DE2302445A1

DE2302445A1 - Ausbaubarer gitterrost fuer brennelemente eines kernreaktors

Info

Publication number: DE2302445A1
Application number: DE2302445A
Authority: DE
Inventors: Michel Aubert; Michel Bellier; Jean-Marie Berniolles
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-01-20
Filing date: 1973-01-18
Publication date: 1973-08-02
Also published as: JPS5548279B2; US3893886A; GB1382392A; CA979123A; FR2168200A1; DE2302445C2; IT977630B; FR2168200B1; JPS4882293A

Description

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DR. HANS ULRICH MAY D 8 MDNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 a TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEFON CO811} Ββ36Β2

Ο23-Ρ-4/114Ϊ

B 4141,3 PG München, den 18. Januar 1973

Commissariat ä 1*Energie Atoraique und Creusot Loire S.A. in

Paris, Prankreich

Ausbaubarer Gitterrrost für Brennelemente eines Kernreaktors.

Die Erfindung betrifft einen Gitterrost oder Stützkonstruktion £iix Brennelemente, welche den Kern eines Kernreaktors bilden» besonders eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, bei dem die Kühlung der Brennelemente und Abführung der durch die Kernspaltung erzeugten Wärme mittels eines^ontinuierlichen Kreislaufs von die Brennelemente umströmenden flüssigem Natrium erfolgen.

Bekanntlich weisen derartige Kernreaktoren infolge ihrer Bauweise und aer Art der Kühlung der Brennelemente zwei gesonderte Zonen auf, wo verschiedene Druck- und Temperaturbedingungen herrschen, insbesondere eine Hochdruckzone, die bezüglich der Strömungsrichtung des Natriums stromaufwärts von den Brennelementen liegt und wo das Natrium seine tiefste Temperatur hat, und eine stromabwärts von den Brennelementen liegende zweite Zone, wo das in Berührung mit den Brennelementen erwärmte Natrium vor allem wegen des beim Durchgang durch den Gitterrost und die von ihm getragenen Brennelemente auftretenden Druckverlustes einen geringeren Druck hat. Näherungsweise kann man sagen, daß der Gitterrost die Grenze zwischen diesen beiden Zonen definiert« Das aus dem Kern oben austretende heiße Na-

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triura gelangt nach dem Durchgang durch Wärmetauscher» wo es seine Wärme an ein Sekundärmedium abgibt, und somit gekühlt zu Förderpumpen, welche es mit hohem Druck unter dem Kern dem Gitterrost und den Brennelementen zuführen. Unter diesen Bedingungen muß also der Gitterrost eines solchen Kernreaktors mehrere Bedigungen erfüllen* vor allem muß er die Brennelemente stützen und in senkrechter Stellung halten und dabei gleichseitig eine zweckmäßige homogene Verteilung des Kühlmittels Natrium ermöglichen. Außerdem muß die-» ser Gitterrost so konstruiert sein, daß er im Ausnahmefall ausgebaut werden kann* besonders um ihn bei einem schweren Unfall im Kernreaktor durch einen anderen au ersetzen* wobei die dabei erforderlichen Maßnahmen wegen der Restaktivität und Kontajninierung nur ferngesteuert vorgenommen werden können*

Für Kernreaktoren geringer Leistung sind solche Gitterroste bereits bekannt» deren Gitter aus einer dicken Platte besteht» welche Bohrungen für die Einführung der unteren Enden oder Füße· der Brenn«* elemente mittels dichter Sitzz aufweist« Dieses Gitter ist von der Seitenwand eines Behälters oder Primärbehälters getragen» der die Kernanordnung enthält» wobei Zuführungsleitungen für das unter hohem Druck stehende kalte Natrium em Boden des Behälters unter dem Gitterrost angeschweißt sind. In diesem Fall ergibt sich infolge der verhältnismäßig geringen Abmessungen de3 Gitters keine wirkliche Schwierigkeit beim Ausbau des Gitterrrostes $, besonders bei der Beseitigung der im Betrieb erforderlichen dichten Verbindung in der Höhe der Auflage des Gitters auf der Seitenwand des Behälters« Bei Kernreaktoren hoher Leistung dagegen sind die Durchmesser des Gitterrostes und des Behälters und der Natriumdruck in diesem so groß, daß die üblichen Ausführungen nicht mehr benutzt werden können, da besonders der Bodeneffekt» das heißt die Wirkung des hohen Drucks auf den unteren Teil des Gitterrostes unannehmbare Verformungen er»*

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zeugen kann, Ebenso erzeugen die für die Kühlung der Brennelemente erforderlichen erheblichen Durchsätze Druckabfälle» welche gegebenenfalls ausreichen, um eine Trennung der Brennelemente vom Gitterrost und Abheben derselben unter dem Druck der Flüssigkeit zu bewirken. Schließlich ist in diesem Pail der Ausbau des Gitterrostes selbst im allgemeinen außerordentlich schwierig oder überhaupt unmöglich.

Durch die Erfindung soll nun ein Gitterrost für Brennelemente eines Hoehleistungs«Kernrealetors geschaffen werden» der eine Lösung für die angegebenen Schwierigkeiten bietet und insbesondere vermeidet, daß auf den Gitterrost der gesamte Druck des Kühlmittels einwirkt· Außerdem soll der Gitterrost so ausgebildet sein, daß er ausgebaut werden kann» ohne im Betrieb die zwischen seinem Umfang und der Seitenwand des Behälters, an der er sich abstützt» erforderliche Abdichtung und die Unversehrtheit der das Natrium unter hohem Druck

zu

zum Gitterrost führenden Zuleitungen/beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen als einstückiges Bauteil ausgebildeten Gitterrost t der mit einer waagerechten Auflage an seineis Umfang auf einer in der Seitenwand eines den Gitterrost und den RealctGrkern umgebenden Behälters mit senkrechter Achse ausgebildeten Innenschultßr aufliegt und zwei waagerechte parallele Platte aufweist i die durch hohle senkrechte Kerzen in einem Abstand voneinander gehalten werden „ in deren Achse der unte^Teil der zu stützenden Brennelemente einführbar ist* wobei dieser Gitterrost erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist» daß die waagerechten Platten an ihrem Umfang mit einem Ringkasten zur Verteilung eines dem Gitterrost durch eine Ringleitung mit hohem Druck zugeführten Kühlmedium*» fest verbunden sind» die Ringleitung mit dem Ringkasten verbunden und unterhalb der unteren Platte durch von dieser Platte und dem Riagkasten unabhängige Befestigungselemente festgehalten ist und

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ten» Jedes Brennelement 19 greift mit seine«! unteren Ende oder Fuß 20 in eine Kerze 18 ein und stützt sich auf dieser durch eine

(SiU)₁
dichte Auflagefläche/18a ab, Um den Kreislauf des Natriums in den Kerzen '!8 zu. ermöglichen, weisen diese eine Reihe von Schlitzen 21 auf» die gegenüber von im entsprechenden Fuß 20 jedes darin eingesetzten Brennelements vorgesehenen Löchern oder öffnungen 22 angeordnet sind«

Die Versorgung des Eingkastens 13 mit Natrium erfolgt mittels einer Ringleitung 23» die im Gänsen irorusförmig, unter dem Gitterrost 4 angeordnet und mit dem Ringkasten durch eine wieder isu beseitigende dichte Verbindung fest verbunden ist* Zu diesem Zweck ist die Sammelleitung 23 mit dem Ende 24 von Natriumzuleitungen 8 verbunden, die von den Förderpumpen (Fig· 1) herkommen. Das zugeleitete Natrium verteilt sich von dieser Sammelleitung durch eine Reihe senkrechter Rohrstutzen 25» die einerseits in der Sammelleitung und andererseits Ir? im Boden des Ringkastens 13 ausgebildeten Durchlaßöffnungen 2β/ im Ringkasten 13 * Vorteilhafterweise ist die dichte Verbindung zwischen dem Ende jedes der Verteilerstutzen 25 und der entsprechenden öffnung 26 hergestellt, indem der Boden des Ringkastens 13 rings um jede der Öffnungen 26 mit einer zum Stutzen 25 gleichachsigen Manschette 27 versehen ist und

Stutzen 25
diese Manschette 27 und der / an ihren £ fciriiseiten durch

St um0
eine /schweißnaht 28 dicht miteinander verbunden sind» Außerdem ist zur Abstützung der Sammelleitung 23.uad der Stützen 25 unabhängig von deren Anschweißung jeder derselben unterhalb des Ringkastens 13 mit einem Kragen 29 versehen* der mit eir_em unter dem Ende der Seitenwand des Primärbehälters 3 mittels Schrauben 31 angeschraubt* tem Haltekasten· 30 zusammenwirkt.

Um eine genügende Versteifung des Gitterrostes 4 und besonders der unteren Platte 12 au erreichen, ist diese noch fest mit einer

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32 verbunden, die aus ei^iv. \v&O.le! zur- Platte Blech. 33 geformt und mit der Platte durch, senkrechte 2'A«lsc!hGnwSndG 34 und Versteifungsstreben 35 verbinden ist. Der Boden der Stützkonstruktion 32 weist Öffnungen. 36 auf, durch die das außerhalb des Gitterrostes 4 befindliche> also die Brennelemente 19 außen umspülende Natrium den Innenraum der Stützkonstruktion ausfüllen und so in -unmittelbare Berührung mit der unteren Platte 12 kommen kann. Die beiden Platten des Gitterrostes sind so vollkommen von Natrium umgeben, das im Inneren des Gitterrostes einen hohen Druck und außerhalb desselben einen niedrigeren Druck, der dem hohen Druck abzüglich des Druckverlustes beim Durchgang durch den Gitterrost und die Brennelemente entspricht* aufweist* Die Auslegung des Kreislaufes kann daher so berechnet werden, daß der Gitterrost insgesamt einem solchen Druck ausgesetzt ist, daß die Resultierende der Druckkräfte auf den Gitterrost gering ist und eine hydraulische Verriegelung der verschiedenen Brennelemente in den Kerzen des Gitterrostes bewirkt. Im übrigen kann man die verschiedenen Druck«· und Temperaturwerte so einstellen, daß die Temperaturgradienten durch den Gitterrost bei Normalbetrieb stets auf annehmbare Werte begrenzt bleiben.

Die besondere Ausführung des Gitterrostes 4 ermöglicht auch einen einfachen Ausbau desselben. Um ihn von den Zuführstutzen 25 zu lösen» die ihn mit der Sammelleitung 23 verbinden» ist außer der Herausnahme der Brennelenente des Kerns nur die Beseitigung der Schweißnähte 28 und das Herausheben des von den beiden Platten 11 und 12 und dem Ringkasten 13 gebildeten einstückigen Bauteils erforderlich. Zur Vornahme dieser Ablösung ist der Ringkasten 13 an seiner Oberseite gerade gegenüber jedem Stutzen 25 mit ZugangsÖfJ?-. nungen 37 versehen, welche normalerweise durch dichte und abnehmbare Spunde 38 verschlossen sind. Oberhalb dieser Spunde sind nor-

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senkrechte Rohrstutzen j die einerseits in cls-r- Ringlsi timer xmd -andererseits im Id.ngka.sten münden _f Mt jeweils einem ihrer Enden durch im Boden des 'Ringkastens ihnen gegenüber vorgesehene öffnungen geführt und dort von koaxialen Kragen umgeben sind, deren Enden mit diesen. Enden der senkrechten Kanäle ver-schv/eißt sind»

Vorzugsweise weist bei diesem" Gitterrost der Ringkasten gerade ge·» genüber jeder öffnung* durch die ein RoIi tstv-i ζ cn eingeführt ist, Zugangs öffnungen auf* welche den Zugang zu den Enden dieser Rohrstutzen ermöglichen und normalerweise durch dichte und abnehmbare Spunde verschlossen sind«

Ferner ist vorsugsweise die untere Platte unter dem Gitterrost mit einer Versteifungskonstruktion verbunden» welche einen offenen Raum abgrenzt, der mit dem Bereich des Behälters in Verbindung steht, to das Kühlmittel nach dem Druckabfall beim Durchgang durch die Brennelemente einen niedrigeren Druck hat»

Die Erfindung wird erläutert -nnhanä einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform» die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist» Es zeigent

Fig* 1 einen schematischen Längsschnitt eines mit schnellen Meutronen arbeitenden Kernreaktors» der mit einem erfindungsgemäßen Gitterrost, aufgerüstet ist;

Fig. 2 einen Schnitt eines Teils des betrachteten Gitterrostes in größerem Maßstab aur Erläuterung von Einzelheiten seines Aufbaus.

Fig. 1 aeigt einen mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor 1t dessen schamtisch wiedergegebener Kern S im Inneren eines Metallbehälters 3ι des sogenannten Primärbehälters angeordnet ist und in diesem auf einem Gitterrost 4 ruht* der im einseinen weiter unten erläutert wird* Der Kern 2 ist von in einem bestimmten Gitternetz nebeneinander angeordneten Brennelementen gebildet» die mit

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ihrem unteren Teil auf dem Gitterrost 4 aufsAtsön und durch einen kontinuierlichen Strom eines flüssigen Metalls 5t besonders Natrium, gekühlt sind, Dieses Natrium ist im Inneren eines Außenbehälters 6» auch Hauptbehälter genannt, enthalten und vird nach Erwärmung durch Berührung mit den Brennelementen in eine Reihe von Wärmetauschern 7 geführt, wo das Natrium seine Wärme an ein S'elcundärmedium abgibt, bevor es am Ausgang der Wärmetauscher durch Forderpumpen 7a angesaugt und mit hohem Druck und niedriger Temperatur durch Leitungen 8 mit großem Querschnitt zum unteren Teil des Kerns in den Gitterrost 4 zurückgeführt wird« In Fig, 1 ist ferner der den oberen Teil des Hauptbehälters 6 des Kernreaktors verschließende Deckel 9 gezeigt, der in seiner Mitte und über dew Kern 2 mit einem System von Stopfen 10 versehen ist, wodurch der Zugang zum Kern und verschiedene Hantierungen an den Brennelementen möglich sind.

Fig. 2 zeigt mit weiteren Einzelheiten die praktische AisfUhrung des erfindungsgemäßen Gitterrostes 4. Dieser besteht im wesentlichen aus zwei Metallplatte« 11 bzw» 12, die waagerecht verlaufen und an ihrem Rand mit ein«»» Ringkasten 13 verbunden sind, der eine zylindrische Verbindungsw37i<? 14 mit dem zwischen den beiden Platten 11 und 12 liegenden Bereich gemeinsam hat, welche eine Reihe von öffnungen 15 aufweist, durch die das kühlende Natrium in den Gitterrost ein-und durchtreten kann, bevor es mit den Brennelementen in Berührung kommt. Das aus den beiden Platten 11 und 12 und dem Ringkasten 13 gebildete einstückige Bauteil ruht mit einer ebenen

selbst ■ -'■ '

Auflagefläche 16 des Ringkastens 11/auf einem am unteren Teil der Seitenwand des Primärbehälters 3 ausgebildeten Rand 17» Außerdem sind die beiden Platten 11 und 12 durch eine Reihe hohler Kerzen 18, die über die Fläche dieser Platten gemäß dem Gitternetz der Brennelemente 19 verteilt sind, in einem Abstand voneinander gehäl-

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malerweise Blinde!entente sum Neutronenschirm angeordnet _f die insbesondere von Stahlstäben 39 gebildet werden, welche auf Haltezapfen 40 aufgeschoben sind und um den eigentlichen Kern 2 eine seitliche Haltestruktur bilden, die bei Kernreaktoren dieses Typs üblich ist,.

Der Gitterrost 4 ruht unter diesen Bedingungen einfach auf dem Vorsprung 17 der Seitenwand des Primär behält er s 3» ^erni man ihn also ausbauen will? was selbstverständlich nur nach vollständiger Entnahme der Brennelemente des Kerns und Entleerung des Natriums aus dem Primärbehälter möglich ist» genügt es_t die an der Oberseite des Ringkastens 13 vorgesehenen Verschlußspunde 38 durch irgendeine zweckmäßige Vorrichtung abzunehmen» um die Schweißnähte 28 zu erreichen und nach deren Beseitigung den gesamten Gitterrost hochzuheben» der sich von den Zuführungsstutzen 25 löst» ohne deren bestimmte Lage bezüglich des Behälters zu verändern* Nach dem Herausnehmen kann ein anderer Gitterrost eingesetzt werden„ der wieder genau auf die Stutsen paßt und nur mit neuen Schweißnähten 28 an diesen angeschweißt wardf um die notwendige Abdichtung zu erhalten· Das An«* bzw. Absclreißen kann an diesen Stellen leicht ferngesteuert mittels geeigneter Werkzeuge und besonders durch eine Öffnung von geringem Durchmesser ₉ die im System von Stopfen 10 (Pig* 1) im oberen Teil des Verschlußdeckels 9 vorgesehen ist* vorgenommen werden»

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Claims

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Paten tansprüche

Ausbaubarer Gitterrost für Brennelemente eines Kernreaktors bestehend aus einem einstückigen Bauteil, das mittels einer waagerechten Auflagefläche an seinem Rand auf einer in der Seitenwand eines den Gitterrost und den Kern des Reaktors umgebenden Behalters mit senkrechter Achse ausgebildeten Innenschulter aufliegt und zwei parallele waagerechte Platten aufweist,die durch hohle senkrechte Kerzen» in deren Achse der untere Teil der zu stützenden Brennelenente eingesetzt ist, in einem Abstand voneinander gehalten sind» dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechten Platten (11, 12) an ihrem Rand mit einem Ringkasten (13) zur Verteilung eines dem Gitterrost durch eine ringförmige Sammelleitung (23) mit hohem Druck zugeführten Kühlmediums verbunden sind, die Sammelleitung (23) mit dem Ringkasten (13) verbunden und unterhalb der unteren Platte (12) durch von dieser Platte (12) und dem Ringkasten (13) unabhängige Halteelemente (30, 31) festgehalten ist und senkrechte Rohrstutzen (25)» die einerseits in der Sammelleitung (23) und andererseits im Ringkasten (13) münden, mit jeweils einem ihrer Enden durch ihnen gegenüber im Boden des Ringkastens (13) ausgebildete und von zu ihnen gleichachsigen Kragen (27) umgebene öffnungen (26) geführt und an den Stirnseiten dieser Enden mit den Enden der Kragen (27) stumpf verschweißt sind·
2. Ausbaubarer Gitterrost nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkasten (13) genau gegenüber jeder öffnung (26), durch die ein Zuleitungsstutzen (25) geführt ist, Zugangsöffnungen (37) aufweist, welche den Zugang zu den Enden dieser Stutzen (25) ermöglichen und normalerweise durch dichte und abnehmbare Spunde (38) verschlossen sind.

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3. Ausbaubarer Gitterrost nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-*
kennzeichnet, daß die untere Platte (12) unter dem Gitterrost mit einer Versteifungskonstruktion (32) verbunden ist, die einen offenen Saum abgrenzt# der mit dem Bereich des Behälters» wo der Druck des Kühlmediuras infolge des Druekverlusts beim Durchgang durch
die Brennelemente niedriger ist_f in Verbindung steht.

4» Ausbaubarer Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Abstandshalterkerzen (18) zwischen den ilatten (11, 12) Schlitze (21) für den Durchtritt des Ktthlmediums aufweisen» die gegenüber im unteren Teil (20) der in diese Kerzan eingesetaten Brennelemente (19)"ausgebildeten öffnungen (22) angeordnet sind.

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