DE1614939B2 - Atomreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Atomreaktor, der durch Wasser sowohl gekühlt als auch moderiert wird, bei dem der Reaktorkern und dessen Wärmetauscher in einem Metalldruckbehälter enthalten sind, der aus drei separaten Teilen besteht, einen Körper, einem oberen Verschlußdeckel und einem Ring, der zwischen den Körper und den oberen Verschlußdeckel abgedichtet gelegt ist, wobei der Ring den Kern und die Wärmetauscher trägt und wobei der Kern durch ein Stützgitter, welches am Ring aufgehängt ist, getragen wird.

Bei diesem durch die US-PS 3158 543 bekannten Atomreaktor wird Sekundärkühlmittel über Rohre in

ίο den Druckbehälterkörper eingeführt. Die im Bereich der Durchtrittsöffnungen für die Kühlmittelrohre in der Druckbehälterkörperwand auftretenden hohen Beanspruchungen erfordern eine Verstärkung der Wandabschnitte des Körpers im Bereich der Druchtrittsöffnungen für die Kühlmittelrohre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktordruckbehälter der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß die durch Durchtrittsöffnungen in der Behälterwand bewirkte Vergrößerung der Spannungen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Atomkernreaktor dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Ring von Verbindungen nach den Wärmetauschern /Γ durchdrungen ist. ^·

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die den Ring durchdringenden Verbindungen in Form von Sammelräumen zum Verbinden der Wärmetauscher mit dem äußeren Kreislauf vorgesehen. Das innere Ende von wenigstens einem der Sammelräume ist von einer Rohrplatte gebildet, während das äußere Ende durch einen abnehmbaren Verschluß gebildet ist, und es ist ein Ventil vorgesehen, durch welches der äußere Kreislauf vom Sammelraum abzutrennen ist, wobei der Ventilsitz des Ventils so angeordnet ist, daß er den Zugang vom Verschluß nach der Rohrplatte nicht behindert und in Geschlossenstellung der Schließbauteil sich durch den Sammelraum erstreckt und einen über den Sammelraum hinwegreichenden Hub aufweist, derart, daß bei völlig geöffnetem Ventil ein Zugang vom abgenommenem Verschluß nach allen in die Rohrplatte eintretenden Rohren zum Zwecke der Sperrung gewährleistet ist.

Die Wärmetauscher können entweder innerhalb oder außerhalb des Druckbehälters liegen, bevorzugt werden jedoch innere Wärmetauscher. ,

Zweckmäßig ist der Ring zwischen dem Körper und (,(§ dem Verschlußdeckel mittels Schrauben oder ähnlicher Gewindebauteile eingeklemmt, die durch Flansche am Körper und Verschlußdeckel verlaufen, wobei die Flansche außerhalb des Umrisses des Ringes liegen.

Im Kernaufbau vorhandene, einführbare und herausziehbare Regelbauteile sind durch entsprechende mechanische Antriebe betätigbar, welche rotierende Bauteile aufweisen, die durch den Ring verlaufen, darin gelagert und von diesem gehalten sind.

Bei Verwendung eines gußeisernen Verschlußdeckels ist es von Vorteil, wenn die erforderlichen Kühlmittel-Umlaufeinrichtungen vom Ring getragen werden.

Durch die Anbringung der Durchtrittsöffnungen für die Kühlmittelrohre in dem Ring zwischen Verschlußdeckel und Druckbehälterkörper wird erreicht, daß der Druckbehälterkörper von einer durch Durchtrittsöffnungen bewirkten Vergrößerung der Temperatur- und Druckspannungen frei bleibt und somit die Stärke der Behälterwand gegenüber den bekannten Druckbehältern verringert werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der'nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des neuen Atomreaktors zu

entnehmen. Es zeigt

F i g. 1 den Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Schiffsreaktors,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Teilseitenansicht des Ringes zwischen Druckbehälterkörper und Deckel, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie ΙΙΙ-ΙΠ in F i g. 2,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 2,

F i g. 5 einen axialen Schnitt durch einen Schiffsreaktor mit Regelstab-Antrieben, die in einem Ring des Druckbehälters gelagert sind, während

Fig.6 einen axialen Schnitt durch den oberen Teil eines Schiffreaktors entsprechend F i g. 5, jedoch mit einem Druckerzeuger, der auf dem oberen Verschlußdeckel angebracht ist, veranschaulicht.

In einen becherförmigen unteren Stahldruckbehälterkörper 11 ist eine primäre biologische Reaktorkern-Abschirmung 12 eingebaut, welche eine ringförmige Auskleidung des unteren Teils der Wand des Körpers 11 bildet. Ein Schmiedestahlring 13 ist oben auf den Körper 11 aufgesetzt. Der Ring 13 hält einen ringförmigen Wärmetauscher 13a der das obere Teilstück der Wand des Körpers 11 auskleidet und Einlasse und Auslässe aufweist, die durch den Ring 13 verlaufen und eine Verbindung nach äußeren Wärmenutzungs-Kreisläufen herstellen. Der Ring 13 besitzt eine innere Ringschulter 14, auf der sich eine Halterung 15 abstützt. Die Halterung 15 besteht aus einem rohrförmigen Hauptteil 16, an dem unten ein Stützgitter 17 und oben ein mit Löchern versehener Flansch 18 angeordnet sind, der auf der Schulter 14 aufliegt. Der rohrförmige Teil 16 begrenzt einen zentralen Kernbereich und einen umgebenden Wärmetauscherbereich, 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 Regelstäbe innerhalb jeder Bauteilgruppe durch einen gemeinsamen Trägerbauteil getragen werden. Jede Bauteilgruppe weist einen oberen hutförmigen Hebebauteil 20 auf.

Ein gewölbtes Stützgitter 23 mit daran hängenden, angeschweißten rohrförmigen Bauteilen 24 ist auf dem Flansch 18 angebracht, wobei die Löcher im Flansch 18 zwischen dem Stützgitter 23 und der Wand des Druckbehälters liegen. Der Kernbereich ist somit oben gegen den Wärmetauscherbereich abgedichtet, und die beiden Bereiche stehen nur am Boden frei miteinander in Verbindung. In das Stützgitter 23 ist eine Leitung 25 eingeschweißt, die eine Kühlmittelströmung durch das Stützgitter hindurch ermöglicht. Die unteren Enden der rohrförmigen Bauteile 24 sind durch einen plattenartigen Lokalisierungsbauteil 21 miteinander verbunden. Dieser Bauteil ist im allgemeinen sechseckig, hat jedoch bei abgeschnittenen Seiten Lokalisierungseinschnitte an den Ecken. Die oberen Hutbauteile 20 sitzen in entsprechenden Löchern im Bauteil 21, der vorzugsweise durch Federvorsprünge 22, die aus dem Bauteil 16 vorragen, lokalisiert ist Die Federvorsprünge 22 greifen in die lokalisierenden Einschnitte des Bauteils 21 ein. Die Seiten des Bauteils 21 sind abgeschnitten, um beim Betrieb die Kühlmittelströmung durch den Raktor hindurch zu erleichtern.

Untere Steuermechanismus-Teilstücke 26, die jeweils aus einem Gehäuse 27 und aus einer Verriegelungsvorrichtung 28 bestehen, sind in die rohrförmigen Bauteile 24 eingebaut, wobei jedes Gehäuse 27 am entsprechenden oberen hutförmigen Hebebauteil 20 mittels einer geeigneten Kupplung, beispielsweise mittels einer bajonettartigen Kupplung, angreift. Die Bauteile 20 liegen mit Flanschen fest an den Enden der Bauteile 24 und sind von diesen nur durch die Plattenstärke des Lokalisierungsbauteils 21 auf Abstand gehalten.

Ein Verschlußdeckel 30 ist oben auf den Ring 13 aufgesetzt. Der Verschlußdeckel trägt Kühlmittel-Umlaufeinrichtungen 31, welche Kühlmittel durch die Leitungen 25 hindurch aus dem Kernbereich abziehen und es oberhalb des Gitters 23 ablassen, von wo es durch die Löcher im Flansch 18 abwärts in den Wärmetauscherbereich und durch den Wärmetauscher 13a und die Kernabschirmung hindurch aufwärts an den Bauteilgruppen 19 und den rohrförmigen Bauteilen 24 vorbei in die Leitung 25 strömt. Die Druckerhöhung durch die Umlaufeinrichtungen 31 hält das Stützgitter 23 fest auf dem Flansch 18, wodurch die Wirkung der an dieser Stelle angebrachten Abdichtungen erhöht wird.

Am Verschlußdeckel 30 sind die oberen Antriebsteilstücke 33 der Steuermechanismen angebracht, und die Betätigungsstäbe erstrecken sich durch das Gehäuse 27 nach unten und sind an den vorgenannten gemeinsamen Trägerbauteilen durch geeignete Verbindungen, beispielsweise durch Hammer- oder Spannbüchsenverbindungen, befestigt.

Die Sperrventile für den Dampf sind zweckmäßig unmittelbar dort vorgesehen, wo er den Druckbehälter verläßt. Die Fig.2 bis 4 zeigen die Anordnung eines solchen Sperrventils nahe am Ring 13 sowie die mit engem Abstand angeordneten Befestigungsschrauben 44, mit welchen der Verschlußdeckel 30 am Körper-11 befestigt ist.

F i g. 2 zeigt den Körper 11 und den Verschlußdeckel 30 eines Druckbehälters mit strichpunktierten Umrißlinien. Der Ring 13 ist zwischen den Körper 11 und den Verschlußdeckel 30 gelegt sowie koaxial mit diesen angeordnet und durch Bolzen 44 (ebenfalls strichpunktiert dargestellt) befestigt, die sich zwischen Flanschen am Körper 11 und am Verschlußdeckel 30 erstrecken, wobei die Flansche über den Umriß des Ringes 13 hinausragen. Angrenzende Flächen werden durch entsprechende Dichtungen, wie bei 45,46,47 dargestellt, abgedichtet.

Der Ring 13 besitzt eine Anzahl von Durchlässen, an denen sich abgedichtete Sekundärkühlmittel-Einlaß- und -Auslaßsammeiräume 50 befinden. Sekundärkühlmittel gelangt vom Wärmetauscher 13a innerhalb des Druckbehälters durch Verbindungsrohre 51 in den Sammelraum 50, welche mit dem Sammelraum 50 über eine Rohrplatte 52 in Verbindung stehen, die das innere Ende des Sammelraumes 50 bildet. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist die Rohrplatte 52 derart angeordnet und genügend dick ausgeführt, daß eine örtliche Reduzierung ihres Querschnitts, wie in F i g. 3 dargestellt, für den Durchgang der Schraubenbolzen 44 nicht in die Durchtrittsbohrungen für die Verbindungsrohre 51 in der Rohrplatte 52 oder in die Seitenwand des Sammelraumes 50 einbricht. Die örtliche Querschnittsreduzierung der Rohrplatte 52 bedingt eine unrunde Form derselben.

Das äußere Ende des Sammelraumes 50 wird durch einen abnehmbaren Verschluß 55 abgedichtet, der mit dem Hauptbauteil des Sammelraumes 50 verschraubt ist. Der äußere Dampfkreislauf ist mit dem Sammelraum 50 durch eine Leitung 56 verbunden, die innerhalb des Sammelraumes an einem Ventilsitz 57 (F i g. 4) endet. Dieser Ventilsitz 57 ist so angeordnet, daß er die Zugänglichkeit der Rohrplatte 52 nach Entfernung des Verschlusses 55 zur Sperrung irgendeines der Verbin-

dungsrohre 51 nicht beeinträchtigt. Der Ventilsitz 57 bildet mit einem Verschlußbauteil 58 ein Ventil, durch das der Sammelraum 50 vom äußeren Dampfkreislauf getrennt werden kann. Der Verschlußbauteil 58 wird durch eine langhubige hydraulische Betätigungsvorrichtung 59 bewegt, die von einem Gehäuse über eine luftgekühlte Säule 60 getragen wird, welche die für die Betätigungsvorrichtung schädliche, vom Sammelraum 50 herkommende Wärme abhält. Der Ventil-Verschlußbauteil 58 erstreckt sich durch den Sammelraum 50 zum Ventilsitz 57 und ist bei geöffnetem Ventil so hoch angehoben, daß Zugang nach allen Rohren 51 gegeben ist, die in die Rohrplatte 52 eintreten, damit gegebenenfalls jedes defekte Rohr zugestopft werden kann.

F i g. 5 zeigt einen Stahldruckbehälter, der aus einem unteren becherförmigen Körper 11, einem oberen Verschlußdeckel 30 sowie einem Ring 13 besteht. Der Körper 11 weist eine untere Neutronenabschirmungsauskleidung 74 auf.

Vom Ring 13 wird ein Wärmetauscheraufbau 13a getragen, der eine Anordnung von Rohrschlangen aufweist, die um eine Neutronenabschirmung 76 gewunden sind, weiche durch eine Kernabstützung 15 gehalten wird. Der Wärmetauscheraufbau 13a weist senkrechte Fallrohre 77 und schraubenförmige Steigleitungen 78 auf, die zu Sekundärkühlmittel-Einlässen und -Auslässen 79 führen, welche durch den Ring 13 verlaufen. Die Kernabstützung 15 liegt auf der Schulter 14 des Ringes 13 auf und besteht aus dem rohrförmigen Hauptteil 16, dem oberen, mit Öffnungen versehenen Außenflansch 18, dem unteren Kernstützgitter 17 sowie aus einer Prallvorrichtung, die eine den Kernbereich abgrenzende innere Umhüllung 84 und eine Anzahl von Querplatten 85 aufweist, die als Aussteifungen für die Umhüllung 84 dienen und Kühlmittel, das den Kern umgeht, zurückhalten.

In der Umhüllung 84 befindet sich ein Kern, der sich aus den Brennstoff-Bauteilgruppen 19 zusammensetzt, die innere Regelelemente aufweisen.

Auf dem Flansch 18 liegt das obere Kernstützgitter 23, dessen öffnungen mit den Strömungsöffnungen im Flansch 18 fluchten. Das Gitter 23 weist eine Gitterplatte 89 auf, an welcher eine Anzahl von rohrförmigen Bauteilen 90 und eine untere Abstandsplatte 21 herabhängen. Die Gitterplatte 89 enthält drei Zirkulatorleitungen 125 und ist mit einem Verteilerrohr 93 verschweißt, das mit den Wärmetauschern 13a über die öffnungen im Flansch 18 und im Gitter 23 in Verbindung steht. Jedem der rohrförmigen Bauteile 90 ist eine hohle Vorrichtung 94 zum Erfassen einer Brennstoff-Bauteilgruppe zugeordnet, welche mit dem rohrförmigen Bauteil 90 fluchtet. Zum Hochziehen der Bauteilgruppe befindet sich in jeder der hohlen Vorrichtungen 94 ein Regelelement-Betätigungsstab 95, der mit dem Regelelement in.der Brennstoff-Bauteilgruppe 19 verbindbar ist Jeder Regelelement-Betätigungsstab 95 weist eine Verzahnung bzw. Zahnstange (nicht dargestellt) auf. Wellen 96 tragen je ein Ritzel (nicht dargestellt), das in eine dieser Verzahnungen oder Zahnstangen eingreift. Die Wellen 96 sind jeweils durch den Ring 13 hindurchgeführt und in diesem gelagert. Die Wellen % werden jeweils durch einen Antriebsmotor 97, ein Getriebe 98 und eine Kupplung 99 oder einen mechanischen Antrieb 100 (Notabschaltantrieb) angetrieben, die auf einer Konsole 101 angebracht sind.

Von der Gitterplatte 89 wird eine Muffe 102 gehalten, deren oberes Ende nahe dem Niveau, bis zu welchem der Druckbehälter gefüllt wird, offen ist (in der Praxis in Höhe der Gitterplatte etwa 60 cm unter dem mittleren erwarteten Füllstand, um ein Kippen des Reaktors bei Seegang und Schwankungen in dieser Ebene zu berücksichtigen). In die Muffe 102 ragt ein Heizelement 103 hinein, dessen Umhüllungsrohr 104 Schlitze 105 am unteren Ende aufweist, während das obere Ende durch Schlitze 106 auf etwa der erwarteten mittleren Füllhöhe belüftet wird.

Der Verschlußdeckel 30 trägt eine Wärmesperre 107 und einen Sprühring 108, aus dem gegebenenfalls kaltes Wasser in den Druckbehälter zur Reduzierung des Dampfdruckes gesprüht wird, ferner Einsatzstücke 109 für drei Umlaufeinrichtungen 110 sowie einen Ansatz 111 für das elektrische Heizelement 103, durch welches Wasser verdampft wird, das in das Hüllrohr 104 von der Muffe 102 her eintritt, um die Wasseroberfläche zu erwärmen, so daß ein Dampfdruck erzeugt wird, der einer höheren gesamten Wassertemperatur entspricht, ( die erforderlich ist, um den Reaktordruckbehälter unter Druck zu setzen, wobei ein Sieden im Reaktorkern vermieden wird.

Der Heizwiderstand und die Umlaufeinrichtungen sind angeschraubt. Schraubenbolzen 112 dienen zur gegenseitigen Befestigung von Körper 11 und Verschlußdeckel 30, wobei der Ring 13 zwischen diesen eingespannt ist unter Verwendung von Abdichtungen 113.

F i g. 6 zeigt eine Variante der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform. In dieser Figur ist der obere Verschlußdeckel 30 einstückig mit einem äußeren Druckerzeuger 112 ausgebildet. Ein Sprühring 108 ist im Druckerzeuger 112 eingebaut, welcher horizontale elektrische Heizvorrichtungen 113 enthält, die von einem elektrischen Anschlußkasten 114 her gespeist werden. Der Druckerzeuger 112 steht mit dem Druckbehälter über Löcher 115 in Verbindung, durch welche sich die Regelelement-Betätigungsstäbe 95 erstrecken. Am Boden des Druckerzeugers 112 befindet sich eine Prallvorrichtung 116, welche eine hängend Λ< angeordnete Hülle 117 aufweist, die durch ein Loch 115a mit größerem Durchmesser geführt ist, wobei ein Spielraum zwischen der Hülle 117 und der Lochwand und zwischen der Hülle 117 und dem Stab 95, der sich durch dieses Loch erstreckt, vorhanden ist. Die Prallvorrichtung 116 dient dazu, einen Temperaturausgleich an der Wand, welche den Druckerzeuger vom Druckbehälter trennt, selbst im Fall von Wassersogströmungen zwischen dem Druckerzeuger und dem Druckbehälter durch die Hülle 117 hindurch aufrechtzuerhalten. Fig.6 zeigt, daß die Einrichtungen vertikal versetzt sind, und zwar deswegen, um die Antriebe für die Einrichtungen leichter und einfacher unterbringen zu können; anstelle der in F i g. 5 dargestellten geraden Antriebswellen 96 werden bei dieser Ausführungsform Gelenkwellen verwendet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor der durch Wasser sowohl gekühlt als auch moderiert wird, bei dem der Reaktorkern und dessen Wärmetauscher in einem Metalldruckbehälter enthalten sind, der aus drei separaten Teilen besteht, einem Körper, einem oberen Verschlußdeckel und einem Ring, der zwischen den Körper und den oberen Verschlußdeckel abgedichtet gelegt ist, wobei der Ring den Kern und die Wärmetauscher trägt und wobei der Kern durch ein Stützgitter, welches am Ring aufgehängt ist, getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (13) von Verbindungen (50) nach den Wärmetauschern (13a) durchdrungen ist.

2. Atomkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring (13) durchdringenden Verbindungen in Form von Sammelräumen (50) zum Verbinden der Wärmetauscher (13a) mit dem äußeren Kreislauf vorgesehen sind, daß das innere Ende von wenigstens einem der Sammelräume (50) von einer Rohrplatte (52) gebildet ist, während das äußere Ende durch einen abnehmbaren Verschluß gebildet ist, und daß ein -Ventil (57, 58) vorgesehen ist, durch welches der äußere Kreislauf vom Sammelraum (50) abzutrennen ist, wobei der Ventilsitz (57) des Ventils so angeordnet ist, daß er den Zugang vom Verschluß (55) nach der Rohrplatte (52) nicht behindert, und in Geschlossenstellung der Schließbauteil (58) sich durch den Sammelraum (50) erstreckt und einen über den Sammelraum (50) hinwegreichenden Hub aufweist, derart, daß bei völlig geöffnetem Ventil (57, 58) Zugang vom abgenommenen Verschluß nach allen in die Rohrplatte (52) eintretenden Rohren (51) zum Zwecke der Sperrung gewährleistet ist.

3. Atomkernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (13) zwischen dem Körper (11) und dem Verschlußdeckel (30) mittels Schrauben (112) oder ähnlicher Gewindebauteile eingeklemmt ist, die durch Flansche am Körper (11) und Verschlußdeckel (30) verlaufen, wobei die Flansche außerhalb des Umrisses des Ringes (13) liegen.

4. Atomkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kernaufbau vorhandene, einführbare und herausziehbare Regelbauteile (195) durch entsprechende mechanische Antriebe (97 bis 100) betätigbar sind, welche rotierende Bauteile (96) aufweisen, die durch den Ring (13) verlaufen, darin gelagert und von diesem gehalten sind.

5. Atomkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (13) in geschichteter Bauweise mit einer Vielzahl von Ringelementen (132) vorgesehen ist, die aufeinander aufgeschrumpft sind.

6. Atomkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (13) Kühlmittel-Umlaufeinrichtungen trägt.