DE3704746A1 - Einrichten zum abschalten eines hochtemperatur-kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abschalten eines Hochtemperatur-Kernreaktors, dessen mit einer Schüttung kugelför­ miger Brennelemente gefülltes kreiszylindrisches Core von einem Seitenreflektor und von einem Druckbehälter konzentrisch umgeben ist, wobei vom Seitenreflektor auskragende nasenartige Vorsprünge in das Core ragen und jeweils von einem vertikal erstreckten Hohlraum durchsetzt sind, der über jeweils eine Zufuhrleitung mit kugelförmigen Absorberelementen beschickbar und über jeweils ein Abzugsrohr entleerbar ist und wobei von dem Abzugsrohr aus die Absorberkugeln mit einer Fördereinrichtung in einen oberhalb des Druckbehälters angeordneten Vorratsbehälter gelangen, der mit der Zufuhrleitung verbunden ist.

Eine derartige Einrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung P 36 01 747.7 beschrieben. Die dort nur allgemein erwähnten Systeme zur Bereitstellung, zum Abziehen und zur Förderung der Absorberkugeln arbeiten zu träge, um die Funktion als zweite Ab­ schalteinrichtung neben den Reflektorstäben zu erfüllen. Außerdem ist ein Versagen im Bewegungsablauf der Absorberkugeln nicht aus­ zuschließen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die neben einer schnellen und zuverläs­ sigen Einbringung eine kurzfristige Rückförderung der Absorber­ kugeln gewährleistet und eine wiederkehrende Prüfung der Einrich­ tung während des Betriebes des Kernreaktors sicherstellt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß dem Vor­ ratsbehälter eine redundant ausgelegte Vorrichtung zum Freigeben einer Öffnung zwischen dem Vorratsbehälter und der Zuführleitung zugeordnet ist, daß das Abzugsrohr in einem Gehäuse endet, das die Bildung eines Schüttkegelverschlusses durch die Absorberku­ geln erlaubt, daß in ein dem Schüttkegelverschluß zugewandten Gehäuseteil ein Dosiergasstrom mündet und ein dem Schüttkegelver­ schluß fernliegender Gehäuseteil von einem Fördergasstrom durch­ setzt ist und daß vom Vorratsbehälter eine Leitung zur Abfuhr des die Absorberkugeln in den Vorratsbehälter zurückführenden Gases wegführt.

Die redundant verfügbare Vorrichtung schließt ein Versagen der Absorberkugeleinführung aus. Mit dem Dosiergasstrom gelingt zu­ sammen mit der Schüttkegelausbildung und dem an anderer Stelle des Gehäuses ansetzenden Fördergasstrom der Abzug und die Rück­ führung einer gezielt vorgebbaren Kugelmenge. Der Dosiergasstrom übergibt dabei die Absorberkugeln an den Fördergasstrom. Die Trennung von Absorberkugeln und Gasstrom im Vorratsbehälter stellt sicher, daß im Vorratsbehälter kein Druckaufbau entsteht und die Absorberkugeln allein aufgrund der Schwerkraft nach der Betätigung der redundanten Vorrichtung in den Hohlraum der nasen­ förmigen Vorsprünge eintreten. Während des Betriebes des Kern­ reaktors kann mit dem Durchlaufen weniger Absorberkugeln die Funktion der Einrichtung geprüft werden. Alle aktiv tätig werden­ den Komponenten der redundanten Vorrichtung als auch die Steue­ rung von Dosier- und Fördergasstrom sind außerhalb des Druckbe­ hälters angeordnet bzw. von außerhalb zugänglich. Eine wiederkeh­ rende Prüfung dieser Komponenten ist daher ebenfalls während des Betriebes des Kernreaktors möglich.

Die Redundanz der Vorrichtung wird vorzugsweise durch eine bei einem Störfall zwangsläufig einsetzende und durch eine ansteuer­ bare Öffnungsbewegung gebildet.

Die zwangsläufig einsetzende Öffnungsbewegung stellt also eine passive Sicherung dar, die eine Zufuhr der Absorberkugeln bei einem Störfall garantiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung ein auf dem Deckel des Vorratsbehälters befestigtes Gehäuse aufweist, dem zwei Kolben zugeordnet sind, daß eine jedem Kolben zugeordnete Kolbenstange durch den Deckel des Vorratsbe­ hälters erstreckt ist und relativ zueinander verschiebbare Teile eines Verschlusses für die Öffnung zwischen dem Vorratsbehälter und der Zufuhrleitung trägt.

Zur Erzielung einer kompakten Bauweise sind die Kolben in achs­ parallel nebeneinander angeordneten zylindrischen Grundbohrungen des Gehäuses geführt.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß die Kolben übereinander und koaxial zueinander angeordnet sind, daß die Kolbenstange des oberen Kolbens eine als Hülse ausgebildete Kolbenstange des unteren Kolbens koaxial durchsetzt, wobei die Hülse den zwangs­ läufig bewegbaren Kolben trägt und ein an die Innenseite des Vor­ ratsbehälter-Deckels anlegbare Schulter der Hülse als Widerlager für die ständig mit Druck beaufschlagte Kammer zwischen dem zwangsläufig bewegbaren Kolben und der vom Gehäuseinnenraum be­ grenzten Außenseite des Vorratsbehälter-Deckels dient, wobei der Kolben für die anströmbare Öffnungsbewegung in der Schließstel­ lung an eine dem Gehäuse zugeordnete Schulter grenzt.

Mit dieser Ausbildung gelingt die Unterbringung der Vorrichtung zum Freigeben der Öffnung zwischen dem Vorratsbehälter und der Zufuhrleitung auch bei beengten Platzverhältnissen.

Damit die Bauteile zur Positionsbestimmung für die wiederkehrende Prüfung bzw. zu einem Austausch leicht zugänglich sind, sind im Mantel des Gehäuses Stellungsgeber zur Positionsbestimmung der Kolben angeordnet.

Eine besondere Ausgestaltung sieht vor, daß der dem zwangsläufig bewegbaren Kolben zugeordnete Teil zum Verschließen der Öffnung zwischen dem Vorratsbehälter und der Zufuhrleitung als der Innen­ kontur des Vorratsbehälters angepaßter Ring ausgebildet ist, daß der dem ansteuerbaren Kolben zugeordnete Teil eine in der zentra­ len Öffnung des Ringes mit geringem Spiel bewegbare kegelstumpf­ förmig ausgebildete Scheibe ist und daß der Ring der kegelstumpf­ förmig ausgebildeten Scheibe entgegengesetzt schräg verläuft, so daß in der Schließstellung ein V-förmig ausgebildeter Einschnitt entsteht.

Um das Ausfließen der Absorberkugeln zu beschleunigen, verläuft der dem Abzugsrohr zugewandte Hohlraum eines nasenartigen Vor­ sprungs schräg zur Mündung des Abzugsrohres.

Der vom Schüttkegel bedeckte Boden des Gehäuses ist mit einer Perforierung versehen, und der Gasstrom wird in eine unterhalb der Perforierung angeordnete Kammer eingeleitet. Dabei ist die Perforierung versetzt gegenüber der Mündung des Abzugsrohres an­ geordnet, und eine Austrittsöffnung des Abzugsrohres mündet in einen Schacht, der mit der Achse des Abzugsrohres einen Winkel von weniger als 90° einschließt.

Eine Seitenwand des Schachtes unterstützt die Bildung eines Schüttkegels, da die Absorberkugeln dort gestaut werden. Erst nach dem Einsetzen des Dosiergasstromes werden die Kugeln aus dem Stau gelöst. Die versetzte Anordnung der Perforierung erleichtert beim Einsetzen des Dosiergasstromes das Lösen der Kugeln aus dem Stau, da das Gas im Randbereich des Schüttkegels angreift.

Zur Absorberkugelrückführung wird weiterhin vorgesehen, daß eine das Gehäuse durchsetzende Leitung für den Fördergasstrom an ihrer Mantelfläche eine Öffnung aufweist, die unterhalb eines zwischen dem freien Ende des Schachtes und einer Gehäusewand gebildeten Spaltes angeordnet ist.

Die vom Dosiergasstrom zur Öffnung zwischen dem Schachtende und der Wand geförderten Absorberkugeln unterliegen einer Sogwirkung des Fördergasstromes, so daß sie schneller zur Förderleitung ge­ langen.

In Durchflußrichtung des Fördergasstromes betrachtet ist die Lei­ tung vor der Öffnung verengt ausgebildet.

Durch den Venturi-Effekt wird die Strömungsgeschwindigkeit des Fördergasstromes erhöht. Dies führt zu einer Vergrößerung der Sogwirkung, so daß ein Verlust von Fördergas an der Öffnung der Förderleitung vermieden wird.

Eine andere Ausgestaltung der Absorberkugel-Rückführung sieht vor, daß das Abzugsrohr nach seinem Eintritt in das Gehäuse als Krümmer ausgebildet ist, der größer als 90° ist, daß das auf­ wärtsgerichtete Ende des Krümmers in eine Leitung für den Förder­ gasstrom mündet, daß im Krümmer ein Schüttkegel ausgebildet ist und daß wenigstens der der Leitung für den Fördergasstrom zuge­ wandte Teil des Krümmers mit einer Perforierung versehen ist.

Da auch hier ein geschlossenes Gehäuse sowohl den Krümmer als auch dessen Einbindung in den Fördergasstrom umgibt, kann durch dosierte Gasstöße die Fördergasrate beliebig beeinflußt werden.

Um den Einsatz von Fremdgas zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß das Gas zum Fördern und Dosieren Kaltgas der Reaktoranlage ist, daß das Kaltgas in ein Armaturengehäuse strömt, von dem die Leitungen für das Förder- und Dosiergas weg­ führen und daß diesen Leitungen innerhalb des Armaturengehäuses angeordnete Armaturen zugeordnet sind.

Das Armaturengehäuse ist vorzugsweise ein Teil der Druckbehäl­ terwandung, wobei an der nach außen gerichteten Wand des Armatu­ rengehäuses ein Anschluß für ein Hilfsgebläse vorgesehen ist. Für diesen Fall ist einem Stutzen zum Einführen des Kaltgases in das Armaturengehäuse eine Rückschlagarmatur zugeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mündet die Fördergasleitung tangential in den Vorratsbehälter, und die vom Vorratsbehälter wegführende Leitung für die Rückführung des Fördergases in den Druckbehälter verläßt den Vorratsbehälter radial.

Durch die tangentiale Einleitung wird eine Bremswirkung für die Kugeln erzielt, so daß sie schonend in den Vorratsbehälter ge­ langen.

Das Gehäuse und das Abzugsrohr sind gegen unkontrolliertes Aus­ fließen von Absorberkugeln durch eine mit Durchbrüchen versehene Ummantelung geschützt.

Zur Erzielung einer verlustarmen Rückführung des Fördergases wird die vom Vorratsbehälter weggehende Leitung zum Gebläseeinlaß oder zum Dampferzeugerauslaß geführt.

Zum Vermeiden bzw. zum Ausgleichen von Schieflasten beim Wieder­ anfahren der Reaktoranlage wird vorgeschlagen, daß dem Vorratsbe­ hälter Füllhöhenmeßgeräte zugeordnet sind, daß die davon ableit­ baren Füllhöhendifferenzen in den Hohlräumen der nasenartigen Vorsprünge durch die Differenzierung der Dosiergasströme aus­ gleichbar sind.

In jedem Vorratsbehälter sind ca. 775000 Kugeln gelagert. Der Vorteil der Erfindung ist daher insbesondere darin zu sehen, das Einbringen dieser Menge in einen Hohlraum und die dosierte Rück­ förderung unter Beachtung der Wiederholungsprüfbarkeit der Ein­ richtung auf einfache und fortschrittliche Weise zu erzielen. Die Einrichtung ist unabhängig von der Kugelgröße einsetzbar, so daß sie auch für die einen größeren Durchmesser aufweisenden kugel­ förmigen Brennelemente geeignet ist.

Anhand der Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung dargestellt. Außerdem werden dort weitere Ausge­ staltungen und Vorteile angegeben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Teilbereich eines Reaktorbe­ hälters mit dem Abschaltsystem,

Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung II der Fig. 1 mit einer anderen Anordnung der Fördergaszu- und -abfuhr in einem Vorrats­ behälter,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 in einem größeren Maßstab einen Schnitt durch einen Vor­ ratsbehälter für Absorberkugeln und eine Vorrichtung zum Betäti­ gen eines Öffnungsverschlusses,

Fig. 5 eine anders ausgestaltete Vorrichtung zum Betätigen eines Öffnungsverschlusses,

Fig. 6 in einem größeren Maßstab den Teilbereich zum Abziehen und Weiterfördern der Absorberkugeln,

Fig. 7 eine andere Ausbildung des Teilbereiches nach Fig. 6 und

Fig. 8 eine Ansicht in Pfeilrichtung VII der Fig. 7.

Die Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt den Teilbereich eines Reaktordruckbehälters 1, der konzentrisch einen Seitenreflektor 2 und eine Schüttung mit kugelförmigen Brennelementen 3, das soge­ nannte Core 4, umfaßt. Der aus einzelnen Elementen aufgebaute Seitenreflektor 2 weist vier radial in das Core 4 ragende nasen­ artige Vorsprünge 5 auf (Fig. 3). Jeder nasenartige Vorsprung 5 ist mit einem als Langloch ausgebildeten Hohlraum 6 versehen, der am unteren Ende in Richtung Core 4 schräg zuläuft und in ein Ab­ zugsrohr 7 mündet. Zum Abschalten des Kernreaktors wird aus einem Vorratsbehälter 8 über eine Zufuhrleitung 9 eine Schüttung aus Absorberkugeln 10 in den Hohlraum 6 eingebracht. Jedem Hohlraum 6 ist ein auf einem Flansch 11 des Reaktordruckbehälters 1 be­ festigter Vorratsbehälter 8 zugeordnet, der über die durch einen Deckenreflektor 12 erstreckte Zufuhrleitung 9 mit dem jeweiligen Hohlraum 6 verbunden ist. Die Zufuhrleitung 9 ist schräg durch den Deckenreflektor geführt, um dessen Wirksamkeit nicht zu schwächen. Beim Anfahrvorgang des Kernreaktors gelangen die Ab­ sorberkugeln 10 über ein Gehäuse 13, in das ein Dosiergasstrom 14 mündet, mit Hilfe eines das Gehäuse 13 durchsetzenden Fördergas­ stromes 15, 15 a zum jeweiligen Vorratsbehälter 8. Der Dosiergas- als auch der Fördergasstrom werden aus einem gemeinsamen Armatu­ rengehäuse 16 gespeist, das über einen durch eine Rückschlag­ klappe 17 gesicherten Stutzen 18 an den Kaltgasstrom des Kern­ reaktors angeschlossen ist. Als Kaltgas wird das im Druckbehälter umlaufende Gas verstanden, bevor es in das Core eintritt. Ein Teil dieses Kaltgases strömt also unter Überwindung der Rück­ schlagklappe 17 in das Armaturengehäuse 16.

Innerhalb des Armaturengehäuses 16 ist dem Fördergasstrom 15 eine Trimmarmatur 19 und dem Dosiergasstrom 14 eine Dosierarmatur 16 zugeordnet. An einer nach außerhalb des Druckbehälters zeigenden Wand des Armaturengehäuses 16 ist ein Stutzen 20 angebracht, an welchen ein Hilfsgebläse 18 angeschlossen werden kann, das eben­ falls Gas aus dem Innenraum des Reaktordruckbehälters verwendet. Der das Gehäuse 13 verlassende Fördergasstrom 15 a transportiert die Absorberkugeln 10 zum Vorratsbehälter 8. Der Fördergas­ strom 15 a verläuft durch einen Ringraum 22 zwischen der Innenwand des Druckbehälters 1 und einem thermischen Schild 23, bevor er den Druckbehälter in der Nähe des Flansches 11 durchdringt und am oberen Ende in den Vorratsbehälter 8 eintritt. Während die Absor­ berkugeln im Vorratsbehälter verbleiben, verläßt der Gasanteil des Fördergasstromes 15 a über eine Leitung 24 den Vorratsbehäl­ ter 8 und strömt in den Druckbehälter 1 zurück. Das Gas wird dort zum Dampferzeuger-Austritt bzw. zum Gebläse-Eintritt geführt und tritt in den Kreislauf des im Druckbehälter umlaufenden Gases ein.

Wie aus der Fig. 2, die eine Ansicht des Vorratsbehälters von oben zeigt, zu ersehen ist, ist zur Erzeugung einer Bremswirkung für die Absorberkugeln der Fördergasstrom 15 a tangential in den Vorratsbehälter 8 eingeführt. Dagegen tritt die Leitung 24 für die Fördergasrückführung in den Druckbehälter 1 radial aus dem Zentrum des Vorratsbehälters 8. Die Fig. 2 läßt weiterhin erken­ nen, daß die vier Vorratsbehälter 8 (nur zwei dargestellt) auf dem Teilkreis der Reflektorstabantriebe 25 platzsparend angeord­ net sind.

Die Fig. 4 zeigt, in einem größeren Maßstab dargestellt, den oberen Teilbereich des Vorratsbehälters 8 und einer in der Fig. 1 angedeuteten, redundant ausgebildeten Vorrichtung 26 zum Freigeben bzw. Schließen einer Öffnung 27 zwischen dem Vorrats­ behälter 8 und der Zufuhrleitung 9. Auf einem Deckel 28 des Vor­ ratsbehälters 8 ist ein stufenförmig abgesetztes Gehäuse 29 über einen in einer obere Stufe 30 eingreifenden Verschlußkörper 31 mittels Schrauben 32 befestigt. Zwischen dem Deckel 28 und einer Stirnfläche des Vorratsbehälters 8, zwischen einer Stirnfläche des Gehäuses 29 und der Deckeloberfläche und zwischen einer an­ deren Stirnfläche des Gehäuses 29 und dem Verschlußkörper 31 sind jeweils Rundschnurringe 33 angeordnet. Eine Hülse 34 durchsetzt den Deckel 28 und erstreckt sich sowohl in den Vorratsbehälter 8 als auch in das Gehäuse 29. An ihrem in den Vorratsbehälter 8 ragende Ende trägt die Hülse 34 einen Tragstern 35, an dem über mehrere Gewindestangen 36 ein zum Zentrum des Vorratsbehälters 8 hin schräg zulaufender Ring 37 aufgehängt ist, der mit seiner Umfangsfläche unter Belassung eines Spiels an die Innenwand des Vorratsbehälters 8 grenzt. Der Tragstern 35 ist auf einem An­ satz 38 der Hülse 34 aufgesteckt und mit einem Gewindering 39 gegen ein Widerlager 40 verspannt. Mit einer dem Tragstern 35 abgewandten Schulter kommt das Widerlager 40 am Deckel 28 zur Anlage. An ihrem in das Gehäuse 29 ragenden Ende weist die Hülse 34 einen Ansatz 41 auf, der zur Aufnahme eines Kolbens 42 dient, der mit einem Gewindering 43 gegen eine Schulter der Hülse 34 verspannt ist. Der Kolben 42 ist mit Kolbenringen 44 versehen, die gegen die Innenwand der Stufe 45 des Gehäuses 29 wirken, so daß ein über die Armatur 46, 47 gesteuertes Druck­ medium die Bewegung des Kolbens 42 und der mit ihm verbundenen Hülse 34 relativ zum Gehäuse 29 auslösen kann. Die Hülse 34 geht dazu über die Dichtringe 48 eine Kolben-/Zylinderverbindung mit dem Deckel 28 bzw. mit einer dort vorgesehenen Dichtpatrone 49 ein. Zwischen den Dichtringen 48 ist ein Ringraum 48 a angeordnet, der über eine Armatur 48 b auf Leckagen überwacht werden kann.

Die Hülse 34 ist konzentrisch von einer Kolbenstange 15 durch­ setzt und geht mit einem Teilbereich der Hülse 34 unter Einbe­ ziehung eines Dichtringes 67 eine Kolben-/Zylinderverbindung ein. An ihrem in den Vorratsbehälter 8 ragenden Ende ist über einen Gewindering 51 eine dem Ring 37 entgegengesetzt schräg zulaufende Scheibe 52 befestigt, deren Außendurchmesser mit dem Innendurch­ messer des Ringes 37 einen Spalt bildet, der etwa halb so groß wie der Durchmesser einer Absorberkugel ist. An ihrem in das Ge­ häuse 29 ragenden Ende trägt die Kolbenstange 50 einen Kolben 53, der mit einer Mutter 54 gegen eine Schulter der Kolbenstange 50 verspannt ist. Kolbenringe 55 gewährleisten eine Kolben-/Zylin­ derverbindung mit der Stufe 30 des Gehäuses 29, so daß über ein durch die Armaturen 47, 56 gesteuertes Druckmedium der Kolben 53 zusammen mit der Kolbenstange 50 relativ zum Gehäuse 29 bewegbar ist. Jedem Kolben 42, 53 ist ein Sensor 57 zugeordnet, so daß über die im Mantel des Gehäuses 29 angeordneten Stellungs­ geber 58, 59 die Position der Kolben bestimmt werden kann.

Die Wirkungsweise der vorgehend beschriebenen redundant ausgeleg­ ten Vorrichtung 26 zum Freigeben bzw. Schließen der Öffnung 27 zwischen dem Vorratsbehälter 8 und der Zufuhrleitung 9 wird nach­ folgend erläutert.

In der in der Fig. 4 gezeigten Position sind die Scheiben 52 und der Ring 37 in einer Ebene angeordnet, so daß die Öffnung 27 zu der in der Fig. 1 gezeigten Zufuhrleitung 9 geschlossen ist. Oberhalb von Scheibe 52 und Ring 37 befindet sich im Vorratsbe­ hälter 8 eine ca. 0,5 m³ umfassende Schüttung von Absorberkugeln. Der Kolben 53 ist auf eine die Stufen 30 und 45 des Gehäuses 29 voneinander trennenden Schulter abgestützt. Die zu den Eintritts­ öffnungen 60, 61 des Gehäuses gehörenden Ventile 47, 56 sind ge­ schlossen.

Das der Eintrittsöffnung 62 zugeordnete Ventil 46 ist geöffnet, so daß der Kolben 42 mit Druck beaufschlagt und das Wider­ lager 40 den Anschlag für die Bewegung des Kolbens 42 in Druck­ beaufschlagungsrichtung darstellt.

Soll eine Abschaltung des Kernreaktors erfolgen, müssen die Ab­ sorberkugeln aus den Vorratsbehältern 8 in den jeweils zugehöri­ gen Hohlraum 6 eines nasenartigen Vorsprunges 5 (Fig. 1) gelan­ gen. Dazu wird die Armatur 47 geöffnet, so daß der Kolben 42 zu­ sammen mit der Kolbenstange 50 und der Scheibe 52 in Pfeilrich­ tung 63 in die mit unterbrochenen Linien angegebene Position (Scheibe 52) gelangt ist. Da der durch die Eintrittsöffnung 62 aufgebrachte Druck mindestens so hoch ist wie der durch die Ein­ trittsöffnung 60 aufgebrachte Druck, verbleibt der Kolben 42 in seiner Sollstellung, wobei das Widerlager 40 der Hülse 34 an der Innenseite des Deckels 28 zur Anlage kommt. Die durch das Öffnen der Armatur 47 erfolgte Öffnungsbewegung der Scheibe 52 in Pfeil­ richtung 63 stellt die aktive Redundanz der Vorrichtung 26 dar. Versagt aus irgendeinem Grund die Zufuhr des Druckmediums, so wird die zweite Redundanz der Vorrichtung 26 passiv tätig. Fehlt nämlich das Druckmedium in der von der Eintrittsöffnung 62 ge­ speisten Kammer des Gehäuses 29, so wird das auf dem Ring 37 lastende Eigengewicht der Absorberkugeln den Ring 37 in die mit unterbrochenen Linien angedeutete Position bewegen. Über die Ge­ windestangen 36, den Tragstern 35 und die Hülse 34 wird der Kol­ ben 42 diese Bewegung in Pfeilrichtung 64 mit ausführen, bis er mit seiner Schulter 65 auf der Oberseite des Deckels 28 abge­ stützt ist.

Durch die gewählte Redundanz ist ein Versagen der Vorrichtung und damit der Abschaltfunktion der Absorberkugeln ausgeschlossen.

Eine andere Ausgestaltung der redundant ausgeführten Vorrich­ tung 26 zum Freigeben bzw. Schließen der Öffnung 27 zwischen dem Vorratsbehälter 8 und der Zufuhrleitung 9 ist aus der Fig. 5 zu - ersehen. Der am Flansch 11 des Druckbehälters 1 über eine Ver­ schraubung 68 befestigte Vorratsbehälter 8 verwendet zum Frei­ geben bzw. Schließen der Öffnung 27 den Ring 37 und die Schei­ be 52 nach der Fig. 4. Der Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 4 ist in der Bewegungssteuerung von Ring 37 und Scheibe 52 zu sehen. Dazu ist ein Gehäuse 69 auf dem Deckel 28 angeflanscht. Es weist zwei nebeneinander angeordnete, parallel erstreckte zylindrische Grundbohrungen 70, 70 a auf, in welchen ein relativ zum Gehäuse 69 bewegbarer Kolben 71, 71 a angeordnet ist. Eine Kolbenstange 72 des Kolbens 71 erstreckt sich unter Verwendung von Dichtelementen 73 durch den Deckel 28 des Vorrats­ behälters 8 und trägt über ein Gestänge 74, 74 a die Scheibe 52. Eine Kolbenstange 72 a erstreckt sich unter Verwendung von Dicht­ elementen 73 a ebenfalls durch den Deckel 28 und trägt ihrerseits den Ring 37. Die in der Fig. 5 dargestellte Stellung der Kol­ ben 71, 71 a hält die Scheibe 52 und den Ring 37 in einer Ebene, so daß die Öffnung 27 geschlossen ist. Sollen zum Abschalten des Kernreaktors die Absorberkugeln 10 über die Zufuhrleitung 9 in den Hohlraum 6 nach der Fig. 1 gelangen, so wird eine Armatur 75 geöffnet und ein Druckmedium strömt durch eine Eintrittsöff­ nung 76 in die Grundbohrung 70 und bewegt den Kolben 71 zusammen mit der Kolbenstange 72, dem Gestänge 74 und der Scheibe 52 in Pfeilrichtung 77. Die Scheibe 52 gelangt mit dieser ersten redun­ danten Ausbildung der Vorrichtung 26 in die mit unterbrochener Linien dargestellte Öffnungsposition und gibt einen Spalt zum Austritt der Absorberkugeln frei.

Bei einem Versagen der Druckmedium-Versorgung kann die vorgehend beschriebene erste Redundanz, nämlich die Bewegung des Kolbens 71 in Pfeilrichtung 77 nicht eintreten. Um eine Abschaltung des Kernreaktors sicherzustellen, tritt nun die zweite, passiv wir­ kende Redundanz ein. Der über die Armatur 78 und die Eintritts­ öffnung 79 permanent aufgebrachte und den Kolben 71 a in der ge­ zeigten oberen Stellung haltende Druck fällt bei Ausfall der Druckmedium-Versorgung stark ab. Das Eigengewicht der oberhalb von Ring 37 und Scheibe 52 angeordneten Absorberkugelschüttung bewegt dann zwangsläufig den Ring 37 zusammen mit dem Ge­ stänge 74 a, der Kolbenstange 72 a und dem Kolben 71 a in Pfeilrich­ tung 80, so daß der Ring 37 die in unterbrochenen Linien angedeu­ tete Position einnimmt und die Bildung eines Spaltes zum Austritt der Absorberkugeln sicherstellt.

In der Fig. 6 ist in einem größeren Maßstab das Gehäuse 13 nach der Fig. 1 dargestellt. Die zum Abschalten des Kernreaktors in den Hohlraum 6 eines nasenartigen Vorsprunges 5 gelangte Absor­ berkugel-Schüttung erstreckt sich durch das Abzugsrohr 7 bis zu einem Boden 81 des Gehäuses 13, der zusammen mit Seitenwänden des Gehäuses 13 einen Kugelkasten bildet, der lediglich zum Abzugs­ rohr 7 und zu einem Schacht 83 hin offen ist. Im Mündungsbereich des Abzugsrohres 7 bildet sich dabei ein aus Absorberkugeln be­ stehender Schüttkegel 82 aus, der den selbsttätigen Verschluß des Abzugsrohres sicherstellt.

Soll der Kernreaktor wieder angefahren werden, muß die Absorber­ kugelschüttung aus dem Hohlraum 6 entfernt und zum Vorratsbehäl­ ter 8 zurückgefördert werden. Anhand der Fig. 1 und 6 werden der Aufbau und die Wirkungsweise des Abzugs sowie der Rückführung der Absorberkugeln beschrieben.

Nachdem der Schüttkegelverschluß gebildet ist, sind der Schütt­ kegel 82 bzw. die Mündung des Abzugsrohres 7 nur noch zu dem Schacht 83 hin offen, dessen Seitenwände 84, 85 kegelstufig zu­ laufen und mit der Achse 86 des Abzugsrohres 7 einen Winkel klei­ ner als 90° einschließen. Der Abstand 87 zwischen dem Boden 81 und der Verbindungskante zwischen der Seitenwand 85 des Schach­ tes 83 und dem Abzugsrohr 7 soll mindestens so groß sein, wie das zehnfache eines Absorberkugeldurchmessers. Der Boden 81 ist an seinem an die Seitenwand 84 des Schachtes 83 angrenzenden Bereich mit einer Perforierung 88 versehen. Eine den Dosiergasstrom 14 heranführende Leitung 89 mündet in eine unterhalb des Bodens 81 angeordnete Kammer 90, die den Durchtritt des Dosiergases durch die Perforierung 88 gestattet. Die Perforierung ist gegenüber der Mündung des Abzugsrohres 7 versetzt angeordnet, so daß auf der Perforierung nicht das Gewicht der im Abzugsrohr 7 angeordneten Säule aus Absorberkugeln ruht. Der einsetzende Dosiergasstrom 14 löst die Absorberkugeln aus dem Randbereich des Schüttkegels 82 und bläst sie durch den Schacht 83, bis sie über einen Spalt 91 zwischen der freien Kante 92 der Seitenwand 84 und einer Gehäu­ sewand 93 an einen unterhalb des Spaltes 91 das Gehäuse 13 durch­ setzenden Fördergasstrom 15, 15 a übergeben werden. Dazu weist die den Fördergasstrom führende Leitung 94 eine dem Spalt 91 zuge­ wandte Öffnung 95 auf, durch die die Absorberkugeln in die Lei­ tung 94 fallen und vom Fördergasstrom in Pfeilrichtung 96 zum Vorratsbehälter 8 geführt werden. Zur Bildung der Öffnung 95 ist die Leitung 94 zum Spalt 91 hin nahezu bis zu ihrem größten Durchmesser in einer Länge, die mindestens der Spaltbreite 91 entspricht, ausgespart. In Fließrichtung des Fördergasstromes 15, 15 a betrachtet weist die Leitung 94 am Beginn der Öffnung 95 eine Engstelle 97 zur Erzeugung eines Venturieffektes auf. Das Gehäu­ se 13 und das Abzugsrohr 7 sind in einem bestimmten Abstand mit einer eine Vielzahl von Öffnungen 98 aufweisenden Ummantelung 99 versehen.

Der Einsatz des sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich zu betreibenden Dosiergasstromes 14 erlaubt ein Wiederanfahren des Kernreaktors mit einem feingestuften Reaktivitätsanstieg. Zum Unterbrechen des Kugelabzuges ist lediglich der Dosiergasstrom zu unterbrechen. Der selbsttätig wirkende Schüttkegel verhindert dann sicher den unerwünschten Kugelabzug. Zur Vermeidung von Schieflasten beim Anfahren des Kernreaktors ist die Füllstands­ höhe in allen vier Hohlräumen 6 ständig einer vergleichenden Prü­ fung zu unterziehen. Dazu läßt sich vorteilhaft eine Füllstands­ messung an den Vorratsbehältern 8 verwenden. Differenzen in den Füllhöhen der verschiedenen Hohlräume 6 bzw. der Vorratsbehäl­ ter 8 lassen sich durch unterschiedliche Dosiergasströme ausglei­ chen.

Eine andere Ausbildung zum Dosieren und Fördern der Absorberku­ geln wird anhand der Fig. 7 und 8 im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben. Hier endet das Kugelabzugsrohr 7 in einem Krümmer 100, der einen Winkel von mehr als 90° einschließt. Auch in diesem Krümmer stellt sich ein Schüttkegel ein, der die an­ stehende Kugelsäule sicher abschließt. Das aufwärtsgerichtete Ende des Krümmers 100 trifft mit der Leitung 94 des Fördergasstro­ mes 15, 15 a zusammen. Der untere Bereich des Krümmers ist mit einer Perforierung 88 versehen. Zumindest der die Perforierung 88 aufweisende Bereich des Krümmers 100 ist in einem geschlossenen Gehäuse 13 a angeordnet. Mit dem in das Gehäuse 13 a eingeleiteten Dosiergasstrom 14, der über die Dosierarmatur 66 steuerbar ist, werden die Absorberkugeln in der erforderlichen Menge in den För­ dergasstrom 15, 15 a eingespeist. Der Fördergasstrom ist über die Trimmarmatur 19 regulierbar. Im Bedarfsfalle ist an den Stut­ zen 20 ein Hilfsgebläse 21 anschließbar.

Claims (19)

1. Einrichtung zum Abschalten eines Hochtemperatur-Kernreak­ tors, dessen mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemen­ te (3) gefülltes kreiszylindrisches Core (4) von einem Sei­ tenreflektor (2) und von einem Druckbehälter (1) konzen­ trisch umgeben ist, wobei vom Seitenreflektor auskragende nasenartige Vorsprünge (5) in das Core (4) ragen und jeweils von einem vertikal erstreckten Hohlraum (6) durchsetzt sind, der über jeweils eine Zufuhrleitung (9) mit kugelförmigen Absorberelementen (10) beschickbar und über jeweils ein Ab­ zugsrohr (7) entleerbar ist und wobei von dem Abzugsrohr aus die Absorberkugeln mit einer Fördereinrichtung in jeweils einen oberhalb des Druckbehälters (1) angeordneten Vorrats­ behälter (8) gelangen, der mit der Zufuhrleitung (9) verbun­ den ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorratsbehälter (8) eine redundant ausgelegte Vorrichtung (26) zum Freigeben einer Öffnung (27) zwischen dem Vorratsbehälter (8) und der Zufuhrleitung (9) zugeordnet ist, daß das Abzugsrohr (7) in einem Gehäuse (13) endet, das die Bildung eines Schüttkegel­ verschlusses durch die Absorberkugeln (10) erlaubt, daß in ein dem Schüttkegelverschluß zugewandten Gehäuseteil ein Dosiergasstrom (14) mündet und ein dem Schüttkegelverschluß fernliegender Gehäuseteil von einem Fördergasstrom (15), (15 a) durchsetzt ist und daß vom Vorratsbehälter (8) eine Leitung (24) zur Abfuhr des die Absorberkugeln in den Vor­ ratsbehälter zurückführenden Gases wegführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Redundanz der Vorrichtung (26) durch eine bei einem Störfall zwangsläufig einsetzende und durch eine ansteuerbare Öff­ nungsbewegung gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (26) ein auf dem Deckel (28) des Vorratsbehäl­ ters (8) befestigtes Gehäuse (29), (69) aufweist, dem zwei Kolben (42), (53), (71) und (71 a) zugeordnet sind, daß eine jedem Kolben zugeordnete Kolbenstange durch den Deckel (28) des Vorratsbehälters (8) erstreckt ist und ein relativ zu­ einander verschiebbares Teil eines Verschlusses für die Öff­ nung (27) zwischen dem Vorratsbehälter (8) und der Zufuhr­ leitungen (9) trägt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (71), (71 a) in achsparallel nebeneinander angeordne­ ten zylindrischen Grundbohrungen (70), (70 a) des Gehäu­ ses (69) geführt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (42), (53) übereinander und koaxial zueinan­ der angeordnet sind, daß die Kolbenstange (50) des oberen Kolbens (53) eine als Hülse (34) ausgebildete Kolbenstange des unteren Kolbens (42) koaxial durchsetzt, wobei die Hülse (34) den zwangsläufig bewegbaren Kolben (42) trägt und ein an die Innenseite des Vorratsbehälterdeckels (28) anleg­ bare Schulter der Hülse (34) als Widerlager (40) für die ständig mit Druck beaufschlagte Kammer zwischen dem zwangs­ läufig bewegbaren Kolben (42) und der vom Gehäuseinnenraum begrenzten Außenseite des Vorratsbehälterdeckels (28) dient und wobei der Kolben (53) für die ansteuerbare Öffnungsbewe­ gung in der Schließstellung an eine dem Gehäuse (29) zuge­ ordnete Schulter grenzt.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel des Gehäuses (29), (69) Stellungsgeber (58), (59) zur Positionsbestimmung der Kolben (42), (53), (71) und (71 a) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zwangsläufig bewegbaren Kolben (42) zugeordnete Teil zum Verschließen der Öffnung (27) zwischen dem Vorrats­ behälter (8) und der Zufuhrleitung (9) als der Innenkontur des Vorratsbehälters (8) angepaßter Ring (37) ausgebildet ist, daß der dem ansteuerbaren Kolben (53) zugeordnete Teil eine in der zentralen Öffnung des Ringes (37) mit geringem Spiel bewegbare kegelstufenförmige ausgebildete Scheibe (52) ist und daß der Ring (37) der kegelstufenförmig ausgebilde­ ten Scheibe (52) entgegengesetzt schräg zuläuft, so daß in der Schließstellung ein V-förmig ausgebildeter Einschnitt entsteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Abzugsrohr (7) zugewandte Hohlraum (6) des nasenartigen Vorsprunges (5) schräg zur Mündung des Abzugsrohres (7) hin zuläuft.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Schüttkegel (82) bedeckte Boden (81) des Gehäuses (13) mit einer Perforierung (88) versehen ist, daß der Dosiergas­ strom in eine unterhalb der Perforierung (88) angeordnete Kammer (90) eingeleitet ist, daß die Perforierung versetzt gegenüber der Mündung des Abzugsrohres (7) angeordnet ist und daß eine Austrittsöffnung des Abzugsrohres (7) in einen Schacht (83) mündet, der mit der Achse (86) des Abzugsroh­ res (7) einen Winkel kleiner als 90° einschließt.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß eine das Gehäuse (13), (13 a) durchsetzende Lei­ tung (94) für den Fördergasstrom (15), (15 a) an ihrer Man­ telfläche eine Öffnung (95) aufweist, die un­ terhalb eines zwischen dem freien Ende des Schachtes (83) und einer Gehäusewand (93) gebildeten Spaltes (91) angeord­ net ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchflußrichtung des Fördergasstromes (15), (15 a) betrach­ tet vor der Öffnung (95) die Leitung (94) verengt ausgebil­ det ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abzugsrohr (7) nach seinem Eintritt in das Gehäuse (13 a) als Krümmer (100) ausgebildet ist, der größer als 90° ist, daß das aufwärtsgerichtete Ende des Krümmers in einer Leitung für den Fördergasstrom (15), (15 a) mündet, daß im Krümmer ein Schüttkegel (82) ausgebildet ist und daß wenigstens der der Leitung für den Fördergasstrom (15), (15 a) zugewandte Teil des Krümmers mit einer Perforierung (88) versehen ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zum Fördern und Dosieren Kaltgas der Reaktoranlage ist, daß das Kaltgas in ein Armaturengehäuse (16) strömt, von dem die Leitungen für das Förder- und Dosiergas wegführen und daß diesen Leitungen innerhalb des Armaturengehäuses ange­ ordnete Armaturen (19), (66) zugeordnet sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Armaturengehäuse (16) ein Teil der Druckbehälter-Wandung ist und daß an der nach außen gerichteten Wand des Armatu­ rengehäuses ein Anschluß (20) für ein Hilfsgebläse (21) vor­ gesehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich­ net, daß einem Stutzen (18) zum Einführen des Kaltgases in das Armaturengehäuse (16) eine Rückschlagarmatur (17) zuge­ ordnet ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fördergasstrom (15), (15 a) tangential in den Vorratsbehäl­ ter (8) mündet und daß die vom Vorratsbehälter wegführende Leitung (24) für die Rückführung des Fördergases in den Druckbehälter (1) denselben radial verläßt.

17. Einrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gehäuse (13), (13 a) und dem Abzugsrohr (7) eine mit Durchbrüchen versehene Ummantelung (99) zugeordnet ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Vorratsbehälter (8) wegführende Leitung (24) zum Gebläseeinlaß oder zum Dampferzeugerauslaß führt.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorratsbehälter (8) Füllhöhenmeßgeräte zugeordnet sind, daß die davon ableitbaren Füllhöhendifferenzen in den Hohlräu­ men (6) der nasenartigen Vorsprünge (5) durch Differenzie­ rung der Dosiergasströme ausgleichbar sind.