DE3528193A1

DE3528193A1 - Liquid cooled nuclear reactor

Info

Publication number: DE3528193A1
Application number: DE19853528193
Authority: DE
Inventors: Pramod Dipl Ing Batheja; Peter Dipl Ing Rau
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1987-02-19

Abstract

In a liquid cooled nuclear reactor having a reactor pressure vessel which contains the reactor core and a heat exchanger whose heat exchange surfaces intersect a liquid level of the cooling liquid, the heat exchange surfaces are provided in the region of the liquid level with a coating which inhibits the heat exchange. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kern reaktor mit einem Reaktordruckbehälter, der den Reaktor kern und einen Wärmetauscher enthält, dessen Wärmeüber gangsflächen einen Flüssigkeitsspeigel der Kühlflüssig keit durchschneiden.The invention relates to a liquid-cooled core reactor with a reactor pressure vessel that connects the reactor core and contains a heat exchanger whose heat transfer a liquid spatula the coolant cut through.

Bei einem Kernreaktor dieser Art ist der über dem Flüs sigkeitsspiegel liegende Raum mit verdampfter Kühlflüs sigkeit gefüllt. Dieser Kühlmitteldampf verbessert den Naturumlauf der Kühlflüssigkeit und sorgt zugleich für die Druckhaltung. Dabei wird der Dampf im oberen Bereich des Wärmetauschers kondensiert. Die Kondensation ist von der Kühlmitteltemperatur und von der Wärmeübergangsflä che des Wärmetauschers abhängig. Die für die Dampfkon densation zur Verfügung stehende Wärmeübergangsfläche hängt ab vom Flüssigkeitsspiegel der Kühlflüssigkeit. Dieser kann sich jedoch bei konstanter Füllmenge des wegen ändern, weil mit steigender Reaktorleistung der Dampfblasengehalt in der Kühlflüssigkeit zunimmt. Dies erhöht den Flüssigkeitsspiegel im Reaktordruckbehälter. Es ergibt sich also die Folge, daß die steigende Dampf entwicklung auf eine geringere Kondensationsfläche des Wärmetauschers trifft. Dies ist für einen stabilen Be trieb unerwünscht.In a nuclear reactor of this type, it is above the river liquid level room with evaporated cooling rivers liquid filled. This coolant vapor improves the Natural circulation of the coolant and ensures at the same time the pressure maintenance. The steam is in the upper area of the heat exchanger condenses. The condensation is from the coolant temperature and the heat transfer area surface of the heat exchanger. The for the steam con available heat transfer surface depends on the liquid level of the coolant. However, this can change with a constant filling quantity of the because of change because the reactor power increases Vapor bubble content in the coolant increases. This increases the liquid level in the reactor pressure vessel. The result is that the rising steam development on a smaller condensation area of the Heat exchanger meets. This is for a stable loading drifted undesirable.

Aufgabe der Erfindung ist eine Abhilfe für das vorge nannte sozusagen naturgesetzliche Betriebsverhalten. Die Abhilfe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Wärmeüber gangsflächen im Bereich des Flüssigkeitsspiegels mit einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht versehen sind. The object of the invention is a remedy for the pre called, so to speak, natural law operating behavior. The Remedy according to the invention is that the heat transfer corridors in the area of the liquid level a heat-inhibiting layer are provided.

Mit der Erfindung erreicht man eine thermische Isolie rung, die den Einfluß von Schwankungen des Flüssigkeits spiegels weitgehend beseitigt, weil die von den Schwan kungen betroffenen Bereiche der Wärmeübergangsflächen weitgehend inaktiv sind. Somit ist die für die Konden sation zur Verfügung stehende Fläche des Wärmetauschers praktisch konstant.Thermal insulation is achieved with the invention tion, the influence of fluctuations in the liquid largely eliminated because of the swan affected areas of the heat transfer surfaces are largely inactive. So that's for the condens sation available surface of the heat exchanger practically constant.

Die den Wärmeübergang hemmende Schicht kann bei einem Kernreaktor mit Rohren als Wärmeübergangsflächen so aus gebildet sein, daß Hülsen auf die Rohre aufgeschoben sind. Die Hülsen können in Form von Rohrstücken mit einem größeren Durchmesser als die Wärmetauscherrohre ausgeführt sein. Vorzugsweise bestehen die Hülsen aus dem gleichen Material wie die Rohre. Jedenfalls darf das Material bei den in Betracht kommenden Temperaturen von 100 bis etwa 300° C keine Zersetzungserscheinungen unter der Einwirkung der Kühlflüssigkeit aufweisen.The layer that inhibits heat transfer can be in one Nuclear reactor with pipes as heat transfer surfaces like this be formed that sleeves pushed onto the pipes are. The sleeves can be in the form of pieces of pipe a larger diameter than the heat exchanger tubes be executed. The sleeves preferably consist of the same material as the pipes. In any case, that is allowed Material at the eligible temperatures of 100 to about 300 ° C no decomposition symptoms below the influence of the coolant.

Die Hülsen können an der Außenseite einen mehreckigen Querschnitt haben und mit ebenen Flächen aneinander an liegen. Sie wirken dann zusätzlich als Abstandshalter. Man erreicht dadurch auch eine weitgehende Trennung der Wärmetauscherteile oberhalb und unterhalb des Flüssig keitsspiegels.The sleeves can be polygonal on the outside Have cross-section and with flat surfaces to each other lie. They then also act as spacers. This also achieves an extensive separation of the Heat exchanger parts above and below the liquid mirror.

Die Hülsen können ferner in Form einer quer zu den Roh ren verlaufenden Platte ausgebildet sein, die mehrere Rohre umfaßt. Mehrere solcher Platten können auch über einander angeordnet sein, um die gewünschte Höhe der den Wärmeübergang hemmenden Schicht im Bereich des Flüssig keitsspiegels zu erhalten. Die Höhe kann man vorteilhaft im Bereich des 3- bis 20fachen des Rohrdurchmessers wählen. The sleeves can also be in the form of a cross to the raw ren trending plate be formed, the several Pipes includes. Several such plates can also be used be arranged to the desired height of the Heat transfer inhibiting layer in the area of the liquid to maintain the mirror. The height can be advantageous in the range of 3 to 20 times the pipe diameter choose.

Zur nächeren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigtTo further explain the invention are based on the Drawing embodiments described. It shows

Fig. 1 einen flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 is a liquid-cooled nuclear reactor according to the invention in perspective view,

Fig. 2 in einem Vertikalschnitt in größerem Maßstab einen Wärmetauscher des Kernreaktors nach Fig. 1, Fig. 2, in a vertical section in a larger scale a heat exchanger of the nuclear reactor of FIG. 1

Fig. 3, 4, 5 jeweils eine unterschiedliche Ausbildung der den Wärmeübergang hemmenden Schicht in noch mals größerem Maßstab, Fig. 3, 4, 5 each have a different design of the heat transfer inhibiting layer in yet times larger scale,

Fig. 6 die Ausbildung der Schicht in Form von Rohrstücken größeren Durchmessers. Fig. 6 shows the formation of the layer in the form of pipe pieces of larger diameter.

Der erfindungsgemäße Kernreaktor sitzt in einem Reaktor druckbehälter 1, der mit seinem zylindrischen Mantel den im unteren Teil gelegenen Reaktorkern 2 umschließt. Der Reaktorkern 2 besteht in bekannter Weise aus einzelnen Brennelementen, deren Neutronenfluß durch Steuerstäbe 4 auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Deshalb wird die im Reaktorkern entwickelte Wärme in der gewünschten Menge an das im Reaktordruckbehälter 1 enthaltene Wasser (H₂O) abgegeben. Das erhitzte und zum Teil verdampfte Wasser strömt durch Kamine 5 nach oben in einen Führungs körper 6, der sich von einem Deckelflansch 7 nach unten erstreckt. Der Führungskörper 6 umgibt Antriebe 8 für die Steuerstäbe 4. Er ist nach oben durch den auf dem Flansch 7 sitzenden Deckel 10 festgelegt, mit dem der Reaktordurckbehälter 1 verschlossen ist.The nuclear reactor according to the invention sits in a reactor pressure vessel 1 , which surrounds the reactor core 2 located in the lower part with its cylindrical jacket. The reactor core 2 consists in a known manner of individual fuel elements, the neutron flow of which is adjusted to the desired value by control rods 4 . Therefore, the heat developed in the reactor core is released in the desired amount to the water contained in the reactor pressure vessel 1 (H₂O). The heated and partially evaporated water flows through chimneys 5 upwards into a guide body 6 , which extends from a cover flange 7 downwards. The guide body 6 surrounds drives 8 for the control rods 4 . It is fixed upwards by the cover 10 seated on the flange 7 , with which the reactor pressure vessel 1 is closed.

Oberhalb des Reaktorkerns 2 sind am Umfang des Reaktor druckbehälters acht Wärmetauscher 12 gleichmäßig ver teilt so angeordnet, daß sie den Reaktorkern 2 umgeben. Die Wärmetauscher 12 umfassen, wie die Fig. 2 deutlicher zeigt, ein Rohrbündel 13, das sich von einem oberen Sam melraum 14 zu einem unteren Sammelraum 15 erstreckt. Die einzelnen Rohre 17 des Rohrbündels 13 sind durch Abstands halter 18 festgelegt. Above the reactor core 2 eight heat exchangers 12 are evenly arranged on the circumference of the reactor pressure vessel so that they surround the reactor core 2 . The heat exchanger 12 , as shown in FIG. 2 shows more clearly, a tube bundle 13 which extends from an upper Sam melraum 14 to a lower plenum 15 . The individual tubes 17 of the tube bundle 13 are fixed by spacers 18 .

In der Mitte des Rohrbündels 13 verlaufen Fallrohre 20 zu dem nur in Fig. 1 gezeigten unteren Sammelraum 15. Sie führen das im Wärmetauscher 12 zu erwärmende Sekun därmedium von einem Einlaßrohr 24 aus zu. Nach dem Pas sieren des Rohrbündels 13 wird das Sekundärmedium aus dem oberen Sammelraum 14 durch ein das Rohr 24 umgeben des Auslaßrohr 26 abgeführt und z. B. für Heizzwecke ver wendet.Down pipes 20 run in the middle of the tube bundle 13 to the lower collecting space 15 shown only in FIG. 1. You run in the heat exchanger 12 to be heated secondary medium from an inlet pipe 24 to. After passing the tube bundle 13 , the secondary medium is discharged from the upper collecting space 14 through a tube 24 surrounding the outlet tube 26 and z. B. ver for heating purposes.

Die Wärmetauscher 12 besitzen ein das Rohrbündel 13 umgebendes Gehäuse 30, das aus ebenen Wänden besteht. Die der Reaktorinnenseite zugekehrte Vorderwand er streckt sich dabei nur bis in die Höhe des von oben gesehen zweiten Abstandshalters 18. Dadurch entsteht eine Einlaßöffnung für das Primärkühlwasser, das den Reaktordruckbehälter 1 nur zum Teil füllt und deshalb einen Flüssigkeitsspiegel ergibt.The heat exchangers 12 have a housing 30 surrounding the tube bundle 13 , which consists of flat walls. The front wall facing the inside of the reactor extends only up to the height of the second spacer 18 seen from above. This creates an inlet opening for the primary cooling water, which only partially fills the reactor pressure vessel 1 and therefore results in a liquid level.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß das Rohrbündel 13, das die Wärmeübergangsflächen 32 des Wärmetauschers 12 bildet, den bei 40 angedeuteten Flüssigkeitsspiegel durchschnei det. Dort sind die Rohre 17 mit einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht 41 versehen. Die Ausbildung der Schicht 41 wird nun anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben.In Fig. 2 it can be seen that the tube bundle 13 , which forms the heat transfer surfaces 32 of the heat exchanger 12 , cut through the liquid level indicated at 40 det. There, the tubes 17 are provided with a layer 41 which inhibits heat transfer. The formation of layer 41 will now be described with reference to FIGS. 3 to 6.

Wie die Fig. 3 zeigt, kann die Schicht 41 in Form eines massiven Blockes 42 ausgeführt sein. In dem Block sind Bohrungen 43 vorgesehen, deren Durchmesser nur wenig größer als der Außendurchmesser der Rohre 17 ist. Der Block 42 bildet damit einen in der Höhe vergrößerten Abstandshalter. Die Höhe H beträgt etwa das 5- bis 8 fache des Durchmessers D der Rohre 17.As FIG. 3 shows, the layer 41 can be designed in the form of a solid block 42 . Bores 43 are provided in the block, the diameter of which is only slightly larger than the outer diameter of the tubes 17 . The block 42 thus forms a spacer enlarged in height. The height H is approximately 5 to 8 times the diameter D of the tubes 17 .

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind über die Rohre 17 einzelne Hülsen 45 in Form einer parallelkantigen Säule mit sechseckigem Querschnitt übergeschoben, die an der Außenseite ebene Flächen 46 haben. Mit den Flä chen 46 liegen die Hülsen 45 aneinander an. Damit ist wieder die Wirkung eines Abstandshalters erreicht.In the embodiment according to FIG. 4, individual sleeves 45 in the form of a parallel-edged column with a hexagonal cross section are pushed over the tubes 17 and have flat surfaces 46 on the outside. With the surfaces 46 , the sleeves 45 abut each other. The effect of a spacer is thus achieved again.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 umfaßt die den Wärmeübergang hemmende Schicht 41 Hülsen in Form von quer zu den Rohren 17 verlaufenden Platten 48, die mehr fach übereinander angeordnet sind. Beim Ausführungsbei spiel sind sechs Platten 48 übereinander angeordnet, die eine etwas kleinere Dicke als der Rohrdurchmesser haben. Gemeinsam ergeben diese Platten eine den Wärmeübergang hemmende Schicht 41, deren Höhe das 5fache des Rohr durchmessers beträgt.In the embodiment according to FIG. 5, the heat transfer-inhibiting layer 41 comprises sleeves in the form of plates 48 which run transversely to the tubes 17 and are arranged several times one above the other. In the game Ausführungsbei six plates 48 are arranged one above the other, which have a slightly smaller thickness than the tube diameter. Together, these plates result in a layer 41 which inhibits heat transfer and whose height is 5 times the tube diameter.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Rohre 17 mit einzelnen Hülsen 49 versehen, die die Form konzen trischer Rohrstücke haben. Die Hülsen 49 haben einen Innendurchmesser, der bis auf das zum Überstreifen not wendige Spiel gleich dem Außendurchmesser der Rohre 17 ist.In the embodiment of Fig. 6, the tubes 17 are provided with individual sleeves 49 which have the form of concentrated tric pipe pieces. The sleeves 49 have an inner diameter which is the same as the outer diameter of the tubes 17 except for the play necessary to slip on.

Das Material der beim Ausführungsbeispiel vorgesehenen Schicht 41 ist in Übereinstimmung mit dem Material der Rohre 17 austenitischer Stahl. In dieser Form erhöht die Schicht 41 auch im Hinblick auf den Spalt zwischen der Bohrung 43 und dem Rohr 17 den Wärmeübergangswiderstand auf das 3- bis 20fache und mehr. Die Erfindung kann aber auch mit anderen Materialien mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit verwirklicht werden.The material of the layer 41 provided in the exemplary embodiment is austenitic steel in accordance with the material of the tubes 17 . In this form, the layer 41 also increases the heat transfer resistance by 3 to 20 times or more with regard to the gap between the bore 43 and the tube 17 . However, the invention can also be implemented with other materials with a low thermal conductivity.

Claims

1. Liquid-cooled nuclear reactor with a reactor pressure vessel which contains the reactor core and a heat exchanger, the heat transfer surfaces of which cut through a liquid level of the cooling liquid, characterized in that the heat transfer surfaces ( 32 ) in the region of the liquid level ( 40 ) with a layer which inhibits the heat transfer ( 41 ) are provided.

2. Nuclear reactor according to claim 1, with tubes as heat transfer surfaces, characterized in that sleeves ( 42 , 45 , 48 , 49 ) are pushed onto the tubes ( 17 ).

3. Nuclear reactor according to claim 2, characterized in that the sleeves ( 45 ) have a polygonal cross-section on the outside and bear against one another with flat surfaces ( 46 ).

4. Nuclear reactor according to claim 2, characterized in that the sleeves are designed in the form of a transverse to the tubes ( 17 ) plate ( 48 ) which comprises a plurality of tubes ( 17 ).

5. Nuclear reactor according to claim 4, characterized in that a plurality of plates ( 48 ) are arranged one above the other.