DE2316006C2 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, mit Brennelementen, die gegenüber einem Führungsgerüst festgelegt sind und 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.

Bei einer aus der DE-OS 21 31 377 bekannten Notkühleinrichtung für einen Siedewasserreaktor wird das Notkühlmittel über Rohre geführt, die teilweise mit den Antrieben für Steuerstäbe baulich zusammengefaßt sind. Da die Steuerstäbe bei solchen Siedewasserreaktoren von unten in den Reaktorkern eingefahren werden, sind auch die Notkühlleitungen von unten in den Reaktordruckbehälter geführt. Im Inneren sind sie über Verteilungskammern angeschlossen. Zahlreiche weitere Verteilungsrohre führen dann von jedem Steuerstableitrohr direkt oder indirekt zu den unteren Enden, der als Brennstoffkassette bezeichneten Brennelemente.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die für die Verteilung des Notkühlmittels im Reaktorkern erforderliche Leitungsführung noch weiter zu vereinfachen. Dabei soll besonders berücksichtigt werden, daß die Leitungen den Ausbau und Einbau der Brennelemente bei einem Brennelementwechsel nicht verzögern, ohne daß es notwendig ist, Leitungen von unten in den Reaktorkern zu führen, weil bei deren Bruch das Kühlwasser unbehindert ausfließen könnte.

Die Erfindung löst die Aufgabe der Erfindung des Notkühlmittels dadurch, daß die Führungsrohre in an sich bekannter Weiss mil einer Zuführungsleitung verbunden sind und daß diese Verbindung über hohle Zentriers-tifte erfolgt, die die Brennelemente gegenüber dem Führungsgerüst festlegen.

Bei der Erfindung werden die bisher als massive Körper hergestellten Zentrierstifte durchbohrt und an entsprechende Leitungen im Bereich der Brennelemente angeschlossen. In dieser Form werden sie ohne ^Beeinträchtigung dei Führungsfunktion als Verbindungsleitung für das Notkühlmittel verwendet, so daß gerade in dem wegen des Brennelementwechsels kritischen Bereich der Anschlußstelle der Brennelemente keine zusätzlichen Leitungen benötigt werden, die oberhalb der Brennelemente liegen und vor deren Ausbau gelöst werden müßten.

Besonders günstig läßt sich die Erfindung in der Weise ausführen, daß in einem Kopfteil der Brennelemente Kanäle vorhanden sind, die Zentrierstifte und Führungsrohre miteinander verbinden. 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.
Die über die Zentrierstifte angeschlossenen Führungsrohre liegen vorteilhaft im äußeren Bereich des Brennelementquerschnittes. Man kann sich dabei zunutze machen, daß aus den Führungsrohr ?n 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 übl^;cherweise mindestens zwei Zentrierstifte pro Brennelement vorgesehen sind, kann man mit Zentrierstiften und Führungsrohren eines Brennelementes entweder zwei voneinander unabhängige Notkühlkreise herstellen, oder aber ein redundantes System bilden, bei dem alle vier oder mehr Führungsrohre gleichmäßig von allen Zemriersliften beaufschlagt werden.

Die Bohrungen der an die Zentrierstifte angeschlossenen Führungsrohre sind vorteilhaft über eine kleinere Länge als die des Brennelementes veneiit. Dies ergibt den Vorteil, daß bei kleinem Austritfsquerschnitl und gegebenem Druck eine hohe Strömungsgeschwindigkeit d 3 Notkühlmittels 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.

Zusätzlich zu den beschriebenen Führungsrohren kann eine Notkühlung mit Hilfe der Zentrierstifte auch durch Spritzdüsen erhalten werden, die unmittelbar im

Kopfteil von Brennelementen angebracht sind. Diese Düsen, die von dun Zen'.rierstiften gespeist werden richten ihre Strahlen zweckmäßig überwiegend in Längsrichtung der Brennelemente.

Den Zentrierstiften kann man au cn einen Speicher für Borsäurekonzentrat zuordnen. Dieser Speicher wird bei Bedarf über das Noikuhlsystem entleert. Das Borsaurckonzentrat sorgt dann für eine Herabsetzung der Reaktivität, so daß die weitere Wärmeentwicklung durch die Notkühlung besonders schnell beherrscht "> wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele beschrieben.

In Fig. 1 ist etwas vereinfacht ein Druckwasser-Lei- ι > stungsreaktor dargestellt, wobei der Reaktordruckbe halter in einem Längsschnitt gezeichnet ist.

Der Reaktordruckbehälter 1 ist über einen Hauptkühimittelauslaß 2 mit einem nicht gezeichneten .Dampferzeuger verbunden. Von diesem kehrt das ais 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 V/eise aus Brennelementen 6 zusammengesetzt ist. Die Brennelemente sind beim Ausführungsbeispiel vergrößert, also nicht maßstäblich dargestellt.

Zur Regelung der Leistungsentwicklung im Reaktorkern 'S sind einzelnen Brennelementen 6 in der Figur ^o nicht sichtbare Steuerstäbe mit neutronenabsorbierendem 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 Führungsrohre 8 können mit Spritzbohrungen 10 versehen werden, die vorzugsweise im mittleren und unteren Teil der Brennelementlänge angeordnet werden.

Die Führungsrohre 8 sind über Zentrierstifte 12 mit ener 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 oberer, Führungsgerüst 14 für die Steuerstäbe des Reaktors gehört. 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 i8 miteinander verbunden und an einen Stutzen 20 angeschlossen, der durch den Deckel 21 des Reaktordruckbehälters 1 nach außen führt. Über eii.e Rückschlagklappe 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.

Ferner ist an den Stutzen 20 über eine Rückschlagklappe 28 ein als Ganzes mit 30 bezeichnetes GO Notkühlsystem angeschlossen. Es umfaßt einen unier 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 38, sowie über eine weitere Pumpe 39 mit den bei 40 angedeuteten Sumpf eines den Reaktordruckbehalier i aufnehmenden Reaktorgebäudes verbunden.

In den F i g. 2 und 3 ist in größerem Maßstab in zwei zueinander senkrechten Schnitten die Verbindungsstelle /wischen den Brennelementen 6 und den Zuflußrohren 15 gezeichnet. 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 Auslaßbuhrungen 49 übergeht. Die Bohrungen fuhren durch den sich verjüngenden Kopf 50 des Zentnerstifte:, 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.

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 F i g. 2 gestrichelt angedeutet sind.

Wie man in F i g. 3 sieht, ist ein quer zur Richtung der Leitung 15 verlaufendes Rohr 58 an das Verbindungsstück 41 angeschlossen. Das Rohr 58 führt zu benachbarten Zemrierstiften 12, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Zuführung des Notkühlmitteis kann der Ein- und Ausbau der Bronnelemente 6 in der üblichen Weise erfolgen, da keine besondere Verbindung zwischen den Brennelementen ö und dem Kerngerüst notwendig ist, die in zusätzlichen Arbeitsgängen montiert oder demontiert werden müßte.

In Fig.4 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeichnet, bei der der Anschlußstutzen 20 des Noikühlsystems gegenüber der Fig. 1 seitlich versetzt ist. Er besitzt ein in das Innere des Deckels 21 verlängertes Rohr 60, das beim Aufsetzen des Deckels in das trichterförmig erweiterte freie Ende 61 eines Verteilerrohres 62 greift. Das Verteilerrohr 62 ist auf dem oberen Rand 14 des Führungsgerüstes befestigt. Dort steht es mit dem zur Zuführung von Notkühlmitteln vorgesehenen Zuführungsrohr 15 in Verbindung. Über den Kernquerschnitt kann eine größere Zahl von Zuführungsrohren 15 verteilt werden, damit die über die hohlen Zentrierstifte 12 angeschlossenen Führungsrohre 8 gleichmäßig beaufschlagt werden.

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 Drucklei'ung 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 "veitere Leitung

15' eingespeist. Von dort kann es den Zentrierstiften 12 weiterer Brennelemente zugeführt werden.

Die F i g. 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, mit Brennelementen, die -vgenüber einem Führungsgerüst festgelegt sind und 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, dadurch gekennzeichne i, daß die Führungsrohre (8) in an sich bekannter Weise mit einer Zuführungsleitung (15) verbunden sind und daß diese Verbindung über hohle Zentrierstifte (12) erfolgt, die die Brennelemente (6) gegenüber dem Führungsgerüst (14) festlegen.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kopfteil (53) der Brennelemente (6) Kanäle vorhanden sind, die Zentrierstifte (12) und Führungsrohre (8) miteinander verbinden.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Zentrierstifte (12) angeschlossenen Führungsrohre (8) im äußeren Bereich des Brennelementquerschnittes liegen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier Führungsrohre (8) oder mehr an die Zentrierstifte (12) eines Brennelementes (6) angeschlossen sind.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (10) der an die Zentrierstifte (12) angeschlossenen Führungsrolle (8) über eine kleinere Länge als die des Brennelementes (6) verteilt, insbesondere in der Mitte und/oder unteren Hälfte des Brennelementes (6) angeordnet <»i<d.

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Spritzdüsen (56) im Kopfteil (53) von Brennelementen (6).

7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Zentrierstiften (12) ein Speicher (24) für Borsäurekonzentrat zugeordnet ist.