DE2318764A1

DE2318764A1 - Gitterrost fuer den kern eines kernreaktors

Info

Publication number: DE2318764A1
Application number: DE19732318764
Authority: DE
Inventors: Jacques Leheu
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: 1972-04-19
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1973-10-31
Also published as: US3937653A; JPS4915895A; IT980869B; FR2180517A1; FR2180517B1; GB1401142A; BE798321A

Description

PATEN !ANWALT

DR. HANS ULRICH MAY D S MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1a TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEFON CO81O 59 36B2

CP 450/* 161 München, 13. April 1973

Pr.M./se

B 4138.3

Commissariat ä I¹ Energie Atomique und Creusot^Loire 3»A.

in Paris/Frankreich

Gitterrost für den Kern eines Kernreaktors.

Die Erfindung betrifft einen Gitterrost (Traggerüst) für den Kern eines Kernreaktors, besonders eines mit schnellen Neutronen arbeitenden und durch flüssiges Natrium gekühlten Kernreaktors _t bei dem die vom Kern abgegebene Wärme in getrennten Wärmetauschern gewonnen wird, die vorzugsweise im Inneren des den Kern und das umlaufende Natrium enthaltenden Behälters angebracht sind. Eine solche Bauweise von Kern- Wärmetauschern wird im allgemeinen als integrierter Kernreaktor bezeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Inneren des Reaktorbehälters angeordneten, den Kern tragenden Gitterrost zu schaffen, der besonders gegenüber der auf ihn wirkenden Last eine höhere mechanische Festigkeit aufweist, jedoch für den Fall eines Unfalls oder Versagens oder Beschädigung einiger seiner Teile den Ausbau des Gitterrostes als Block, seine Entnahme aus dem Behälter und seinen Ersatz durch einen anderen gleichen Gitterrost ermöglicht«

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Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Gitterrost-der erwähnten Artj, der aus einem Kasten besteht, dessen Decke und Boden von Bwei Metallplatten gebildet sind, die durch in. ihm gemäß einem geeigneten Netzwerk verteilte zylindrische Leitrohre in. einem Abstand voneinander gehalten sind, wobei die Leitrohre durch in der oberen Deckplatte des Kastens vorgesehene Öffnungen in vom Gitterrost getragenen Brennstoffelementanordnungen münden, die insgesamt den Kern des Reaktors begrenzen und deren Stellung und Versorgung mit dem flüssigen Natrium durch die Leifcrohre erfolgt. Schließlich betrifft die Erfindung noch genauer einen Gitterrost dieser Art» der eine obere ebene waagerechte Platte aufweist, den eine senkrechte Achse aufweisenden Reaktorkern trägt und mit Vorrichtungen versehen ist, durch die der Kasten, der von den in einem Abstand voneinander gehaltenen Deck- und Bodenplatten gebildet wird» auf einem zu dem den Reaktorkern und die Wärmetauscher enthaltenden Behälter gehörenden Auflager gehalten ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gitterrost der angegebenen Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die untere oder Bodenplatte des Kastens die Form einer Kugellcalotte hat, die an ihrem Rand in einem ebenen Flansch endet, und daß die ebene obere oder Deckp-La.tte einen parallel &um Flansch der Bodenplatte verlaufenden und in einem Abstand von diesem gehaltenen Ringflansch aufweist, der auf einem den Kasten umgebenden Tragring aufliegt, und daß der ebene Plansch der Bodenplatte sich auf einer ebenen Ringfläche eines mit dem Reaktorbehälter fest verbundenen Ringelements abstützt«

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Konstruktion ergeben sich aus den Unteransprächen.

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Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. Hierin »eigeni Fig. 1i Eine Hälfte eines Längsschnitts eines Kernreaktors mit

einem erfindungsgemäßen Gitterrost ι Pig* 2s Einen Schnitt in größerem Maßstab» der im einzelnen die Ausführung des Gitterrostes und besonders seine Abstützung am Reaktorbehälter zeigt«

Wie aus Fig* 1 ersichtlich, v/eist der gezeigte Kernreaktor im wesentlichen einen äußeren oder Haupt behälter 1 aus Metall auf, der an seinem oberen Teil durch einen Deckel 2 verschlossen ist, der besonders aus Beton besteht und der Strahlenabschirmung dient. Im Inneren des Behälters ι befindet sich der Kern 3 des Reaktors, der aus nebeneinander angeordneten Brennstoffelementen oder -anordungen 3a besteht» die sich parallel zueinander senkrecht erstrecken. Oberhalb des Kerns 3 ist der Deckel 2 durch einen drehbaren Stopfen 4 verschlossen, der im Inneren des Behälters 1 oberhalb des Reaktors einen Kerndeckel 5 trägt» der mit Meß«- oder Regelelement en 6 für die verschiedenen Anord.UK.gen des Kerns versehen ist, Der Kern selhsrc befindet sich in einem flüssigen Milieu ?» das der Kühlung dient und vorzugsweise aus strömendem Natrium besteht, v/ährend der oberhalb des Natriumspieaeis im Behälter verbleibende Raum 8 durch ein Schutzgas, im allgemeinen Argon, gefüllt ist. Das durch, den Keaf'K 3 strömende Natrium erwärmt sich in Berührung mit den Brennstoff anordnungen 3a und gibt die aufgenommene Wärme in. den Wärme« taLischer-'Förderpumpeneinheiten ab, von denen eine in Fig« 1 scher/iatisch mit der Bezeichmmg 9 gezeigt ist* Diese Einheiten sind so ausgebildet, daß sie von dem vom Kern austretenden heiiBen Na~ tr ium gespeist *;/erde:a und dieses nach Abkühlung durch Leitungen 10

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unter den Kern für einen neuen Zyklus zurückführen· Vorteilhafter«» weise sind die Einheiten 9 um die senkrechte Achse des Kerns 3 gleichmäßig verteilt und in ihrem oberen Teil durch den Deckel 2 gehaltent um den Zugang zu ihnen zu ermöglichen und sie ausbauen zu können» Die Leitungen 10 .sind ihrerseits von Füßen 9a gehalten, die mit dem unteren Teil des Hauptbehälters 1 verbunden sind*

Um die den Kern 3 bildenden Brennstoffelemente 3a zu stützen, benutzt man erfindungsgemäß einen Gitterrost in Form eines Kastens 11» von dem Fig« 2 Einzelheiten, in größerem Maßstab zeigt* Dieser Kasten, besteht vor allem aus -zwei Platten 12 und 13» nämlich der wäagrechten oberen oder Deckplatte 12 und der als Kugelkalotte ausgebildeten oder Bodenplatte 13» deren Achse mit der Achse des Kerns zusammenfällt* Die Platten 12 und 13 werden mittels zylindrischer Leitrohren 14 in einem Abstand voneinander gehalten, welche an ihrem oberen Teil mit Hülsen 14a versehen sind, welche durch in der Deckplatte 12 ausgebildete öffnungen führen und in die die Fuße oder unteren Teile von Brennstoffelementanordrrangen 3a eingreifen, so daß letztere in einem bestimmten Abstand voneinander gemäß dem Netz, wie die Leitrohre im lasten 11 verteilt sind* streng seniorecht gehalten sind. Die Befestigung dieser Leitrohre an den Plat*- ten 12 und 13 kann in beliebiger Weise erfolgen» besonders durch Elektronenstrahl schweißen, wodurch man Verbindungen mit sehr hoher mechanischer Festigkeit erhält. Die Verteilung der Montageöffnungen. der Leitrohre 14 auf den Platten 12 und 13 muß, wie erwähnt» genau den relativen Stellungen der Brennelementanordnungen 3a im Kern entsprechen,, und die Anwendimg der Elektronenstrahl schweißung aur Befestigung der Leitrohre vermeidet Verformungen> welche diese genaue Lage beeinträchtigen könnten. Die Leitrohre 14 besitzen eine verschiedene Länge entsprechend dem Abstand des jeweiligen Punktes

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der Deckplatte 12 von der Bodenplatte 13 und weisen seitliche öffnungen 14b auf, durch die das Kühlmittel Natrium» welches aus den Allstauschsr-Fördereinheiten 9 durch die Leitungen 10 in den Kasten. 11 eingeleitet wird, in die Leitrohre eindringen und in diesen in Richtung des Fußes der entsprechenden Brennstoffelementanordnung 3a aufsteigen lcami_s die es durchströmt und kühlt.

Erfindungsgemäß ist der den Gitterrost bildende Kasten 11 von dem den Kern umgebenden Behälter 1» der auch das Kühlmittel Natrium enthält, mittels besonderer Vorrichtungen gehalten, die am Umfang des Kastens angeordnet und im folgenden beschrieben sind.

Wie Pig, 2 zeigt» setzt sich die Deckplatte 12 seitlich in einer ebenen Auflagefläche 15 forty welche im allgemeinen aus Stahl bestehende Elemente 16 tx^ägt, die in der Nähe der Brennelementanordnungen 3a am Umfang des Kerns angeordnet sind und die seitliche Neutronenabschirmung des Kerns bilden* Unterhalb der Auflagefläche 15 ist die Deckplatte ^2 fest mit einem kurzen zylindrischen Ring 17 verbunden, der an seinem unteren Ende anschließend einen waagerechte also parallel sur Ebene der Deckplatte 12 verlaufenden Planschring 18 trägt« Am oberen Teil dieses Flansches 18 sind vor» teilhafterweise vertiefte Sitze 19 ausgebildet, in die mit den Abschirmelementen 16 fest verbundene Orientierungsstäbe 20 eingreifen können.

Die als Kugelkalotte ausgebildete untere oder Bodenplatte 13 weist an ihrem Rand einen ebenen Plansch 21 auf, der sich parallel zum Planach 18 der Deckplatte 12 erstreckt. Die Plansche 18 und 21 sind durch Metallsäulen 22 in einem Abstand voneinander gehalten, die in Kombination mit den die Stellung der Brennelementanordnungen 3a festlegenden Leitrohren 14 zur Versteifung des Kastens dienen.

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Der so aufgebaute Kasten ruht mit seinem Flansch 18 auf einem Ringbalken 23» der einen halbtorusförmigen hohlen Teil 24 aufweist, der den Kasten seitlich umgibt vnd sich in Richtung des Kastens in einer Lagerfläche 25 fortsetzt, die sich parallel zum Flansch 18 erstreckt und auf der dieser ruht. Vorteilhafterweise erfolgt die Orientierung des Kastens 11 bezüglich des Ringbalkens 23 mit« tels Klötzen oder Zapfen 26, die mit der Lagerfläche 25 fest verbunden sind und in hohle Sitze 27 im Flansch eingreifen, wobei diese Anordnung jedoch auch umgekehrt sein kann, indem die Küötae oder Zapfen am Flansch vorgesehen sind und in Sitze im Ringbalken eingreifen· Vorzugsweise weisen diese Zapfen 26 die Form von Kreissektoren auf und sind über äen Umfang der Lagerfläche 25 rings um die gemeinsame Achse des Kastens und des Ringbalkens verteilt. Im übrigen, und um eine geeignete Abdichtung gegenüber dem vom Torus 24 des Ringbalkens, der als Sammelkanal wirkt, durch den Kasten 11 strömenden Natrium zu erreichen, sind an dem oberen Teil der Lagerfläche 25 eine Reihe von Rippen 28 ausgebildet» die in Ringnuten 29 von gleichem Radius eingreifen, die an der gegenüber« liegenden Fläche des Flansches 18 vorgesehen sind, oder umgekehrt. Der Kasten 11 ruht so mit seinem Flansch 18 auf der Lagerfläche 25 des Ringbalkens 23, der seinerseits bezüglich des Hauptbehälters 1 des Reaktors unbeweglich gehalten ist« Zu diesem Zweck ist der Torus 24 durch eine Gelenkverbindung 30 mit einem Kranz 31 verbunden, der einen Nebenrost bildet, den Kern außen umgibt und in gleicher Weise wie die Deckplatte 12 massive Elemente 32, besonders aus Stahl, trägt, die eine zweite seitliche Abschirmung bilden. Dieser Kranz 31 stützt sich über ein Rollenlager 33a auf einer Lagerfläche 33b ab, die ihrerseits von Flügeln oder Ringen 34 ge« tragen wird, die mit dem Boden des Behälters 1 verbunden sind.

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Diese Flügel 34 weisen öffnungen ?3 für die Leifongen IO auf» die das Natrium in den Innenrauni des Torus 24 des Singbalkens 23 führen« Außerdem ist das untere Ende des Tonis 24 fest mit einem Kragen 36 verbunden _t der an einen konischen Ring 37 angeschweißt ist» der sich im wesentlichen in der Verlängerung der Tangentialebene an. das Ende der Kugelkalotte 13 erstreckt und selbst mit seinem entgegengesetzten Ende an einem verstärkten Teil 38 des Behälters 1 angeschweißt ist* Die ebene Lagerfläche 25 und der Kragen 36 sind durch senkrechte Säulen 42 in Abstand voneinander gehalten. Der Kragen 36 trägt eine Querschulter 39 in Form einer Ringplatte, die sich waagerecht parallel zum Plansch 21 der Bodenplatte 13 erstreckt und ein Auflager 40 für eine elastische Dichtung 41 trägt, die zwischen dem Auflager und der Unterseite des Flansches 21 angeordnet ist.

Man erhält so einen Gitterrost für den Kern eines Kernreaktors, der zahlreiche Vorteile aufweist» sowohl hinsichtlich seiner eigenen mechanischen Festigkeit wie hinsichtlich der Möglichkeit des Aus« baus für Reparaturen oder vollständigen Austausch* Wie ersichtlichj ist die für die Bodenplatte des Kastens gewählte Form einer zum Kern gleichachsig^. Kugelkalotte außerordentlich günstig, um die die Brennstoffelementanordnungen tragenden Leitrohre starr zu halten, xxaä verleiht außerdem eine gute mechanische Festigkeit gegenüber den durch diese Anordnungen bewirkten Belastvagen, Diese Aus-» bildung ermöglicht besonders eine nicht unwesentliche Verringerung der Dicke der Bodenplatte, und außerdem begünstigen die sich aus den:· Gestellt von Deckplatte und Bodenplatte ergebenden radialen Querschnitte des Kastens eine praktisch gleichmäßige Strömung des flüssigen Hatriums zwischen den Leitrohren_f welche die Brennelement anordnungen speisen.»

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Bin weiterer Vorteil des Gitterrostes ergibt sich aus der direkten Auflage des Kastens auf einem mit dem Reaktorbehälter verbundenen Ringbalken, der so ausgebildet sein kann,, daß er gleichzeitig eine Sammelleitung für die Einspeisung des als Kühlmittel dienenden Natriums in den Innenraum des Gitterrostes büßtet. Besonders vermeidet man bei dieser Ausbildimg , im Inneren des Behälters ein •Traggerüst oder andere entsprechende Einrichtung anzuordnen» wie sie bisher gewöhnlich zur Stützung des Gitterrostes selbst benutzt wird» Da der Ringbalken als Sammelleitung dient, erfolgt die Ein«* speisung des Natriums direkt und gleichmäßig rings um den Kasten, während Natriumlecks aus dem Kasten durch ganz einfache Mittel (Labyrinth auf der eigentlichen Auflagefläche und Ringdichtung am unteren Teil) vermieden werden*

Die Ausbildung der Deckplatte des Kastens mit einem Flansch, der auf dem Ringbalken aufliegt,* ermöglicht im übrigen das Abheben des Gitterrostes im ganzen ohne größere Schwierigkeiten _f besonders um ihn aus dem Behälter 1 herauszunehmen_s was nach Abheben der Brennelemehtanordnungen 3a durch eine Öffnung von geeignetem Durchmesser im Deckel 2 erfolgt. Wie ersichtlich* ist der erfindungsgemäße Gitterrost auf den Ringbalken einfach aufgesetzt und wird durch eine nach oben gerichtete Kraft sofort von seinen Stützen, die mit dem Behälter verbunden bleiben, abgehoben» Andererseits kann der Gitterrost ohne Gefahr einer Veränderung der gegenseitigen Lage der Leitrohre und damit einer Verformung der geometrischen Anordnung der Brennelemente im Kern auf seine Lagerfläche auf dem Ringbalken aufgesetzt werden, da er durch die als Stege und Abstandshalter zwischen seiner Deckplatte und Bodenplatte wirkenden Leitrohre und die Versteifungssäulen an seinem Umfang genügend starr ist« Schließlich ermöglichen die Leitrohre selbst eine gün~

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stige Übertragung der von den Brennelementen ausgeübten Belasten« gen auf die als Kugelkalotte ausgebildete Bodenplatte, welche die Last ihrerseits durch die ringförmige Auflagefläche auf das mit dem Behälter verbimdene Ri&gelement überträgt, So daß der Behälter
schließlich die gesamte auf den Gitterrost wirkende Last aufnimmt·

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Claims

Patentansprüche

1 ·)Gitterrost für den Kern eines Kernreaktors» der besonders durch Kreislauf von flüssigem Natrium im Inneren eines den Kern und den Gitterrost enthaltenden Behälters geldihlt ist, wobei der Gitterrost aus einem Kasten mit swei Metallplatten, als Abschluß-* platten besteht» von den£n die obere Deckplatte bei senkrechter Achse des Kerns eben und waagerecht ist und durch im Kasten gemäß einem regelmäßigen Netz verteilte zylindrische Leitrohre in einem Abstand von der anderen AbschZußplatte gehalten ist, und wobei der Gitterrost Einrichtungen aufweist» um den Kasten auf einem Auflager des Behälters abzustützen» dadurch gekennzeichnet, daß die untere oder Bodenplatte 13"des Kastens (11) die Form einer iCugellcalotte hat und an ihrem Rand in einem ebenen Plansch (21) endet und die ebene obere oder Deckplatte (12) einen "Ringflansch (18) aufweist, der sum Flansch(2i) parallel und in einem Abstand von diesem gehalten ist, daß der Flansch(18)der Deckplatte (12) auf einem den Kasten (11) umgebenden Ring balken (23) und der Plansch (21) der Bodenplatte auf einer ebenen Ringfläche (39) eines mit dem Reaktorbehälter (1) fest verbundenen Ringelements (37) ruht.

2* Gitterrost nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der ebene Flansch (21) der Bodenplatte (13) und der parallele Plansch (18) der Deckplatte (12) durch senkrechte Versteifungssäulen (22) in einem Abstand voneinander gehalten sind*

3« Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 und 2» dadurch gekenn«» aeichnet» daß der Ringbalken (23) eine obere .Kreisförmige waage·». rechte Auflagefläche (35) von im wesentlichen gleichem Radius

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wie der Flansch (18) der Deckplatte (i 2) aufweist und daß an den einander zugewandten Flächen des Flansches (18) und der Auflagefläche (25) gleichachsige Kreisnuten (28, 29) vorgesehen sind, die bei aufliegendem Gitterrost ein Abdichtungslabyrinth für das Kühlnatrium bilden.

4. Gitterrost nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Flansches (18) der Deckplatte (12) bezüglich der ringförmigen Auflagefläche (25) des Ringbalkens (23) durch kreissektorenförmige Klötze oder Zapfen (27) festgelegt ist» die in in der Auflagefläche (25) vorgesehene Sitze (27) eingreifen, oder umgekehrt.

5» Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet» da0 das mit dem Behälter (1) fest verbundene Ringelement (37) konisch geformt und in der Verlängerung der die Bodenplatte (13) des Kastens bildenden Kugelkalotte angeordnet ist.

6» Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (41) zwischen einer Schulter (39) des Ringelements (37) und dem ebenen Flansch (21) der Bodenplatte (13) des Kastens angeordnet ist*

7. Gitterrost nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet» daß der Ringbalken (23) aus einem seitlich zum Kasten (11) hin offenen hohlen Metalltorus (24) besteht» der einen Sammelkanal zur Speisung des Gitterrostes mit dem als Kühlmittel dienenden Natrium bildet»

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