DE1218075B - Druckrohr fuer vorzugsweise mit schwerem Wasser moderierte Atomreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1218 075

Aktenzeichen: S 72758 VIII c/21 g

Anmeldetag: 28. Februar 1961

Auslegetag: 2. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckrohr für vorzugsweise mit schwerem Wasser moderierte Atomkernreaktoren, das eine den Moderatortank umgebende Neutronenabschirmung oben und unten unter Bildung je eines abgesetzten, mit Gas gefüllten Ringspalts durchdringt und an dessen Enden, im Bereich der Durchdringung der Abschirmung, je ein Schaft angebracht ist, wobei das Druckrohr am oberen Ende über den Schaft mit der Abschirmung verbunden ist.

Bei Druckröhren-Reaktoren müssen die durch die Neutronenabschirmung hindurchgeführten Abschnitte der Druckröhre bzw. der Druckrohrschäfte wärmemäßig gegen die Abschirmung isoliert sein. Zu diesem Zweck sind die Bohrungen in der Abschirmung so bemessen, daß zwischen den Schäften 2, 3 und der Abschirmung 4, 5 ein Ringspalt 8 entsteht, der beispielsweise mit dem Raum außerhalb der Abschirmung in Verbindung steht und mit dem diesen Raum ausfüllenden gasförmigen Medium gefüllt ist (Fig. 1). Innerhalb der Abschirmung muß der Gasspalt abgesetzt sein, damit die in der Spaltzone entstehende Strahlung nicht in den Raum außerhalb der Abschirmung eindringen kann. Diese Ausführung läßt sich auch bei mit schwerem Wässer moderierten Reaktoren verwenden, wenn das Druckrohr 1 durch ein Trennrohr6 (Fig. 1) vom Moderator getrennt ist. Mit Rücksicht auf den erforderlichen Ein- und Ausbau der Druckrohre ergibt es sich, daß der Ringspalt — in der Ausbaurichtung des Druckrohres gesehen — nach außen abgesetzt werden muß. Das bedeutet aber, daß der Durchmesser des Druckrohres, insbesondere des oberen Schaftes, in der Ausbaurichtung stufenweise größer wird. Ein weiterer Absatz, mit dem sich das Druckrohr flanschartig auf der oberen Abschirmung abstützt, führt zu einer weiteren Vergrößerung der Wandstärke des Druckrohres. Infolgedessen bereitet es Schwierigkeiten, die Kühlmittelzuführungsrohre im Rahmen des normalerweise knappen Gitterabstandes der Kühlkanäle unterzubringen.

Bei einem Atomkernreaktor bekannter Ausführung sind die die Brennelemente aufnehmenden Trennrohre jeweils in ein mit der Druckbehälterwandung verschweißtes Stützrohr eingesetzt. Zwischen dem Stützrohr und dem Trennrohr ist zur Erleichterung des Ein- und Ausbaues ein Ringspalt angeordnet. Die freien Enden der Stützrohre ragen in einen Kühlmittelsammelraum hinein und die Trennrohre und Ringspalte sind mit demselben Kühlmittel gefüllt. Zwischen den Trennrohren und dem den Kühlmittelsammelraum abschließenden Teil der Druckbe-Druckrohr für vorzugsweise mit schwerem Wasser moderierte Atomreaktoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans-Peter Schabert, Erlangen;

Rudolf Rosier, Erlangen-Bruck

hälterwandung herrscht infolgedessen kein Temperaturunterschied.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung eines Atomreaktors sind von Trennrohren koaxial umgebene Brennelementhülsen verwendet, deren Endabschnitte über den mit Spaltstöff gefüllten Teil hinausragen und mit Durchlaßöffnungen für das Kühlmittel versehen sind. Zwischen dem Trennrohr und der Brennelementhülse ist ein weiteres Rohr angeordnet, mit dessen Hilfe die Kühlmitteldurchlaßöffnungen mehr oder weniger abgedeckt werden können. Damit die Reibungskräfte bei einer durch Drehung erzielten Verschiebung des Rohres klein bleiben, ist dieses derart abgesetzt, daß ein schmaler Ringansatz auf der Brennelementhülse und eine bundartige Erweiterung auf dem Trennrohr gleitet.

Zur Vermeidung der in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen Nachteile des eingangs genannten Druckrohres ist erfindungsgemäß die Wandstärke des Schaftes durch je eine in an sich bekannter Weise im Bereich der Durchdringungsstellen vorgesehenen Abstufung in Richtung auf die Rohrenden verringert und mindestens derjenige Teil des einen oder beider Ringspalte, der sich von dem Raum außerhalb der Abschirmung bis zu der Abstufung erstreckt, zwischen dem Schaft und einem an diesem befestigten Hilfsrohr angeordnet.

Die zur Aufnahme des Druckrohres bestimmte Bohrung in der Neutronenabschirmung stellt ein durchgehendes, im wesentlichen glattes Loch dar, das an das Hilfsrohr mit kleinem Spiel angepaßt werden kann. Wenn die in den Reaktor eingesetzten Druckrohre durch ein Trennrohr vom Moderator

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getrennt sind, umgibt das Hilfsrohr den Druckrohrschaft und ist mit einem Flansch zur Abstützung auf der Neutronenabschirmung versehen. Bei Druckröhren, die direkt mit dem Moderator in Berührung stehen, kann das Hilfsrohr den Druckrohrschaft umgeben und sich bis zum Absatz innerhalb der Neutronenabschirmung erstrecken oder als durchgehendes Isolierrohr in das Druckrohr eingesetzt sein. In den Zeichnungen sind Ausfuhrungsbeispiele

Schaftes 3 ist zwischen einem Hilfsrohr 14 und dem Schaft ein Ringspalt 15 angeordnet, der in der Mitte des der Abschirmung zugeordneten Schaftabschnittes abgesetzt ist. Dieser Absatz des Ringspaltes ist durch eine Abstufung im Schaft und eine entsprechende Abstufung im Hilfsrohr 14 gebildet. An einer weiteren Abstufung im Schaft ist das Hilfsrohr 14 befestigt. Der zwischen den beiden Abstufungen liegende Teil des Ringspaltes 15 überlappt sich mit dem

von Druckrohren gemäß der Erfindung dargestellt. io im Inneren des Druckrohres angeordneten Isolier-Es zeigt in teilweise geschnittener Darstellung spalt 13.

Die in Abb.4 gezeigte Ausführung des oberen Druckrohrschaftes stimmt im wesentlichen mit der Ausführung des oberen Schaftes nach Fig.3 über-

Fig. 1 ein Druckrohr, das in der herkömmlichen Weise mit der Neutronenabschirmung einen Ringspalt bildet,

Fig.2 ein Druckrohr, das für den Einsatz in 15 ein. Sie unterscheidet sich nur dadurch, daß das einem Moderatortrennrohr bestimmt ist, flanschartig ausgebildete obere Ende 11 des Hilfs-

rohres an eine Abstufung 16 im Druckrohrschaft angeschweißt und das untere Ende des Hilfsrohres über einen Dehnungsausgleicher 17 mit dem Absatz 9 ver-

Fig.3, 4 und 5 Ausführungsbeispiele für ein Druckrohr, das mit dem Moderator unmittelbar in Berührung steht.

In Fig.2 ist ein Druckrohr 1, beispielsweise aus 20 bunden ist. Der Dehnungsausgleicher ist eine dünneiner Zinnlegierung, mit Schäften 2, 3, z. B. aus wandige, balgartig geformte Verlängerung des HilfsStahl, dargestellt. Die obere und die untere Neu- rohres. Die Ausführung des unteren Schaftes enttronenabschirmung 4 bzw. 5 und ein den Moderator- spricht genau der Ausführung nach F i g. 3.
raum vom Druckrohr trennendes Rohr6 sind sehe- Bei der Ausführung nach Fig.5 ist der Innen-

matisch eingezeichnet. Der in der Neutronenabschir- 25 mantel des der Abschirmung 4 zugeordneten Abmung liegende Abschnitt des oberen Druckrohr- schnittes des oberen Schaftes 2 (vom Druckrohr 1 her schaftes 2 und des unteren Druckrohrschaftes 3 sind gesehen) nach außen abgesetzt. Das Hilfsrohr 12 ist so abgesetzt, daß die Wandstärke der .Schäfte in im Inneren des Druekrohres angeordnet und ent-Richtung auf die Rohrenden abnimmt. An dem obe- sprechend dem im Schaft vorgesehenen Absatz abren Druckrohrschaft 2 ist ein Hilfsrohr 7, beispiels- 30 gestuft. Der Außendurchmesser des Hilf srohres 12 weise aus Stahl, befestigt, das mit dem abgesetzten ist so bemessen, daß zwischen dem Schaft und dem Teil des Schaftes einen Ringspalt 8 bildet. Zwischen Hilfsrohr ein abgesetzter Ringspalt 18 entsteht. Das dem unteren Ende des Hilf srohres 7 und dem Schaft- Hilfsrohr 12 erstreckt sich bis in den unteren Schaft 3 absatz 9 ist ein Spalt angeordnet. Der Außendurch- und dient auf diese Weise gleichzeitig zur Bildung messer des Hilfsrohres ist so bemessen, daß zwischen 35 des Isolierspaltes 13 im Druckrohr 1. Der untere der Neutronenabschirmung, deren Bohrung mit klei- Schaft 3 hat denselben Aufbau wie der untere Schaft nem Spiel an das Hilfsrohr angepaßt ist, und dem nach Fig.3.

nicht abgesetzten Teil des Schaftes ebenfalls ein Die in den F i g. 3, 4 und 5 dargestellten Ausfüh-

Ringspalt 10 entsteht, der etwa die gleiche Breite wie rungen des Druekrohres eignen sich für Atomreakder Ringspalt 8 hat. Das Hilfsrohr 7 ist mit einem 40 toren, bei denen die Druckrohre unmittelbar mit flanschartigen Ansatz 11 versehen, der sich an der dem Moderator in Berührung stehen. Die bei flüssi-Neutronenabschirmung4 abstützt. Vorteilhafterweise gern Moderator erforderliche Abdichtung der Druckwird das Hilfsrohr über diesen Flansch hinaus ver- rohre gegen die Neutronenabschirmung wird stets längert, weil dadurch der Wärmefluß durch das außerhalb der Abschirmung angeordnet. Die Dich-Hilfsrohr zur Neutronenabschirmung verringert wird. 45 tungen, z. B. die Dichtungsringe 19 oder die in Der Ringspalt zwischen dem abgestuften unteren Fig.3 beispielsweise eingezeichnete Stopfbuchse20

(mit Packung 21 und Brille 22), sind daher leicht zugänglich und gegen die Strahlung geschützt. Das durch die Druckrohre strömende Kühlmittel kann flüssig oder gasförmig sein.

Druckrohrschaf13 und der Neutronenabschirmung 5 ist auf die übliche Art dadurch hergestellt, daß die Bohrung in der Neutronenabschirmung um die erforderliche Spaltbreite weiter bemessen ist.

Bei der Ausführung nach Fig.3 ist der Absatz9 im oberen Schaft 2 etwas unterhalb der Mitte des der Abschirmung 4 zugeordneten Schaftabschnittes angeordnet. Das mit dem Schaft einen Ringspalt8 bildende Hilfsrohr 7 hat denselben Außendurchmesser wie der nicht abgesetzte Teil des Schaftes und ist mit seinem unteren Ende auf dem Absatz 9 befestigt, beispielsweise angeschweißt. Am oberen Ende des Hilfsrohres 7 ist ein Stützflansch 11 vorgesehen. Im Inneren des Druekrohres ist ein Isolierrohr 12, beispielsweise aus Zirkonlegierung, angeordnet, das mit dem Druckrohr einen Isolierspalt 13 bildet. Dieser Isolierspalt 13 und der Ringspalt 8 überlappen sich gegenseitig. Eine Abstufung des Ringspaltes ist in diesem Falle also durch den Sprung von der Außenisolierung (Ringspalt 8) auf die Innenisolierung (Isolierspalt 13) erzielt. In dem der unteren Abschirmung 5 zugeordneten Abschnitt des unteren

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Druckrohr für vorzugsweise mit schwerem Wasser moderierte Atomkernreaktoren, das eine den Moderatortank umgebende Neutronenabschirmung oben und unten unter Bildung je eines abgesetzten, mit Gas gefüllten Ringspaltes durchdringt und an dessen Enden, im Bereich der Durchdringung der Abschirmung, je ein Schaft angebracht ist, wobei das Druckrohr am oberen Ende über den Schaft mit der Abschirmung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Schaftes durch je eine, in an sich bekannter Weise im Bereich der Durchdringungsstellen vorgesehene Abstufung in Richtung auf die Rohrenden verringert ist und daß mindestens derjenige Teil des einen oder beider Ringspalte, der sich von dem

Raum außerhalb der Abschirmung bis zu der Abstufung erstreckt, zwischen dem Schaft und einem an diesem befestigten Hilfsrohr angeordnet ist.

2. Druckrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung im Außenmantel des Schaftes vorgesehen ist.

3. Druckrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Hilfsrohres im Bereich der Durchdringungs- ι» stellen im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des nicht abgestuften Schaftabschnittes ist.

4. Druckrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere, zwischen dem Hilfsrohr und dem Schaft angeordnete Teil des Ringspaltes mit der Abstufung abschließt, während der andere Teil des Ringspaltes durch einen im Inneren des Druckrohres mit Hilfe eines Isolierrohres angeordneten Isolierspalt gebildet ist, der sich mit dem äußeren Teil des ao Ringspaltes überlappt.

5. Druckrohr nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrohr mit einem Flansch zur Abstützung auf der Neutronenabschirmung versehen ist.

6. Druckrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung im Innenmantel des Schaftes angeordnet ist.

7. Druckrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrohr mit einem der Abstufung im Schaft entsprechenden Absatz versehen und im Inneren des Druckrohres angeordnet ist.

8. Druckrohr nach Anspruch 1 bis 7 für unmittelbare Berührung mit einem flüssigen Moderator, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringungsstellen von außen abdichtbar sind.

9. Druckrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die untere Abdichtung durch eine Stopfbuchse herstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 348 479;
belgische Patentschrift Nr. 559 766;
französische Patentschriften Nr. 1229 865,
1244114, 1236 090, 1236 628.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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