DE1514338C3 - Druckrohrreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckrohrreaktor, ausgerüstet mit Druckrohren, von denen jedes aus einem Innenrohr besteht, das von einem Mantelrohr umgeben ist, wobei durch die Innenrohre ein unter Druck stehendes Kühlmittel strömt, während die Mantelrohre von einem flüssigen Moderator mit einem niedrigeren Druck als der des genannten Kühlmittels umgeben sind, wobei ferner ein thermisches Isoliermaterial in Korn- oder Pulverform in dem Raum zwischen jedem Innen- und jedem Mantelrohr allseitig dermaßen eingeschlossen ist, daß es imstande ist, den auf die Innenrohre durch das Kühlmittel ausgeübten Druck auf die Mantelrohre zu übertragen.

Bei Druckrohrreaktoren mit Druckrohren, die aus einem Innenrohr und einem Mantelrohr bestehen, besteht im Raum zwischen diesen beiden Rohren ein hoher Temperaturgradient, der zu unerwünschten thermischen Spannungen in den Rohrwänden führt. Das Innenrohr, das den die Wärme entwickelnden Brennstoff enthält, weist nicht nur in seinem Inneren einen hohen Überdruck auf, sondern ist einer sehr hohen Temperatur ausgesetzt. Das Mantelrohr dagegen ist von dem relativ kühlen Moderatormaterial umgeben, das meistens aus schwerem Wasser besteht. Da auf das Mantelrohr nur geringe Kräfte bei einer relativ niedrigen Temperatur wirken, ist es im Vergleich zum Innenrohr wenig belastet.

Es ist aus »Directory of Nuclear Reactors«, Band 4, 1962, S. 197 und 198 bekannt, dieser ungleichen Beanspruchung von Innen- und Mantelrohr dadurch entgegenzuwirken, daß in dem Raum zwischen diesen beiden Rohren eine Isoliermasse eingeschlossen ist. Die Verwendung von körnigem oder pulverförmigem Graphit als eine solche Isoliermasse ist aus der Schweizer Patentschrift 341 918 zu entnehmen.

Um jedoch Druckkräfte vom Innenrohr wirksam auf das Mantelrohr zu übertragen, ist es notwendig, das Isoliermaterial allseitig einzuschließen und auf einen bestimmten Druck zu bringen. Es ist daher erforderlich, das Isoliermaterial zusammenzupressen.

Bei der Schweizer Patentschrift 341919 erfolgt dieses dadurch, daß sich das Innenrohr erweitert. Dieses hat allerdings zur Folge, daß im Innenrohr unerwünschte Zugspannungen auftreten.
Der Schweizer Patentschrift 286 658 ist der Vorschlag zu entnehmen, die Entlastung der Innenrohre durch öffnungen in der Rohrwand zu bewirken. Diese Art der Entlastung hat jedoch den Nachteil, daß die heiße Druckflüssigkeit die verwendete Isoliermasse umspült, so daß diese durch Korrosion angegriffen werden kann. Darüber hinaus sind die mit Öffnungen versehenen Innenrohre nicht als Druckrohre verwendbar, so daß die Gesamtbelastung vom Mantelrohr aufgenommen werden muß, was eine Verringerung der Betriebssicherheit zur Folge hat.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Druckrohrreaktor der eingangs genannten Art zu liefern, bei dem die während des Betriebes auftretenden Belastungen "günstig auf Innen- und Mantelrohr verteilt sind.

Dazu ist erfindungsgemäß jeder der Räume zwischen Innen- und Mantelrohr mit einer Einrichtung versehen, mit der das thermische Isoliermaterial bei abgeschaltetem Reaktor unter eine regelbare mechanische Vorspannung gebracht werden kann.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß sich beim Aufheizen des Reaktors durch das unter Druck stehende primäre Kühlmittel ein Spannungszustand einstellt, bei dem die'Innenrohre frei von Zugspannungen sind, wohingegen die Mantelrohre eine — verglichen mit dem Reaktor im kalten Zustand — höhere Zugspannung aufnehmen. Die von dem relativ kalten Moderator gekühlten Mantelrohre können dieser höheren Belastung gefahrlos ausgesetzt werden. Die Innenrohre übertragen lediglich Druckspannungen an das Isoliermaterial.

Das verwandte Isoliermaterial besteht vorzugsweise aus Graphit, der in körniger oder pulvriger Form vorliegen kann.

Eine beispielsweise, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher läutert.

F i g. 1 stellt einen Vertikalschnitt durch einen Druckrohrreaktor dar;

F i g. 2 zeigt in einer größeren Darstellung eine teilweise geschnittene Ansicht eines einzelnen Druckrohres;

F i g. 3 ist ein Horizontalquerschnitt durch einen Teil des in F i g. 2 dargestellten Druckrohres;

F i g. 4 zeigt einen ringförmigen Schraubdeckel, der auf den mit Isolationsmaterial gefüllten Raum innerhalb jedes Druckrohres aufgebracht ist.

Der in F i g. 1 dargestellte Reaktorkern 1 des Druckrohrreaktors besteht aus einer Vielzahl von U-förmigen Druckrohren 2, in denen sich mit spaltbarem Material gefüllte Innenrohre befinden. Die Druckrohre sind in einen Reaktorbehälter 3 eingesetzt. Auf der Unterseite der gebogenen Druckrohre werden die an dieser Stelle angebrachten Krümmer 4 durch Stützglieder 5 gehalten, die ihrerseits auf einer mit öffnungen versehenen Lagerplatte 6 aufgebracht sind. Diese Platte ist am Umfang mit einem Ring 7 verbunden, der an der Innenwand des Reaktorbehälters 3 befestigt ist. Oben ist der Reaktorbehälter 3 durch einen Deckel 8 verschlossen, durch den Leitungen 9 geführt sind, die in Verbindung mit Zufuhr- und Austragleitungen 10 und 11 für das primäre Kühlmittel stehen. Mit 13 sind Regelstäbe bezeich-

net, die über Betätigungsstangen 14 aus dem Reaktorkern nach oben gezogen werden können, um den Neutronenfluß im Reaktorkern zu steuern. Die Gesamtanordnung der Druckrohre ist in einen flüssigen Moderator 15 eingebracht, der den Reaktorbehälter zwischen der Lagerplatte 6 und dem Deckel 8 vollständig füllt. Frischer Moderator kann unten durch die Zufuhrleitung 16 eingeführt werden, während das Austragen auf der Oberseite des Reaktorbehälters durch die Leitung 17 erfolgt.

Schließlich befindet sich der gesamte Reaktor innerhalb einer Umhüllung 18, die z. B. aus Beton oder Barytbeton zum Schutz gegen biologisch schädliche Strahlung bestehen kann.

F i g. 2 zeigt im Querschnitt ein Druckrohr, bei dem der Raum zwischen jedem Mantelrohr 19 und Innenrohr 20 mit einem Isoliermaterial 21 gefüllt ist. In die Innenrohre 20 sind Brennstofftabletten 22 eingesetzt, die auf der Außenseite durch eine Umhüllung 23 geschützt sind.

Der Moderator 15, der sich im Reaktorbehälter befindet, und der die Mantelrohre der Druckrohre auf allen Seiten umspült, weist eine relativ niedrige Temperatur und für den Fall, daß schweres Wasser — wie es gewöhnlich der Fall ist — gewählt wird, einen relativ niedrigen Druck auf. Der Mantel des Reaktorbehälters 3 braucht also keine großen Spannungen aufzunehmen. Das primäre Kühlmittel jedoch, das durch die Innenrohre fließt, ist sowohl hohem Druck wie einer hohen Temperatur ausgesetzt. Daher wird auf die Innenwand dieser Innenrohre ein hoher Druck ausgeübt, der sich durch das kompakte Isoliermaterial 21 ausbreitet und dadurch die Mantelrohre der Druckrohre belastet. Wenn die Druckrohre so konstruiert und eingesetzt sind, daß bei unbelastetem und ungekühltem Reaktor die Innenrohre einer Zugspannung unterworfen sind, ist beim Betrieb des Reaktors jedes Innenrohr frei von einer Zugspannung. Die Innenrohre übermitteln dann lediglich Druckspannungen an das Isoliermaterial. Dieses wird dadurch erreicht, daß das Isoliermaterial 21 unter Druck in die Räume zwischen Mantel- und Innenrohren eingebracht wird. Dieses führt dazu, daß selbst bei kaltem Reaktor schon eine Zugspannung in den Mantelrohren 19 vorhanden ist. Wird der Reaktor aufgeheizt und das primäre Kühlmittel unter Druck gesetzt, so stellt sich ein derartiger Spannungszustand ein, bei dem die Innenrohre hinsichtlich der Zugspannung entlastet sind, wohingegen die Mantelrohre eine erhöhte Zugspannung, verglichen mit dem Reaktor im kalten Zustand, aufnehmen.

Die Mantelrohre können die höheren Zugspannungen gut aushalten, da sie durch den relativ kühlen Moderator, mit dem sie in direkter Berührung stehen, ausgezeichnet gekühlt werden.

Das Isoliermaterial kann bei noch kaltem Reaktor unter Druck auf verschiedene Weise eingebracht werden. Nach einem in Fig.4 erläuterten Verfahren wird das Isoliermaterial dadurch unter Druck gesetzt, daß ein mit Gewinde versehener ringförmiger, verschließbarer Deckel 26 zwischen Mantelrohr und Innenrohr so eingeschraubt wird, daß die gewünschte Zugspannung im Innenrohr erzeugt wird. Nach einem anderen Verfahren erhält man den Druck auf das Isoliermaterial durch einen besonderen Druckgenerator 24, an den die Räume zwischen den Mantel- und Innenrohren über Leitungen 25 angeschlossen sind. *-"

Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß die erzeugte Zugspannung zu jeder Zeit an die veränderten Reaktorbedingungen angepaßt werden kann. Auch wenn Temperatur und Druck des primären Kühlmittels sich ändern, können die Innenrohre frei von Zugspannungen gehalten werden. Bei beiden Verfahren wird die erforderliche Zugspannung durch Berechnung oder Versuch festgelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckrohrreaktor, ausgerüstet mit Druckrohren, von denen jedes aus einem Innenrohr besteht, das von einem Mantelrohr umgeben ist, wobei durch die Innenrphre ein unter Druck stehendes Kühlmittel strömt, während die Mantelrohre von einem flüssigen Moderator mit einem niedrigeren Druck als der des genannten Kühlmittels umgeben sind, wobei ferner ein thermisches Isoliermaterial in Korn- oder Pulverform in dem Raum zwischen jedem Innen- und jedem Mantelrohr allseitig dermaßen eingeschlossen ist, daß es imstande ist, den auf die Innenrohre durch das Kühlmittel ausgeübten Druck auf die Mantelrohre zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Räume mit einer Einrichtung versehen ist, mit der das thermische Isoliermaterial bei abgeschaltetem Reaktor unter, eine regelbare mechanische Vorspannung gebracht werden kann.