausgebildet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone vor der Blende (6) als Zyklonabscheidekammer (4) ausgebildet ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklonabscheidekammern (4) im Inneren besonderer, vorzugsweise abnehmbarer Halterungen (Ib) des Haltegerüstes (2) des Reaktorkerns angeordnet sind, wobei die Halterungen (Ib) die Brennstoffelemente von unten abstützen, und der Verbindungskanal (3,3 α) vom Brennstoffelement durch die Halterungen (1 b) zur Zyklonabscheidekammer (4) tangential in diese einmündet.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsmäßig hinter der Blende (6) gelegene Austrittsleitung nach Art eines Fingerhutrohres (8) mit der Blende (6) am oberen Ende in die Zyklonabscheidekammer (4) hineinragt.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerzone um die Austrittsleitung mit einer nach außen führenden Gasentnahmeleitung verbunden ist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Zyklonabscheidekammer (4) hineinragende Austrittsleitung (5) eine doppelte Wand aufweist, die einen mit der Probenentnahmeleitung (12) verbundenen Ringraum bildet, der in der Nähe des oberen Endes der Austrittsleitung (5) mit der Kammerzone (4) in Verbindung steht.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand des Ringraumes zumindest teilweise durch eine Keramikbuchse (28) abgedeckt ist.

8. Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand des Ringraumes oder die Keramikbuchse (28) eine radial nach außen gerichtete Staufläche (31) aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1031439,
705;
britische Patentschrift Nr. 850 015.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen