DE3113587C2

DE3113587C2 - Leichtwasser-Kernreaktor mit einer kühlwasserführenden Kernumfassung

Info

Publication number: DE3113587C2
Application number: DE3113587A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 8520 Erlangen Ulrych
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1985-03-28
Also published as: CH653169A5; FR2503436B1; ATA16982A; JPS57178181A; JPH026036B2; AT373434B; ES282662U; DE3113587A1; ES282662Y; US4587086A; FR2503436A1

Abstract

Bei einem Kernreaktor mit einem Strahlung emittierenden Kern (1) und einem diesen einschließenden Behälter (2) zur Führung eines Kühlmittels ist die Behälterwand mit parallelen Nuten (8) versehen. Die Nuten (8) haben eine Tiefe (T) von etwa einem Viertel der Wanddicke (D) oder mehr und der Ab stand (A) zwischen zwei benachbarten Nuten (8) ist ebenso groß wie die Tiefe (T). Sie ergeben eine Vergleichsmäßigung der Temperatur des Behälters (2), die durch die Strahlung in der Behälterwand erzeugt wird. Die Erfindung kommt insbesondere für die Kernumfassungen von Leichtwasserreaktoren in Frage.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtwasser-Kernreaktor mit einem Strahlung emittierenden Kern, der von einer aus ebenen Blechen bestehenden Kernumfassung zur Führung des Kühlwassers eingeschlossen ist.

Leichtwasser-Kernreaktoren der obengenannten Art sind zum Beispiel aus dem Buch »VG B-Kernkraftwerks-Seminar 1970« bekannt, und zwar als Druckwasserreaktor insbes. aus Seite 33, Abbildung 4 und Sfite 35, Abbildung 6, und als Siedewasserreaktor aus Seite 89, Abbildung 1. Bei solchen Reaktoren erzeugt die Strahlung in der den Kern einschließenden Kernumfassung Wärme, die zu leistungsdichteabhängigen Temperaturdifferenzen führt. Die Leistungsdichte kann Unterschiede in Umfangsrichtung des Reaktorkerns aufweisen, so daß Temperaturspannungen und Verwölbungen der aus Blechen bestehenden Kernumfassung nicht auszuschließen sind, wenn nicht besondere Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Als Gegenmaßnahme könnte man zum Beispiel an mechanische Verstärkungen, Streben oder dergleichen denken, zumal die Festigkeit des für solche Bleche aus Korrosionsgründen üblicherweise verwendeten austenitischen Materials ohnehin nicht sehr groß ist. Solche Verdickungen, Rippen usw. können aber ihrerseits wieder zur Erwärmung und Wärmespannungen fähren und außerdem einen unerwünscht hohen Aufwand erfordern. Demnach ist die Aufgabe der Erfindung die Suche nach einer besseren Lösung des Problems der unterschiedlichen Wärmeentwicklung in einer Kernumfassung, wie es vorstehend angesprochen wurde.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bleche mit parallelen Nuten versehen sind, deren Tiefe ein Viertel der Wanddicke oder mehr beträgt, und deren Abstand voneinander höchstens so groß wie die Tiefe ist

Durch die Anordnung der Nuten wird einmal die Wärmeentwicklung gegenüber einem nutenlosen Behalter viel stärker verringert als die mechanische Festigkeit durch die Nutung abnimmt Gleichzeitig wird die Wärmeabfuhr so verbessert, daß die Temperaturdifferenzen drastisch gesenkt werden. Damit verringern sich auch die mechanischen Beanspruchungen..Mithin bietet die Erfindung eine Möglichkeit die als Wände t-er Kernumfassung dienenden Bleche leichter, insbesondere dünner, auszubilden.

Die Erfindung hat nichts mit einem aus der DE-AS 16 39394 bekannten Reaktordruckbehälter für Druck- \ wasserreaktoren zu tun, der aus Gußeisenelementen besteht die mit Stahlringen umschlossen und zusammengespannt werden. Seine Wanddicke soll für die Strahlenabschirmung ausreichend bemessen sein und ist deshalb sicher so groß, daß Festigkeitsbetrachttngen nur eine untergeordnete Rolle spielen. In dem Gußeisenbehälter sollen Kanäle oder Kammern zur Aufnahme eines Kühlmittels und/oder Moderators und/oder eines Reflektorwerkstoffs vorgesehen sein, so daß Diffusionsverluste von thermischen Neutronen auf ein Minimum reduziert sind. Die Kammern Hegen ausschließlich im Inneren der Gußeisenelemente und haben keine Verbindung mit dem das Primärkühlmittel aufnehmenden Inneren des Reaktadruckbehälters.
Ferner wird in der Siemens-Zeitschrift 42 (1968) Heft 7, Seiten 521 bis 527 in dem Aufsatz »Die Rippe als Kühlelement« mit theoretischen Betrachtungen der Wärmeübergang untersucht, mit dem der Ingenieur die Wärmeabgabe von Heißteilen elektrischer Geräte steigert.

In einer erfindungsgemäßen Kernumfassung eines Druckwasserreaktors ist die Nutentiefe vorzugsweise etwa halb so groß wie die Wanddicke. Dabei läßt sich eine wesentliche Verbesserung schon erreichen, wenn bei einer Kernumfassung aus rechtwinklig zueinander verlaufenden Blechen, die kwiinitirs und kernäußere Ecken bilden, die Bleche nur im Bereich der kerninneren Ecken zum Beispiel über die halbe Breite der Bleche als Stellen mit besonders hoher Wärmeentwicklung mit Nuten versehen werden. Es ist aber durchaus möglich, auch die gesamte Oberfläche der Kernumfassung mit Ausnahme von Befestigungs- oder Verbindungsstellen mit Nuten zu versehen, und zwar auf der dem Kern zugekehrten oder abgekehrten Seite oder sogar auf beiden Seilen.

so Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in

Fig. I in einem Teilschnitt durch die Kernumfassung eines Druckwasserreaktors und in

F i g. 2 in einer zugehörigen Seitenansicht gezeichnet ist.

Die den nicht dargestellten quadratischen Brennelementen des Reaktorkerns 1 angepaßte Kernumfassung 2 bildet einen Behälter, der aus einzelnen ebenen BIechen als Wandteile 3,4,5 usw. zusammengesetzt ist. Die Bleche bestehen aus austenitischem Material und haben eine Wanddicke D von 23 mm. Sie verlaufen rechtwinklig zueinander und bilden kerninnere Ecken 6 und kernäußere Ecken 7.

es Die Wandteile 3,4,5 sind auf der dem Kern 1 abgewandten Außenseite mit parallelen Nuten 8 versehen, die den aus der F i g. 1 ersichtlichen annähernd quadratischen Querschnitt haben. Die Tiefe T der Nuten 8 bc-

trägt 13 mm, also mehr als die Hälfte der Wanddicke D. Der Abstand A zwischen zwei benachbarten Nuten ist höchstens ebenfalls 13 mm groß, vorzugsweise aber kleiner und nur durch die mechanische Mindestfestigkeit begrenzt Die Breite B der Nuten, die mindestens 10 mm betragen sollte um eine gute Kühlung zu gewährleisten, liegt beim Ausführungsbeispiel ebenfalls bei 13 mm. Sie kann aber auch größer sein.

Die Fi g. 2 z.äigt, daß sich die Nuten 8 Ober praktisch die gesamte Außenseite der Kernumfassung erstrecken. Lediglich der für die Befestigung vorgesehene Bereich 10 mit den für Verbindungsstellen vorgesehenen Bohrungen 11 ist auf einer Breite von etwa 40 mm ausgespart Die Längsrichtung der Nuten fällt mit der Strömungsrichtung des Kahlwassers zusammen, das mit is kleiner Geschwindigkeit die Ke-mumfassung 2 und mit großer Geschwindigkeit den Reaktorkern 1 von unten nach oben durchströmL Jedenfalls sollen die durch den Abstand A geschaffenen Rippen 9 zwischen den Nuten 8 die zur Wärmeabfuhr gewünschte Kühlmittelströmung möglichst nicht behindern.

Rechnungen ergeben, daß die auf Neutiunen- und Gammastrahlung beruhende ungleichmäßige Leistungsentwicklung in der Kernumfassung 2, die an der durch einen Kreis gekennzeichneten Stelle E in der keminneren Ecke 6 zum Beispiel 14 300 kW/m¹ beträgt, während die durch ein Kreuz gekennzeichnete Stelle F in der kernäußeren Ecke mit weniger als ein Viertel, nämlich 3000 kW/m³, beaufschlagt wird, mit der Erfindung wesentlich günstiger als bei den sonst üblichen massiven Blechen aufgenommen wird. Bei sonst gleichen Verhältnissen sind die Temperaturunterschiede zwischen den etwa 200 mm entfernten Stellen E und F von etwa 40⁰K auf 10⁰K oder weniger, d.h. auf ein Viertel zurückgegangen. Dadurch werden nicht nur die Beanspruchungen der einzelnen Bleche 3,4,5 usw. herabgesetzt, sondern auch an den Verbindungsstellen der Bleche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Leichtwasser-Kernreaktor mit einem Strahlung emittierenden Kern, der von einer aus ebenen Blechen bestehenden Kemumfassur.g zur Führung des Kühlwassers eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (3,4,5) mit parallelen Nuten (8) versehen sind, deren Tiefe (T) ein Viertel der Wanddicke (D) oder mehr beträgt, und deren Abstand (A) voneinander höchstens so groß wie die Tiefe (T) ist

2. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Nuten (8) mindestens ebenso groß wie die Tiefe (T) ist

3. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kernumfassung (2) eines Druckwasserreaktors die Nutentiefe (T) etwa halb so groß wie die Wanddicke (D) ist

4. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 3, wobei die üernumfassung aus rechtwinklig zueinander verlaufenden Blechen besteht, die kerninnere und kernäußere Ecken bilden, dadurch gekennzeichnet daß die Bleche (3,4,5) mindestens im Bereich der kerninneren Ecken (6) mit Nuten (8) versehen sind.

5. Leichtwasser-Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die gesamte Oberfläche der Kernumfassung (2) mit Ausnahme von Befestigungs- oder Verbindungsstellen mit Nuten (8) versehen ist