DE1237232B

DE1237232B - Atomkernreaktor mit von Reaktorkuehlmittel durchstroemten Druckrohren

Info

Publication number: DE1237232B
Application number: DES74580A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Albert Kuenzli
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1961-06-26
Filing date: 1961-06-30
Publication date: 1967-03-23
Also published as: CH384729A; NL267167A; GB996157A; BE617310A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutsche Kl.: 21 g -21/20

Nummer:

Aktenzeichen: Anmeldetag:

S 74580 VIII c/21 g
30, Juni 1961
23. März 1967
7. März 1968

Auslegetag:

Ausgabetag:

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor mit vom Reaktorkühlmittel durchströmten, an einem Ende abgeschlossenen Druckrohren und in diesen angeordneten, rohrförmigen Spaltstoff elementen, wobei das Kühlmittel dem Zwischenraum zwischen den Spaltstoffelementen und dem Druckrohr zugeführt wird und durch das Innere der Spaltstoffelemente zurückströmt.

Bei der bekannten Ausbildung eines Reaktors mit Druckrohren des obigen Typs, vergleiche z. B. Nucleonics, März 1959, S. 68, strömt das Kühlmittel zwischen dem Druckrohr und dem in diesem angeordneten Spaltstoff, wobei am Ende des Druckrohres das Kühlmittel bereits eine beträchtliche Temperatur aufweist, welche die Festigkeit des Druckrohrmaterials herabsetzt. Es muß daher die Erwärmung des Kühlmittels durch Regelung dessen Menge relativ niedrig gehalten werden, was den Wirkungsgrad der Anlage verschlechtert. Wählt man andererseits größere Wandstärken der Druckrohre, so wirkt sich das nachteilig . auf den Neutronenhaushalt des Reaktors aus.

; Es ist bei Atomkernreaktoren mit Druckrohren und stabförmigem Spaltstoff bekannt, zwischen dem Druckrohr und dem Spältstoff eine metallische Hülse anzuordnen, wobei der Kühlmittelstrom in den Zwischenraum zwischen Druckrohr und Hülse eingeführt wird und dem Zwischenraum zwischen Hülse und Spaltstoffstab entnommen wird (französische Patentschrift 1 222 856). Bei dieser Anordnung erfolgt jedoch die Wärmeentnahme nur von der äußeren Oberfläche des Spaltstoffstabes, was wieder eine schlechte Kühlung der inneren Zonen des Stabes zur Folge hat. Um Wärmestauungen im Stab und dessen Uberhitzungen zu vermeiden, muß dessen Oberflächentemperatur relativ niedrig gehalten werden, was sich ebenfalls auf den Wirkungsgrad der Anlage nachteilig auswirkt.

Schließlich ist es bei Reaktoren mit Druckkesseln bekannt (vgl. Technische Mitteilungen, Januar 1958, S. 11), den Spaltstoff in den Kanälen des graphitischen Moderators in ebenfalls aus Graphit bestehenden zylindrischen Hülsen anzuordnen, und zwar, um beim eventuellen Platzen der Spaltstoffhülle ein Verseuchen des Moderators zu verhindern. Der Spaltstoff ist in den Hülsen befestigt und wird zusammen mit diesen in die Kanäle eingeführt und den Kanälen wieder entnommen. Durch die Hülsen wird die Strömung des Reaktorkühlmittels aufgeteilt, ein Teil strömt zwischen den Hülsen und der Kanalwand, der andere Teil zwischen den Hülsen und dem Spaltstoff und kühlt diesen. Am Ausgang des Kanals werden die Atomkernreaktor mit von Reaktorkühlmittel
durchströmten Druckrohren

Patentiert für:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,

Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

ίο Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Düsseldorf, Lindemanrstr. 31

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Albert Künzli, Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 26. Juni 1961 (7441)

beiden Strömungen miteinander vermischt. Das ist thermodynamisch nachteilig, da dadurch die im Reaktorkern höchste erzielbare Kühlmitteltemperatur

^a5 vermindert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung^ die Wärmeeinwirkung des Spaltstoffes auf das Druckrohrmaterial zu vermindern und auf diese Weise dessen mechanische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen. Das wird erfinddungsgemäß dadurch erreicht, daß in an sich bekannter Weise (vgl. Engineering, 28. November 1958, S. 699, und E u. M, 75, 1958, 1, S. 12) zwischen den Spaltstoffelementen und dem Druckrohr eine Hülse angeordnet ist, daß diese Hülse die Strömung des in das Druckrohr eingeführten Reaktorkühlmittels in zwei Teilströmungen unterteilt, daß diese Teilströmungen am entgegengesetzten Ende des Druckrohres vereinigt werden und daß die gesamte Kühlmittelmenge durch das Innere der Spaltstbffelemente geführt ist.

• Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

In der Figur ist in einem Druckrohr 1, welches in bekannter Weise zur Anordnung in einem Kernreaktor und zum Anschluß an dessen Kühlmittelkreislauf bestimmt ist, ein rohrförmiges Spaltstoffelement 2, z. B. ein Rohr aus Uran, angeordnet. Das Spaltstoffelement 2 ist mit einem Rohrstutzen 3 versehen, welcher zur Weiterführung des Kühlmittels aus dem Element 2 dient. Zwischen dem Druckrohr 1 und dem Spaltstoffelement 2 ist eine dreiteilige Büchse 4

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aus Moderatormaterial, vorzugsweise Graphit, angeordnet. Zur Einhaltung einer gegebenen Distanz der Hülse vom Druckrohr ist diese mit Vorsprüngen 5, vorzugsweise aus dem gleichen Material, versehen. Zwischen dem Spaltstoffelement 2 und der Hülse sind ähnliche Vorsprünge 6 vorgesehen. Das obere Ende der Hülsen 4 ist mit einem abgeschrägten, konischen Teil 7 versehen, in welchem Öffnungen 8 angebracht sind. Diese Öffnungen können mit einem nichtdargestcllten Sieb versehen sein.

Das Kühlmittel dringt in den Ringraum zwischen dem Druckrohr 1 und dem Spaltstoffelement 2 bzw. dem Rohrstutzen 3 in Richtung der nach unten weisenden Pfeile ein. Der größere Teil des Kühlmittels strömt zwischen dem Spaltstoffelement 2 und der Hülse 4 nach unten und n'immt dabei Wärme vom Spaltstoffelement auf und kühlt dieses. Nach dem Erreichen des unteren Ende des Druckrohres 1 wendet sich die Strömung des teilweise erhitzten Kühlmittels nach oben und führt durch die Innenöffnung des Spaltstoffelementes 2, wobei die Wärmeaufnahme und dadurch auch die Kühlung des Spaltstoffes fortgesetzt wird. Das Kühlmittel verläßt das Druckrohr durch den Rohrstutzen 3 und wird in an sich bekannter Weise einer weiteren Verwendung innerhalb des Reaktors zugeführt.

Ein Teil des in das Druckrohr eintretenden Kühlmittels strömt durch die öffnungen 8 in den Zwischenraum zwischen dem Druckrohr und der Hülse 4 ein. Dieses Kühlmittel ist nur einer geringen thermischen Einwirkung durch den Spaltstoff ausgesetzt, da die Hülse 4 eine wärmeisolierende Wirkung ausübt. Es kann daher das Druckrohr 1 ausreichend kühlen und dessen Temperatur zum Vorteil der Festigkeit niedrig halten. Am unteren Ende des Druckrohres wird dieser Teil des Kühlmittels mit dem übrigen Kühlmittel vermischt und tritt mit diesem zusammen den Weg durch die Innenöffnung des Spaltstoffelementes 2 an. Mit Hilfe der öffnungen hat man die Möglichkeit, die Größe des Kühlstromes entsprechend den Bedürfnissen zu dimensionieren. Durch die Anordnung eines Siebes vor den öffnungen 8 wird der vorzugsweise enge Zwischenraum zwischen dem Druckrohr und der Hülse vor dem Eintritt von im Kühlmittel enthaltenen Unreinigkeiten geschützt und eine Verstopfung dieses Zwischenraumes, welche eine Überhitzung des Druckrohres zur Folge haben könnte, vermieden.

Daß bei der gezeichneten Ausführung das untere, halbkugelförmige Ende des Druckrohres der Einwirkung des bereits teilweise erhitzten Kühlmittels ausgesetzt ist, bildet keinen besonderen Nachteil, da als Folge der Form des Druckrohres dort nur geringe Spannungen auftreten.

Durch die beschriebene Anordnung einer Hülse zwischen dem Spaltstoffelement und Druckrohr wird eine relative Senkung der Arbeitstemperatur des Druckrohres erzielt, was sich auf dessen Festigkeit vorteilhaft auswirkt. Es kann daher bei einer gegebenen Kühlmitteltemperatur das Druckrohr geringere Wandstärken aufweisen, was sich auf das Gesamtkonzept des Reaktors günstig auswirkt. Man kann aber auch z. B. bei Beibehaltung der Druckrohrdimensionen mit höheren Kühlmitteltemperaturen arbeiten, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Reaktors zur Folge hat.

Dadurch, daß die Hülse aus Moderatormaterial, z. B. Graphit hergestellt wird, wird jeder schädliche Einfluß einer zusätzlich in den Reaktor eingeführten Masse vermieden und im Gegenteil die Moderatorfunktion des außerhalb des Druckrohres befindlichen Moderatormaterials unterstützt.

Durch die mit der Erfindung erreichbare niedrigere Temperatur der Druckrohres wird neben dem günstigen Einfluß auf die mechanische Festigkeit auch eine geringere Neutronenabsorption des Druckrohrmaterials erzielt und dadurch der Neutronenhaushalt des gesamten Reaktors verbessert.

Claims

Patentanspruch:

Atomkernreaktor mit vom Reaktorkühlmittel durchströmten, an einem Ende abgeschlossenen Druckrohren und in diesen angeordneten, rohrförmigen Spaltstoffelementen, wobei das Kühlmittel dem Zwischenraum zwischen den Spaltstoffelementen und dem Druckrohr zugeführt wird und durch das Innere der Spaltstoffelemente zurückströmt, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen den Spaltstoffelementen und dem Druckrohr eine Hülse angeordnet ist, daß diese Hülse die Strömung des in das Druckrohr eingeführten Reaktorkühlmittels in zwei Teilströmungen unterteilt, daß diese Teilströmungen am entgegengesetzten Ende des Druckrohres vereinigt werden und daß die gesamte Kühlmittelmenge durch das Innere der Spaltstoffelemente geführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 079 231,
1031901;

französische Patentschrift Nr. 1 222 856;

britische Patentschrift Nr. 845 805;
Nucleonics, März 1959, S. 68;

Engineering, 28. November 1958, S. 695, 699;

E u. M, 75,1958, 1, S. 12;

Technische Mitteilung, 51. Jahrgang, Januar 1958, S. 11.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen