DE2302445C2 - Ausbaubarer Gitterrost für Brennelemente eines Kernreaktors - Google Patents
Ausbaubarer Gitterrost für Brennelemente eines KernreaktorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen ausbaubaren Gitterrost für Brennelemente eines Kernreaktors, bestehend aus
tihem einstückigen Bauteil, das mittels einer waagerechten Auflagefläche an seinem Rand auf einer in der
Seitenwand eines den Gitterrost und den Kern des
Reaktors umgebenden Behälters mit senkrechter Achse ausgebildeten tnnenschülter aufliegt und zwei parallele
waagerechte Platten aufweist,.die durch hohle senkrech4
te Kerzen, in deren Achse der untere Teil der zu stützenden Brennelemente eingesetzt ist, in einem
Abstand voneinander gehalten sind.
Die DE-OS 16 14 360 betrifft einen dampfgekühlten Kernreaktor, der im wesentlichen die vorstehenden
Merkmale aufweist.
Es ist weiter ein Kernreaktor geringer Leistung bekannt, der einen Gitterrost aufweist, der aus einer
dicken Platte mit Bohrungen für die Einführung der unteren Enden oder Füße der Brennelemente und
dichten Sitzen besteht 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 am Boden des Behälters unter dem Gitterrost angeschweißt sind.
Infolge der verhältnismäßig geringen Abmessungen des Gitters bei Kernreaktoren kleiner Leistung ergeben
sich beim Ausbau des Gitterrostes keine besonderen Schwierigkeiten, auch nicht bei der Beseitigung der im
Betrieb vorhandenen 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 Verfornungen erzeugen 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 FaIi der Ausbau des Gitterrostes selbst im allgemeinen außerordentlich
schwierig oder überhaupt möglich.
Bekanntlich weisen derartige Kernreaktoren infolge ihrer Bauweise und der 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 ist. 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.
Näheaingsweise kann man sagen, daß der Gitterrost die Grem:e zwischen diesen beiden Zonen definiert. Das
aus dem Kern oben austretende heiße Natrium gelangt nach den 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 Bedingungen erfüllen: vor allem mi>ß er die Brennelemente
stützen und in senkrechter Stellung halten und dabei gleichzeitig eine zweckmäßige homogene Verteilung
des Kühlmittels Natrium ermöglichen, Außerdem muß dieser öitterrost so konstruiert sein, daß er im
AUsnähfriefall ausgebaut werden kann, besonders Um
ihn bei einem schweren Unfall im Kernreaktor durch einen anderen zu ersetzen, wobei die dabei erforderlichen
Maßnahmen wegen der Restaktivität und Konta* minjerung nur ferngesteuert vorgenommen werden
können.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Gitterrost für Brennelemente eines Hochleistungs-Kernreaktors
zu schaffen, der die angegebenen Schwierigkeiten insbesondere dadurch vermeidet, daß
auf den Gitterrost nicht der gesamte Druck des Kühlmittels einwirkt, und der 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 ι ο das Natrium unter hohem Druck zum Gitterrost
führenden Zuleitungen zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale
gelöst
Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, der mit
einem crfindangsgemäßen Gitterrost ausgerastet ist;
F i g. 2 einen Schnitt eines Teils des betrachteten Gitterrostes in größerem Maßstab zur Erläuterung von
Einzelheiten seines Aufbaus.
Fig. 1 zeigt einen mit schnellen Neutronen arbeitenden
Kernreaktor 1, dessen schematisch wiedergegebener Kern 2 im Inneren eines Metallbehälters 3, des
sogenannten Primärbehälters angeordnet ist und in diesem auf einem Gitterrost 4 ruht, der im einzelnen
weiter unten erläutert wird. Der Kern 2 ist von in einem bestimmten Gitternetz nebeneinander angeordneten
Brennelementen gebildet, die mit ihrem unteren Teil auf dem Gitterrost 4 aufsitzen und durch einen kontinuierlichen
Strom eines flüssigen Metalls 5. besonders Natrium, gekühlt sind Dieses Natrium ist im Inneren
eines Außenbehälters 6, auch Hauptbehälter genannt, enthalten und wird nach Erwärmung durch Berührung
mit den Brennelementen in eine Reihe von Wärmetauschern 7 geführt wo das Natrium seine Wärme an ein
Sekundän..edium abgibt bevor es am Ausgang der Wärmetauscher durch Förderpumpen Ta 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 F i g. 1 ist ferner der den oberen Teil des Hauptbehälters
6 des Kernreaktors verschließenoe Deckel 9 gezeigt, der in seiner Mitte und über dem 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
Ausfühniiig des erfindungsgemäßen Gitterrostes 4.
Dieser besteht im wesentlichen aus zwei Platten 11 bzw
12, die waagerecht verlaufen und an ihrem Rand mit einem Ringkasten 13 verbunden sind, der eine
zylindrische Verbindungswand 14 mit dem zwischen den beiden Platten 11 und 12 liegenden Bereich gemeinsam
hat, weiche 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 Auflagefläche 16 des Ringkastens
11 selbst auf einem am Unteren Teil der Seitenwand des
Primärbehälters 3 ausgebildeten Rand 17, Außerdem »Ind die beiden Plätten 11 urid 12 durch eine Reihe
hohler Abstandshalter iterzen 18, die über die Fläche
dieser Platten gemäß dem Gitterrost der Srennelemsnte
19 verteilt sind, in einem Abstand voneinander gehalten. Jedes Brennelement 19 gieift mit seinem
unteren Ende oder Fuß 20 in eine Kerze 18 ein und stützt sich auf dieser durch eine dichte Auflagefläche
(Sitz) 18a ab. Um den Kreislauf des Natriums in den Kerzen 18 zu ermöglichen, weisen diese eine Reihe von
Schlitzen 21 auf, die gegenüber von im entsprechenden Teil 20 jedes darin eingesetzten Brennelements
vorgesehenen öffnungen 22 angeordnet sind.
Die Versorgung des Ringkastens 13 mit Natrium erfolgt mittels einer Sammelleitung 23, die im Ganzen
torusförmig, unter dem Gitterrost 4 angeordnet und mit dem Ringkasten 13 durch eine wieder zu 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 andererseir in im Boden des Ringkastens 13 ausgebildeten Du.cbiaßöffnungen 26
münden, im Ringkasten 13. Vorteilhafterweise ist die dichte Verbindung zwischen dem Ende jedes der
Zuleitungsstutzen 25 und der entsprechenden öffnung 26 hergestellt indem der Boden des Ringkastens 13
rings um jede der öffnungen 26 mit einem zum Stutzen 25 gleichachsigen Kragen 27 versehen ist und dieser
Kragen 27 und der Stu'izen 25 an ihren Stirnseiten durch eine Stumpfschweißnaht 28 dicht miteinander verbunden
sind. Außerdem ist zur Abstützung der Sammelleitung 23 und der Stutzen 25 unabhängig von deren
Ausschweißung jeder derselben unterhalb des Ringkastens 13 mit einem Kragen 29 versehen, der mit einem
unter dem Ende der Seitenwand des Primärbehälters 3 mittels Schrauben 31 angeschraubtem Halteelement 30
zusammenwirkt
Um eine genügende Versteifung des Gitterrostes 4 und besonders der unteren Platte 12 zr erre chen, ist
diese noch fest mit einer Versteifungskonstruktion 32 verbunden, die aus einem parallel zur Platte verlaufenden
Blech 33 geformt und mit der Platte durch senkrechte Zwischenwände 34 und Versteifungsstreben
35 verbunden ist
Der Boden der Versteifungskonstruktion 32 weist Öffnungen 36 auf, durch die das außerhalb des
Gitterrostes 4 befindliche, also die Brennelemente 19 außen umspülende Natrium den Innenraum der
Versteifungskonstruktion 32 ausfüllen und so in unmittelbare Berührung mit der unteren Platte 12
kommen kann. Die benden Platten des Gitterrostes 4 sind so vollkommen von Natrium umgeben, das im
Inneren des Gitterrosiies 4 einen hohen Druck und außerhalb desselben einen niedrigeren Druck, der dem
hohen Druck abzüglich des Druckverlustes beim Durchgang durch den Gitterrost 4 und d;e Brennelemente
entspricht aufweist Die Auslegung des Kreislaufes kann daher so berechnet werden, daß der Gitterrost
4 insgesamt einem solchen Druck ausgesetzt ist. daß die Resultierende d^r Druckkräfte auf den Gitterrost 4
gering is. und eine hydraulische Verriegelung der verschiedenen Brennelemente 19 in den Kerzen 18 des
Gilterrostes 4 bewirkt Im übrigen kann man die verschiedenen Druck* und Temperaturwerte so einstellen,
daß die Temperaturgradienten durch den Gitterrost 4 bei Normalbetrieb stets auf annehmbare Werte
begrenzt bleiben.
Die besondere Aüsführune des Gitterrestes 4
ermöglicht auch einen einfachen Ausbau desselben. Um ihn von den Zuleitungsslutzen 25 zu lösen, die ihn mit
der Sammelleitung 23 verbinden, ist außer der Herausnahme der Brennelemente 19 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 Zugangsöffnungen 37 versehen, die normalerweise
durch dichte und abnehmbare Spunde 38 verschlossen sind. Oberhalb dieser Spunde sind normalerweise
Blindelemerite zum Neutronenschutz angeordnet, 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 sind.
Der Gitterrost 4 ruht unter diesen Bedingungen einfach auf dem Vorsprung 17 der Seitenwand des
rfifiiSfucnäiicrs 3. VVcIHi ΐΐίΰΐί ίίίΐί δίΐΰ äüsuäücii w'iii,
was selbstverständlich nur nach vollständiger Entnahme der Brennelemente 19 des Kerns 2 und Entleerung des
Natriums aus dem Primärbehälter möglich ist, genügt es, die an der Oberseite des Ringkastens 13 vorgesehenen
Spunde 38 durch irgendeine zweckmäßige Vorrichtung abzunehmen, um die Schweißnähte 28 zu erreichen und
nach deren Beseitigung den gesamten Gitterrost 4 hochzühebem der sich von den Zuleitungsstutzen 25 löst,
ohne deren bestimmte Lage bezüglich des Behälters zu
ίο verändern. Nach dem Herausnehmen kann ein anderer
Gitterrost eingesetzt werden, der wieder genau auf die Stutzen paßt und nur rtiit neuen Schweißnähten 28 an
diesen angeschweißt wird, um die notwendige Abdichtung zu erhalten. Das An- bzw. Abschweißen kann an
is diesen Stellen leicht ferngesteuert mittels geeigneter
Werkzeuge lind besonders durch eine öffnung Von
geringem Durchmesser, die im System von Stopfen 10 (Fig. 15 im oberen Teil des Verschlußdeckels 9
vorgesehen ist, Vorgenommen werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. 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 Behälters 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 Brennelemente eingesetzt ist,
in einem Abstand voneinander gehalten sind, wobei die waagerechten Platten an ihrem Rand mit einem
Ringkasten zur Verteilung eines dem Gitterrost durch eine ringförmige Sammelleitung mit hohem
Druck zugeführten Kühlmediums verbunden sind, und die Sammelleitung in den Ringkasten einmündet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (23) unterhalb der unteren Platte (12)
durch vo;> 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 Beden 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 (bei 28) verschweißt sind.
2. Ausbaubarer Gitterrost nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkasten (13)
genau gegenüber jeder Öffnung (26), durch die ein Zuleitungsstutzen (25) gefühlt ist, Zugangsöffnungen
(37) aufweist, welche den Zugang zu den Enden dieser Stutzen (25) ermöglichen und normalerweise
durch dichte und abnehmbare Spunde (38) verschlossen sind.
3. Ausbaubarer Gitterrost nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Platte (12)
unter dem Gitterrost mit einer Versteifungskonstruktion (32) verbunden ist, die einen offenen Raum
abgrenzt, der mit dem Bereich des Behälters, wo der Druck des Kühlmediums infolge des Druckverlusts
beim Durchgang durch die Brennelemente niedriger ist. in Verbindung steht.
4. Ausbaubarer Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die
hohlen Abstandshalterkerzen (18) zwischen den Platten (11, 12) Schlitze (21) für den Durchtritt des
Kühlmediums aufweisen, die gegenüber im unteren Teil (20) der in diese Kerzen eingesetzten Brennelemente
(19) ausgebildeten Öffnungen (22) angeordnet sind.
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