DE2917215A1

DE2917215A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2917215A1
Application number: DE19792917215
Authority: DE
Inventors: Yves Depierre; Jacques Figuet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1978-05-02
Filing date: 1979-04-27
Publication date: 1979-11-08
Also published as: IT7922286A0; ES480103A2; GB2020084B; JPS54148985A; GB2020084A; BE875873R; JPS6257959B2; IT1165045B; DE2917215C2

Description

Die vorliegende Erfindung "betrifft Verbesserungen an einem Kernreaktor, wie er in der deutschen Patentanmeldung P 26 53 634.5 vom 25. November 1976 im Namen des COMMISSARIAT A L¹EUERGIE ATOMIQUE.."beschrieben und beansprucht ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen am Kühlsystem des Außentroges eines mit einem flüssigen Metall wie z, B. Natrium gekühlten Kernreaktors.

In der eingangs genannten Patentanmeldung ist ein Kühlsystem des Außentroges eines Schnellneutronenreaktors beschriebe und beansprucht, bei dem durch eine erste Leitwand ein Ringdurchlaß zwischen dem Außentrog und dieser Leitwand begrenzt ist, welcher einen Zuführungsdurchlaß für kaltes Natrium bildet, wobei der obere Rand dieser Leitwand eine solche Form aufweist, daß die Überströmung mit durch diesen Ringdurchlaß zugeführtem kaltem, flüssigem Metall ohne Ablösung der Strömung des flüssigen Metalls von der Wandfläche der Leitwand stattfindet. Außerdem wird innerhalb dieser ersten Leitwand eine zweite Leitwand angeordnet, welche

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einen Rücklauf-Ringdurchlaß "begrenzt, in dem der Spiegel des flüssigen Metalls stets tiefer als der obere Rand der ersten Leitwand ist.

Diese Anordnung gemäß der Erfindung des Hauptpatentes weist den großen Vorteil auf, den Pegel des Natriums zum Kühlen "bei jeder beliebigen Belastung des Reaktors zu stabilisieren, wobei sichergestellt wird, daß nur wenig von der darüberliegenden Gasschicht des Reaktors von dem flüssigen, überströmenden Metall mitgenommen wird. Ferner, um dem Fall eines Betriebes im Teilleistungsbereich Rechnung zu tragen, ist gemäß einer Abwandlung der Erfindung vorgesehen, den freien Rand der ersten Leitwand mit Ausschnitten zu versehen, die dazu dienen, eine gewisse Strömungsmenge selbst im Fall einer geringen Strömung von Natrium in dem Reaktor sicherzustellen. Diese Ausschnitte haben auch den Zweck, die Strömungsmenge in dem Fall zu regulieren, in dem die waagerechte Ausrichtung des oberen Randes der ersten Leitwand mangelhaft ist.

Es hat sich ergeben, daß das Vorhandensein dieser Ausschnitte beim Betrieb des Reaktors im normalen Leistungsbereich, d.h. wenn die Strömungsmenge des kalten Natriums der nominalen Strömungsmenge entspricht, eine zu große Strömungsmenge des Natriums zugunsten der Ausschnitte bewirken könnte, was somit zu einer Ablösung der Strömung führt. Diese Ablösung der Strömung ruft ihrerseits wiederum eine sehr große Mitnahme des das Natrium in dem Außentrog überdeckenden Gases hervor.

Ein Ziel der vorliegenden Weiterbildung bzw. Verbesserung besteht gerade darin, eine sichere bzw. gute Arbeitsweise des vorhergehend beschrieben Kühlkreislaufes trotz der Un-

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Sicherheiten hinsichtlich der horizontalen Ausrichtung der Rücklauf-Leitwand zu gewährleisten, welche zu einer mangelhaften oder selbst zu einer örtlich nicht vorhandenen Zufuhr zu der Uberströmungsleitwand bei geringen Strömungsmengen führen könnte, wobei jedoch sichergestellt sein soll, daß bei einer nominalen Belastung an gewissen Stellen der Rücklauf^-Leitwand keine zu große bzw. exzessive lokale Strömungsmenge auftritt.

Die erfindungsgemäße Weiterbildung des Kühlsystems des Innentrogs eines Schnellneutronenreaktors ist dadurch ausgezeichnet, daß eine Vielzahl von gleichmäßig entlang einer Wandung der Leitwand verteilten Abflußeinrichtungen für das flüssige Metall in den Rücklaufraum vorgesehen ist, daß jede Einrichtung aus einem senkrechten, an der Wandung der Leitwand angeordnetem Rohr besteht, dessen oberes Ende nächst dem Rand der Leitwand und dessen unteres Ende unterhalb des tiefsten Metallspiegels in dem Rücklaufraum angeordnet ist, wobei das Rohr Mittel zur Begrenzung der Strömungsmenge des flüssigen Metalls aufweist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht jede Abflußeinrichtung aus einem senkrechten, im Zufuhrraum nächst der Leitwand angeordnetem Rohr, dessen oberes Ende offen und unterhalb des Randes der Leitwand angeordnet ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besteht jede Abflußeinrichtung aus einem senkrechten, im Rücklaufraum angeordneten Rohr, dessen oberes Ende offen und unterhalb des Randes der Leitwand angeordnet ist, die für jedes Rohr mit einem Ausschnitt ausgebildet ist.

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Im folgenden sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 den öfteren Bereich der Rücklauf-Leitwand, wobei eine erste Ausführungsform der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,

Fig. 2 die gleiche Ansicht, die die zweite Ausführungsform nach der Erfindung umfaßt, und

3fig. 3 wiederum die gleiche Ansicht, wobei eine dritte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

In !"ig. 1 erkennt man einen Abschnitt der Rücklauf-Leitwand 50 mit ihrem abgerundetem Rand 54-, der tangential in die innere Wandung 62 der Leitwand 50 übergeht, und die Vand des Außentroges 10.

Allgemein besteht die Weiterbildung darin, Ablaufeinrichtungen E gleichmäßig entlang dem Umfang der Leitwand 50 an der zum Inneren des Reaktors weisenden Seite 62 zu verteilen, die ermöglichen, die Strömungsmenge an Natrium bei der nominalen Leistung des Reaktors nicht insgesamt in wesentlicher Weise zu verändern, wobei jedoch um die Leitwand 50 herum eine minimale Rücklaufmenge sichergestellt ist, wenn der Reaktor nur mit einem geringen Bruchteil seiner nominalen Leistung betrieben wird, d.h. beispielsweise mit einer Strömungsmenge an Natrium in der Größenordnung von 25% der nominalen Strömungsmenge. Der Außentrog 10 und die Rücklauf-Leitwand begrenzen einen Zufuhrraum 52, während die Leitwand 50 und die zweite Leitwand 56 einen Rücklaufraum 58 begrenzen.

Die Einrichtung E besteht aus einer Leitung in der Form einer Halbröhre 100, deren Ränder an der Innenseite 62 der Leitwand 50 angeschweißt sind. Die Halbröhre 100 ragt mit

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ihrem oberen Ende 102 über den oberen Rand 54 der Leitwand 50 heraus, und ihr unteres Ende 104, welches verschlossen ist, erstreckt sich unterhalb des minimalen Natriumspiegels in dem Rücklaufraum. Dieser Natriumspiegel verändert sich in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebsleistungsbereichen. Die Halbröhre 100 weist Öffnungen 108 auf, welche in der Halbröhre unterhalb des Spiegels B in dem Rücklaufraum und etwas oberhalb des unteren Endes 104 der Röhre ausgebildet sind. Diese Öffnungen sind so berechnet, daß sie eine geeignete Begrenzung der Strömungsmenge hervorrufen, wie es im folgenden noch beschrieben wird. Für jede Röhre 100 ist der Rand 54 der Leitwand 50 mit einem Ausschnitt 110 ausgebildet, durch den Natrium in den von der Leitwand 50 und der Halbröhre 100 begrenzten Raum gelangen kann.

Beispielsweise überragt die Halbröhre 100 mit ihrem oberen Abschnitt den Rand 54 der Leitwand einige Zentimeter und maximal 10 cm. Beispielsweise sind die Öffnungen 108 um etwa 20 cm tiefer als der minimale Spiegel B des Natriums in dem Rücklaufraum angeordnet. Die Halbröhren haben beispielsweise einen Radius von 10 cm, und es ist vorgesehen, Einrichtungen E in Abständen von zwei Metern entlang dem Umfang der Leitwand 50 anzuordnen.

Man sieht, daß mit einer solchen Ausbildung bei der nominalen Leistung des Reaktors die Strömungsmenge an Natrium, welche normalerweise durch den Ausschnitt 110 hindurchfließt, sehr stark aufgrund des durch die Öffnungen 108 hervorgerufenen Beschickungsverlustes verringert ist. Beispielsweise hat der durch die Öffnungen 108 hervorgerufene Beschickungsverlustkoeffizient einen solchen Wert, daß bei einer Füllung von 1,5 m Natrium die Einrichtungen E maximal

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15 Isis 20% der nominalen Strömungsmenge an natrium zum Kuhlen aufnehmen.

Man sieht somit, daß "bei einem Betrieb mit nominaler Strömungsmenge der Beschickungsverlust die Strömungsmenge in den Ausschnitten 110 "begrenzt, wodurch der vorhergehend erwähnte Nachteil vermieden wird. Im Gegenteil, "beim Betrieb mit einer geringen Strömungsmenge und trotz einer gegebenenfalls vorliegenden fehlerhaften horizontalen Ausrichtung des oberen Randes 54- der Leitwand 50 ist die Gesamtheit des sich zwischen der Leitwand 50 und dem Außen-, trog befindenden Volumens zumindest von der Strömung betroffen, welche in die Halbröhren 100 gelangt, wodurch somit eine gewisse Zirkulation sichergestellt ist. Hierdurch wird die Gefahr der Ausbildung von quasi stagnierenden Zonen in dem Natrium vermieden, welche zu lokalen Erwärmungen führen und Wärmespannungen in dem Außentrog zur !Folge haben können.

Es wird hierbei darauf hingewiesen, daß es aufgrund dieser Verbesserung möglich ist, bei jedem Arbeitsbetrieb einen Fluß mit Überströmung über den gesamten Umfang der Leitwand 50 mit Ausnahme der von den Halbröhren 100 beanspruchten Bereiche aufrechtzuerhalten.

Ferner wird eine wesentliche Verringerung der Überströmungsmenge des Natriums uod eine geringe Verringerung der Berührungsoberfläche zwischen dem Gas und dem Natrium bewirkt. Dadurch wird auch die Mitnahme von dem überschichteten Gas verringert.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Man erkennt wieder von der Außenseite her nach innen den Außentrog 10, die Leitwand 50 mit ihrem oberen Rand 54- und die zweite Leitwand 56. Bei dieser Ausführungsform sind die t5b er st r ömungs einrichtungen E¹

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gleichmäßig über die Außenfläche (d.h. zum Außentrog 10 hin) der Leitwand 50 verteilt. Jede Einrichtung E¹ umfaßt vorzugsweise eine Halbröhre 100', deren Bänder an der Leitwand 50 angeschweißt sind. Das obere Ende 102' der Halbröhre 10O¹ befindet sich etwas unterhalb des Randes 54» und ihr unteres Ende 10V, welches geschlossen ist, befindet sich unterhalb des Natriumspiegels in dem Rücklaufraum. Die Leitwand 50 ist mit kalibrierten öffnungen 108' ausgebildet, welche etwas oberhalb des unteren Endes 104' der Einrichtungen E¹ liegen. Diese öffnungen sind so berechnet, daß sie eine geeignete Begrenzung der Strömungsmenge hervorrufen, wie es bereits erläutert wurde.

Die allgemeine Arbeitsweise dieser Einrichtung ist mit derjenigen identisch, welche im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben worden ist, so daß keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind. Jedenfalls wird darauf hingewiesen, daß bei dieser Ausführungsform die Randeffekte vermieden werden können, welche in der Strömungsfläche Störungen bewirken, die sich durch eine zusätzliche Mitnahme von Gas bemerkbar machen. Außerdem kann dadurch das Problem der Verbindung zwischen den Halbröhren und dem Randprofil 54 ausgeschlossen werden.

In der Pig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier sind wiederum der Außentrog 10, die Leitwand 50 mit ihrem oberen Rand 54 und die zweite Leitwand vorgesehen. Der Außentrog 10, die Leitwand 50 und die zweite Leitwand 56 begrenzen einen Zufuhr-Ringraum 52 bzw. einen ^ Rücklauf-Ringraum 58. Die Überströmeinrichtungen E¹ · , die gleichmäßig über den Umfang der Leitwand 50 verteilt sind, bestehen bei dieser Ausführungsform aus Röhren 120, deren

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unteres Ende 122, welches offen ist, sich ein wenig unterhalb des abgerundeten Randes 54' befindet. Das untere Ende 124 der Röhre 120 ist mit einem hohlen "Verbindungsstück 126 verbunden, welches an der Leitwand 50 befestigt ist und in den Ringraum 58 mündet. Dieses Teil ist kalibriert, um einen Beschickungsverlust bzw. Zufuhrverlust zu erzeugen. Somit ist eine durchgehende Verbindung zwischen dem oberen Ende 122 der Röhre 120 und dem Ringraum 58 hergestellt. Wohlgemerkt könnte das untere Ende der Röhre 120 gebogen und direkt an der Leitwand 50 angeschlossen sein. Man sieht, daß es von Vorteil ist, einenRand 54-' zu haben, der eine gewisse Hervorkragung auf der Seite des Ringraumes 52 aufweist, um eine gewisse Haltung bzw. eine gewisse Lage des oberen Endes 122 der Röhre 120 zu gewährleisten.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der ÜberstrÖmungseinrichtung ist natürlich identisch mit derjenigen, welche im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben worden ist.

Man sieht ohneweiteres, daß die numerischen Werte lediglich ein besonderes Beispiel der Ausführungsform bei einem gegebenen Reaktor betreffen, und daß sie lediglich dazu dienen, Größenordnungen bei einem mit flüssigem Natrium gekühlten integrierten Schnellneutronenreaktor anzugeben dessen elektrische Leistung bei etwa 1200 MW liegt und bei dem der durch die Wärmeaustauscher hervorgerufene Beschickungsverlust in der Größenordnung von zwei Metern liegt.

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Claims

Patentansprüche

q). Kernrekator nach Patentanmeldung P 26 53 634·. 5* insbesondere nach Anspruch 2 dieser Anmeldung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von gleichmäßig entlang einer Wandung der Leitwand (50) verteilten Abflußeinrichtungen (E,E¹,E¹¹) für das flüssige Metall in den Rücklaufraum (58) vorgesehen ist, daß jede Einrichtung aus einem senkrechten, an der Wandung der Leitwand (50) angeordneten Rohr (100;10O¹;120) besteht, dessen oberes Ende (102$ 102· ,122) nächst dem Rand (54;54-·) der Leitwand (50) und dessen unteres Ende (1O4-;1O4·' ;124) unterhalb des tiefsten Metallspiegels (B) in dem Rücklauf raum (58) angeordnet ist, wobei das Rohr Mittel (108;126) zur Begrenzung der Strömungsmenge des flüssigen Metalls aufweist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Abflußeinrichtung (E¹) aus einem senkrechten, im Zufuhrraum (52) nächst der Leitwand (50) angeordneten Rohr (10O¹) besteht, dessen oberes Ende (102')

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offen und unterhalb des Randes (54-) der Leitwand (50) angeordnet ist.
3· Kernreaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß jede Abflußeinrichtung (E) aus einem senkrechten im Rücklaufraum (58) angeordnetem Rohr (100) besteht, dessen oberes Ende (102) offen und unterhalb des Randes (54·) der Leitwand (50) angeordnet ist, die für jedes Rohr (100) mit einem Ausschnitt (110) ausgebildet ist.
4·. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Rohr aus einer Röhre (120) besteht, welche an ihrem unteren Ende (124·) mindestens eine kalibrierte öffnung aufweist, welche mit mindestens einer kalibrierten und in der Leitwand (50) ausgebildeten öffnung verbunden ist.
5- Kernreaktor nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß jede Röhre (120) an seinem unteren Ende (124·) eine kalibrierte Öffnung aufweist, welche mit einem mit der Leitwand (50) verbundenem hohlen Teil (126) in Verbindung steht, wobei der Hohlraum dieses Teiles (126) in den Rücklaufraum (58) durch eine in der Leitwand (50) ausgebildete öffnung mündet.
6. Kernreaktor nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre durch Halbrohre (100) gebildet sind, welche mit der Leitwand (50) verbunden und an ihrem unteren Ende (104-) mit öffnungen (108) ausgebildet sind.

7» Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Rohr aus einem Halbrohr (100') gebildet ist, welches mit der Leitwand (50) verbunden ist, und daß das untere Ende (104-¹ ) des Halbrohres (100!) mit

dem Rücklaufraum (58) über in der Leitwand (50) ausgebildete, kalibrierte Öffnungen in Verbindung steht.

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