DE1185362B

DE1185362B - Container for high internal pressure, especially pressure vessel of a nuclear reactor

Info

Publication number: DE1185362B
Application number: DEB73573A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Bremer; Dr-Ing Joachim Meyer
Original assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Current assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Priority date: 1963-09-19
Filing date: 1963-09-19
Publication date: 1965-01-14
Also published as: BE653224A; NL6410846A; GB1017365A; LU46931A1; US3443631A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. KL: E 04 hBoarding school KL: E 04 h

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

Deutsche Kl.: 37 f-3/01 German class: 37 f- 3/01

1185 362
B73573 V/37f
19. September 1963
14. Januar 19651185 362
B73573 V / 37f
September 19, 1963
January 14, 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.The invention relates to a container for high internal pressure, in particular a pressure container Nuclear reactor, with a wall consisting of at least one outer, pressure-absorbing prestressed concrete shell and an inner shell, preferably composed of a plurality of shells, which harmful effects of the contents of the container from the outer shell and possibly from the space outside of this keeps away.

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.The object of the invention is to make a container of this type in an economical manner so that the Internal pressure cannot have any harmful effects on the inner shell, so that its protective effect is not affected. This is especially true for pressure vessels of nuclear reactors, because here various conditions resulting from the nature of the matter must be met. It is not only required that the wall of the container in view of the large to be considered Diameter of, for example, 20 m in connection with the high internal pressure of z. B. 50 atü - With smaller diameters, pressures up to 150 atmospheres are even thought of - it is sufficiently firm, but it is A complete shielding of the radioactive rays must be guaranteed even at the high pressures as well as a detrimental influence of the high temperatures prevailing in the container on the steel wires of prestressed concrete can be avoided. Taking these circumstances into account results in conventional Execution of the container wall extraordinarily large wall thicknesses and thus leads to a uneconomical construction.

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.However, the invention is also intended, for example, for reagent vessels of chemical apparatus Industries that are exposed to high internal pressures while being resistant to chemical attack Need lining.

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.The invention is that between the outer shell and the inner shell one of a Liquid or a gas of low compressibility existing filling is provided and that Means are available that the pressure prevailing inside the container without damaging stress from the inner shell to the filling and thus to the outer shell.

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.This ensures that the inner shell, since it is spared from harmful effects of pressure remains, can exercise their protective effects undisturbed. The invention allows the application relatively low wall thickness of the container.

Wird der Behälter hohen Temperaturen ausgesetzt, befindet sich zweckmäßig innerhalb der Füllung einIf the container is exposed to high temperatures, there is expediently a inside the filling

Behälter für hohen Innendruck, insbesondere
Druckbehälter eines KernreaktorsContainers for high internal pressure, in particular
Pressure vessel of a nuclear reactor

Anmelder:Applicant:

Beteiligungs- und PatentverwaltungsgesellschaftInvestment and patent management company

mit beschränkter Haftung,with limited liability,

Essen, Altendorfer Str. 103Essen, Altendorfer Str. 103

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Joachim Meyer, Essen;
Ferdinand Bremer, Essen-BredeneyNamed as inventor:
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.known cooling system. The means for transferring the pressure to the filling can be simple of at least one passage opening in the inner shell and one closing this opening Membrane. The inner shell is z. B. by a known coat from a temperature-insensitive protective material and by a jacket surrounding this, also on known jacket made of heat-insulating material.

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.In the drawing, as exemplary embodiments of the subject matter of the invention in FIG. 1 a standing cylindrical and in FIG. 2 a spherical pressure vessel of a nuclear reactor, each in a vertical position Middle section, shown.

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.The pressure vessel according to FIG. 1 has an outer, cylindrical shell 1 made of prestressed concrete. Steel wires 2 give the concrete the required prestress in the tangential direction in a manner known per se. The interior of the container is laterally of a cylindrical shell 3 made of concrete of great heat resistance enclosed. This concrete, which may be particularly heavy and rich in hydrogen, is used to shield the radioactive rays. It is on its outside by a jacket 4 made of heat-insulating Material, e.g. B. ceramic or tuff surrounded. On the inside of the jacket 3 and on the On the outside of the jacket 4 there is a skin 5 or 6 made of sheet steel. These sheets are used for gas and Liquid seal. In addition, they are used in the manufacture of the jacket 3 and the jacket 4 as Formwork used.

Zwischen der äußeren, aus Spannbeton bestehenden Schale 1 und der inneren Schale, die durch den Mantel 3 und den Mantel 4 gebildet wird, befindetBetween the outer, pre-stressed concrete shell 1 and the inner shell, which is through the Sheath 3 and the sheath 4 is formed

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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.a cylindrical cavity 7, which is completely filled with water and contains cooling tubes 8, the are guided to the outside in the area of the upper end of the cavity 7.

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.The interior of the container is through with the cavity 7 located between the two shells at least one passage opening in the form of a channel 9 connected with a double bend is passed through the jacket 3 and the jacket 4. Its mouth in the cavity 7 is through a Membrane 10 completed.

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.The container is closed at the top and bottom in a manner known per se by an inwardly curved spherical cap 11 or 12 made of concrete. The domes 11, 12 have linings 13 and 14 made of heat-insulating material, the lower lining 14 being designed as a load-distributing pressure layer. A connection 15 for gas circulation is passed through an opening at the foot of the container. The outer shell 1 is prestressed in the axial direction by steel wires 16 running vertically. In the vicinity of their ends there are channels 17 for cooling air in the concrete.

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.Through the channel 9 or optionally through several such channels in the inner jacket 3 and the heat-insulating jacket 4 is mediated by the membrane or membranes 10 in the Transfer the pressure prevailing in the container to the filling (water) in the cavity 7. Since then a pressure equalization between the inside and outside of the inner formed by the jackets 3 and 4 Shell takes place, this shell 3, 4 is not damaged by the operating pressure of the reactor. Rather, this pressure is practically taken up solely by the outer prestressed concrete shell 1, since it is transferred to this through the water filling of the cavity 7. Accordingly, with Using the steel wires 2 and 16 generated such a bias of the concrete of the shell 1 that in the maximum operating pressure of the reactor, sufficient compressive stress remains in the concrete.

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.Since the prestressing wires 2, 16 lie exclusively in the outer prestressed concrete shell 1, they are undesirable Removed from the effects of temperature. The heat-insulating jacket 4 contributes to this, which the temperature gradient in the jacket 3, for example to 50 ° C, limited. Also will with the help of the cooling tubes 8, the heat transferred into the water filling is dissipated.

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.The cavity 7 can instead of water with another liquid or with a gas from low compressibility. Water is particularly beneficial in that it is a is a good heat transport medium and also acts as a neutron brake.

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.To achieve pressure equalization between the inside and outside of the inner shell 3, 4 can instead of the channels 9, there is also a pressure control system which acts on the filling of the cavity 7 from the outside use. This could be controlled by the pressure inside the container.

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.The spherical container according to FIG. 2 is basically constructed in the same way as the standing one cylindrical container according to FIG. 1. Its outer shell 18 is formed by a hollow sphere made of prestressed concrete formed, the bottom in a foot 19 and above in a connector 20 for the filling device of the reactor transforms. In the concrete of this shell 18 there is a net of itself in order to achieve the prestressing crossing steel wires 21, the clamping heads 22 of which are accessible from the outside. The inner shell will by a hollow spherical shell 23 made of concrete of high heat resistance and a surrounding it spherical jacket 24 formed from insulating material. The inside of the jacket 23 and the Outside of the jacket 24 are each provided with a skin 25 or 26 made of sheet steel. The ones from the coats The inner shell 23 and 24 is supported on the outer shell 18 with the aid of bearings 27 corrosion-resistant steel. To stabilize the inner shell 23, 24, one of the outer shell 18 is provided outgoing concrete pin 28 provided with little play in a recess 29 of the inner Shell 23, 24 engages. But it is also possible that the shells 18 and 23, 24 by one of the foot 19 outgoing concrete bridge are interconnected. A connection 15 for gas circulation leads in the inside of the container.

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.In the case of the ball container according to FIG. 2 becomes the inner shell 23, 24 in the same way as at the container according to FIG. 1 thereby relieved of pressure that a pressure equalization between the container interior and one located between the outer shell 18 and the inner shell 23, 24 with water Od. The like. Filled cavity 30 is produced. This can be the same as in the embodiment according to FIG. 1, for example, with the aid of at least one channel 31 in the inner shell 23, 24 done with a membrane 32. A cooling system is also located within the cavity 30 33. In this embodiment, too, the ones used for prestressing the outer shell 18 are used Steel wires 21 protected from harmful temperature influences.

Claims

Patent claims:

1. Container for high internal pressure, in particular pressure vessel of a nuclear reactor, with a Wall, which consists of at least one outer, the pressure-absorbing prestressed concrete shell and an inner shell, which is preferably composed of several coats and which is harmful Keeps the effects of the contents of the container away from the outer shell and possibly from the space outside it, characterized in that that between the outer shell (1 or 18) and the inner shell (3, 4 or 23, 24) one of a liquid or a Low compressibility gas existing filling is provided and that means are available are that the pressure prevailing inside the container without damaging the internal Transfer the shell (3, 4 or 23, 24) to the filling and thus to the outer shell (1 or 18).

2. High temperature exposed container according to claim 1, characterized in that a known cooling system (8; 33) is located within the filling.

3. Container according to claim 1 or 2, characterized in that the means for transmission the pressure on the filling from at least one passage opening (9; 31) in the inner shell (3, 4; 23, 24) and a membrane (10; 32) closing this opening (9; 31).

4. Container according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner shell

(3, 4; 23, 24) consists of a known jacket (3; 23) made of a temperature-insensitive protective material and a jacket (4; 24) which surrounds it and is also known and made of heat-insulating material. Considered publications:

Belgian Patent No. 566,705; »Kerntechnik«, 4th year, 1962, pp. 485, 486, 5 491, 498.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings