DE2012236B2 - Vorrichtung zur erhoehung der kuehlmitteldurchmischung und des waermeueberganges in kernreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Kühlmitteldurchmischung und des Wärmeüberganges in einem mit flüssigem Kühlmittel gekühlten Kernreaktor, dessen zylindrischer Druckbehälter seitliche Kühlmitteleintritts- und -austrittsstutzen und parallel zueinander angeordnete und in Druckbehälterachsrichtung verlaufende, stabförmige Brennelemente sowie parallel zu den Brennelementen verlaufende Leitwände zur Führung des Kühlmittels von den Eintrittsstutzen durch die Brennelemente zu den Austrittsstutzen aufweist.

Bei Kernreaktoren mit offenen oder kastenlosen Brennelementen ist es besonders wünschenswert, das Kühlmittel im Bereich der Brennelemente gut zu durchmischen, um eine gleichmäßigere Wärmeverteilung zu erhalten und um sogenannte »heiße Kanäle« zu vermeiden. Durch die FR-PS 13 40 876 ist in diesem Zusammenhang ein Druckwasserreaktor bekannt, dessen Kühlmittelstutzen oberhalb des eigentlichen Reaktorkerns angeordnet sind und der einen Kernbehälter aufweist, der in den eigentlichen Druckbehälter eingehängt ist und einen Ringspalt mit der Druckbehälterwandung bildet, wobei durch den Ringspalt das Kühlmittel zum unteren Sammelraum unterhalb der Brennelemente geführt wird, von dem aus es dann nach oben durch den eigentlichen Reaktorkern abströmt Während dieses Durchflusses durch den Kern wird das Kühlmittel durch die von den Brennelementen abgegebene Wärme aufgeheizt und anschließend durch die Auslaßstutzen zum Dampferzeuger abgeführt Außerdem ist eine Kerniimfassung vorgesehen, die innerhalb des eigentlichen Kernbehälters angeordnet ist und der Kontur der äußeren Itrennelemente angepaßt ist. Diese Kerniimfassung bildet die äußere Begrenzung für die Strömung durch die Brennelemente. Ein Teil der Strömung wird jedoch /wischen dieser Kerniimfassung und dem Kernbehälter nach oben geführt, um die Kerniimfassung zu kühlen, und gehl somit für die Wärmeerzeugung verloren, wodurch der Wirkungsgrad

ίο des Reaktors herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung durch Mischung des Kühlmittels zu verbessern, um die Wärmeverlusle zu verringern, ohne daß dabei der Einbau teuerer Einbauten, wie Lcichtblechc erforderlich wäre, die zusätzlichen Platz beanspruchen und die Betriebssicherheit herabsetzen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Leilwände in an sich bekannter Weise mit öffnungen für eine Querströmung des Kühlmittels versehen sind, daß die Leilwände sowohl den im Druckbehälter aufgehängten Kernbehälfer als auch die innerhalb desselben angeordnete, der Kontur der im Kern außen gelegenen Brennelemente folgende Kernumfassung bilden und daß diese und der Kernbehälter in Höhe der Brennelemente derart mit den öffnungen in ihren Wandungen versehen sind, daß zwischen Druckbehälter und Kernbehälter einerseits sowie Kernbehälter und Kernumfassung andererseits je ein in jeweils gleicher Richtung vom Kühlmittel von oben nach unten druchströmter Ringspalt gebildet ist. Dabei ergibt sich durch die durch die Löcher der Kernumfassung nach innen in den eigentlichen Brennelementraum übertretende Strömung eine bessere Verwirbelung des Kühlmittels im Bereich der Brennelemente, wodurch eine Strähnenbildung heißen Kühlmittels vermieden wird.

Wie erwähnt, ist es an sich bekannt, Leitwände mit öffnungen für eine Querströmung des Kühlmittels zu

versehen (GB-PS 9 02 833), hierbei sitzen die öffnungen jedoch in Führungswänden der Absorberstab-Flügel, und eine Querströmung zu den Brennelementen, die in Kästen sitzen, kann sich nicht ausbilden.

Gemäß eine bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die öffnungen in der Kernumfassung jeweils im Winkel zum jeweiligen Kernradius zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Verwirbelung des Kühlmittels im Bereich der Brennelemente.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert.

Der Druckbehälter 10 des Reaktors ist mit einem sphärischen Deckel 12 abgeschlossen und weist Kühlmitteleinlaßstutzen 14 und Kühlmittelauslaßstutzen 16 zur Zu- und Ableitung des Kühlmittels auf. Der Deckel 12 ist mit einer Mehrzahl von Stutzen 18 versehen, die parallel zur Achse des Druckbehälters 10 angeordnet sind und die Antriebe 19 für die nicht näher dargestellten Steuerstäbe aufnehmen. Der Kernbehälter 20 ist an einer nach innen ragenden Schulter 22 unterhalb des Flansches des Druckbehälters 10 aufgehängt. Das obere Kerngerüst 24, die obere Gitterplatte 26 sowie die untere Gitterplatte 28 werden ebenfalls vom Kernbehälter 20 getragen. Das untere Ende des Kernbehälters 20 kann durch eine starkwandige Tragplatte 30 mit zahlreichen Durchbrüchen 32 abgeschlossen sein.

Im Raum zwischen den beiden Gitterplatte!) 26 und 28 sind die Brennelemente 34 angeordnet, die untereinander identisch aufgebaut sind. Innerhalb tics Kernbehälter 20 ist die Kernumfassung J6 angeordnet, die sich dicht an die Kontur der iiulieren Brennelemente ^s 34 anschließt und aus einer Mehrzahl von ebenen Abschnitten aufgebaut sein kann. Ferner kann die Keirnumfassung 36 mit de-.i Kernbehälter 20 durch eine Reihe von horizontal verlaufenden Abstandshallerplatten 38 verbunden und gehallen sein. Nach der Erfindung m weist die Kernumfassung 36 eine Anzahl von kleinen öffnungen 40 in ihrer Wandung auf. Ebenfalls sind die Atalandshaltcplattcn 38 mit öffnungen 42 und der eigentliche Kernbehälter 20 mit öffnungen 44 in. Bereich zwischen den oberen und unteren Gitterplatte!! ι s 26 und 28 versehen.

Das Kühlmittel, das durch den Stutzen 14 eintritt, wird zu einem Sammelraiim 46 am Hoden des Druckgefäßes durch einen Ringspa.'t 48 geführt, der durch die untere Wandung des Druckgefäßes 10 und den Kernbehälter 20 gebildet ist. In diesem Ringspal! 48 ist darüber hinaus noch ein thermischer Schild 50 angeordnet. Ein Teil des Kühlmittels tritt nun durch den Ringspalt 48 in den Spalt zwischen Kernbehälter 20 und Kernumfassung 36 durch die öffnungen 44 im Kernbehälter ein. In diesem Zwischenraum strömt das Kühlmittel im wesentlichen durch die öffnungen 42 in den Abstandshailerblechen 38 nach unten. Dieser Kühlmittelstrom dient also zur Kühlung für die Kermumfassung 36 und bildet die Quelle für eine weitere Qiierströmung, die durch die öffnungen 40 in der Kernumfassung 36 nach innen in den Bereich der Brennelemente strömt. Der Hauptstrom des Kühlmittels wird im unteren Sammelraum 46 umgelenkt und strömt durch die öffnungen 32 in der Tragplatte 30 des Kernbehälters 20 nach oben. Dort mischt sich der Haupilslrom mit dem Nebenstrom, der durch die öffnungen 42 in den Abstandshalterplatten 38 in den Raum oberhalb des Kernbehälterbodens 30 einströmt. Dieser Raum enthält eine Stauplatte 52, die die Aufgabe hat. diese beiden Teilströme wieder μ mischen. Diese Gemischströmung fließt dann nach oben durch den wärmeerezeugenden Brennelementraum zu einem oberen Sammelraum 54, von dem das aufgewärmte Kühlmittel dann durch den Kühlmillelauslriilslut/en lh zum Dampferzeuger geleitet wird.

Daraus ergibt sich, daß in dem Bereich der Brennelemente zwei Strömungen auftreten, nämlich die I liuiptsirömung, die von unteren Sammelraum 46 eintritt und sich mit dem Zweilstrcm aus dem Zwischenraum zwischen Kernbehälter 20 und Kernumfassung 36 misch!, so wie eine Querströmiing, die durch die öffnungen 40 im Kernbehälter 36 nach innen übertritt. Dabei ha! es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die öffnungen '40 gleichmäßig über die Kernumfassung verteilt sind und derart im Winkel angeordnet sind, daß sich eine angenähert tangential Strömung an der Innenwandung der Kernumfassung ergibt. Dabei können noch zusätzliche Mittel vorgesehen werden, daß der Differenzdruck an diesen Öffnungen 40 so groß ist, daß das durch diese öffnung eintretende Kühlmittel mit erhöhtem Druck zur Erreichung einer guten Durchmischung einströmt. Durch eine groüe Querströmung wird dabei ein erheblicher Wirbel in der Hauptströmung im Bereich der Brennelemente erzeugt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der durch die öffnungen im Kernbehälter bedingte und nach unten gerichtete Strömung im Ringspalt zwischen Kernbehälter und Kernumfassung besteht darin, daß dadurch keine Kühlmittelströmung für die Brennelemente verlorengeht, wie das bei den bisherigen Ausführungsformen der Fall war, bei der ein Teil des aufwärts gerichteten Hauptslromes die Kernumfassung auf der Außenseite von unten nach oben umströmen würde.

Alle Leitwände wie Kernbehälter, Kernumfassung und die Kanaltrennwände können mit derartigen öffnungen versehen sein, um eine Querströmiing und eine gute Durchmischung zu erhalten. Da alle Kühlkanäle innerhalb der Kernumfassung mit Brennelementen besetzt sind, strömt das gesamte Kühlmittel stets durch wärmeabgebenden Zonen. Da selbstverständlich einige Zonen heißer als die anderen sein können, wird bei einer Anordnung von öffnungen in den verschiedenen Trennwänden eine Querströmung und eine bessere Durchmischung des Kühlmittels erreicht, so daß die Temperaturdifferenzen und die Möglichkeit des Entstehens von heißen Kanälen abnimmt und der Gesamtwirkungsgrad der Anlage ansteigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. ;ö

   Patentansprüche:

   I. Vorrichtung /ur Erhöhung der Kühlmitteldurchmischung und des Wärmeüberganges in einem mit flüssigem Kühlmittel gekühlten Kernreaktor, dessen zylindrischer Druckbehälter seitliche Kühlmitteleintritts- und -austrittssiutzen und parallel zueinander angeordnete und in Druckbchältcrachsrichtung verlaufende, stabförmige Brennelemente sowie parallel zu den Brennnelementen verlaufende Leitwände zur Führung des Kühlmittels von den Eintrittsstutzen durch die Brennelemente zu den Austrittsstutzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwände (20, 36) in an sich bekannter Weise mit öffnungen (40,42,44) für eine Querströmung des Kühlmittels versehen sind, daß die Leilwände sowohl den im Druckbehälter aufgehängten Kernbehälter (20) als auch die innerhalb desselben angeordnete, der Kontur der im Kern außen gelegenen Brennelemente (34) folgende Kernumfassung (36) bilden und daß diese und der Kernbehälter (20) in Flöhe der Brennelemente (36) derart mit den öffnungen (40, 42, 44) in ihren Wandungen versehen sind, daß zwischen Druckbehälter (10) und Kernbehälter (20) einerseits sowie Kernbehälter (20) und Kernumfassung (36) andererseits je ein in jeweils gleicher Richtung vom Kühlmittel von oben nach unten durchströmter Ringspalt gebildet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (40) in der Kernumfassung (36) jeweils im Winkel zürn jeweiligen Kernradius zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet sind.