DE1514978C - Gasgekühlter, graphitmoderierter Atomkernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten, graphitmoderierten Atomkernreaktor mit einem Druckgefäß, einem Reaktorkern sowie dem Kern zugeordneten Wärmetauschern, bei dem sich der Reaktorkern in einer gasdichten zylindrischen Verkleidung innerhalb des Druckgefäßes befindet, die Durchtrittsöffnungen für die Strömung des Kühlgases zum bzw. vom Reaktorkern weg aufweist, wobei die Verkleidung an ihrem einen Ende gasdicht gegen den Boden des Druckgefäßes abgedichtet ist und an ihrem anderen Ende einen gewölbten Wandteil aufweist, durch den Beschickungsrohre hindurchgeführt sind.

Ein derartiger Reaktor ist bekannt aus der britischen Patentschrift 785 945. Bei ihm dient die innere Verkleidung dazu, thermische Spannungen zu vermeiden, die sich sonst infolge Entlangströmens des Kühlgases an dem Druckgefäß einstellen würden und zu unzulässig hohen differentielien Wärmedehnungen des Druckgefäßes führen könnten. Eine ähnliche Ausbildung ist gezeigt in der Veröffentlichung »Atompraxis«, 1959, als Abb. 6 auf S. 71.

Man erkennt besonders bei der letztgenannten Veröffentlichung deutlich, daß das aus dem Reaktorkern austretende Kühlgas über Leitungen zu den Wärmetauschern und wieder zum Kern zurückgeführt wird. Eine solche Ausbildung ist unerwünscht, da das Problem der thermischen Spannungen natürlich auch für die das Kühlgas führenden Rohrleitungen gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Reaktor der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß Rohrleitungen für das Kühlgas möglichst ganz vermieden werden, wodurch nicht nur dem Problem der thermischen Beanspruchungen begegnet wird, sondern auch eine gewisse Kostenersparnis eintritt, weil die Verkleidung während des Aufbauens des Reaktors dessen Kante gegen die Umgebung zu schützen vermag.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Kühlmittel nach dem Verlassen der Verkleidung in an sich bekannter Weise in einen von der Verkleidung und der Innenoberfläche des Druckgefäßes andererseits begrenzten Raum strömt und daß die Verkleidung des Reaktorkerns in der Nähe des unteren Endes mit einer eine Ringkammer bildenden äußeren Umkleidung versehen ist, in deren Wandung Kühlmittelumwälzpumpen angebracht sind.

Es soll erwähnt werden, daß es bei flüssigkeitsgekühlten Reaktoren aus der britischen Patentschrift 836 843 bereits bekannt ist, das Kühlmittel nach dem Austritt aus der Verkleidung in einen Raum strömen zu lassen, der von der Verkleidung einerseits, dem Druckgefäß andererseits begrenzt ist.

Die Ausbildung gemäß der Erfindung vermeidet vollständig das Auftreten hoher thermischer Gradienten in sicherheitswichtigen Bauteilen, und nur kurze Rohrleitungsstücke sind am Austrittsende der Wärmetauscher zwischen diesen und der Umwälzpumpe erforderlich; die letzteren dagegen sind trotzdem gut zugänglich, etwa für Wartungszwecke.

Als zusätzliche Maßnahme gegen Wärmedehnungen im Bereich der höchsten thermischen Beanspruchung der Verkleidung kann man eine entsprechend dimensionierte thermische Isolation vorsehen.

Da es erwünscht ist, daß die Umhüllung oder Verkleidung an ihrer Außenseite, d. h. an ihrer nach außen gerichteten. Oberfläche entsprechend der in ihrem Inneren herrschenden Gaslcmnenilur wärmemäßig isoliert ist, ist der gewölbte Kopf der Verkleidung stärker isoliert als ihr unteres Ende. Auf diese Weise erhält man eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur über die ganze Wandung der Verkleidung, und eventuell in dieser auftretende Wärmespannungen werden stark verringert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Verkleidung oder Umhüllung des Reaktorkern an ihrem einen Ende mit einer äußeren Umkleidung

ίο versehen, in deren Wandung Kühlmittelumwälzpumpen mit ihren Auslaßöffnungen abgedichtet angebracht sind. Die Verkleidung oder Umhüllung ist auf derselben Stützkonstruktion wie der Reaktorkern abgestützt. Ferner ist die Verkleidung oder Umhüllung durch eine auf ihre äußere Oberfläche aufgebrachte Isolierung in einer solchen Weise wärmemäßig isoliert, daß die Dicke der Isolierung entsprechend den an den verschiedenen Stellen vorhandenen Kühlmitteltemperaturen abgestuft ist und daß sie ihre größte Dicke in Bereichen der höchsten Kühlmitteltemperatur besitzt.

In dem Druckgefäß angeordnete Wärmetauscher nehmen das heiße Kühlgas auf, wobei die Zirkulation durch die Wärmetauscher durch Kühlmittel-Umwälzpumpen aufrechterhalten wird, von denen normalerweise mehrere angebracht sind. Jeder Wärmetauscher besitzt seine eigene Pumpe, die an seiner Auslaßseite für das Kühlgas angeordnet ist.

Vorzugsweise sind die Kühlmittelpumpen derart angebracht, daß sie für Überholungsarbeiten oder andere Zwecke leicht entfernt werden können. Außerdem sind sie so angeordnet, daß sie keiner radioaktiven Strahlung ausgesetzt sind, und jede Pumpe besitzt eine mit dem Wärmetauscher verbundene Auslaßöffnung und eine an das Innere der Verkleidung des Reaktorkerns angeschlossene Auslaßöffnung. Zusätzlich ist für jede Pumpe ein Schieberventil od. dgl. vorgesehen, um die Einlaß- und Auslaßöffnungen vor dem Entfernen des Motors gleichzeitig zu schließen. Das Schieberventil enthält ein bewegliches rohrförmiges Bauteil, das mit einem Teil die Einlaßöffnung abschließt, während ein anderer Teil sich vor die Auslaßöffnung legt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Schnitt schematisch dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen Teil eines armierten Beton-Druckgefäßes 1, an dessen Boden 2 eine Reihe von Gittersäulen 3 und Rollen angebracht sind, die das Stützgitter 4 eines Graphitblockkernes 5 tragen, der mit den üblichen senkrechten Kanälen für die Aufnahme von Brennelementen, Moderatorstangen, Instrumenten oder anderen Teilen versehen ist. Der Reaktorkern ist von einem Reflektorbauteil 6 umgeben und wird durch eine bei 7 schematisch angedeutete Verankerungsstangenanordnung abgestützt.

Rund um die Verankerungsstangenanordnung 7 ist die gewöhnliche Abschirmkonstruktion 8 angeordnet.

Die Innenoberfläche des Druckgefäßes 1 ist mit

einer druckhaltenden Auskleidung 9 bedeckt, die ihrerseits mit einer Wärmeisolationsschicht überzogen ist, die ihre größte Dicke im oberen Bereich der Innenoberfläche haben kann. Die Innenabmessungen des Druckgefäßes sind derart, daß genügend Raum vorgesehen ist, um Wärmetauscher, von denen zwei

Stück, und zwar 11 und 12, in der Zeichnung dargestellt sind, aufzunehmen.

Vier derartige Wärmetauscher sind in gleichmäßigem Abstand rines um die Abschirmkonstfuktion 8

angeordnet, von der sie durch eine gewölbte gasdichte Verkleidung 13 getrennt sind, die ihrerseits, wie aus der Zeichnung zu erkennen, den Reaktorkern 5, Seitenreflektoren 6, Verankerungsteile 7 und die Abschirmung 8 umgibt. Das gewölbte obere Ende der Verkleidung 13 hat im Vergleich zu den senkrechten Wandungsteilen eine verstärkte Wanddicke und ist für den Durchtritt von Beschickungsrohren 14, die nach oben durch die Wandung des Betondruckgefäßes 1 hindurchgeführt sind und in der üblichen Weise auf der Beschickungsbühne des Reaktors enden, durchbrochen. Jedes Rohr besitzt beispielsweise neben seiner Eintrittsstelle in die Wandung des Druckgefäßes eine Durchtrittsöffnung 15.

Im Bereich ihres unteren Endes ist die Verkleidung 13 mit einer äußeren Umkleidung 16 versehen, und ihr unterer Teil 17 ruht auf einer Verlängerung 18 des Gitters 4. An ihrem äußersten unteren Ende ist die Verkleidung oder Umhüllung 13 mittels flexibler Dichtungen, wie sie bei 19 schematisch angedeutet sind, in gasdichter Weise zu der Auskleidung 9 hin abgedichtet. Eine äußere Wärmeisolationsschicht umgibt zumindest den oberen Teil der Verkleidung, wobei die Dicke der Isolierung mit zunehmender Entfernung von dem gewölbten Ende der Verkleidung abnimmt. Eine solche Dickenabnahme gewährleistet eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur in der Wandung der Verkleidung, wodurch Wärmedehnungen in dieser ganz erheblich verringert werden.

Jeder Wärmetauscher befindet sich in einem an seinem oberen Ende 21 offenen Gehäuse, während sein unteres Ende mit einem Leitungsteil 22 verbunden ist, das seinerseits an eine Umfangseinlaßöffnung an einem eine Kühlmittel-Umwälzpumpe enthaltenden Gehäuse 23 angeschlossen ist. Das Gehäuse 23 ist in einer Öffnung in der Umkleidung 16 ringsum abgedichtet angeordnet und erstreckt sich von dort durch die Wandung des Druckgefäßes, wie bei 24 angedeutet. Das Gehäuse 23 besitzt eine Umfangsauslaßöffnung 25, die mit Öffnungen 26 im unteren Teil 17 der Verkleidung 13 zusammenwirkt, die ihrerseits mit ihrem Umfang von dem Gehäuse 23 im Abstand angeordnet ist, wodurch die Möglichkeit direkter Bestrahlung des Gehäuses und der Umwälzpumpe sehr stark herabgesetzt wird. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen in dem Gehäuse 23 werden durch ein einfaches Schieberventil überwacht, das die Pumpe 24 umgibt und das mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden ist, um die Hülse bzw. den Schieber zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßöffnungen axial zu bewegen.

Die Kühlmittelpumpen erzeugen einen nach oben durch den Reaktorkern 5, wie das durch den Pfeil 32 angedeutet ist, in die Beschickungsrohre 14 gerichteten Kühlgasstrom, der weiter durch die Öffnungen 15 in den Rohren 14 in den Raum zwischen der Verkleidung 13 und der Auskleidung 9 und von dort abwärts durch die Wärmetauscher zu den Umwälzpumpen verläuft. Das gekühlte Kühlgas verläßt die Pumpen über die Auslaßöffnung 25 und gelangt von jeder Pumpe über die Öffnungen 26 in die Verkleidung 13 und strömt dann entlang dem oben beschriebenen Strömungsweg durch den Reaktorkern nach oben.

Die Verkleidung ist aus Metallplatten hergestellt und besitzt somit eine vergleichsweise einfache Konstruktion. Außerdem ist sie selbstzentrierend und selbsteinstellend und erfordert ein Minimum an Raum oberhalb des Reaktorkerns für die Aufnahme des gewölbten Endes. Die Krümmung des gewölbten Endes, die eine zunehmende Länge der Beschickungsrohre vom Mittelpunkt nach außen sicherstellt, verringert die Wirkungen unterschiedlicher radialer Bewegungen zwischen der Oberseite des Druckgefäßes und der Wölbung auf Grund von Wärmedehnung. Da die Verkleidung an dem Kernstützgitter befestigt ist, stehen das Gewicht des Kernes und der Verkleidung zur Verfügung, um nach oben gerichteten Drücken

ίο des Kühlgases zu widerstehen, die von dem Einschluß des Kühlgases durch die Verkleidung herrühren. Die Löcher in dem gewölbten Ende der Verkleidung sind gebohrt, nachdem dieses Ende fertiggestellt worden ist, wodurch bei der Anordnung der Löcher die erforderlichen sehr engen Toleranzen erreicht werden können. Darüber hinaus ist im Innern der Verkleidung ein ausreichender Raum vorhanden, um bestimmte Operationen auszuführen und die Beschickungsrohre festzuschweißen, nachdem sie in den öffnungen in die richtige Lage gebracht worden sind. Dabei werden die Rohre in der Mitte des gewölbten Endes zuerst eingelassen und befestigt, und dann schreitet das Anbringen und Befestigen der Rohre von dort nach außen fort.

Die Verkleidung bildet somit ein Gehäuse für den Reaktorkern, während dessen Zentrum hergestellt wird, und kann dazu benutzt werden, die erforderlichen Reinheitsbedingungen für die Konstruktion zu schaffen, indem sie den Bereich der Kernkonstruktion von den umgebenden schmutzigen Bereichen trennt.

Keine Leitungen sind erforderlich, um das Kühlgas

zu den Wärmetauschern zu führen, und somit werden die sich durch die Wärmedehnung solcher Leitungen ergebenden Probleme vermieden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasgekühlter, graphitmoderierter Atomkernreaktor mit einem Druckgefäß, einem Reaktorkern sowie dem Kern zugeordneten Wärmetauschern, bei dem sich der Reaktorkern in einer gasdichten zylindrischen Verkleidung innerhalb des Druckgefäßes befindet, die Durchtrittsöffnungen für die Strömung des Kühlgases zum bzw. vom Reaktorkern weg aufweist, wobei die Verkleidung an ihrem einen Ende gasdicht gegen den Boden des Druckgefäßes abgedichtet ist und an ihrem anderen Ende einen gewölbten Wandteil aufweist, durch den Beschickungsrohre hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel nach dem Verlassen der Verkleidung (13) in an sich bekannter Weise in einen von der Verkleidung (13) und der Innenoberfläche des Druckgefäßes (1) andererseits begrenzten Raum strömt und daß die Verkleidung (13) des Reaktorkerns (5) in der Nähe des unteren Endes mit einer eine Ringkammer bildenden äußeren Umkleidung (16) versehen ist, in deren Wandung Kühlmittelumwälzpumpen (24) angebracht sind.

2. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (13) auf derselben Stützkonstruktion (3,4) wie der Reaktorkern (5) abgestützt ist.

3. Atomkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (13) durch eine auf ihre äußere Oberfläche aufgebrachte, je nach der auftretenden Temperatur örtlich verschieden dicke Isolierschicht wärmemäßig isoliert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen