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Kernreaktor Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit Brennelementen,
die Führungsrohre für neutronenabsorbierende Steuerstäbe aufweisen, und mit einer
Notkühleinrichtung, die als Leitungen zum Transport des Kühlmittels in den Reaktorkern
einzelne Führungsrohre umfaßt, die mit seitlichen Bohrungen als Auslaß für das Kühlmittel
versehen sind. Insbesondere ist die Erfindung für Druckwasserreaktoren gedacht.
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Es ist vorgeschlagen worden, die Führungsrohre mit einem besonderen
Verteilersystem an eine Zuführungsleitung anzuschließen, die das als Notkühlmittel
verwendete Wasser in den Reaktordruckbehälter einspeist. Dies erfordert jedoch eine
Vielzahl von Verbindungen, die den Ausbau und Einbau der Brennelemente bei einem
Brennelementwechsel verzögert.
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Deswegen sucht die Erfindung eine neue Lösung für die Zuführung des
Notkühlmittels.
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Erfindungsgemäß sind die Führungerohre mit einer Zuführungsleitung
über hohle Zentrierstifte verbunden, die die Brennelemente gegenüber dem Kerngerüst
festlegen. Dies ergibt die gewünschte Zuführung mit denkbar geringem Aufwand, denn
es ist lediglich erforderlich, die Zentrierstifte, die bisher als massive Körper
hergestellt werden, zu durchbohren und an entsprechende Leitungen im Bereich der
Brennelemente anzuschließen. Ohne Beeinträchtigung ihrer Führungsfunktionen ist
es gut möglich, die Zentrierstifte hohl auszuführen und als Verbindungsleitung für
das Notkühlmittel zu verwenden. Besonders günstig läßt sich das in der Weise ausführen,
dalS einem Kopfteil der Brennelemente Kanäle vorhanden sind, die Zentrierstifte
und Führungsrohre miteinander verbinden.
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Hier sind die Zentrierstifte nicht nur Verbindungselement,
sondern
zugleich Teil des Verteilersystems, für das man im Bereich der Brennelemente überhaupt
keine zusätzlichen Leitungen braucht. Infolge dessen wird der Ein- und Ausbau der
Brennelemente beim Brennelementwechsel in keiner Weise durch die Notkühleinrichtung
behindert. Trotzdem erhält man im Kern eine gezielte Verteilung des Notkühlmittels.
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-Die über die Zentrierstifte angeschlossenen Führungsrohre liegen
vorteilhaft im äueren Bereich des Brennelementquerschnittes. Man kann sich dabei
zunutze machen, daß aus den Führungsrohren bei geeigneter Ausbildung der Auslaßöffnung
Strahlen austreten, die auch das Zentrum der Brennelemente ausreichend kühlen. Vorteilhaft
sind vier oder mehr Führungsrohre an die Zentrierstifte eines Brennelementes angeschlossen.
Da üblicherweise mindestens zwei Zentrierstifte pro Brennelement vorgesehen sind,
kann man mit Zentrierstiften und Führungsrohren eines Brennelementes entweder zwei
voneinander unabhängige Notkilhlkreise herst;ellen, oder aber ein redundantes System
bilden, bei de ale vier oder mehr Führungsrohre gleichmäßig von allen Lentrierstiften
beaufschlagt werden.
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Die Bohrungen der an die Zentrierstifte angeschlossenen Führungsrohre
sind vorteilhaft über eine kleinere Länge als die des Brennelementes verteilt. Dies
ergibt den Vorteil, daß bei kleinem Austrittsquerschnitt und gegebenem Druck eine
hohe Strömungsgeschwindigkeit des Notkülilmittels entsteht. Dadurch wird das Notkühlmittel
wirksam auch an solchen Stellen des Reaktorkerns gespritzt, die relativ weit von
Führungsrohren entfernt sind. Vorteilhaft sind die Bohrungen insbesondere in der
Mitte und/oder der unteren Hälfte des Brennelementes angeordnet.
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Zusätzlich zu den beschriebenen Führungsrohren kann eine Notkühlung
mit Ifilfe der Zentrierstifte auch durch qipritzdüsen erhalten werden, die urirrittelbar
im Kcfteil von Brennelementen angebracht sind. Yise Dosen, die von den
Zentrierstiften
gespeist werden, richten ihre Strahlen zweckmäßig überwiegend in Längsrichtung der
Brennelemente.
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Die Erfindung ist an sich unabhängig von der Art der Betätigung der
Steuerstäbe, die in den Führungsrohren geführt sind. Sie läßt sich jedoch besonders
kostengünstig dann verwirklichen, wenn dieührungsrohre Teile eines hydraulisch betätigten
Steuersystems sind. In diesem Fall kann man nämlich weitere Teile des hydraulisch
betätigten Steuersystems in das Notkühlsystem einbeziehen, wie später noch näher
erläutert wird.
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Den Zentrierstiften kann man auch einen Speicher für Borsäurekonzentrat
zuordnen. Dieser Speicher wird bei Bedarf über das Notkühlsystem entleert. Das Borsäurekonzentrat
sorgt dann für eine Herabsetzung der Reaktivität, so daß die weitere Wärmeentwicklung
durch die Notkuhlung besonders schnell beherrscht wird.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der
Zeichnung einige Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In Fig. list etwas vereinfacht ein Druckwasser-Leistungsreaktor dargestellt,
wobei der Reaktordruckbehälter in einem Längsschnitt gezeichnet ist.
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Der Reaktordruckbehälter 1 ist über einen Hauptkühlmittelauslaß 2
mit einem nicht gezeichneten Dampferzeuger verbunden. Von diesem kehrt das als normales
Kühlmittel verwendete leichte Wasser durch den Hauptkühlmittel-Einlaßstutzen 3 in
den Reaktordruckbehälter zurück. Dort strömt es um den Kernbehälter 4 nach unten
und steigt dann durch den Reaktorkern 5 auf, der in bekannter Weise aus Brennelementen
6 zusammengesetzt ist. Die Brennelemente sind beim Ausführungsbeispiel vergrößert,also
nicht maßstäblich dargestellt.
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Zur Regelung der Leistungsentwicklung im Reaktorkern 5 sind einzelnen
Brennelementen 6 in der Figur nicht sichtbare Steuerstäbe mit nautronenabsorbierendem
Material zugeordnet, die in Führungsrohren 8 der Brennelemente beweglich angeordnet
sind. Die Führungsrohre sind in allen Brennelementen vorgesehen, jedoch sind einzelne
Führungsrohre 8 nicht mit Steuerstäben besetzt. Insbesondere diese unbesetzten Pührungsrohre
8 können mit Spritzbohrungen 10 versehen werden, die vorzugsweise im mittleren und
unteren Teil der Brennelementlänge angeordnet werden.
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Die Führungsrohre 8 sind über Zentrierstifte 12 mit einer Notkühlmittelquelle
außerhalb des Reaktordruckbehälters verbunden. Die Führungsstifte 12 dienen normalerweise
zur Festlegung der Lage der Brennelemente 6 gegenüber einer Tragplatte 13 oberhalb
des Reaktorkerns, die zu einem oberen Führungegerüst 14 für die Steuerstäbe des
Reaktors gehört.
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Bei der Erfindung sind die Zentrierstifte 12 hohl ausgebildet. Dadurch
entsteht ein Durchlaß zu Rohren 15 in einem Führungseinsatz 16. Die Rohre 15 führen
über die Oberseite des Führungsgerüstes 14 hinaus. Sie sind bei 18 miteinander verbunden
und an einen Stutzen 20 angeschlossen, der durch den Deckel 21 des Reaktordruckbehälters
1 nach außen führt.
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ueber eine RAokschlagklappe 22 ist an den Stutzen 20 ein Behälter
24 mit Borsäurekonzentrat angeschlossen. In der zugehörigen Leitung 23 ist eine
Pumpe 25 und eine Rückschlagklappe 26 angeordnet.
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Ferner ist an den Stutzen 20 über eine Rückschlagklappe 28 ein als
Ganzes mit 30 bezeichnetes Notkühlsystem angeschlossen. Es umfaßt einen unter Druck
stehenden Speicher 31 für Notkühlmittel, z.B. ebenfalls Borsäurekonzentrat, der
mit einer Rückschlagklappe 29 versehen ist. Ferner gehört dazu ein Behälter 32,
der über eine Pumpe 33 und eine Rückschlagklappe 34 mit der Speiseleitung 35 des
Notkühlsystems 30 verbunden ist. Die Leitung 35 ist über eine weitere Rückschlagklappe
37 und einen Zwischenkühler e, sowie über
eine weitere Pumpe 39
mit den bei 40 angedeuteten Sumpf eines den Reaktordruckbehälter 1 aufnehmenden
Reaktorgebäudes verbunden.
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In den Fig. 2 und 3 ist in größerem Maßstab in zwei zueinander senkrechten
Schnitten die Verbindungsstelle zwischen den Brennelementen 6 und den Zuflußrohren
15 gezeichnet.
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Man sieht, daß das Zuführungsrohr 15 in eine Platte 40 des Führungseinsatzes
16 eingeschweißt ist und in eingebauter Lage in ein Verbindungsstück 41 greift,
das die Zuführungsleitung 15 mit mehreren Brennelementen verbindet. Über eine Buchse
42 ist mit jeweils einem Anschluß des Verbindungsstücks 41 ein Zentrierstift 12
angeschlossen, der in der Gitterplatte 46 des Führungsgerüstes 14 festgelegt ist.
Wie man sieht, enthält der Zentrierstift 12 einen Längskanal 48, der am unteren
Ende in Auslaßbohrungen 49 übergeht. Die Bohrungen führen durch den sich verjüngenden
Kopf 50 des Zentrierstiftes 12, mit dem beim Aufsetzen der Gitterplatte 46 die Brennelemente
6 in die richtige Lage zueinander und zum Führungsgerüst 14 gebracht werden. Zu
diesem Zweck greift der Zentrierstift 12 in eine Bohrung 52 im Kopfteil 53 jedes
Brennelementes.
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Im Kopfteil 53 ist ein Verbindungsrohr 54 vorgesehen, das den Anschluß
zu dem im Brennelement 6 liegenden Steuerstabführungsrohr 8 herstellt. Das Rohr
54 kann auch als Verzweigung ausgebildet sein und mehrere Führungsrohre 8 versorgen.
Ferner kann das Rohr 54, das unter Umständen durch kanalähnliche Bohrungen im Metall
des Kopfteiles 53 ersetzt ist, auch direkt im Kopfteil 53 sitzende Sprühdüsen 56
speisen, die in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet sind.
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Wie man in Fig. 3 sieht, ist ein quer zur Richtung der Leitung 15
verlaufendes Rohr 58 an das Verbindungsstück 41 angeschlossen. Das Rohr 58 führt
zu benachbarten Zentrierstiften 12, die der Ubersichtlichkeit halber nicht gezeichnet
sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Zuführung des Notkhlnittels kann der Ein-
und Ausbau der Brennelemente 6 in der üblichen Weise erfolgen, da keine besondere
Verbindung zwischen den Brennelementen 6 und dem Kerngerüst notwendig ist, die in
zusätzlichen Arbeitsgängen montiert oder demontiert werden müßte.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeichnet, bei der
der Anschlußstutzen 2G des Notkühlsystems gegenüber der Figur 1 seitlich versetzt
ist. Er besitzt ein in das Innere des Deckels 21 verlängertes Rohr 6O, das beim
Aufsetzen des Deckels in das trichterförmig erweetere freie Ende 61 eines Verteilerrohres
62 greift. Das Ärerteilerrohr 62 ist auf dem oberen Rarid 14 des FüLungsgerüstes
befestigt. Dort steht es mit dem zur uführung von Notkühlmitteln vorgesehenen Zuführungsrohr
1.5 i.r Verbindung. bber den Kernquerschnitt kann eine grö3ere Zahl von Zuführungsrohren
15 verteilt werden, damit die über die hohlen Zentrierstifte 12 angeschlossenen
Führungsrohre 8 vleichmäßig beaufschlagt werden.
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In der Mitte des Deckels 21 ist ein Druckrohr 65 vorgesehen, das zur
hydraulischen Betätigung der Steuerstäbe dient, wie z.B. in der Patentanmeldung
P 22 04 836.8 = VPA 72/9406 angegeben ist. Die Druckleitung 65 ist mit einem koaxialen
Rohr 66 umgeben. Der dazwischen entstehende Ringraum 67 steht außerhalb des Reaktordruckbehälters
mit einem Anschlußstutzen 68 in Verbindung, so daß durch den Ringraum 67 ebenfalls
Notkühlmittel eingespeist werden kann. Dieses Notkühlmittel wird in geeigneter Höhe
über dem Kerngerüst 14 in eine weitere Leitung 15' eingespeist. Von dort kann es
den Zentrierstiften 12 weiterer Brennelemente zugeführt werden.
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Die Fig. 2 zeigt, daß das eine über den Zentrierstift 12 angeschlossene
Führungsrohr 8 am Rande des Brennelementes 6 liegt. Zweckmäßig werden von einem
Zentrierstift 12 jedoch
mindestens vier Führungsrohre 8 versorgt.
Bei zwei Zentrierstiften 12 je Brennelement 6 erhält man dann mindestens acht Rohre,
die das Notkühlmittel versprühen, so daß sich eine sehr wirksame feine Verteilung
ergibt.