DE1514978B2 - Gasgekuehlter graphitmoderierter atomkernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten, graphit- mäßig isoliert ist, ist der gewölbte Kopf der Verklei-

moderierten Atomkernreaktor mit einem Druckgefäß, dung stärker isoliert als ihr unteres Ende. Auf diese

einem Reaktorkern sowie dem Kern zugeordneten Weise erhält man eine im wesentlichen gleichmäßige

Wärmetauschern, bei dem sich der Reaktorkern in Temperatur über die ganze Wandung der Verklei-

einer gasdichten zylindrischen Verkleidung innerhalb 5 dung, und eventuell in dieser auftretende Wärme-

des Druckgefäßes befindet, die Durchtrittsöffnungen spannungen werden stark verringert,

für die Strömung des Kühlgases zum bzw. vom Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist

Reaktorkern weg aufweist, wobei die Verkleidung an die Verkleidung oder Umhüllung des Reaktorkerns

ihrem einen Ende gasdicht gegen den Boden des an ihrem einen Ende mit einer äußeren Umkleidung

Druckgefäßes abgedichtet ist und an ihrem anderen io versehen, in deren Wandung Kühlmittelumwälz-

Ende einen gewölbten Wandteil aufweist, durch den pumpen mit ihren Auslaßöffnungen abgedichtet an-

Beschickungsrohre hindurchgeführt sind. gebracht sind. Die Verkleidung oder Umhüllung ist

Ein derartiger Reaktor ist bekannt aus der bri- auf derselben Stützkonstruktion wie der Reaktorkern tischen Patentschrift 785 945. Bei ihm dient die abgestützt. Ferner ist die Verkleidung oder Uminnere Verkleidung dazu, thermische Spannungen zu 15 hüllung durch eine auf ihre äußere Oberfläche aufvermeiden, die sich sonst infolge Entlangströmens gebrachte Isolierung in einer solchen Weise wärmedes Kühlgases an dem Druckgefäß einstellen würden mäßig isoliert, daß die Dicke der Isolierung ent- und zu unzulässig hohen differentiellen Wärme- sprechend den an den verschiedenen Stellen vordehnungen des Druckgefäßes führen könnten. Eine handenen Kühlmitteltemperaturen abgestuft ist und ähnliche Ausbildung ist gezeigt in der Veröffent- ao daß sie ihre größte Dicke in Bereichen der höchsten lichung »Atompraxis«, 1959, als Abb. 6 auf S. 71. Kühlmitteltemperatur besitzt.

Man erkennt besonders bei der letztgenannten In dem Druckgefäß angeordnete Wärmetauscher Veröffentlichung deutlich, daß das aus dem Reaktor- nehmen das heiße Kühlgas auf, wobei die Zirkulation kern austretende Kühlgas über Leitungen zu den durch die Wärmetauscher durch Kühlmittel-Umwälz-Wärmetauschern und wieder zum Kern zurück- 35 pumpen aufrechterhalten wird, von denen normalergeführt wird. Eine solche Ausbildung ist unerwünscht, weise mehrere angebracht sind. Jeder Wärmetauscher da das Problem der thermischen Spannungen natür- besitzt seine eigene Pumpe, die an seiner Auslaßseite lieh auch für die das Kühlgas führenden Rohrleitun- für das Kühlgas angeordnet ist.
gen gegeben ist. Vorzugsweise sind die Kühlmittelpumpen derart

Aufgabe der Erfindung ist es, den Reaktor der 30 angebracht, daß sie für Uberholungsarbeiten oder eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß andere Zwecke leicht entfernt werden können. Außer-Rohrleitungen für das Kühlgas möglichst ganz ver- dem sind sie so angeordnet, daß sie keiner radiomieden werden, wodurch nicht nur dem Problem der aktiven Strahlung ausgesetzt sind, und jede Pumpe thermischen Beanspruchungen begegnet wird, son- besitzt eine mit dem Wärmetauscher verbundene dem auch eine gewisse Kostenersparnis eintritt, weil 35 Auslaßöffnung und eine an das Innere der Verkleidie Verkleidung während des Aufbauens des Reak- dung des Reaktorkerns angeschlossene Auslaßöffnung, tors dessen Kante gegen die Umgebung zu schützen Zusätzlich ist für jede Pumpe ein Schieberventil vermag. od. dgl. vorgesehen, um die Einlaß- und Auslaß-

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch Öffnungen vor dem Entfernen des Motors gleichzeitig

gelöst, daß das Kühlmittel nach dem Verlassen der 40 zu schließen. Das Schieberventil enthält ein beweg-

Verkleidung in an sich bekannter Weise in einen von liches rohrförmiges Bauteil, das mit einem Teil die

der Verkleidung und der Innenoberfläche des Druck- Einlaßöffnung abschließt, während ein anderer Teil

gefäßes andererseits begrenzten Raum strömt und sich vor die Auslaßöffnung legt,

daß die Verkleidung des Reaktorkerns in der Nähe Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

des unteren Endes mit einer eine Ringkammer bilden- 45 Zeichnung im Schnitt schematisch dargestellt,

den äußeren Umkleidung versehen ist, in deren Wan- Die Zeichnung zeigt einen Teil eines armierten

dung Kühlmittelumwälzpumpen angebracht sind. Beton-Druckgefäßes 1, an dessen Boden 2 eine Reihe

Es soll erwähnt werden, daß es bei flüssigkeits- von Gittersäulen 3 und Rollen angebracht sind, die

gekühlten Reaktoren aus der britischen Patentschrift das Stützgitter 4 eines Graphitblockkernes 5 tragen,

836 843 bereits bekannt ist, das Kühlmittel nach dem 50 der mit den üblichen senkrechten Kanälen für die

Austritt aus der Verkleidung in einen Raum strömen Aufnahme von Brennelementen, Moderatorstangen,

zu lassen, der von der Verkleidung einerseits, dem Instrumenten oder anderen Teilen versehen ist. Der

Druckgefäß andererseits begrenzt ist. Reaktorkern ist von einem Reflektorbauteil 6 um-

Die Ausbildung gemäß der Erfindung vermeidet geben und wird durch eine bei 7 schematisch anvollständig das Auftreten hoher thermischer Gra- 55 gedeutete Verankerungsstangenanordnung abgestützt, dienten in sicherheitswichtigen Bauteilen, und nur Rund um die Verankerungsstangenanordnung 7 ist kurze Rohrleitungsstücke sind am Austrittsende der die gewöhnliche Abschirmkonstruktion 8 angeordnet. Wärmetauscher zwischen diesen und der Umwälz- Die Innenoberfläche des Druckgefäßes 1 ist mit pumpe erforderlich; die letzteren dagegen sind trotz- einer druckhaltenden Auskleidung 9 bedeckt, die dem gut zugänglich, etwa für Wartungszwecke. 60 ihrerseits mit einer Wärmeisolationsschicht überzogen

Als zusätzliche Maßnahme gegen Wärmedehnun- ist, die ihre größte Dicke im oberen Bereich der

gen im Bereich der höchsten thermischen Beanspru- Innenoberfläche haben kann. Die Innenabmessungen

chung der Verkleidung kann man eine entsprechend des Druckgefäßes sind derart, daß genügend Raum

dimensionierte thermische Isolation vorsehen. vorgesehen ist, um Wärmetauscher, von denen zwei

Da es erwünscht ist, daß die Umhüllung oder Ver- 65 Stück, und zwar 11 und 12, in der Zeichnung dar-

kleidung an ihrer Außenseite, d. h. an ihrer nach gestellt sind, aufzunehmen.

außen gerichteten Oberfläche entsprechend der in Vier derartige Wärmetauscher sind in gleichmäßi-

ihrem Inneren herrschenden Gastemperatur wärme- gem Abstand rings um die Abschirmkonstruktion 8

angeordnet, von der sie durch eine gewölbte gasdichte Verkleidung 13 getrennt sind, die ihrerseits, wie aus der Zeichnung zu erkennen, den Reaktorkern 5, Seitenreflektoren 6, Verankerungsteile 7 und die Abschirmung 8 umgibt. Das gewölbte obere Ende der Verkleidung 13 hat im Vergleich zu den senkrechten Wandungsteilen eine verstärkte Wanddicke und ist für den Durchtritt von Beschickungsrohren 14, die nach oben durch die Wandung des Betondruckgefäßes 1 hindurchgeführt sind und in der üb- xo liehen Weise auf der Beschickungsbühne des Reaktors enden, durchbrochen. Jedes Rohr besitzt beispielsweise neben seiner Eintrittsstelle in die Wandung des Druckgefäßes eine Durchtrittsöffnung 15.

Im Bereich ihres unteren Endes ist die Verkleidung 13 mit einer äußeren Umkleidung 16 versehen, und ihr unterer Teil 17 ruht auf einer Verlängerung 18 des Gitters 4. An ihrem äußersten unteren Ende ist die Verkleidung oder Umhüllung 13 mittels flexibler Dichtungen, wie sie bei 19 schematisch angedeutet sind, in gasdichter Weise zu der Auskleidung 9 hin ^ abgedichtet. Eine äußere Wärmeisolationsschicht um- $ gibt zumindest den oberen Teil der Verkleidung, wobei die Dicke der Isolierung mit zunehmender Entfernung von dem gewölbten Ende der Verkleidung abnimmt. Eine solche Dickenabnahme gewährleistet eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur in der Wandung der Verkleidung, wodurch Wärmedehnungen in dieser ganz erheblich verringert werden.

Jeder Wärmetauscher befindet sich in einem an seinem oberen Ende 21 offenen Gehäuse, während sein unteres Ende mit einem Leitungsteil 22 verbunden ist, das seinerseits an eine Umfangseinlaßöffnung an einem eine Kühlmittel-Umwälzpumpe enthaltenden Gehäuse 23 angeschlossen ist. Das Gehäuse 23 ist in einer Öffnung in der Umkleidung 16 ringsum abgedichtet angeordnet und erstreckt sich von dort durch die Wandung des Druckgefäßes, wie bei 24 angedeutet. Das Gehäuse 23 besitzt eine Umfangsauslaßöffnung 25, die mit Öffnungen 26 im unteren Teil 17 der Verkleidung 13 zusammenwirkt, die ihrerseits mit ihrem Umfang von dem Gehäuse 23 im Abstand angeordnet ist, wodurch die Möglichkeit J¹ direkter Bestrahlung des Gehäuses und der Umwälzpumpe sehr stark herabgesetzt wird. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen in dem Gehäuse 23 werden durch ein einfaches Schieberventil überwacht, das die Pumpe 24 umgibt und das mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden ist, um die Hülse bzw. den Schieber zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßöffnungen axial zu bewegen.

Die Kühlmittelpumpen erzeugen einen nach oben durch den Reaktorkern 5, wie das durch den Pfeil 32 angedeutet ist, in die Beschickungsrohre 14 gerichteten Kühlgasstrom, der weiter durch die Öffnungen 15 in den Rohren 14 in den Raum zwischen der Verkleidung 13 und der Auskleidung 9 und von dort abwärts durch die Wärmetauscher zu den Umwälzpumpen verläuft. Das gekühlte Kühlgas verläßt die Pumpen über die Auslaßöffnung 25 und gelangt von jeder Pumpe über die Öffnungen 26 in die Verkleidung 13 und strömt dann entlang dem oben beschriebenen Strömungsweg durch den Reaktorkern nach oben.

Die Verkleidung ist aus Metallplatten hergestellt und besitzt somit eine vergleichsweise einfache Konstruktion. Außerdem ist sie selbstzentrierend und selbsteinstellend und erfordert ein Minimum an Raum oberhalb des Reaktorkerns für die Aufnahme des gewölbten Endes. Die Krümmung des gewölbten Endes, die eine zunehmende Länge der Beschickungsrohre vom Mittelpunkt nach außen sicherstellt, verringert die Wirkungen unterschiedlicher radialer Bewegungen zwischen der Oberseite des Druckgefäßes und der Wölbung auf Grund von Wärmedehnung. Da die Verkleidung an dem Kernstützgitter befestigt ist, stehen das Gewicht des Kernes und der Verkleidung zur Verfügung, um nach oben gerichteten Drücken des Kühlgases zu widerstehen, die von dem Einschluß des Kühlgases durch die Verkleidung herrühren. Die Löcher in dem gewölbten Ende der Verkleidung sind gebohrt, nachdem dieses Ende fertiggestellt worden ist, wodurch bei der Anordnung der Löcher die erforderlichen sehr engen Toleranzen erreicht werden können. Darüber hinaus ist im Innern der Verkleidung ein ausreichender Raum vorhanden, um bestimmte Operationen auszuführen und die Beschickungsrohre festzuschweißen, nachdem sie in den Öffnungen in die richtige Lage gebracht worden sind. Dabei werden die Rohre in der Mitte des gewölbten Endes zuerst eingelassen und befestigt, und dann schreitet das Anbringen und Befestigen der Rohre von dort nach außen fort.

Die Verkleidung bildet somit ein Gehäuse für den Reaktorkern, während dessen Zentrum hergestellt wird, und kann dazu benutzt werden, die erforderlichen Reinheitsbedingungen für die Konstruktion zu schaffen, indem sie den Bereich der Kernkonstruktion von den umgebenden schmutzigen Bereichen trennt.

Keine Leitungen sind erforderlich, um das Kühlgas zu den Wärmetauschern zu führen, und somit werden die sich durch die Wärmedehnung solcher Leitungen ergebenden Probleme vermieden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasgekühlter, graphitmoderierter Atomkernreaktor mit einem Druckgefäß, einem Reaktorkern sowie dem Kern zugeordneten Wärmetauschern, bei dem sich der Reaktorkern in einer gasdichten zylindrischen Verkleidung innerhalb des Druckgefäßes befindet, die Durchtrittsöffnungen für die Strömung des Kühlgases zum bzw. vom Reaktorkern weg aufweist, wobei die Verkleidung an ihrem einen Ende gasdicht gegen den Boden des Druckgefäßes abgedichtet ist und an ihrem anderen Ende einen gewölbten Wandteil aufweist, durch den Beschickungsrohre hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel nach dem Verlassen der Verkleidung (13) in an sich bekannter Weise in einen von der Verkleidung (13) und der Innenoberfläche des Druckgefäßes (1) andererseits begrenzten Raum strömt und daß die Verkleidung (13) des Reaktorkerns (5) in der Nähe des unteren Endes mit einer eine Ringkammer bildenden äußeren Umkleidung (16) versehen ist, in deren Wandung Kühlmittelumwälzpumpen (24) angebracht sind.

2. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (13) auf derselben Stützkonstruktion (3,4) wie der Reaktorkern (5) abgestützt ist.

3. Atomkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (13) durch eine auf ihre äußere Oberfläche aufgebrachte, je nach der auftretenden Temperatur örtlich verschieden dicke Isolierschicht wärmemäßig isoliert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen