DE1489855A1 - Kernreaktor mit Fluessigmetallkuehlung - Google Patents

Description

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Bnrlla, i«i I. Vmator 19Ü Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM) Patentanmeldung

mit Flüssignetallkühlung

Unkontrolliertes Sieden im Sinne der Erfindung ist spontanes Unifletzon von Dberhitzungeqnergie in Dampfblasenbildung, und inhomogene Siedeverteilung im betrachteten FlüseigkeitsvolU-fflen, Die aus unkontrolliertem Sieden erwachsenden Folgen für die Betriebssicherheit von leistungserzeugenden Anlagen sind bei Kernreaktoren mit Flüsaigraetallkühlung, das heißt mit Natriumkühlung oder NaK-Kühlung, besonders gefährlich« Ee »ei . nur auf die Brand- und Explosionsgefahr beim Zusammentreffen von Flüssigmetall und Luft oder Wasser infolge Rohrdurohbrands mangels ausreichender Kühlung (verursacht durch Dampfblasen) hingewiesen. *

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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, beides, den Siedeverzug und das inhomogene Sieden,zu vermeiden oder doch abzuschwächen, und zwar durch Injektion von Siedekeimen geeigneter Art in das Flüssigmetall. Wie bekannt ist, kann der Siedeverzug bei Flüssigkeiten durch Einbringen von "Keimen", z.B. Luftteilchen oder polaren Substanzen, herabgesetzt werden« Auch Wandrauhigkeiten wirken in der gleichen Weise, indem Al» die Dampfblasenbildung begünstigen*

Man kann nun einen Kernreaktor mit Flüssigmetallkühlung gegen unkontrolliertes Bieden erfindungsgemäß schützen durch Injektoreinbauten in die Kühlmitteleintrittequerschnitte des Brennstoffkernes, welche inertes Perlgas mit auf die vorgegebene Sie— detemperatur abgestimmten Blasenradien fein verteilt in das Kühlmittel sprühen« Zweckmäßig werden die Einbauten nach Art einer Brause aufgebaut :

Bin poröser Keramik- oder Sintermetallkörper steht in Verbindung mit einem Gaszuführungsrohr. Als Perlgas wird zweckmäßig das gegebenenfalls im Reaktor zu Schutzzwecken verwendete Gas eingesetzt· Die Beziehung zwischen Blasenradius und vorgegebener Siedetemperatur (gleich zugelassener Überhitzungstemperatur) wird durch Einführen der aus einer Kräftegleichgewichtsbetrach·· tung an der Dampfblase gewonnenen Beziehung des Blasendruckes zum Blaaenradius in die Clausius-Clapeyron'sche Gleichung gewonnen» Konstruktiv gibt es zahlreiche Ausführungsvarianten für den Injektor und seine Anbringung« In der Zeichnung sind davon zwei Beispiele schematieoh dargestellt, es zeigt:

Fig« 1 einen Gasblasenlnjektor nach Art einer Sprühdüse, eingebaut in die Eintrittsmündung eines Kühlka-

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Fig« 2 Gasblaseninjektoren eingebaut in die Kernbrennstoff elemente eines Reaktorkerns«

In Pig* 1 bezeichnet 1 einen mit Flüssigmetall beaufschlagten Strömungskanal, 2 Perlgasblasen, 3 den Sprühkopf dee Injektors, bestehend aus Sinterkeramik oder Sintermetall (Porosität ^*50")> k das Gaszuftihrungsrohr und 5 ein druckfestes Stützrohr. Die Pfeile f bedeuten die Kühlmittelströmung. Als Perlgas dient Helium· Das Gas wird, solange das Flüssigmetall zirkulierten das Flüssigmetall eingesprüht. Seine Funktion besteht, wie oben erwähnt, erfindungsgemäß darin, den Siedeverzug, oder was dasselbe bedeutet, die Überhitzungsteraperatur für den gegebenen Druck herabzusetzen bzw. vorzugeben, und zweitens ein etwa einsetzendes Sieden zu homogenisieren, um die Ausbildung slngulärer Dampfblasen großen Volumens zu verhindern. Dazu muß der Blasendruck, d.h. mit anderen Worten der Blasenradius auf die zugelassene Siedetemperatur abgestimmt sein. Das geschieht durch geeignete Wahl des Sprühkopfes. An passender Stelle wird das Gas vom Kühlmittel wieder separiert·

In Fig· 2 ist eine Lösung gezeigt, bei der der Gasinjektor integraler Bestandteil eines Brennstoffelementes ist. Die Elemente 6 sind als roasivo Stäbe ausgebildet und am unteren Ende mit den porösen Sinterkörperη 7 als Gasinjektoren ausgestattet* Die Brennstäbe sitzen mit den Sinterkörpern lose auf den konisch verjüngten Sockeln 8 auf. Die Sockel sind mit der unteren (nicht dargestellten) Bodenplatte des Reaktorkernes verbunden und dionon zugleich als Durchführungen für die gleichfalls in der Bodenplatte ortsfest verankerten Gaszuführungsrohre 9. 909821/0378

Anstatt die Injektoren in die Brennstoffelemente einsetzen, könnten sie auch in der Bodenplatte des Reaktorkernes angebracht werden« Die Elemente werden dann z.B. entsprechend am unteren Ende hohl gehalten, seitlich perforiert und auf die Injektoren aufgeschoben» Die Erfindung ist weiter nicht auf Reaktoren mit FXÜssigmetallkühlung beschränkt. Sie kann auch bei Reaktoren mit nichtmetallischen Kühlflüssigkeiten und im Prinzip für die Siedokontrolle schlechthin angewandt werden.

Ziur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw· oder in der Zeichnung dargestellt ist, eineohliesslioh dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Pachmann naheliegt·

./. Patentansprüche

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BAD OWOlNAI.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Gegen unkontrolliertes Sieden gesicherter Kernreaktor, vorzugsweise mit Plüssigmetallkühlung, gekennzeichnet durch Injektoreinbauten in die Kühlmitteleintrittsquerschnitto des Brennstoffkernes, welche inertes Perlgas mit auf die vorgegebene Siedetemperatur abgestimmten Blasenradien fein vorteilt in das Kühlmittel sprühen·

2« Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasinjektoren aus einer porösen Keramik oder aus porösen Sintermetall aufgebaut sind«

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasinjektoren in die Brennstoffelemente eingebaut sind«

4« Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasinjektoren in die Bodenplatte des Reaktorkernes, z. B. in die Stützlager der Brennstoffelemente, eingebaut sind, und im gen«nnten Beispielsfalle die Stützenden der Brennstoffelemente entsprechend an Form und Punktion der Injektoren adaptiert sind.

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