DE1185362B - Behaelter fuer hohen Innendruck, insbesondere Druckbehaelter eines Kernreaktors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: E 04 h

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 37 f-3/01

1185 362
B73573 V/37f
19. September 1963
14. Januar 1965

Die Erfindung betrifft einen Behälter für hohen Innendruck, insbesondere einen Druckbehälter eines Kernreaktors, mit einer Wandung, die wenigstens aus einer äußeren, den Druck aufnehmenden Spannbetonschale und einer vorzugsweise aus mehreren Mänteln zusammengesetzten inneren Schale besteht, die schädliche Wirkungen des Behälterinhalts von der äußeren Schale und gegebenenfalls von dem Raum außerhalb dieser fernhält.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Behälter dieser Art in wirtschaftlicher Weise so zu gestalten, daß der Innendruck keine schädlichen Wirkungen auf die innere Schale ausüben kann, damit deren Schutzwirkung nicht beeinträchtigt wird. Das gilt insbesondere für Druckbehälter von Kernreaktoren, weil hierbei verschiedene, sich aus der Natur der Sache ergebende Bedingungen erfüllt werden müssen. Es ist nicht nur erforderlich, daß die Wandung des Behälters im Hinblick auf die großen in Betracht kommenden Durchmesser von beispielsweise 20 m in Verbindung mit dem hohen Innendruck von z. B. 50 atü — es ist bei kleineren Durchmessern sogar an Drücke bis 150 atü gedacht — genügend fest ist, sondern es muß auch bei den hohen Drücken eine vollkommene Abschirmung der radioaktiven Strahlen gewährleistet sein sowie ein schädlicher Einfluß der in dem Behälter herrschenden hohen Temperaturen auf die Stahldrähte des Spannbetons vermieden werden. Die Berücksichtigung dieser Umstände ergibt bei herkömmlicher Ausführung der B ehälter wandung außerordentlich große Wandstärken und führt damit zu einer unwirtschaftlichen Bauv/eise.

Die Erfindung ist aber beispielsweise auch bestimmt für Reagenzgefäße von Apparaten der chemischen Industrie, die hohen Innendrücken ausgesetzt sind und dabei eine gegen chemische Angriffe widerstandsfähige Auskleidung benötigen.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen der äußeren Schale und der inneren Schale eine aus einer Flüssigkeit oder einem Gas geringer Zusammendrückbarkeit bestehende Füllung vorgesehen ist und daß Mittel vorhanden sind, die den im Behälterinnern herrschenden Druck ohne schädliche Beanspruchung der inneren Schale auf die Füllung und damit auf die äußere Schale übertragen.

Hierdurch wird erreicht, daß die innere Schale, da sie von schädlichen Druckeinwirkungen verschont bleibt, ihre Schutzwirkungen ungestört ausüben kann. Die Erfindung gestattet die Anwendung verhältnismäßig geringer Wandstärken des Behälters.

Wird der Behälter hohen Temperaturen ausgesetzt, befindet sich zweckmäßig innerhalb der Füllung ein

Behälter für hohen Innendruck, insbesondere
Druckbehälter eines Kernreaktors

Anmelder:

Beteiligungs- und Patentverwaltungsgesellschaft

mit beschränkter Haftung,

Essen, Altendorfer Str. 103

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Joachim Meyer, Essen;
Ferdinand Bremer, Essen-Bredeney

an sich bekanntes Kühlsystem. Die Mittel zur Übertragung des Drucks auf die Füllung können einfach aus wenigstens einer Durchtrittsöffnung in der inneren Schale und einer diese Öffnung abschließenden Membran bestehen. Die innere Schale wird z. B. durch einen an sich bekannten Mantel aus einem temperaturunempfindlichen Schutzmaterial und durch einen diesen Mantel umschließenden, ebenfalls an sich bekannten Mantel aus wärmeisolierendem Material gebildet.

In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in F i g. 1 ein stehender zylindrischer und in F i g. 2 ein kugelförmiger Druckbehälter eines Kernreaktors, jeweils in einem lotrechten Mittelschnitt, dargestellt.

Der Druckbehälter nach Fig. 1 hat eine äußere, zylindrische Schale 1 aus Spannbeton. Stahldrähte 2 geben in an sich bekannter Weise dem Beton die erforderliche Vorspannung in tangentialer Richtung. Der Innenraum des Behälters ist seitlich von einem zylindrischen Mantel 3 aus Beton von großer Wärmefestigkeit umschlossen. Dieser Beton, der gegebenenfalls besonders schwer und wasserstoffreich ist, dient zur Abschirmung der radioaktiven Strahlen. Er ist auf seiner Außenseite von einem Mantel 4 aus wärmeisolierendem Material, z. B. Keramik oder Tuff, umgeben. An der Innenseite des Mantels 3 und an der Außenseite des Mantels 4 liegt je eine Haut 5 bzw. 6 aus Stahlblech an. Diese Bleche dienen zur Gas- und Flüssigkeitsdichtung. Außerdem werden sie bei der Herstellung des Mantels 3 und des Mantels 4 als Schalung verwendet.

Zwischen der äußeren, aus Spannbeton bestehenden Schale 1 und der inneren Schale, die durch den Mantel 3 und den Mantel 4 gebildet wird, befindet

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sich ein zylindrischer Hohlraum 7, der vollständig mit Wasser gefüllt ist und Kühlrohre 8 enthält, die im Bereich des oberen Endes des Hohlraumes 7 nach außen geführt sind.

Der Innenraum des Behälters ist mit dem zwischen den beiden Schalen befindlichen Hohlraum 7 durch wenigstens eine Durchtrittsöffnung in Form eines Kanals 9 verbunden, der mit zweifacher Abwinkelung durch den Mantel 3 und den Mantel 4 geführt ist. Seine Mündung in den Hohlraum 7 ist durch eine Membran 10 abgeschlossen.

Oben und unten ist der Behälter in an sich bekannter Weise durch je eine nach innen gewölbte Kugelkalotte 11 bzw. 12 aus Beton abgeschlossen. Die Kalotten 11, 12 haben Auskleidungen 13 bzw. 14 aus wärmeisolierendem Material, wobei die untere Auskleidung 14 als lastverteilende Druckschicht ausgebildet ist. Durch eine Öffnung am Fuß des Behälters ist ein Anschluß 15 für Gaszirkulation hindurchgeführt. In axialer Richtung ist die äußere Schale 1 durch lotrecht verlaufende Stahldrähte 16 vorgespannt. In der Nähe ihrer Enden befinden sich im Beton Kanäle 17 für Kühlluft.

Durch den Kanal 9 oder gegebenenfalls durch mehrere solcher Kanäle in dem inneren Mantel 3 und dem wärmeisolierenden Mantel 4 wird unter Vermittlung der Membran bzw. Membranen 10 der in dem Behälter herrschende Druck auf die im Hohlraum 7 befindliche Füllung (Wasser) übertragen. Da sonach ein Druckausgleich zwischen der Innen- und Außenseite der durch die Mäntel 3 und 4 gebildeten inneren Schale erfolgt, wird diese Schale 3, 4 von dem Betriebsdruck des Reaktors nicht schädlich beansprucht. Dieser Druck wird vielmehr praktisch allein von der äußeren Spannbeton-Schale 1 aufgenommen, da er auf diese durch die Wasserfüllung des Hohlraumes 7 übertragen wird. Demgemäß wird mit Hilfe der Stahldrähte 2 und 16 eine solche Vorspannung des Betons der Schale 1 erzeugt, daß bei dem größten Betriebsdruck des Reaktors eine ausreichende Druckspannung im Beton verbleibt.

Da die Vorspanndrähte 2, 16 ausschließlich in der äußeren Spannbeton-Schale 1 liegen, sind sie unerwünschten Temperatureinflüssen entzogen. Hierzu trägt einmal der wärmeisolierende Mantel 4 bei, welcher das Temperaturgefälle in dem Mantel 3, beispielsweise auf 50° C, beschränkt. Außerdem wird mit Hilfe der Kühlrohre 8 die in die Wasserfüllung übergegangene Wärme abgeführt.

Der Hohlraum 7 kann statt mit Wasser auch mit einer anderen Flüssigkeit oder mit einem Gas von geringer Zusammendrückbarkeit ausgefüllt werden. Wasser ist insofern besonders vorteilhaft, als es ein gutes Wärmetransportmittel ist und überdies als Neutronenbremse wirkt.

Zur Erzielung des Druckausgleiches zwischen der Innen- und Außenseite der inneren Schale 3, 4 kann man statt der Kanäle 9 auch ein von außen her auf die Füllung des Hohlraumes 7 wirkendes Druckregelsystem verwenden. Dieses könnte durch den Druck im Inneren des Behälters gesteuert werden.

Der kugelförmige Behälter nach F i g. 2 ist grundsätzlich in der gleichen Weise aufgebaut wie der stehende zylindrische Behälter nach Fig. 1. Seine äußere Schale 18 wird durch eine Hohlkugel aus Spannbeton gebildet, die unten in einen Fuß 19 und oben in ein Anschlußstück 20 für die Fülleinrichtung des Reaktors übergeht. In dem Beton dieser Schale 18 befindet sich zur Erzielung der Vorspannung ein Netz von sich kreuzenden Stahldrähten 21, deren Spannköpfe 22 von außen zugänglich sind. Die innere Schale wird durch einen hohlkugelförmigen Mantel 23 aus Beton von hoher Wärmefestigkeit und einen diesen umschließenden kugeligen Mantel 24 aus Isoliermaterial gebildet. Die Innenseite des Mantels 23 und die Außenseite des Mantels 24 sind mit je einer Haut 25 bzw. 26 aus Stahlblech versehen. Die aus den Mänteln 23 und 24 bestehende innere Schale stützt sich auf die äußere Schale 18 mit Hilfe von Lagern 27 aus korrosionsfestem Stahl ab. Zur Stabilisierung der inneren Schale 23, 24 ist ein von der Außenschale 18 ausgehender Betonzapfen 28 vorgesehen, der mit geringem Spiel in eine Ausnehmung 29 der inneren Schale 23, 24 eingreift. Es ist aber auch möglich, daß die Schalen 18 und 23, 24 durch eine von dem Fuß 19 ausgehende Betonbrücke miteinander verbunden sind. Ein Anschluß 15 für die Gaszirkulation führt in das Behälterinnere.

Bei dem Kugelbehälter nach F i g. 2 wird die innere Schale 23, 24 in der gleichen Weise wie bei dem Behälter nach F i g. 1 dadurch vom Druck entlastet, daß ein Druckausgleich zwischen dem Behälterinnern und einem zwischen der äußeren Schale 18 und der inneren Schale 23, 24 befindlichen, mit Wasser od. dgl. ausgefüllten Hohlraum 30 hergestellt wird. Dies kann ebenso wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 beispielsweise mit Hilfe wenigstens eines Kanals 31 in der inneren Schale 23, 24 in Verbindung mit einer Membran 32 geschehen. Innerhalb des Hohlraums 30 befindet sich ferner ein Kühlsystem 33. Auch bei dieser Ausführungsform werden die zur Vorspannung der äußeren Schale 18 dienenden Stahldrähte 21 vor schädlichen Temperatureinflüssen bewahrt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Behälter für hohen Innendruck, insbesondere Druckbehälter eines Kernreaktors, mit einer Wandung, die wenigstens aus einer äußeren, den Druck aufnehmenden Spannbeton-Schale und einer vorzugsweise aus mehreren Mänteln zusammengesetzten inneren Schale besteht, die schädliehe Wirkungen des Behälterinhalts von der äußeren Schale und gegebenenfalls von dem Raum außerhalb dieser fernhält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren Schale (1 bzw. 18) und der inneren Schale (3, 4 bzw. 23, 24) eine aus einer Flüssigkeit oder einem Gas geringer Zusammendrückbarkeit bestehende Füllung vorgesehen ist und daß Mittel vorhanden sind, die den im Behälterinnern herrschenden Druck ohne schädliche Beanspruchung der inneren Schale (3, 4 bzw. 23, 24) auf die Füllung und damit auf die äußere Schale (1 bzw. 18) übertragen.

2. Hohen Temperaturen ausgesetzter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der Füllung ein an sich bekanntes Kühlsystem (8; 33) befindet.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Übertragung des Drucks auf die Füllung aus wenigstens einer Durchtrittsöffnung (9; 31) in der inneren Schale (3,4; 23,24) und einer diese Öffnung (9; 31) abschließenden Membran (10; 32) bestehen.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schale

(3, 4; 23,24) aus einem an sich bekannten Mantel (3; 23) aus einem temperaturunempfindlichen Schutzmaterial und einem ihn umschließenden, ebenfalls an sich bekannten Mantel (4; 24) aus wärmeisolierendem Material besteht. In Betracht gezogene Druckschriften:

Belgische Patentschrift Nr. 566 705; »Kerntechnik«, 4. Jahrgang, 1962, S. 485, 486, 5 491, 498.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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