DE1232665B - Kernreaktor mit von fluessigem Moderator umgebenen Druckrohren - Google Patents

Description

DEUTSCHES 'MTW* PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-21/20

Nummer: 1232 665

Aktenzeichen: C 27452 VIII c/21 g

1 232 665 Anmeldetag: 12.Juli 1962

Auslegetag: 19. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit von flüssigem Moderator umgebenen Druckrohren und einem durch mindestens eine Zwischenwand vom Moderator getrennten Reaktorgefäß.

Kernreaktoren, bei denen die Brennstoffelemente in Druckrohren untergebracht sind und auf diese Weise nicht unmittelbar mit der Moderatornussigkeit in Berührung stehen, sind in einer Reihe von Bauarten bekannt. Die Druckrohre bieten dabei eine einfache und bequeme Möglichkeit, die Brennstoffelemente einem intensiven Kühlmittelstrom auszusetzen, indem man die Rohre von einem unter hohem Druck stehenden Medium durchströmen läßt.

Bekannt ist weiter die Möglichkeit, die Moderatorflüssigkeit auch mit dem Reaktorgefäß nicht unmittelbar in Berührung kommen zu lassen, sondern sie durch Einfügung einer Zwischenwand davon getrennt zu halten. Reaktoren dieser Bauart sind in den deutschen Auslegeschriften 1055140, 1060 996, 1 060 998 und 1 064 169, den französischen Patentschriften 1178 875 und 1 218 251 sowie auf den Seiten 543 bis 546 der Zeitschrift »E u. M« vom November 1960 beschrieben.

Die zwischen Moderator und Gefäß eingefügte Trennwand hat dabei lediglich die Aufgabe, die Gefäßwand vor einer Benetzung durch die Moderatorflüssigkeit zu schützen und so einerseits Verunreinigungen des Moderators und andererseits eine Korrosion des Gefäßes durch den Moderator zu verhüten. Auf beiden Seiten der Trennwand herrscht dementsprechend der gleiche Druck. Die Trennwand kann daher dünn gehalten werden, wie dies in den deutschen Auslegeschriften 1 060 996 und 1 064 169 beschrieben ist. Die Trennwand hat dabei nur einen geringen Abstand von der Gefäßwand und stützt sich bei Auftreten eines Überdruckes in dem vom Moderator erfüllten Teil des Gefäßes an der Gefäßwand ab. Bei dem Reaktor nach der deutschen Auslegeschrift 1 055 140 ist der zwischen Trennwand und Reaktorgefäß verbleibende Raum von Wasser oder Graphit gefüllt. Beide Substanzen sind praktisch inkompressibel. Ein in der Moderatorflüssigkeit herrschender Überdruck wirkt also unmittelbar auf die Gefäßwand und muß von dieser aufgenommen werden.

Bei allen vorgenannten Reaktoren kommen alle Drucksteigerungen in der Moderatorflüssigkeit, also auch die bei einem Bruch eines Druckrohres auftretenden Druckstöße, die ihre Ursache in dem Austritt des Kühlmediums haben, voll auf die Gefäßwandung zur Auswirkung, und es besteht die Gefahr, daß diese von einem solchen Kernreaktor mit von flüssigem Moderator
umgebenen Druckrohren

Anmelder:

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris
Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und DipL-Ing. K. Lamprecht,
Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Didier Costes, Paris;

Rene Lemaitre, Colombes, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 27. Juli 1961 (869 244)

plötzlichen Überdruck zerstört oder zumindest beschädigt wird.
Bekannt ist schließlich noch aus den Seiten 407 und 408 des Buches »Boiling Water Reactors« von A. W. Kramer eine Prüfeinrichtung zur Feststellung von Undichtigkeiten in dem Druckgefäß eines Reaktors, bei der als Maß für den Druckmittelaustritt die Druckdifferenz zwischen dem Druckgefäß selbst und einem darin untergebrachten, aber dicht dagegen abgeschlossenen System von kommunizierenden Behältern dient.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor anzugeben, dessen Aufbau gewährleistet, daß sich plötzliche Druckstöße infolge eines Bruches eines Druckrohres nicht schädlich auf die Wandung des Reaktorgefäßes auswirken können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der zwischen dem Reaktorgefäß und der Zwischenwand liegende Raum mindestens teilweise als unter einem plötzlichen Überdruck im Moderator elastisch verformbare Druckausgleichskammer ausgebildet ist.

Das einerseits vom Moderator und andererseits von dem Reaktorgefäß umgrenzte Volumen ist infolgedessen veränderbar, und der Moderator kann gegebenenfalls das Gefäß vollkommen ausfüllen, ohne daß die Gefahr des Bruches desselben besteht.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die Innenfläche des Reaktorgefäßes mit dicht abgeschlossenen Behältern oder Kissen über-

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zogen, die verformbare Wände und eine Gasfüllung haben.

Gemäß einer anderen Ausführungsform befindet sich der flüssige Moderator in einem Behälter mit dünner Wand, der im Inneren des Reaktorgefäßes angeordnet ist, wobei sich das einerseits von diesem Behälter und andererseits von dem Gefäß umschlossene Volumen entweder durch Verformung der dünnen Wand selbst oder durch Einführung einer gewissen Menge am Moderator in diesen Raum verringern läßt, wobei diese Moderatormenge die dünne Wand mittels in dieser angebrachter Öffnungen durchdringt, welche gewöhnlich durch elastische Organe verschlossen sind, die sich unter der Wirkung eines im aktiven Teil des Reaktors entstehenden Überdruckes öffnen können.

Die Erfindung läßt sich mit Hilfe der folgenden Beschreibung und zugehörigen Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen besser verstehen.

F i g. 1 der Zeichnung stellt schematisch ein Reaktorgefäß dar, das mit verformbaren Wänden oder Kissen ausgestattet ist, die einen Schutz gegen zufälliges Platzen der Druckrohre ergeben;

Fig. 2 stellt in einem Vertikalschnitt einen Reaktor dieser Art gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung dar;

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab in einem axialen Schnitt eines der Kissen, die sich in einen solchen Reaktor einführen lassen;

F i g. 4 läßt in einem schematischen Vertikalschnitt eine Vorrichtung zur Montage der Kissen im Inneren des Gefäßes erkennen;

F i g. 5 zeigt ein kugelförmiges Kissen₃ das sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwenden läßt;

F i g. 6 stellt im Querschnitt ein Reaktorgefäß dar, das gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet ist;

Fig. 7 und 8 zeigen in gleicher Weise in einem Quer- bzw. Längsschnitt nach der Linie VIII-VIII von F i g. 7 ein Reaktorgefäß nach einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 9 und 10 lassen schließlich in ähnlicher Weise noch eine Ausführungsform der Erfindung erkennen.

Gemäß der Erfindung werden in dem Reaktor, und zwar im Innern des Gefäßes desselben, Wände angeordnet, die zumindest stellenweise im Fall einer Explosion oder eines Uberdruckes nachgeben können und auf diese Weise eine Beschädigung wesentlicher Organe verhindern, wobei jedoch im Fall eines flüssigen Moderators eine vollständige Füllung des Gehäuses des Reaktors möglich ist.

Zu diesem Zweck kann man in verschiedener Weise vorgehen.

Zum Beispiel sieht man, wie in der das Prinzip zeigenden Fig. 1 schematisch strichpunktiert dargestellt, gegenüber der Innenwand des Reaktorgefäßes Hilfswände 1 der oben beschriebenen Art vor, d. h. insbesondere im Fall eines Gefäßes mit entsprechender Wandung über den zylindrischen Längswänden 2 desselben oder über den Böden 3 oder aber über beide Wandungen bzw. auf einem Teil derselben.

Man kann aber auch, wie in F i g. 1 schematisch dargestellt, zur Herstellung dieser Hilfswände Behälter oder Kissen 4 zu Hilfe nehmen, die mit einem unter der Einwirkung des Überdruckes nachgiebigen

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Gas oder entsprechendem Material gefüllt sind, wobei diese Behälter im Inneren des zu schützenden Gefäßes liegen.

Von Fall zu Fall wählt man die Hilfswände, die aus Metall, plastischem oder sonstigem Material bestehen können, derart aus, daß sie bei einer Explosion oder einem Überdruck eine wirksame Oberflächenverformung ermöglichen, die fortdauernd oder aber elastischer Art sein kann, wobei also die

ίο Wand nach Beendigung der Störung in die ursprüngliche Form zurückkehrt.

Diese verschiedenen Wände können derart angeordnet sein, daß sie sich in nennenswertem Maße erst bei Überschreitung bestimmter Druckschwellen verformen, wobei man in ein und demselben Gehäuse diesen Druckschwellen verschiedene Beträge geben kann.

In dem ersten der oben angegebenen beiden Fälle, d. h., wenn Hilfswände 1 gegenüber gewissen Wandüngen des Reaktorgehäuses vorgesehen sind, sind diese Hilfswände in Form von Membranen angeordnet, deren Dicke in Abhängigkeit des zu dämpfenden Überdruckes gewählt ist. Die Hilfswände sind an der Wandung 2 des Gehäuses mittels Stützen oder geeigneter Zwischenlagen befestigt, insbesondere mit Hilfe von elastischen Beilagen, wie sie im einzelnen später an Hand der F i g. 6 näher erläutert werden. Der Zwischenraum5 (Fig. 1) zwischen den Wänden 1 und 2 kann entweder gegen die Umgebungsluft hin offen oder aber abgedichtet sein, wobei er mit einem unter geeignetem Druck stehenden Gas oder mit einem anderen Dämpfungsmaterial gefüllt ist, so daß das äußere Gehäuse bei Überdruck Widerstand bieten kann. In diesem Fall ist es angebracht, in der Außenwandung 2 eine gesonderte Kühlung vorzusehen. Man kann zu diesem Zweck in dem Zwischenraum 5 ein Gas umlaufen lassen oder aber die Außenwandung 2 mit Wasser bespülen oder beregnen.

In der Zeichnung sind die Druckrohre, von welchen in F i g. 1 nur eines zu sehen ist, schematisch dargestellt und mit 20 bezeichnet.

Im zweiten der obenerwähnten beiden Fälle, d. h. wenn man hohle Behälter oder Kissen 4 (F i g. 1) zu Hilfe nimmt, können diese auf irgendeine geeignete Weise eingerichtet sein und aus geeignetem Material bestehen, insbesondere aus dünnem Blech aus nichtrostendem Stahl oder Aluminium, oder aus einer Zirkoniumlegierung usw. Dabei sind die Ränder der Bleche verschweißt oder verlötet, oder die Behälter bestehen aus dünnem plastischem Material. Auch ihre Form kann verschieden sein. So kann man kugelförmige Kissen, wie in F i g. 5 mit 6 bezeichnet, in Betracht ziehen oder zylindrische Kissen mit rundem, ovalem oder anderem Querschnitt, wie sie in F i g. 2 bis 4 mit 7 bezeichnet sind.

Diese Kissen können mit einem geeigneten Gas gefüllt sein, das in Abhängigkeit von seinen chemischen und atomaren Eigenschaften, insbesondere gegenüber der Moderatorflüssigkeit, ausgewählt wird und etwa aus Helium oder Kohlendioxyd bestehen kann. Diese Kissen können gegebenenfalls außer dem Gas feste Stoffe oder Flüssigkeiten enthalten, die insbesondere als Moderator oder als Panzerung gegenüber der Strahlung wirken. Wenn es sich um Feststoffe handelt, können sie einen gewissen Prozentsatz von Zwischenräumen in sich einschließen, was dazu beiträgt, die Explosionsenergie zu dämpfen.

Claims (2)

Für das Einsetzen dieser Kissen in den Reaktor und ebenso für die Entnahme und für den Ersatz sind außerdem verschiedene Mittel vorgesehen. Falls der Reaktor beispielsweise einen Deckel aufweist, ist die Einführung der Kissen und das Anbringen an ihrem Platz besonders einfach. Im allgemeinen werden die Kissen gegen die Wandungen 2 oder 3 des Reaktorgehäuses gelegt. Zu diesem Zweck sieht man nahe diesen Wandungen Stützen8 (Fig. 2) vor, die diese Kissen festhalten, und zwar ohne sich der Verformung derselben im Fall einer Explosion zu widersetzen. Diese Mittel oder Stützen 8 können beispielsweise aus Gittern bestehen, die an der Außenwandung 2 mittels Verbindungsstücken oder auf ähnliche Weise befestigt sind. Sie können auch aus Führungen oder Nuten bestehen, die in die Böden 3 eingearbeitet sind und mit Vorsprüngen an den Enden der zylindrischen Kissen 7 zusammenarbeiten, falls man solche zylindrische Behälter benutzt. Wenn es sich um einen Reaktor handelt, der keinen Deckel aufweist, der sich leicht abheben läßt, sind Mittel vorgesehen, um die Kissen 6 oder 7 oben durch Öffnungen oder Kanäle, wie sie mit 9, 10 in F i g. 2 und 3 bezeichnet sind, eintreten zu lassen, und zwar in Verbindung mit anderen Mitteln, die für die Führung der Kissen im Inneren des Reaktors dienen, um sie an ihre endgültige Stellung zu bringen. Gemäß einem älteren Vorschlag können diese Mittel Vorrichtungen sein, bei denen man die Kissen 7 entweder an der Unterseite des Reaktors 10 einführt und sie nacheinander mittels Hubschrauben hochstößt, um sie aufeinanderliegend an der Wand 2 entlangzuführen, oder durch Kanäle 9 am oberen Teil einführt und nacheinander entlang der Wandung 2 nach unten gleiten läßt, indem man sie in geeigneter Weise führt und mittels Kabel 11 zurückhält. Es ist zu bemerken, daß man, falls man kugelige Kissen 6 verwendet, solche unterschiedlichen Durchmessers zu Hilfe nehmen kann, um in der Art einer Körnung den Platz gut auszunutzen, wobei die kleinen Kugeln die Zwischenräume zwischen den großen ausfüllen. Die F i g. 6 bis 10, die im folgenden erläutert werden, stellen in schematischer Weise verschiedene Abwandlungen der Erfindung unter zahlreichen mögliehen Ausführungen dar. F i g. 6 zeigt den Fall eines Reaktors, bei welchem sich der flüssige Moderator 21 im Inneren eines dichten Behälters 2 befindet, dessen Wandstärke genügend gering ist, daß er sich unter der Einwirkung eines Überdruckes verformen und dabei an dem eigentlichen Gehäuse des Reaktors oder einer stabileren Außenwandung 22 abstützen kann, wobei sich in dem Zwischenraum 23, der mit Gas gefüllt ist, Kissen oder elastische Beilagen, wie sie mit 24 bezeichnet sind, befinden. Diese Lösung führt im allgemeinen wegen des Vorhandenseins des mit Gas gefüllten Zwischenraumes 23 zu einer Erwärmung der Wandung 22 des Reaktorgehäuses, die nicht durch die Flüssigkeit 21 gekühlt ist. Es empfiehlt sich also in diesem Fall, bei 25 eine Außenkühlung vorzusehen, indem man insbesondere in dem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und einer dieses umgebenden Hülle 26 Wasser umlaufen läßt. F i g. 7 und 8 zeigen eine Anordnung, bei welcher in der Wandung des Gehäuses 2 Öffnungen 27 angebracht sind, die gewöhnlich durch Verschlußmittel abgedeckt sind, welche unter der Wirkung eines Überdruckes nachgeben und zurückweichen können. Diese Mittel werden beispielsweise durch Metallbänder 28 gebildet, die senkrecht zu den öffnungen 27 um das Gehäuse herum gespannt sind, wobei diese Spannung mit Hilfe von schematisch angedeuteten Federn 29 aufrechterhalten wird. F i g. 8 zeigt diese Bänder 28 in etwas nach außen versetztem Zustand. Im Fall eines geringen Uberdruckes werden die Bänder augenblicklich nach außen gespreizt und dann von den Federn 29 wieder gespannt. Bei starkem Überdruck können die Bänder reißen und müssen dann durch neue ersetzt werden. Es sind seitliche Entleerungsleitungen 30 gegenüber diesen Löchern und Bändern vorgesehen, die in eine Leck-Abflußleitung 31 einmünden. Der Umlauf des Moderators 21 ist mit den Bezugszahlen 32, 33, 34 angedeutet, und die Zahl 35 bezeichnet einen oberen Vorratsbehälter. Oberhalb des freien Flüssigkeitsspiegels 36, d. h. bei 37, herrscht eine Heliumatmosphäre, und es schließt sich daran ein Gasstromkreis 38, 39 an, mit welchem die Leitungen 30 verbunden sind. Die vorstehenden Einrichtungen gestatten auf diese Weise die vollständige Füllung des Reaktorgehäuses, wobei die Verformung der Wände des den flüssigen Moderator enthaltenden Behälters oder allgemein die Änderung des Volumens zwischen diesen Wänden und der Innenfläche des Gehäuses Beschädigungen des Gehäuses und der Inneneinrichtung desselben bei Überdruck verhindert. Dieses Ergebnis erhält man auch bei der Ausführungsform nach F i g. 9 und 10. Es ist dabei unterstellt, daß das den flüssigen Moderator enthaltende Gehäuse und die Druckrohre von einem zweiten Behälter 40 umgeben sind, der beispielsweise mit gewöhnlichem Wasser gefüllt ist und mit einem Ausdehnungsdom 41 in Verbindung steht. Man erkennt, daß sich der Behälter 2 verformen kann, indem er das Wasser in dem Außenbehälter 40 in den Dom 41 zurückdrängt, ohne daß die Gefahr der übermäßigen Beanspruchung bestünde. Die Böden 42 können ihrerseits eine Füllung mit gewöhnlichem Wasser aufweisen, welche die Verbindungsstellen der Druckrohre an deren Ein- und Austritt umgibt. Dieses Wasser steht mit demjenigen des Behälters 40 in Verbindung, wodurch die Mittel, die den Umlauf gewährleisten, vereinfacht werden. Wie es aus vorstehendem sich ergibt, ist die Erfindung nicht auf diejenigen Anwendungsbeispiele und auch nicht auf die Ausführungsformen seiner verschiedenen Teile beschränkt, die speziell ins Auge gefaßt worden sind. Die Erfindung umfaßt im Gegenteil alle Varianten. Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit von flüssigem Moderator umgebenen Druckrohren und einem durch mindestens eine Zwischenwand vom Moderator getrennten Reaktorgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Reaktorgefäß und der Zwischenwand liegende Raum mindestens teilweise als unter einem plötzlichen Überdruck im Moderator elastisch verformbare Druckausgleichskammer ausgebildet ist.

2. Atomreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Wand durch eine Stapelung von dicht verschlossenen Kissen