DE2137012B2

DE2137012B2 - Atomkernreaktor

Info

Publication number: DE2137012B2
Application number: DE19712137012
Authority: DE
Inventors: Edmond Le Vesinet Ventre (Frankreich)
Original assignee: Electncite de France Service National, Paris
Priority date: 1970-08-05
Filing date: 1971-07-23
Publication date: 1977-08-04
Also published as: FR2134074B1; DE2137012A1; FR2134074A1; GB1309176A; DE2137012C3; BE777711A; US3847733A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor mit einem Reaktorgefäß, das in seinem Inneren mehrere aus ihrer Betriebsstellung vertikal absenkbare und auf einer Kreisbahn um eine vertikale Zentralachse in eine Beschickungsstellung unterhalb einer Beschikkungseinrichtung bewegbare Reaktorkerne und mehrere mit diesen Reaktorkernen zusammenwirkende Wärmetauscher enthält.

Ein Atomkernreaktor dieser Art ist in der FR-PS 1544 170 beschrieben. Bei diesem bekannten Atomkernreaktor befinden sich die den Reaktorkernen insgesamt zugeordneten Wärmetauscher zwar innerhalb des Reaktorgefäßes, das auch die Reaktorkerne aufnimmt, jedoch sind die Wärmetauscher seitlich neben der Bewegungsbahn für die Reaktorkerne angeordnet und auf diese Weise ständig räumlich von den Reaktorkernen getrennt. Diese Anordnung der Wärmetauscher vermeidet zwar Schwierigkeiten für die Bewegung der Reaktorkerne von ihrer Betriebsstellung in ihre Beschickungssteüung, sie hat jedoch den Nachteil, daß sich der größte Teil des Reaktorgefäßes und Keines Inhalts abgesehen von der unmittelbaren Nachbarschaft der Wärmetauscher auf hoher Temperatur befindet und daher thermisch stark belastet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Atomkernreaktor der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß nur ein kleiner Teil des Reaktorgefäßinnenraumes eine hohe Temperatur annehmen kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß oberhalb jedes Reaktorkerns mit Ausnahme '\s des jeweils unterhalb der Beschickungseinrichtung befindlichen Reaktorkernes ein eigener Wärmetauscher angeordnet ist und daß jeder Wärmetauscher an seinem Boden einen Neutronenschild aufweist, der Verbindungskanäle enthält, in die von unten her von den Brennstoffkanälen der Reaktorkerne ausgehende Rohrstutzen einführbar sind, die eine dichte Verbindung zwischen den einzelnen Reaktorkernen einerseits, und den zugeordneten Wärmetauschern andererseits herstellen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Atomkernreaktors führt zum einen zu einer betriebsmäßigen Kombination von Reaktorkernen und Wärmetauschern, durch die sich die Entstehung größerer heißer Räume innerhalb des Reaktorgefäßes vermeiden läßt, und sie ermöglicht zum anderen eine bequeme und einfache Überführung der Reaktorkerne aus ihrer Betriebsstellung in ihre Beschickungsstellung und damit eine nur sehr geringe Stillstandszeit für den gesamten Reaktorbetrieb. Mit anderen Worten ausgedrückt führt die erfindungsgemäße Bauweise zu einem Atomkernreaktor in integrierter Bauart, bei der die Wärmetauscher in unmittelbarer Nachbarschaft der zugehörigen Reaktorkerne liegen, so daß sich eine Vergleichmäßigung der Temperatur für die Wände des Reaktorgefäßes erzielen läßt, wobei der einzige heiße Bereich der Raum zwischen den Reaktorkernen und den Wärmetauschern ist, ein Raum, der sich jedoch sehr klein halten läßt. Außerdem braucht ein erfindungsgemäß ausgebildeter Atomkernreaktor für seine Beschickung mit neuen Kernbrennstoffelementen lediglich in der Zeit stillgesetzt zu werden, die für die Drehung der Reaktorkerne von einer Stellung in die nächste um die Zentralachse benötigt wird. Die eigentliche Beschickung des jeweils unterhalb der Beschickungseinrichtung stehenden Reaktorkernes kann bei weiterem Betrieb der anderen, unterhalb der ihnen zugeordneten Wärmetauscher stehenden Reaktorkerne vorgenommen werden. Die Stillsetzung des Atomkernreaktors als Ganzes ist daher nur während sehr kurzer Zeiträume erforderlich; ein erfindungsgemäß ausgebildeter Atomkernreaktor zeichnet sich daher einerseits durch einen sehr hohen Wirkungsgrad bei seinem Betrieb und zum anderen durch eine sehr lange Lebensdauer insbesondere seines Reaktorgefäßes aus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. Dabei zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Atomkernreaktor in integrierter Bauweise mit Kühlung durch eine Kühlflüssigkeit;

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Atomkernreaktor von F i g. 1 entlang der Schnittlinie I-I in F i g. 1 und

F i g. 3 eine Detailansicht an der Stelle A in F i g. 1.

Der dargestellte Atomkernreaktor enthält im Inneren eines als biologischer Schutz dienenden Reaktorgefäßes 1 einen dichten Behälter 2, der eine Kühlflüssigkeit enthält und seinerseits an einem oberen Deckel 4 für den dichten Abschluß des Reaktorgefäßes 1 aufgehängt ist. Der Behälter 2 wird in vertikaler Richtung von einer Zentralsäule 6 durchquert, die am Boden des Behälters 2 in einem Zentrierzapfen 8 zentriert ist und fest mit einer ringförmigen Tragbühne 10 verbunden ist, auf der in gleichmäßigen Abständen mehrere Reaktorkerne 12 angeordnet sind. Die Reaktorkerne 12 enthalten vertikale Brennstoffkanäle 13, in denen Kernbrennstoffelemente untergebracht sind und die von der aus dem

Behälter 2 kommenden Kühlflüssigkeit von unten nach oben durchströmt werden. Jeder Reaktorkern 12 ist von einem Neutronenschild 14 umgeben, dor mit dem größeren Teil seines Umfanges auf der Tragbühne 10 ruht. s

An ihrem den Zentrierzapfen 8 (F i g. 1) gegenüberliegenden Ende tritt die Zentralsäule 6 durch den oberen Deckel 4 hindurch und ruht außerhalb des Reaktorgefä-Qes 1 auf Platten 16, die ihrerseits eine ringförmige Gleitfläche bilden und auf einem Kranz 17 ruhen, der wiederum von vertikal wirkenden Hubzylindern 18 getragen wird. Die Zentralsäule 6 selbst ist außerdem mit einem äußeren Zahnkranz 20 fest verbunden, über den sie durch einen Antriebsmotor 21 in Rotation um ihre eigene Achse versetzt werden kann. Diese Rotationsbewegung kann eine vollständige Drehung um 360° sein oder auf eine alternative Schwenkbewegung in der einen und der anderen Richtung, also um jeweils 180° beschränkt sein. Die Abdichtung des Durchgangs der Zentralsäule 6 wird zum einen durch eine zu den Platten 16 und dem Kranz 17 koaxiale Flüssigkeitsdichtung 22 und zum anderen durch einen Balgen 24 bewirkt, der den die Hubzylinder 18 tragenden oberen Deckel 4 und den Kranz 17 miteinander verbindet.

Rund um die Zentralsäule 6 weist der obere Deckel 4 ;-, außerdem eine Reihe von öffnungen auf, die in ihrer Anzahl den Reaktorkernen 12 entsprechen und jeweils durch einen Verschluß 28 bzw. 29 abgeschlossen sind.

Der eine Verschluß 29 trägt eine Beschickungseinrichtung 30 für die Beschickung eines der Reaktorkerne 12 mit Kernbrennstoffelementen, der in der Zeichnung gesondert mit der Bezugszahl 12a bezeichnet ist und gerade unter dem Verschluß 29 steht, während die anderen Verschlüsse 28 jeweils einen Wärmetauscher 32 tragen, die damit über den anderen Reaktorkernen 12 hängen. An den normalen Betriebsstellungen, also jeweils bei den Wärmetauschern 32 trägt der Behälter 2 auf einer Ringkonsole 52 jeweils einen Neutronenschild 54 für die Vervollständigung des peripheren Neutronenschildes 14.

In jedem Wärmetauscher 32 ist rund um Führungsrohre 36 für Steuerstäbe, die den jeweiligen Reaktorkern 12 durch einen abnehmbaren Verschluß 37 in einer öffnung des Verschlusses 28 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten äußeren Steuereinrichtung verbinden, ein Bündel von vertikalen Rohren 34 für den Umlauf eines primären Kühlmittels angeordnet. Zuführungsleitungen 38 für ein sekundäres Kühlmittel durchqueren die Verschlüsse 28 und münden im oberen Teil der Wärmetauscher 32, während Austrittsleitungen 40 für dieses sekundäre Kühlmittel parallel zu den Rohren 34 die Wände der Wärmetauscher 32 entlanglaufen und ebenfalls durch die Verschlüsse 28 hindurchgehen. In der Zeichnung ist der Übersichtlichkeit der Darstellung halber jeweils nur eine solche Leitung 38 bzw. 40 dargestellt. Das sekundäre Kühlmittel durchströmt die Wärmetauscher 32 auf diese Weise von oben nach unten, während die Strömungsrichtung des primären Kühlmittels von unten nach oben verläuft, also vom Reaktorkern 12 zum oberen Teil des Behälters 2. Die Wärmetauscher 32 sind bspw. über Zugstangen 42 an den Verschlüssen 28 aufgehängt und werden unten und oben durch an der Seitenwand des Behälters 2 fest angebrachte Ringe 44 zentriert. Die Ausrichtung der Führungsrohre 36 für die Steuerstäbe im Reaktorkern 12 und im Wärmetauscher 32 sowie der Steuerorgane für die Bewegung dieser Steuerstäbe ist damit gewährleistet.

Außen sind die Wärmetauscher 32 mit einem Neutronenschild 35 umkleidet, der an ihrem unteren Teil von Verbindungskanälen 45 zwischen den Rohren 34 für das primäre Kühlmittel und den Brennstoffkanälen 13 in den Reaktorkernen Ϊ2 (Fig. 3) durchquert wird. Die Verbindungskanäle 45 münden in V-förmig erweiterten Ausnehmungen 46, in die Rohrstutzen 48 eindringen können, die in den Brennstoffkanälen 13 der Reaktorkerne 12 sitzen. Die aus den Reaktorkernen 12 kommende Kühlflüssigkeit wird auf diese Weise zu den Ausnehmungen 46 und den Verbindungskanälen 45 weitergeleitet. Die Abdichtung zwischen den Reaktorkernen 12 und den Wärmetauschern 32 erfolgt ohne die Einschaltung besonderer Organe oder Befestigungssysteme.

Die Trennung bzw. die Annäherung von Reaktorkernen 12 und Wärmetauschern 32 kann daher in einfacher Weise durch eine vertikale Verschiebung eines dieser Bauteile relativ zum anderen bewirkt werden. Die vertikale Verschiebung der Reaktorkerne 12 relativ zu den Wärmetauschern 32 wird mit Hilfe der Hubzylinder 18 bewirkt, die die Stellung der Zentralsäule 6 und damit der Tragbühne 10 relativ zum oberen Deckel 4 bestimmen. Kommen nach Absenkung der Hubzylinder 18 die Reaktorkerne 12 von den Wärmetauschern 32 frei, so ermöglicht eine Drehung der Zentralsäule 6 unter Steuerung über den Zahnkranz 20 eine Verdrehung der Reaktorkerne 12 um die Achse der Zentralsäule 6. Dabei kann jeweils ein Reaktorkern 12 aus einer seinem normalen Betrieb entsprechenden Stellung unter einem Wärmetauscher 32 in die Beschickungsstellung unter der Beschickungseinrichtung 30 gelangen und damit die Position des Reaktorkerns 12a annehmen. Dabei nimmt immer nur einer der Reaktorkerne 12 diese Stellung ein, während alle übrigen ihre Betriebsstellung beibehalten, so daß der Atomkernreaktor als Ganzes während der Beschikkung des Reaktorkernes 12a in Betrieb bleiben kann. Der Reaktorkern 12a verbleibt dann nach seiner Beschickung ggf. in Reserve.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Atomkernreaktor mit einem Reaktorgefäß, das in seinem Inneren mehrere aus ihrer Betriebsstellung vertikal absenkbare und auf einer Kreisbahn um eine vertikale Zentralachse in eine Beschickungsstellung unterhalb einer Beschickungseinrichtung bewegbare Reaktorkerne und mehrere mit diesen Reaktorkernen zusammenwirkende Wärmetauscher enthält, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb jedes Reaktorkerns (12) mit Ausnahme des jeweils unterhalb der Beschickungseinrichtung (30) befindlichen Reaktorkernes (t2a) ein eigener Wärmetauscher (32) angeordnet ist und daß jeder Wärmetauscher an seinem Boden einen Neutronenschild (35) aufweist, der Verbindungskanäle (45) enthält, in die von unten her von den Brennstoffkanälen (J3) der Reaktorkerne (12) ausgehende Rohrstutzen (48) einführbar sind, die eine dichte Verbindung zwischen den einzelnen Reaktorkernen (12) einerseits und den zugeordneten Wärmetauschern (32) andererseits herstellen.
2. Atomkernreaktor nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (45) jeweils in einer V-förmig erweiterten Ausnehmung (46) in den Neutronenschilden (35) enden.
3. Atomkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (32) an ihrer Unterseite einen Außenring für eine zentrische Einführung des jeweils zugeordneten Reaktorkernes (12) aufweisen.