DE1940014C3 - Verfahren zum Kühlen eines Brutreaktors und Brutreaktor zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Brutreaktors, bei dem das Kühlmittel die ^j5 parallel zueinander angeordneten Brennelemente der Spaltzone und die Bauelemente der radialen Brutzone axial durchströmt, wobei das Kühlmittel nacheinander durch die Brutzone und die Spaitzone geleitet wird sowie einen Brutreaktor zur Durchführung des Verfahrens.

Bei bekannten, natriumgekühlten Brutreaktor-Konzepten dieser Bauart wird der Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufgeteilt. Der Hauptstrom durchfließt die zentrale Spaltzone, die gegebenenfalls noch durch axiale Brutzonen ergänzt sein kann, während der Nebenstrom durch den radialen, die Spaltzone umfassenden Brutmantel geführt wird. Am Reaktoraustritt werden die beiden Teilströme dann wieder miteinander vermischt und z. B. einem Wärmetauscher zugeführt. Da sich die Leistung der Spaltzone gegenüber der Leistung der Brutzone mit zunehmender Standzeit der Brennbzw. Brutelemente ändert, ändern sich auch die Kühlmittelaustrittstemperaturen an den einzelnen Elementen bzw. Zonen.

So nimmt z. B. die Wärmeleistung der Brutzone mit wachsender Spaltstofferzeugung stark zu. Wenn nun der Kühlmitteldurchsatz durch die einzelnen Brutelemente nicht der Leistungsänderung infolge Spaltstoffaufbau während ihrer Standzeit angepaßt werden kann, muß der Durchsatz der maximalen, am Ende der Standzeit auftretenden Leistung der Bauelemente entsprechen. Bei vorgegebener zulässiger Temperatur in den Brutelementen wird somit die Kühlmittelaufwärmespanne, gemittelt über die Standzeit der Brutelemen- ⁶S te in der Brutzone, auf einen Wert begrenzt, Her unter der Aufwärrnespanne der Spaltzone liegt. Durch die Vermischung des kälteren Kühlmittelstromes aus der Brutzone mit dem heißeren Teilstrom aus der Spaitzone wird aber die Gesamtaustrittstemperatur des Kühlmittels herabgesetzt. ]e nach Auslegung und Auswechselrhythmus der Brutelemente kann diese Temperaiureinbuße beachtliche Werte annehmen.

Aus der FR-PS 14 90 808 und aus der GB-PS 10 91 918, sind Verfahren zum Kühlen von Brutreaktoren bekannt geworden, bei denen das Kühlmittel die parallel zueinander angeordneten Brennelemente der Spaltzone und die Bauelemente der radialen Brutzone axial durchströmt, wobei das Kühlmittel nacheinander durch die Brutzone und die Spaltzone geleilet wird. Dabei wird jedoch die Spall/.one von oben nach unten durchströmt, was bei natriumgekülilten schnellen Brutreaktoren aus technischen Gründen unerwünscht

Aus der DT-PS 10 J9 147 ist es bei Siedeüberhitzerreaktorcn bekannt, Siede- und Überhitzerzone strömun.gstechnisch hintereinander zu schalten. Diese Methode ist jedoch bei flüssigkeiisgekühlten Reaktoren nicht ohne weiteres anwendbar, wenn die Brenn- und Brutelemente, auf einer gemeinsamen Tragplatte gelagert, mit einer gemeinsamen Manipuliereinrichtung ausgewechselt werden sollen und die Spultzone aus konstruktiven und sicherheitslechnischen Gründen von unten nach oben durchströmt werden soll.

Weiterhin ist aus der DT-AS 10 51 425 bekannt, in der kandzone des Kernes in einzelnen Brennelementen einen Teil des Kühlmittels in Umkehrkühlung zuerst nach unten und dann nach oben zu leiten, während ein anderer Teil des Kühlmittels die Spaltelemente von unten nach oben durchströmt. Dieses Umkehrprinzip ist auch aus »Engineering«, 28. November 1958, Seile 695 und aus »Kernenergie«, 7. Jahrgang, Heft 8, 1964, Seite 586 bekannt. Bei einer solchen Anordnung entsteht jedoch ein kälterer Beipaß zur Kernzone durch die Brutzone, wodurch die mittlere Reakloraustritts-Temperatur herabgesetzt wird und ein radialer Leistungsgradient über den Reaktor entsteht.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren zum Kühlen eines Brutreaktors, sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Brutreaktor anzugeben, bei welchem die Aufwärmspanne des Kühlmittels über den Reaktor angehoben wird und die Spaltzone gleichzeitig von unten nach oben durchströmt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Kühlmittel zunächst von unten nach oben durch die Bauelemente der radialen Brutzone geführt, am Kopf der Brutelemente umgelenkt und nach unten zum Einströmbereich der Spaltzone geleitet wird, um von hier aus die Brennelemente in an sich bekannter Weise von unten nach oben zu durchströmen. Ein /t>r Durchführung dieses Verfahrens geeigneter Brutreaktor wird gemäß der vorliegenden Erfindung in der Weise ausgebildet, daß die Brutelemente zwei konzentrische Slrömungsleitrohre aufweisen, von denen das Innere wenigstens am Elementkopf eine öffnung aufweist, und daß am Elementfuß das eine Leitrohr ma dem Kühlmittelzuflußbereich und das andere I.eitrohr mit dem Einströmbereich zur Spaltzone verbunden ist.

Dadurch erhält man eine einheitlich hohe Kühlmittelaustrittstemperatur, da d^;e Vermischung unterschiedlich heißer Teilströme aus den einzelnen Zonen vermieden wird. Auch wird die Standzeit der Bauelemente wesentlich unabhängiger vom Leislungszuwachs durch die Spaltstofferzeugung. Mit den Maßnahmen gemäß

der Erfindung werden die Bauelemente /war ebenfalls strömungsteehnisch voneinander getrennt, trotzdem lassen sich alle Elemente bezüglich ihrer äußeren Komi und ihrer Befestigung innerhalb d.-s Reaktors ähnlich gestalten und sind einzeln mitiels einer gemeinsamen, über der Spalt- und Brutzone angeordneten Bedienungsein richtung auswechselbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer schematischen Ski/ze naher erläutert.

Die Ngur zeigt einen Ausschnitt aus einem Reaktortank 1, der die Spalt/one 2 und den radialen Brutmantel 3 umschließt. Die Brennelemente 4 der Spaltzone 2 und die Bruteleniente 5 der Brutzone 3 ruhen mit ihrem Fuß in einem Doppelboden 6 des Tanks 1 (aus Gründen der besseren Übersicht sind jeweils nur ein Brut- bzw. Brennelement und davon nur die für die Führung des Kühlmittels wichtigen Begrenzungswände dargestellt).

Das flüssige Natrium gelangt durdi den Einströmstutzen 7 in den Zwischenraum 8 des Doppelbodens 6, der unter der Brutzone 3 liegt und durch eine Querwand 9 von dem unter der Spaltzone 2 gelegenen Doppelboden-Zwischenraum 10 getrennt ist. Vom Raum 8 gelangt es in das Innere von zwei konzentrischen Leitrohren 11, 12 des Brutelementes 5. Nach dem Austritt aus dem inneren Leitrohr wird das Kühlmittel am Kopf des nach oben geschlossenen Brutelementes in entgegengesetzter Richtung umgelenkt, um durch den Ringraum zwischen Rohr 11 und 12 hindurch in den Einströmbereich 13 unter dem Doppelboden zu fließen. Von da aus durchsetzt es die Brennelemente 4 der Spaltzone 2 von unten nach oben. Das erhitzte Kühlmittel kann dann oberhalb der Spaltzone über einen Abflußstutzen (nicht dargestellt) entnommen werden. In dem Trennboden 14 können Drosselöffnungen 15 vorgesehen sein, durch die ein Teil des Kühlmittels direkt aus dem Raum 8 in den Raum 13 überströmen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen eines Brutreaktors, bei dem das Kühlmittel die parallel zueinander angeordneten Brennelemente der Spaltzone und die Brutelemente der radialen Brut/one axial durchströmt, wobei das Kühlmiti .icheinander durch die Brutzone und die Spalt/u . geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel zunächst von unten nach oben durch die Brutelemente (5) der radialen Brutzone (3) geführt, am Kopf der Brutelemente umgelenkt und nach unten zum Einströmbereich (13) der Spaltzone (2) geleitet wird, um von hier aus die Brennelemente (4)

in an sich bekannter Weise von unten nach oben zu '⁵ durchströmen.

2. Brutreaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brutelemente (5) zwei konzentrische Sirömungsleitrohre (11, 12) aufweisen, von denen das Innere (11) ^2t' wenigstens am Elementkopf eine Öffnung aufweist, und daß am Elementfuß das eine I.eitrohr (11) mit dem Kühlmittelzuflußbereich (8) und das andere Leitrohr (12) mit dem Einströinbereich (13) zur Spaltzone (2) verbunden ist.

3. Brutreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Trennboden (14) zwischen Zuflußbereich (8) und Einströmbereich (13) Drosselöffnungen (15) vorgesehen sind.

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