DE19843962A1 - Einströmvorrichtung und Verfahren zur Zuleitung eines Kühlmediums in ein Brennelement - Google Patents

Abstract

Um im Reaktorkern eines Siedewasserreaktors eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten und gleichzeitig die Druckenergieverluste beim Einströmen des Kühlmediums in die Brennelemente (6) gering zu halten, ist ein Einströmkanal (10) vorgesehen, über den das Kühlmedium dem Brennelement (6) zugeführt wird. Er weist einen langgestreckten Strömungskanal (14) und einen sich daran anschließenden Diffusor (16) auf. Im Strömungskanal (14) bildet sich eine Flüssigkeitssäule mit großer Trägheit aus, die die Stabilität positiv beeinflußt. Die durch den Strömungskanal (14) bedingten Druckenergieverluste werden durch den Diffusor weitgehend wieder kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einströmvorrichtung und ein Ver­ fahren zur Zuleitung eines Kühlmediums in ein Brennelement eines Siedewasserreaktors, bei denen das Kühlmedium über ei­ nen Einströmkanal zugeführt wird.

Bei einem Siedewasserreaktor wird dem Reaktorkern, in dem die Brennelemente angeordnet sind, ein Kühlmedium, in der Regel Wasser, zugeführt. Das zugeführte Kühlmedium durchströmt die Brennelemente von unten nach oben und wird dabei erhitzt und teilweise verdampft. Der Siedewasserreaktor weist in der Re­ gel Kühlmittelumwälzpumpen auf, die zwischen dem Reaktorkern und der Wand des Reaktordruckbehälters angeordnet sind und für einen ausreichenden Zufluß des Kühlmediums in den Reak­ torkern sorgen. Das Kühlmedium wird dabei den Brennelementen jeweils mit Hilfe einer Einströmvorrichtung zugeführt, die aus Stabilitätsgründen für den Reaktorbetrieb einen gewissen Strömungswiderstand aufweist. Aufgrund des Strömungswider­ stands treten Druckenergieverluste auf, die durch eine ent­ sprechend höhere Leistung der Kühlmittelumwälzpumpen ausge­ glichen werden müssen. Ein Teil der für die Kühlmittelumwälz­ pumpen aufgewendeten Energie wird daher durch die Druckener­ gieverluste aufgezehrt.

Um in dem Reaktorkern über die verschiedenen Brennelemente hinweg eine möglichst gleichmäßige Leistungserzeugung zu er­ zielen, wird eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums auf die einzelnen Brennelemente angestrebt. Es kann jedoch an den Brennelementen lokal zu einer Leistungsänderung kommen, die eine Änderung der thermodynamischen Verhältnisse nach sich zieht. Insbesondere kann sich der lokale Kühlmitteldurchsatz verändern. Da das Kühlmedium auch als Moderator dient, hat eine Änderung des Kühlmitteldurchsatzes zwangsläufig Rückwir­ kungen auf die lokale Leistungserzeugung. Eine erhöhte Lei­ stungserzeugung führt zu einer erhöhten Dampfproduktion. Diese wiederum bedingt eine Zunahme der Strömungsdruckverlu­ ste, so daß der Kühlmitteldurchsatz geringer wird. Mit einem geringeren Kühlmitteldurchsatz wird zugleich die Moderation der Neutronen und damit die Leistungserzeugung verringert. Geringere Leistungserzeugung ist - analog zu der höheren Lei­ stungserzeugung - mit einer Verringerung der Dampfproduktion verbunden.

Wegen der endlichen Zeitdauer, mit der eine geänderte Wärme­ freisetzung (Leistungserzeugung) im Brennelement zu einer ge­ änderten Dampfproduktion führt, sind Phasenverschiebungen zwischen dem lokalen Kühlmitteldurchsatz und der Entstehung geänderter Druckdifferenzen (Strömungsdruckverlusten) nicht zu vermeiden. In Fällen mit ungünstigen Phasenbeziehung zwi­ schen diesen beiden Effekten kann es zu einer Rückkopplung und zu einem ungewünschten Anfachen von Schwingungen in den Brennelementen kommen.

Das führt dazu, daß die Leistungserzeugung starken periodi­ schen Schwankungen unterworfen ist, wodurch zwangsläufig die Brennelemente einer unerwünscht hohen Belastung ausgesetzt sind. Es wird daher angestrebt, die Stärke der Rückkopplung zu vermindern und einen möglichst stabilen Reaktorbetrieb zu gewährleisten. Hierzu wird der Strömungswiderstand beim Ein­ strömen des Kühlmediums in das Brennelement erhöht, bei­ spielsweise durch Blenden. Um einen stabilen Betrieb zu er­ halten, wird also bewußt ein höherer Energieaufwand für die Kühlmittelumwälzpumpen in Kauf genommen. Bei der Auslegung einer Einströmvorrichtung muß daher also ein Kompromiß zwi­ schen einem möglichst geringen Verlust an Druckenergie und einer möglichst hohen lokalen Stabilität eingegangen werden.

Aus dem Artikel "Integration of new Technologies for the next Generation BWR-Reactor Assembly" von S. Kinoshita et al., In­ ternational Conference on Nuclear Engineering, Volume 2, ASME 1996, Seiten 121ff, wird eine sogenannte "Hydraulic Inertia Tube" (HIT) beschrieben. Diese "Inertia Tube" ist im wesent­ lichen ein langgestreckter rohrförmiger Einströmkanal, durch den das Kühlmedium jedem einzelnen Brennelement zugeführt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einströmvorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Zuleitung eines Kühlmediums in ein Brennelement anzu­ geben, bei denen ein möglichst geringer Druckenergieverlust unter Beibehaltung der Stabilität beim Reaktorbetrieb gewähr­ leistet ist.

Die auf die Einströmvorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Einströmkanal einen Strömungskanal und einen sich daran anschließenden Diffusor aufweist, der in das Brennelement mündet.

Der Strömungskanal dient in erster Linie zur Gewährleistung der Stabilität beim Reaktorbetrieb, und der Diffusor dient in erster Linie zur Rückgewinnung von Druckenergie aus der kine­ tischen Energie des durch den Einströmkanal strömenden Kühl­ mediums. Die Ausgestaltung des Einströmkanals beruht auf dem Wirkprinzip eines Venturi-Rohrs. Bei einem Venturi-Rohr wird die kinetische Energie eines durch eine Engstelle fließenden Fluids durch eine sich an die Engstelle anschließende Aufwei­ tung weitgehend in Druckenergie umgewandelt. Ein wesentlicher Vorteil der Ausgestaltung des Einströmkanals in Anlehnung an ein Venturi-Rohr liegt darin, daß sein Strömungswiderstand in weiten Grenzen unabhängig von der sogenannten Impulsstrom­ dichte gewählt werden kann, die für die Stabilität des Reak­ torbetriebs maßgeblich ist. Der Druckenergieverlust aufgrund der Einströmvorrichtung und die Stabilität sind also inner­ halb von Randbedingungen weitgehend voneinander entkoppelt. Die Randbedingungen sind im wesentlichen durch die bauliche und konzeptionelle Ausgestaltung des Reaktordruckbehälters vorgegeben.

Die Impulsstromdichte ist definiert als das Produkt aus der Dichte des Kühlmediums, aus der effektiven Strömungsgeschwin­ digkeit des Kühlmediums, welches in dem Einströmkanal eine Flüssigkeitssäule bildet, und der effektiven Länge dieser Flüssigkeitssäule. Die Impulsstromdichte ist ein Maß für die Trägheit der Flüssigkeitssäule gegenüber thermodynamischen Änderungen. Eine hohe Impulsstromdichte wirkt sich günstig auf die Stabilität aus. Ein Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, die Trägheit einer Flüssigkeitssäule, die mit hoher stationärer Geschwindigkeit strömt auszunutzen, um einen sta­ bilen Betrieb ohne ungewollte Leistungsschwankungen zu ge­ währleisten.

Bei dem Einströmkanal kann die Impulsstromdichte durch die Wahl des Durchmessers des Strömungskanals mit einfachen Mit­ teln beeinflußt werden, da der Durchmesser ein bestimmendes Kriterium für die Strömungsgeschwindigkeit ist. Ein kleiner Durchmesser führt zu einer hohen Strömungsgeschwindigkeit und damit zu einer hohen Impulsstromdichte. Gleichzeitig bedingt ein kleiner Durchmesser einen hohen Druckenergieverlust, der jedoch durch den Diffusor wieder weitgehend rückgängig ge­ macht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Ein­ strömkanal unter einem kleinen Winkel, der bevorzugt nicht größer als etwa 30° ist, schräg zur Längsachse des Brennele­ ments.

Bei diesem kleinen Winkel ist sichergestellt, daß eine nur geringe Richtungsänderung der Strömung des Kühlmediums her­ vorgerufen wird. Zusätzliche Druckverluste aufgrund einer ab­ rupten Richtungsänderung sind weitgehend vermieden. Zum an­ deren ermöglicht diese schräge Ausführung eine sehr kompakte Bauform, da die Brennelemente in der Regel auf dem Kopfteil eines Steuerstabführungsrohrs sitzen und die Einströmvorrich­ tung demnach schräg neben dem Steuerstabführungsrohr zum Brennelement herangeführt werden kann.

Für eine kompakte Bauform ist der Einströmkanal zumindest teilweise in den Kopfteil des Steuerstabführungsrohrs inte­ griert. Das Kopfteil bildet also einen Teil des Einströmka­ nals.

Zusätzlich wird in einer weiteren bevorzugten Ausführung zum gleichen Zweck der Diffusor zumindest teilweise vom Fuß des Brennelements gebildet. Der Fuß umfaßt demnach einen Teilab­ schnitt des Einströmkanals.

Vorteilhafterweise ist der vom Kopfteil gebildete Hohlraum des Steuerstabführungsrohrs im Schnitt gesehen konisch ausge­ bildet. Der Hohlraum verjüngt sich dabei zum Brennelement hin. Die konische Verengung wird insbesondere durch mehrere schräg verlaufende Einströmkanäle hervorgerufen, die in das Kopfteil integriert sind. Auch dies ist für eine kompakte Bauform ein wesentlicher Vorteil.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Steuerstabfüh­ rungsrohr vier Einströmkanäle angeordnet, die jeweils in ein Brennelement münden. Das Steuerstabführungsrohr bildet mit den Einströmkanälen quasi eine Baueinheit, die in vorteilhaf­ ter Weise gleich für vier Brennelemente die Einströmkanäle bereitstellt.

Zum Zwecke eines möglichst geringen Druckenergieverlusts ist der Diffusor derart bemessen, daß ein großer Teil der kineti­ schen Energie des in dem Rohr strömenden Kühlmediums wieder in statische Druckenergie umwandelbar ist. Prinzipiell wird der Diffusor hierzu möglichst lang gewählt. In der Regel ist jedoch die Gesamtbaulänge des Einströmkanals aufgrund bauli­ cher Vorgaben begrenzt, so daß der Strömungskanal und der Diffusor nicht beliebig lang gewählt werden können. Für eine hohe Impulsstromdichte ist ein langer Strömungskanal mit kleinem Durchmesser günstig, was allerdings zu hohen Druck­ energieverlusten führt. Für die Rückgewinnung der Druckener­ gie ist dann ebenfalls ein langer Diffusor nötig. Bei vorge­ gebener Gesamtbaulänge muß also ein Kompromiß zwischen Stabi­ lität und Energieverlust getroffen werden.

Als besonders bevorzugte Ausführungsform hat sich eine Ven­ turi-Düse erwiesen, bei der der Durchmesser der Auslaßmündung des Diffusors zum Rohrdurchmesser ein Verhältnis von etwa 2 : 1 bis etwa 2,5 : 1 aufweist. Auch hat sich ein Verhältnis von Diffusorlänge zur Rohrlänge von etwa 1 : 2 sehr vorteilhaft er­ wiesen. Insbesondere ist die Kombination dieser beiden Ver­ hältnispaare von Vorteil.

Als Durchmesser des Strömungskanals sind 30 mm bis 60 mm und bevorzugt 45 mm von Vorteil, und die Länge des Strömungska­ nals beträgt insbesondere etwa zwischen 0,5 m und 1 m, bevor­ zugt jedoch 0,7 m.

Die Abmessungen und Verhältnisse sind nicht auf die angegebe­ nen begrenzt und können für verschiedene bauliche Ausgestal­ tungen im Reaktordruckbehälter andere Werte annehmen.

Zur Lösung der auf das Verfahren bezogenen Aufgabe wird gemäß der Erfindung im Einströmkanal eine Flüssigkeitssäule mit großer Trägheit ausgebildet, und die kinetische Energie der Flüssigkeitssäule vor dem Einströmen in das Brennelement wird zu einem großen Teil in statische Druckenergie umgewandelt.

Durch das Umwandeln der kinetischen Energie in Druckenergie wird der Energiebedarf für die Kühlmittelumwälzpumpen verrin­ gert, und gleichzeitig wird durch die Ausbildung einer Flüs­ sigkeitssäule mit großer Trägheit wird ein stabiler Betrieb des Reaktors gewährleistet.

Die bereits definierte Impulsstromdichte ist vorteilhafter­ weise beim Einströmen in das Brennelement wesentlich größer als beim Ausströmen aus dem Brennelement. Die geometrische Ausgestaltung des Einströmkanals richtet sich daher nach den geometrischen Gegebenheiten des Brennelements. Da die Im­ pulsstromdichte und damit die Trägheit beim Einströmen größer ist als beim Ausströmen, verändert sich bei einer lokalen Än­ derung der Dampferzeugung vorwiegend der Volumenstrom des Dampf-Wasser-Gemischs, welches das Brennelement verläßt. Die Änderung des Volumenstroms (und damit des Massenstroms des zuströmenden Wassers) ist demgegenüber geringer. Die Rück­ kopplung zwischen den örtlichen Strömungsdruckverlusten und dem örtlichen Kühlmitteldurchsatz bleibt daher gering.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den entsprechenden Unteransprüchen zu entnehmen. Die im Hinblick auf die Einströmvorrichtung aufgezeigten bevorzugten Ausfüh­ rungsformen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das Ver­ fahren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, weitere bevorzugte Aus­ führungen und Vorteile werden anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch ein Steuerstabführungsrohr mit sich daran anschließen­ den Brennelementen,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Ebene II-II aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Ebene III-III aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 weist ein nur teilweise dargestelltes Steuer­ stabführungsrohr 2 für einen Siedewasserreaktor einen Hohlzy­ linder 3 und an dessen oberem Ende ein Kopfteil 4 auf. Dieses Kopfteil 4 sitzt auf dem Hohlzylinder 3 auf. An das Kopf­ teil 4 schließen sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt vier Brennelemente 6 an, von denen in Fig. 1 nur zwei zu erkennen sind. Das Steuerstabführungsrohr 2 bildet einen Hohlraum 7, der sich im Kopfteil 4 zu den Brennelemen­ ten 6 hin konisch verjüngt. Das Steuerstabführungsrohr 2 so­ wie die Brennelemente 6 erstrecken sich in Richtung einer Längsachse 8.

Das Kopfteil 4 weist zumindest im Bereich des Hohlzylinders 3 einen größeren Außendurchmesser als der Hohlzylinder 3 auf, so daß dieser vom Kopfteil 4 radial nach außen überragt wird und ein Überhang gebildet ist.

Im Kopfteil 4 sind im Ausführungsbeispiel insgesamt vier Ein­ strömkanäle 10 vorgesehen, von denen in Fig. 1 nur zwei zu erkennen sind. Zu jedem der Brennelemente 6 wird durch das Kopfteil 4 ein Einströmkanal 10 geführt. Die Einströmka­ näle 10 erstrecken sich ihrer Länge nach durch das gesamte Kopfteil 4 und münden jeweils in eines der Brennelemente 6. Die Längsachse 11 des jeweiligen Einströmkanals bildet dabei mit der Längsachse 8 des Steuerstabführungsrohrs 2 einen spitzen Winkel α, der bevorzugt nicht größer als etwa 30° ist.

Die Einströmkanäle 10 weisen an ihrem zum Hohlzylinder 3 hin orientierten Ende jeweils eine Einlaßmündung 12 auf, die im Überhang des Kopfteils 4 angeordnet ist. Die Einlaßmündung 12 ist derart ausgestaltet, daß beim Einströmen eines Kühlmedi­ ums in die Einströmkanäle 10 möglichst geringe Druckverluste auftreten. Hierzu weist die Einlaßmündung 12 bevorzugt einen abgerundeten Rand auf.

An die Einlaßmündung 12 schließt sich jeweils ein langge­ streckter und zylindrischer Strömungskanal 14 mit einem ge­ ringen Durchmesser D1 und der Länge L1 an. An den Strömungs­ kanal 14 schließt sich wiederum ein Diffusor 16 der Länge L2 an, der sich von dem Durchmesser D1 des Strömungskanals 14 zu seiner Auslaßmündung 18 hin auf den Durchmesser D2 stetig aufweitet. Der jeweilige Einströmkanal 10 mündet mit seiner Auslaßmündung 18 in dem ihm zugeordneten Brennelement 6. Das letzte Teilstück des Diffusors 16 mit der Auslaßmündung 18 ist gemäß Fig. 1 durch eine speziell geformte Aussparung im Fuß 20 des jeweiligen Brennelements 6 gebildet.

Das Verhältnis von L1 zu L2 beträgt in etwa 2 : 1, und das Ver­ hältnis von D1 zu D2 beträgt in etwa 1 : 2. Die Verhältnisse sind jedoch nicht auf die angegebenen Zahlenwerte beschränkt, sondern können entsprechend unterschiedlichen Geometrien in verschiedenen Reaktortypen auch unterschiedlich gewählt wer­ den.

Der Hohlzylinder 3 und das Kopfteil 4 sind bevorzugt fest miteinander verbünden und bilden eine Baueinheit. Die Inte­ gration der Einströmkanäle 10 in das Kopfteil 4 des Steuer­ stabführungsrohrs 2 läßt eine sehr einfache Herstellung und eine kompakte Bauform zu.

Beim Reaktorbetrieb wird den Brennelementen 6 über die Ein­ strömkanäle 10 Kühlmittel zugeleitet. Diese werden hierbei stationär durchströmt, d. h. mit konstanter Durchflußrate, so­ lange keine Lastwechsel auftreten. Dabei wird in den Ein­ strömkanälen 10 jeweils eine Flüssigkeitssäule ausgebildet, die eine sogenannte spezifische Impulsstromdichte besitzt. Diese ist ein Maß für die Trägheit, mit der die Flüssigkeits­ säule auf Änderungen, beispielsweise des Strömungswiderstands im Brennelement, reagiert.

Diese spezifische Impulsstromdichte wird gebildet aus dem Produkt der folgenden drei Größen: Dichte des Kühlmediums, effektive Länge der Flüssigkeitssäule und effektive Strö­ mungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in der Flüssigkeits­ säule. Da die Einströmkanäle 10 sich jeweils aus dem Strö­ mungskanal 14 und dem Diffusor 16 zusammensetzen, entspricht die effektive Länge der Flüssigkeitssäule nicht der Gesamt­ länge L des jeweiligen Einströmkanals 10, die aus der Summe der Länge L1 und der Länge L2 gebildet ist. Ähnliches gilt für die effektive Geschwindigkeit. Die effektive Länge ist also geringer als die Gesamtlänge L und die effektive Ge­ schwindigkeit ist ebenfalls geringer als die Geschwindigkeit im jeweiligen Strömungskanal 14. Maßgebend für die effektive Länge und für die effektive Geschwindigkeit ist aufgrund des geringen Durchmessers D1 in erster Linie die Länge L1 des Strömungskanals 14 und die dort auftretende Geschwindigkeit. Mit der Wahl der Länge L1 und des Durchmessers D1 wird daher im wesentlichen die für die Stabilität des Reaktorbetriebs bestimmende Impulsstromdichte bestimmt.

Zwar trägt der jeweilige Diffusor 16 auch zu der Impulsstrom­ dichte der Flüssigkeitssäule bei, jedoch besteht seine Auf­ gabe in erster Linie darin, die kinetische Energie des Kühl­ mediums im Strömungskanal 14 zu einem großen Teil in Druck­ energie umzuwandeln. Für eine möglichst weitgehende Umwand­ lung der kinetischen Energie in Druckenergie ist hierbei ein den Randbedingungen angepaßter Diffusorwinkel β zu wählen. Eine Randbedingung ist die baulich und konzeptionell vorgege­ bene Gesamtlänge L. Eine weitere Randbedingung ist die aus Stabilitätsgründen vorgegebene Impulsstromdichte. Für letz­ tere wird eine möglichst große Länge L1 bei gleichzeitig mög­ lichst geringem Durchmesser D1 gewünscht. Für die Rückgewin­ nung der Druckenergieverluste im jeweiligen Diffusor 16 sind jedoch die Länge L2 und der Durchmesser D2 wichtig. D2 ist durch die Ausgestaltung der Brennelemente 6 und L2 ist durch die Gesamtlänge L beschränkt. Der Diffusorwinkel β wird also von den Randbedingungen maßgeblich beeinflußt. Bevorzugt liegt er in einem Bereich zwischen 5° und 15°.

In Fig. 2 ist das Kopfteil 4 des Steuerstabführungsrohrs 2 zu erkennen. Das Kopfteil 4 ist in vier Teilbereiche 4A bis 4D untergliedert, wobei jedes von ihnen den Fuß 20 eines Brennelements 6 trägt. Die vier Brennelemente 6 besitzen eine quadratische Querschnittsfläche. Diese sowie die kreisrunde Querschnittsfläche des Hohlzylinders 3 des Steuerstabfüh­ rungsrohrs 2 sind zur Verdeutlichung gestrichelt dargestellt. In den einzelnen Teilbereichen 4A bis 4D ist jeweils ein se­ parater Einströmkanal 10 angeordnet. Die vier Teilbereiche 4A bis 4D des Kopfteils 4 weisen jeweils eine etwa quadratische Querschnittsfläche auf, die in etwa der Querschnittsfläche der Brennelemente 6 entspricht. Die Teilbereiche 4A bis 4D sind voneinander beabstandet, so daß der vom Kopfteil 4 um­ schlossene Hohlraum 7 zwischen ihnen als ein etwa kreuzförmi­ ger Zwischenraum ausgebildet ist. Dieser dient zur Führung von einem nicht näher dargestellten und bevorzugt kreuzförmig ausgebildeten Steuerstab, der zur Leistungsregulierung bei einem Siedewasserreaktor zwischen die Brennstäbe 6 eingeführt werden kann.

Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß aufgrund der konischen Aus­ bildung des Hohlraums 7 die einzelnen Teilbereiche 4A bis 4D an der zur Längsachse 8 des Steuerstabführungsrohrs 2 orien­ tierten Ecke abgeschrägt sind. Insgesamt ist die Quer­ schnittsfläche der einzelnen Teilbereiche 4A bis 4D im Ver­ gleich zu ihrer Querschnittsfläche in der Ebene II-II (Fig. 2) verringert, so daß der kreuzförmige Hohlraum 7 vergrößert ist. In den einzelnen Teilbereichen 4A bis 4D ist jeweils der Strömungskanal 14 des Einströmkanals 10 zu erkennen.

Die in den Fig. 2 und 3 angedeutete Schnittfläche I-I ist in Fig. 1 dargestellt.

Die grundlegende Idee bei der Ausgestaltung des Einströmka­ nals 10 besteht darin, durch die Kombination eines langge­ streckten Strömungskanals 14 mit einem sich daran anschlie­ ßenden Diffusor 16 sowohl die Stabilität des Reaktorbetriebs zu gewährleisten und eventuell zu erhöhen, und gleichzeitig die mit dem Einströmkanal 10 verbundenen Druckenergieverluste möglichst gering zu halten. Ein entscheidendes Kriterium für die Stabilität ist die Impulsstromdichte. Die Druckenergie­ verluste werden insbesondere durch Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie im Diffusor 16 gering gehalten. Der grundlegende Vorteil des Einströmkanals 10 besteht in diesem Fall darin, daß Impulsstromdichte und die Verringerung der Druckenergieverluste in weiten Bereich unabhängig voneinander durch eine geeignete Wahl der Geometrie des Einströmkanals 10 eingestellt werden können.

Claims (15)

1. Einströmvorrichtung zur Zuleitung eines Kühlmediums in ein Brennelement (6), mit einem Einströmkanal (10) für das Kühl­ medium, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ strömkanal (10) einen Strömungskanal (14) und einen sich daran anschließenden Diffusor (16) aufweist, der in das Brennelement (6) mündet.

2. Einströmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ strömkanal (10) sich unter einem kleinen Winkel, der bevor­ zugt nicht größer als etwa 30° ist, schräg zur Längsachse (8) des Brennelements (6) erstreckt.

3. Einströmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ strömkanal (10) zumindest teilweise in das Kopfteil (4) eines Steuerstabführungsrohrs (2) integriert ist.

4. Einströmvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl­ raum (7) des Steuerstabführungsrohrs (2) im Kopfteil (4) im Schnitt konisch ausgebildet ist.

5. Einströmvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuer­ stabführungsrohr (2) vier Einströmkanäle (10) angeordnet sind, die jeweils in ein Brennelement (6) münden.

6. Einströmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffu­ sor (16) derart bemessen ist, daß ein großer Teil der kineti­ schen Energie des in dem Strömungskanal (14) strömenden Kühl­ mediums in statische Druckenergie umwandelbar ist.

7. Einströmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffu­ sor (16) zumindest teilweise vom Fuß (20) des Brennele­ ments (6) gebildet ist.

8. Einströmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffu­ sor (16) an seinem dem Strömungskanal (14) gegenüberliegenden Ende eine Auslaßmündung (18) aufweist, deren Durchmesser (D2) zum Durchmesser (D1) des Strömungskanals (14) ein Verhältnis von etwa 2 : 1 aufweist.

9. Einströmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis der Diffusorlänge (L2) zur Länge (L1) des Strömungs­ kanals (14) etwa 1 : 2 beträgt.

10. Einströmvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­ messer (D1) des Strömungskanals (14) etwa 30 mm bis 60 mm, bevorzugt 45 mm, beträgt.

11. Einströmvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L1) des Strömungskanals (14) etwa 0,5 m bis 1 m, be­ vorzugt 0,7 m, beträgt.

12. Verfahren zur Zuleitung eines Kühlmediums über einen Ein­ strömkanal (10) in ein Brennelement (6) eines Siedewasserre­ aktors, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einströmkanal (10) eine Flüssigkeitssäule mit großer Trägheit ausgebildet wird, und daß die kinetische Energie der Flüssig­ keitssäule vor dem Einströmen in das Brennelement (6) zu ei­ nem großen Teil in statische Druckenergie umgewandelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Pro­ dukt aus der Dichte des Kühlmediums, aus der effektiven Länge der Flüssigkeitssäule und aus der effektiven Strömungsge­ schwindigkeit des Kühlmediums in der Flüssigkeitssäule beim Einströmen in das Brennelement (6) größer ist als das Produkt dieser Größen beim Ausströmen aus dem Brennelement (6).

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­ medium im Einströmkanal (10) unter einem kleinen Winkel, der bevorzugt nicht größer als etwa 30° ist, schräg zur Längs­ achse (8) des Brennelements (6) strömt.