DE1614072C3 - Steam-cooled fast breeder reactor - Google Patents
Steam-cooled fast breeder reactorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen dampfgekühlten schnellen Brutreaktor, dessen Kern von einem dichten Kemmantel mit einem dichtend und lösbar aufgesetzten Heißdampfdom umschlossen ist.The invention relates to a steam-cooled fast breeder reactor, the core of which is from a tight Kemmantel is enclosed with a sealing and detachable superheated steam dome.
In der ersten Generation der großen Leistungskernkraftwerke haben sich leichtwassermoderierte und leichtwassergekühlte Reaktoren, z. B. Siedewasser- oder Druckwasserreaktoren bewährt. Die Nachteile dieser Reaktoren sind die damit erzielten schlechten Dampfzustände und die schlechte Brennstoffausnutzung. Man erhält im allgemeinen nur Sattdampf aus derartigen Reaktoren. Den Nachteil der schlechten Dampfzustände versucht man z. B. zu beheben, indem man in den Reaktor integrierte Siedeüberhitzer-Brennelemente einsetzt.In the first generation of large power nuclear power plants, light water moderated and light water cooled reactors, e.g. B. Proven boiling water or pressurized water reactors. The disadvantages of these reactors are the poor steam conditions and poor fuel economy achieved with them. In general, only saturated steam is obtained from such reactors. The disadvantage of the bad steam conditions try z. B. can be remedied by boiling superheater fuel elements integrated into the reactor begins.
Es ist auch bekannt, den Sattdampf in einem nachgeschalteten zweiten Überhitzerreaktor zu überhitzen (französische Patentschrift 1244149). Der Kern dieses Uberhitzerreaktors ist mit einem dichten Kernmantel umschlossen, auf den ein Heißdampfdom leicht lösbar, jedoch dichtend, aufgesetzt ist. Alle Spaltstoffelemente werden von unten angeströmt, so daß eine aufwendige Niederhalterung notwendig ist, um der Druckdifferenz entgegenzuwirken. Außerdem ist es konstruktiv aufwendig, die Heißdampfleitung separat nach außen zu führen.It is also known to superheat the saturated steam in a downstream, second superheater reactor (French patent specification 1244149). The gist of this Superheater reactor is enclosed with a tight core jacket on which a superheated steam dome easily detachable, but sealing, is attached. All fissile material elements are flown against from below, see above that a complex hold-down is necessary to counteract the pressure difference. Besides that it is structurally complex to lead the superheated steam pipe separately to the outside.
Mit dieser Überhitzung erhält man Dampftemperaturen, die in modernen Turbinenanlagen wesent-Hch bessere Wirkungsgrade zulassen, als reiner Sattdampf. Aber auch mit dieser Technik ist eine bessere Brennstoffausnutzung nicht möglich, solange die Kettenreaktion im Reaktor nur mit thermischen Neutronen abläuft. Bei Leicht- oder Schwerwasser als Moderator ist jedoch kein anderes als ein thermisches Neutronenspektrum zu erzielen.With this overheating, steam temperatures are obtained that are essential in modern turbine systems allow better efficiencies than pure saturated steam. But even with this technique there is a better one Fuel utilization is not possible as long as the chain reaction in the reactor only involves thermal neutrons expires. With light or heavy water as moderator, however, there is none other than thermal To achieve neutron spectrum.
Kühlt man jedoch einen schnellen Kernreaktor mit Dampf, so ist es auch möglich, dampfgekühlte schnelle Reaktoren zu entwerfen, die als Brutreaktoren in der Lage sind, für ihren schnellen Kern mehr Brutstoff in Spaltstoff umzuwandeln, als sie selber verbrauchen. Auf diese Weise ist es möglich, den gesamten Brennstoff fast restlos auszunutzen.However, if a fast nuclear reactor is cooled with steam, it is also possible to use steam-cooled ones to design fast reactors that are more capable than breeder reactors for their fast core To convert breeding material into fissile material than they consume themselves. In this way it is possible to see the whole To use fuel almost completely.
Es ist bekannt, derartige Reaktoren unmittelbar mit Dampf zu kühlen, wobei man für die Erzeugung des Kühldampfes einen Teil des Heißdampfes verwendet. Ein konstruktives Problem stellt bei diesen Reaktoren die Dampfführung innerhalb des Reaktordruckgefäßes dar. Die Temperatur des im Reaktor überhitzten Dampfes beträgt beispielsweise für ein günstiges Arbeiten einer Turbinenanlage etwa 500° C. Dieses ist die Temperatur einer beginnenden Rotglut. Die Temperatur des in den Reaktor eintretenden Kühldampfes liegt wesentlich darunter. Durch diese Temperaturunterschiede, die im Reaktor selber auftreten, können starke Thermospannungen auftreten; genauso gefährdet sind die Zu- und Abführungen durch das Druckgefäß. Es muß also unbedingt vermieden werden, daß es zu Brüchen infolge dieser Thermospannungen kommt.It is known to cool such reactors directly with steam, whereby one for the generation of the cooling steam uses part of the superheated steam. A constructive problem poses with these Reactors represent the vapor flow inside the reactor pressure vessel. The temperature of the in the reactor superheated steam is, for example, for low-cost operation of a turbine system 500 ° C. This is the temperature at which red heat is starting. The temperature of the entering the reactor Cooling steam is much lower. Because of these temperature differences that occur in the reactor itself occur, strong thermal voltages can occur; the inlets and outlets are equally at risk through the pressure vessel. It must therefore be absolutely avoided that there are breaks as a result of this Thermal stress is coming.
Ferner darf innerhalb des Reaktors keine Vermischung von Kühldampf und Heißdampf auftreten, da sonst entweder der Wirkungsgrad der auf Grund der verminderten Dampftemperaturen Anlage stark sinkt oder aber, wenn sich in den Kühldampf Heißdampf mit hineinmischt, eine unzulässige hohe Erhitzung im Kern auftritt.Furthermore, no mixing of cooling steam and superheated steam must occur within the reactor, since Otherwise, either the efficiency of the system falls sharply due to the reduced steam temperatures or, if superheated steam mixes into the cooling steam, an inadmissible high level of heating in the Core occurs.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, durch Einbauten in den Reaktor eine derartige Dampfführung zu bewirken, ohne daß das Sicherheitsrisiko für den Reaktorbetrieb und in Hinsicht auf eine leichte Zugänglichkeit zu dem Kern des Reaktors sich Dampfzustände erreichen lassen, die z. B. Turbinenanlagen mit gutem Wirkungsgrad zulassen.It is the object of the invention to provide such a steam feed through internals in the reactor cause without the safety risk for the reactor operation and in terms of easy accessibility to the core of the reactor can be reached steam states that z. B. turbine systems allow with good efficiency.
Diese Aufgabe wird bei einem dampfgekühlten schnellen Brutreaktor, dessen Kern von einem dichten Kernmantel mit einem dichtend und lösbar aufgesetzten Heißdampfdom umschlossen ist, dadurch gelöst, daß der Kernmantel mittels eines sich nach innen konzentrisch verjüngenden, sowohl vom Kernmantel als auch vom Heißdampfdom leicht lösbaren Uberleitungsteils mit dem Heißdampfdom verbunden ist, daß das Überleitungsteil Durchführungen aufweist, durch die eine Gruppe von am äußeren Kernumfang befindlichen Spaltstoffelementen ausschließlich mit dem Heißdampfsammei raum außerhalb des Kernmantels verbunden ist, und daß der Heißdampfsammelraum in an sich bekannter WeiseThis task is performed with a steam-cooled fast breeder reactor, the core of which is of a dense Kernmantel is enclosed with a sealing and detachable superheated steam dome, thereby solved that the core mantle by means of an inwardly concentrically tapering, both from the core mantle as well as from the superheated steam dome easily detachable transfer part connected to the superheated steam dome is that the transition part has passages through which a group of on the outside Fissile material elements located in the core area exclusively with the hot steam collecting room outside of the core jacket is connected, and that the superheated steam collecting space in a manner known per se
ein das Druckgefäß durchdringendes, konzentrisch innerhalb der Kühlzuführung liegendes Abströmrohr aufweist.a discharge pipe that penetrates the pressure vessel and is located concentrically within the cooling supply having.
Aus der französischen Patentschrift 1 345 789 ist es bei einem gasgekühlten Reaktor bekannt, daß der Sammelraum für das heiße Kühlmittel ein das Druckgefäß durchdringendes, konzentrisch innerhalb der Kühlmittelzuführung liegendes Abströmrohr aufweist. Jedoch bildet bei dieser Einrichtung Kernmantel und Dampfdom eine untrennbare Einheit, und es ist kein Überleitungsteil vorgesehen, welches Durchführungen aufweist um eine Gruppe von am äußeren Kernumfang befindlichen Spaltstoffelementen ausschließlich mit dem Heißdampfsammelraum zu verbinden. From French patent 1 345 789 it is known in a gas-cooled reactor that the Collecting space for the hot coolant, a concentric inside the pressure vessel penetrating the pressure vessel has the coolant supply lying discharge pipe. However, this device forms the core mantle and steam dome an inseparable unit, and no transition part is provided, which bushings has around a group of fissile material elements located on the outer core circumference exclusively to be connected to the superheated steam collecting room.
Im folgenden sei an Hand der Zeichnung die Erfindung näher beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Um die Spaltzone 7 des schnellen Reaktors sind die Brutelemente 3 ringzonenförmig angeordnet. Der Kern wird von einem Kernmantel 5 dicht gegen den Raum zwischen Kern und Druckgefäßwand 2 abgeschlossen. Auf den Kernmantel ist nach oben ein Überleitungsteil 4 aufgesetzt, auf dieses Überleitungsteil 4 folgt ein Heißdampfdom 9. Die Verbindungen zwischen Kernmantel und Uberleitungsteil sowie zwischen Uberleitungsteil und Heißdampfdom sind leicht zu lösen. Das Überleitungsteil 4 weist seitlich Durchdringungen auf, durch die die Brutelemente 3 mit dem Raum 13 außerhalb des Kernmantels verbunden sind. Die Brennelemente der Spaltzone münden unmittelbar in den Heißdampfsammelraum 12. Der Heißdampfsammelraum 12 ist mit einem Abströmrohr 10 verbunden, durch das der Heißdampf abströmt. Konzentrisch um dieses Abströmrohr 10 herum ist die Kühldampfzuführung 1 gelegt. Der Raum um den Heißdampfsammelraum herum außerhalb des Kernmantels und des Dampfdomes dient als Kühldampfsammelraum 13. Zwischen Kernmantel 5 und Druckgefäßwand 2 ist eine thermische Abschirmung vorgesehen. Sie besteht in diesem Beispiel aus Stahlplatten 11. Es ist jedoch auch möglich, einen Wassermantel zur Abschirmung zu verwenden. Zwischen den einzelnen Stahlplatten befinden sich Kanäle, durch die der Kühldampf hindurchströmen kann. Auf diese Weise werden die Stahlplatten 11 von dem Kühldampf mitgekühlt. Die Kühlkanäle der thermischen Abschirmung führen herunter bis unter den Tragboden 6 des Kernmantels. An seiner unteren Stelle besitzt der Kernmantel definierte Durchtrittsöffnungen, durch die das Kühlmittel, das vorher das thermische Schild gekühlt hat, in die Spaltzone eintreten kann. Außerdem führen die ebenfalls von dem Kühldampf durchströmten Absorptions- und Regelelementen 8 von unten in den Kern des Reaktors. Man erhält also folgende Dampfführung: The breeding elements 3 are arranged in an annular zone around the crevice zone 7 of the fast reactor. the The core is closed off tightly against the space between the core and the pressure vessel wall 2 by a core jacket 5. A transition part 4 is placed on top of the core jacket, onto this transition part 4 is followed by a superheated steam dome 9. The connections between the core jacket and the transfer part as well as between Transfer part and superheated steam dome are easy to detach. The transition part 4 points laterally Penetrations through which the brood elements 3 are connected to the space 13 outside the core mantle are. The fuel elements of the fission zone open directly into the superheated steam collecting space 12. The superheated steam collecting space 12 is connected to an outflow pipe 10 through which the superheated steam flows off. The cooling steam supply 1 is placed concentrically around this outflow pipe 10. the Space around the superheated steam plenum outside the core jacket and the steam dome serves as Cooling vapor collecting space 13. There is a thermal shield between the core jacket 5 and the pressure vessel wall 2 intended. In this example it consists of steel plates 11. However, it is also possible to use a Use a water jacket for shielding. There are channels between the individual steel plates, through which the cooling steam can flow. In this way, the steel plates 11 cooled by the cooling steam. The cooling channels of the thermal shield lead down to under the support base 6 of the core jacket. At its lower point, the core mantle is well defined Passages through which the coolant, which previously cooled the thermal shield, into the Cleavage zone can occur. In addition, the absorption through which the cooling steam flows and control elements 8 from below into the core of the reactor. So you get the following steam flow:
Bei 1 strömt der Kühldampf in das Druckgefäß.At 1 the cooling steam flows into the pressure vessel.
Ein Teil des Kühldampfes gelangt in den Kühldampfsammelraum 13, und ein anderer Teil des Kühldampfes durchströmt die Stahlplatten des thermischen Schildes. Aus dem Kühldampfsammelraum 13 strömt nun der Kühldampf zunächst in die radial angeordneten Brutelemente 3 und wird dort geringfügig erhitzt. Im Tragboden 6 des Kernmantels wird der Kühldampf, der die Brutelemente 3 passiert hat, umgelenkt und durchströmt nun die Spaltzone 7.Part of the cooling steam reaches the cooling steam collecting space 13, and another part of the Cooling steam flows through the steel plates of the thermal shield. From the cooling steam collecting room 13, the cooling steam first flows into the radially arranged breeding elements 3 and becomes slightly there heated. In the support base 6 of the core jacket, the cooling steam that has passed through the breeding elements 3 is deflected and now flows through the gap zone 7.
ίο Außerdem weist der Tragboden 6 unten Öffnungen auf, durch die der Kühldampf, der die Stahlplatten 11 der biologischen Abschirmung gekühlt hat, auch in den Kern eintritt. Vom Heißdampfsammelraum 12 strömt dann der Dampf zu Abnehmer durch das Abströmrohr 10 innerhalb der Kühldampf zuführung. Das gesamte Reaktordruckgefäß steht also lediglich mit Kühldampf in Berührung, selbst an der Heißdampfausströmstelle. Eine Abschirmung aus Stahlplatten ist von Vorteil, wenn eine sehr schnelle Reaktivitätsänderung zu einem explosionsartigen Unfall führen sollte. Der Aufbau des Heißdampfsammelraumes aus dem Heißdampf dom 9, dem Überleitungsteil 4 und einer Verlängerung des Kernmantels 5 dient der leichten Zugänglichkeit zu dem Kern.ίο In addition, the support base 6 has openings below on, through which the cooling steam that has cooled the steel plates 11 of the biological shield, also enters the core. The steam then flows from the superheated steam collecting space 12 to the consumer through the discharge pipe 10 inside the cooling steam supply. The entire reactor pressure vessel is just standing in contact with cooling steam, even at the hot steam outlet. A shield made of steel plates is beneficial when a very rapid change in reactivity leads to an explosive accident should lead. The structure of the superheated steam collection space from the superheated steam dome 9, the transition part 4 and an extension of the core jacket 5 is used for easy access to the core.
Nach Öffnen des Reaktordeckels können die Verbindungen zwischen Kernmantel und Uberleitungsteil sowie zwischen Heißdampfdom und Uberleitungsteil leicht von oben gelöst werden. Da die Elemente der Spaltzone thermisch wesentlich höher beansprucht sind, liegt eine Fehlerwahrscheinlichkeit hier zunächst höher, so daß es von Vorteil ist, wenn man sie besonders leicht ausbauen kann. Aus diesem Grunde wurde der Durchmesser des Dampfdomes 9 etwa dem Durchmesser des schnellen Kernteils angeglichen. Somit sind also die Brutelemente des Kernes zwar innerhalb des Kernmantels, sie werden jedoch von dem Kühldampf, der den Dampfdom umgibt, durchströmt. Der gesamte Heißdampfbereich ist von den übrigen Bereichen getrennt. Da der Druckunterschied zwischen Kühldampf und Heißdampf gering ist, nämlich lediglich dem Druckverlust des strömenden Kühldampfmediums entspricht, braucht der Kernmantel 5 und die Einbauten zur Dampfführung nicht für hohe Druckbelastungen ausgelegt werden.After opening the reactor cover, the connections between the core jacket and the transfer part as well as between the superheated steam dome and the transfer part can be easily released from above. Since the elements of the If the crevice zones are subjected to much higher thermal loads, there is initially a probability of failure here higher, so that it is an advantage if it can be expanded particularly easily. For this reason the diameter of the steam dome 9 was approximately adjusted to the diameter of the fast core part. Thus the brood elements of the core are indeed within the core mantle, but they will the cooling steam that surrounds the steam dome flows through it. The entire superheated steam area is from the other areas separately. Because the pressure difference between cooling steam and superheated steam is low is, namely only corresponds to the pressure loss of the flowing cooling steam medium, the needs Kernmantel 5 and the internals for the steam supply are not designed for high pressure loads.
Das Reaktordruckgefäß kommt an keiner Stelle mit dem Heißdampf in Berührung. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß zwischen dem Brutmantel und der Spaltzone kein zusätzlicher Kernmantel vorhanden ist, der Kühldampf- und Heißdampfbereich voneinander trennt, denn alle zusätzlichen Einbauten im energieerzeugenden Bereich des Reaktors stellen neutroneneinf angende Strukturmaterialien dar, so daß unnötig viele Neutronen für Kernreaktoren verlorengehen. The reactor pressure vessel does not come into contact with the superheated steam at any point. Another advantage can be seen in the fact that there is no additional core mantle between the brood mantle and the fissure zone is, the cooling steam and superheated steam area separates, because all additional fixtures in the energy-generating area of the reactor represent neutron-catching structural materials, so that unnecessarily many neutrons for nuclear reactors are lost.
Außerdem bewirkt der in den Brutelementen nach unten strömende Dampf eine Verminderung der den Kern nach oben treibenden Kraft.In addition, the steam flowing down in the breeding elements causes a reduction in the den Core upward driving force.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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DE1614072A Expired DE1614072C3 (en) | 1967-07-27 | 1967-07-27 | Steam-cooled fast breeder reactor |
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Families Citing this family (1)
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FR2750789B1 (en) * | 1996-07-08 | 1998-11-06 | Framatome Sa | PROCESS FOR PRODUCING STEAM FROM THE HEAT RELEASED FROM THE HEART OF A NUCLEAR REACTOR AND NUCLEAR REACTOR FOR IMPLEMENTING THE PROCESS |
-
1967
- 1967-07-27 DE DE1614072A patent/DE1614072C3/en not_active Expired
Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |