DE2245006C3 - Kernreaktor mit Brennstoffkassetten - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor ♦nit einem aus vertikal angeordneten Brennstoffkassetlen zusammengesetzten Kern, die auf Aufstellungsplatten stehen und in Leitrohren verschiebbare, zwischen den Brennstäben angeordnete Steuerstäbe aufweisen, Wobei durch die Leitrohre der Steuerstäbe ein stärkefer Kühlmittelfluß erreichbar ist als durch die restliche Brennstoffkassetle.

In Kernreaktoren, in denen der Herd aus vertikal an-(^ordneten Brennstoffkassetten besteht, die auf Auf-Itellungsplatten stehen, werden die Brennstoffkassetten fciner aufwärts gerichteten Kraft ausgesetzt, die von *tem Druck verursacht wird, der erforderlich ist, um einen ausreichend starken Flüssigkeitsstrom durch die Brennstoffkassetten und die Leitrohre für die Steuerstäbe zu treiben. Diese aufwärts gerichtete Kraft kann das Eigengewicht der Brennstoffkassetten übersteigen, so daß die Gefahr besteht, daß die Kassetten von den Aufstellungsplatten abgehoben werden.

Um den Auftrieb durch die Kühlflüssigkeit zu beseitigen, ist es bekannt (DT-OS 1 564 132), eine mit dem Brennelement fest verbundene, zentral angeordnete, von dem unter dem Eintrittsdruck stehenden Kühlmittel allseitig umströmte, drucklos gehaltene oder mit dem niedrigeren Austrittsdruck beaufschlagte Ausgleichskammer vorzusehen, deren Projektion in Strömungsrichtung etwa dem Einströmquerschnitt des Brennelements entspricht Hierbei kann sich die Ausgleichskammer oberhalb der Aufstellungsplatte befinden, so daß sie in die Brennstoffkassette hineinragt

Das Problem mit der großen auf die Brennstoffkassetten ausgeübten Hubkraft tritt besonders bei Konstruktionen auf, bei denen die Steuerstäbe in den Brennstoffkassetten angeordnet sind. Die Steuerstäbe sind in Leit rohren verschiebbar, die vorzugsweise gleichmäßig und symmetrisch zwischen den Brennstäben der Brennstoffkassette eingeordnet sind. Da man an den Steuerstäben eine niedrigere Temperatur halten wili als die Temperatur, die im übrigen in der Brennstoffkassette herrscht, muß durch ie Leitrohre der Steuerstäbe ein bedeutend größere Flüssigkeitsstrom gehen als der Flüssigkeitsstrom, der den einzelnen Brennstäben zugeordnet ist. Dieser größere Flüssigkeitsstrom kann durch Vergrößerung der Querschnittsfläche der Leitrohre erreicht werden, wobei diese Querschnittsfläche so bestimmt wird, daß man mit demselben Flüssigkeitsdruck, wie er im übrigen in der Brennstoffkassette herrscht, einen so großen Flüssigkeitsstrom durch die Leitrohre erhält, daß die Steuerstäbe die gewünschte Temperatur annehmen. Eine solche Anordnung führt jedoch dazu, daß die Leitrohre einen verhältnismäßig großen Teil des kostbaren Herdraumes ausfüllen. Ein größerer Flüssigkeitsstrom durch die Leitrohre läßt sich auch dadurch erzielen, daß der Druck der Flüssigkeit an der Eintrittsstelle in die Leitrohre zweckentsprechend vergrößert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei möglichst einfacher Konstruktion und unter Vermeidung eines speziellen Hochdruck-Kreislaufs den Leitrohren die Flüssigkeit mit höherem Druck zugeführt wird als der Brennstotfkassette im übrigen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst daß die Aufstellungsplatten in an sich bekannter Weise eine zum Inneren der Brennstoffkassette vorstehende Stirnfläche aufweisen, daß diese Stirnfläche mit Drosselstellen für den Flüssigkeitsstrom versehen ist, der von unten durch die Aufstellungsplatte und längs den Brennstäben nach oben strömt, während die Einlaufe zu den Leitrohren der Steuerstäbe unterhalb der Stirnfläche liegen, wo ein höherer Druck herrscht als oberhalb der Stirnfläche.

Dadurch, daß die Drosselstellen für den Kühlmittelfluß, der an den Brennstäben vorbeiströmt, in einer über die Aufstellungsplatte vorstehenden Stirnfläche angeordnet sind, nimmt die Hubkraft auf die Brennstoffkassette ab, so daß keine Gefahr mehr besteht, daß sie abgehoben wird Da vor den Drosselstellen eine Stauung entsteht, ist der Druck vor diesen Drosselstellen größer als hinter den Drosselstellen, so daß die Flüssigkeit in die Leitrohre mit einem größeren Druck eintritt als in die Brennstoffkassette im übrigen. Dies ermöglicht es, die Leitrohre bei einem vorgegebenen Flüssigkeitsdurchsatz dünner auszubilden als bei Kernreaktoren, bei denen in den Leitrohren und in der übrigen Kassette gleiche Drücke herrschen.

In den Unteransprüchen sind weitere Einzelheiten der Erfindung definiert. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch den unteren Teil einer Brennstoffkasseue, die auf einer Aufstellungsplat-

te aufgestellt ist, und

F i g. 2 und 3 zwei verschiedene Ausführungsformen der Aufstellungsplatte von oben gesehen.

Die Brennstoffkassette 1 enthält mehrere Stäbe 2, bestehend aus einem Rohr mil Brennelementen. Die Stäbe werden an ihrem unteren Ende von einem Endstück 3 getragen, das die Form eines Gitters mit meist kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt hat. Das Endstück hat einen rohrförmigen Ansatz 4, der sich nach unten erstreckt und mit einer Stützfläche 5 endet, die sich an einem entsprechenden Sitz auf einer Aufstellungsplatte 6 am unteren Teil des Herdes abstützt, wenn die Kassette im Herd montiert ist Die Kassette enthält außerdem mehrere Fingersteuerstäbe 7, die in Leitrohren 8 verschiebbar sind. Die Leitrohre mit den Steuerstäben sind in der Kassette nach einem bestimmten Muster zwischen den Brennstäben angeordnet. Die Leitrohre ragen aus eiern Endstück und die Steuerstäbe aus den Leitrohren heraus. Sämtliche Steuerstäbe sind an ihrem unteren Ende mit einem Joch 9 verbunden, das an einem Antriebsstab 10 befestigt ist, der von einem nicht gezeigten Antriebsorgan zum Einsteilen der Lage der Steuerstäbe in der Kassette 1 betätigt wird.

Die Aufstellungsplatte 6 ist an ihrem oberen Ende mit einer bei dem gezeigten Beispiel nach oben gezogenen Ausstülpung il versehen, die mit einer ebenen Stirnfläche 12 abgeschlossen ist. Gemäß der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung siird in der Stirnfläche vier Löcher 13 angeordnet, die hier rund sind und einen größeren Durchmesser haben als den Außendurchmesser der Leitrohre 8. Aus F i g. 1 geht hervor, daß sich die Leitrohre durch die genannten Löcher nach unten erstrecken, so daß die Leitrohre unterhalb der Stirnfläche münden. Da der Durchmesser der Löcher 13 größer ist ais der Durchmesser der Leitrohre, entsteht um jedes Leitrohr ein ringförmiger Spalt, der in F i g. 1 mit 14 bezeichnet ist. Die Spalte zusammen bilden die Drosselstelle für den aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom, der durch die Brennstoffkassette gehen soll. Die aufwärts gerichtete Kraft, die durch die Drosselung verursacht wird, wird von der Aufstellungsplatte aufgenommen und hat somit keinen Einfluß auf die Brennstoffkassette selbst. Da aber die Drosselung oberhalb der Mündung der Leitrohre liegt, wird der Flüssigkeitsdruck, der an der Mündung der Leitrohre herrscht, höher als der, der am Endstück 3 herrscht Mit einer Anordnung gemäß der Erfindung wird somit erreicht, daß die aufwärts gerichtete Kraft auf die Brennstoffkassette geringer wird und daß die Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitrohre größer wird, da der Zulaufdruck groß ist und in den Leitrohren keine Drosselstellen vorhanden sind.

Wie F i g. 3 zeigt, kann die Stützfläche 5 der Aufstellungsplatte quadratisch sein, und es kann, um eine gleichmäßigere Verteilung der Steuerstäbe zu erhalten, zweckmäßig sein, einen zentral angeordneten Steuerstab und vier weitere Steuerstäbe vorzusehen, die zwischen dem zentralen Steuerstab und den Ecken der Stützfläche angeordnet sind. Es kann dabei zweckmäßig sein, die fünf Löcher 13 in der Stirnfläche 12 durch eine kreuzförmige Nut 15 zu verbinden, die dann auch als Drosselöffnung wirkt Bei einer solchen Ausführung kann es notwendig werden, den Durchmesser der Löcher zu verringern, um den durch die Nut 15 gegebenen Strömungsquerschnitt zu kompensieren.

Die Drosselöffnungen, die durch die ringförmigen Spalte um die Leitrohre und gegebenenfalls auch durch die Kreuznut 15 gebildet sind, können durch weitere Löcher in der Stirnfläche 12 ergänzt werden.

Dadurch, daß die Aufstellungsplatte in Form von z. B. einer zylindrischen Ausstülpung mit Stirnfläche hochgezogen ist, liegt die Einlaufdrosselung oberhalb des Endstückes der Brennstoffkassette. Man bekommt dadurch eine gute Einsteuerung der Leitrohre, die gleichzeitig so kurz gemacht werden können, daß sie von dem Endstück der Brennstoffkassette geschützt werden. Diese Ausführung läßt es zu, daß die Brennstoffkassetten direkt auf ihr Endstück gesetzt werden können, ohne daß die Enden der Leitrohre beschädigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem aus vertikal angeordneten Brennstoffkassetten zusammengesetzten Kern, die auf Aufstellungsplatten stehen und in Leitrohren verschiebbare, zwischen den Brennstäben angeordnete Steuerstäbe aufweisen, wobei durch die Leitrohre der Steuerstäbe ein stärkerer Kühlmittelfluß erreichbar ist als durch die restliche Brennstoffkas- ι ο fette, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstellungsplatten (6) in an sich bekannter Weise eine zum Inneren der Brennstoffkassette vorstehende Stirnfläche (12) aufweisen, daß diese Stirnfläche (12) mit Drosselstellen (14,15) für den Flüssigkeits- «trom versehen ist, der von unten durch die Aufstellungsplatte (6) und längs den Brennstäben nach oben strömt, während die Einlaufe zu den Leitrohren (8) der Steuerstäbe (7) unterhalb der Stirnfläche

(12) liegen, wo ein höherer Druck herrscht als oberhalb der Stirnfläche (12).

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen aus Löchern

(13) in der Stirnfläche (12) bestehen, wobei die Querschnittsfläche der Löcher (13) vorzugsweise dieselbe Form aufweist wie die Außenkontur des Querschnittes der Leitrohre (8), und daß die Leitrohre (8) durch die Löcher (13) hindurchgreifen, wodurch die Drosselstellen (14) rund um die Leitrohre (8) zu liegen kommen und die Querschnittsfläche der Drosselstellen der Differenz zwischen dem Querschnitt der Löcher (13) und dem Querschnitt der Leitrohre (8) entspricht

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (12) ein zentral angeordnetes Loch (13) lür einen zentral in der Brennstoffkassette angeordneten Steuerstab sowie mehrere symmetrisch um das zentrale Loch (13) angeordnete weitere Löcher aufweist und daß in der Stirnfläche (12) zwischen dem zentralen Loch und den übrigen Löchern Nuten (15) angeordnet sind.