DE2136403B2 - Schuettung kugelfoermiger stoffe in einem reaktionsgefaess - Google Patents

Description

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daß die Abstützung jeder Kugel gegen zwölf Nachbar- kung auf keinen Fall erreicht werden darf, was entwekugeln nicht mehr gegeben ist. Vielmehr entstehen der über verschiedene spezifische Gewichte oder undurch die beigefügten Kugeln mit geringerem Durch- terschiedliche Durchmesser erzielt wird, und zwar im messer zusätzliche Hohlräume, die in ihrer Gesamt- Zusammenhang mit der Tatsache, daß dort weder ein heit ein leichteres Ausweichen der Kugeln beim Ein- 5 Kreislauf der Kugelschüttung noch das direkte Eindringen von Absorberstäben in den Kugelhaufen er- tauchen von Absorberstäben vorgesehen ist.
möglichen. Dieser Stand der Technik konnte daher insbeson-

In der österreichischen Patentschrift 234234 ist dere im Hinblick auf die völlig anders gelagerten Aufzwar die Möglichkeit der Verwendung verschieden gabenstellungen sowie die unterschiedlichen Reaktorgroßer Formkörper angesprochen, jedoch geschieht io gattungen keine Anregung zur Lösung des Packungsdies dort ausschließlich unter dem Aspekt der Ver- problems durch eine gezielte Zusammensetzung der meidung des durch den Kühlgasstrom hervorgeruf e- Kugelschüttung geben.

nen Abhebens der Formkörper. Das bei Kugelhaufen- Im Rahmen der Erfindung sollte bei der Wahl der

Reaktoren durch die eingangs angegebenen Ver- Kugeldurchmesser darauf geachtet werden, daß einer-

hältnisse hervorgerufene Problem der dichtesten Pak- 15 seits der mit der Erfindung erzielte Effekt des Verhin-

kung ist an keiner Stelle angesprochen. derns einer nachteilig dichten Kugelpackung voll aus-

Weiterhin ist in der schweizerischen Patentschrift genutzt wird, daß aber andererseits unter Berücksich-

356 544 ein gasgekühlter Kernreaktor beschrieben, tigung des betriebsbedingten Umwälzens des Kugel-

mit dem eine Vergleichmäßigung der Leistung durch haufens keine störende Entmischung auftritt. Diese

eine Mindestgröße der Formkörper erreicht werden ao Voraussetzungen sind beispielsweise bei einer Schüt-

soll. Auch dieser bekannte Vorschlag beschäftigt sich rung gegeben, in der Kugeln von 58 und 61 mm

in keiner Weise mit dem Verhindern der dichtesten Durchmesser vorhanden sind.

Kugelpackung. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt,

Der USA.-Patentschrift 2 812 303 ist ein Vor- daß die mechanischen Beanspruchungen, denen die schlag zu entnehmen, bei dem die Kontrollstäbe nicht 25 Kugeln durch die in den Kugelhaufen eindringenden in die Schüttung direkt eintauchen, sondern in in die Stabspitzen unterliegen, einer Häufigkeitsverteilung Schüttung unbeweglich hineinragenden Rohren gela- für die auftretenden Kräfte entsprechen, die besongert sind. Dadurch werden zwar die nachteiligen ders bei größeren Eindringtiefen und bei praktisch Kräfte zwischen Stabspitze und Schüttung vermieden, zentralem Stoß Kräfte aufweist, die nur sehr knapp jedoch ist mit diesem Vorschlag der bereits erwähnte 30 unter der Zerdrückfestigkeit der Brennelementkugeln konstruktive Aufwand verbunden, wobei an ein Um- liegen. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird walzen des Brennstoffs nicht gedacht ist. Hinsichtlich eine Beeinflussung der Häufigkeitsverteilung für die der Gestaltung der einzelnen Formkörper ist dort Ie- Kräfte zwischen Stabspitzen und Kugeln derart erdiglich ausgeführt, daß diese zwar ungefähr die reicht, daß die Extrembelastungen, die zum Zerdrükgleiche Größe und Form besitzen sollen, jedoch ist zur 35 ken der Kugeln führen können, vermieden werden. Lösung der diesem Vorschlag zugrunde liegenden Somit ist die Erfindung überall dort anwendbar, wo Aufgabe jegliche Form und Größe anwendbar. Ein ein Kugelhaufen bestimmte, kontrollierte Fließeigenbewußtes Einstellen von Durchmesserdifferenzen ist schäften aufweisen soll und/oder dem Eindringen als Maßnahme zum Erzielen des mit der Erfindung eines abmessungsmäßig anders gestalteten Gegenstanangestrebten Effektes diesem bekannten Vorschlag 40 des ausgesetzt ist.
nicht zu entnehmen. Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersicht-

Schließlich ist zwar auch in der USA.-Patentschrift lieh ist, ist die Erfindung nicht nur im Rahmen des

3 039 945 auf unterschiedliche Kugelabmessungen bevorzugten Ausführungsbeispiels anwendbar, sondern

hingewiesen, jedoch soll mit dieser Maßnahme dort eignet sich in vorteilhafter Weise auch für sämtliche

ein geradezu entgegengesetztes Ziel erreicht werden, 45 Reaktionsgefäße, die eine Schüttung kugelförmiger,

nämlich ein gezieltes Entmischen in verschiedenen betriebsmäßig eine Umwälzung erfahrender Stoffe

Zonen, wobei eine Vergleichmäßigung der Kugelpak- enthalten.

Claims (2)

1 2 rameter jedoch insofern einen negativen Einfluß, als Patentansprüche: dadurch das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeit der Kugeln in der Randzone zu der der Kugeln in der

1. Schüttung kugelförmiger Stoffe in einem Zentralzone häufig stark verändert wird, insbesondere Reaktionsgefäß, insbesondere den Kern von 5 wenn nur ein zentrales Kugelabzugsrohr vorhanden Kugelhaufen-Reaktoren bildender Brennele- ist. Man hat zwar bereits versucht, diese nachteilige mente, wobei Absorberstäbe ohne Führung in Beeinflussung des Kugelfließverhaltens dadurch zu Rohren direkt in die Schüttung ein- und ausfahr- reduzieren, daß an der Oberfläche des Seitenreflekbar sind, wobei ein Kühlstrom von der Schüttung tors durch Einfräsungen spezielle Störstellen zur Ver-Nutzwärme abführt und wobei die Schüttung be- ίο hinderung der Ausbildung einer dichtest gepackten triebsmäßig eine Umwälzung erfährt, dadurch Randkugelschicht vorgesehen wurden. Mit diesen gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Störstellen, die den Füllfaktor verringern, beeinflußt Weise die Schüttung aus mindestens zwei Gruppen man jedoch naturgemäß nur die Randzone der Kugelvon Kugeln mit voneinander verschiedenen, im- schüttung. Insbesondere kann diese Maßnahme dem tereinander jedoch gleichen Durchmessern be- 15 Nachteil nicht begegnen, daß beim Einfahren von Absteht, daß in ebenfalls an sich bekannter Weise sorberstäben in den Kugelhaufen zwischen den Stabsämtliche Kugeln der Schüttung in ihr gleichmäßig spitzen und den Kugeln Kräfte auftreten, die im Falle vermischt vorliegen und daß die Kugeldurchmes- der festesten Packung, insbesondere bei tieferem Einser so gewählt sind, daß durch das betriebsmäßige tauchen, ein unzulässig hohes Maß annehmen und zur Umwälzen der Schüttung unter dem Einfluß des ao Zerstörung sowohl der Kugeln als auch der Absorber-Kühlstromes keine störende Entmischung der Ku- stäbe selbst führen können. Es verbietet sich aus kongeln eintritt. struktiven und verfahrensbedingten Gesichtspunkten,

2. Schüttung nach Anspruch 1, dadurch ge- durch entsprechende Einbauten auch im Inneren des m kennzeichnet, daß Kugeln mit nur zwei unter- Cores eine Ausbildung der dichtesten und damit festeschiedlichen Durchmessern, vorzugsweise 58 und 25 sten Packung zu verhindern und somit die nachteiligen

61 mm, vorhanden sind. Kräfte zwischen Stabspitzen und Kugeln zu reduzie

ren. Diesbezüglich besteht bisher lediglich die Möglichkeit, die Kontrollstäbe nicht direkt in die Schüt-

rung einzutauchen, sondern sie in in die Schüttung

30 hineinragenden, unbeweglichen Führungsrohren unterzubringen, womit sowohl ein erheblicher konstruk-

Die Erfindung bezieht- sich auf eine Schüttung ku- tiver Aufwand als auch eine unerwünschte Strömung gelförmiger Stoffe in einem Reaktionsgefäß, insbeson- des Kugelumlaufs verbunden ist.
dere den Kern von Kugelhaufen-Reaktoren bildender Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher,

Brennelemente, wobei Absorberstäbe ohne Führung 35 Maßnahmen zum Erzielen einer losen Schüttung kuin Rohren direkt in die Schüttung ein- und ausfahrbar gelförmig gestalteter Stoffe in einem Reaktionsgefäß, sind, wobei ein Kühlstrom von der Schüttung Nutz- insbesondere kugelförmiger, den Kern von Kugelwärme abführt und wobei die Schüttung betriebs- haufen-Reaktoren bildender Brennelemente, vorzumäßig eine Umwälzung erfährt. schlagen, mit denen erreicht wind, daß sich ohne An-

Bei Schüttungen der eingangs genannten Art ist es 40 wendung zusätzlicher Einbauten auch bei ungünstighäufig erwünscht, während des Reaktionsablaufs die- sten, die Packungsdichte der Schüttung beeinflussensen beeinflussende bzw. steuernde Elemente in die den Umständen die dichteste Packung nicht einstellt. Schüttung einzutauchen bzw. deren Eintauchtiefe zu Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gevariieren. Mit dieser Operation sind verschiedene danken, das sich ansonsten zwangläufig einstellende Λ Schwierigkeiten verbunden, die nachstehend am Bei- 45 Ordnungsprinzip der dichtesten Packung, bei dem ^ spiel eines Kugelhaufenreaktors erläutert werden. jede Kugel zwölf Nachbarkugeln anliegt, durch eine

Das Core eines Kugelhaufen-Reaktors besteht aus gezielte Zusammensetzung der Packung selbst zu stöeiner Schüttung von kugelförmigen Brennelementen, ren, so daß die beim Eintauchen der Stäbe auftretendie durch verschiedenste Einflüsse, z.B. Umwälzen den nachteiligen Kräfte zwischen Stabspitzen und Kudes Kugelhaufens, Ein- bzw. Ausfahren von Absor- 50 gel erheblich reduziert werden,
berstäben, Wärmebewegungen innerhalb des Kugel- Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe dadurch

haufens sowie Turbulenzen des Kühlgases, in eine ge- gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Schüttung genseitige Lage gebracht werden, die zu einer so star- aus mindestens zwei Gruppen von Kugeln mit voneinken Verdichtung des Kugelhaufens führt, daß die für ander verschiedenen, untereinander jedoch gleichen die Reaktion notwendige Steuerung und Handhabe des 55 Durchmessern besteht, daß in ebenfalls an sich be-Kugelhaufens unzulässig erschwert bzw. unmöglich kannter Weise sämtliche Kugeln der Schüttung in ihr gemacht wird. Bei der sich durch die genannten Ein- gleichmäßig vermischt vorliegen und daß die Kugelflüsse einstellenden dichtesten Packung ist jede Kugel durchmesser so gewählt sind, daß durch das betriebsgegen ihre zwölf Nachbarkugeln abgestützt, so daß sie mäßige Umwälzen der Schüttung unter dem Einfluß nach keiner Seite frei ausweichen kann. Die dichteste 60 des Kühlstromes keine störende Entmischung der Packung ist somit auch die festeste und wegen der Kugeln eintritt,
nachfolgend aufgeführten Nachteile unerwünscht. Mit diesen Maßnahmen wird in wirkungsvoller

Von Bedeutung für den Reaktionsablauf ist unter Weise die festeste Packung verhindert, ohne daß es anderem die Durchflußgeschwindigkeit der Kugeln, dazu zusätzlicher Auflockerung, beispielsweise durch die im Interesse eines steuerbaren und überschauba- 65 entsprechende Einbauten, bedarf. Dabei genügt es beren Reaktionsverlaufs zudem für sämtliche Kugeln reits, wenn jede Schüttung nur zwei unterschiedliche, einen vorherbestimmbaren Wert besitzen sollte. Die diskrete Kugeldurchmesser aufweist. Bereitsdiese Zudichteste Packung einer Schüttung hat auf diesen Pa- sammensetzung des Kugelhaufens garantiert nämlich,