DE1278027B - Heterogener, fluessigkeitsmoderierter und -gekuehlter Atomkernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 78 027.7-33 (E 25617)

2. Oktober 1963

19. September 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen heterogenen, flüssigkeitsmoderierten und -gekühlten Atomkernreaktor mit einem mit Moderatorflüssigkeit gefüllten Tank, durch den senkrechte, die Brennstoffelemente enthaltende Kanäle verlaufen, in denen die Wärmeträgerflüssigkeit von oben nach unten strömt, wobei diese Kanäle aus zwei zueinander koaxialen Rohren, d. h. einem inneren Druckrohr und einem äußeren Mantelrohr, bestehen und mit Wärmeträgerflüssigkeit über gesonderte Rohrleitungen versorgt werden, die oberhalb einer über dem Tank angeordneten ersten biologischen Abschirmung angebracht sind, wobei das obere Ende des Druckrohres an der Oberseite des Tanks starr befestigt ist und sein unteres Ende verschiebbar ist.

Bekanntlich ist schweres Wasser der zur Zeit beste verwendete Moderator. Seine Verwendung ist nur infolge seines verhältnismäßig hohen Preises beschränkt. Auch ist es bekannt, daß Flüssigkeiten als Wärmeträger, insbesondere auf Grund ihrer ao Wärmekapazität, wesentliche Vorteile bieten, wobei unter den Flüssigkeiten bestimmte organische Verbindungen auf Grund ihrer hohen Siedetemperaturen, die ohne wesentliche Steigerung des Druckes der Kühlkreise das Transportieren der der im Kern entwickelten Wärme zulassen, noch wertvoller, d. h. für einen guten thermodynamischen Wirkungsgrad günstiger sind. Schließlich sind diese organischen Flüssigkeiten nicht teuer, sie sind strahlungsbeständig und reagieren weder mit gewöhnlichem Stahl noch mit Aluminium.

Der mit den Kernbrennstoffelementen in Berührung kommende Wärmeträger hat einen höheren Druck und eine höhere Temperatur als der Moderator. Folglich müssen diese beiden Strömungsmedien voneinander getrennt gehalten werden. Die Druckschranke wurde bereits mit Hilfe von ausreichend widerstandsfähigen Druckrohren erstellt. Die Temperaturschranke erhält man durch eine isolierende, zum Druckrohr konzentrische Schicht, die zwischen dem Druckrohr und einem zu ihm koaxialen Mantelrohr enthalten ist, das entweder außerhalb oder innerhalb des Druckrohres angeordnet sein kann. Im ersten Fall arbeitet das Druckrohr warm, im zweiten Fall kalt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Druckermüdungen zu verringern, denen die Druckrohre unterliegen, indem man den Druck zwischen den Druckrohren, den Mantelrohren und einem unter Druck stehenden Ausgangssammelbehälter für den Wärmeträger aufteilt.

Diese Aufgabe wird bei dem Kernreaktor der ein-Heterogener, flüssigkeitsmoderierter und
-gekühlter Atomkernreaktor

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),
Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,

1000 Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Jean Andre Bernard, Olginasio, Varese (Italien); Dipl.-Ing. Joachim Bunge, Brüssel;

Jacques Dufresne, Varese;

Sergio Finzi, Masnago, Varese;

Guiseppe Volta, Ispra (Italien)

Beanspruchte Priorität:

Belgien vom 3. Oktober 1962 (498 053)

gangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das untere Ende des Druckrohres und/ oder das untere Ende des Mantelrohres in an sich bekannter Weise in einen wärmeisolierten, Wärmeträgerflüssigkeit enthaltenden Austrittssammelbehälter eintauchen, der im Inneren des durch eine abgedichtete Wärmeabschirmung von der Moderatorflüssigkeit getrennten, unterhalb der Brennstoffelemente gelegenen Bereiches des Tanks (Tankbodenraum) angeordnet ist, wobei der Sammelbehälter mittels eines in den Tankbodenraum eingebrachten Hilfsströmungsmediums an seiner Außenseite unter einem zwischen dem Druck der Wärmeträgerflüssigkeit beim Austritt in den Sammelbehälter und dem Druck dieser Flüssigkeit in dem Sammelbehälter liegenden Druck gehalten ist, während das Hilfsströmungsmedium bei dem gleichen Druck wie dem Druck an der Außenseite des Sammelbehälters in einer zwischen der Wärmeabschirmung und dem Sammel-

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behälter liegenden Höhe über eine Einbringungsstelle F i g. 1 zeigt den Tank 1 eines mit Schwerwasser 2

auch in den Ringkanal zwischen dem Druckrohr und moderierten Kernreaktors. Dieser Tank aus mit rost-

dem Mantelrohr eingebracht ist. freiem Stahl plattiertem Kohlenstoffstahl hat einen

Bei einem Kernreaktor nach der Erfindung ist Durchmesser von 7 m, eine Höhe von 8 m und eine jeder Kanal in seinem unteren Abschnitt zwischen 5 Wanddicke von 20 mm. Durch den Tank 1 verlaufen der Einbringungsstelle für das unter Druck stehende einige hundert Kanäle 3, in denen sich die Brenn-Hilfsströmungsmedium in den Ringkanal und dem Stoffelemente befinden und in denen der Wärme-Spiegel der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Sammel- träger umläuft, der hier eine organische Flüssigkeit, behälter mit einer verschiebbaren, abgedichteten beispielsweise Terphenyl, ist. Das schwere Wasser Labyrinthdichtung versehen, die zwischen dem io ruht auf einem Metallboden 4 oder einer unteren Druckrohr oder seiner Verlängerung und dem Man- Wärmeabschirmung, die durch einen Wasserumlaufs telrohr oder seiner Verlängerung angeordnet ist und gekühlt wird, der ihre Temperatur unter 80° C hält, somit eine axiale Dehnung des Druckrohres ohne Der Tank 1 ist in bekannter Weise von einer Beanspruchung zuläßt. Wärmeabschirmung 6 aus Stahl und einer biologischen

Bei einer Weiterbildung der Erfindung strömt die 15 Abschirmung 7 aus Beton umgeben. Er ruht über Moderatorflüssigkeit zwischen den beiden Wänden geeignete Vorrichtungen 8 auf einem Metalltrageines oberen Doppelbodens des Tanks ein, von wo rahmen 9. Das Schwerwasser tritt aus dem Tank über aus die Moderatorflüssigkeit in die die Kanäle um- eine Leitung 10 aus.

gebenden Hüllen eindringt, die durch den Doppel- Fig. 2 zeigt den oberen Teil des Tanks 1 und der

boden hindurch verlaufen und bis unterhalb des 20 Kanäle 3. Über dem Tank ist eine Wärmeabschir-

Spiegels der Moderatorflüssigkeit in den Tank hinab- mung 11' und eine außerdem als Halterung für die

reichen. Kanäle dienende erste biologische Abschirmung 11

Der Sammelbehälter wird vorzugsweise im Tank- angeordnet. Oberhalb dieser Abschirmung befindet

bodenraum mit Hilfe schwenkbarer Arme aufge- sich in einer abgedichteten Kammer 12 ein Zentrie-

hängt, und der untere Boden des Tanks ist mit der 25 rungsgitter 13 für die Kanäle, in das die Köpfe 14

abgedichteten Wärmeabschirmung mittels wider- der Kanäle oder die Motoren 15 der Kontroll- oder

standsfähiger Verankerungen verbunden, die den Regelstäbe eingesetzt sind. Oberhalb der Kammer 12

Sammelbehälter im Inneren wärmeisolierter Rohre ist eine zweite biologische Abschirmung 16 ange-

durchragen, in denen ein bestimmter Wärmeisolie- bracht, die mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen 17

rungs- und Dehnungsraum verbleibt. 30 um sich selbst drehbar ist und in der Achse jedes

Die Druckrohre sind aus gesintertem Aluminium Kanals einen herausnehmbaren Entladestopfen 18 und die Mantelrohre aus Aluminium oder einer aufweist. Der Entladestopfen ist außerdem in beAluminium-Magnesium-Legierung oder aus einer kannter Weise in einem großen drehbaren Stopfen 19 Zirkonium-Alumnium-Legierung gefertigt. Als Hilfs- angeordnet.

strömungsmittel wird vorzugsweise ein inertes Gas 35 In der Kammer 12 sind acht Verteiler für den

verwendet. organischen Wärmeträger angeordnet. Diese Ver-

Zum Stand der Technik wurde die einseitige Be- teiler 20 sind viertelkreisförmig und so angeordnet,

festigung von Druckrohren zur Ermöglichung von daß sie zwei übereinander angeordnete Ringe bilden.

Wärmedehnungen bekannt (französische Patent- Sie speisen die Kanäle 3 über einzelne, gesonderte

Schriften 1 281779 und 1244114), wobei das Druck- 40 Leitungen 21.

rohr jedoch nicht oben, sondern am Boden des Tanks Der Einlaß des als Moderator verwendeten schwedichtend befestigt ist. Ferner wurde bekannt, das ren Wassers erfolgt über Rohrleitungen 22, die in heiße Ende eines Druckrohres oben beweglich, das einen oberen Doppelboden 23 des Tanks 1 einkalte Ende dagegen starr einzubringen (USA.-Patent- münden. Aus diesem oberen Doppelboden dringt schrift 2977 297), und es ist ferner bekannt, das 45 das schwere Wasser in die die Kanäle umgebenden heiße Ende verschiebbar und das kalte Ende starr Hüllen 24 ein und gelangt in den Tank unterhalb einzubringen (französische Patentschrift 1244114). des Spiegels 25 des schweren Wassers, wobei diese Weiterhin ist das Eintauchen der Rohre in einen Umwälzung entlang dem Druckrohr zu dessen Kühwärmeisolierten, Wärmeträgerflüssigkeit enthaltenden lung bestimmt ist. Der freie Raum 26 über dem Austrittssammler bekannt (deutsches Gebrauchs- 50 schweren Wasser wird von einem inerten Gas, beimuster 1859 714). spielsweise Helium, eingenommen, das in Rohr-

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des leitungen 27 und 28 herangeführt wird.

Gegenstandes der Erfindung. Nach der Darstellung in Fig. 1 verlaufen die

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht, in axialem Kanäle 3 (siehe den einzigen, vollständig dargestell-

Halbschnitt des unteren Teiles eines Kernreaktors 55 ten zentralen Kanal) durch die Wärmeabschirmung 4

nach der Erfindung; hindurch und in einen teilweise mit organischer

F i g. 2 ist eine schematische Ansicht, in axialem Flüssigkeit gefüllten unteren Sammelbehälter 29 hin-

Halbschnitt, des oberen Teiles desselben Reaktors; ein, in den sie ziemlich tief hinabreichen. Die Flüssig-

F i g. 3 ist eine Ansicht eines Halbschnittes des keit hat eine Temperatur in der Größenordnung von

unteren Teiles des Reaktors in einer Variante nach 60 400° C. Der Sammelbehälter 29 befindet sich im

der Erfindung; Inneren des Bodens 30 des Tanks 1. Dieser Boden

F i g. 4, 5 und 6 zeigen detaillierte Schnitte durch hat eine Dicke von 65 mm. Um zu vermeiden, daß

die unteren Verbindungen der Brennstoffkanäle mit seine Temperatur 80° C übersteigt, ist der Sammel-

dem Sammelbehälter für die Wärmeträgerflüssigkeit, behälter 29 wärmeisoliert (s. 31).

d. h. Vergrößerungen der in Fig. 1 und 3 mit A be- 65 Der Austritt der organischen Flüssigkeit erfolgt

zeichneten Zonen oder Bereiche, und über Dehnungsbälge 33. Die oberhalb der orga-

Fig. 7 zeigt einen detaillierten Schnitt durch die nischen Flüssigkeit freigesetzten Gase werden über

oberen Verbindungen der Kanäle. eine ebenfalls mit Dehnungsbälgen versehene Rohr-

leitung 34 abgeführt. Der Sammelbehälter kann durch jede geeignete Vorrichtung 35 auf dem Boden 30 des Tanks 1 gehalten werden.

Der Sammelbehälter 29 ist über ein Gas, beispielsweise Stickstoff, das bei 36 in den zwischen dem Sammelbehälter 29 der unteren Wärmeabschirmung 4 und dem Boden 30 des Tanks 1 enthaltenen Raum eingebracht wird, einem Außendruck in der Größenordnung von 7 kg/cm² ausgesetzt.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Anbringung des Sammelbehälters 29 in dem Boden 30. Hier findet man den von den Kanälen 3 durchragten, schweres Wasser enthaltenden Tank 1, die untere Wärmeabschirmung 4, die Stützen 8 und den Metalltragrahmen 9, den Austritt 32, 33 für die organische Flüssigkeit sowie den Austritt 34 für die Gase wieder.

Die Anbringung des Sammelbehälters erfolgt mittels schwenkbarer Arme 37, die an den Stützen 8 angebracht sind. Andererseits ist der Boden 30 des Tanks durch Verankerungen 38 versteift, die mit ihrem einen Ende an der Abschirmung 4 und mit ihrem anderen Ende am unteren Abschnitt des Bodens 30 befestigt sind. Diese Verankerungen durchragen den Sammelbehälter 29 in Rohren 39, die mit der Ober- und mit der Unterseite des Sammelbehälters verschweißt sind. Diese Rohre 39 sind so bemessen, daß sie eine gegenseitige radiale Ausdehnung zwischen der Abschirmung 4 und dem Sammelbehälter zulassen. Eine in diesen Rohren vorhandene Isolierschicht sowie der natürliche Umlauf des Stick-Stoffs verhindern die Erwärmung der Verankerungen. Die Verankerungen sind mit dem doppelten Abstand zum Abstand des Gitters für die Brennstoffkanäle verteilt angeordnet.

Der Druck des Stickstoffs — der auch in dem Rohr 39 (F i g. 3) herrscht — muß derart bemessen sein, daß er einen ungefähren Druckausgleich gegenüber dem Druck in dem Sammelbehälter bildet. Der Druck der Wärmeträgerflüssigkeit am Ausgang des Druckrohres im Sammelbehälter muß jedoch größer sein als der Druck im Sammelbehälter selbst, da im anderen Fall die Wärmeträgerfiüssigkeit nicht aus dem Druckrohr austreten könnte. Aus diesem Grund ist das Ende des Rohres 45 (F i g. 4 und 5) in einer nicht dargestellten Weise verjüngt, um die erforderliehe Druckerhöhung der Flüssigkeit am Ende des Rohres zu bewirken. Der Druck des Stickstoffs ist andererseits größer als der Dampfdruck der organischen Flüssigkeit im Sammelbehälter, um ein Anwachsen des Dampfdruckes und somit die Bildung von Ablagerungen zu verhindern, welche die physikalischen Eigenschaften der Kanäle und das Betriebsverhalten der Anlage verändern würden. Der Druck des Stickstoffs ist wiederum kleiner als der Druck der Wärmeträgerflüssigkeit am Ausgang der Druckrohre, damit, wie erwähnt, ein Austritt der Wärmeträgerfiüssigkeit in den Sammelbehälter ermöglicht ist.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf F i g. 4, 5 und 6 mehrere Varianten der unteren Verbindungen der Kanäle (in F i g. 1 und 3 mit A bezeichnete Zonen) beschrieben, und es wird der Aufbau dieser Kanäle näher erläutert.

F i g. 4 zeigt einen Abschnitt der Wärmeabschirmung 4, den oberen Teil des Sammelbehälters 29 und seine Wärmeisolierung 31. Jeder Kanal 3 setzt sich, wie bereits erwähnt, aus einem Druckrohr 40, einem Mantelrohr 41 und einer Zwischenisolierschicht zusammen. Die Druckrohre sind aus gesintertem Aluminium mit einer Dicke von 2 mm und die Mantelrohre aus Aluminium mit einer Dicke von 1,5 mm hergestellt. Die Zwischenisolierschicht mit einer Dicke von 3 mm besteht aus dem Gas, das die Aufgabe eines Druckerzeugers für den Sammelbehälter für die organische Flüssigkeit hat, d. h. aus dem unter einem Druck von 7 kg/cm² stehenden Stickstoff.

Jeder Kanal enthält Kernbrennstoffelemente 42, die von einem rohrförmigen Teil 43 gehalten werden, das in einer Hülse bzw. Verlängerung des Mantelrohres 44 befestigt ist, die ihrerseits mit der Abschirmung 4 verschweißt ist. Diese Hülse 44 ist nach unten durch ein Rohr 45 verlängert, das in die organische Flüssigkeit des Sammelbehälters 29 eintaucht und in einem (nicht dargestellten) sich verjüngenden Teil endet, der eine Druckerhöhung der Wärmeträgerflüssigkeit in Höhe der Verbindungsstelle bewirkt. Das Druckrohr 40 ist nach unten durch ein Stahlrohr 46 verlängert, das bei 47 darauf aufgeschoben ist und in einer Labyrinthdichtung 48 der Hülse 44 verschiebbar ist. Der Fuß des Mantelrohres 41 ist durch einen Gewindering 49 auf eine Dichtung 50 aufgespannt, die in einem Absatz der Hülse 44 untergebracht ist. Schließlich ist in der Labyrinthdichtung 48 ein Einlaß 51 für reines Gas angebracht. Der Innenabschnitt der Labyrinthdichtung mündet über eine öffnung 52 in das Innere einer das Rohr 45 durch die Wand des Sammelbehälters 29 und die Wärmeisolierung 31 hindurch umgebende, mit Bälgen 54 versehene Muffe 53 ein.

Diese Verbindungen lassen die freie Dehnung des Druckrohres zu und gewährleisten einen Zutritt von Gas, das in dem für die Wärmeisolierung bestimmten Raum keine organischen Dämpfe enthält, wodurch eine erhebliche Wärmeverluste verursachende Kondensation und eine Verschmutzung des Ioslierraumes vermieden werden.

Die Strömungsgeschwindigkeit des reinen Gases in der Labyrinthdichtung liegt in der Größenordnung von 50 cm/s und ist höher als die Diffusionsgeschwinkeit der organischen Dämpfe, so daß diese also nicht in das Labyrinth hinein und darin hochsteigen können. Außerdem können sich infolge der Nachgiebigkeit der mit Bälgen versehenen Muffe 53 die verschiedenen Wärmedehnungen des Sammelbehälters (bei 400⁰C) und der Wärmeabschirmung (bei 80° C) störungslos vollziehen.

F i g. 5 zeigt eine Variante dieser unteren Verbindung für den Fall, daß die Brennstoffelemente 42, statt sich auf einem Halter abzustützen, an ihrer Oberseite aufgehängt sind. Man findet also das Druckrohr 40 und das Mantelrohr 41, die in das Schwerwasser 2 eingetaucht sind, die Wärmeabschirmung 4 und den Sammelbehälter 29 wieder. Das Mantelrohr ist wieder mittels eines Ringes 49 auf eine in einem Absatz der Hülse 44 liegende Dichtung 50 aufgespannt. Die Hülse 44 ist nach unten durch ein Rohr 45 verlängert und enthält eine Labyrinthdichtung 48, in der das Rohr 46 verschiebbar ist, das bei 47 auf das Druckrohr aufgewalzt ist.

Bei dieser Variante taucht das das Druckrohr verlängernde Rohr 46 in die organische Flüssigkeit des Sammelbehälters 29 ein, während das das Mantelrohr verlängernde Rohr 45 an einer höheren Stelle endet. Der Zufluß des reinen Gases erfolgt wieder über eine Öffnung 51 oberhalb der Labyrinthdichtung, wobei aber die Gase in dem Sammelbehälter 29 zwischen den Rohren 45 und 46 austreten.

Die nachgiebige Verbindung zwischen der Abschirmung 4 und dem Sammelbehälter 29 wird durch eine Muffe 55 bewirkt, die auf einem mit dem Sammelbehälter fest verbundenen Gelenk 56 angebracht ist und an ihrer Basis eine Labyrinthdichtung 57 enthält, in der sich das Rohr 45 verschieben kann.

F i g. 6 zeigt eine dritte Variante, bei der die nachgiebige Verbindung mit Hilfe von Kugelgelenken 58, 59, 60 und 61 hergestellt ist, deren Bearbeitungsgenauigkeit ziemlich grob sein kann, da eine Un- dichtheit in der gleichen Größenordnung wie diejenige, die bei den Labyrinthdichtungen 62, 63 und 64 auftritt, zulässig ist. Der Einlaß für das reine Gas erfolgt über die Öffnung 51, die zwischen dem (in den Sammelbehälter eingetauchten) eigentlichen Druckrohr 40 und dem Rohr 45 einmündet.

Der zwischen dem Sammelbehälter und dem Tank enthaltene, unter Druck stehende Raum ist mit reinem Gas (Stickstoff) gefüllt. Der Druck dieses Gases ist etwas höher als der im Inneren des Sammelbehälters herrschende Druck. Dieser Raum steht einerseits mit den ringförmigen Wärmeisolierräumen der Kanäle und andererseits mit dem über dem Spiegel der organischen Flüssigkeit des Sammelbehälters vorhandenen Gas in Verbindung. Der Druck ist also der gleiche wie derjenige, der in dem unter Druck stehenden Tank vorhanden ist. Da dieser Druck etwas höher als der Druck des Sammelbehälters ist, entsteht eine geringfügige Stickstoffabgabe über die Labyrinthdichtung in Richtung auf den Sammelbehälter. Die Strömungsgeschwindigkeit dieses Gases ist so bestimmt, daß jedes Hochsteigen organischen Dampfes und des sich über dem Spiegel der organischen Flüssigkeit des Sammelbehälters befindenden Gases in den unter Druck stehenden Tank, d. h. also in den ringförmigen Wärmeisolierungsraum, verhindert wird.

Nachstehend wird an Hand von F i g. 7 eine obere Verbindung beschrieben: In Fig. 7 findet man das Druckrohr 40 und das Mantelrohr 41 wieder, die in den Tank 1 mit schwerem Wasser 2 eintauchen. Wie bereits erwähnt, wird das schwere Wasser in den oberen Doppelboden 23 des Tanks eingebracht, . wobei es über eine Öffnung 65 in ein Dehnungsrohr 66 des Tanks eindringt, in dem es bis zur Oberseite einer Metallhülle 24 hochsteigt, auf deren Innenseite es dann wieder bis unterhalb des Spiegels des schweren Wassers 2 absinkt.

Das Druckrohr 40 ist an seiner Oberseite in ein Rohrstück 67 aus Stahl eingesetzt, auf das die Zuführleitung 21 für die organische Flüssigkeit aufgeschweißt ist, deren Dichtung 21' eine ferndemontierbare Dichtung ist. Oberhalb dieses Rohrstückes 67 ist der Kanalkopf 14 aufgeschweißt, der die Ankupplungsvorrichtung 68 für die (nicht dargestellten) Brennstoffelemente enthält.

Das Mantelrohr 41 ist in einen Ring 69 eingesetzt, der über einen Balg 70 mit einer Hülse 71 fest verbunden ist. Die Hülse 71 und der Flansch 72 des Rohrstückes 67 sind durch einen Ring 73 gegen einen Absatz 74 des Dehnungsrohres 66 gespannt. Die Abdichtung dieses Anschlusses wird durch zwei Dichtungen 75 bewirkt, während das Anziehen oder Einspannen (der Dichtungen) durch ein mit dem Ring im Eingriff stehendes Ritzel 76 erzielt wird.

Der Kernreaktor gemäß der Erfindung hat insbesondere gegenüber dem bekannten Stand der Technik folgende Vorteile:

Die Beanspruchungen infolge des Druckes werden fast gleichmäßig zwischen dem Mantelrohr und dem Druckrohr aufgeteilt, wobei das Druckrohr ohne Rücksicht auf den Druck in dem Sammelbehälter nur dem Druckverlust in dem Kanal ausgesetzt ist.

Die Veränderung des Druckes in dem Druckrohr ist der Veränderung der Temperatur entgegengesetzt. Die am stärksten beanspruchte Stelle ist die kälteste Stelle (Oberseite, Aufhängung). Die heißeste Stelle erfährt keinerlei Beanspruchung.

Das Druckrohr kann sich in axialer und radialer Richtung ohne Beanspruchung ausdehnen. Es unterliegt nicht den axialen Kräften infolge der statischen Drücke der Strömung.

Das Mantelrohr unterliegt nur dem Außendruck des Sammelbehälters, wobei man, da die zur Aufnahme des Innendruckes notwendige Dicke geringer ist als die herstellbare Mindestdicke, einen erheblichen Sicherheitskoeffizienten erhält.

Die Erfindung ist vom Standpunkt der Neutronenökonomie ebenfalls von Bedeutung, da die Menge der den Kanal bildenden, absorbierenden Werkstoffe verhältnismäßig gering ist.

Die Druckrohre haben niemals die auf die Brennstoffelemente einwirkenden Gewichte und Kräfte aufzunehmen oder auszuhalten, da sie entweder bei aufgehängten Brennstoffelementen von der ersten, oberen biologischen Abschirmung oder bei aufgestützten Brennstoffelementen von der unteren Wärmeabschirmung aufgenommen werden.

Das angewendete Gasisolierungssystem hat einen guten Wirkungsgrad.

Der -Druck des Isoliergases wird infolge der Konstruktion gemäß der Erfindung mit dem Ausgangsdruck der organischen Flüssigkeit ausgeglichen, so daß jegliches Regelsystem überflüssig wird.

Der untere Sammelbehälter macht die Installation von mehreren hundert Sammelbehältern hinfällig, wobei dieser außerdem als Dehnungs- und Druckerzeugungsgefäß dient.

Dieser Sammelbehälter, der warm ist, unterliegt keinerlei Druck, da er im Inneren eines kalten Tanks angeordnet ist, der dem Druck des Hilfsströmungsmediums standhält.

Zwischen den beiden Rohren (dem Druckrohr und dem Mantelrohr) jedes Kanals läßt sich ein verhältnismäßig einfaches Leckanzeigesystem anbringen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Heterogener, flüssigkeitsmoderierter und -gekühlter Atomkernreaktor mit einem mit Moderatorflüssigkeit gefüllten Tank, durch den senkrechte, die Brennstoffelemente enthaltende Kanäle verlaufen, in denen die Wärmeträgerflüssigkeit von oben nach unten strömt, wobei diese Kanäle aus zwei zueinander koaxialen Rohren, d. h. einem inneren Druckrohr und einem äußeren Mantelrohr, bestehen und mit Wärmeträgerflüssigkeit über gesonderte Rohrleitungen versorgt werden, die oberhalb einer über dem Tank angeordneten ersten biologischen Abschirmung angebracht sind, wobei das obere Ende des Druckrohres an der Oberseite des Tanks starr befestigt ist und sein unteres Ende verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (46) des Druckrohres und/oder das untere Ende (44, 45) des Mantelrohres (41) in an sich bekannter Weise in einem wärmeisolierten,

Wärmeträgerflüssigkeit enthaltenden Austrittssammelbehälter (29) eintauchen, der im Inneren des durch eine abgedichtete Wänneabschirmung (4) von der Moderatorflüssigkeit (2) getrennten, unterhalb der Brennstoffelemente (42) gelegenen Bereiches des Tanks (Tankbodenraum) angeordnet ist, wobei der Sammelbehälter (29) mittels eines in den Tankbodenraum eingebrachten Hilfsströmungsmediums an seiner Außenseite unter einem zwischen dem Druck der Wärmeträgerflüssigkeit beim Austritt in den Sammelbehälter (29) und dem Druck dieser Flüssigkeit in dem Sammelbehälter (29) liegende Druck gehalten ist, während das Hilfsströmungsmedium bei dem gleichen Druck wie dem Druck an der Außenseite des Sammelbehälters (29) in einer zwischen der Wärmeabschirmung (4) und dem Sammelbehälter (29) liegenden Höhe über eine Einbringungsstelle (51) auch in den Ringkanal zwischen dem Druckrohr (40) und dem Mantelrohr (41) ao eingebracht ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (3) in seinem unteren Abschnitt zwischen der Einbringungsstelle (51) für das unter Druck stehende Hilfs- strömungsmedium in den Ringkanal und dem Spiegel der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Sammelbehälter (29) mit einer verschiebbaren, abgedichteten Labyrinthdichtung (48) versehen ist, die zwischen dem Druckrohr (40) oder seiner Verlängerung (46) und dem Mantelrohr (41) oder seiner Verlängerung (44) angeordnet ist und somit eine axiale Dehnung des Druckrohres (40) ohne Beanspruchung zuläßt.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderatorflüssigkeit zwischen den beiden Wänden eines oberen Doppelbodens (23) des Tanks (1) einströmt, von wo aus die Moderatorflüssigkeit in die die Kanäle (3) umgebenden Hüllen (24) eindringt, die durch den Doppelboden hindurch verlaufen und bis unterhalb des Spiegels der Moderatorflüssigkeit in den Tank hinabreichen.

4. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (29) im Tankbodenraum mit Hilfe schwenkbarer Arme (37) aufgehängt ist und der untere Boden (30) des Tanks (1) mit der abgedichteten Wärmeabschirmung (4) mit Hilfe von widerstandsfähigen Verankerungen (38) verbunden ist, die den Sammelbehälter (29) im Inneren wärmeisolierter Rohre (39) durchragen, in denen ein bestimmter Wärmeisolierungs- und Dehnungsraum verbleibt.

5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckrohre (40) aus gesintertem Aluminium und die Mantelrohre (41) aus Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung oder aus einer Zirkonium-Aluminium-Legierung gefertigt sind.

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsströmungsmittel ein inertes Gas ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1044 296,
996, 1064159;

deutsches Gebrauchsmuster 1 859 714;

französische Patentschriften Nr. 1244 114,
779;

USA.-Patentschrift Nr. 2 977 297.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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