DE2333824B2 - Kernkraftanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kernkraftanlage mit Brennstoffelement-Anordnungen, die über einem Kühlmittel für die Brennstoffelement-Anordnungen enthaltenden Behälter angebracht sind, wobei eine Gitteranordnung, die den ganzen Kernaufbau trägt, nur am Umfang des Behälters abgestützt ist.

Diese Art der Gitterabstützung, die aus der GB-PS 37 785 bekannt ist. hat den Vorteil, daß die untere Schale des Behälters, in dem der Kernaufbau angeordnet ist. nur sehr wenige Durchführungen zu enthalten braucht.

Andererseits ist es bekannt, daß bei einem Kernreaktor, der mit einem flüssigen Alkalimetall gekühlt wird, das Kühlmittel beim Vorbeistreichen an den Brennstoffelement-Anordnungen auf Grund des sich dabei einstellenden Druckabfalls ?uf die Brennstoffelemente eine Kraft ausübt, die die Brennstoffelemente aus ihren Halterungen nach oben treibt. Zur Verhinderung dieser Aufwärtsbewegung der Brennstoffelemente ist bekannt, diese mechanisch am Behälter oder an den Kanälen, in denen sie angeordnet sind, festzuhalten. Dies erschwert jedoch das Einsetzen und Auswechseln der Brennstoffelemente. Es sind aber auch hydraulisch wirkende Maßnahmen bekanntgeworden, die einen Druckausgleich derart hervorrufen, daß die die Brenn-Stoffelemente aufwärts treibenden Kräfte vermindert bzw. ganz kompensiert werden. So ist aus der US-PS 66 624 eine Lösung bekannt, die im Brennstoffele-

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ment längsverlaufende Kanäle vorsieht, durch die sich der Druck, der das Brennstoffelement aufwärts treibt, abbauen kann. Diese Lösung erfordert demnach speziell hergerichtete Brennstoffelemente. Aus der DT-AS 12 95714 ist bekannt, eine Umwegleitung zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil des Kühlmittelkreislaufs vorzusehen, über die Hochdruck auf einen oberhalb des Brennstoffelements angeordneten Kolben derart gegeben wird, daß der Kolben das Brennstoffelement niederhält. Zwar braucht das Brennstoffelement bei dieser Lösung nicht in seinem Aufnahmekanal befestigt zu werden, dennoch ist es nicht frei zugänglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernkraftanlage der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß Brennstoffelemente darin verwendbar sind, die nicht in Form irgendwelcher Spezialausführungen vorzuliegen und in ihren Halterungen nicht befestigt zu sein brauchen, frei zugänglich sind und durch das Kühlmittel dennoch keinen Auftrieb erfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gitteranordnung Abstützträger-Anordnungen und die an diesen befestigten Brennstoffelement-Anordnungen trägt, daß in an sich bekannter Weise Mittel vorgesehen sind, um die an den Brennstoffelement-Anordnungen angreifenden, durch hydraulischen Druck hervorgerufenen Kräfte auszugleichen und daß diese Kräfte durch in den Abstützträger-Anordnungen angebrachte Durchgänge ausgeglichen werden.

Die Durchgänge sind in einer Abstützträgeranordnung teilweise so angeordnet, daß das unter Hochdruck stehende Kühlmittel an einer aufwärts gerichteten Fläche der Abstützträgeranordnung angreift, teilweise sind sie so angeordnet, daß unter Niederdruck stehendes Kühlmittel an abwärts gerichteten Oberflächen der Abstützträger-Anordnung angreift.

Die Lagerung der Brennstoffelemente allein am Gitter gestattet es, den Raum unterhalb des Gitters völlig frei zu halten, so daß die Behälterschale unterhalb des Gitters halbkugelförmig ausgestaltet werden kann, eine Form, die besonders druckstabil ist. Die Gitterstreben sind sehr einfach in ihrer Konstruktion ausführbar, es ist möglich, sie stumpf jeweils an ein Trägerelement anzuschweißen, das in der Behälterwand ausgebildet ist. Dieses Trägerelement ist als im Strangpreßverfahren hergestelltes Teil von T-förmigem Querschnitt zweckmäßigerweise stumpf in den Mantel des Behälters eingeschweißt.

Die Erfindung sei nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Ansicht von unten eines Brennstoffbehälters, wobei die Wandung teilweise weggenommen ist. um die Unterseite des Gitters zu zeigen,

F 1 g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-Il in F i g. 1.

F i g. 3 eine Teilansicht der Oberseite des Gitters,

Fig.4 eine vergrößerte Teilansicht des Teiles »ß« von F i g. 2 und

F i g. 5 eine Teilansicht längs der Linie V-V in F i g. 2.

Nach den F i g. 1 und 2 ist die untere Stirnwand des Brennstoff-Behälters eines natriumgekühlten Kernreaktors in der Form einer halbkugelförmigen Schale 10 vorgesehen. Die Schale 10 weist sechzehn zylindrische Durchdringungen bzw. Durchgänge 12 auf, von denen jede in der Form eines Schmiedestücks oder Plattenpreßlings mit ihrem Umfang in eine Öffnung in der Schale 10 eingeschweißt ist. Von der Schale 10 stehen

außerdem sieben Abstützträger-Anordnungen 14 für sekundäre Abschaltsegmente hoch.

In der Schale 10 verlaufen radial acht Streben 16, die untereinander durch sehnenförmig verlaufende Streben 18 zu einem Gitter verbunden sind. Das Gitter ist mit einer Kopfplatte 20 ausgestattet Die Streben 16 und 18 tragen achtundsiebzig Abstützträger- Anordnungen 22, von denen jede einen äußeren Zylinder 24 umfaßt, der sich zwischen einer Strebe und der Kopfplatte 20 erstreckt. Pas untere Ende jedes Zylinders 24 trägt acht Arme 26, von denen jeder eine Brennstoffelement-Anordnung 28 trägt

In Fig.4 ist eine Abstützträger-Anordnung detailliert dargestellt Jeder Zylinder 24 umfaßt ein unteres Endstück 30, das die Arme 26 trägt, ein zylindrisches Zwischenstück 32, das am Endstück 30 stumpf angeschweißt ist, und ein oberes Endstück 34, das an das Zwischenstück 32 und den Rand einer öffnung in der Kopfplatte 20 stumpf angeschweißt ist.

Der äußere Zylinder 24 enthält einen inneren Zylinder 36, bestehend aus einem zylindrischen Zwischenstück, an das ein unteres und ein oberes Endstück 38 bzw. 44 stumpf angeschweißt sind. Im Innern des Zylinders 36 ist an die Endstücke 38 und 46 ein weiteres zylindrisches inneres Zwischenstück 40 stumpf angeschweißt.

Das obere Endstück 44 ist mit dem oberen Abschnitt des Abstützträgers eine integrale Einheit.

Der innere Zylinder 36 wird in dem äußeren Zylinder 24 durch eine Stange 46 mechanisch niedergehalten, deren unteres, mit Gewinde versehenes Ende in das untere Endstück 30 geschraubt ist und die durch eine Bohrung in dem oberen Endstück 44 hindurchgeführt ist. Das obere Ende der Stange 46 ist mit Gewinde versehen, auf das eine Mutter 48 geschraubt ist. Die Stange 46 verläuft durch das zylindrische Zwischenstück 40, weist jedoch einen Durchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser dieses Zwischenstücks ist, so daß ein Spielraum bzw. Zwischenraum 49 entsteht.

Die Stange 46 verläuft durch eine Bohrung im unteren Endstück 38, die einen größeren Durchmesser als die Stange 46 aufweist, und mit ihr einen ringförmigen Zwischenraum bei 50 ausbildet. Die Mittelbohrung durch das obere Endstück 44 ist auf einem Teil ihrer Länge bei 52 hinterdreht. In diesen Bereich münden radial verlaufende Bohrungen 54, die eine Verbindung zum Raum über der Kopfplatte 20 schaffen.

Das oberere Endstück 44 weist außerdem prallel zu seiner Mittelachse verlaufende durchgehende Bohrungen 56 auf, die den Innenraum der rohrförmigen oberen Konstruktion des Abstützträgers mit dem Raum zwischen den Zwischenstücken 40 und 42 verbinden.

Das untere Endstück 30 weist radial verlaufende Bohrungen 59 auf, die den Raum, der zwischen den unteren Endstücken 30 und 38 begrenzt ist, mit nicht gezeigten Durchgängen verbinden, die sich in den Armen 26 erstrecken und jeweils zu dem Innenraum der zugeordneten Brennstoffelement-Anordnung 28 führen.

Die Zwischenstücke 40 und 42 weisen fluchtende Längsschlitze 60 auf.

Nachfolgend soll die Betriebsweise erläutert werden. Flüssiges Alkalimetall-Kühlmittel wird durch eine nicht dargestellte äußere Pumpe in die Schale 10 durch die Durchgänge 12 gepumpt und füllt sie ibis zu der Kopfplatte 20. Das Hochdruck-Kühlmittel läuft durch die Schlitze 60 in den Innenraum jedes Zwischenstücks 40 und durch die Bohrungen 56 aufwärts zu dem Innenraum des oberen Teils jedes Abstützträgers. Hochdruck-Kühlmittel tritt an jedes Brennstoffelement durch Schlitze in der Brennstoffelement-Anordnung an dessen unterem Ende ein und verläuft in Aufwärtsrichtung, wobei es Wärme abführt Dabei tritt ein Druckabfall auf, der eine Kraft zur Folge hat, die dazu neigt das Brennstoffelement aufwärts zu bewegen. Das Kühlmittel verläßt die Elemente mit geringerem Druck und bildet einen Teil des Kühlmittelkörpers über der Kopfplatte 20, von wo es kontinuierlich abgezogen und wieder in den Kreislauf geführt wird.

Die Bohrungen 54 und die Zwischenräume 52,49 und 50 bilden Abzugs-Durchgänge, durch die das Kühlmittel geringeren Drucks zu den Innenräumen der unteren Endstücke 30 abgezogen wird. Das Niederdruck-Kühlmittel wird durch die Bohrungen 59 und die Durchgänge in den Armen 26 zu den Innenräumen der Brennstoffelement-Anordnungen 28 abgezogen, so daß zu der oben erwähnten, aufwärts wirkenden Kraft ein Gegengewicht gebildet wird.

Es kann eine sehr einfache und wirksame Konstruktion für die Streben 16 benutzt werden. Jede Strebe 16 ist, wie in F i g. 5 dargestellt, an einen im Strangpreßverfahren hergestellten Träger 70 mit T-Querschnitt stumpf angeschweißt, der seinerseits an die Schale 10 stumpf angeschweißt ist. Die Streben 16 werden infolgedessen nur an ihren Enden durch den Mantel 10 getragen, so daß das Gitter als ein Ganzes nur an seinem Umfang getragen wird und unabhängig von der Form der Konstruktion des unteren Teils der Schale 10 ist. Dieser kann infolgedessen so ausgelegt bzw. aufgebaut sein, daß er eine sehr gute druckhaltende Gestalt aufweist.

Es kann eine nicht dargestellte alternative Konstruktionsform benutzt werden, wenn es erforderlich ist, daß abwärts wirkende Steuerstäbe in die Räume in den Zylindern 36 der Abstützträger-Anordnungen eintreten. In diesem Fall werden die Stangen 46 weggelassen und der Zylinder 36 wird durch einen kurzen, in das Endstück 30 geschraubten Bolzen niedergehalten, der durch einen Stapel von vorgespannten federnden Unterlegscheiben, die zwischen das Endstück 38 und den Kopf des Bolzens eingesetzt sind, verläuft. An Stelle der Durchgänge 54 und der Zwischenräume 50 und 52 werden Längsnuten von außen in die Oberfläche des Zylinders 36 gefräßt, so daß Niederdruck-Kühlmittel zwischen den Zylindern 36 und 24 zu dem Innenraum des Endstücks 30 strömen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: 23 3

1. Kernkraftanlage mit Brennstoffelement-Anordnungen, die über einem Kühlmittel für die Brennstoffelement-Anordnungen enthaltenden Behälter angebracht sind, wobei eine Gitteraniordnung, die den ganzen Kernaufbau trägt, nur am Umfang des Behälters abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung (16, 18) Abstützträger-Anordnungen (22) und die an diesen befestigten Brennstoffelement-Anordnungen (28) trägt, daß in an sjch bekannter Weise Mittel vorgesehen sind, um die an den Brennstoffelement-Anordnungen (28) angreifenden, durch hydrauli- »5 sehen Druck hervorgerufenen Kräfte auszugleichen und daß diese Kräfte durch in uen Abstützträger-Anordnungen (22) angebrachte Durchgänge (56,60, 54,49.59) ausgeglichen werden.

2. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (60) derart angeordnet sind, daß Hochdruck-Kühlmittel zu einer aufwärts gerichteten Fläche der Abstützträger-Anordnung (22) geführt ist, und daß die Durchgänge (54, 49) derart angeordnet sind, daß Niederdruck-Kühlmittel zu einer abwärts gerichteten Oberfläche der Abstützträger-Anordnung (22) geführt ist.

3. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälierschale (10) unterhalb der Gitteranordnung (16, 18) eine teilsphärische Form aufweist.

4. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitteranordnung (16. 18) mit der Behälterschale (10) durch einen als Strangpreßteil vorgesehenen Träger (70) von T-förmigem Querschnitt verbunden ist.