Im Inneren von Druckgefässen für Kernreaktoren untergebrachter Dampferzeuger Das Hauptpatent bezieht sich auf einen im Inneren von Druckgefässen für Kernreaktoren untergebrachten Dampferzeuger, der aus einer Vielzahl von Einzel elementen mit jeweils eigenen Sekundäranschlüssen be steht, wobei die wärmeübertragenden Flächen dieser Einzelelemente aus geraden Rohren oder Platten ohne ein eigenes Gehäuse zwischen Sammelräumen für den sekundären Wärmeträger angeordnet sind und die Strö mungsrichtung des primären Wärmeträgers im wesent lichen senkrecht zu derjenigen des sekundären Wärme trägers verläuft.
Kernreaktoren, bei denen ausser dem eigentlichen Reaktor auch die Dampferzeuger mit im gleichen Druck- gefäss untergebracht sind, werden allgemein als inte grierte Reaktoren bezeichnet. Wie auch im Hauptpatent dargestellt, ist es dabei besonders vorteilhaft, die Wärmetauscher möglichst klein und kompakt auszufüh ren, damit die Dimensionen des Reaktordruckgefässes beherrschbar bleiben.
Die im Hauptpatent dargestellten Aufbaumöglich keiten integrierter Reaktoren werden durch die vorlie gende Erfindung ergänzt, die eine ganz besonders vor teilhafte Anordnungsweise der aus dem Hauptpatent bekannten Dampferzeuger zeigt, und deren Anwendung auch bei solchen Reaktordruckgefässen möglich ist, die durch äussere,
kalt gehaltene Verspannungsmittel ihre Druckfestigkeit erhalten und direkt an der Baustelle auf gebaut werden können. Erfindungsgemäss sind die Ein zelelemente des Dampferzeugers oberhalb des Reaktor kernes zwischen den Kühlkanälen am Druckgefässdeckel hängend angeordnet und die Kühlkanäle in Höhe dieser Elemente mit seitlichen Austrittsöffnungen für das auf geheizte Kühlmittel versehen.
Derartige Dampferzeuger anordnungen eignen sich insbesondere für schwerwasser- moderierte Druckwasserreaktoren integrierter Bauart, da durch diesen speziellen Aufbau das benötigte Schwer wasservolumen erheblich niedriger gehalten werden kann als bei Anordnungen üblicher Wärmetauscher aus- serhalb des Reaktorkessels.
Die Figuren 1 und 2 zeigen nun ein Ausführungs- beispiel der vorliegenden Erfindung; dabei ist die Fig. 1 ein Vertikalschnitt nach der Linie 1-I in Fig. 2 und Fig. 2 eine Draufsicht. Dieses Beispiel stellt einen schwer wassermoderierten Druckwasserreaktor dar, dessen Kühlkanäle über den Druckkesseldeckel hinausragen und dort mit besonderen Verschlüssen versehen sind.
Mit Hilfe einer speziellen Lademaschine, ähnlich der, wie sie beispielsweise beim Mehrzweckforschungsreaktor in Karlsruhe angewendet wird, können diese Verschlüsse geöffnet und die in den Kühlkanälen befindlichen Brennelemente ausgewechselt werden.
Der Druckkessel 1, 2 und 3 erhält seine eigentliche Druckfies#tigkeit durch äuswre .Spannglieder. Dar Über sichtlichkeit halber sind nur die vertikalen Spann elemente, bestehend aus den Trägern 11 und 10 sowie den Spannseilen 28, dargestellt. Durch gekühlte Bleche 12 und 13 wird die Betriebstemperatur dieser Spann elemente niedrig gehalten. Über kräftige Stempel 6 stützt sich der eigentliche Kesseldeckel bzw. Kesselboden auf die Träger 10 bzw. 11 ab. Der zylindrische Teil des Kessels 2 und 1 kann beispielsweise an der Baustelle aus einzelnen Ringen zusammengesetzt werden, die unter einander lediglich durch eine Dichtschweissnaht ver bunden sein müssen.
Für die einzelnen Kesselringe bietet sich dabei die an sich bekannte sogenannte Wickelbau weise an.
Durch diese besondere Art der druckmässigen Ab stützung der eigentlichen Kesselwandung ist es möglich, einen an sich unüblichen ebenen Kesseldeckel 3 zu ver wenden und daran die einzelnen Wärmetauscher elemente 5 aufzuhängen. Das Aufhängen geschieht da bei zweckmässigerweise an den konzentrischen Zufüh rungsleitungen für den sekundären Wärmeträger, so dass nur einfache Bohrungen 7 für diesen Zweck erfor derlich sind. Die Abdichtung dieser Durchführung kann ausserhalb des Kessels durch an sich bekannte Mittel, wie Spezialdichtungen oder Dichtschweissung, erfolgen.
Die Kühlkanäle 29, die die Brennelemente 30 enthal ten, durchsetzen an den Stellen 4 ebenfalls den ebenen Kesseldeckel 3 und sind ausserhalb desselben durch Spezialverschlüsse 14, die von einer Lademaschine aus betätigt werden können, abgeschlossen. Die Wärme tauscherelemente 5 können, wie dargestellt, auch zusätz lich über ihre Unterseite in einer Abschirmplatte 19 oberhalb des eigentlichen Moderatorbehälters geführt werden. Dieser Moderatorbehälter besteht aus dem zy lindrischen Teil 16 und dem Deckel 17 sowie dem Bo den 18; er kann verhältnismässig dünn gehalten wer den, da seine Druckbelastung nur gering ist.
Im Reak tordeckel 3 sind in diesem Beispiel ausserdem die Kühl- mittelumwälzpumpen 25 eingesetzt, die durch die Moto ren 27 ausserhalb des Druckgefässes angetrieben wer den. Wie in der Fig. 1 dargestellt, ist eine besondere Verschraubung dieser Pumpen nicht notwendig, da sie durch die Druckstempel 6 gegen den Kesseldeckel 3 ge- presst werden.
Wie auch aus der Fig. 2, die eine Draufsicht dieses Reaktors darstellt, hervorgeht, sind die Wärmetauscher elemente 5 in den Zwischenräumen zwischen den Kühl kanälen 29 angeordnet. Sie können kreisförmigen Quer schnitt haben, jedoch, wie in Fig.2 bei 5' angedeu tet, auch in die seitlichen Zwischenräume zwischen den Kühlkanälen 29 hineinragen und somit einen besseren Füllfaktor durch die wärmetauschenden Flächen erge ben. Die Kühlkanäle 29 haben in Höhe dieser Wärme tauscherelemente 5 seitliche Öffnungen 15.
Aus diesen strömt das an den Brennelementen 30 aufgeheizte Kühl mittel nach aussen und durchsetzt also die Wärmetau scher praktisch im Querstrom zum sekundären Kühl mittel. Durch die Pumpen 25 an der Kesselwandung wird es durch die Räume 24, 23 und 22 nach unten geführt, von wo es erneut in die Kühlkanäle 29, von denen lediglich einer dargestellt ist, eindringt.
Der Übersichtlichkeit halber sind die Fusspunkte der Abstützelemente 6 in Fig. 2 lediglich durch Kreuze angedeutet. Aus dieser Figur ist auch zu ersehen, dass senkrecht zu den Trägern 11 bzw. 10 die Anschlusslei- tungen 8 und 9 der einzelnen Wärmetauscherelemente nach aussen geführt sind. In jeder dieser Anschlusslei tungen sitzt ein eigenes, sekundärseitiges Absperrorgan.
Im Falle eines Defektes ist es auf diese Art und Weise einfach möglich, ein einzelnes Wärmetauscherelement abzuschalten, ohne dabei den Betrieb des gesamten Reaktors wesentlich zu beeinträchtigen.
An der unteren Seite des Reaktorkessels ist noch eine Strahlenabschrimung 20 eingesetzt. Die Vergrösse- rung des Durchmessers des Druckkessels an der Stelle 2 ist zweckmässig für die leichtere Unterbringung der Kühlmittelpumpen 25.
Selbstverständlich liesse sich eine derartige Anord nung von einzelnen kleinen Wärmetauscher- bzw. Dampferzeugerelementen, deren Höhe in der Grössen- ordnung von etwa 1,5 m liegt, auch bei anderen Kes selformen anwenden. Sie ist natürlich auch nicht nur auf eine Stahlkesselkonstruktion beschränkt, vielmehr wäre ihre Anwendung auch bei Betonkesselkonstruk- tionen durchführbar.
Das genannte Beispiel wurde je doch gewählt, da es bei einwandfreier Aufnahme der Reaktordrücke eine verhältnismässig einfache Installa tion nicht nur des eigentlichen Reaktors, sondern auch der Wärmetauscherelemente erlaubt. Auch ist in diesem Fall eine Demontage dieser Wärmetauscherelemente bei stillgelegtem Reaktor ohne allzu grosse Schwierigkeit durchführbar.