DE2032791C3 - Druckgefäß für Kernreaktoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckgefäß für Kernreaktoren oder andere, in ähnlicher Weise durch hohe Drücke und Temperaturen beanspruchte Behälter und Apparate der Wärmetechnik oder chemischen Verfahrenstechnik mit einem im wesentlichen zylindrisch oder polygonal gestalteten Außenmantel, wobei das Innere des Druckgefäßes ein Netz aus miteinander verschweißten Wänden enthält.

Große Druckbehälter dieser Art stellen hinsichtlich Fertigung, Prüfung und Wiederholungsprüfung außerordentlich hohe technische Anforderungen. Es ist daher bisher noch nicht gelungen, solche Druckbehälter über ein bestimmtes Maß hinaus zu dimensionieren. Demgegenüber zeigt die Erfindung einen Weg, wie man in beliebiger Größe derartige Druckbehälter zu gestalten vermag, ohne unzulässige Druck- und Wärmespannungen in Kauf nehmen zu müssen.

Aus der deutschen Patentschrift 4 49 340 ist bereits ein zylindrischer Behälter bekannt, der zur Verringerung der Wandstärken aus einzelnen Segmentierung gestalteten Behältern zusammengesetzt ist. Weiterhin ist aus der Zeitschrift »The Engineer« vom 3. Februar 1%l, S. 170, ein Behälter bekannt geworden, der an verschiedenen am Umfang verteilten Kirnten nach innen ragende Versteifungsrippen aufweist.

Aus der britischen Patentschrift 5 95 135 ist ein aus kugelförmigen Elementen zusammengesetzter Druckbehälter bekannt geworden, der im Innern ein Ne;z aus miteinander verschweißten Wänden enthält und so mit einer relativ geringen Wandstärke ausgeführt sein

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Druckgefäß für Kernreakioren zu schaffen, das neben einer weitgehend freizügigen zylindrischen oder polygonalen Gestaltung es gestattet, die Einbauten eines Kernreaktors darin unterzubringen und bei dem die unterschiedlichen Innenräume des Druckgefäßes, die durch das Netz miteinander verschweißter Wände gebildet werden, wahlweise ein/ein zugänglich sind oder miteinander in Verbindung stehen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Druckgefäß erfiiidungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Wände an mehreren ihrer am Druckgefäßumfang verteilten Kanten mit der DruckgefäUwandung verbunden sind, daß diese Kanten auf die Gefäßwandung eine Kraft in Richtung auf den GeIaIlinnenraum ausüben und daß nur die Gefäßwanduiig m> dimensioniert ist, daß sie in ihren einzelnen Segmenten /wischen den Kanten den Druckunier-chied /wischen Innen- und Außendruck aushält und daß die aus Jen miteinander verschweißten Wänden gebildeten Rohren ein/ein oder gruppenweise an ihren Stirnseiten nut gesonderten Abschlußelementcn versehen sind

Die durch das Net/ aus miteinander verschweißten Wänden gebildeten und parallel oder nahe/u parallel zum Außenmantel verlaufenden Rohren können einen im wesentlichen dreieckigen, viereckigen oder seehsek kigen Querschnitt aufweisen, insbesondere in Waben form gestaltet sein. Durch cmc solche Aufteilung des Behälters in Einzelröhren oder andere Elemente im Sinne einer Wabenstruktur müssen die Zwischenwandungen keine Druckdifferenz nach außen hin aufnehmen, während lediglich außen am Rande hohe DiITirenzdrücke auftreten. Bei der Innenverspannung dieses Gebildes weisen die im Querschnitt stegförmig gestalteten Elemente nur Zugspannungen auf

Die Erfindung ermöglicht eine beliebige Gestaltung des Druckgefäßes, wobei keine Begrenzung des Durchmessers vorgesehen ist. Man kann dabei naturgemäß von der sonst angestrebten kreiszylmdrischen Form abgehen und die Geometrie des Behältcrinhalts da/u heranziehen, um durch sie die Behälierabmcssungen /11 bestimmen.

Die prismatischen Röhren können eine sektor- bzw. segmentartige Unterteilung ergeben. Dabei ist es möglich, daß die prismatischen Röhren unterschiedliche form und auch unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. In den prismatischen Röhren des Behälters kann das gleiche flüssige oder gasförmige Medium oder können verschiedene Medien auf verschiedenen Wegen und in unterschiedlicher Richtung hindurchströmen. Dabei können in beliebiger Weise Richtungsumkehrungen vorgenommen werden, so daß das Medium aufwärts, abwärts und wieder aufwärts in beliebigei Folge zu strömen vermag. Weiterhin kann man die prismatischen Röhren so anordnen und ausbilden, daß in ihnen unterschiedliche physikalische oder chemische Vorgänge ablaufen, z. B. eine thermische Abschirmung im außenliegcnden und eine Erwärmung im innen liegenden Querschnitt stattfindet, ebenso auch eine Verdampfung im innen liegenden und eine Überhitzung im außen liegenden Querschnitt zustande kommt.

Die Konstruktion kann für Kernreaktoren vergleichsweise¹ dem Übergang vom Flammrohrkessel

zum Durchlauikessel entsprechen, wobei, wie bereits erwähnt, diese Konstruktion einen Mehrw egedurchlaut erlaubt, der auch mil unterschiedlicher Funktion vor sich gehen kann. So kann hier mit Brennelementen oder ohne Brennelemente gearbeitet werden oder es kann eine Verdampfung bzw. Überhitzung ertolgen. es können Kühlmittel angewendet, ebenso verschiedene Primär- und Sekundärkreisläufe getrennt voneinander geführt und in beliebiger Weiser behandelt werden.

Die einzelnen prismatischen Röhren können einzeln oder gruppenweise an ihren Stirnseiten mit gesonderten Abschlußelementen versehen sein. Diese Absehlußelemente können zum Anschluß eines Rohres bzw. /um Einbringen eines Brennelementes für jeden prismatischen Querschnitt oder einen Teil derselben einen Deckel mit Rohranschluß und Schweißlippenverbindung zum umfassenden Steg enthalten. So kann der Behälterdeckel ebenfalls in verhältnismäßig einfache Einzelelemente aufgeteilt werden, jeder Röhrenteil kann dabei einen mit Schweißlippen einschweißbaren Kümpelbodendeckel enthalten, der im Unterteil als gelochte Versteifung der Übertriusöffnungen vom einen /um anderen Röhrenquersehniu ausgebildet ist.

An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher L/läuiert werden. Die Figuren /eigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen I eilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung. Cjleiche oder einander entsprechende Teile sind in ilen ein/einen Figuren mit gleichen Be/ugs/ei'.hen versehen.

Bei dem in F i g. 1 dargestelltn Alisführungsbeispiel handelt es sich um eine Wabenstruktur, wobei prismatische Röhren von sechseckiger Form den Innenraum bilden. Die Wandungen I der prismatischen Röhren 2 weisen keine Druckunterschiede aul. können also ν ei hällnis.näßig schwach dimensioniert werden. Demgegenüber werden diese Wandungen durch Zugspannungen beansprucht, die nach außen hin die äußere Wandung 3 festhalten müssen. Die äußere Wandung 3 hat /war den vollen Differenzdruck auszuhalten, die einzelnen Wandungsteile spannen sich aber /wischen den Kanten 4, die verhältnismäßig dicht beieinander liegen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind von der äußeren Wandung 3 einzelne Wandungsteile 3,j unmittelbar Wandungsteile von prismalischen Röhren 2. dagegen können Wandungsteile 3t> zusätzliche flache prismalische Röhren 5 einschließen die sich randlich anlegen.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine segment- bzw. sektorartige Aufteilung des Innenraumes. Die hier kreisförmige äußere Wandung 3 ist gewissermaßen im Sinne von Rads Speichen an Stegen 6 aufgehängt, die rein auf Zugspannungen beansprucht sind. Zwischenwände 7, 8 und 9 können in beliebiger Weise zur weiteren Unterteilung des Innenraumes vorgesehen sein. Diese Zwischenwände nehmen ebenso wie die Stege 6 keine Differen/-druckspannungen auf. Die Wandung 10 des Innenrohres 11 wird ebenfalls nicht durch Differen/drücke beansprucht, hier treten aber Zugspannungen auf. die von den ein/einen Stegen 6 ausgehen.

In F i g. 3 ist schematisch eine Aufteilung nach An

einer gemischten Waben-Rauten-Struktur veranschaulicht. Zwischen sechseckigen Qucrschnitisformen 12 und 13 sind hier jeweils viereckige Querschniuslormen

14 eingelagert, wobei man entsprechend der unterschiedlichen Querschnittsgrößen diese Röhren mit verschiedenen Medien durchsetzen lassen kann oder bei Verwendung des gleichen Mediums fur aufwärts und abwärts gerichtete Strömungswege unterschiedliche Stiömungsquerschnitte verwendet.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Aust'ühriingsbeispiel

2> ist der Anschluß eines Abschluß- und Deckelelementes

15 an ein Innenrohr 16 veranschaulicht. Das -Xbschlußelement ist hier an den Stellen 17 und 18 angeschweißt, wobei eine Öffnung 19 vorgesehen ist. um hier entweder eine Verschlußkappe aufzusetzen oiler durch Anschweißen. Anschrauben, Anklammern usw. ein Rohr /11 befestigen, das /u einem änderten Element oder /u einem Sammler führt. Die Öffnung 19 kann dabei zweckmäßig so weit bemessen werden, daß bei Kernreaktoren ein Brennelement einführbar ist.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abschlußelcment 20 des Innenrohres 16 von sich aus bereits geschlossen, so daß bei Verschweißen an den Stellen 17 und 18 ein dichter Abschluß des Rohres zustande kommt, liier sind aber seilliche Öffnungen 21 und 22 sorgesehen, um eine interne Verbindung eines solchen prismatischen Innenrohres mit dem Nachbar raum /u ermöglichen. Das Abschlußelemeiu 20 ist hierbei mit einem ringförmigen Versteifungseinsatz 23 versehen, wobei die seitlichen Öffnungen 21 und 22 an gleicher Stelle in diesem Versteil'ungsring und in der Wand des Innenrohres 16 angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckgefäß für Kernreaktoren oder andere, in ähnlicher Weise durch hohe Drücke und hohe Temperaturen beanspruchte Behälter und Apparate der Wärmetechnik oder chemischen Verfahrenstechnik mit einem im wesentlichen zylindrisch oder polygonal gestalteten Außenmantel, wobei das Innere des Druckgefäßes ein Netz aus miteinander verschweißten Wänden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Wände (I, 6) an mehreren ihrer am Druckgefäßumfang verteilten Kanten (4) mit der Druckgefäßwandung (3) verbunden sind, daß diese Kanten (4) ajf ,₅ die Geäßwandung (3) eine Kraft in Richtung auf den Gefäßinnenraum ausüben und daß nur die Gefäßwandung (3) so dimensioniert ist, daß sie in ihren ein/einen Segmenten (3a. 5b) zwischen den Kanten

(4) den Druckunterschied zwischen Innen- und Außendruck aushält und daß die aus den miteinander verschweißten Wänden gebildeten Röhren einzeln oder gruppenweise an ihren Stirnseiten mit gesonderten Abschlußelemenien (15, 20) versehen sind.

2. Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelemente (15, 20) mit /um Anschluß eines Rohres und/oder /um Einbringen eines Brennelementes für jeden prismatischen Querschnitt einen Deckel mit Rohranschluß (19) und Schweißlippenverbindung zum umfassenden Steg aufweisen.

3. Druckgefäß nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Röhrenteil einen mit Schweißlippen einschweißbaren Kümpclbodendeckcl (20) erhält, der im Unterteil als gelochte Versteifung der Übertrittsöffnungen von einem zum anderen Roh renquerschnitt ausgebildet ist.