DE2310797C2 - Hilfskühlvorrichtung für einen Kernreaktorkern - Google Patents

Description

rung des Wasservorrats vermindert

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine intermittierend arbeitende Strömungs-Einführeinrichtung, welche so ausgebildet ist, daß sie Hitfskühlmittel durch die Rohrleitungsperforierun^en hindurch als intermittierende Kühlmittelstrahlen aussendet

Durch die Verwendung von intermittierenden Kühlmittelstrahlen kann eine begrenzte Zufuhr von Kühlmittel auf die Brennstoffstäbe mit größerer Geschwindigkeit abgegeben werden, als wenn die Strahlen kontinuierlich wären, und sie kann daher stärker zwischen den Brennstoffstäben durchdringen, und dies durch Löcher, die groß genug sind, um eine ausreichende Strömungsrate zu ergeben, und die gegen Blockieren weniger anfällig sind als kleinere Löcher, die zur Einsparung von Kühlmittel konstruiert sind.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung auf das Hilfskühlsystem, welches in Kernreaktoren des Druckrohrtyps verwendet wird (wie beispielsweise des dampferzeugenden schwerwassermoc^rierten Reaktors), kann die Geschwindigkeit der Strahlen von Hilfskühlmittel erhöht werden, so daß sich eine größere Durchdringung in das Brennstoffbündel hinein für eine gegebene Durchschnitts-Wasserströmungsrate ergibt, indem die Strahlen intermittierend betrieben werden, wobei die Strahlgeschwindigkeit in umgekehrter Proportion zum Zeitanteil erhöht wird, in welchem der Strahl in jedem Zyklus betätigt wird. Beispielsweise würde die Geschwindigkeit eines Strahles, der eine halbe Sekunde alle zwei Sekunden arbeitet, vervierfacht >o werden, und es würde keine Erhöhung des durchschnittlichen Wasserverbrauchs stattfinden. Ähnliche Wirkungen können bei der Anwendung auf Sprengrohre für Druckwasserreaktoren erzielt werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch einen sich axial erstreckenden Kernreaktor-Kühlmittelkanal hindurch, wobei schematisch eine Ausführungsform angedeutet ist, durch welche Hilfskühlmittel abgegeben werden kann,

Fig. IA eine Einzelheit von Fig. 1, während

Fi g. 2 eine Alternative zur Steuerung der Verteilung von Hilfskühlmittel mit einer Anzahl von Spreng- oder Sprührohren veranschaulicht, die in den Kern eines Druckwasser-Kernreaktors hineinragen, von dem nur ein Teil dargestellt ist.

Nach Fig. 1 wird ein Kühlmittelkanal 1 eines Druckrohr-Kernreaktors, wie beispielsweise des als dampferzeugender schwerwassermoderierter Reaktor bekannten Typs, durch eine an den Enden offene zylindrische Wand 2 begrenzt. Innerhalb des Kanals 1 ist in einer solchen Weise, daß er aufrecht durch das obere Ende des Kanals herausgezogen werden kann, ein Halteaufbau 3 angeordnet, der ein Bündel 4 von Kernbrennstoffstäben 5 in paralleler abständlicher Anordung so trägt, daß Zwischenräume für den Durchgang einer Primärkühlmittelströmung gebildet werden. Primärkühlmittel A wird über das untere Ende < >o des Kanals 1 eingeführt, damit es aufwärts durch das untere Endfitting 6 des Aufbaus 3 und zwischen den Brennstoffstäben 5 hindurchgelangt, um durch das obere Endfitting 7 hindurchzutreten. Bei seinem Durchgang durch den Kanal 1 siedet das Kühlmittel, und Dampf gelangt vom oberen Ende des Kanals 1 nach einem Kraftwerk. In der Mitte des Halteaufbaus 3 ist ein zentrales perforiertes Rohr 8 vorgesehen, deren oberes Ende geschlossen ist und derei: unteres Ende mit einer Lieferquelle für Hilfskühlmittel von der gleichen Art wie der des Primärkühlmittels in Verbindung steht Das Rohr 8 weist Löcher 9 auf, die auf seiner Wandung verteilt sind, wobei die Löcher 9 einen solchen Durchmesser aufweisen, daß ein gelegentliches Blockieren unwahrscheinlich ist Wenn ein Hilfskühlmittei mit einem entsprechenden Druck in das untere Ende des Rohres 8 eingeführt wird, werden Kühlmittelspritzer aus den Löchern 9 in die Mitte des Bündels von Brennstoffstäben abgegeben.

Das untere Endfitting 6 ist so eingerichtet, daß es die unteren Enden der Brennstoffstäbe 5 aufnimmt, die in Löchern in einem Gitter 10 sitzen, welches zusammen mit einem herabhängenden Randteil 11 zentral am Sprührohr 8 gehalten ist Dort, wo sich das letztere durch das Gitter 10 hindurch erstreckt ist eine Anzahl von nicht dargestellten Streben vorgesehen, die sich radial zwischen dem Rohr 8 und dem Randteil 11 erstrecken, wobei die Querschnittsfläche zwischen den Streben den Eintrittskanal für das Primärkühlmittel bildet.

Das untere Ende des Sprührohres 8 steht dicht mit einer Düse 12 eines Hilfskühlmittel-Zuführrohres 13 in Wirkverbindung. Wenn erforderlich, wird Hilfskühlmitlel aus einem Tank 14 unter der Steuerung eines Ventils 15 durch eine Pumpe 16 gepumpt, die Kühlmittel an ein Ventil 17 liefert, welches eine Anzahl von Sprührohren 8 in Aufeinanderfolge beliefert, so daß jedes eine intermittierende Zufuhr erhält. Als Folge davon erfolgt der Ausstoß aus den Löchern in den Rohren 8 intermittierend. Das Ventil 17, welches in Fig. IA im einzelnen dargestellt ist, weist einen ortsfesten Zylinder 17a mit einer Anzahl von öffnungen 176 auf, die der Anzahl von Sprührohren 8, die beliefert werden sollen, in der Zylinderwand an auf den Umfang verteilten Stellen entspricht. Jede Öffnung 17Z) steht mit einem derartigen Sprührohr in Verbindung. Eine Spindel 17c, die in der Zylinderbohrung drehbar gelagert ist, weist einen Axialdurchgang YId auf, der zu einer Radialbohrung 17e führt, welche so angeordnet ist, daß sie den Durchgang YId mit jeder der öffnungen 17£> bei sich drehender Spindel in Verbindung bringt. Das Drehen der Spindel 17c erfolgt durch einen Motor (nicht dargestellt), der ein Zahnrad 17/ antreibt, und Kühlmittel wird dem Durchgang YId über eine Gelenkkupplung 17^-zugeführt.

Bei einer Abänderungsform kann die Spindel 17c auch durch den Hydraulikdruck in Drehung versetzt werden, der auf ein entsprechend mit Schaufeln versehenes Teilstück der Drehspindel einwirkt. Hilfskühlmittel wird über das Ventil 17 durch jede der Auslaßöffnungen im Zylinder geliefert, woraus sich intermittierende Zuführungen nach jedem der Sprührohre 8 ergeben, um durch Löcher 9 als intermittierende Hochgeschwindigkeitsstrahlen so auszutreten, daß eine gute Durchdringung von Hilfskühlmittel in die Brennstoffstabbündel 4 erzielt wird.

Bei einer in Fig. 2 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der Erfindung werden fluidische bzw. strömungsmittelbetätigte Schalter des bistabilen Coander-Typs verwendet, um intermittierende Strömungen zu erzielen. In Fig. 2 ist die Lieferquelle für Hilfskühlmittel ein Vorratsbehälter 20, aus dem eine t-jmpe 21 Kühlmittel entweder zurück in den Vorratsbehälter 20 oder sowohl in Hauptleitungen als auch in Hilfsleitungen 22 und 23 entsprechend der Stellung von Ventilen 24, 25 liefert. Letztere sind so

eingerichtet, daß sie gemeinsam arbeiten, wenn eine Hilfskühlung benötigt wird, um Kühlmittel in die Leitungen 22,23 zu bringen, wobei die Hauptleitung mit parallelen Leitungen 26 berbunden ist, die je eines von Zweigrohren 27,28 beliefern. Jedes Zweigrohr 27,28 ist mit einem perforierten Sprührohr 29 verbunden, welches in den Kern 30 eines Kernreaktors hineinragt, der durch Druckwasser in herkömmlicher Weise gekühlt und moderiert ist. Intermittierende Strahlen von Hilfskühlmittel aus den Sprührohren 29 werden dadurch erhalten, daß die Strömung abwechselnd zwischen den Zweigrohren 27, 28 durch Betätigung der fluidischen Schalter geschaltet wird. Wie bekannt, werden sich die Strömungen durch die Rohre 26 selbst mit dem einen oder anderen der Zweigrohre 27 oder 28 bei bestimmten Rcynold'schcn Zahlen in Verbindung bringen, und die Injektion einer Hilfsströmung durch eine Düse 34 wird die Strömung veranlassen, sich beispielsweise vom Zweigrohr 27 auf das andere Zweigrohr 28 zu schalten, und in gleicher Weise wird eine Hilfsströmung aus einer Düse 35, während Kühlmittel durch das Zweigrohr 28 strömt, die Strömung zurück auf das Zweigrohr 27 schalten. Um die Strömungsmittelschalter zu betätigen, führt die Hilfsleitung 23 einen Abzug von Kühlmittel nach einem Drehventil 31, welches abwechselnd Steuerrohre 32,33 beliefert. Das Rohr 32 beliefert die eine der beiden Steuerdüsen 34 von jedem Schalter, und das Rohr 33 beliefert dann die andere Steuerdüse 35. Als Folge der Betätigung des Drehventils 32 arbeiten die Steuerdüsen 34, 35 abwechselnd, wobei sie auf diese Weise die Hauptströmungen in Rohren 26 zunächst auf das Zweigrohr 27 und dann auf das Rohr 28 und wieder zurück schalten. Dies führt dazu, daß intermittierende Strahlen von Hilfskühlmittel aus den Sprührohren 29 abgeben werden. Dies setzt sich fort, solange das Drehventil 31 arbeitet und die Ventile 24, 25 in der Betriebsstellung bleiben. Wenn keine Hilfskühlung mehr erforderlich ist, dann werden die Ventile 24, 25 so

ίο betätigt, daß der Pumpenausstoß zurück in den Vorratsbehälter 20 geleitet wird. Die Pumpe 21 kann, falls erwünscht, weiterlaufen, um das Kühlmittel in Umlauf zu halten, so daß auf diese Weise sichergestellt wird, daß es augenblicklich zur Verfügung steht. Die Sprührohre 29 können in jeder Lage im Kern angeordnet werden, wo eine Hilfskühlung wirksam sein kann. Es können Einrichtungen vorgesehen werden, um die Anwendung einer Hilfskühlung bei Versagen des Primärkühlsystems des Reaktors zur Anwendung zu bringen, welches nicht beschrieben wird, wobei davon ausgegangen wird, daß es stets vorhanden ist. Die Verwendung von strömungsmittelbetätigten Schaltern hat den Vorteil, daß große Massenströmungen großen Druckänderungen nicht unterworfen sind.

Als Alternative für beide obige Ausführungsformen kann der Ausstoß der Pumpe 16 unmittelbar in Parallelschaltung mit den Sprührohren verbunden werden, und der Ausstoß kann so pulsiert werden, daß oszillierende Drücke in der Hilfskühlmittelströmung erzeugt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hilfskühlvorrichtung für einen Kernreaktorkern mit mindestens einer perforierten Rohrleitung, die sich in den Kern hinein erstreckt, ferner mit einer Zuführung für Hilfskühlmittel sowie einer Pumpe, die Hilfskühlmittel von der Vorratsstelle nach der perforierten Rohrleitung liefert, gekennzeichnet durch eine intermittierend arbeitende Strömungs-Einführeinrichtung (17; 31), welche so ausgebildet ist, daß sie Hilfskühlmittel durch die Rohrleitungsperforierungen hindurch als intermittierende Kühlmittelstrahlen aussendet.

2. Hilfskühlvorrichtdng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die intermittierend arbeitende Strömungs-Einführeinrichtung ein Drehventil (17) aufweist, welches so angeordnet ist, daß es das Hilfskühlmittel nach einer Anzahl von perforierten Rohrleitungen (8) abwechselnd liefert.

3. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die intermittierend arbeitende Strömumgs-Einführeinrichtung einen bistabilen, strömungsmittelbetätigten Schalter (31) aufweist, der so angeordnet ist, daß er den Pumpenausstoß abwechselnd auf eine Reihe von perforierten Rohrleitungen (29 schaltet.

4. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 1 für einen Kernreakior mit einem Kern, der einen Kühlmittelkanal enthält, welcher eine Kernbrennstoff-Bauteilgruppe einschließt, ferner mit einem Eintritt für das Primärkühlmittel am einen Ende des Kanals und einem Austritt für Primärkühlmittel am anderen Ende, mit zumindest einer perforierten Rohrleitung, die sich in Längsrichtung des Kanals erstreckt, wobei die Perforierungen in der Rohrleitungswand der Brennstoff-Bauteilgruppe zugewandt sind, sowie mit einer Zuführvorrichtung für Hilfskühlmittel, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17, 31), die das Kühlmittel der perforierten Rohrleitung (8) in einer solchen Weise zuführt, daß intermittierende Strahlen von Hilfskühlmittel in die Brennstoff-Bauteilgruppe (4,5) injiziert werden.

5. Hilfskühlvorrichtung nach Anspruch 1 für eine Kernreaktor-Anlage mit einem Kernreaktorkern, der Kernbrennstoff-Bauteilgruppen in Form von Bündeln länglicher Brennstoffstäbe enthält, die in Abstand voneinander abgestützt sind, um Kanäle dazwischen für den Durchgang des Primärkühlmittels zu bilden, mit mindestens einer perforierten Rohrleitung, die sich parallel, aber im Abstand zu den Brennstoffstäben erstreckt, sowie mit einer Zuführvorrichtung für Hilfskühlmittel, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13; 22), welche die Zuführung (14; 20) mit der perforierten Rohrleitung (8; 29) verbindet und Hilfskühlmittel durch diese hindurch liefert, damit dieses aus den Perforierungen (9) in der perforierten Rohrleitung (8; 29) als intermittierende Strahlen austritt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfskühlvorrichtung für einen Kernreaktorkern, mit mindestens einer perforierten Rohrleitung, die sich in den Kern hinein erstreckt, ferner mit einer Zuführung für Hilfskühlmittel sowie einer Pumpe, die Hilfskühlmittel von der Vorratsstelle nach der perforierten Rohrleitung liefert. Bei solchen Kernreaktorkernen wird der Brennstoff durch Wasser, Dampf oder ein Zweiphasengemisch derselben gekühlt Dabei wird üblicherweise stab- oder stiftförmiger Brennstoff verwendet, der in einer entsprechenden Umhüllung eingeschlossen ist, und die Stäbe werden parallel im Abstand zueinander in Bündeln angeordnet, so daß Kühlmittel frei zwischen ihnen hindurchgelangen kann. Entsprechend der gegenwärtigen Praxis wird Kühlmittel in axialer Richtung von

ίο einem Ende des Bündels, z. B. in Aufwärtsrichtung, durch das Bündel hindurchgeleitet, und diese Kühlmittelströmung führt Wärme aus dem Brennstoff unter normalen Umständen ab. Es wurde bereits vorgeschlagen, zusätzlich zu dieser axialen Primärkühlmittelströmung hilfsweise zum Primärkühlmittel eine Kühlmittelzufuhr vorzusehen, die seitlich in das Bündel hineingelangt oder über das obere Ende des Bündels gesprüht wird. Die Hilfskühlmittelzufuhr wird normalerweise in Reserve gehalten, um dann zur Wirkung gebracht zu werden, wenn das Primärkühlmittelsystem sich aus irgendeinem Grunde als unzureichend oder unwirksam erweisen sollte. In einem besonderen Fall wurde das Hilfskühlmittel am Brennstoff dadurch zur Anwendung gebracht, daß es von einer Vorratsstelle her durch Rohrleitungen geleitet wird, die sich parallel zu den Brennstoffstäben im Bündel erstrecken, und auf den Brennstoff über Löcher in den Rohrleitungen gesprüht oder quer durch eine Reihe von Löchern in der Rohrleitungswand innerhalb des Bündels injiziert wird. In beiden Fällen wird das Kühlmittel als eine Vielzahl von Kühlmittelstrahlen zur Anwendung gebracht, die auf die Brennstoffstäbe auftreffen. Diese Einrichtung zum Injizieren von Hilfskühlmittel ist eine nützliche und vorteilhafte Weise, Kühlmittel nach dem Willen des Bedienungspersonals direkt in das Innere des Reaktorkerns zu bringen. Da die Lieferquelle für Hilfskühlmittel ein Vorratsbehälter von endlicher Kapazität ist, ist es notwendig, das Kühlmittel so wirtschaftlich wie möglich und unter dem Gesichtspunkt der besten Wirkung einzusetzen.

Um eine gleichförmige Sprühverteilung aus einer Rohrleitung vorzusehen, die sich parallel zum Bündel erstreckt, ist es erwünscht, so viele Löcher wie möglich auf der Länge der oder jeder Rohrleitung anzuordnen. Es besteht eine untere Grenze für die Abmessung jedes Loches, die durch die Wahrscheinlichkeit gesetzt wird, daß die Löcher durch Feststoffpartikel blockiert werden, die im Hilfskühlmittel mitgeschleppt werden. Diese Erwägungen wurden zu einer Konstruktion führen, bei der die Rohrleitung eine große Anzahl von Löchern von übergroßer Abmessung aufweisen würde. In der Praxis ist es jedoch wünschenswert, daß jeder Strahl aus dem Loch mit einer angemessen hohen Geschwindigkeit austritt, damit das Kühlmittel sicher in das Bündel hineingetragen wird, und um diese weitere Bedingung zu erfüllen, würde eine Konstruktion mit einer großen Anzahl von großen Löchern im Betrieb übermäßig große Vorräte von Kühlmittel verbrauchen. In einem prakrischen Fall besteht aber wiederum die Tendenz, daß der in diesem Bereich des Reaktorkerns verfügbare Kühlmittelvorrat ziemlich begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Kernreaktorkern eine Hilfskühlvorrichtung zu schaffen, bei der im Notfall Hilfskühlwasser auf die Brennstoffstäbe im Kern über ein Durchblasrohr mit zahlreichen Perforierungen gesprüht wird, wobei eine erhöhte Sprühstrahlgeschwindigkeit das Auftreten von Verstopfungen durch Fremdkörper bei gleichzeitiger Einspa-