DE1489645A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath ι / ο α c / c

i^ , ι ϊΐ r. H03040 62 WIESBADEN

Dipl.-Ing. Harry Roever ·«*«*,. JJ; J^J, PATENTANWÄLTE W*. *»,.,) Telegrammadresse: WILLPATENT Postscheck: FrankfurtfMain »7«3 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden

Aktiobola«·t Atomenergi Liljehelmsvägen 32, Stockholm 9, Schweden

Kernreaktor

Priorität t vom 12. Mars 1965 »«fgrunddar •ehwedischon Am· 1 dan« 3285/65

Während der let at en Jahre nahm da· Intereaee an der Ye rwendung Ton Druokkeeeeln ana vorgespanntem Beten Mit den Anwaehson der ReaktorgrtfOen au. Obwohl die· in der Hanptaaehe fttr daroh C*» gekühlte Reaktoren gilt, beeitsen aelche Druckkeaael auoh ein Intere··· fttr Reaktoren, die mit leiohtea oder aehwerem Vaaoer in fltteaigor oder aiedender Fora gekühlt verden· Bei aolohen Reaktoren ist da· wichtiget· none Problem jene·, «ine ent*· apreehende Wärmeisolierung awlacheη dem HeiAwaaaer und Dampf in dem Druckkeaael und dem Betonkeasel au eraielen. Bei den mit Oaβ gekühlten Reaktoren ist die Wärmeisolierung awisehen dom kalten inneren Stahlfutter de· Betons und dem helfien Kühlgas oft durch dünne Schichten au· Stahlfolien, Drahtmaachen oder anderen bekannten Einrichtungen vorgesehen, die die Zirku» lation dea Kühlgas·· in einer engen Schicht nahe dem Puttor ein schränken. Auf die·· Weise erhoÄ man reraVgorte Sohiohten de· KUhlgaaec als eine Isolierung· Die·· Form der Isolierung bun nicht fttr den Dampfraum in Slodewaeaer- oder Druckwaaaerreaktoren mit schwerem Waaaer verwandt werden, da der Dampf sieh an dem Terhaltnlsmaftlg kalten Futter kondeneloren würde.

Ein anderer laolatlonatyp, der in den mit Oa· gekühlton Roaktoron bentttat wird, ist der dureh Te rwendung eines poHlsen Betons, beispielsweise eines porösen Blmebetons, der in dom Raust awlsehen dem kalten unteren Futter und einem flexiblen heiBon

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inner·η Futter enthaltea 1st· Di··· Ladung Maat· amah fftr 41· Siedewasser·» «der Draekwaeeerreaktaren beautat ward«a, waaa pa-γ···γ B«t«a und flexible Futter, dl· Mr dl· sehr aahen Miau· in eelehea Reaktoren geeignet siad, au Yarfuguag iMaita· Ha· tcrlalicn, dl· di«a«n Brferdcralesaa genügen, «lad Jedeeh rar Zelt nicht erhaltlieh.

1*1 den Si«d«wasser- «der Druckwass«rreakteren let ·· maglieh, verärgerte Sehiehten von Vaeeer aa verwenden, dl· dureh Saal «lit «a vei StahJLfolien «der äaall«h«a Siariehtaacen aa der laaeaeeite de· kalten Putter· al· eiae Ie^lleraac aater dar Vas·· rf liehe 4*·» trennt eind. Aueh für den Daaafraaa aa«raal¥ dar VaaeerflAea· ist ·· aVglieh, eiaea «tackenden Va«««r*t·· al· Ieallaraac n ■ohaffen, cech nur alt Hilf· -rerUlltniwMlly kaapllaiarter *lnrl«lituneen· Die Vaeaerieelierunf ist jedeeh weaentlleJt al· die Oaals«lierang Tee Blickpunkt der laelatleneeica prm eat Dleke» and wenn der Reaktar ««inrer·· Vaaaer aaatelle T»a naraaleai Vaaaer verwendet, ergeben aieh auch halte Saaten tUr daa aehvere Vaaaer In den Ia*lati«naraaai·

Siel der Erfindung ist ea_f die eben erwähnten Maehtelle am beaeltigen. Daher befaJit sieh dl· Erfindung daalt, «ine Oaai*«latiaa in •inea alt Vaaaer gektthltea Kernreaktor ahn· kaapllaierte awahanlach· Binrlehtungen and ohne Terwendung eine· tearen 8and«ratahlkeaaela au schaffen· Der Kernreaktar d*r Erfindung let dadarah gekennselchnet, dafl «r «inen Druckk«ss«l_f einen Vasserrauai in de« Baden des Druekkea··!·f einen Dampfraum in der Spitze des Druekkesaela» eine Tergleiohaweiae dünnwandig·, den Dampfraua umgebende Halle, ein v£rm*ia«li*rende· Oae in dem Raum awiaehan der BBIl· und der Vand dea Druekkesaela und eine Wasserdichtung für die Abtrennung dea Dampfes aus dem wftrm«la«lierenden Ctae umfaflt.

Ve gen der Vaaaerdlchtung kann keiae bedeutende Druekdifferena swisehen dem Inneren de· Reaktor· und dem Raum für da· wftrmel··- lierende Uas entstehen, und die Bulle kann daher dünnwandig sein. Die Hülle kann ·· angeordnet werden, dal» al· lediglieh den Dumpfraum umgibt. Versugsweis· ist si· ·· angeordnet, daB ale den Raum für da· Kahlwasser ebenfalls umgibt.

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Unter Bezugnahme auf die leichnung, die swel Auaführungβίο rmen doa Reaktor· mach dar Erfindung erläutert, wird die Erfindung weiter boechrleben.

Der in Fig· 1 erläuterte Reaktor enthlIt einen Druckkessel 11« dar au· vorgespanntem Beton besteht. Die Innenseite des Druckkessel· iat von einem Stahlfutter 12 bedeckt, auf dem Rühren 13 für Etthlwaaaer aufgeachweiOt sind, um den Beton auf einer Temperatur unterhalb von 70*C au halten. Der Druckkessel enthalt einen Behälter« der den Reaktorkern darstellt. Der Kern enthält den apaltbaren Brenneteff in mehreren aenkrechten Rühren 1« von denen aua Qründen der Einfachheit nur eine geselgt 1st. Biese Rühre besitst an ihrer SpItae eine Trenneinrichtung 2 für Dampf und Vaaeer. Beachickungawaaaer wird durch eine Leitung 9 dem Reaktor sugeftthrt. Das Wasser fileBt aufwärts durch den Reaktorkern 10« wirkt als Moderator« vermischt sich mit heiBern Wasser aus den DampftrenneInrichtungen 2« flieBt abwarte durch den Raum k_t der den Reaktorkorn umgibt« in den Eintritt«raum 5 unterhalb des Reaktorkern« und flleSt dann aufwärts durch die Rühren 1, während ca sum Sieden gebracht wird· Der Dampf atrümt von dem Dampf raum 6 abwftrt· durch die Rühren ?, die ?as4«nduai den Reaktorkern 10 herum vorgesehen sind. Der Dampf verläßt den Reaktor durch die Rühren 8.

Eine vergleichsweise dünnwandige Hülle Xk aua einer Stahlfolle umgibt den Dampfraum 6« um ae swiachen dem Putter 12 und der Hülle 1Ί einen verhältmü81g engen Isolation·raum 29 au bilden. Die Spitse der Hülle iat bei 30 mit dem Putter verachweiSt. Der untere Teil der Hülle Xk beeitst einen Abeehnitt 16 von verminderten Durchmeaaer, der aich unter die normale Varfaer» oberfläche 3 in dom Reaktor eratreekt. Sine entaprechende dünnwandige HUlIo 15 umgibt den unteren, waaaergefUllten Teil dea Reaktora und bildet ao mit dem Putter 12 einen Isolatiensraum 31. Der untere Teil der Hülle 15 lat mit dem Teil dee Futters« der den Boden des Druckkessel« bedeckt, verschweißt. Der Spltaenteil der Hülle 15 überlappt den unteren Teil 16 der Hülle Xk_t und der Raum xwlachen den beiden überlappenden Teilen enthält swei Prallplatten 19 und 20. Eine Leitung

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für die Wasserzufuhr erfindet zwischen den Prallplatten 19 20, und eine Leitung für daa Absieben von Vaaaer stündet eberhalb der Prallplatte 20.

Der Isolationeraum 31, 29 ist mit einem Gas, vorzugsweise Stickstoff gefüllt, welches durch eine Rühre 22 zugeführt wird. Der Raust enthält mehrere dünne Stahlfolien 32, am so die Zirkulation des Oases zu behindern. Wasser, das in dem Raum 32 kondensiert sein kann, wird durch «ine Röhre 23 abgesogen·

Der Boden des Druekkessele beaitst eine unterachiedliche Isolation, wie eine Vielzahl τοπ Röhren, die sich durch den Boden erstrecken. Ein Ketallmaschendraht Zk oder dergleichen 1st auf dem Boden angeordnet, um eine Schient von stockendem Wasser zu liefern, die eine ausreichende Isolation darstellt.

Die Decke des Reaktors enthält eine Öffnung 28. Sine Betätigungseinrichtung 25 zur Entfernung verbrauchter Brennstoffelemente aus dom Reaktor und zur Einführung neuer Brennstoffelemente erstreckt sich durch diese öffnung.

Die überlappenden Teile der Hüllen lh und 15 bilden zusammen mit den Prallplatten 19 und 20 eine Wasserdichtung, die auf folgende Weise arbeitet. Wenn der Druck in dem Reaktor auf normale Weise variiert, variiert auch der Stand der Wasseroberfläche 17 in der Wasserdichtung ein wenig· Die Breite der Wasserdichtung sollte vorzugsweise so groß gehalten sein, daß diose Yariierung klein bleibt. Die Wasseroberfläche 17 sollte vorzugsweise 3 bis 10 % der Wasseroberfläche 3 ausmachen. Wenn dor Druck in annomaler Weise steigt, sinkt die Wasseroberfläche 3 unter die Kante der BBlIe 16, so das Dampf in don Isolationsraum 29, 31 eintritt. Wenn der Druck in _anomaler Weise abfällt, sinkt die Wasseroberfläche 17 unter die Kante des Ballenteile 16 und führt dun, daß Gas aus dem Isalationsraum 29, 31 ist den Dampfraum 6 eintritt· In beiden Fällen, die aar selten eintreten, wird der Druek auf beiden Selten der Ballen Ik and 15 amsgegliehen, and folglieh können dieseHElllen dünnwandig sola·

Man kann nicht verhindern, dall sich das Gas im dem Xsolatlonsraaa 29, 31 in dem Wasser in der Wasserdichtung löst. Dieses

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gashaltige Wa*«er sollte davon abgehalten werden, sich mit den Reaktonraaaer au renaisehen. Dies erreicht man dadurch, daß man gasfreies Vaaser durch die Leitung 18 sufUhrt, während das gashaltige Wasser durch die Leitung 21 abgezogen wird· Das angesetzte gasfreae Wasser sollte vorzugsweise kalt sein» um die Verdampfung Ton der Wasseroberfläche 17 zu vermindern.

Bei der Ausführung*form von Fig. 1 ist die Wasserdichtung an der Oberfläche des normalen Wasserspiegels in dem Reaktor angebracht und gewährleistet so, daß die Wasβerdichtung ständig mit Wasser gefüllt ist, es sei denn, daß der Druck a-no-mal verändert wird. Wechselweise kann die Wasserdichtung auch an einer anderen Stelle in dem Reaktor angebracht eein, voraus·« gesetzt, daß sie so eingerichtet ist, daß stets Wasser in der Wasserdichtung sich befindet. Das ist in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 2 erläutert lediglich den unteren Teil eines Reaktors* Die Bezugsslffern von Fig. 1 sind auch für die entsprechenden Teile hier verwandt. Der Behälter, der den Reaktorkern darstellt, ist mit 10 bezeichnet. Dieser Behälter wird nachfolgend als Moderatorbehälter bezeichnet, da das Wasser in diesem Behälter als Moderator dient. Der Bebälter 10 1st von einem Behälter 36 umgeben, der als Wasserbehälter bexeichnet wird. Dieser Wasserbehälter besitzt öffnungen 4 5 in dem oberen Teil der Seitenwand und trägt eine Platte kk_t die das obere Ende der Kocherelemente 1 trägt. Der in den Kocherelementen erzeugte Dampf verläßt den Wasserbehälter durch die öffnungen 45, fließt abwärts durch den Ringraun um den Wasserbehälter und verläßt den Reaktor durch die Röhren 8. Diese Ronren erstrocken sich bis etwas oberhalb des Bodens des Reaktors. Folglich wird auf diesem Boden eine Wasserschicht k3 gebildet, und diese Wasserschicht stellt in Kombination mit dem Metallmaschendraht 2k eine Wärmeisoliersehicl.t dar.

Die dünnwandige HUlIe Ik, die den oberen Teil des Reaktors von Fig. 1 umgibt, erstreckt sich in dem Reaktor von Fig. 2 soweit, daß sie in etwa den Boden des Reaktors erreicht. Ein Ring 38 1st auf den Boden des Reaktors befestigt. Dieser Ring bildet in Kombination mit der unteren Kante dor HUlIe Xk eine ring*· fermige Wasserdichtung 3^dioden ^ampf in den Raum

dea Oa* in den Raw· swleahen der Hill· Ik und dar Reakt«rwand 12 trennt. Bein Aitfw**· a tränen durch dan Raun 39 ka>ndenaiert •ine klaina Mange Daapf an dar BIlIa Ik₉ und daa kondensierte Vaaaer fließt abvarta in die Vaaaardiontane. Vm eine sueata-Iiehe Garantie xa erhalten» dafl dia Waaaerdlehtone ateta gefUllt iat_t wird Vaaaer dorah eine Laitvnc 4l socefOhrtv Dar
VaaaerUberachuaa wird durch ein· Leitung kZ abgesagen. Dieae

Tarftnderung ran Vaaser in dar Vaaaerdlahtmng let ««eh eine

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Sicherheitsmaßnaluiie dagegen« da· Oaa/dea Ieolatianarama «m

dem Dampf rauB gelangt ₍ in—dea aa ei oh in den Vaaaer dar Vaaaer*· dichtung !Hat.

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Claims (8)

H89645 Patentanapruehe

1. Kernreaktor» gekennselehnet durch einen Druckkessel, einen Vutirram Im de« Beden dee Druekkeaaels, einen Dampfrawi in de· oberen Teil dee Druekkeeeels, eine den Denp fr «am «■gebende, verhaltniemftftlg dünnwandige Wile« ein Varmeleollergae Iu dem Raum swlechen der BBlIe und der Vend dee Druekkeeeele und eine Wasserdichtung but Abtrennung dee Dampfes au a umm lf&rmeiaoliergas·

2. Kernreaktor nach Anaprueh 1, dadureh gekennzeichnet, dan die Vaeeerdlehtung bei dem normalen Wasserstand in dem Reaktor angebracht let.

3· Kernreaktor nach Anepruch 2, dadureh gekennselehnet, daß die Halle einen ereten, den Dampfraum umgebenden Teil und einen ■weiten, den Vaaeerraum umgebenden Teil beeitat und dafl in deai Raum swismhen demand dee Druekkeeeele und den beiden 11111 enteilen ein VKrmeieellergaa eich befindet.

4. Kernreaktor nach Anaprueh J₉ dadurch gekennselehnet, daß die untere Kante dee ereten Ifllllenteila und dl« ebere Kante dee sweiten BBllenteile ae geformt eind, daft ale die Wasserdichtung bilden.

5· Kernreaktor nach Anspruch 1 bla *», dadureh gekennseiebnet, das er eine Leitung sur Vaeeersufuhr η der Vasrcrdiehtung und eine Leitung sum Abslehen vom Vaeeer aue der Waaeerdlchtung enthalt.

6· Kernreaktor nach Anaprueh 1 bla 5 t dadureh gekennselehnet, dal der Raum swisehen der Wand dee Druckkeeeele und der Balle einom MetallmaehhendreJit odor dergleichen enthält, um die Zirkulation dee eiaolicrgacoe s« hemmen·

7· Komreaktor mach Anspruch I₉ dadurch gekennse lehnet, daB dor Vaaeerraum in dom Boden dee firuckkeeeele aue einem getrennten

Bebauter beeteht und der Baum svieehern dieeeai getrennten Behälter

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und dem Druckkessel «la Yerbindung mischen dem Dampfraum im eberen Teil de· Druckkeaeela und dan DampfaualaBBf fuming en in dem Beden ausgebildet'lat.

8. Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdichtung am Boden des Druckkeasela angebracht lat.

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