DE1812697C - Nuklearreaktor Druckkessel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Nuklearreaktor-Druckkessel für die Aufnahme eines Reaktorkerns aus Elrennstoff- und Steuerelementen und eines unter hohem Druck stehenden moderierenden Kühlmittels, weicher Kessel eine innere Kesselwandung, eine äußere /.esselwamdung sowie eine Durchflußverbindung zwischen dem von der inneren Kesselwandung umschlossenen Reaktorkernraum und dem Spaltraum zwischen innerer und äußerer Kesselwandung aufweist.

Ein derartiger Reaktordruckkessel is,t aus der britischen Patentschrift 785 945 bekannt. Der dort beschriebene und dargestellte Kessel nimrri ein gasgekühltes und -moderiertes Core auf. Die Doppelausbildung der Kesselwandung dient dem Zweck, die Wärmeabfuhr zu vereinfachen; die innere — nicht unbedingt gasdichte — Kesseiwandung besteht aus hoch-.zmperaturfestem Material, während die äußere gasdichte Wandung aus zwar weniger wärmebeständigem, dafür aber leichter schweißbarem Material bestehen kann. Angestrebt wird mithin im wesentlichen eine Erleichterung bei der Herstellung des Kessel.

Ein weiterer, gattungsgleicher Druckkessel ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 23ö 670 bekannt. Dieser bekannte Druckkessel nimmt einen Siedewasserreaktor auf, dessen Core in einem Wasserbecken angeordnet ist. Das nicht druckfeste Wasserbecken wird von einem druckfesten Gefäß umschlossen; der Spaltraum zwischen beiden führt ein Inertgas. Ein Sicherheitsventil soll bei unzulässig hohem Druckanstieg öffnen; weitere Vorkehrungen gegen das Berslen des druckfesten Gefäßes sind nicht vorgesehen.

Eine weitere bekannte Druckkesselausbildung zeigt die deutsche Auslegeschrift 1 221 ?70.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung isl: es, die Reaktorsicherheit zu verbessern, insbesondere Vorkehrungen gegen die katastrophalen Folgen zu treffen, die bei einem Versagen des Druckkessels eintreten würden, wenn auch die Wahrscheinlichkeit für ein solches Versagen des Druckkessels gering ist. Es würde nämlich dann eine ganz erhebliche Menge sehr heißen und unter Druck stehenden Kühlmittels frei, der bei Druckwasserreaktoren in der Größenordnung von 250 Kp/cnv- liegt. Fragmente des Kessels würden geschoßartig ho^hgewirbelt, möglicherweise auch Teile der Brennstoffelemente. Die Befürchtungen vor einem solchen Versagen des Druckkessels haben dazu geführt, daß man der Errichtung von Kernkraftwerken zumindest in Siedlungsgebieten sehr zurückhaltend gegenübersteht.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Nuklearreaktor-Druckkessel der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß sowohl die innere als auch die äußere Kesselwandung einzeln eine für den höchsten erwarteten Kühlmitteldruck bemessene Festigkeit aufweisen, und daß die Durchflußverbiridung als Drosselorgan ausgebildet ist.

Infolge der Durchflußverbindung zwischen beiden Kesselwandungen unterliegt nur die äußere Kesselwandung dem vollen Diffarenzdruck zwischen Kesselinnenraum und der äußeren Atmosphäre, während die innere Kesselwandung höchstens ganz geringfügigen Druckdifferenzen ausgesetzt ist. Wenn also überhaupt eine der Kesselwandungen reißen sollte, wird es die äußere sein. Die Folgen wären aber erträglich, da nur der relativ geringe Anteil an Kühlmittel, der im Spaltraum vorhanden ist, durch den Riß austreten könnte und das Nachströmen aus dem Coreraum dadurch, daß die Duichflußverbindung als Drosselorgan ausgebildet ist, nur entsprechend langsam erfolgen würde. Nur während dieses Zeitraums wäre die innere Kesselwandung dem vollen Druck ausgesetzt und dürfte ihm, gemäß ihrer Dimensionierung, standhalten.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme.

auf die Zeichnung näher erläutert werden, die im Vertikalschnitt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Nuklearreaktor-Druckkessels zeigt.

Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform weist der Nuklearreaktor-Druckkessel 11 eine äußere Kesseiwan Jung 10 und eine innere Kesselwandung 12 auf. wobei letztere von der ersteren vollkommen umscnlossen ist. Die beiden Kesselwandungen 10 und 12 sind beispielsweise aus Stahl gefertigt, wobei vorzugsweise an den äußerer: und inneren Oberflächen der inneren Kesselwandung 12 und an der inneren Oberfläche der äußeren Kesselwandung 10 eine Beschichtung aus rostfreiem Stahl vorgenommen wird. Innerhalb des durch die innere Kesselwandung 12 umschlossenen Raumes 13 ist in bekannter Weise das (nicht gezeigte) Reaktorcore angeordnet. Die innere Kesselwandung 12 enthält ferner ein unter hohem Druck stehendes (nicht gezeigtes) Moderator- bzw. Kühlmittelmedium, das aus Einfachheitsgründen im folgenden »Kühlflüssigkeit« genannt werden soll. Entlang der gesamten Fläche der beiden Kesselwandungen 10, 12 ist ein Abstand 14 aufrechterhalten, in welchem eine im Vergleich zum Volumen der inneren Kesselwandung 12 relativ kleine, unter hohem Druck stehende Flüssigkeitsmenge vorhanden ist. Unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen bei der Herstellung derartiger Kessel und den sich in diesem Zusammenhang ergebenden Kosten- und Bearbeitungsüberlegungen einerseits und dem bei vorgesehener Kesselgröße sich ergebenden Volumen des Spaltraumes 16 wird der Abstand 14 vorzugsweise im Bereich zwischen Vj und 5 cm gewählt.

Obwohl die Möglichkeit besteht, bei besonderer Konstruktion des Reaktorkessels den innerhalb des Spaltraui.ies 16 herrschenden Druck etwas geringer als den Druck innerhalb der inneren Kesselwandung 12 zu wählen, wird der innerhalb des Spaltraumes 16 herrschende Druck vorzugsweise durch gleich dem innerhalb der inneren Kesselwandung 12 herrschenden Druck gewählt. Hier steht in einer noch zu beschreibenden Art und Weise der zwischen den beiden Kesselwandungen 10, 12 liegende Spaltraum 14 in Durchflußverbindung mit dem Inneren der inneren Kesselwandung 12, so daß der Spaltraum 16 durch das innerhalb der inneren Kesselwandung 12 vorhandene Kühlmittel gekühlt ist, wobei während des Betriebes im wesentlichen derselbe Druck auftritt.

Es soll hervorgehoben werden, daß die beiden Kesselwandungen 10, 12 relativ nahe aneinander angeordnet sind. Im Falle eines Zerreißens der äußeren Kesselwandung 10 ist demzufolge die für das Wegschleudern von Fragmenten vorhandene Energie minimal, da die Menge des zwischen den beiden Kesselwandungen 10,12 unter hohem Druck stehenden Mediums begrenzt ist. Andererseits sind jedoch die beiden Kesselwandungen 10, 12 so weit voneinander entfernt, daß keine gegenseitige Beeinflussung — beispielsweise durch thermische Ausdehnung oder Vibration — erfolgen kann.

Die innere Kesselwandung 12 ist gegenüber der außeren Kessclwandung 10 mittels geeigneter Einrichtungen, beispielsweise mittels eines von der inneren Kesselwandung 12 abwärts ragenden Flansches 20 befestigt, der auf einem entsprechenden, einwärts ragenden Flansch 18 der äußeren Kessel wandung 10 abgestützt ist. Die beiden Flansche 18, 20 weisen einen relativ lockeren Paßsitz auf, so daß das zwischen den beiden Kessclwandungen 10, 12 vorhandene Kühlmittel bis in den oberen Teilbereich 66 gelangen kann. Die Flansche 18, 20 weisen vorzugsweise in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete öffnungen 24 für den Durchfluß des Kühlmittels zwischen den entsprechenden Teilbereichen des Spaltraumes 14 oberhalb und unterhalb der Flansche 18, 20 auf.

Für den Durchtritt des unter Druck stehenden Kühlmittels von der Außenseite der äußeren Kesselwandung 10 bis ins Innere der inneren Kesselwandung 12 ist ein Einlaß 26 vorgesehen, durch weichen das Kühlmittel unter einem bestimmten Druck — beispielsweise etwa 250 kg/cm- bei Druckwasserreaktoren und etwa 100 kg/cm'² bei Siedewasserreaktoren — eingeführt wird. Dieser Einlaß 26 weist einen nach außen gerichteten Rohransatz 28 und eine Einlaßhülse 30 auf, die bei 32 ir geeigneter Weise — beispielsweise durch Anschweißen, Anschrauben od. dgl. — an dem Rohransatz 28 befestigt ist. Die Einlaßhülse 30 ist innerhalb des Rohransatzes 28 angeordnet und erstreckt sich von der äußeren Kessel-Wandung 10 durch eine entsprechende Einlaßöffnung 34 bis in das Innere der inneren Kesselwandung 12 hinein. Die Hülse 30 ist relativ locker innerhalb der Einlaßöffnung 34 gelagert, 50 daß beispielsweise bei 36 ein gewünschter begrenzter Durchtritt von Flüssigkeit stattfinden kann, wodurch der zwischen der inneren Kesselwandung 12 und der äußeren Kesselwandung 10 vorhandene Spaltraum 16 im wesentlichen dem gleichen Druck wie der innerhalb der inneren Kesselwandung vorhandene Raum 13 ausgesetzt ist.

Für das Abführen der Kühlflüssigkeit aus dem Inneren der inneren Kesselwandung 12 nach der Außenseite der äußeren Kesselwandung 10 ist „in Auslaß 38 vorgesehen. Der Auslaß 38 ist in gleicher Weise wie der soeben beschriebene Einlaß 26 konstruiert und weist einen nach außen sich erstreckenden Rohransatz 40 mit einer darin angeordneten Hülse 42 auf, die durch eine Atislaßöffnung 44 der inneren Kcsselwandung 12 geführt ist. Die Hülse 42 sitzt ebenfalls bei 46 relativ locker innerhalb der Auslaßöffnung 44, wodurch ein gewünschter Durchtritt geschaffen wird.

Falls erwünscht, körnen die Hülsen 30 und 42 direkt an der inneren Kesselwandung 12 im Bereich der öffnungen 34, 44 befestigt sein. In diesem Fall ist der Hülsendurchrnesser kleiner als der Innendurchmesser der Rohransätze 28, 40, so daß eine gewisse Menge von Kühlflüssigkeit zwischen den Ansätzen 28. 40 und den Hülsen 30, 42 in den Spaltraum 16 einströmen kann.

In der Figur ist jeweils nur ein Einlaß und Auslaß 26, 38 gezeigt. Je nach der Größe und der Konstruktion des Reaktors können jedoch zusätzliche Ein- und Auslässe voigesehen sein.

Die innere Kesselwandung 12 weist ein unteres Teilstück 48 und einen Deckel 50 auf. Die beiden Teilstücke 48, 50 sind in geeigneter Weise — beispielsweise durch einen Bajonettverschluß 52·—miteinander verb inden. Dieser kann derart ausgebildet sein, daß ein (nicht gezeigter) Teil des Gewindes weggeschnitten ist, so daß der Deckel 50 in einer gewissen Position eingesetzt und nach Durchführung einer Viertelumdrehung in seine Verschlußposition gebracht werden kann.

Die äußere Kesselwandung 10 weist ebenfalls ein unteres Teilstück 54 und einen Deckel 56 auf, weiche — beispielsweise durch Verbindungsbolzen 58 — miteinander verbunden sind.

An der Oberseite bzw. Unterseite Ηρ

sels kann in bekannter Weise eine Mehrzahl üblicher Steuerstabantriebe 64 vorgesehen sein, die von der Außenseite der äußeren Kesselwandung 10 bis in die Innenseite der inneren Kesselwandung 12 reichen. Jeder dieser Steuerstabantriebe 64 ist in bekannter Weise durch eine Abdichtungsöffnung 62 des Deckels 56 der äußeren Kesselwandung 10 und entsprechende öffnungen 60 in dem Deckel 50 der inneren Kesselwandung 12 hindurchgeführt. Die öffnungen 60 umschließen die Steuerstabantriebe 64 relativ locker, wodurch zusätzliches Kühlmittel in den oberen Teilbereich 66 des Spaltraumes 16 gelangen kann. In diesem Zusammenhang sei hervorgehoben, daß durch die öffnungen 60 sich zusätzliche Kühlmittelkanäle oberhalb der Flansche 18, 20 ergeben, während durch die Ein- und Auslässe 26, 38 unterhalb dieser Flansche 18, 20 gelegene Kühlmittelkanäle 36, 46 vorhanden sind. Demzufolge kann Kühlmittel auf beiden Seiten der Befestigungsflansche eindringen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Kanäle 24 im Bereich der Flansche 18, 20 vorzusehen.

In dem immerhin unwahrscheinlichen Fall, daß während des normalen Betriebes des nuklearen Reaktors die äußere Kesselwandung 10 zerreißen sollte, ist die zum Wegschleudern von Fragmenten der äußeren Kesuchvanduiig 10 hii weidende Energie minimal, da der größte Teil der Kühlflüssigkeit innerhalb der inneren Kesselwandung 12 angeordnet ist. Da diese Kesselwandung 12 selbst stark genug ist, um den inneren Flüssigkeitsdruck instandzuhalten, wird in einem dcrartigen Fall die Kühlflüssigkeit nicht plötzlich freigesetzt. Demzufolge bleiben die inneren Elemente — beispielsweise: der Kern — intakt, ohne daß eine Positionsveränderung auftreten würde. Die konventionellen Reaktornotaggregate — beispielsweise die Leitungen zum Zuführen des Notkühlungswassers für das Überfluten und Kühlen der Reaktorzellen — können so angeordnet sein, daß selbst beim Auftreten eines Bruches der äußeren Kesselwandung 10 diese Einrichtungen voll zufriedenstellend arbeiten.

Im Falle, daß die innere Kesselwandung 12 aus irgendwelchen Gründen versagen sollte, ist die äußere Kesselwandung 10 vollkommen abgedichtet und druckfest, so daß keine Flüssigkeit nach außen gelangen kann. Auf Grund der Tatsache einer ausgeglichenen Flüssigkeitsdruckverteilung ist der Druck auf beiden Seiten der inneren Kesselwandung 12 im wesentlichen gleich. Demzufolge ist die Möglichkeit eine; Versagers der inneren Kesselwandung 12 sehr gering Dies bedeutet, daß die innere Kcsselwandung 12 aul

»5 Grund der Anwesenheit des Flüssigkeitsdruckes prin zipiell keinen Störungen ausgesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Nuklearreaktor-Druckkessel für die Aufnähme eines Reaktorkerns aus Brennstoff- und Steuerelementen und eines unter hohem Druck stehenden moderierenden Kühlmittels, welcher Kessel eine innere Kesselwandung, eine äußere Kesseiwandung sowie eine Durchflußverbindung »o zwischen dem ve der inneren Kesselwandung umschlossenen Reaktorkernraum und dem Spaltraum zwischen innerer und äußerer Kesselwandung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die innere (12) als auch die außere Kessehvandung (10) einzeln eine für den höchsten erwarteten Kühlmitteldruck bemessene Festigkeit aufweisen, und daß die Durchflußverbindung (24, 34, 44, 60) als Drosselorgan ausgebildet ist.

2. Druckkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (14) zwischen der inneren und äußeren Kesselwandung (10, 12) entlang der ganzen Umfangsfläche kleiner als 5 ei·, ist.

3. Druckkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kesseiwandung (10) wenigstens eben Eii.iaßrohransatz (28) aufweist, in welchem eino Hülse (30) angeordnet ist, die mit Spiel (36) durch eine öffnung (34) bis in das Innere der inneren Kesselwandung (12) hineinreicht.

4. Druckkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kesselwandung (10) wenigstens einen Auslaßrohransatz (38) aufweist, in welchem eine Hülse (42) angeordnet ist, die mit Spiel (46) durch eine öffnung (44) bis in das Innere der inneren Kesselwandung (12) hineinreichi.

5. Druckkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kesseiwandung (12) mittels einer Flanschanordnung (18, 20) innerhalb der äußeren Kesselwandung (10) gehalten ist, und daß im Bereich der Flanschanordnung (18, 20) Kanäle (24) für Kühlmitteldurchtritt zwischen den Teilbereichen d'^s Spaltraurnes (16) oberhalb und unterhalb der Flanschanordnung vorgesehen sind.

6. Druckkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl von Steuerstabantrieben, dadurch gekennzeichnet, daß diese sich durch die äußeren und mit Spiel durch Öffnungen (60) der inneren Kesselwandungen (10, 12) hindurch erstrecken.

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