DE1564668B1

DE1564668B1 - Atomkernreaktor mit einem Druckgefäß

Info

Publication number: DE1564668B1
Application number: DE19661564668
Authority: DE
Inventors: John Winterthur Williams (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1966-07-14
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1970-09-24
Also published as: ES342960A1; GB1121430A; BE701159A; NL6612206A; CH459379A; US3509023A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Atomkernreaktor mit ■ Zugstangen am Deckel des Druckgefäßes aufgehängt, einem Druckgefäß, einem in demselben angeordneten Durch den Deckel ist eine in den Reaktorkern mün-Reaktorkern, welcher Spaltstoff- und/oder Regel- dende Zuführleitung für das Kühlmittel geführt, elemente enthaltende Rohre aufweist, und einer welche jedoch nicht durch das Gewicht des Reaktor-Fördereinrichtung für ein in die Rohre einzubringen- 5 kerns belastbar ist (britische Patentschrift 856 992). des und diese von oben nach unten durchströmendes Es ist auch bekannt, den Reaktorkern auf einem

gasförmiges Kühlmittel, wobei die Rohre oben aus Tragrost anzuordnen und diesen mittels Zugstangen dem Reaktorkern herausgeführt und in einem mit am Druckgefäß aufzuhängen (deutsche Auslegeder Wand des Druckgefäßes mindestens annähernd schrift 1133 840). Auch diese bekannten Anordnundicht verbundenen, etwa horizontalen Zwischenboden ίο gen weisen keine über den Gef äßquersehnitt yerteilverankert sind und der Reaktorkern an diesen Rohren ten Aufhängestellen auf. Da die Zugstangen nur entaufgehängt ist. Der Reaktorkern kann allein oder lang dem Umfang des Reaktorkerns an dessen Boden zusammen mit einem Wärmeübertrager im Druck- bzw. am Tragrost angreifen können, müssen diese gefäß angeordnet sein. Teile, welche bei von oben nach unten durehström-

Bei einem bekannten Atomkernreaktor der erwähn- 15 ten Reaktorkernen zudem im Bereich des heißen ten Art enthält der Reaktorkern einen an den Rohren Kühlmittels liegen, für eine entsprechend hohe Beaufgehängten Moderatortank, welcher über einer anspruchung ausgelegt werden.
Anzahl von Wärmeübertragern und einem dazwi- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

schenliegenden, vom Kühhnittel durchströmbaren Atomreaktorkern mit besonders günstig beanspruchbiologischen Abschirmboden in einem zylindrischen 20 ten Bauteilen zu schaffen; insbesondere soll die Betondruckgefäß angeordnet ist (französische Patent- Beanspruchung des Druckgefäßes durch den Innenschrift 1415 683). Die Rohre weisen unterhalb ihrer druck klein gehalten werden,
Aufhängestellen seitliche Eintrittsöffnungen für das Dies wird bei dem eingangs genannten Atomkernkalte Kühlmittel auf. Der Zwischenboden und der reaktor dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Abschirmboden sind an der Wand des Druckgefäßes 25 über dem Zwischenboden befindliche Raum mit der abgestützt. Der Reaktorkern und der Wärmeüber- Druckseite der Fördereinrichtung in Verbindung trager sind je von einem Mantel umgeben, der mit steht, daß die Öffnungen der Rohre für den Eintritt der Wand des Druckgefäßes einen ringförmigen des kalten Kühlmittels in diesem Raum angeordnet Raum bildet. Der obere Mantel steht auf dem Ab- oder mit ihm verbunden sind und daß der Zwischenschirmboden und endet unterhalb des Zwischen- 30 boden mittels Zugankern an der Decke des Druckbodens. Der untere Mantel steht auf dem Boden gefäßes aufgehängt ist.

des Druckgefäßes und endet an der Unterseite des Beim erfindungsgemäßen Atomkernreaktor ist der

Abschirmbodens, welcher mit die beiden Ringräume hohe Druck des in den Reaktorkern eintretenden verbindenden Öffnungen versehen ist. Kühlmittels nur in- dem relativ kleinen Raum über

Der untere Ringraum ist mit den Druckseiten von 35 dem Zwischenboden und — gegen das untere Ende in Bodennähe des Druckgefäßes angeordneten Um- der Rohre hin abnehmend — innerhalb der Rohre wälzgebläsen für das aus den Wärmeübertragern wirksam, während der größte Teil des Druckgefäßes austretende Kühlmittel verbunden, welches durch die unter dem wesentlich geringeren Druck des aus dem beiden Ringräume in den zwischen der Oberseite Reaktorkern bzw. einem darunterliegenden Wärmedes Reaktorkerns und dem Zwischenboden gebildeten 4° Übertrager austretenden Kühlmittels steht. Das Verteilraum geführt wird und dort in die Rohre Druckgefäß kann daher in diesem Bereich z. B. mit eintritt. wesentlich geringerer Wandstärke als bisher ausge-

B ei dieser bekannten Anordnung steht nahezu das führt werden. Ferner brauchen die durch das Gewicht ganze Druckgefäß — mit Ausnahme des über dem des Reaktorkerns auf Zug beanspruchten Rohre Zwischenboden liegenden Raumes — unter dem 45 unterhalb ihrer Aufhängestellen nicht durch seitliche vollen, durch die Umwälzgebläse erzeugten Druck, Eintrittsöffnungen für das Kühlmittel geschwächt zu mit welchem das Kühlmittel in den Reaktorkern werden.

eintritt. Dementsprechend muß der größte Teil der Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen AnWand des Druckgefäßes für diesen relativ großen Ordnung besteht darin, daß der Zwischenboden, und Druck von beispielsweise 100 bar dimensioniert 5<> damit auch das Druckgefäß, bei vergleichbar großem werden, was bei der Größe derartiger Druckgefäße Durchmesser des Druckgefäßes, mit geringerer Baueinen entsprechend großen baulichen Aufwand höhe als bisher ausgeführt werden kann, da die Zugerfordert, anker in den für die statische Beanspruchung des

Bei anderen Reaktortypen ist es bekannt, die Zwischenbodens günstigsten Abständen voneinander Rohre an einem das Druckgefäß verschließenden 55 angeordnet werden können. Auch kann die Wand Deckel aufzuhängen, welcher mit der Wand des des Druckgefäßes glatt, ohne Vorsprünge, ausgeführt Druckgefäßes fest (deutsche Auslegesehrift 1064159) werden.

oder durch eine elastische Dichtung verbunden ist Der Raum über dem Zwischenboden kann zur

(deutsche Patentschrift 1060 998). Bei diesen be- Aufnahme einer Stabwechseleinrichtung dienen, kannten Anordnungen sind die Reaktorkerne jedoch ^6o Durch die Aufhängung des Zwischenbodens an der nicht an den über den Gefäßquerschnitt verteilten Decke des Druckgefäßes wird diese — wie an sich Rohren, sondern je mit einem Haltekragen an der bekannt — teilweise entlastet, da die durch die Zug-Wand des Druckgefäßes aufgehängt. Infolge des anker eingeleiteten Kräfte den auf die Deckenpartie beachtlichen Gewichtes der Kernreaktoren müssen durch den Innendruck ausgeübten Kräften entgegendaher deren tragende Teile entsprechend stärker ⁶5 wirken. Bei der ernndungsgemäßen Anordnung ausgebildet werden. können jedoch die Zuganker nicht nur in den äuße-

Bei einem weiteren bekannten Reaktortyp ist der ren Bereichen der Decke, sondern, über den Gefäß-Reaktorkern mittels an seinem Boden angreifenden querschnitt verteilt, an den statisch günstigsten Stellen

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der Decke angebracht werden. Außerdem wird die Bund auf dem Trennboden abgestützt sein, wobei sie

Wirkung der Gewichte des Zwischenbodens und des durch den Überdruck dicht angepreßt und sicher in

Reaktorkernes noch dadurch verstärkt, daß im Raum ihrer Stellung gehalten werden,

unterhalb des Zwischenbodens ein kleinerer Druck Durch die Anordnung des Trennbodens kann sich

als im oberen Raum herrscht, 5 der darüberliegende Raum nach dem Abstellen des

Es braucht somit nur die den oberen Teilraum Reaktors rasch abkühlen, da ihm von unten keine umgebende Seitenwand entsprechend dem vollen Wärme zugeführt wird, während durch die Decke Druck des in den Reaktorkern eintretenden Kühl- des Druckgefäßes eine starke Wärmeabgabe nach mittels dimensioniert zu werden. Ein beispielsweise außen erfolgt. Dadurch kann die Raumtemperatur aus Stahlbeton bestehendes Druckgefäß mit in den io über dem Trennboden in kurzer Zeit von beispiels-Wänden in axialer Richtung verlaufenden Spann- weise 250° C auf 50 bis 100° C gesenkt werden. Dies kabeln, welche mit den Bewehrungen in der Decke ist besonders von Vorteil, wenn dieser Raum zur und im Boden des Druckgefäßes zusammenwirken Aufnahme einer Stabwechselmaschine dient, da er und entsprechend dem Innendruck des Druckgefäßes dadurch in vorteilhaft kurzer Zeit nach dem Abausgelegt sind, kann dadurch wesentlich verbilligt 15 stellen des Reaktors betreten werden kann,
werden. So können etwa, da kleinere Kräfte zu über- Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit tragen sind, gegenüber den bekannten Kernreaktor- einem Reaktorkern, der einen mit den Rohren veranlagen Spannkabel eingespart werden. bundenen Moderatortank enthält, ist der Mantel im

Schließlich erfährt die Decke durch die unter der Abstand von der Seitenwand des Moderatortanks

Betriebsbelastung infolge der Anordnung der ihre 20 angeordnet und mit dessen Unterteil durch eine,

Spannweite unterteilenden Zuganker eine geringere vorzugsweise bewegliche Dichtung verbunden.

Biegebeanspruchung, als wenn sie nur den im oberen Dadurch kann der Oberteil des Moderatortanks

Teilraum herrschenden Druck aufzunehmen hätte, von der Berührung mit heißem Kühlmittel geschützt

welcher über die ganze, zwischen den Wänden des werden; dem ihn umgebenden Raum kann z. B.

Druckgefäßes gebildete Spannweite auf die Decke 25 gekühltes Kühlmittel zugeführt werden. Auf diese

wirkt. Weise wird eine Erwärmung des Moderators von

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei außerhalb des Tanks her vermieden; die Wand und

einem Zwischenboden, der einen zentralen Teil und die Oberseite des Tanks können aus einem Material

einen mit diesem beweglich verbundenen peripheren ohne besondere wärmebeständige Eigenschaften be-

Teil aufweist, die Zuganker am zentralen Teil be- 30 stehen.

festigt. Dadurch kann sich der zentrale Teil, unab- Eine besonders geringe Beanspruchung der Wand hängig von der Stellung des an die Gefäßwand des Moderatortanks läßt sich dadurch erreichen, daß anliegenden peripheren Teiles, entsprechend den der Mantel dicht mit dem Zwischenboden verbunden Dehnungskräften einstellen und Verschiebungen in ist, daß aus dem über dem Zwischenboden befindhorizontaler Richtung ausführen. 35 liehen Raum eine Leitung für die Zufuhr von kaltem

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- Kühlmittel in den zwischen der Dichtung und dem

dung, mit einem den Reaktorkern umgebenden Zwischenboden befindlichen Raum geführt ist und

Mantel, welcher mit der Wand des Druckgefäßes daß die Leitung ein einstellbares Ventil zur Beein-

einen vom Kühlmittel durchströmbaren, im wesent- flussung des in diesem Raum herrschenden Druckes

liehen ringförmigen Raum begrenzt, ist der Mantel 40 enthält, welcher vorzugsweise etwa einem innerhalb

am Zwischenboden aufgehängt. Der Mantel kann des Moderatortanks herrschenden Druck angeglichen

sich dadurch ungehindert und in gleicher Richtung wird,

wie der Reaktorkern ausdehnen. Der Moderatortank kann daher besonders dünn-

Um die Wand des Druckgefäßes zu einem mög- wandig ausgeführt werden. Um ein Eindringen von liehst großen Teil einem relativ kleinen Innendruck 45 heißem Kühlmittel in den Raum oberhalb der Dichauszusetzen, ist nach einer weiteren Ausbildung der tung sicher zu verhindern, kann das Ventil so einErfindung der ringförmige Raum mit der Saugseite gestellt werden, daß der in diesem Raum herrschende der Fördereinrichtung verbunden. Dabei können die Druck etwas höher ist als der Druck des aus den Verbindungskanäle zwischen dem Ringraum bzw. Rohren austretenden heißen Kühlmittels. In diesem dem oberen Raum und der Fördereinrichtung in 50 Falle kann auch eine teildurchlässige Dichtung vereinem besonders kleinen, nur von der Konstruktion wendet werden.

der Fördereinrichtung abhängigen Abstand vonein- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine

ander beiderseits des Zwischenbodens angeordnet Regeleinrichtung vorgesehen, durch welche der Druck

sein, so daß geringe Strömungsverluste entstehen. innerhalb des Moderatortanks einem innerhalb eines

Bei einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung 55 der Rohre herrrschenden Druck angeglichen wird,

ist zwischen der Decke des Druckgefäßes und dem Dadurch wird eine zu starke Beanspruchung der

Zwischenboden ein etwa horizontaler Trennboden Rohre durch den Außendruck vermieden. Die Rohre

angeordnet, wobei die beiden von diesem Trenn- sind im wesentlichen nur durch den vom oberen

boden begrenzten Räume je mit der Druckseite der Ende gegen das untere Ende abnehmenden Innen-

Fördereinrichtung in Verbindung stehen. Dabei kann 60 druck und durch das Gewicht des daran aufgehäng-

in dem über dem Trennboden liegenden Raum ein ten Reaktorkernens beansprucht, so daß sie nicht

leichter Überdruck gegenüber dem zwischen dem eingebeult oder zusammengedrückt werden können.

Trennboden und dem Zwischenboden gebildeten Dadurch wird eine besonders geringe, für den Neu-

Raum erzeugt werden. Durch entsprechende Öffnun- tronenfluß vorteilhafte Wandstärke der Rohre erzielt,

gen des Trennbodens können z. B. strahlungshem- 65 Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit

mende, aus dem Raum unterhalb des Trennbodens einem unter dem Reaktorkern angeordneten, für die

durchströmbare Pfropfen lose in die Rohre eingesetzt Strömung des Kühlmittels durchlässigen biologischen

werden. Dabei können die Pfropfen etwa mit einem Abschirmboden ist der Abschirmboden an den

Rohren aufgehängt. Er kann daher besonders leicht Reaktorkerns 11 ausgebildet. Am Zwischenboden 5 ausgebildet sein, da er nur wenige, das Eigengewicht ist mittels Zugstangen 21 und Muttern 22 eine den tragende Teile erfordert. Er kann durch Wärme- Reaktorkern 11 umgebende biologische Wand 23 ausdehnung bedingte horizontale Verschiebungen befestigt, welche die seitliche Abstrahlung des Reakohne Widerstände leicht ausführen. Da dieser Ab- 5 torkerns 11 abschirmt. An den unteren Enden der schirmboden nicht, wie bei bekannten Anlagen, als Rohre 15 ist durch nicht dargestellte Mittel ein horiselbsttragende, den Gefäßquerschnitt überspannende zontaler biologischer Abschirmboden 24 befestigt, Bodenkonstruktion ausgebildet werden muß, brau- welcher mit abgewinkelten Bohrungen 25 versehen chen seine Abmessungen nur im Hinblick auf seine ist. Auf dem Abschirmboden 24 sind im Bereich der Strahlungshemmende Wirkung gewählt zu werden. io Rohre 15 Halter 29 angeordnet, deren obere Enden Der Abschirmboden kann daher eine entsprechend 30 als Trag- bzw. Auffangelemente für die Spaltgeringe Bauhöhe aufweisen. Er kann auch aus einzeln Stoffstäbe 16 ausgebildet sind. Von den Haltern 29 aufgehängten, losen Teilen bestehen, welche beispiels- ist in der F i g. 1 nur einer dargestellt, weise gegeneinander vertikal verschiebbar sind. Am festen Teil 8 des Zwischenbodens 5 ist durch

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in 15 nicht dargestellte Mittel ein den Reaktorkern 11 und der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh- die Wärmeübertrager 12 umgebender, frei hängender rungsbeispielen erläutert. Es zeigt zylindrischer Mantel 26 befestigt, welcher — dicht

F i g. 1 einen Atomkernreaktor in einem Längs- mit dem Zwischenboden 5 verbunden — bis an das schnitt, untere Ende der Wärmeübertrager 12 geführt ist und

F i g. 2 den Atomkernreaktor nach F i g. 1 in einer 20 über dem Boden 4 endet. Am unteren Ende des teilweise abgewandelten Ausführungsform und einer Moderatortanks 14 ist dessen Seitenwand über den stark vereinfachten Darstellung mit verschiedenen Boden 17 hinaus verlängert und mit einem Flansch hervorgehobenen Einzelheiten, 27 versehen, welcher über eine bewegliche Dichtung

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Druckvertei- 28 mit dem zylindrischen Mantel 26 verbunden ist. lung innerhalb des Atomkernreaktors nach F i g. 1 25 Diese ist als dichte Membrane ausgebildet, so daß und 2, ein die Seitenwand des Moderatortanks 14 umgeben-

F i g. 4 einen Atomkernreaktor in einer abgewan- der, nach oben durch den festen Teil 8 des Zwischendelten Ausführungsform. bodens 5 abgedichteter, geschlossener Raum 39 entin einem Druckgefäß 1 aus Beton mit kreisförmi- steht.

gern Querschnitt, gebildet aus einer Decke 2, einer 30 Oberhalb des Zwischenbodens 5 ist ein horizonzylindrischen Seitenwand 3 und einem Boden 4, ist taler Trennboden 31 angeordnet, welcher eine beein etwa horizontaler Zwischenboden 5 angeordnet. wegliche Dichtung 32 mit einem gegen die Seiten-Der Zwischenboden 5 enthält einen zentralen festen wand 3 des Druckgefäßes 1 anliegenden Teil enthält. Teil 8 und einen peripheren nachgiebigen Teil 9, Der Trennboden 31 ist mit Öffnungen 33 versehen, welcher als bewegliche Dichtung mit einem gegen 35 durch welche die Zugstangen 10 hindurchgeführt die Seitenwand 3 anliegenden Teil ausgebildet ist. sind. Er enthält auch Öffnungen 34, welche in einer Dadurch ist der Raum 6 oberhalb des Zwischen- Linie mit den im Zwischenboden 8 endenden Rohren bodens 5 von dem Raum 7 unterhalb desselben 15 liegen und welche Pfropfen 35 aus einem strahannähernd dicht getrennt. lungshemmenden Material aufnehmen. Diese reichen

Der feste Teil 8 des Zwischenbodens 5 ist an Zug- 40 in die Rohre 15 hinein und schirmen die nach oben stangen 10 aufgehängt, deren obere Enden gespreizt ._;, gerichtete Strahlung der Spaltstoffstäbe 16 ab. und in der Decke 2 des Druckgefäßes 1 verankert %' Die Pfropfen 35 bestehen je aus einem in die sind. Unterhalb des Zwischenbodens 5 sind ein Re- |f Rohre 15 einzuführenden, im wesentlichen zylinaktorkern und mehrere Wärmeübertrager 12 ange- /-· drischen Teil, der als sogenannter Wendelkörper 36 ordnet. Die Wärmeübertrager 12 ruhen auf einer 45 ausgebildet ist und an seinem oberen Ende einen Tragkonstruktion 13, welche auf dem Boden 4 Bund 40 enthält, mit dem der Pfropfen 35 auf dem steht. Trennboden 31 aufliegt. Der Durchmesser des

Der Reaktorkern 11 enthält einen mit flüssigem Wendelkörpers 36 ist etwas kleiner als der Innen-Moderator 50 gefüllten Tank 14 und Rohre 15 zur durchmesser des Rohres 15. Der zylindrische Teil Aufnahme von Spaltstoffstäben 16. Die Rohre 15 so weist eine in einer Schraubenlinie verlaufende Aussind mit dem Boden 17 des Moderatortanks 14 ver- nehmung auf. Der Querschnitt der Ausnehmung ist schweißt und mit dessen Decke 18 je über einen so gewählt, daß der in das Rohr 15 eingeführte Balg 19 verbunden, der einerseits am Rohr 15 und Wendelkörper 36 in jeder Höhenlage einen gleichen andererseits an der Decke 18 angeschweißt ist frei durchströmbaren Querschnitt aufweist, welcher (Fig. 2). Die Rohre 15 sind je innerhalb des Mode- 55 etwa halb so groß ist wie der freie Querschnitt des ratortanks 14 über dessen Höhe mit einem Wärme- Rohres 15. Da die freien Querschnitte des Wendelisolierungsrohr 37 ausgekleidet und durch den Boden körpers 36 in jeder Höhenlage gegeneinander um 17 und die Decke 18 hindurchgeführt. In der F i g. 1 dessen Längsachse verdreht sind, kann durch sie ist nur ein Wärmeisolierungsrohr 37 dargestellt. keine Strahlung auftreten.

Die unteren Enden der Rohre 15 sind mit seit- 60 Der zwischen dem Trennboden 31 und dem liehen Löchern 20 versehen. Die oberen Enden der Zwischenboden 5 befindliche Raum 6 dient als Ver-Rohre 15 durchdringen den festen Teil 8 des Zwi- teilraum für ein die Rohre 15 durchströmendes, gasschenbodens 5 und sind mit Flanschen 38 versehen. förmiges Kühlmittel, z. B. Helium oder CO₂. Der Diese sind im Zwischenboden 5 verankert, so daß das zwischen der Decke 2 und dem Trennboden 31 beGewicht des Moderatortanks 14 über die Rohre 15 65 findliche Raum dient als Stabwechselraum 41. Darin auf dem Zwischenboden 5 übertragen wird. ist an den Zugstangen 10 ein Ring 42 befestigt. Dieser

Der Zwischenboden 5 ist als biologische Schutz- verläuft außerhalb des Bereiches der den Zwischendecke gegen die nach oben gerichtete Strahlung des boden 5 durchdringenden Rohre 15 und bildet eine

Fahrbahn für Räder 43 eines Fahrgestelles, von dem nur ein Träger 44 dargestellt ist.

Auf den Trägern 44 ist ein mit Laufrolllen 45 versehener Tragrahmen 46 einer Stabwechselvorrichtung 47 fahrbar angeordnet. Diese enthält unter anderem ein teleskopartig ausgebildetes, in die Rohre 15 einführbares Rohr 48 und eine nicht dargestellte Einrichtung zum Ergreifen von Spaltstoffstäben 16 oder von Teilen derselben. Der Stabwechselraum 41 ist durch eine in der Decke 2 angeordnete Eintrittsöffnung 49 betretbar.

Zwischen der Seitenwand 3 des Druckgefäßes 1 und dem zylinrischen Mantel 26 ist ein nach oben durch den Zwischenboden 5 abgeschlossener, nach unten offener ringförmiger Raum 51 gebildet. Aus diesem führt ein mit kleinem Abstand unterhalb des Zwischenbodens 5 angeordneter Kanal 52 zum Einlaß (Saugseite) eines Umwälzgebläses 53. Dieses dient als Fördereinrichtung für das Kühlmittel und befindet sich in einer Aussparung der Seitenwand 3 und ist durch einen auf einer Konsole 54 der Seitenwand 3 befestigten Motor 55 angetrieben. Die Druckseite des Umwälzgebläses 53 ist durch einen Kanal 56 mit dem Verteilraum 6 und durch einen Kanal 57 mit dem Stabwechselraum 41 verbunden. Der Raum 39 über der Dichtung 28 ist durch eine nicht dargestellte, ein Regelorgan enthaltende Leitung mit einem außerhalb des Druckgefäßes 1 befindlichen, nicht dargestellten Raum verbunden.

Während des Betriebes findet im Reaktorkern 11 ein Kernspaltungsprozeß statt. Die dabei entstehende Wärme wird zum Teil auf das Kühlmittel übertragen, welches in einem Kreislauf den Reaktorkern 11 und die Wärmeübertrager 12 durchströmt. Der Kühlmittelkreislauf wird in dem Druckgefäß 1 durch das Umwälzgebläse 53 aufrechterhalten.

Von der Förderseite (Druckseite) des Umwälzgebläses 53 wird ein Teil des Kühlmittels durch den Kanal 57 dem Stabwechselraum 41 und ein Teil durch den Kanal 56 dem Verteilraum 6 zugeführt. Aus dem Verteilraum 6 gelangt das Kühlmittel durch die freien Querschnitte der Wendelkörper 36 in die Rohre 15, durchströmt diese und tritt durch die seitlichen Löcher 20 der Rohre aus. Beim Durchströmen der Rohre 15 nimmt das Kühlmittel einen Teil der beim Kernspaltungsprozeß frei werdenden Wärme auf, so daß das Kühlmittel am unteren Ende der Rohre 15 eine um etwa 200 bis 300° C höhere Temperatur als am oberen Ende aufweist.

Das aus den seitlichen Löchern 20 der Rohre 15 austretende, erwärmte Kühlmittel wird durch die Bohrungen 25 des biologischen Abschirmbodens 24 hindurchgeführt und gelangt in die als Verdampfer ausgebildeten Wärmeübertrager 12. Da die Bohrungen 25 abgewickelt sind, kann durch sie keine schädliche Strahlung nach unten austreten. Bei der Durchströmung der Wärmeübertrager 12 wird die Wärme des Kühlmittels an ein wärmeaufnehmendes Medium übertragen, welches in nicht dargestellten, innerhalb der Wärmeübertrager 12 verlegten Rohren geführt ist. Das erwärmte wärmeaufnehmende Medium wird durch nicht dargestellte Rohrleitungen aus dem Druckgefäß 1 hinaus und einem Wärmeverbraucher, z. B. einer Dampfturbine, zugeführt.

Das in den Wärmeübertragern 12 abgekühlte Kühlmedium gelangt in den von der Tragkonstruktion 13 gebildeten Raum und wird durch einen zwischen dem unteren Ende des zylindrischen Mantels 26 und dem Boden 4 gebildeten ringförmigen Spalt in den ringförmigen Raum 51 geführt. Dieser wird in seiner ganzen Höhe von dem gekühlten Kühlmittel durchströmt. Anschließend gelangt das Kühlmittel durch den Kanal 52 zum Einlaß des Umwälzgebläses 53, von wo es durch den Kanal 56 in den Verteilraum 6 zu einem weiteren Kreislauf und durch den Kanal 57 in den Stabwechselraum 41 geführt wird.
Der Kanal 56 ist so ausgebildet, daß er einen

ίο größeren Strömungswiderstand und damit einen größeren Druckabfall als der Kanal 57 aufweist. Dadurch entsteht im Stabwechselraum 41 ein größerer Druck als im Verteilraum 6, so daß durch die eventuell ungenügend abgedichteten Öffnungen 33 und 35 im Trennboden 31 ein Gasübertritt nur aus dem Stabwechselraum 41 in den Verteilraum 6, jedoch nicht umgekehrt, erfolgen kann.

Die Druckverteilung innerhalb des Druckgefäßes 1 ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt. In der F i g. 2 ist der Einfachheit halber nur ein Rohr 61 gezeigt, dessen oberes Ende als Flansch 38' mit einer kugeligen Unterseite 62 ausgebildet ist. Diese ruht in einer entsprechend ausgebildeten, im Zwischenboden 5 befindlichen Auflagefläche. Die das Rohr 61 umgebende Öffnung im Zwischenboden 5 ist nach unten kegelförmig erweitert, so daß das Rohr 61 eine Pendelbewegung infolge eventueller horizontaler Verschiebungen des Moderatortanks 14 ausführen kann. Das untere Ende des Rohres 51 ist in den Boden 17 des Moderatortanks 14 bündig eingeschweißt. Der biologische Abschirmboden 24 ist durch nicht dargestellte Haltebügel am unteren Ende der Rohre 61 befestigt. Der untere äußere Rand des Moderatortanks 14 ist mit einem Dichtungselement 63 verbunden, welches mit einem mit dem zylindrischen Mantel 26 verbundenen Dichtungselement 64 zusammenwirkt und mit diesem eine Labyrinthdichtung 65 bildet. Die Labyrinthdichtung 65 ist im Gegensatz zu der als dichte Membrane ausgebildeten entsprechenden Dichtung 28 (F i g. 1) so ausgeführt, daß ein Druckausgleich von dem Raum 39' oberhalb der Labyrinthdichtung 65 in den Raum unterhalb davon erfolgen kann. Der Raum 39' ist mit dem Verteilraum 6 durch eine durch den Zwischenboden 5 hindurchgeführte Leitung 67 verbunden, welche im Verteilraum 6 ein Einstellventil 68 enthält.

In der F i g. 2 ist die seitliche biologische Wand 21 nicht, der untere biologische Abschirmboden 24 nur teilweise dargestellt. Die in dem Stabwechselraum 41 angeordnete Stabwechseleinrichtung 47 wurde der Einfachheit halber weggelassen. Ebenso sind die im Trennboden 31' befindlichen Durchtrittsöffnungen 33, 34 für die Zuganker 10 und die Pfropfen 35 (Fig. 1) nicht dargestellt. In der schematischen Darstellung ist die Summe der durch die Durchtrittsöffnungen 33, 34 gebildeten Undichtheiten durch eine Öffnung 66 veranschaulicht.

An die Decke 18 des Moderatortanks 14 ist eine Rohrleitung 71 angeschlossen, welche durch den Zwischenboden 5 und die Seitenwand 3 zur Saugseite einer außerhalb des Druckgefäßes 1 befindlichen Pumpe 72 geführt ist. Deren Förderseite ist mit einem Kühler 73 verbunden, welcher von einem wärmeaufnehmenden Medium durchströmte Rohre 74 enthält. Vom Kühler 73 ist eine Rohrleitung 75 durch die Seitenwand 3 und den Zwischenboden 5 des Druckgefäßes 1 und durch die Decke 18 des Moderatortanks 14 bis nahe an dessen Boden 17 geführt.

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An die Rohrleitung 71 sind zwei Leitungen 76, 77 höher ist als der Druck P₄ im Raum unter der Dichim Sinne der Saugrichtung der Pumpe 72 hinterein- tung 65. Da die Labyrinthdichtung 65 einen Druckander angeschlossen. Die erste Leitung 76 ist von der ausgleich zwischen den Drücken P₃ und P₄ ermög-Rohrleitung 71 in ein Ausgleichsgefäß 78 geführt licht, wird durch das Ventil 68 ständig eine ent- und enthält ein Ventil 79 und eine diesem nachge- 5 sprechend kleine Kühlmittehnenge dem Raum 39' schaltete Moderatoraufbereitungsanlage 80. Die an- zugeführt, so daß der leichte Überdruck von etwa dere, der Pumpe 72 nähere Leitung 77 ist aus dem 0,2 bar im Raum 39' erhalten bleibt.
Ausgleichsgefäß 78 herausgeführt und enthält eine in Bei der Anlage nach F i g. 1 mit der undurchdie Rohrleitung 71 fördernde Pumpe 81 sowie ein lässigen Dichtung 28 wird der Druck P₃ im Raum 39 dieser nachgeschaltetes Ventil 82. io durch ein außerhalb des Druckgefäßes 1 angeord-

Das Ventil 79 ist mit einem nicht dargestellten netes, nicht dargestelltes Regelorgan beeinflußt. Eine VersteUmechanismus versehen, welcher über eine ständige Zufuhr von Kühlmittel ist nicht erforder-Regelstange 83 mit einer beweglichen Membrane 84 Hch, sondern der Druck P₃ wird entsprechend dem eines Druckvergleichsgerätes 85 verbunden ist. Dieses Druck P₄ durch nicht dargestellte, bekannte Regelweist ein durch die Membrane 84 unterteiltes Ge- 15 einrichtungen eingestellt.

häuse 94 auf, in dem die Regelstange 83 verschieb- Durch die Rohrleitung 71 wird über die Pumpe 72

bar geführt ist. flüssiger Moderator 50 in den Kühler 73 geführt.

An der Regelstange 83 ist ein Arm eines zwei- Nach dessen Durchströmung und Wärmeabgabe an

armigen Hebels 86 angelenkt, welcher auf einem an die Rohre 74 wird der nunmehr gekühlte Moderator

einer ortsfesten Lasche 87 befestigten Zapfen 88 ao 50 durch die Rohrleitung 75 in den Moderatortank

drehbar gelagert ist. Der zweite Hebelarm des Hebels 14 zurückgeführt. Durch diesen Kühlkreislauf wird

86 ist an einer Regelstange 89 angelenkt, welche mit die Temperatur des Moderators 50 im wesentlichen

einem nicht dargestellten Verstellmechanismus des konstant gehalten.

Ventils 82 verbunden ist. Der Flüssigkeitsdruck im Moderatortank 14 ist so

Durch die Membrane 84 sind zwei voneinander 25 gewählt, daß der etwa in halber Höhe des Modegetrennte Teilräume 90, 91 gebildet. Der Teilraum 90 ratortanks 14 herrschende Druck P₅ einem Innenist über eine Leitung 92 mit dem Innenraum des druck des Rohres 61, nahe dessen unterem Ende, Rohres 61 verbunden. Die Leitung 92 ist durch die und damit ungefähr dem Druck P₃ des Raumes 39' Seitenwand 3 und den Zwischenboden 5 sowie durch entspricht. Die Drücke P₀ und P₁₁ sind um die stadie Seitenwand des Moderatortanks 14 und die Wand 30 tischen Höhen vom Druck P₅ verschieden,
des Rohres 61 hindurchgeführt. Während des Betriebes wird der Flüssigkeitsdruck

Der Teilraum 91 ist über eine Leitung 93 mit dem P₅ ständig dem Innendruck des mit dem Druckver-

Innern des Moderatortanks 14 verbunden. Die Lei- gleichsgerät 85 verbunden Rohres 61 angepaßt. Wenn

rung 93 ist durch die Seitenwand 3 und den Zwischen- der Innendruck auf der Höhe der Verbindungsstelle

boden 5 sowie durch die Decke 18 des Moderator- 35 zwischen dem Rohr 61 und der Leitung 92 gleich

tanks 14 hindurch und in diesen hineingeführt und groß ist wie der Druck P₅, ruht die Membrane 84

endet etwa auf halber Höhe des Moderatortanks 14. im Druckvergleichsgerät 85 in einer Mittelstellung.

In der Skala nach Fig. 3 sind innerhalb eines Die Ventile79, 82 in den Leitungen 76, 77 sind ge-

Bereiches von 85 bis 101 bar eine Anzahl von im schlossen, die Pumpe 81 fördert nicht.

Atomkernreaktor herrschenden Drücken aufgetragen. 40 Sinkt der Innendruck des Rohres 61 gegenüber

Durch das Umwälzgebläse 53 wird in den Stab- dem Druck P₅, wird die Membrane 84 angehoben,

wechselraum 41 und in den Verteilraum 6, wie be- Durch die mitangehobene Regelstange 83 und nicht

schrieben, das Kühlmittel eingeführt, wobei im Stab- dargestellte Verstelleinrichtungen wird das Ventil 79

wechselraum 41 ein Druck P₁ erzeugt wird, welcher geöffnet, so daß Moderatorflüssigkeit 50 durch die

um etwa 0,2 bar höher ist als der Druck P₂ = 100 bar 45 Leitung 76 über die Moderatoraufbereitungsanlage

im Verteilraum 6. Durch die den Undichtheiten der 80 in das Ausgleichsgefäß 78 abgelassen wird.

Trennwand 3Γ entsprechende Öffnung 66 erfolgt ein Die Regelstange 89 des Ventils 82 wird entspre-

ständiger Übertritt einer kleinen Kühlmittehnenge chend der Aufwärtsbewegung der Regelstange 83

aus dem Stabwechselraum 41 in den Verteilraum 6. über den Hebel 86 abgesenkt. Das geschlossene

Der Druck P₂ des im Verteilraum 6 befindlichen, 50 Ventil 82 wird dadurch nicht beeinflußt. Sobald relativ kalten Kühlmittels wird bei der Strömung genügend Moderator 50 abgelassen ist, so daß der durch die Rohre 61, insbesondere bei der Umströ- Innendruck des Rohres und der Druck P₅ gleich mung der Spaltstoffstäbe 16, verringert, so daß das sind, wird die Membrane 84 in ihre normale mittlere aus dem Rohr 61 austretende, um 200 bis 300⁰C Stellung zurückgeführt. Dadurch wird die Regelerwärmte Kühlmittel einen Druck P₄ = 92 bar auf- 55 stange 83 entsprechend abgesenkt und das Ventil 79 weist. geschlossen.

Während der Durchströmung der Wärmeüber- Wenn umgekehrt der Innendruck des Rohres 61

trager 12 erfolgt im Kühlmittel eine weitere Ver- an dessen Verbindungsstelle mit der Leitung 92

ringerung des Druckes, so daß das Kühlmittel nach größer wird als der Druck P₅, wird die Membrane

dem Austritt aus den Wärmeübertragern 12 im ring- 60 84 im Vergleichsgerät 85 abgesenkt. Die damit ver-

förmigen Raum 51 den niedrigsten Druck P₆ = 88 bar bundene Regelstange 83 wird abwärts bewegt, wobei

aufweist, mit dem es vom Umwälzgebläse 53 ange- das geschlossene Ventil 79 in der Leitung 76 unbe-

saugt wird. einflußt bleibt. Die Regelstange 89 wird über den

Durch das Ventil 68 und die Leitung 67 gelangt Hebel 86 angehoben und dadurch über nicht daraus dem Verteilraum 6 gekühltes Kühlmittel in den 65 gestellte Verstelleinrichtungen das Ventil 82 geöffnet. Raum 39' über der Labyrinthdichtung 65. Dabei ist Gleichzeitig wird der Antrieb der Pumpe 81 durch das Ventil 68 so eingestellt, daß im Raum 39' ein ein Regelsignal beeinflußt, so daß die Pumpe 81 Druck P₃ herrscht, welcher um wenig (etwa 0,2 bar) Moderator 50 aus dem Ausgleichsgefäß 78 über das

geöffnete Ventil 82 und die Leitung 77 in die Rohrleitung 71 fördert. Dies geschieht so lange, bis der Innendruck des Rohres 61 und der Druck P₅ gleich groß sind und die Membrane 84 in ihre mittlere Stellung zurückgeführt wird. Infolge der dadurch hervorgerufenen Aufwärtsbewegung der Regelstange 83 wird die Regelstange 89 über den Hebel 86 abwärts bewegt, bis das Ventil 82 geschlossen und der Antrieb für die Pumpe 81 abgestellt ist.

Beim Atomkernreaktor nach Fig. 4 enthält ein Zwischenboden 101 einen zentralen festen Teil 102 und einen peripheren nachgiebigen Teil 103, wobei der zentrale Teil 102 mit einem Trennboden 105 durch eine einen Verteilraum 108 umschließende Seitenwand 104 verbunden ist.

Der periphere Teil 103 des Zwischenbodens 101 ist zwischen dem Trennboden 105 und dem festen Teil 102 des Zwischenbodens 101 an der Seitenwand 104 befestigt und liegt gegen eine wärmeisolierende Auskleidungsschicht 106 der Wand 3 des Druckgefäßesl an. Auf diese Weise ist nur eine mit der Wand 3 zusammenwirkende Dichtung erforderlich. Die Druckseite des Umwälzgebläses 53 ist durch den Kanal 57 mit dem Stabwechselraum 41 und einer Leitung 107 verbunden, welche durch den Trennboden 105 in den Verteilraum 108 geführt ist.

Bei einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann ein Umwälzgebläse in dem Stabwechselraum 41 angeordnet sein, wobei dessen Einlaß durch eine den Trennboden 105 und die Seitenwand 104 durchdringende Leitung mit dem ringförmigen Raum 51 verbunden ist. Das Umwälzgebläse 53 fördert dann teils direkt in den Stabwechselraum 41 und teils durch eine den Trennboden durchdringende Leitung in den Verteilraum 108. Dadurch kann eine Schwächung der Seitenwand 3 des Druckgefäßes 1 durch darin verlegte Kanäle vermieden werden.

Es können in dem Stabwechselraum 41 auch mehrere Umwälzgebläse angeordnet sein, welche so klein gehalten sind, daß deren Ein- und Ausbau beispielsweise durch nicht gezeichnete Stabzuführöffnungen erfolgen kann.

Durch den Zwischenboden wird im Druckgefäß ein Raum mit relativ tiefer Temperatur abgeteilt. Die in diesem Raum befindlichen tragenden Teile sind sicher vor der Berührung mit heißen Gasen geschützt. Die Verankerung der Rohre im Zwischenboden ermöglicht eine raumsparende Ausnutzung des Innenraumes des Druckgefäßes durch die Verbindung der tragenden Teile mit den strahlungs- und wärmeisolierenden Teilen. Bei der Ausbildung des Zwischenbodens 5 als biologische Schutzdecke gegen die nach oben gerichtete Strahlung des Reaktorkernes kann die dafür erforderliche Wanddicke gut innerhalb der durch die statische Beanspruchung erforderlichen Bauhöhe des Zwischenbodens untergebracht werden.

Die Rohre können auch an der Unterseite des Zwischenbodens enden und mit im Zwischenboden befindlichen Eintrittsöffnungen verbunden sein.

Durch die auf dem biologischen Abschirmboden angeordneten Stützeinrichtungen für die Spaltstoff- bzw. Regelelemente muß die Fallenergie eines eventuell herunterfallenden Elementes nicht allein von dem umgebenden Rohr aufgenommen werden, sondem sie wird über den Abschirmboden auf mehrere Rohre verteilt. Im Falle eines aus losen Teilen bestehenden Abschirmbodens wird die Fallenergie eines fallenden Elementes durch die wesentlich größere Masse des am entsprechenden Rohr hängenden Teiles aufgenommen, ohne daß dieses Rohr zu stark beansprucht wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor mit einem Druckgefäß, einem in demselben angeordneten Reaktorkern, welcher Spaltstoff- und/oder Regelelemente enthaltende Rohre aufweist, und einer Fördereinrichtung für ein in die Rohre einzubringendes und diese von oben nach unten durchströmendes gasförmiges Kühlmittel, wobei die Rohre oben aus dem Reaktorkern herausgeführt und in einem mit der Wand des Druckgefäßes mindestens annähernd dicht verbundenen, etwa horizontalen Zwischenboden verankert sind und der Reaktorkern an diesen Rohren aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der über dem Zwischenboden (5, 101) befindliche Raum (6, 108) mit der Druckseite der Fördereinrichtung (53) in Verbindung steht, daß die Öffnungen der Rohre (15, 61) für den Eintritt des kalten Kühlmittels in diesem Raum (6, 108) angeordnet oder mit ihm verbunden sind und daß der Zwischenboden (5, 101) mittels Zugankern (10) an der Decke (2) des Druckgefäßes (1) aufgehängt ist.

2. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dessen Zwischenboden einen zentralen Teil und einen mit diesem beweglich verbundenen peripheren Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (10) am zentralen Teil (8,102) befestigt sind.

3. Atomkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, mit einem den Reaktorkern umgebenden Mantel, welcher mit der Wand des Druckgefäßes einen vom Kühlmittel durchströmbaren, im wesentlichen ringförmigen Raum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (26) am Zwischenboden (5, 101) aufgehängt ist.

4. Atomkernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (51) mit der Saugseite der Fördereinrichtung (53) in Verbindung steht.

5. Atomkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Decke (2) des Druckgefäßes (1) und dem Zwischenboden (5, 101) ein etwa horizontaler Trennboden (31, 31'; 105) angeordnet ist und daß die beiden von diesem Trennboden (31, 31'; 105) begrenzten Räume (6, 41; 108) je mit der Druckseite der Fördereinrichtung (53) in Verbindung stehen.

6. Atomkernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dessen Reaktorkern einen mit den Rohren verbundenen Moderatortank enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (26) im Abstand von der Seitenwand des Moderatortanks (14) angeordnet und mit dessen Unterteil durch eine vorzugsweise bewegliche Dichtung (28, 65) verbunden ist.

7. Atomkernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (26) dicht mit dem Zwischenboden (5) verbunden ist, daß aus dem über dem Zwischenboden (5) befindlichen Raum (6) eine Leitung (67) für die Zufuhr von kaltem Kühlmittel in den zwischen der Dichtung

(28, 35) und dem Zwischenboden befindlichen Raum (39) geführt ist und daß die Leitung (67) ein einstellbares Ventil (68) zur Beeinflussung des in diesem Raum (39) herrschenden Druckes (P₃) enthält, welcher vorzugsweise etwa einem innerhalb des Moderatortanks (14) herrschenden Druck (P₅) angeglichen wird.

8. Atomkernreaktor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (83, 85, 86, 89), durch welche der Druck (P₅) innerhalb des

Moderatortanks (14) einem innerhalb eines der Rohre (15, 61) herrschenden Druck angeglichen wird.

9. Atomkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem unter dem Reaktorkern angeordneten, für die Strömung des Kühlmittels durchlässigen biologischen Abschirmboden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmboden (24) an den Rohren (15, 61) aufgehängt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen