DE1614936A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, insbesondere einen gasgekühlten Kernreaktor mit einem Druckbehälter aus Spannbeton.

Reaktordruckgefäße aus Spannbeton haben den Torteil geringer Kosten und hoher Explosionssicherheit, da zunächst Leckstellen oder kleinere Hisse auftreten, die au einem Druckabfall führen und nach kurzer Zeit ein Ausgleich durch die im
Beton eingebetteten Spannelemente eintreten kann«, Der Aufbau ist einfacher zu bewerkstelligen als der ein Verschweißen
starker Stahlplatten erforderlich machender Metalldruckbehälter. Besonders günstig sind Reaktordruckgefäße, die den
gesamten Primärkreis enthalten, da hier äußere Rohrleitungen entbehrlich werden, ferner dient der Spannbeton gleichzeitig als Strahlungsschutz und Abschirmung.

Infolge der Aufnahme der Dampfgeneratoren in das Druckgefäß, haben diese jedoch den Nachteil schwerer Zugänglichkeit der
Generatoren, so daß anfallende Reparaturen besonders schwierig sind. Eine Reparatur im Druckgefäß selbst scheidet wegen des

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geringen zur Verfügung stehenden Raums meist aus. Ferner werden infolge der hohen Dampfbetriebstemperaturen die Trag- und Stützelemente usw. im Innern des Druckgefäßes besondere beansprucht.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen gasgekühlten Kernreaktor mit einem den gesamten Primärkreislauf enthaltenden Reaktordruckgefäß aus Spannbeton zu schaffen, der unter Beibehaltung der Vorteile der Spannbetonbauweise und optimaler hoher Betriebstemperaturen bei der Dampferzeugung ohne zusätzliche Kühlung die Tragelemente für Core und Dampfgeneratoren besonders wirksam kühlt und ferner so ausgebildet ist, daß die Dampfgeneratoreneinheiten ohne Beeinträchtigung der Stabilität und des strukturellen Aufbaus des Reaktors leicht ausgewechselt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im oberen Teil des gasgekühlten Kernreaktors mit einem den gesamten Primärkreis enthaltenden Druckgefäß aus Spannbeton der Core und in dessen unterem Teil die als einzelne Baueinheiten ausgebildeten Dampfgeneratoren über einem hermetisch verschließbaren Durchgang auswechselbar angeordnet sind und das Kühlmittel im Rückfluß die Tragelemente für den Core kühlt.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Die Figur 1 den erfindungsgemäßen Kernreaktor im Längsschnitt und zum Teil schematisch jf

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tie Figur 2 den Kernreaktor der Figur 1 aufgeschnitten und perspektivisch}

die Figur 3 die vergrößerte Detailansicht eines Teils des Kernreaktors gemäß Figur 2.

Das Reaktordruckgefäß besteht aus Spannbeton mit beispielsweise hexagonalem Querschnitt und den oberen und unteren Abschlußwänden 12 bzw. 13 mit flacher Außenfläche und bildet eine eeakrecht angeordnete, mit einer Innenauskleidung aus rostfreiem Stahl 23 versehene Kammer 14 mit dem oberen Teil und dem unteren Teil 16. Das Gefäß hat eine rippenförmige Oberfläche 22 und ist auf einem kreisförmigen Fundament 25 befestigt, das aber auch einstückig mit dem Gefäß ausgebildet sein kann. Im oberen Teil befindet sich der Core 17 und Ih unteren eine Reihe von Dampfgeneratoren 18. Fenner sind Umlaufmittel zum Durchsatz des Kühlmittels durch den Gore und die Dampfgeneratoren vorgesehen. In der unteren Abschlußwand befindet sieh ein für den Ein- und Ausbau der Dampfgeneratoreneinheiten bestimmter, normalerweise mit dem Stöpsel 21 hermetisch verschlossener Durchlaß 19.

Der im oberen Reaktorteil von dem Reflektor 24 umschlossene Core 17 kann beliebiger Bauart sein, ist günstigerweise aber in der weiter unten beschriebenen Weise ausgebildet und ist derart im Abstand zur oberen Abschlußwand 12 und den Seitenwänden der Kammer 14 abgestützt, daß er vom Kühlmittel umspült wird. Ferner ist der Core so ausgebildet, daß das gasförmige Wärmeaustauschmittel durch ihn hindurchtreten kann.

Die im unteren Teil 16 der Kammer 14 nebeneinander angeordneten

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Dampfgeneratoren sind nach Art selbständiger Bausteine austauschbar ausgebildet und enthalten z.B. die Rohre 29 mit einem Verdampferteil, einem Überhitzerteil und einem Vorwärmteil. Jede Generatoreinheit ist mit einem das aus dem Core tretende Gas über das Rohrsystem leitenden zylindrischen Mantel 26 umgeben. Die Abmessungen der Generatoreinheiten werden zweekmäßigerweise so gehalten, daß ein leichter Ein- und Ausbau über den möglichst nicht zu großen Durchlaß 1.9 möglich ist, andererseits ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Ihre Anzahl richtet sich nach dem im Hinblick auf die Reaktorkapazität in der Kammer H verfügbaren Raum.

Für die Zuführung des Speisewassers und zur Dampfentnahme für den Turbinenantrieb sind die erforderlichen.leitungen durch je einen Durchlaß 27 mit der Auskleidung und Abdichtung 28 geführt. Der in den unteren Reaktorteil 16 führende Durchlaß 19 wird mögliehst klein gehalten, um die meechanische Stabilität des Druckgefäßes nicht zu beeinträchtigen und ist gerade groß genug, um ti© d@n@ratoreneinheiten 18 durchzulassen. Der Aue» taußöh der sueelssäßig an Flanschen lösbar befestigten Generatoren k&ffii mit <β1ά®β geeigneten Manipulator erfolgen, der die Befestigung löst eM die liaiieit anhebt _s zum Durchlaß hin ssitliGß ν ©rs eli±@M laai Ιεεό& fiiese entfernt oder zws. Einbau des uiag©ksii3?"ö@n forgcsig "bmiistt _e Dabei feaim es erforderlich

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3in- oder zweistufige Achsialkompressoren zum Einsatz, die sich durch hohen Wirkungsgrad, Kompaktbauweise und gute Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Betriebsbedingungen auszeichnen. Zur Dekontaminierung des Kühlmitteln kann ein nicht näher dargestelltes Reinigungssystem vorgesehen sein. I¹Ur jeden der etwas näher an der Wand der Kammer 14 als die Dampfgeneratoren angeordneten Gaskompressoren ist ein normalerweise mit dem Stöpsel 33 hermetisch verschlossener Durchlaß 32 vorgesehen, für den Kompresgorantrieb sind die Dampfleitungen durch den Stöpsel 33 geführt.

Eine günstige Ausgestaltung des Gore 17, der an sieh beliebiger Bauart sein kann, ist in den Mguren 2 und 3 gezeigt. Äer zylindrische Core, mit einem seine Bauhöhe .leicht übersteigenden Durchmesser besteht aus einer Yielsahl von aus getrennten hexagonalen Brennstoffblocken 34 aufgebauten, in Dreiecksform zugeordneten Säulen. Die Brennstoffblöcke bestehen aus gepresstem Graphit, in das die Brennstäbe eingebettet sind, durch die Längskanäle 38 so geführt sind, daß beim Aufeinanderschichten der Blöcke mehrere, die einzelnen Säulen durchziehende Längskanäle für den Kühlmitteldurehfluß gebildet werden.

In einigen Säulen sind darüberhinaus zusätzliche Längskanäle 39 zum Einschieben von Regjlstäben vorgesehen, deren Antrieb zweckmäßigerweise in den Durchlässen 41 an der oberen Abschlußwand 12 des Druckgefäßes angebracht ist. Durch die normalerweise hermetisch verschlossenen Durchlässe kann der Core mit neuem Brennstoff versorgt werden. Die relativ zu den Blöcken beanaehbarter Säulen, achsial nach unten versetzten

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und damit gegen Verschiebung gesicherten Blöcke jeder Säule werden weiterhin durch die auf jedem Block befindlichen und in eine entsprechende Ausnehmung des jeweils benachbarten oberen Blockes eingreifende Stifte 35 in Lage gehalten, so daß der freie Querschnitt der Längskanäle erhalten bleibt. I¹Ur die Einführung des Brennstoffmanipulators besitzen die Blöcke die Zentralbohrung 40.

Der den Core 17 umgebende Reflektor 24 besteht aus Grraphitblöcken 43, deren Aufbau dem der Blöcke 34 entspricht und die ebenfalls zu ober- und unterhalb der Brennstoffsäulen sich erstreckenden je zwei Säulengruppen übereinandergesehichtet sind. Durch die Arretiermittel 36, 37 wird eine Verschiebung der Blöcke verhindert. Durch entsprechende Bohrungen werden die längskanäle ober- und unterhalb des Sore fortgesetzt. Zum Ausgleich der achsialen Versetzung der Coreblöcke ist die Bauhöhe der Reflektorblöcke verschieden. Zusätzlich sind an den Seiten des Core noch zwei Seihen Reflektorsäulen aufgebaut. Der äußerste Teil des Reflektors besteht aus mehreren Reihen von Säulen, die ebenfalls aus G-raphitblÖcken 43 erheblich größere/Abmessung aufgebaut sind. Auf der größeren Außenfläche sind diese größeren Blöcke zur Bildung der gewünschten Zylinderform gebogen, während die kleinere Innenfläche der jeweils eng anliegenden Außenfläche der kleineren

Reflektorblöcke angepasst ist. Die Brennstoffsäulen 34 sind ferner mit einer Decklage aus Reflektorblöcken 70 abgedeckt, durch die ebenfalls die längskanäle 38 geführt sind und die ihrerseits oben durch die Metallkappen 53 abgedeckt werden, wobei zwischen der Oberfläche der Blöcke und der Kappe am Auslaßende der Kaaäle <3§ /ftia Jlßhlraum gebildet wird. Die

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Kappen auf den Mit den Kanälen für die Regelstäbe 39 versehenen Säulen bilden eine kreisförmige Öffnung 56, in die eine EegelTorriehtung 45 für den Kühlmittelfluß duroh diese Öffnung eingebracht werden kaim₉ während die Seitenwände alt den öffnungen 56 in Varbia&mag stehende Saiamelräume 54 bilden· iediglich Sie äuisröB. SluX©a 44' haben keine Kappen. Jede Kappe 53 hat eine Mitt©lfe®tarag 57 ₈ die &ur©h die Leitungen 58 ait ä&T öffamag 75 für Sie Einführung eines

Hdflektorblöcke ist₀

sieben Säulen wenden vöb ©iaea der h@sagoaal©n Sraphit-

46 getragen^ ii@ imsefe ÄTietierislttel 47 ₉ 4B^- sowie Poei'fei@alQ^!aag@stifi3© 49 ia Ssge gelaalten we?äea. ßemäS Figur 3 ©^weitesa ©iek ia ä©r laates'etea Lag© dsr Reflektor·= blöeke 43 die Kiüilliaiiäle 38 sm ©isQS SaEselrataa 51» der mit €@a Ssmälsn 52 is ion Sre,§M.öe!£©n 46 in VerMntti&g steht, die ihrerseits ia tea ©iasigQa ÄusilaSlsaaal 55.. eiass jjeden 5?rsg~ tiloeks" aüad©Ho Un SIq B16@k(2 4β 1st außen eine Reih© \^Γ©η ©ng" em. cLiasea aaliegeadta ma€ auB©a ss? Bildung I©? Zjlinierf osa SmgbliSeli© 50 for die Säml©n 43 und 44 gelegt _o

Bio ß0k©ppsltea feagfelösk© 4<5 taad 50 sitssa. ihrsrseits auf Qia@n üm£ EtekE^E^H fesphitpfoston S2 liegenden hohlen 5, 61 ο Di© is ä.ea K"ag©lpfeEa@a €3

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Uärneausdehnuag äer einselaea 'M 4i© b©id@n₉ äntrek- äis Pfosten In Ä'bstsiE.ä geäalteaoii KLaträea 64 imd 66 gebilist^ die e?= fiiaöuagsgeaäS e,ms^St®hX.Dit_r,Ris>örig©a Is@giermns@aatsil fee-

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stellen können«

Core und Heflektor werden seitlich durch einen vom oberen Ende des Reflektors 24 bis unterhalb des Bodens 61 reichenden Stahlzylinder 71 zusammengehalten, der zusammen mit dem Boden 61 durch die zwischen den Generatoren 18 befindlichen Pfosten 72 getragen wird. Durch geeignete Verschlüsse kann der Stahlzylinder so mit dem Gore und dem Reflektor gekoppelt sein, daß bei hinreichend fester Verbindung dennoch Spiel für eine unterschiedliche Ausdehnung bleibt. Durch den Verschluß 76 sind die äußeren Tragblöcke 50 ebenfalls mit dem Stahlzylinder gekoppelt, der seinerseits durch die Radialverschlüsse 73 zwischen den Vorsprüngen 74 mit dem Reaktordruckgefäß 11 verbunden ist. Ebenfalls mit demselben verbunden und zur Vermeidung von Gasverlusten abgedichtet ist die obere Platte 64 des Tragbodens 61. Die von einem weiteren, unteren Tragboden 77 her bis zum Boden 61 reichenden Pfosten 72 be-

stehen aus einem Dorn 68 und einer diesen umgebenden Hülse 69. Die durch den ebenfalls hohlen, aus den Platten 78 und 79 bebildeten Boden 77 teiehenden Dorne 68 sind an den Bündeln aus biegsamen Stangen in den Behältern 82 befestigt, die ihrerseits an der Auskleidung 23 befestigt und auf der unteren Abschlußwand 13 äea Reaktordruckgefäßes 11 abgestützt sind. Der untere Boden 77 ist derart im Abstand vom unteren Teil der Kammer 14 an üer Auskleidung 23 befestigt, daß eine Leitfläche für das Kühlmittel, sowie ein Sammelraum 31 vor Eintritt desselben in die Kompressoren gebildet wird*

Infolge äer fee^siirisfeeiien Ausbildung sind alle TragteiIe innerhalb öse Staiils^liaaers 71 $ sowie zwischen demselben und

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dem unteren Boden 77 abmontierbar und austauschbar ₉ wodurch auch der Austausch der einzelnen Generatoreinheiten 18 ermöglicht wird, ohne den Eeaktoraufbau zu serstören· Hierzu werden zunächst die den Gore und den Heflektor biXäesäes Blöcke bawo Säulen sowie die Tragblöcke 46 und Pfosten 62 abgetragen und über die oberen Durchlässe 21 entfernt» Das gleiche geschieht mit dem Tragboden 61 bzw» den ihn Mlöenden Stücken oder Segmenten, sowie den Hohlsäulen 72» llaeh Herausnahme fies Stöpsels 21 wird über den nun freien BureJalaß ein entsprechender (nicht gezeigter) Verschluß des Bodens 77 geöffnet, die Generatoreinheit von ihrer Befestigung^ sowie den Laitungen gelöst, angehoben und über den Durchlaß 19 herausgenommen. Zum Einbau eines neuen Generators wir4 &©r gesamte Yorgang in umgekehrter Reihenfolge wiederholt·

Die beschriebene Ausbildung ermöglicht den im folgenden Sarg©·= stellten vorteilhaften Kühlmittelfluß, d@r eine "besonders wirkungsvolle Kühlimg der Bauteile, die Schonung des Materials, aber auch den für optimal© Wirkungsgrade erwünschtes Betrieb mit hohen Dampftemperaturen ermöglicht.

Bas oberhalb de® G©r© gesaaselt© Kühlmittel str&rfe ütocIi clie Öffnimg 56 in tie Sammolräiame 54» von da iXt®s clie Kaaäl© 38 lauten Aufnahme der Spalteagswärsi© im Οθε¹© 17 is. äle Säsnaai³ weites¹ fiUareii die Kanal© 52 _s 55 in den Sragblöiglsea 4€ In swisölien den lstster©n und dem 2ragb©ä.©a β1 g

Di© die Sotee 29 ö@r Sampfgeneratoren uisikl.eii.©ad©s. Zylinder 26 stehen ü"b@r dureh d@a B@d©m 61 gtfütei;© 85 ait -äs®. Baum ofeoriialb des Bodens €1 la TQi^inäiiagg so iaß ias gasförmig® Kühlmittel diareh die IseitEsgen 85 t! leitungen ä&T Seneratoreinheiten 18 fließt_o

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die Zylinder 26. mit dem Sammelraum 83 unterhalb dee Bodens in Verbindung, so daß das Gas anschließend in dieselben gelangt und sodann über den Einlaß 84 in die Kompressoren 31 gegeben wird. Hierbei kann der Sammelraum durch ein Leitblech 86 unterteilt und jeder Teilraum mit zwei Kompressoren verbunden sein, wobei günstigerweise die Kühlmittelmenge auf beide Teilräume gleichmäßig verteilt wird, z.B. indem jeweils die Hälfte aller Generatoren mit je einem Teilraum in Verbindung etahto

Das komprimierte Gas wird unter hohem Druck in den Raum zwischen den Böden 61 und 77 gespeist und fließt durch Öffnungen in der unteren Bodenplatte 66 zwischen die den Coretragboden bildenden Platten, sowie durch Öffnungen 90 im Zylinder 71 in den zwischen diesem und der Auskleidung 23 gebildeten Ringraum, wo es den Zylinder umspült und damit kühlt und schließlich wieder an seinen Ausgangspunkt oberhalb dem Gore 17 und Reflektor 24 zurückkehrt.

Zur Kühlung dar Tragpfosten 72 dient die durch die Hülsen hergestellte Yerbindung zwischen den Hohlräumen beider Tragböden mit meisteren Yerfaindangsleitungen 88 zwischen dem unteren Boäsn 77 usel dem Hisgrsiis um den Gorezyliuder 71 * wobei ü±q Auslegung· derart ist₅ da£ etwa Sö$ dee Primärstroms durch den Sofies 61 _g 1596 durch die Sragpfoster. 72 erfolgt? die restliches. 5$ sinä. Leckverluste₃

DIs tessiariafeeae Tor ^i slat eng bieget großs Eüfeif:' äo hen iis^ Bauteil© für clao atae den Sampfgen-sratoren austr3i;snde and daher aui &&±n®% niedrigsten Temperatur befisiliciie Kühlmittel, so äaS l)©i koh@m Bempftemperatiar3n infolge wirksamer Kühlung

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ohne Zusatzkühlung erhebliche Materialersparnisse erzielt werden· Durch den nach unten gerichteten Gastrom werden ferner die Blöcke der Säulen nach unten gedrückt und dadurch sicher in Lage gehalten. Günstig ist weiterhin die verhältnismäßig leichte Austauschbarkeit der Dampfgeneratoreinheiten_; ohne strukturelle Beeinträchtigung des B<saktoraufbaus beim EinOder Auebau.Besonders vorteilhaft ist ferner, daß das Reaktordruckgefäß aus Spannbeton beotsiit, der an Stelle explosiven Zusammenbruchs suaäelist Seeksteilen zeigt, die den Innendruck seitweise herabsetzen, Bis äie im Beton eingebetteten Spannelemeate ein Gleiehgewieht wieder hergestellt haben« ichlieilieh weiten durch Aufnahme des geeasten PrimärkreiEQS in das Druckgefäß äußer© Elklmittelleitungen entbehrlich, 8.0 daS di© Sefahr schnell aiast®ig©nisr lühlmittelverluste weitgeiiend vs^sieäen wirä«,

Claims (1)

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Fat entaneprüche

1. Gasgekühlter Kernreaktor mit einem Druckgefäß aue Spannbtton, das den gesamten Primärkreis enthält, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil (15) des Reaktors der Gore und in dessen unterem Teil (16) die als einzelne Baueinheiten ausgebildeten Dampfgeneratoren (18) über einen hermetisch verschließbaren Durchgang (19) auswechselbar angeordnet sind und die Tragelemente für den Core im Rückfluß gekühlt werden.

2, Kernreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Abschlußwand des Reaktordruckgefäßes weitere Durchlässe (41) zur Einführung von Regelstäben und zur Brennstofferneuerung vorgesehen sind.

3· Kernreaktor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gore und ein wesentlicher Teil seines Trägers durch die Durchlässe (41) entfernt werden kann.

4. Kernreaktor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gore aus mehreren aus einzelnen aufgeschichteten Blöcken (£4) gebildeten Säulen besteht, durch die Längskanäle (38) für das von oben nach unten geführte Kühlmittel gelegt sind.

5β Kernreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Goreträger aus einem doppelten Boden (61) besteht, der sich quer öurch das Druckgefäß zwischen dem oberen und dem unteren Teil erstreckt und mit einer Reihe von öffnungen

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versehen ist, durch die das Kühlmittel aus dem oberen Teil in die Dampfgeneratoren gelangt·

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6, Kernreaktor gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Boden durch eine Reihe von Hohlpfosten (72) abgestützt wird und ein Teil des Kühlmittels nach Verlassen der Dampfgeneratoren beim Rücklauf diese durchströmt.

7. Kernreaktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere im unteren Teil hinter die Dampfgeneratoren geschaltete Kompressoren (51)·

8· Kernreaktor gemäß Anspruch f, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil ein sich quer durch das Druckgefäß erstreckender unterer Boden (77) vorgesehen ist, der so im Abstand von der unteren Seitenwand des Druckgefäßes,angeordnet ist, daß ein mit den Kompressoren verbundener Sammelraum (83) gebildet wird und der öffnungen zum Durchlaß des aus dem Dampfgeneratoren tretenden Kühlmittels aufweistβ

β Kernreaktor gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein den zwischen der unteren Druckgefäßseitenwand und dem unteren Boden gebildeten Raum in zwei Sammelräume trennendes Leitblech, wobei jeder der Kompressoren mit einem der beiden Teilräume verbunden ist.

10· Kernreaktor gemäß Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß auch der untere Boden hohl ist und über die Hohlpfosten mit dem oberen Boden in Verbindung steht und die Kompressoren das Kühlmittel in den Raum zwischen beiden Böden

geben und die'ses aus den Hohlräumen in den Teil oberhalb 009828/0501

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dee Core zurückgeleitet wird.

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