DE1564054C3 - Kernreaktor - Google Patents

Description

kondensatoren geführt und mit seinem von oben, offen in die Flüssigkeit ragenden Ende an der Innenwand des Behälters abgestützt ist. Dabei wird in vorteilhafter Weise das offen in die Flüssigkeit ragende Ende vom Ansaugstutzen einer Förderpumpe gebildet, die an das Verbindungsrohr angeflanscht ist, und die Förderpumpe starr an der Innenwand des Behälters befestigt.

Ein weiterer vorteilhafter Gedanke der Erfindung besteht bei einem Kernreaktor mit einem konzentrischen Doppelrohr als Verbindungsrohr für die Zu- und Abfuhr der Flüssigkeit zu dem Behälter darin, daß sich das Doppelrohr im Behälter in Einzelrohre verzweigt, wobei diese Einzelrohre in unterschiedlichen Höhen in der Behälterflüssigkeit münden, und weiter darin, daß das Außenrohr des Doppelrohres bis in Bodennähe des Behälters geführt ist und hier mit einer Förderpumpe verbunden ist, während an das Innenrohr ein Verteilerstück mit mehreren Austrittsstutzen angeschlossen ist, die im Bereich des Flüssigkeitsspiegels münden. Um eine gute Halterung des Doppelrohres zu erzielen, sind ao an der Behälterwand das Doppelrohr stützende Führungsteile angebracht. In dem Behälter können auch mehrere, an das Verbindungsrohr angeflanschte, voneinander unabhängige Förderpumpen angeordnet sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden beispielsweise an Hand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigt die

F i g. 1 schematisch im Längsschnitt einen Kernreaktor mit koaxial angeordneten, geraden Kühlrohren, die

F i g. 2 eine vorteilhafte Anordnung des Wellrohrkompensators gemäß F i g. 1, die

F i g. 3 einen Kernreaktor ähnlich wie in F i g. 1, jedoch mit schrägem Verbindungsrohr, die

F i g. 4 eine druckfeste Ausbildung der Kühlmittelleitschürze des Kernreaktors gemäß F i g. 1.

Gemäß F i g. 1 sind die Innenräume des Reaktorkern-Behälters 1 und des Wärmetauscher-Behälters 2 über eine konzentrische Doppelrohrleitung 3, 4 miteinander verbunden. Das Außenrohr 4 ist an den Behälter 1, das Innenrohr 3 an die zylindrische Strömungsleitschürze 5 angeschlossen, die den Reaktorkern 6 in sich aufnimmt. Dadurch sind auch der Ringraum 7 der konzentrischen Rohrleitung 3, 4 und der Ringraum 8 im Reaktorkern-Behälter 1 miteinander verbunden.

Die konzentrische Rohrleitung 3, 4 durchdringt die Wand des Wärmetauscher-Behälters 2 oberhalb des Kühlmittelspiegels 9, wobei das Außenrohr 4 mit dem Behälter 2 über einen Wellrohrkompensator 10 verbunden ist. Somit ist sichergestellt, daß bei Undichtigkeiten am Wellrohrkompensator kein Kühlmittel austritt.

Innerhalb des Wärmetauscher-Behälters 2 verzweigt sich die konzentrische Rohrleitung 3,4 auf Einzelleitungen. An den Ringraum 7 ist ein Druckrohr 11 und an das Innenrohr 3 ein Verteilerstück 12 mit den ringförmig verteilten Austrittsstutzen 13 angeschlossen.

Das sekundäre Kühlmittel wird durch eine Leitung 14 zum Boden des Behälters 2, von da durch ein Rohrbündel 15 nach oben zur Ableitung 16 geführt. Das Rohrbündel 15 ist von einer exzentrisch zum Behälter 2 angeordneten, zylindrischen Strömungsleitwand 17 umgeben, in deren Innenraum auch die Austrittsstutzen 13 unterhalb des Kühlmittelspiegels 9 münden.

In dem Raum zwischen dem Wärmetauscher-Behälter 2 und der Kühlmittelleitwand 17 ist die Umwälzpumpe 18 angeordnet. Sie saugt Kühlmittel aus dem Behälter 2 an, fördert es über die Druckleitung 11 und die Ringräume 7 und 8 zur Kernzone 6, wo es erhitzt wird, um von da durch das Innenrohr 3, das Verteilerstück 12, die Stutzen 13 und entlang den Rohrbündeln 15, wo es seine Wärme abgibt, zurückströmen.

Zum Ausgleich der durch die Wärmeausdehnung entstehenden Relativbewegung zwischen der fest an der Behälterwand 2 montierten Förderpumpe 18 und dem Doppelrohr 3, 4 sind in der Leitung 11 zwei Gelenkkompensatoren 19 vorgesehen.

Die beiden Räume oberhalb der Kühlmittelspiegel 9 und 20 im Reaktorkern-Behälter 1 und im Wärmetauscher-Behälter 2 sind durch eine Ausgleichsleitung 21 miteinander verbunden, so daß in beiden Behältern stets der gleiche Druck herrscht.

Während des Pumpbetriebes sinkt der Kühlmittelspiegel 9 im Behälter 2 ab, während der Kühlmittelspiegel 20 im Reaktorkern-Behälter 1 steigt.

Gleichzeitig stellt sich auf Grund des Druckabfalls im Wärmeaustauscher-Rohrbündel 15 eine Spiegeldifferenz zwischen dem Wärmeaustauscher-Behälter 2 und dem von der Kühlmittelleitwand 17 umschlossenen Raum ein. Je nach Kühlmitteldurchsatz, d. h. Laststufe des Reaktors, stellen sich die Kühlmittelspiegel in den drei zu betrachtenden Räumen schließlich so ein, daß die Spiegeldifferenz zwischen Reaktorkern-Behälter 1 und dem von der Kühlmittelleitwand 17 umschlossenen Raum der Summe der Druckabfälle des Innenrohrs 3, des Verteilstückes 12 und der Austrittsstutzen 13 und die Spiegeldifferenz zwischen dem von der Kühlmittelleitwand 17 umschlossenen Raum und dem Wärmeaustauscher-Behälter 2 dem Druckabfall im Rohrbündel 15 des Wärmeaustauschers entspricht.

Bei Temperaturänderungen in der Anlage ändern sich die Durchmesser des Reaktorkern-Behälters 1, des Wärmeaustauscher-Behälters 2 und die Länge der Koaxialleitung. Hierdurch schiebt sich das Koaxialrohr 3,4 mehr oder weniger weit in den Wärmetauscher-Behälter 2 hinein. Diese Verschiebung verursacht eine entsprechende Verformung des Wellrohrkompensators 10 und eine gewisse Auslenkung der Gelenkkompensatoren 19.

Die Abstützung und Führung des Doppelrohrs 3, 4 erfolgt über das Druckrohr 11, die Gelenkkompensatoren 19 und die fest mit der Behälterwand 2 verbundene Konsole 22. Außerdem können noch zusätzliche seitliche Führungen 23 (um 90° versetzt gezeichnet) vorgesehen sein.

Temperaturdifferenzen und damit auch relative Längenänderungen zwischen dem Innenrohr 3 und dem Außenrohr 4 der Koaxialleitung werden durch eine Innenisolierung 24 klein gehalten. Verbleibende Längenunterschiede können von den diese Rohre verbindenden Teilen, d. h. dem gewölbten Stirndeckel 25, der Kühlmittelleitschürze 5 und der Wand des Reaktorkern-Behälters 1 elastisch ausgeglichen werden.

Der Reaktorkern-Behälter 1, das Koaxialrohr 3, 4 und der Wärmeaustauscher-Behälter 2 sind mit einer Wärmeisolierung 26 und einer Strahlenabschirmung 27 umgeben. Die Strahlenabschirmung 27 wird zweckmäßigerweise diesen Behältern so angepaßt, daß auch nach einem Leck der Kühlmittelspiegel im Reaktorkern-Behälter 1 über dem Reaktorkern 6 steht. Zur Abfuhr der Nachzerfallswärme ist der Reaktorkern-Behälters 2 zusätzlich mit einer Notkühlanlage (nicht dargestellt) ausgerüstet.

F i g. 2 zeigt die Anordnung des Wellrohrkompensators 10 in einer Weise, die ein leichtes Auswechseln ermöglicht. Der Wellrohrkompensator 10 ist hier einerseits mit einer Zwischenhülse 35 fest verbunden und

andererseits über eine lösbare Verbindung, z. B. über Flanschen 36, an das Außenrohr 4 des Doppelrohrs angeschlossen. Die Zwischenhülse 35 wiederum ist ihrerseits über eine lösbare Verbindung 37 mit der Wand des Wärmetauscher-Behälters 2 verbunden. Weitere lösbare Verbindungen 38, 39 befinden sich am Außenrohr 4 des Doppelrohrs und an der Leitung 11. In das Innenrohr 3 der Koaxialleitung ist schließlich noch eine muffenartig verschiebbare Verbindung 40 eingebaut.

Mit dieser Bauweise ist es möglich, nach Lösen der Verbindungen 38 und 39 das im Wärmeaustauscher-Behälter 2 befindliche Endstück des Doppelrohrs zusammen mit dem Verteilerstück 12 und den daran angeschlossenen Austrittsstutzen 13 aus dem Behälter 2 herauszunehmen und danach auch den Kompensator 10 nach Lösen der Verbindungen 36 und 37 auszuwechseln. Das Innenrohr 3 wird dabei in der Schiebeverbindung 40 auseinandergezogen. Diese Schiebeverbindung kann gleichzeitig eventuell vorhandene Längendifferenzen zwischen dem Innenrohr 3 und dem Außenrohr 4 aufnehmen.

Verschiedene Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kernreaktors können auch abweichend von der vorstehend beispielsweise beschriebenen Ausführung gestaltet werden. So kann, wie auf F i g. 3 dargestellt, das Doppelrohr vom Reaktorkern-Behälter 1 zum Wärmeaustauscher-Behälter 2 auch schräg ansteigend geführt werden, so daß dieses auch bei stillstehender Anlage zum größten Teil mit Kühlmittel gefüllt bleibt. Es ist auch möglich, den Gasdruck über dem Kühlmittelspiegel im Wärmeaustauscher-Behälter 2 durch eine in die Leitung 21 eingeschaltete Druckhalteanlage, z. B. ein Gebläse, höher als über dem Kühlmittelspiegel im Reaktorkern-Behälter 1 zu halten, so daß das Doppelrohr auch bei stillstehender Anlage mit Kühlmittel gefüllt bleibt. Liegt in diesem Fall der Reaktorkern 6 außerdem unterhalb des Rohrbündels des Wärmeaustauschers 2, so wird der Kühlmittelumlauf auch bei Ausfall der Umwälzpumpe 18 durch natürliche Konvektion aufrechterhalten.

F i g. 4 zeigt eine druckentlastete Ausbildung der Strömungsleitschürze 5. Die Strömungsleitschürze 5 ist hier mit Entlastungsbohrungen 41 versehen, so daß auf beiden Seiten der gleiche Druck herrscht. Sie ist somit nur noch durch das Gewicht des Reaktorkernes 6 und die an diesem angreifenden Auftriebskräfte in axialer Richtung belastet. Die Abdichtung der beiden Kühlmittelräume voneinander erfolgt hier durch das gegen äußeren Überdruck widerstandsfähige Wellrohr 42, welches an beiden Enden mit der Strömungsleitschürze 5 fest verbunden ist und an das auch das Rohr 3 angeschlossen ist. Innen ist das Wellrohr 42 mit einem Strömungsleitblech 43 abgedeckt. Mit dieser Anordnung wird gleichzeitig die dem kälten zuströmenden Reaktorkühlmittel durch die Strömungsleitschürze 5 zugeführte Wärmemenge verringert.

Es ist weiterhin möglich, in einen Wärmetauscherbehälter 2 gleichzeitig mehrere Umwälzpumpen 18 oder auch mehrere, den verfügbaren Raum eventuell optimal angepaßte Wärmeaustauscher-Rohrbündel 15 anzuordnen. Ebenso können die Rohre 3 und 4 des Doppelrohres exzentrisch zueinander angeordnet werden, um auf diese Weise die Ein- und Austrittsverluste des Ringraumes 7 zu verringern. Die koaxiale Anordnung der Rohre 3 und 4 ist außerdem nicht zwingend, diese Rohre können auch parallel nebeneinander oder übereinander geführt werden.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen vor allem darin, daß sich bei Erwärmung des Systems das Verbindungsrohr ungehindert in Richtung auf den Behälterinnenraum hin ausdehnen kann. Das empfindlichste Teil der Verbindung, der Kompensator, kommt dabei weder im Betriebszustand noch bei Stillstand der Anlage mit der Flüssigkeit in Berührung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Verwendung gerader Rohre die Verbindung sehr kurz gehalten werden kann. Dies bedeutet außer einer Materialersparnis auch eine Einsparung an Flüssigkeitsmenge bei vorgegebenem Füllstand in den Behältern. Die Erfindung zeigt weiterhin, daß die Überwachung der erfindungsgemäßen Rohrverbindung auf Dichtheit und auch das Auswechseln einzelner Bauteile verhältnismäßig einfach ist. Die Kühlmittelmenge kann geringer als bei vergleichbaren Anlagen gehalten werden. Der Kompensator ist nur einer geringen Belastung ausgesetzt, da er von dem flüssigen Kühlmittel nicht benetzt wird.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung wird in kerntechnischen Anlagen gesehen. Sie kann jedoch mit Vorteil z. B. auch in der chemischen Industrie bei über Rohrleitungen miteinander verbundenen Behältern eingesetzt werden, die mit aggressiven Medien, wie z. B. Säuren gefüllt und dabei außerdem hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem die Spaltzone umschließenden Aufnahmebehälter, bei dem ein flüssiges Kühlmittel mittels Umwälzpumpen getrennt angeordneten Wärmeaustauschern zugeführt wird, wobei die das Kühlmittel führenden Verbindungsrohre zwischen Aufnahmebehälter und Wärmeaustauscherbehältern mit mindestens je einem, das Verbindungsrohr "und den betreffenden Behälter gasdicht miteinander verbindenden Wellrohrkompensator ausgestattet sind, und wobei wenigstens dieser Behälter nur teilweise mit Kühlmittel gefüllt ist, in das das Verbindungsrohr hineinragt, d a durch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (3, 4) oberhalb des Kühlmittelspiegels (9) mit Spiel durch die Wand dieses Behälters (2) hindurchgeführt ist, und daß das Verbindungsrohr innerhalb des Behälters mittels zweier Gelenkkompensatoren (19) geführt und mit seinem von oben, offen in die Flüssigkeit ragenden Ende an der Innenwand des Behälters (2) abgestützt ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das offen in die Flüssigkeit ragende Ende vom Ansaugstutzen einer Förderpumpe (18) gebildet wird, die an das Verbindungsrohr angeflanscht ist, und daß die Förderpumpe (18) starr an der Innenwand des Behälters (2) befestigt ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 mit einem konzentrischen Doppelrohr als Verbindungsrohr für die Zu- und Abfuhr der Flüssigkeit zu dem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Doppelrohr (3, 4) im Behälter (2) in Einzelrohre (11, 12, 13) verzweigt, wobei diese Einzelrohre in unterschiedlichen Höhen in der Behälterflüssigkeit münden.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (4) des Doppelrohres-bis in Bodennähe des Behälters (2) geführt ist und hier mit einer Förderpumpe (18) verbunden ist, während an das Innenrohr (3) ein Verteilerstück (12) mit mehreren Äustrittsstutzen (13) angeschlossen ist, die im Bereich des Flüssigkeitsspiegels (9) münden.

5. Kernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Behälterwand (2) das Doppelrohr (3,4) stützende Führungsteile (22,19,11 bzw. 23) angebracht sind.

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (2) mehrere an das Verbindungsrohr (4) angeflanschte, voneinander unabhängige Förderpumpen (18) angeordnet sind.

7. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) teilweise oder auf seiner vollen Länge exzentrisch im Außenrohr (4) gelagert ist.

8. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) auf der in den Aufnahmebehälter (1) mündenden Seite über einen Kompensator (42) an eine Innenleitschürze (5) angeschlossen ist, wobei die Innenleitschürze (5) in dem den Kompensator (42) überdeckenden Bereich mit Druckentlastungsbohrungen (41) versehen ist.

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem die Spaltzone umschließenden Aufnahmebehälter, bei dem ein flüssiges Kühlmittel mittels Umwälzpumpen getrennt angeordneten Wärmetauschern zugeführt wird, wobei die das Kühlmittel führenden Verbindungsrohre zwischen Aufnahmebehälter und Wärmeaustauscherbehältern mit mindestens je einem, das Verbindungsrohr und den betreffenden Behälter gasdicht miteinander verbindenden Wellrohrkompensator ausgestattet sind, und wobei wenigstens dieser Behälter nur teilweise mit Kühlmittel gefüllt ist, in das das Verbindungsrohr hineinragt.

Bei Kernreaktoranlageri mit getrennt angeordneten Wärmetauschern sollen die verbindenden Rohrleitungen, durch die das Kühlmittel von der Spaltzone in die Wärmetauscher und wieder zurück geleitet wird, so gestaltet sein, daß ein optimales Maß an Sicherheit gegen Leckagen und Rohrbrüche erreicht wird. Dies gilt insbesondere bei Anlagen, die mit aggressiven Medien wie flüssigem Metall oder einer Salzschmelze als Kühlmittel betrieben werden. -

Aus der DT-AS 1 224 416 ist ein gasgekühlter Kernreaktor bekannt. Bei dieser Reaktoranlage ist der Behälter für die Spaltzone mit den Wärmetauschern über je eine konzentrische Doppelrohrleitung verbunden, wobei das in der Spaltzone erhitzte Gas im Innenrohr und das im Wärmetauscher gekühlte Gas im Außenrohr geführt wird. Um die thermischen Ausdehnungen der Behälter und der Rohrleitungen auszugleichen, ist in der konzentrischen Leitung ein U-förmiger Krümmer vorgesehen.

Bei einer weiteren Anlage gemäß der GB-PS 789 482 sind zu dem selben Zweck in die Rohrleitungen mehrere Wellrohrkompensatoren eingebaut. Dadurch erreicht man zwar eine im Vergleich zu Rohrkrümmern kompaktere Bauweise, andererseits erhöht sich besonders bei Verwendung von flüssigen Metallen oder Salzschmelzen das Risiko gegen eventuell auftretende Leckagen.

Weiter ist aus der GB-PS 1 047 178 ein Kernreaktor mit einem die Spaltzone umschließenden Aufnahmebehälter bekannt. Bei diesem Rektor wird ein flüssiges Kühlmittel mittels Umwälzpumpen einem getrennt angeordneten Wärmetauscher zugeführt, wobei das das ,

Kühlmittel aus dem Aufnahmebehälter führende Ver- ' bindungsrohr mit einem Wellrohrkompensator ausgestattet ist und der Aufnahmebehälter nur teilweise mit Kühlmittel gefüllt ist. Das Verbindungsrohr ragt in die Kühlmittelflüssigkeit. Der Kühlmittelstutzen durchdringt jedoch nur die Wand eines Schutzbehälters, der selbst noch nicht mit Kühlmittel gefüllt ist. Das Kühlmittel befindet sich vielmehr in einem getrennten Behälter, an den der Kühlmittelstutzen fest angeschlossen ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat nun die Erfindung zur Aufgabe, einen Kernreaktor zu schaffen, bei dem die Verbindungselemente zwischen Spaltzone und Wärmeaustauschern besonders im Hinblick auf die Verwendung aggressiver Kühlmittel sehr hohen Sicherheitsanforderungen genügen, der aber trotzdem eine sehr raumsparende und mit einfachen, konstruktiven Mitteln zu verwirkliche Bauweise gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Kernreaktor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemaß darin, daß das Verbindungsrohr oberhalb des Kühlmittelspiegels mit Spiel durch die Wand dieses Behälters hindurchgeführt ist und daß das Verbindungsrohr innerhalb des Behälters mittels zweier Gelenk-