DE1905788A1 - Einrichtung an Kernreaktoren - Google Patents

Description

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERaY AUTHORITY, II, Charles II Street, London, S.W. 1

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 6170/68 vom 7. 2. 1968 beansprucht

Einrichtung an Kernreaktoren

"Background" der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren, bei denen strömungsmitteldurchlässiger Brennstoff, nachfolgend als "poröser Brennstoff" bezeichnet, verwendet wird. Für die Verwendung porösen Brennstoffs in Kernreaktor-Kernen sind bisher Vorschläge gemacht worden mit dem Ziel, die Wärmeübertragung zwischen Brennstoff und Kühlmittel zu verbessern, aber im allgemeinen wurden diese Vorschläge gemacht für die Verwendung länglicher poröser Brennstoffelemente in Reaktorkühlmittelkanälen mehr oder weniger herkömmlicher Form, d.h. innerhalb sioh axial erstreckender Kanäle, welohe Kühlmittel in einer im all-

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gemeinen axialen Richtung mit entweder koaxialer oder Wiedereintrittsströmung leiten bzw. übermitteln.

Zusammenfassung der Erfindung

Einem Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Kernreaktor geschaffen, der eine Kernbegrenzung aufweist, innerhalb welcher eine kritische Masse Kernbrennstoff enthaltenden Materials in Form von porösen, mit Wänden versehenen Hohlkörpern gestützt wird, die im Abstand voneinander angeordnet sind, um angrenzende Zwischenräume zwischen diesen zu bilden, wobei Kühlmittel-Einlaß- und -Auslaßeinrichtungen die Begrenzung des Kerns queren, um so zumindest eine freie Endfläche der Kernbegrenzung für den Austausch bzw. Ersatz der Brennstoff körper übrigzulassen, wobei das Kühlmittel einem Strömungsweg innerhalb des Kerns zwischen den Zwischenräumen und den hohlen Innenräumen der genannten Korper folgt, welcher Strömungsweg die porösen Wände guert.

Vorzugsweise verläuft der Kühlmittel-Strömungsweg im Kern axial in das oder die offenen Enden rohrförmiger, Brennstoff aufweisender Körper hinein und dann radial in Bezug auf die Kernachse durch die Rohrwand hindurch und durch die angrenzenden Zwischenräume hinduroh.

Beschreibung der Zeichnung

Eine Ausführungsform eines gasgekühlten Reaktors, der die Erfindung aufweist, wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden schematischen Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt

Mg. 1 einen axialen Querschnitt durch den Reaktorkern und seine zugehörigen Wärmeaustauscher,

Pig. 2 eine Draufsicht auf einen Sektor des Reaktors nach Fig. 1, während die

Fign. 3a und 3b ein typisches rohrartigea Brennstoffelement jeweils im axialen Schnitt und Im Querschnitt senkrecht zu seiner Achse wiedergeben,

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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Nach der Zeichnung ist der Reaktorkern 1 von geradzylindrischer Form, wobei die Achse X-X senkrecht, angeordnet ist und dieser ist von einem ringförmigen Wärmeaustauscher 2 umgeben. Innerhalb der Begrenzung des Kerns 1 weist ein zentraler spaltbarer Bereich 3» welcher spaltbaren Brennstoff, für die Kritikalität ausreichend, aufweist, axiale Abdeckbereiche 4, und einen ringförmigen Abdeckbereich 6 auf. Zwischen dem ringförmigen Abdeckbereich 6 und dem Wärmeaustauscher 2 ist eine ringförmige Neutronenabschirmung -7 vorgesehen. Der Wärmeaustauscher 2 ist für radiale Strömung vorgesehen und weist segmentförmige Rohrleitungen aus Serpentinenrohr bzw. Schlangenrohr auf, wobei jede Leitung nacheinander Überhitzer-, Siede- und Vorwärmer-Rohrlängen bildet. Vorkehrungen können für Wiedererwärmung, falls erforderlich getroffen werden.

Wie ferner in Fig. 2 dargestellt, werden die Reiche 3 und 6 des Kerns 1 von Brennstoff tragenden Rohren 10 eingenommen, die achs^»parallel auf einem regelmäßigen Dreiecksgitter abgestützt und so mit Abstand angeordnet sind, daß angrenzende Zwischenräume/übrigbleiben. Die Rohre 10 der Bereiche 3» 4 und 5, 6 sind alle an ihren unteren Enden offen und oben geschlossen. Jedes weist eine poröse Seitenwand auf, so daß Kühlmittel, welches am unteren Ende des Rohres in die Bohrung gelangt, in die Lage versetzt wird, durch die Wand hindurch in die Zwischenräume 11 einzudringen und dann radial nach außen nach den Wärmeaustauschern 2 hin und durch diese hindurch zu strömen. Ein Ausführungsbeispiel der Rohrkonstruktion ist in den Fign. 3a, 3b dargestellt, aus denen hervorgeht, daß das Rohr eine poröse Wand aufweist, welche aus einer inneren Haut 10a aus einem Edelstahl-Maschenwerk und einer äußeren Haut 10b aus porösem keramischem Material gebildet wird» wobei der Zwischenraum mit einer porösen Masse aus Spaltprodukt zurückhaltenden Kernbrennstoffteilchen versehen ist. Der spaltbare Bereich 3, die oberen und unteren axialen Abdeckbereiche 4, 5

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und der radiale Abdeckbereich 6 des Kerns setzen sich aus solchen Rohren zusammen, deren hohle Wände mit porösen Massen des entsprechenden bzw. passenden Kernbrennstoffmaterials gefüllt sind. Im Falle des äußeren ringförmigen Abdeckbereiches 6 sind die hohlen Wände der Rohre beispielsweise mit porösem brütbarem Brennstoff material gefüllt»

Die präzise Disposition des Brutmaterials für die axialen Abdeckbereiche 4» 5 und das spaltbare Material für den Bereich 5 ist eine Sache der Auswahl. Das Brennstoffmaterial für die brütbaren axialen Abdeckungen 4> 5 und für den spaltbaren Kernbereich kann in diskrete bzw. einzelne axiale Längen desgleichen Rohres gepackt werden, oder separate Rohre können in Übereinanderlagerung für jede Art des Brennstoffs verwendet werden. Die äußersten Reihen von Rohren 7, welche als Neutronenabschirmung zwischen dem Kern und dem Wärmeaustauscher 2 dienen, können von jeder beliebigen Bauart sein, die sich für diesen Zweck eignet«

Beispielsweise können sie aus Stahl und Wasser bestehen, wobei der Stahl in Form von konzentrischen Rohren vorgesehen werden kann, während das Wasser unter Druck gehalten würde und in einem G-eschlossen-Kreislauf nach der außerhalb gelegenen Kühleinrichtung 7a und zurück nach den Abschirmungsrohren strömen würde. Es wäre notwendig, eine wärmeisolierende Schicht, beispielsweise aus Keramik, an der Außenseite der Abschirmungsrohre vorzusehen, um eine übermäßige Belastung des Abschirmungs-Wärmeabführkreislaufes und die' Herabsetzung der Hauptkreislauf-Temperatur des Kühlmittels zu verhindern, bevor dieses den Wärmeaustauscher 2 erreicht.

Beim Betrieb stehen die unteren Enden der Bohrungen der poröswandigen Rohre in den Kernbereichen 3, 4, 5, 6 mit einer Gaskühlmittel-Sammelleitung 12 unterhalb des Kerns in Verbindung, nach welcher duroh Zirkulatoren, wie bei 14, Gas in die

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Bohrungen hinein übermittelt wird. G-as strömt axial in* die Bohrungen hinein und dringt durch die Rohrwände hindurch, wo es erwärmt wird und in die Zwischenräume 11 gelangt. Die Gasströmung in den Räumen 11 verläuft im allgemeinen radial, und das Gras strömt dann zwischen den Abschirmungsrohren 7 und über die Bank von Wärmeaustauscherrohren 2, wo es seine Wärme an ein Sekundär-Kühlmittel abgibt, welches durch die Rohre 2 hindurchgeleitet wird. Von dort strömt das Kühlmittel durch eine G-asSammelkammer 2a hindurch über den Zirkulator zurück in die Einlaß-Grassammelleitung 12 hinein.

Die Graseinlaß- und auslaßeinrichtungen sind gegeneinander geneigt, und eine Fläche 13 wird frei gelassen und ist für Brennstoffbeschickung und Rege Ige trifbe etc. verfügbar. Hoohtemperatur-Kühlmittel ist völlig innerhalb des Kern-, Hüllen-, Abschirmung^-, Wärmeaustauscher-Komplexesjenthalten, und nur Kühlmittel auf seiner unteren !Temperatur kann an die Wände des Reaktor-Druckbehälters (nicht dargestellt) angrenzen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Rohre 10 an oder auf einem regelmäßigen Gitter angeordnet , und während dies vorzugsweise vom Standpunkt guter Körper-Ausführung /physicus performance/ und Brennstoff-Handhabungszweckmäßigkeit gewählt ist, können Vorteile dadurch erreicht Zierden, daß die Roh*· Zentren an einem unregelmäßigen oder unebenen bzw. ungleichmäßigen Gitter angeordnet werden.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform des Brennstoff tragenden Rohres 10 erhält die äußere poröse Hülse 10b ihre Porosität durch ein Loch oder eine Anzahl von Löchern durch ihre Wand hinduroh. ♦

Bei einer weiteren Alternativform wird der Brennstoff tragende Bereich jedes oder zumindest einiger dtr Rohre 10 in eintr

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Anzahl von koaxialen ringförmigen Bereichen vorgesehen, die mit ringförmigen Zwischenräumen zwischen diesen in ihrer Lage gehalten werden.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims (5)

1. PATENTANWALT » "*

   DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^TeIefon!Ί⁰²⁷¹»³²⁴⁰⁹

   Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 203 62 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

   Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

   Postfach 325

   69 040 Fl/Kü/A ⁵* ²* ¹⁹⁶⁹

   Patentansprüche

   _v1.) Kernreaktor mit einem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Kernbegrenzung, Kühlmitteleinlaß- und -auslaß-Strömungswege aufweist, welche die Kernbegrenzung im rechten Winkel zueinander queren, daß eine Anzahl von Brennstoff tragenden Körpern, dem Kühlmittel gegenüber porös, innerhalb der Begrenzung vorgesehen ist, durch welche Körper hindurch das Kühlmittel zwischen den Einlaß- und Auslaß-Strömungswegen strömt.
2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der Kern von zylindrischer Form ist und Brennstoff tragende Körper in Form einer Mehrzahl poröswandiger Rohre aufweist, die mit ihren Achsen parallel zur Achse des Zylinders angeordnet sind, wobei Kühlmittel-Einlaßströmungswege an der Endwand des Zylinders vorgesehen sind, um Kühlmittel nach dem Innern der poröswandigen Rohre zu liefern, und Kühlmittel-AuslaßströmungB-wege in der Seitenwand des Zylinders vorgesehen sind.
3. 3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine oder mehrere ringförmige Reihen von brütbaren Brennstoff tragenden Brennstoffelementen aufweist, die um die Peripherie des Zylinders herum angeordnet sind.

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4. 4. Kernreaktor nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet^ daß eine Anzahl von Wärmeaustauscher-Rohren, die Sekundär-Kühlmittel führen, zwischen der Peripherie des Kerns und den Kühlmittel-Auslaßströmungswegen vorgesehen ist.
5. 5. Kernreaktor nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von wassergekühlten Abschirmungsrohren zwischen den Wärme aus tauscher-Rohr en und der Peripherie des Kerns vorgesehen ist·

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