DE2804937C3

DE2804937C3 - Water-cooled nuclear reactor

Info

Publication number: DE2804937C3
Application number: DE2804937A
Authority: DE
Inventors: John Francis Windsor Gibbons; Richard William West Simsbury Knapp
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-02-06
Publication date: 1980-12-04
Also published as: FR2382747B1; JPS591995B2; PT67726A; SE7802267L; JPS53107595A; IT7820830A0; BR7801231A; DE2804937A1; DE2804937B2; CH629328A5; IT1092993B; AU3369278A; FR2382747A1; SE430108B; BE864438A; GB1582107A; AU514977B2; CA1091827A; NL7802250A; ES467218A1

Description

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Kernreaktor nachdem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a water-cooled nuclear reactor according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Kernreaktor ist aus der AT-PS 2 64 677 bekannt, der mit überkritischem Druck und überkritischer Temperatur arbeitet und bei dem ein Moderator rohre durchströmender Teilstrom nach dem Austritt hieraus umgelenkt und mit einem restlichen Teilslrom des in das Core eingespeisten Kühlmittel vermischt sowie in entgegengesetzter Richtung an den Brennstäben entlanggeführt wird. Dabei erwärmt sich der Kühlmiuelsirom durch die von den Brennstäben übertragene Wärme, während die vom Kühlmittel seinerseits durch die Moderatorrohre an den Moderalorteilstrom übertragene Wärme in der Lage ist, dessen Dichte zu ändern. Hierbei werden fest eingestellte Drosselstellen in den Moderatorrohren benötigt. Hierdurch soll die Regelung des Reaktors bewirkt werden, obwohl auch zusätzlich Steuerstäbe eingesetzt werden können, die beispielsweise in die Moderatorrohre eintauchen. Derartige Steuerstäbe können aber nicht gleichmäßig bei einem derartigen Reaktor gekühlt werden, da hierzu das zum Moderieren verwendete Kühlmittel infrage kommt, das jedoch bei Ansteigen der Leistungsdichte in den Brennstäben zu einem Ansteigen der Moderatortemperatur und damit zu einer Abnahme der Moderatordichte führt, die noch durch die zusätzliche Drosselwirkung durch vorhandene Steuerstäbe weiter erhöht wird. Hierdurch wird aber die Kühlung der Steuerstäbc problematisch.Such a nuclear reactor is known from AT-PS 2 64 677, the one with supercritical pressure and supercritical Temperature works and in which a moderator pipes partial flow flowing through after the exit deflected from this and mixed with a remaining partial flow of the coolant fed into the core and is guided along the fuel rods in the opposite direction. The heats up in the process Coolant due to the heat transferred from the fuel rods, while that from the coolant in turn through the moderator pipes to the moderator partial flow transferred heat is able to change its density. Fixed Throttle points are required in the moderator pipes. This should bring about the regulation of the reactor, although control rods can also be used, for example in the moderator pipes immerse. Such control rods cannot, however, be cooled uniformly in such a reactor because the coolant used for moderation comes into question, but this when the Power density in the fuel rods leads to an increase in the moderator temperature and thus to a decrease the moderator density, which is still due to the additional throttling effect of the existing control rods is further increased. However, this makes the cooling of the control rods problematic.

Ferner ist an sich aus der DE-AS 12 49412 ein dampfgekühlter, flüssigkeitsmoderierter KernreaktorFurthermore, from DE-AS 12 49412 a steam-cooled, liquid-moderated nuclear reactor

2^r> bekannt, bei dem das Core in einem Corehaltemantel untergebracht ist, wobei sich ein Ringraum zwischen dem Corehaltemantel und dem Druckbehälter befindet, durch den der zum Kühlen verwendete Dampf eingeleitet wird. Der Dampf strömt dann von einem Einlaßplenum unterhalb des Cores durch die Brennelemente enthaltenden Rohre nach oben und von dort wieder aus dem Druckbehälter heraus. Steuerstäbe sind hierbei nicht vorgesehen.2 ^r > known, in which the core is accommodated in a core holding jacket, with an annular space between the core holding jacket and the pressure vessel through which the steam used for cooling is introduced. The steam then flows upwards from an inlet plenum below the core through the tubes containing the fuel assemblies and from there out of the pressure vessel again. Control rods are not provided here.

Ferner ist es bei druckwassergekühlten Kernreakto-Furthermore, in the case of pressurized water-cooled nuclear reactors

^J5 ren bekannt, daß eine üblicherweise einen Core aus vertikal abgestützten Brennstoffelementen und vertikal beweglichen Steuerstäben aufweisen, die sich durch das Core erstrecken. Diese Steuerstäbe werden zumindest im Bereich des Cores von Führungsrohren umgeben, um ^J 5 ren known that a usually have a core of vertically supported fuel elements and vertically movable control rods which extend through the core. These control rods are surrounded by guide tubes, at least in the area of the core

ίο eine korrekte Führung bei der Bewegung zu gewährleisten. Die Strömung des Kühlwassers ist aufwärts durch das Core gerichtet, um die Stabilität der Strömung im Falle lokaler Dampfbildung oder Überhitzung zu sichern.ίο to ensure correct guidance during movement. The flow of the cooling water is directed upwards through the core to ensure the stability of the flow in the In case of local steam formation or overheating.

Obwohl die Steuerstäbe keinen Brennstoff enthalten, absorbieren sie doch Neutronen, und dabei wird etwas Wärme erzeugt. Eine Kühlung der Steuerstäbe ist deshalb erforderlich. Das herkömmliche Verfahren der Kühlung der Steuerstäbe besteht darin, daß man einen Teil der Strömung aufwärts durch die Führungsrohre fließen läßt und dieser Kühlmittelanteil tritt dann entweder in die Auslaßkammer oder in einen oberen Abschnitt des Druckbehälters, von welcher Stelle dann die Strömung zum Auslaß führt.Although the control rods do not contain fuel, they absorb neutrons, and some heat is generated in the process. A cooling of the control rods is therefore required. The conventional method of cooling the control rods is by having a Lets part of the flow flow upward through the guide tubes and this portion of coolant then occurs either into the outlet chamber or into an upper portion of the pressure vessel, from which point then the flow leads to the outlet.

Die durch die Führungsrohre strömende Kühlmittelmenge fließt parallel /u der Strömung, die über die Brcnnstoffbaugruppen fließt und diese kühlt. Dieser der Kühlung der Steuersläbe dienende Anteil muß deshalb genau begrenzt werden, um eine unerwünschteThe amount of coolant flowing through the guide tubes flows parallel to the flow that flows over the fuel assemblies and cools them. This the Cooling the control room serving portion must therefore be precisely limited to an undesirable

bo Verringerung des thermischen Wirkungsgrades des Cores zu vermeiden. Dieser Anteil muß durch die Führungsrohre strömen, wenn die Steuerstäbe herausgezogen sind, ebenso, als wenn sie eingeführi sind. Der Strömungspfad weist einen relativ niedrigen Druckabfall auf, wenn die Steuerstäbe gezogen sind, und damit ergibt sich eine entsprechende Zunahme des Durchsatzes. Um diese Veränderungen des Durchsatzes zu begrenzen, muß man Durchflußverringerungen durch bo to avoid reducing the thermal efficiency of the core. This portion must flow through the guide tubes when the control rods are pulled out as well as when they are inserted. The flow path has a relatively low pressure drop when the control rods are pulled and there is a corresponding increase in throughput. In order to limit these changes in flow rate, one must reduce the flow rate

Löcher am Einlaß der Führungsrohre vorsehen. Dies kann aber nicht die Zunahme der Core-Bypass-Strömung ganz vermeiden, wenn die Steuersläbe gezogen sind, hält jedoch das Ausmaß dieser Durchsatzänderung minimal. Die Anwendung solcher Löcher erfordert nicht nur die Kosten für deren Einbau, sondern bringt auch die Gefahr mit sich, daß sich die Löcher zusetzen, was übrigens immer gilt, wenn irgenwelche Strömungsbegrenzungen in einem Kernreaktor vorgesehen werden.Make holes at the inlet of the guide tubes. The increase in core bypass flow cannot do this avoiding it entirely when the control levers are pulled, however, maintains the magnitude of this change in throughput minimal. The use of such holes not only requires the cost of their installation, but also brings with them there is a risk that the holes will clog, which, by the way, always applies when there are any flow restrictions be provided in a nuclear reactor.

Die Wahl der jeweiligen Bypass-Durchsatzmenge durch die Führungsrohre erfordert eine kritische Anpassung des Durchsatzes, da der Durchsatz genügen muß, um die Steuerstäbe in der voll eingeführten Position richtig zu kühlen, während jeglicher überschüssige Durchsatz überflüssigerweise das thermische Verhalten des Cores beeinträchtigtThe choice of the respective bypass flow rate through the guide tubes requires a critical one Adjustment of the throughput, since the throughput must be sufficient to keep the control rods fully inserted Position to cool properly, while any excess throughput superfluous the thermal Cores behavior impaired

Da die Strömung aufwärts längs der Steuerstäbe erfolgt, ergibt sich eine aufwärts gerichtete Kraft infolge der Reibung der Kühlmittelströmung und infolge der Druckdifferenz zwischen dem unteren und oberen Abschnitt des Steuerstabes. Diese Kraft wirkt der Abwärtsbewegung entgegen, die bei der Schneilabschallung eines Reaktors erforderlich ist, womit die Abschaltzeit verlängert wird, und erhöht darüber hinaus die Kräfte, die erforderlich sind, um die Steuerstäbe nach unten zu bewegen, über das Maß hinaus, das erforderlich wäre, wenn die Strömung nicht vorhanden wäre.Since the flow is upward along the control rods, there is an upward force as a result the friction of the coolant flow and as a result of the pressure difference between the lower and upper Section of the control stick. This force counteracts the downward movement that occurs when the snow is ejected of a reactor is required, thus increasing the shutdown time and beyond the forces required to move the control rods downward beyond what would be required if the flow were absent.

In der herkömmlichen Anordnung ist der Druck unterhalb des Cores höher als der Druck am Auslaß des Cores infolge der Reibungsverluste der hindurchflieOenden Strömung. Dies führt zu einer erheblichen aufwärts gerichteten Kraft auf das Core in der Größenordnung von 3 000 000 Newton bei einem Druckabfall von 280 Kilopascal. Da der gesamte obere Abschnitt eines herkömmlichen Druckbehälters unter dem Auslaßdruck steht, kann dieser Kraft nur entgegengewirkt werden durch die Einbauten, welche die Kraft auf den Druckbehälter oder dessen Kopf übertragen.In the conventional arrangement, the pressure below the core is higher than the pressure at the outlet of the Cores as a result of the frictional losses of the current flowing through it. This leads to a significant upward directed force on the core of the order of 3,000,000 Newtons with a pressure drop of 280 kilopascals. As the entire top portion of a conventional pressure vessel is under the outlet pressure stands, this force can only be counteracted by the internals, which the force on the Transfer pressure vessel or its head.

In der herkömmlichen Ausführungsform steht der obere Abschnitt des Druckbehälters nicht nur unter dem Auslaßdruck, sondern auch unter der Auslaßlemperatur. Als Einbauten zum Trennen der beiden Volumina unter unterschiedlichem Druck und unterschiedlicher Temperatur ist als Einbau ein Corehaltemantel vorgesehen. Der Corehaltemantel wird im allgemeinen an der Oberseite des Druckbehälterkörpers unmittelbar an der verschraubten Verbindung zwischen dem Druckbehälter und dessen Kopf aufgehängt. Der komplizierte Aufbau in diesem Bereich muß nicht nur die physikalischen Kräfte aufnehmen infolge des Innendruckes, wie er mittels der Verschraubung übertragen wird, sondern außerdem auch die thermischen Dilatationen tolerieren infolge der Temperaturdifl'erenz auf beiden Seiten des Corehaltemantels im Verbindungsbereich. In the conventional embodiment, the upper portion of the pressure vessel is not only below the Outlet pressure but also below the outlet temperature. As internals to separate the two volumes under With different pressures and different temperatures, a core holding jacket is provided as an installation. The core holding jacket is generally on the top of the pressure vessel body directly on the screwed connection between the pressure vessel and its head. The complicated one The structure in this area must not only absorb the physical forces due to the internal pressure, how it is transferred by means of the screw connection, but also the thermal dilatations tolerate due to the temperature difference on both sides of the core holding jacket in the connection area.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kernreaktor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Steuerstabkühlung weniger kritisch ist hinsichtlich der Durchsatzsteuerung und des BetrieKv Haltens im Falle der Schnellabschaltung.It is the object of the present invention to provide a nuclear reactor with the features of the preamble of To create claim 1, in which the control rod cooling is less critical in terms of throughput control and the holding in the case of the Quick shutdown.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele. This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. the Subclaims relate to preferred embodiments.

Auf diese Weise folgt der größere Anteil des Kühlwasserdurchsatzes dem herkömmlichen Strömungspfad. Dieser größere Anteil strömt zunächst nach unten zwischen den Corehaltemantel und den Druckbehälter, gelangt dann in das Core an dessen Bodenseite und strömt dann durch das Core nach oben. Ein geringer Anteil der Strömung gelange jedoch durch den Corehaltemantel hindurch zum oberen Abschnitt des Druckbehälters und schafft dabei einen Druckpegel in der Oberseite des Druckbehälters, der erheblich über dem Coreauslaßdruck liegt Die Strömung von dieser ίο Stelle gelangt nach unten durch die Führungsrohre, um die Steuerstäbe zu kühlen, und mischt sich mit dem Hauptanieil der Strömung nahe dem Boden des Cores. Dieser geringere Anteil trifft auf den Hauptanteil an dieser Stelle, so daß die gesamte Aufwärtsströmung i-i durch das Core in Kontakt mit den Baugruppen erfolgt Die Kraft, die erforderlich ist, um mittels Schnelleinwurf der Steuerstäbe eine Schnellabschaltung herbeizuführen, wird infolge dieser Konfiguration der Strömung verringert Da die Strömung abwärts durch die Führungsrohre der Steuerstäbe erfolgt, unterstützen die Reibungskräfte das Einwerfen der Steuerstäbe. Da darüber hinaus der Druck an der Oberseite des Steuerstabes nahe dem Einkißdruck liegt anstatt nahe dem Auslaßdruck, ergibt sich eine zusätzliche Druckdifferenz, die das Einwerfen der Steuerstäbe urterstüt/t.In this way, the greater part of the cooling water throughput follows the conventional flow path. This larger portion first flows down between the core holding jacket and the pressure vessel, then gets into the core on its bottom side and then flows up through the core. A minor one However, part of the flow would pass through the core holding jacket to the upper section of the Pressure vessel, creating a pressure level in the top of the pressure vessel that is considerably above the core outlet pressure is The flow from this ίο point comes down through the guide tubes to to cool the control rods and mix with the main part of the current near the bottom of the core. This smaller part meets the main part at this point, so that the entire upward flow i-i takes place through the core in contact with the assemblies The force that is required to bring about a quick shutdown by quickly throwing in the control rods, As a result of this configuration the flow is reduced as the flow descends through the Guide tubes of the control rods takes place, the frictional forces support the throwing in of the control rods. There moreover, the pressure at the top of the control rod is near the encapsulation pressure rather than near it the outlet pressure, there is an additional pressure difference, which urterstüt / t the throwing in of the control rods.

Diese Anordnung vermeidet auch eine Bypass-Strömung am Core vorbei oder hält diese zumindest minimal. Da der Strömungsanieil, der über die Steuersläbe führt und diese kühlt, sich mit der Hauptströmung mischt, bevor die Strömung durch das Core erfolgt, wird keinerlei Strömung am Core vorbeigeleitet. Der einzige Bypass, der erfolgen könnte, beruht auf Lecks an irgendwelchen Abdichtstellen der Einbauten. Solche Lecks wären nur eine Funktion der geschickten Konstruktion der Abdichtungen, nicht aber eine Funktion irgendeiner Strömung, die für Kühlzwekke verlangt ist. Die Abdichtung durch normale Passungen zwischen den Brennstoffbaugruppen und deren Führungen ist hinreichend gut, um die Leokströmung auf einem Bruchteil dessen zu halten, was üblicherweise bei konventionellen Steuerstabkühlsystemen akzeptiert wird.This arrangement also avoids or at least maintains a bypass flow past the core minimal. Since the flow of air that runs over the control valve and cools it, is with the Main flow mixes before the flow goes through the core, there is no flow at all at the core passed by. The only bypass that could be made is through leaks at any sealing points in the Internals. Such leaks would only be a function of the skillful construction of the seals, they would not a function of any flow required for cooling purposes. Sealing through normal The fit between the fuel assemblies and their guides is good enough to prevent the Leok flow to a fraction of what is commonly found in conventional control rod cooling systems is accepted.

Da das Vorbeileiten von Kühlmittel, das über die Steuerstäbe strömt, vermieden ist, wird die Konstruktion weniger kritisch bei der Anpassung der Strömungsmenge für die Kühlung der Steuerstäbe. Man kann einen erheblichen Quantitätsüberschuß für die Kühlung der Steuerstäbe tolerieren, da dies keinen nachteiligen Einfluß auf den Reaktorwirkungsgrad hat. Aus diesem Grunde sind auch keine slrömungsbegrenzenden Löcher in den Steuerstabkanälen erforderlich, um den Durchsatz zu begrenzen.Since the bypassing of coolant that flows over the control rods is avoided, the construction less critical when adjusting the flow rate for cooling the control rods. One can tolerate a considerable excess of quantity for cooling the control rods, since this is not a disadvantage Has an influence on the reactor efficiency. For this reason there are no flow-limiting devices Holes in the control rod channels required to limit throughput.

Bei dem unter Druck stehenden Volumen im oberen Abschnitt des Druckbehälters ist der Druck etwa gleich dem Einlaßdruck zum Druckbehälter im Gegensatz zum Auslaßdruck in bisher üblicher Konstruktionen. Das Vorhandensein dieses Druckes führt zu einer erheblichen abwärts gerichteten Kraft auf den Dichtplatteneinbau, der dieses unter Druck stehende Volumen von der Auslaßplenumkammer trennt. Da der Dichtplatteneinbau mit anderen Einbauten verbunden werden kann, etwa mit dem Corehaltemantel, verringert sie die zusätzliche Kraft, die erforderlich ist, um den Corehaltemaülel abwärts vorzuspannen, oder vermeidet diese ganz. Darüber hinaus ist diese Coreniederhaltekraft eine Funktion der jeweiligen Reaktorkühlmittelströmung. Demgemäß werden Unsicherheiten in der Kühlmittelströmung in Konstruktion oder Betrieb automatischIn the case of the volume under pressure in the upper section of the pressure vessel, the pressure is approximately the same the inlet pressure to the pressure vessel in contrast to the outlet pressure in conventional designs. That The presence of this pressure leads to a significant downward force on the sealing plate installation, separating this pressurized volume from the outlet plenum. Since the sealing plate installation Can be connected to other internals, such as the core holding jacket, it reduces the or avoids additional force required to bias the core holding jaw downward quite. In addition, this core hold-down force is a function of the respective reactor coolant flow. Accordingly, uncertainties in coolant flow in design or operation become automatic

kompensiert durch eine entsprechende Änderung der Niederhaltekraft.compensated for by changing the hold-down force accordingly.

Da die Einlaßtemperatur nicht nur in dem Ringraum zwischen dem Corehaltemantel und dem Druckbehälter vorliegt, sondern auch in dem unter Druck stehenden Volumen wird die Temperalurdifferenz an dem Druckbehälterverschluß verringert. Dies verringert auch die thermischen Materialbeanspruchungcn in den Verschraubungen während des Dauerbetriebs und hält sie bei An- und Abfahrbetrieb minimal.Because the inlet temperature is not only in the annular space between the core holding jacket and the pressure vessel is present, but also in the pressurized volume, the temperature difference at the Pressure vessel closure reduced. This also reduces the thermal stresses in the material Screw connections during continuous operation and keeps them to a minimum during start-up and shutdown.

Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit einem in den beigefügten Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated below in connection with one in the accompanying drawings preferred embodiment explained in more detail.

Fig. I zeigt einen Vertikalschnitt eines wassergekühlten Kernreaktors.Fig. I shows a vertical section of a water-cooled Nuclear reactor.

Hg. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht von einzelnen Bauteilen im Bereich des Auslaßplenums des Kernreaktors von Fig. 1.Hg. 2 shows a perspective partial view of individual components in the area of the outlet plenum of the Nuclear reactor of Fig. 1.

Ein Druckbehälter 2 und ein zugehöriger Kopf 4 sind an einem Flansch 6 miteinander verschraubl. Der Druckbehälter 2 weist einen Kühlwassereinlaß 8 und einen Kühlwasserauslaß 10 für die Kühlwasserslrömung auf.A pressure vessel 2 and an associated head 4 are screwed together on a flange 6. Of the Pressure vessel 2 has a cooling water inlet 8 and a cooling water outlet 10 for the cooling water flow on.

Ein Core 12, bestehend aus einer Mehrzahl von Brennstoffbaugruppen 14. die jeweils aus einer Mehrzahl langgestreckter Brennstoffstäbe bestehen, ist auf einer Corehaltebaugruppe 16 abgestützt, die ihrerseits von einem Corehaltemantel 18 abgestützt wird. Der Corehaltemanlel 18 hängt an einem Flansch 20 von dem Druckbehälter 2 an einer Stelle nahe dem Flansch 6.A core 12, consisting of a plurality of fuel assemblies 14, each of a plurality consist of elongated fuel rods is supported on a core holder assembly 16, which in turn is supported by a core holding jacket 18. The Corehaltemanlel 18 hangs on a flange 20 of the Pressure vessel 2 at a point near the flange 6.

Unmittelbar über dem Core 12 befindet sich eine Ausfluchtplatte 22 für die Brcnnsloffbaugruppen 14, die dazu dient, die oberen Enden der Brennsloffbaugruppen 14 zu halten und deren Ausfluchtung zu sichern. Ein Dichtplatteneinbau 24 befindet sich über der Ausfluchtplatie 22 und begrenzt damit eine Auslaßplenumkammer 26.Immediately above the core 12 is a Alignment plate 22 for fuel assemblies 14 which serves to support the upper ends of the fuel assemblies 14 and to secure their alignment. A sealing plate installation 24 is located above the alignment plate 22 and thus delimits an outlet plenum chamber 26.

Nachdem das Kühlwasser durch den Kühlwassereinlaß 8 eingetreten ist, strömt eine erste Teilmenge, die den Hauptanteil bildet, nach unten durch einen Ringraum 28 zwischen dem Druckbehälter 2 und dem Corehaltemantel 18. Dieser Anteil gelangt nach unten durch eine Strömungsschürze 30 in ein Einlaßplenum 32 unter dem Core 12. Das Kühlmittel strömt dann weiter nach oben durch das Core 12 und durch Öffnungen in der Ausfiuchtungsplatte 22 in die Auslaßplenumkammer 26. Von hier gelangt der Strom durch den Kühlwasserauslaß 10 zu einem (nicht dargestellten) Dampferzeuger.After the cooling water has entered through the cooling water inlet 8, a first partial amount flows, the forms the main part, down through an annular space 28 between the pressure vessel 2 and the Core holding jacket 18. This portion passes downward through a flow skirt 30 into an inlet plenum 32 below the core 12. The coolant then flows further up through the core 12 and through openings in the bulging plate 22 into the outlet plenum chamber 26. From here the flow passes through the cooling water outlet 10 to a steam generator (not shown).

Jede der Brennstoffbaugruppen 14 enthält innerhalb ihres Aufbaus vier Führungsrohre 40 für Steuerstäbe 48, die sich durch die gesamte Vertikallänge der Brennstoffbiiugi uppc erstrecken. Die rührungsrohre 40 crstrckken sich nach oben über eine obere Endplatte 42 für die Brennstoffbaugruppe 14 hinaus. Die herausragenden Fortsätze werden umschlossen von Niederhaltefedern 44, die auf ein oberes Endfitting 46 der Brennstoffbaugruppen 14 drücken. Die Endfittings 46 ihrerseits stützen sich an der Ausfluchtplatte 22 ab, wodurch die Brennstoffbaugruppen 14 durch die Druckwirkung der Niederhaitefedern 44 niedergehalten werden.Each of the fuel assemblies 14 contains within its structure four guide tubes 40 for control rods 48, which extends through the entire vertical length of the fuel biiugi uppc extend. Strengthen the stirring tubes 40 cm up past an upper end plate 42 for the fuel assembly 14. The outstanding Extensions are enclosed by hold-down springs 44 which are attached to an upper end fitting 46 of the fuel assemblies Press 14. The end fittings 46 in turn are supported on the alignment plate 22, whereby the Fuel assemblies 14 are held down by the pressure action of the hold down springs 44.

Fingerförmige Steuerstäbe 48 sind vertikalbeweglich innerhalb der Führungsrohre 40 der Brennstoffbaugruppen 14 angeordnet jeder der Steuerstäbe 48 erstreckt sich individuell bis zu einer Höhe oberhalb des Dichtplatteneinbaus 24, an welcher Stelle sie zu Untergruppen zur Verbindung mit einem Steuerstabfortsatz 50 zusammengfaßl sein können.Finger-shaped control rods 48 are vertically movable within the guide tubes 40 of the fuel assemblies 14, each of the control rods 48 extends individually to a height above the Sealing plate installation 24, at which point they form subgroups for connection to a control rod extension 50 can be summarized.

Zusätzlich zu Strömungslöchern 52 weist die Ausfluchlplattc 22 auch Öffnungen 54 auf, durch die sich die Steuersläbe 48 erstrecken. Die Fortsätze der Führungsrohre 40 ragen mit einem spanabhebend bearbeiteten dichten Sitz in die Öffnungen 54. Diese Sloßslclle sollte so bemessen werden, daß sie Horizontalkräfle aufnehmen kann, damit die Brennsloffbaugruppen 14 ausgefluchtet weiden können, und sie muß Vertikalbewegungen ermöglichen zum Ausgleich von Expansionen verschiedener Brennstoffbaugruppen 14. Da ein LeckenIn addition to flow holes 52, the escape plate has 22 also have openings 54 through which the control blades 48 extend. The extensions of the guide tubes 40 protrude with a machined tight fit in openings 54. This slope should be sized to accommodate horizontal forces may so that the fuel assemblies 14 can graze in alignment, and it must have vertical movements allow for expansion of various fuel assemblies 14. There is a leak

ι« an diesen Stoßstcllen am Core 12 vorbeigeleitet wird, ist ein Lecken an dieser Stelle minimal zu hallen. Konventionelle Passungen für die Ausfluchtung genügen jedoch, um das Bypass-Lecken hinreichend unter den bei bisher üblichen Konstruktionen aufgetretenen Werten zu hallen.ι «is guided past these abutment points on the core 12 a lick at this point to reverberate minimally. Conventional fits are sufficient for the alignment however, bypass leakage is sufficiently below that which has occurred in conventional designs Values to reverberate.

Abschirmrohre 56 für die Steuerstäbe 48 erstrecken sich durch die Auslaßplenumkammcr 26 und können mit der Ausfluchlplatte 22 und dem Dichtplatleneinbau 24 verschweißt sein. Die Abschirmrohre 56 umschließen und schützen die Steuerstäbe 48 gegen die Wirkungen der Querströmung durch die Anlaßplenumkammer 26.Shielding tubes 56 for the control rods 48 extend through the outlet plenum chamber 26 and can with the Ausuchlplatte 22 and the Dichtplatleneinbau 24 be welded. The shielding tubes 56 enclose and protect the control rods 48 from the effects of cross flow through the starting plenum 26.

Oberhalb des Dichtplatteneinbaus 24 erstreckt sich die Steuerbaugruppenabschirmung 58, die eine Gruppe von Steuersläben 48 umschließt, die miteinander und mit einem einzigen Steuerstabfortsatz 50 verbunden sind. Hierdurch werden die Steuerstäbe gegen örtliche Querströmungseffekte geschützt.The control assembly shield 58, the one group, extends above the sealing plate installation 24 by control rods 48 which are connected to one another and to a single control rod extension 50 are. This protects the control rods against local cross-flow effects.

Da der Dichtplatteneinbau 24 auch als Teil des Aufbaus für die obere Führungsbaugruppe benutzt wird,Since the sealing plate assembly 24 is also used as part of the structure for the upper guide assembly,

jo wird er von einer Trommel 60 getragen, so daß sich ein stabilerer Aufbau ergibt. Darüber hinaus gestaltet diese den gesamten Einbau einschließlich der Ausfluchtplaite 22 zu entfernen, wenn zur Durchführung des Brennstoffaustausches die Brennstoffbaugruppen 14 freizulegenjo he is carried by a drum 60, so that a results in a more stable structure. In addition, it designs the entire installation, including the escape board 22 to be removed if the fuel assemblies 14 are to be exposed in order to carry out the fuel exchange

J5 sind. Die Trommel 60 wird von Flanschen 62 getragen, die auf Flanschen 20 des Corehaltcmantels 18 ruhen. Eine obere Führungseinbausupportplatte 64 ist offen, um ein Durchströmen zu ermöglichen.J5 are. The drum 60 is supported by flanges 62, which rest on the flanges 20 of the core holder 18. An upper guide mounting support plate 64 is open, to allow a flow.

Eine Strömungsöffnung 70 ist in dem Corehaltemantel 18 und auch in der Trommel 60 vorgesehen, so daß ein zweiter kleinerer Anteil des Kühlmittels, der in den Druckbehälter 2 eingeführt wird, in eine unter Druck stehende Kammer 72 gelangt. Die Steuerbaugruppenabschirmungen 58 sind am oberen Ende offen und können öffnungen an verschiedenen Stellen ihrer Längserstreckung aufweisen, so daß der kleinere Anteil des Kühlmittels nach unten innerhalb der Abschirmungen 58 fließt. Die Strömung erfolgt dann abwärts durch das Abschirmrohr 56 in die Führungsrohre 40. Dieser zweite kleinere Anteil gelangt dann durch die Länge der Brennstoffbaugruppen 14 innerhalb des Führungsrohres 40 zu einer Stelle nahe dem Boden des Cores !2, wc die Strömung auswärts erfolgt und auf den ersten Hauptanteil des Kühlmittels trifft. Diese beiden Strömungen mischen sich dann, und die Gesamtmenge strömt nach oben durch das Core 12 zur Auslaßplenumkammer 26.A flow opening 70 is provided in the core holding shell 18 and also in the drum 60 so that a second smaller portion of the coolant introduced into the pressure vessel 2 into one under pressure standing chamber 72 arrives. The control assembly shields 58 are open at the top and can have openings at different points along their length, so that the smaller portion of the coolant flows downward within the shields 58. The current then goes through downwards the shielding tube 56 into the guide tubes 40. This second smaller portion then passes through the length of the Fuel assemblies 14 within the guide tube 40 to a location near the bottom of the core! 2, wc the Flow takes place outwards and meets the first major portion of the coolant. These two Currents then mix and the total flows up through core 12 to the outlet plenum 26th

Auf diese Weise liegen zwei parallele Strömungspfade zwischen dem Kühlwassereinlaß 8 und dem Boden des Cores 12 vor. Der Druckabfall wird im wesentlichen bewirkt durch den größeren ersten Anteil, der nach unten durch den Ringraum 28 fließt. Der verbleibende Anteil der Strömung fließt durch den anderen Pfad und unterliegt demselben Druckabfall, wobei die Strömung durch die Geometrie des Strömungspfades etabliert wird. Es ist bevorzugt, daß der Anteil dieses Strömungspfades vom Kühlwassereinlaß 8 zur unter Druck stehenden Kammer 72 einen geringen Wider-In this way there are two parallel flow paths between the cooling water inlet 8 and the floor of the core 12. The pressure drop is essentially caused by the larger first component, the after flows down through the annular space 28. The remaining portion of the flow goes through the other path and is subject to the same pressure drop, the flow being established by the geometry of the flow path will. It is preferred that the portion of this flow path from the cooling water inlet 8 to the lower Pressurized chamber 72 has a slight resistance

stand vorfindet, und demgemäß dort ein relativ niederiger Druckabfall eintritt. Der Anteil des Kühlwassers durch die Steuerbaugruppenabschirmung 58 und dann durch die Führungsrohre 40 sollte den größeren Anteil zur Verfügung stehenden Druckabfall ausmachen. Dies hat die Tendenz, den Druck in der unter Druck stehenden Kammer 72 auf einem relativ hohen Druckpegel zu halten. Dies führt auch zu einer verbesserten Verteilung zwischen den verschiedenen Führungsrohren 40.was found, and accordingly there is a relatively low pressure drop. The proportion of cooling water through the control assembly shield 58 and then through the guide tubes 40 should be the larger Make up the proportion of the available pressure drop. This has the tendency to put the pressure in the under Pressurized chamber 72 to keep at a relatively high pressure level. This also leads to a improved distribution between the various guide tubes 40.

Die Strömung durch die Führungsrohre 40 sollte hinreichend sein, um alle Wärme abzuführen, die innerhalb der Steuerstäbe 48 entsteht. Da kein Anteil der Strömung parallel am Core 12 vorbeifließt oder eine Bypaß-Strömung bildet, kann diese Strömung bequem ziemtiich hoch gewählt werden, womit sich erhöhte Auslegungstoleranzen ergeben.The flow through the guide tubes 40 should be sufficient to remove all heat that arises within the control rods 48. Since no part of the flow flows in parallel past the core 12 or a Forms bypass flow, this flow can conveniently be chosen to be quite high, thus increasing it Design tolerances result.

Da die Strömung abwärts längs der Steuerstäbe 48 erfolgt, hat der Zug an diesen die Tendenz, die Reaktornotabschaltung zu unterstützen. Während darüber hinaus das untere Ende des Steuerstabes 48 unter dem Coreeinlaßdruck steht, unterliegt das obere Ende dem höheren Druck in der unter Druck stehenden Kammer 72, womit ferner eine Druckdifferenz aufgebaut wird mit der Tendenz, die Steuerstäbe 48 nach unten zu fördern. Diese beiden Charakteristiken führen dazu, daß die Schnellabschalt- oder Einwurfzeit verringert wird und die erforderlichen Antriebskräfte vermindert werden.Since the flow is downward along the control rods 48, the train on these has the tendency that Support reactor emergency shutdown. While, in addition, the lower end of the control rod 48 below is the core inlet pressure, the upper end is subject to the higher pressure in the pressurized one Chamber 72, with which a pressure difference is also built up with the tendency for the control rods 48 to follow promote below. These two characteristics result in the quick shutdown or throw-in time is reduced and the required driving forces are reduced.

Der relativ hohe Druck in der unter Druck stehenden Kammer 72. der ziemlich nahe am Einlaßdruck zum Reaktor liegt, übt eine Kraft auf die Oberseite des Dichtplaiteneinbaus 24 aus. Die abgewandte Seite des Dichtplatteneinbaus 24 unterliegt dagegen dem Auslaßdruck in der Auslaßplenumkammer 26. Wenn die Platten 24 und 22 zusammen mit den Steuerabschirmungen 56 als ein einheitlicher Einbau betrachtet werden, wäre die entgegengerichtele Kraft entsprechend dem Druck unmittelbar unterhalb der Ausfluchtplatte 22. Dieser Druck liegt nur geringfügig über dem Druck in der Auslaßplenumkammer 26. Die Druckdifferenz über jeweils einer dieser Einbauten ist etwa gleich dem Druckabfall durch den Druckbehälter 2 und wäre in der Größenordnung von 280 Kilopascal zu erwarten. Wenn die Platten 22 und 24 einen Durchmesser in der Größenordnung von 3,7 m aufweisen, ergibt sich damit eine abwärts gerichtete Kraft in der Größenordnung von 3 000 000 Newton. Der Corehaltemantel 18 und die Trommel 60 bei konventionellen Konstruktionen erfordern erheblichen Aufwand, um den aufwärts gerichteten Kräften zu widerstehen, die im Core 12 erzeugt und auch auf die anderen Reaktorelemente übertragen werden und zurückzuführen sind auf die aufwärts gerichtete Strömung. Im vorliegenden Fall wirkt die abwärts gerichtete Kraft infolge der Druckdifferenz der aufwärts gerichteten Kraft entgegen, womit erheblich die Menge an Material verringert wird, die erforderlich ist, um die im Reaktor befindlichen Komponenten nach unten gegen den Druckbehälter 2 selbst abzustützen. Die Kräfte mit der Tendenz, die Komponenten anzuheben, sind eine Funktion der Strömung durch den Reaktor. Die Niederhaltekraft, erzeugt durch die Druckdifferenz, ist natürlich eine Funktion dieser Druckdifferenz, die ihrerseits eine Funktion der Strömung durch den Druckbehälter 2 darstellt. Demgemäß ändert sich die Kraft, die der Aufwärtsbewegung entgegengerichtet ist, entsprechend demselben Parameter, mit dem die aufwärts gerichteten Kräfte ansteigen, und es ergibt sich damit eine Tendenz zum Selbstkompensieren bei Änderung des Durchsatzes durch den Reaktor und bei Änderungen durch Ablagerungen, die im allgemeinen im gesamten Strömungspfad auftreten können.The relatively high pressure in the pressurized chamber 72, which is fairly close to the inlet pressure to the Reactor is, exerts a force on the top of the sealing plate installation 24. The opposite side of the Sealing plate installation 24, however, is subject to the outlet pressure in the outlet plenum chamber 26. When the Plates 24 and 22 together with control shields 56 are viewed as a unitary installation, would be the opposing force corresponding to the pressure immediately below the alignment plate 22. This pressure is only slightly above the pressure in the outlet plenum chamber 26. The pressure difference above one of these internals is approximately equal to the pressure drop through the pressure vessel 2 and would be in the Expected order of magnitude of 280 kilopascals. When the plates 22 and 24 have a diameter in the Have a magnitude of 3.7 m, the result is a downward force in the order of magnitude of 3,000,000 Newtons. The core holding shell 18 and drum 60 in conventional constructions require significant effort to withstand the upward forces created in the Core 12 generated and also transferred to the other reactor elements and are attributable to the upward current. In the present case, the downward force acts as a result of the Pressure difference against the upward force, which significantly reduces the amount of material which is required to move the components located in the reactor downwards against the pressure vessel 2 support yourself. The forces tending to lift the components are a function of the Flow through the reactor. The hold-down force generated by the pressure difference is, of course, one Function of this pressure difference, which in turn is a function of the flow through the pressure vessel 2 represents. Accordingly, the force opposing the upward movement changes accordingly the same parameter with which the upward forces increase, and there is thus a tendency to self-compensate for changes in the throughput through the reactor and for changes through Deposits that can generally appear in the entire flow path.

Der Druck am Kühlmitteleinlaß 8 und in der Kammer 72 sind nicht nur in etwa gleich, sondern auch die Temperatur des Kühlmittels ist an beiden Stellen gleich. Daraus folgt, daß im Normalbetrieb keine große Temperaturdifferenz an den Flanschen 20, 62 und 6 infolge unterschiedlicher Kühlmitteltemperaturen vorliegt. Dies verringert die thermischen Belastungen in diesem Bereich, wo die durch Druck hervorgerufenen Belastungen bereits infolge der komplizierten Natur einer verschraubten Verbindung hoch sind.The pressure at the coolant inlet 8 and in the chamber 72 are not only approximately the same, but also the The temperature of the coolant is the same in both places. It follows that in normal operation no large There is a temperature difference at the flanges 20, 62 and 6 due to different coolant temperatures. This reduces the thermal loads in this area where the pressure caused Loads are already high due to the complicated nature of a bolted connection.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

O30 249/330O30 249/330

Claims

Patent claims:

I. Water-cooled nuclear reactor with a cooling water flowing through it Core, in which guide tubes open at the bottom for vertically movable control rods are arranged are, the cooling water flow in a first, at the lower end of the core supplied and this upward flowing through and a second, fed at the upper end of the guide tubes and this downward-flowing portion is divided, the second portion after passing through the Openings of the guide tubes together with the first part of the core flows upwards and in the A sealing plate installation is provided above the core, which has an outlet plenum chamber the core through which the guide tubes extend, characterized in that that in a manner known per se, the core (12) is supported by one inside the pressure vessel (2) The core holding jacket (18) is enclosed and an inlet plenum (32) is arranged below the core (12), an annular space (28) being formed between the pressure vessel (2) and the core holding jacket (18) is, which is in communication with the inlet plenum (32) and wherein the annulus (28) and the Inlet plenum (32) flowed through by the first portion that the head (4) of the pressure vessel (2) delimits a pressurized volume (72) between itself and the sealing plate installation (24) and an opening (70) through the Corehallemante! (18) is provided near its upper end, ^ above which Annular space (28) and the pressurized volume (72) with the formation of a Sirömungsweges for the second portion related.

2 nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the sealing plate installation (24) is supported by the core holding jacket (18).

3. Nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the I ührungsrohrc (40, 56) extend vertically through the outlet plcnumkammer (26) into the pressurized volume (72).

4. Nuclear reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the / wide proportion of cooling water along a .Strömungspfades flows between a Kühlwasscreinlaß (8) and the below Pressure standing volume (72) has a low flow resistance relative to the flow resistance between the volume (72) and the space under the core (12).

5. Nuclear reactor according to claim 4, characterized in that the Dichiplaticncinbau (24) on the pressure vessel ^) is suspended.

6. Nuclear reactor according to claim 5, characterized in that the sealing plate installation (24) on the Corehahumanlel (18) and above this on the pressure vessel (2) is suspended.