DE1614360C3 - Kernreaktor mit einem Druckbehälter in dem die spaltbaren Elemente in langgestreckten Kühlrohren untergebracht sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Druckbehälter, in dem die spaltbaren Elemente in langgestreckten Kühlrohren untergebracht sind, welche mit einem an den spaltbaren Elementen entlangströmenden Dampfnebel gekühlt werden, wobei der Druckbehälter Ein- und Auslaßverbindungsstücke für Wasser und Dampf und eine Einrichtung zum Mischen der eingeführten Wasser- und Dampfströme aufweist, so daß sich ein Nebel zum Kühlen der spaltbaren Elemente bildet.

Bei einem derartigen aus der US-PS 31 50 053 bekannten Kernreaktor sind die Kühlrohre, in denen sich die spaltbaren Elemente befinden, an der Einlaßseite für Wasser und Dampf mit Hilfe von Faltenbalgen mit einer Gitterplatte verbunden. An der Auslaßseite sind die Kühlrohre in eine weitere Gitterplatte eingedreht. Die Verwendung von elastischen Faltenbalgen, die dazu dienen, thermische Ausdehnungen der Kühlrohre zu absorbieren, hat jedoch den Nachteil, daß die Elastizität der Balge, die sich in mit Dampf gefüllten Raum befinden, infolge von Korrosion und der hohen thermischen Belastung während des Betriebes des Reaktors allmählich abnimmt. Weiterhin ist ein Austausch der Kühlrohre bei einer derartigen Anordnung schwierig.

Aus der DT-AS 10 27 338 ist es weiterhin bekannt, die Kühlrohre in Öffnungen einer Rohrplatte einzusetzen, die an der Wassereinlaßseite des Druckbehälters vorgesehen ist. Auch bei einer derartigen Anordnung ίο ergeben sich Schwierigkeiten beim Austausch der Kühlrohre.

Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Kühlrohre in einfacher Weise ausgetauscht werden können, wobei eine sichere Halterung der Kühlrohre über eine lange Betriebsdauer des Reaktors gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Einlaßende der langgestreckten Kühlrohre gegen Öffnungen gepreßt ist. welche in einer ersten, an der Dampfeinhißseite in dem Druckbehälter eingebauten Rohrplatte angeordnet sind.

Vorzugsweise sind Zerstäuberrohre, die koaxial zu den Kühlrohren verlaufen, innerhalb von ir. der Rohrplatte angebrachten Hülsen angeordnet, wobei der Auslaß eines jeden Zerstäuberrohres über einen schmalen Zwischenraum mit der Einlaßöffnung des entsprechenden Kühlrohrs in Verbindung steht, wobei die Wände der Zerstäubcrrohre mit kleinen Löchern versehen sind. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorleil. daß die Zerstäuberrohre nicht in einem Stück mit den Kühlrohren ausgebildet sind und somit leicht auszutauschen sind. Es ist daher nicht notwendig, passende Kühlrohre auf Lager zu halten, sondern es reicht aus. geeignet bemessene Zerstäuberrohre für die verschiedenen Kapazitäten verfügbar zu halten, für die der Reaktor ausgelegt ist.

Die Zerstäuberrohre sind vorzugsweise in einer zweiten Rohrplatte festgelegt, die in einem bestimmten Abstand zu der ersten Rohrplatte angeordnet ist und eine Wand eines Dampfversorgungsbehälters bildet. Jedes Kühlrohr kann am Auslaßende ein Kühlrohrdruckelement aufweisen, welches das Kühlrohr gegen die Öffnung in der im Druckbehälter eingebauten Rohrplatte drückt, und am Auslaßende nahe der zweiten Rohrplatte einen Kühlrohrplattenhalter zum HaI- !en der Kühlrohre in Längsrichtung aufweisen, der elastische Glieder enthält. Diese elastischen Glieder müssen nicht membranförmig ausgebildet sein, sondern können sehr starke federnde Elemente sein, die gut gekühlt sind, da sie von Flüssigkeit umgeben sindjjnd der Wärmeübergangskoeffizient beträchtlich ist.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fi g. 1 zeigt eine senkrechte Schnittansicht des Ausführungsbeispiels;

F i g. 2 zeigt die Verbindung zwischen den Zerstäuberrohren und der Einlaßseite für Wasser und Dampf der Kühlrohre;

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Kühlrohrplattenhalters;

F i g. 4 zeigt eine geänderte Ausführungsform des in F i g. 1 dargestellten Reaktors, bei dem fingerförmige Regelstäbe vorgesehen sind.

Der in F i g. 1 dargestellte Reaktorkern 1 weist eine Anzahl von Kühlrohren 2 auf, die mit ihrem unteren Ende auf einer Rohrplatte 3 aufsitzen und mit ihrem

oberen Ende in einer weiteren Rohrplatte 4 gehalten sind. Gegenüber dem Einlaß 38 jedes Kühlrohres 2 ist ein Zerstäuberrohr 5 vorgesehen, dessen Auslaß 39 sich vor dem Einlaß 38 der Kühlrohre 2 befindet. Jedes Zerstäuberrohr 5 weist kleine Löcher 32 auf und ist mit einer Hülse 55 umgeben, die an der Rohrplatte 3 befestigt ist und sich von dieser aus nach unten erstreckt Die Zerstäuberrohre 5 sind in eine weitere Rohrplatte 6 eingesetzt, die zusammen mit der Behälterwand 8 einen Dampfversorgungsbehälter 9 bildet. Dieser Dampfversorgungsbehälter 9 ist an seiner Unterseite mit einem Dampfeinlaßstutzen versehen. Die Rohrplatte 6 ist an ihrem äußeren Umfang über eine Wand 40 mit einem Trennschirm ti verbunden, der senkrecht um den Reaktor herum verläuft. Der äußere Mantel 12 des Reaktors ist an seiner Unterseite mit der Rohrplatte 3 und an seiner Oberseite mit der Rohrplatte 4 verbunden. Er ist von einer äußeren Umrandung 13 umgeben, mit der der Reaktorkern 1 auf einem umlaufenden vorstehenden Rand 14 aufsitzt, der an der Innenseite' ^o der senkrechten Wand 1.5 des Reaktorbehälters vorgesehen ist. Die Wand des Reaktorbehälters setzt sich nach unten in einer Anzahl von Verbindungsstücken 16 fort, durch die der Kernreaktor mit Kühlwasser versorgt werden kann. An ihrer Oberseite ist die Wand des *5 Reaktorbehälters wenigstens mit zwei Auslaßöffnungen. 17 und 18 für Wasser und Dampf versehen. Fin Deckel. 19 schließt die Oberseite des Reaktorbebälters. In diesem Deckel 19 ist eine A.nzah.1 von Stopfbüchsenpackungen 20 eingesetzt, durch welche Betätigungsstäbe 21 verlaufen, die dazu dienen, die Regelstäbe 41 des Reaktors auf und ab r.u bewegen. Jedes Kühlrohr hat an seiner Oberseite einen Kühlrohrplattenhalter 22. Um jeden K.ühlrohrplaUenhalter 22 herum ist ein Abzug 47 vorgesehen, der das Flüssigkeitsniveau 48 überrafft. Auf der Oberseite der Rohrplatte 4 ist ein Kasten 49 befestigt, der außen von einer Wand 50 umgeben ist. In der Nähe des Auslasses 17 sind Öffnungen 51 und 52 sowohl in der Wand des Kastens 49 als auch in der Wand 50 vorgesehen, durch die das Wasser aus dem <so Abzug 47 den Auslaß 17 erreichen kann. Mit 23 ist ein Wärmeschutz bezeichnet, der zwischen der Wand 15 des Reaktorbehälters und dem Trennschirm 11 angeordnet ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Anlage beschrieben. Während des Betriebes wird dem Reaktor über das Verbindungsstück 10 Dampf zugeführt, der in den Dampfversorgungsbehälter 9 strömt. Aus diesem Dampfversorgungsbehälter 9 verteilt sich der Dampf über die Zerstäuberrohre 5. Das durch die Einlaßöffnungen 16 zugeführte Wasser strömt zunächst an jeder Seite des Wärme'schutzes 23 nach oben. Danach ändert es seine Strömungsrichtung in der Nähe des vorstehenden Randes 14 und strömt längs des Außenmantels 12 des Kernreaktors nach unten, bis es über die Öffnungen 42 in der Wand 40 die Kammer 24 erreicht, die zwischen den Rohrplatten 3 und 6 liegt. Das Wasser tritt durch die Löcher 32 ein, die in den Zerstäuberrohren 5 ausgebildet sind. Da innerhalb der Zerstäuberrohre 5 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht, wird das Wasser, das durch die Löcher in die Zerstäuberrohre eindringt, zerstäubt und als Nebel durch die Kühlrohre 2 nach oben geführt.

Die Wasserzufuhr ist so eingestellt, daß das Wisserniveau im unteren Teil des Reaktors zwischen der Ur,- *>ϊ terseite der Rohrplatte 3 und den Öffnungen 84 der Hülsen 55 schwankt. Das Wasser, das mit dem Dampf nebel durch die Kühlrohre befördert wird, wird in der Kammer 26 abgeschieden und in dem durch die Wand 50 und die Rohrplatte 4 gebildeten Behälter gesammelt. Dieses Wasser strömt durch die Öffnungen 51 und 52 und durch das Auslaßverbindungsstück 17 und wird zu einem nicht dargestellten Wärmetauscher geführt. Nach einer Abkühlung im Wärmetauscher wird das Wasser in den Reaktor rückgeführt und strömt durch die Verbindungsstücke 16 wieder in den Reaktor hinein. Nachdem der Dampf während seiner Aufwärtsströmung längs der spaltbaren Elemente in den Kühlrohren 2 den größten Teil der im Reaktor entwickelten Wärme aufgenommen hat, strömt er durch den Abzug 47 aus dem Reaktorkern ab. Nicht dargestellte Wasserscheider können in diesen Abzügen vorgesehen sein. Der Dampf erreicht eventuell nach einem besonderen Trocknungsverfahren die Kammer 53 oberhalb der Öffnungen 54. Von hier aus wird der getrocknete Dampf über die Leitung 18 in einen nicht dargestellten Wärmetauscher befördert.

Wenn infolge eines abnormen Betriebszustandes, beispielsweise einer zeitweiligen Unterbrechung der Dampfzufuhr beim Anfahren oder Stillsetzen des Reaktors oder infolge einer Beschädigung eines Teils des Reaktormantels 12 Wasser in die Kammer 46 ein dringt, in denen sich die Kühlrohre befinden, besteht selbst dann keine Gefahr, wenn der Reaktor infolge einer ijbermoderierung unkontrolliert überkritisch wird. Das wird dadurch erreicht, daß das spaltbare Material, aus dem die Spaltstoffelemente bestehen. Partikel aus einem Material enthält, das als thermischer oder epithermischer Resonanzabsorber wirkt. Bor, Samarium, Hafnium, Dysprosium oder Verbindungen dieser Elemente kommen für ein derartiges Material in Frage. Vorzugsweise werden einzelne Partikel mit einem Durchmesser oder einer Maximalabmessung von 0,3 bis 0.7 mm verwendet.

in F i g. 2 ist in vergrößertem Maßstab die Verbindung der Zerstäuberrohre 5 mit den Kühlrohren 2 dargestellt. Mit 27 sind die im Kühlrohr 2 angeordneten Spaltstoffstäbe bezeichnet. Diese Spaltstoffstäbe sind derart eingesetzt, daß zwischen den senkrechten Kühlrohren Kanäle verbleiben, durch die der Dampfnebe! nach oben strömen kann. Die Kühlrohre weisen an ihrem Einlaßende'28 einen Rand auf, der mit Öffnungen 29 verbunden ist, die in der Rohrplatte 3 an jeder Stelle vorgesehen sind, an der sich ein Zerstäuberrohr 5 befindet. Die Zerstäuberrohre sind beispielsweise durch Eindrehen in die Rohrplatte 6 befestigt und weisen zunächst eine zylindrische Form 30 und anschließend eine konische Form 31 auf. Sowohl im zylindrischen als auch im konischen Teil jedes Zerstäuberrohres 5 sind Löcher 32 vorgesehen, durch die das Kühlwasser, das in 'der Kammer 24 enthalten ist, in das Innere der Zerstäuberrohre eintreten kann.

F i g. 3 zeigt das obere Ende eines Kühlrohres 2, das in der Rohrplatte 4 dadurch gehalten ist.daß diese Platte mit Hilfe eines Kühlrohrplattenhalters 22 auf das Kühlrohr gepreßt ist. Der Kühlrohrplattenhalter 22 besteht aus einem Mantel 56 mit einem konisch verlaufenden Boden 57. Die Befestigung kann beispielsweise durch ein Schraubengewinde erreicht werden, das anschließend in zuverlässiger Weise, beispielsweise durch eine Randschweißnaht 58 gesichert wird. Der Boden 57 ist an seiner Unterseite mit einem Satz von Trägerplatten 59 verbunden, die ihrerseits mit einer Büchse 60 in Verbindung stehen, die in der Rohrplatte 4 sitzt. Sowohl im Boden 57 als auch in einer kleineren Büchse 61, die mit dem mittleren Teil jeder der Trägerplatten 59

verbunden ist, ist eine entsprechende Bohrung 62 bzw. 63 vorgesehen. Ein Bolzen 64, der durch diese Bohrungen verläuft, weist an seiner oberen Seite einen Stößel 65 und an seiner unteren Seite eine Druckfläche 66 auf. Da über dem Stößel 65 eine Tellerfeder 67 angeordnet ist, die mit Hilfe einer Stellplatte 68 und einer Gewindekappe 69 gespannt werden kann, kann die Druckfläche 66 eine elastische Kraft auf ein Druckelement 70 ausüben, das zentral im oberen Teil des Kühlrohres 2 angeordnet ist.

F i g. 4 zeigt eine Änderung des in F i g. 1 dargestellten Reaktors. Der Unterschied liegt darin, daß fingerförmige Regelstäbe 71 zur Regelung des Reaktors verwendet werden, wodurch die Höhe des Reaktorbehälters weiter herabgesetzt werden kann.

Ferner sind die Kühlrohre oberhalb ihrer unteren Befestigung mit einem konstanten Durchmesser über ihre gesamte Länge ausgebildet, wodurch der Ein- und Ausbau der Kühlrohre vereinfacht wird. Eine Trennwand 72 teilt die Kammer innerhalb des Reaktorbehälters über dem Kern in zwei Teile 73, 74. Durch Öffnungen in den Kühlrohrwänden kann der Dampf austreten und in die Kammer 74 eintreten, so daß er durch den Auslaß 18 abgeführt werden kann.

Mit Hilfe von Schlitzen 76 können abgeschiedene Wassertropfen in die Kammer 73 abgeleitet werden.

Die Abscheidung des Wassers kann auf verschiedene Weise, beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Innenseite der Kühlrohre 2 örtlich mit Nuten in Form eines Schraubengewindes versehen ist, wobei diese Nuten dem Dampfnebel eine Rotationsbewegung erteilen, wodurch die Wassertropfen gegen die Innenwand des Kühlrohres geschleudert werden und durch die Schlitze 76 nach außen austreten. Der obere Rand eines jeden Kühlrohres ist auch bei dieser Ausführungsform mit Hilfe von Teilerfedern 77 in seiner Lage gehalten, die in F i g. 4 nur im Umriß dargestellt sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem Druckbehälter, in dem die spaltbaren Elemente in langgestreckten Kühlrohren untergebracht sind, welche mit einem an den spaltbaren Elementen entlangströmenden Dampfnebel gekühlt werden, wobei der Druckbehälter Ein- und Auslaßverbindungsstücke für Wasser und Dampf und eine Einrichtung zum Mischen der eingeführten Wasser- und Dampfströme aufweist, so daß sich ein Nebel zum Kühlen der spaltbaren Elemente bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßende (28) der langgestreckten Kühlrohre (2) gegen Öffnungen (29) gepreßt ist. welche in einer ersten, an der Dampfeinlaßseite in dem Druckbehälter eingebauten Rohrplatte (3) angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zerstäuberrohre (5). die koaxial zu den Kühlrohren (2) verlaufen, innerhalb von in der Rohrplatte (3) angebrachten Hülsen (55) angeordnet sind, wobei der Auslaß eines jeden ZerstäubeiTohres (5) über einen schmalen Zwischenraum mit der Einlaßöffnung des entsprechenden Kühlrohrs in Verbindung steht, wobei die Wände der Zerstäuberrohre (5) mit kleinen Löchern (32) versehen sind.

• 3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberrohre (5) in einer zweiten Rohrplatte (6) festgelegt sind, die in einem bestimmten Abstand zu der ersten Rohrplatte (3) angeordnet ist und eine Wand eines Dampfversorgungsbehälters (9) bildet.

4. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kühlrohr (2) am Auslaßende ein Kühlrohrdruckelement (70) aufweist, welches das Kühlrohr gegen die Öffnung (29) drückt.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaßende eines jeden Kühlrohrs (2) nahe der Rohrplatte (4) ein Kühlrohrplattenhalter (22) zum Halten der Kühlrohre (2) in Längsrichtung angeordnet ist, der elastische Glieder enthält.