DE1614939A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

67 090 Fl/ffs 12. Oktober 1967

United Kingdom Atomic Energy Authority, Patents Branch., 11, Charles II Street, London, S.W.1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus den britischen Patentanmeldungen 46157/66 vom 14. Oktober 1966, 52997/66 vom 25. Fovember 1966, 2048/67 vom 13. Januar 1967, 12167/67 vom 15. März 1967, 28744/67 vom 21. Juni 1967 und 32085/67 vom 12. Juli 1967 beansprucht.

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren, die,durch das gleiche Medium unter Druck gekühlt und moderiert werden, insbesondere Druckwasserreaktoren.

Eines der Probleme bei Kernreaktoren besteht darin, die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Druckbehälter auf kostenniedrigste Weise 25U gewährleisten. Der-Druckbehälter besteht

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gewöhnlich aus zwei Teilen, einem größeren becherförmigen Körper und einem kleineren oberen Verschlußbauteil bzw. Deckel. Die USA-Patentschrift 3 158 543 zeigt darüber hinaus einen Druckbehälter der aus drei Teilen besteht, wobei der zusätzliche Bauteil ein Kreisring /annular ring/ ist, der zwischen dem Körper und dem Deckel abgedichtet ist und durch welchen hindurch Instrumentierungsrohre geführt bzw. verlegt sind. Aus dieser USA-Patentschrift geht jedoch nicht hervor, daß dieser Ring ein wichtiges strukturelles Teil sein könnte und beispielsweise die Wärmeaustauscher mit Hilfe von Heizvorrichtungen halten könnte, die durch den Ring verlaufen, wodurch die Beanspruchungserhöhung bzw. -last /stress enhancement/, welche durch die Durchführungen bzw. Durchdringungen hervorgerufen wird, vom Körper auf den Ring verlagert bzw. übertragen wird. Die vorliegende Erfindung nutzt den Ring für das Halten von Wärmeaustauschern, gleichgültig, ob sie intern oder extern (des Druckbehälters) vorgesehen sind.

Primär ist ein erfindungsgemäßer Kernreaktor mit einem Metalldruckbehälter, der aus drei Teilen besteht, einem Körper, einem Deckel und einem Ring, der zwischen dem Körper und dem Deckel abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rin >; als ein größerer struktureller Teil dient, der den Kern, den Wärmeaustauscher, die Umlaufeinrichtungeη, die Rege Lstab-Aritriebe oder irgendeine Kombination davon trägt.

Eine Weiterentwicklung des erfindungsgeaiäüen Kernreaktors besteht darin, daß der Kern des Kernreaktors durch ein Stütz-

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gitter innerhalb des Reaktordruckbehälters vom Ring her getragen wird, wobei der Ring von Verbindungen nach Wärmeaustauschern durchdrungen ist, die mit Hilfe dieser Verbindungen gehalten werden.

Die Wärmeaustauscher können entweder innerhalb oder außerhalb des Druckbehälters liegen, wesentliche Argumente sprechen jedoch für innere Wärmeaustauscher, und folglich findet die Erfindung ihre Hauptanwendung bei sogenannten integralen Reaktoren /integral reactors/, d.h. bei Reaktoren mit internen Wärmeaustauschern.

In der anhängigen deutschen Patentanmeldung "U 12 644 VIIIc/21g der gleichen Anmelderin ist ein Kernreaktor beschrieben, der die sogenannten Bündel-Stab-Steuerung-Brennstoff-Bauteilgruppen /cluster-rod-control fuel assemblies/ verwendet, bei welchem die Brennstoff-Anordnungen durch Vorrichtungen, die mit einem Steuermechanismus-Antriebssystem konzentrisch sind, jeweils gegen einen Anschlag hochgezogen werden.

Dies bietet einen geeigneten Weg, den Kern vom Kreisring her zu tragen bzw. unterstützen. Die Steuermechanismus-Antriebssysteme gemäß der vorgenannten deutschen Patentanmeldung erstrecken sich durch den Deckel hindurch nach äußeren Betätigungseinrichtungen, aber diese könnten vorteilhafterweise durch den

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Kreisring hindurch auch nach außen gebracht werden.

Der Druekbehälterkörper und der Deckel können aus Gußstahl bestehen, wobei der Kreisring aus Schmiedestahl /forged steel/ bestehen kann. Alternativ können der Körper und Deckel aus Gußeisen bestehen, durch Vorspannungssehnen /prestressing tendons/ verstärkt, in welchem FaIl der Körper und Deckel aus kleinen Segmenten hergestellt sein kann. Falls ein Gußeisendeckel verwendet wird, kann es von Vorteil sein, die erforderliche Kühlmittel-Umlaufeinrichtung an bzw. auf den Kreisring zu montieren.

Ausführungsformen und Varianten dieser Ausführungsformen werden nunmehr anhand der die Erfindung beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Schiffsreaktor /marine reactor/,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Teilansicht durch einen festen bzw. massiven ringförmigen Bauteil, die veranschaulicht, wie das Langhubventil angebracht werden kann, Fig. 3 einen Schnitt nach der linie B-B der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2, Fig. 5 einen axialen Schnitt durch einen Schiffsreaktor mit Regelstab-Antrieben, die in einem Kreisring gelagert sind, Fig. 6 einen axialen Schnitt durch den oberen Teil eines Schiffreaktors, ähnlich dem in Fig. 5 dargestellten, jedoch mit einem Druckerzeuger, der auf dem oberen Verschluß angebracht ist, während

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I¹Xg. 7 einen Grußeisen-Druckbehälter wiedergibt.

Da die Erfindung in einem Aspekt ein Verfahren zum Zusammenbau des Reaktors betrifft, folgt nachstehende Beschreibung der Fig. 1 dem Verfahren des Zusammenbaus bzw. dem Montageablauf·

In einen becherförmigen unteren Stahldruckbehälterteil oder -körper 11 wird eine primäre biologische Reaktorkern-Abschirmung 12 eingebaut, welche eine ringförmige Auskleidung des unteren Teilstücks der Wand des Körpers 11 bildet. Ein geschmiedeter stählerner Kreisring oder Druckbehälter-Zwischenbauteil bzw. -Einsatz 13, wird oben auf den Bauteil bzw. Körper 11 aufgebracht. Dieser Ring 13 hält einen ringförmigen Wärmeaustauscher 13a, der das obere Veilstück der Wand des Körpers 11 auskleidet und welcher Einlasse und Auslässe aufweist, die durch diesen Ring 13 verlaufen zur Verbindung nach äußeren Wärmenutzungs-Kreisläufen bzw. -Einrichtungen. Der Ring 13 weist einen inneren ringförmigen Absatz 14 auf. Eine Haltestruktur 15 liegt auf diesem Absatz auf. Diese Haltestruktur 15 besteht aus einem röhrenförmigen Haup'tbaufceil 16, an dessen Boden sich ein Stübzgitter 17 und an dessen Spitze (des Bauteils 16) sich dn mit löchern versehener Plansch 18 befindet, der auf dem Absatz H aufliegt. Der röhrenförmige Bauteil 16 begrenzt einen zentralen Kernbereich und einen

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umgebenden Wärmeaustauscher-Bereich, welche oben und unten frei miteinander in Verbindung stehen.

Eine Anzahl von Bauteilgruppen 19 ist auf dem Stützgitter 17 angeordnet. Diese Bauteilgruppen bestehen jeweils aus einer Anzahl Brennstoffstiften und Regelstäben, wobei die Regeltäbe innerhalb jeder Bauteilgruppe durch einen gemeinsamen Trägerbauteil getragen werden. Jede Bauteilgruppe — in der Zeichnung ist der Deutlichkeit halber nur eine Bauteilgruppe dargestellt — weist einen oberen hutförmigen Hebebauteil 20 auf.

Ein gewölbtes /domed/ Stützgitter 23 mit abhängenden rohrförmigen Bauteilen 24, die daran angeschweißt sind, wird jetzt auf den Flansch 18 aufgebracht, wobei die Perforierung im Flansch zwischen dem Gitter und der Wand des Druckbehälters liegt. Der Kernbereich wird somit vom Wärmeaustauscher-Bereich an der Spitze abgedichtet, und die beiden Bereiche stehen nur am Boden frei miteinander in Verbindung. Dieses Stützgitter 23 weist eine in es hineingeschweißte leitung 25.auf, die Kühlmittelströmung durch das Stützgitter hindurch ermöglicht. Die unteren Enden der röhrenförmigen Bauteile sind miteinander verklemmt bzw. verkLammert, wie durch einen plattenartigen Lokalisierungsbauteil 21. Dieser Bauteil ist im allgemeinen sechseckig, jedoch mit weggeschnittenen Seiten und lokalisierenden Nuten bzw. Einschnitten an den Ecken. Die oberen Hutbauteile 20 passen in entsprechende Löcher im Bauteil 21, die vorzugsweise durch Federvorsprunge 22 aus dem Bauteil 16 lokalisiert

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wird, welche in die lokalisierenden Einschnitte passen. Die Seiten des Bauteils 21 sind weggeschnitten, um die Kühlmittelströmung durch den Reaktor "beim Betrieb zu erleichtern.

Untere Steuermechanismus-Teilstücke 26, die jeweils aus einem Gehäuse 27 und aus einer Vorspannungs- und Terriegelungsvorrich- , tung 28 bestehen, werden Jetzt in die rohrförmigen Bauteile 24 eingebaut, wobei ,jedes Gehäuse 27 den entsprechenden oberen hutförmigen Hebebauteil 20 mittels einer geeigneten Kupplung, wie beispielsweise mittels einer bajonettartigen Kupplung bzw. Bajοnett-Verbindung, greift, und wobei jede Vorrichtung angezogen wird, um die "Bauteile 20 und die zugeordnete Bauteilgruppe 19 anzuheben, so daß die Flansche der Bauteile 20 gegen die Enden der Bauteile 24 drücken bzw. anliegen /are hard against/, die davon nur durch die Siärke des Lokalisierungsbauteils 21 in Abstand angeordnet sind.

Ein Druckbehälter-Deckel 30 wird jetzt oben auf den Ring 13 aufgebracht. Dieser Deckel trägt Kühlmittel-Zirkulatoren bzw. -Umlaufeinrichtungeη 31, welche angeschlossen sind, um Kühlmittel durch die Leitungen 25 hindurch aus dem Kernbereich abzuziehen und es oberhalb des Gitters 23 abzulassen, von wo es durch die Perforierung im Flansch 18 hindurch abwärts in den Wärmeaustauscher-Bereich und durch den Wärmeaustauscher 13a und die Kernabschirmung hindurch wieder aufwärts an den Bauteilgruppen 19 und den rohrförmigen B^- uteilen vorbei wiederum nach der Leitung 25 strömt.

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Die Erhöhung im Druck infolge der Zirkulatoren 31 hält das Stützgitter 23 fest auf dem Plansch 18, wodurch die Leistungsfähigkeit bzw. Wirkung jeder an dieser Stelle angebrachten Abdichtung erhöht wird.

Schließlich werden die oberen Antriebsteilstücke 33 der _sSteuermechanismen am Deckel'angebracht, wobei sich die Betätigungsstäbe das Gehäuse 27 hinunter erstrecken, um an die vorher genannten gemeinsamen Trägerbauteile durch geeignete Verbindungen, beispielsweise durch Hammer- oder Klemmverbindungen /hammer or collet type connections/, angefügt zu werden.

Bei dieser Beschreibung sind Konstruktionseinzelheiten, wie beispielsweise die Art und Weise, wie man die Druckbehälter-Teile gegeneinander abdichtet, welche einschlägigen Fachleuten bekannt sind, ausgelassen, falls jedoch weitere Einzelheiten benötigt werden, sollte auf entsprechende Standard-Werke und auf die vorgenannte deutsche Patentanmeldung zurückgegriffen werden. Jede Art von Steuermechanismus kann verwendet werden, wie beispielsweise diejenige, die von "Westinghouse Corporation of America" hergestellt wird. Falls der Steuermechanismus für schnelles Entkoppeln in sioh vorgesehen ist, wird die Hammerkopf-Anordnung gemäß der vorgenannten deutschen Patentanmeldung nicht benötigt.

Es ist erwünscht, Sperrventile für den Dampf vorzusehen, sowie er den Druckbehälter verläßt, und die Fign. 2 bis 4· lassen

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erkennen, wie ein solches Sperrventil nahe am Ring angeordnet werden kann. Diese Figuren lassen außerdem erkennen, wie es möglich ist, eine enge Beanstandung von Befestigungsschrauben, durch welche der Deckel am Körper befestigt wird, zu erhalten.

Fig. 2 zeigt einen Rumpf-Bauteil bzw. Körper 11 und einen Verschluß-Bauteil bzw. Deckel 30 eines 'Druckbehälters in strichpunktiertem Umriß. Ein Kreisring /annular ring/ 13 ist in koaxialer abgedichteter Beziehung zwischen dem Körper 11 und dem Deckel 30 getrennt angeordnet. Dieser Ring 13 wird zwischen dem Körper 11 und dem Deckel 30 durch Bolzen 44 (ebenfalls strichpunktiert dargestellt) befestigt, die sich zwischen Flanschen auf dem Körper 11 und dem Deckel 30 erstrecken, wobei die Flansche senkrecht zum Ring 13 angeordnet sind; Zwischenflächen werden durch irgendwelche geeigneten Abdichtungen, wie die bei 45, 46 und 47 dargestellten, abgedichtet.

Der Kreisring 13 besitzt eine Anzahl von Hohlräumen bzw. Durchlässen, in bzw. bei welchen Sekundärkühlmittel-Einlaß- und -Auslaß-Sammelräume 50 in abgedichteter Weise vorgesehen sind bssw. dicht sitzen. Sekundäres Kühlmittel von einem Wärmeaustauscher innerhalb des Behälters her wird mit jedem Sammelraum mittels Wärmeaustauscherrohren 51 verbunden, welche mit dem Inneren des Sammelraumes durch eine Rohrplatte 52 hindurch in Verbindung stehen, welche das innerste Ende des Sammelraumes bildet. Wie aus Fig. ersichtlich ist, ist diese Rohrplatte so lokalisiert und genügend

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dick, daß eine örtliche Reduzierung ihres Querschnitts, wie in Pig. 3 dargestellt, — vorgenommen, um den Durchgang der Bolzen 44 zu ermöglichen'— nicht in den Durchlaß im Bauteil oder in die Seitenwand des Sammelraumes einbricht. Die örtliche Reduzierung kann den Querschnitt der Rohrplatte in eine nicht-kreisförmige Gestalt, wie dargestellt, verändern.

Das äußere Ende des Sammelraumes wird durch einen entfernbaren Verschluß 55 abgedichtet, der mit dem Hauptbauteil des Sammelraumes verschraubt oder sonstwie verbunden ist. Der äußere Dampfkreislauf wird in den Sammelraum hinein durch eine leitung 56· verbunden, welche innerhalb des Sammelraumes an einem Ventilsitz 57 (Pig. 4) endet. Dieser Ventilsitz ist so angeordnet, daß er die Zugänglichkeit vom entfernbaren Verschluß her nach der Rob platte hin zwecks Sperrung bzw. Zupitopfung /plugging/ irgendeines Rohres nicht beeinträchtigt. Dieser Ventilsitz wirkt mit einem Ventil-Verschlußbauteil 58 zusammen, so daß ein Ventil gebildet wird, das den Sammelraum vom äußeren Dampfkreislauf isoliert. Der Verschluß-Bauteil 58 wird durch eine langhubige hydraulische Betätigungsvorrichtung 59 angetrieben, die vom Gehäuse her durch eine luftgekühlte Säule 60 getragen wird, die Wärme vom Saramelraum her abstoppt bzw. aufhält, welche die Betätigungsvorrichtung schädigt. Der Ventil-Verschlußbauteil erstreckt sich durch den Sammelraum nach dem Ventilsitz und ist durch einen solchen Hub zurückziehbar, daß das Ventil völlig

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öffnet, so daß Zugang nach allen Rohren vorhanden ist, die in die Rohrplatte eintreten, zwecks Sperrung bzw. Verstopfung irgendeines defekten Rohres.

Fig. 5 zeigt einen Stahldruckbehälter, der aus einem unteren becherförmigen Körper 11, einem oberen Deckelbauteil 30 sowie einem. Kreisring 13 besteht. Der untere becherförmige Teil weist eine untere Neutronenabschirmungsauskleidung 74 auf.

/ Durch den Kreisring 13 wird eine Wärmeaustauscher-Struktur

13a getragen, die eine Anordnung von spiralförmigen Rohren aufweist, die sich um eine ETeutronenabschirmung 76 winden, welche durch eine Kernstützstruktur 15 gehalten wird. Die Wärmeaustauscher-Struktur 13a weist senkrechte Abwärts-Leitungen /downoomers/ 77 und schraubenförmige Steigleitungen 78 auf, die nach Sekundärkühlmitte 1-Einlässen und -Auslassen 79 führen, die durch'den Ringbauteil 13 verlaufen. Die Kernstützstruktur 15 liegt auf einem inneren Absatz 14 auf dem Ring 13 auf. Diese Struktur 15 besteht aus einem rohrförmigen Hauptbauteil 16 und einem oberen äußeren, mit Öffnungen versehen«Flansch 18, einem unteren" Kernstützgitter 17 sowie aus einer Prallvorrichtung, die aus einer kernabgrenzenden inneren Umhüllung 84 und aus einer Anzahl von Querplatten 85 besteht, die als Aussteifungen für die Umhüllung 84 dienen und dazu, irgendwelches Kühlmittel, das den Kern umgeht bzw. umströmt, zurückzuhalten.

In die Umhüllung ist ein Kern eingebracht, der sich aus Brennstoff-Bauteilgruppen 19 zusammensetzt, die innere Regelelemente aufweisen.

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Oben auf dem Plansch 18 liegt ein oberes Kernstützgitter 23, dessen Öffnungen mit den Strömungsöffnungen im Flansch 18 ausgerichtet sind. Dieses Gitter 23 weist eine Gitterplatte 89 auf, von welcher eine Anzahl von rohrförmigen Bauteilen 90 und eine untere Abstandsplatte" 21 abhängen, und die Gitterplatte 83 weist drei Zirkulatorleitungen 25 auf und hat damit ein Verteilerleitungssystem /distributor manifold/ 93 verschweißt, das ■ mit den Wärmeaustauschern durch die Öffnungen im Flansch 18 und Gitter 23 in Verbindung steht. Jedem der rohrförmigen Bauteile ist eine hohle Vorrichtung 94 zum Eingreifen bzw. Erfassen einer Brennstoff-Bauteilgruppe zugeordnet, welche mit dem rohrförmigen Bauteil fluchtet, und zum Hochziehen dieser in feste Anschlagberührung mit den Enden der rohrförmigen Bauteile 90, und in jeder der hohlen Vorrichtungen 94 befindet sich ein Regelelement-Betätigungsstab 95, der mit dem Regelelement in der Brennstoff-Bauteilgruppe verbindbar ist. Jeder Regelelement-Betätigungsstab 95 weist eine Verzahnung /rack/ (nicht dargestellt) auf, die auf ihm gebildet ist. Rotierende Wellen 96 tragen jeweils ein Ritzel (nicht dargestellt), das in eine dieser Verzahnungen eingreift. Diese Drehwellen sind jeweils durch den Kreisring 13 hindurohgeführt, sind darin gelagert /journalled/ und werden durch ihn gehalten. Jeder dieser Wellen ist ein Antriebsmotor 97, ein Getriebekasten 98, eine Kupplung 99, ein mechanischer "Scram"-Antrieb und eine Reaktionsverstrebung 101 zugeordnet.

Von der Gitterplatte 89 wird eine Hülse oder Muffe /thimble/ 102 gehalten, deren oberes Ende nahe dem Niveau, bis zu welchem

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der Druckbehälter gefüllt wird, offen ist (tatsächlich auf dem Niveau der Gitterplatte etwa 2 Fuß (ca. 60 cm) unter dem mittleren erwarteten Niveau, um ein Kippen dea Reaktors bei Seegang und Schwankungen in dieser Ebene zu berücksichtigen). In diese Muffe ragt eine Heizvorrichtung 103 hinein, deren Umhüllungsrohr 104 Schlitze 105 am unteren Ende aufweist und dessen oberes Ende durch Schlitze 106 auf etwa dem erwarteten mittleren Niveau belüftet wird.

Der Verschluß 30 trägt eine Wärmeschranke 107 und einen Sprühring 108, um eine Sprühung von kaltem Wasser in den Druckbehälter hinein zu richten, um den Dampfdruck darin nötigenfalls zu reduzieren, Naben /bosses/ 109 für drei Umlaufeinrichtungen 110, so daß die drei Umlaufeinrichtungen in die Naben bzw. Ansätze eingelassen werden können und in die Durchführungen dafür passen, sowie einen Ansatz 111 für ein elektrisches Heizelement 103» welches in die Muffe 102 vorragt, so daß Wasser verdampft wird, welches in das Hüllrohr 104 von der Muffe 102 her eintritt, um so die Wasseroberfläche zu erwärmen, so daß ein Dampfdruck erzeugt wird, der einer höheren Temperatur entspricht als sonst vorhanden wäre, um den Reaktbrdruckbehälter unter Druck zu setzen, wobei Kochen oder- Sieden /boiling/ im Reaktorkern vermieden oder gehemmt /to inhibit/ wirä.

Der Widerstand und die Umlaufeinrichtungen werden schließlich angeschraubt, und die Befestigungsbolzen 1.1-2 werden dazu verwendet,

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den Körper 11 und den Verschluß 30 aneinander zu "befestigen, wobei der Ring 13 zwischen ihnen eingeschlossen bzw. eingeklemmt wird. Abdichtungen sind vorgesehen, wo es notwendig ist, wie bei 113.

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Fig. 6 zeigt eine Variante der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform. In dieser Figur ist der obere Verschluß 30 einstückig mit einem äußeren Druckerzeuger 112 und trägt diesen. Ein Sprühring 108 ist im Druckerzeuger vorhanden, welcher horizontale elektrische Heizvorrichtungen 113 enthält, die von einem elektrischen Anschlußkasten 114 her gespeist werden. Der Druckerzeuger steht mit dem Druckbehälter über Löcher 115 in Verbindung, durch welche sich die Regelelement-Betätigun^sstäbe 95 erstrecken. Am Boden des Druckerzeugers befindet sich eine Prallvorrichtung 11G, welche eine abhängende Hülle /skirt/ 117 aufweist, die durch ein Loch 115a mit größerem Durchmesser der Löcher 115 verläuft; Spielraum ist vorhanden zwischen der Hülle und der Lochwand und zwischen der Hülle und dem Stab 95, der sich durch dieses Loch erstreckt. Diese Prallvorrichtung 116 dient dazu, einen Temperaturausgleich über die Wand, welche den Druckerzeuger vom. Druckbehälter trennt, Belbst im Fall von Wasserströmung zwischen dem Druckerzeuger und dem Druckbehälter durch die Hülle 117 hindurch aufrechtzuerhalten bzw. zu gewährleisten. Diese Figur zeigt, daß die Mittel bzw. Einrichtungen vertikal versetzt sind, und zwar lediglich deswegen, um die Antriebe zu den Einrichtungen leichter und einfacher unterbringen zu können? anstelle der in Fig. 5 dargeatellen geraden Wellen 96 werden bei dieser Ausführungsform Gelenkwellen verwendet.

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Aus Sicherheitsgründen kann der Druckbehälter in ein sekundäres Behältnis eingeschlossen werden, so daß, falls der Druckbehälter unter Druck reißen oder basten würde, keine Spaltprodukte entweichen könnten. Solche Sekundärbehältnisse sind schwer und kostspielig. Sin anderes System wäre, den Druckbehälter in ein caissonartiges /caisson like/ sekundäres Behältnis einzuschließen, das selbst in Borwasser /boronated water/ oder in eine sonstige neutronenabsorbierende Flüssigkeit eingetaucht ist, welche derart gehalten wird, daß ein Bruch des Sekundärbehältnisses nicht zur Folge hat, daß der Spiegel des Borwassers unter den höchsten bzw. äußersten Betriebsstörungsspiegel bzw. Betriebsunterbrechungspegel in der Kerjistruktur absinkt, und vorzugsweise nicht unter die Spitze des Druckbehälters. Zugang für Routinewartung nach dem Druckbehälter kann durch das Sekundärbehältnis, das normalerweise luftgefüllt ist, erfolgen. -

Das Sekundärbehältnis geht normalerweise nur bei Versagen bzw. Bruch des Primärbehältnisses zu Bruch, und eine anfängliche Druckentladung findet dann statt} jedoch strömt das Borwasser rasch in die Kernstruktur, um die nukleare Reaktivität zu reduzieren und für Notkühlung zu sorgen. Kleinere Lecks, beispielsweise durch äußere Verbindungen mit dem Primärbehältnis, werden durch das Sekundärbehältnis zurück- bzw. aufgehalten und können geklärt /cleaned/ und nach der Atmosphäre abgelassen werden.

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Ein Weg, das Borwasser aufzunehmen bzw. zu halten, besteht darin, den Reaktor unten in einem Schacht, der in den Boden eingebracht ist /down a well sunk into the ground/ oder in einem Schacht ■ in einem Schiff einzubauen.

Alternativ besteht die Möglichkeit, die Zuverlässigkeit des Druckbehäl'ters dadurch zu erhöhen, daß man ihn entweder aussteift bzw. verstärkt oder aber es so anordnet und vorsieht, daß irgendein Versagen nur eine sehr begrenzte Wirkung hat. Die zweite dieser Mög- | lichkeiten ist die lohnendste bzw. sagt am ehesten zu — in der Richtung, Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten —, daß irgendein G-efahrmoment eine sehr begrenzte Wirkung hat, die in keiner Weise Gesundheit und Leben aufs Spiel setzt, während gleichzeitig die geringsten Einbußen an Kosten und Konvenienz vorgestellt werden bzw. hingenommen werden müssen.

Ein Weg, den man in diesem Zusammenhang gehen kann» ist in Fig. 7 schematisch dargestellt, die einen axialen Schnitt zeigt. Der Druckbehälter besteht aus einem gußeisernen unteren becherförmigen Körper 11, einem gußeisernen oberen Verschluß 30 sowie aus einem Schmiedestahl-Kreisring 13, der die beiden Teile voneinander trennt und zwischen ihnen eingeklemmt bzw. befestigt ist; Durch den Ring verlaufen sämtliche Verbindungen nach dem Innern des Druckbehälters, einschließlich der Dampfverbindungen 19» und die Antriebe für die Steuereinrichtung für das Einsetzen bzw. Einbringen oder Entfernen von Regelelementen relativ zum Kern und die Umlaufeinrichtungs-

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Antriebswellen. Der Druckbehälter ist innen mit einer Rostfreibzw. Edelstahlauskleidung 127 sowie mit einer Wärmeisolierung •versehen, welche die Temperatur des Druckbehälters begrenzt, um die Verwendung eines nichtschmiedbaren Gußeisens für den Körper und den Deckel zuzulassen. Während die Verwendung des kostspieligeren schmiedbaren Gußeisens es zulassen würde, die Wärmeisolierung wegzulassen, sind die Qualitäten bzw. Vorzüge, die normalerweise schmiedbares Gußeisen überlegen bzw. wertvoller machen, bei der vorliegenden Patentanmeldung nicht erwünscht, mit Ausnahme einer maximalen zulässigen Betriebstemperatur.

Der Kreisring ist nicht aus einem festen Stück hergestellt, sondern in Form eines massiven inneren Rings 129, der von einem oder mehreren Ringen 130 umgeben ist, die auf ihn aufgezogen bzw. aufgeschrumpft sind, so daß eine Blase oder ein Fehler in irgendeinem Teil des Kreisrings sich nicht über die gesamte Stärke des Rings ausbreitet.

Die Stärke der Gußeisenwand beträgt etwa 18" (ca. 457 mm) im Vergleich zu etwa 6" (ca. 152 mm), die für eine Stahlwand erforderlich wären. Vertikal und peripher werden Vorspannungskabel /pre-etressing cables/ durch diese Wandstärke innerhalb von Durchführungen bzw. Leitungen hindurchgefiihrt. Diese Leitungen können mit Kühleinrichtungen versehen sein, wobei ein Kühlmittel durch die Leitungen hindurch geleibet wird, um so die Wand zu kühlen, um Gamma- und andere Strahlungserwärmung zu zerstreuen bzw. zu entfernen. Andere Sehnen /tendons/ können einen Vorepannungagürtel

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/prestressing girdle/ bilden. Die Vorspannungskabel können dazu verwendet werden, den Hing zwischen dem Körper und dem Verschluß zu befestigen.

Es ist kein äußeres Behältnis vorhanden und das Gewicht des Druckbehälters braucht nicht höher — und ist normalerweise geringerals das kombinierte Gewicht des Druckbehälters und des zweiten Behältnisses zu sein, welches zuvor verwendet wurde.

Der Druckbehälter ist zweckmäßig aus Segmenten zusammen-gesetzt, beispielsweise aus Ringen 132 (wie dargestellt) oder aus gebogenen Platten, die aufeinander liegen und mit Hilfe der Vorspannungssehnen fest in Kontakt miteinander gehalten werden.

• Wie bei Betondruckbehältern hat irgendein Versagen lediglich ein Reißen /crack/ zur Folge, ohne unheilvolle Raten von Kühlmittelverlust, wodurch sich ein Entweichen von Spalbprodukten ergeben könnte, jedoch ohne das Gewicht und die Masse von Beton, durch die seine Verwendung bei Schiffen unmöglich gemacht wird.

Als Beispiel der Kompaktheit, die erreicht werden kann, wenn man die vorstehend beschriebenen Merkmale anwendet, kann ein Druckwasserreaktor von 70 Megawatt (thermal) mit innerem Wärmeaustauscher in einem zylindrischen Raum mit einem Durchmesser von 20 Fuß (ca. 6 m) und einer Höhe von 24- Fuß (ca. 7,20 m) untergebracht werden, welcher sämtliche Zubehör-Einrichtungen, wie beispielsweise Umlaufeinrichtung und zentrale Stab-Antriebe, aufnimmt.

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Die Erfindung "betrifft auch Abänderungen der im "beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und "bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindun^smerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentanwalt '^exempriP 1 6 K 9 3 9

   DIPL.-ING. ERICH SCHUBERT l^^-^rtmrde Telefon= (0271)32409

   Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen

   Postscheckkonten:

   Köln 100931, Essen 20362

   Bankkonten:

   Deutsche Bank AG.,

   Abi. > Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

   Postfach 325

   67 099 Fl/Ns

   tt.0IT.19S7

   Patentansprüche

   1. Kernreaktor mit einem Metalldruckbehälter, der aus drei 'Peilen besteht, einem Körper, einem'oberen Verschluß und einem Ring, der zwischen dem Körper und dem oberen Verschluß abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Riης als ein größerer struktureller Teil dient, der den Kern, den Wärmeaustauscher, die TJmlaufeinrichtungen, die Regelstab-Antriebe oder irgendeine Kombination davon trägt.

   2. Kernreaktor nach Anspruch 1, der durch das gleiche druckbeaufschlagte Medium gekühlt und moderiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Kernreaktors durch ein Stützgitter innerhalb des Reaktordruckbehälters vom Ring her getragen wird, wobei der Ring von Verbindungen nach Wärmeaustauschern durchdrungen ist, die mit Hilfe dieser Verbindungen gehalten werden.

   3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscher sich innerhalb des Druokbehälters befinden. ι"

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   4. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kerneaktor aus einer Anzahl von Brennstoff-Bauteilgrunpen »esteht und das Stützgitter abhängende rohrförmige Bauteile trägt, durch welche Einrichtungen (.27) verlaufen zum Heben entsprechender Brennstoff-Bauteilgruppen, um sie dicht gegen entsprechende untere Enden der rohrförmigen Bauteile zu halten.

   5. Kernreaktor nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter mit einem rohrförmigen Teil (16) zusammenwirkt, um Kern- und Wärmeaustauscherbereiche zu bilden, die am Boden frei miteinander in Verbindung stehen, und daß das Gitter von einer Kühlmittel-Umlaufeinrichtungs-Durchführung durchdrungen ist, so vorgesehen und angeordnet, daß Kühlmittel vom Kernbereich abgezogen und in den Wärmeaustauscherbereioh geliefert werden kann.

   6. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring durchdringenden Verbindungen in Form von Sammelrnumen zum Verbinden der Wärmeaustauscher "mit dem äußeren Kreis— lauf vorgesehen sind, und daß wenigstens einer der Sammelräume ein Ende ausweist» das von einer Rohrplatte zum Ablassen dea Sekundäir-KÜHlmittels vom Wärmeaustauscher her in den Sammelraum gebildet witfd, und daß das andere Ende durch einen entfernbaren Verschluß, der Zugang nach der Rohrplatte gibt, gebildet wird» und ein Venij.il vorgesehen ist, um den äußeren Kreislauf vom Sammel-

   lh. It

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   raum abzudichten, wobei das Ventil einen Ventilsitz aufweist, welcher so angeordnet ist, daß der Zugang vom entfernbaren Verschluß nach der Rohrplatte zwecks Sperrung bzw. Verstopfung nicht beeinträchtigt wird, und einen damit zusammenwirkenden Verschlußbauteil, welcher sich durch den Hammelraum erstreckt und welcher durch einen solchen Hub zurückziehbar ist, daß das Ventil völlig geöffnet wird, damit g erader Zugang vom entfernbaren Verschluß nach allen in die Rohrplatte eintretenden bohren zum Zwecke der Sperrung bzw, Verpfropfung gewährleistet wird.

   7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisring zwischen dem Körperteilstück und dem Verschlußbauteil mittels Bolzen oder ähnlicher mit G-ewinde versehener Bauteilen eingeklemmt bzw. befestigt ist, die durch flansche an besagtem Teilstück und Verschlußbauteil verlaufen, v/o bei die Flansche aus dem festen ringförmigen Bauteil vorstehen, und zumindest einer der Sammelräume eine R.ohrplatte an seinem innersten Ende von crenügender Stärke und so lokalisiert h-.t, a.atf eine örtliche Reduzierung Ln seinem Querschnitt vorgesehen, um den Durchgang von Bolzen oder ähnlichen Bauteilen zuzuLassen, nicht in den Durchlaß im ringförmigen Bauteil oder in der Seitenwand des SammeIraumes elnbri cht.

   8. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch p-ekenm'.e ichne t, daß Steueruaubeile, die in der Kerns trukbur ein- und riickbr ingbar

   BAD ORIGINAL

   -<- us 18 H 9 39

   Bin', mit i'ilfe von entsprechenden -iiechaniaohen Antrieben betätigt werden, welche areiiende 'Bauteile aufweisen, die durch den Kreisring Verlaufen, darin ."-e lagert und von diesem gehalten sind.

   ^c?. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß deT Oruckoehältev aus Gußeisen besteht, das mit Hilfe von tftahlsehnen vor°'esor>nnt ist.

   10. Kernreaktor nach Ansioruch Q, dadurch gekennzeichnet, daß der hi'^Jeisen-üruekbehälter innen mit einer korrosionsbeständigen Auskleidung so>vie mit einer Wärmeisolierung versehen ist.

   11. Kernreaktor nach Ansüruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, da ύ der ;lin: in geschichteter Bauweise vorgesehen ist, mit_ einer Vielzahl von Ringen, die aufeinander rufgebracht bzw. aufsind.

   12. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch "-ekennzeichnet, -

   da.r B^ihlmittel-Umlaufeinrichtungen vom Kino: getragen werden. j

   13. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, da/i ein äußerer Druckerzeuger an bzw. auf dem Verschluß bzw. Deckel reh Iten oder getragen ist.

   H. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gkennzeichnet,

   BAD ORIQINAL

   00 98 52/061

   da·';; eier 'Oruok'oe *° L* 1 >j er sich in einem Kasten /caisson/ be rindet, ■ der den .Drucktehälter von einem Voluaon einer neutronenebsor-Merenien Ji¹IUs siffke it trennt, welche den Kasten völlig eintaucht

   BfiD ORtSINAL

   009852/061 B

   L e e r s e i t e