DE2219082A1

DE2219082A1 - Druckbeständiger, zu öffnender Behälter, insbesondere für Kochendwasser-Kernreaktor

Info

Publication number: DE2219082A1
Application number: DE19722219082
Authority: DE
Inventors: Didier Paris Costes
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique; Electricite de France, Service National; Paris
Priority date: 1971-04-21
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1972-11-23
Also published as: SE362526B; FR2134824A5; US3834452A; GB1315930A

Description

410-18.65OP 19- 4. 1972

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, Paris (Frankreich)

und

ELECTRICITE DE FRANCE (Service National) Paris (Frankreich)

Druckbeständiger, zu öffnender Behälter, insbesondere für Kochendwasser-Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einer Wärmeisolation versehenen, zu öffnenden Behälter, der zur Aufnahme eines Sattdampfes bestimmt ist, dessen Temperatur weit über der der umgebenden Atmosphäre liegt, wobei die druckbeständige, z. B. aus vorgespanntem Beton bestehende Wand mindestens zum Teil auf einer Temperatur nahe der umgebenden Temperatur gehalten wird.

Man hat bereits Behälter aus vorgespanntem Beton dieses Typs verwirklicht oder vorgeschlagen, die dazu bestimmt

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sind, das Herz von Kernreaktoren und in bestimmten Fällen Wärmeaustauscher zu enthalten. Diese Behälter weisen eine · dicke Wand aus vorgespanntem Beton auf, die im Inneren mit einer Abdichtungshülle und einer Wärmeisolationsschicht überzogen ist. Der Wärmeisolationsüberzug kann im Inneren der Abdichtungshülle angeordnet sein, die durch ein Leitungsnetz gekühlt wird, das von einem Fluid durchströmt ist (sog. Lösung "mit kalter Hülle"). Der Wärmeisolationsüberzug kann auch außerhalb der Hülle vorliegen und in diesem Fall aus einer Betonschicht bestehen, deren Zusammensetzung derart ist, daß ihre Festigkeit durch Temperaturerhöhung nur wenig beeinträchtigt wird (sog. Lösung "mit heißer Hülle"). Eine Beschreibung dieser letzteren Lösung findet sich in der Veröffentlichung "Une solution originale: Ie caisson ä paroi chaude" von J. Courbon und J. P. Merot im Symposium de l'Agence Europeenne pour 1'Energie Nucleaire (Paris, 20. bis 22. Mai 1968), worauf hiermit verwiesen sei.

Die für bestimmte Reaktortypen, insbesondere Kochendwasserreaktoren dienenden Behälter weisen eine Öffnung großen Querschnitts auf, die durch einen dichten Deckel verschließbar ist. Man gibt nun allgemein dem Körper des Behälters eine zylindrische oder prismatische Form mit senkrechter Achse, die an ihrem oberen Teil die Öffnung großen Durchmessers aufweist, die durch den abnehmbaren Deckel verschließbar ist. Der untere Teil des Deckels ist mit einem Wärmeisolationsüberzug versehen, dessen Anschluß an den Überzug des Hauptteils des Behälters ein schwierig lösbares Problem bedeutet: Tatsächlich ist, wenn man zwischen den aufeinander zu liegen kommenden Oberflächen des Hauptteils des Behälters und des Deckels einen ringförmigen Raum bestehen läßt, dieser Raum die Quelle wesentlicher Konvek-

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tionsströme, die von Dampfkondensation begleitet sind und wesentliche Wärmeverluste verursachen.

Um diese Erscheinung zu unterdrücken, wurde vorgeschlagen, die Kontinuität zwischen den Wärmeisolationsüberzügen und den Blechen, die sie einfassen, wieder herzustellen: Hierfür ist es erforderlich, daß Arbeiter in den Behälter eindringen. Diese Lösung ist vom ersten Schließen des Behälters an unbequem durchzuführen und führt zu einem Aussetzen gegenüber den Strahlungen nach der Zerstörung des Schweißverschlusses zwischen den Blechen und der Abdichtung zwischen den Wärmeisolatipnsschichten, wenn man den Behälter öffnet. Diese Lösung muß daher wohl ausgeschlossen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Innendruck einer kondensierbaren Flüssigkeit beständigen Behälter aus vorgespanntem Beton, insbesondere für einen Kochendwasser-Kernreaktor, mit einem eine obere Öffnung aufweisenden Hauptteil, einem Deckel zum dichten Verschluß der Öffnung mit einem Abdichtungsring am Hauptteil und einem an seinem unteren Teil angebrachten verlängerten Stopfen zur Wärmeisolierung, der bis unter das Niveau der Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Hauptteil des Behälters reicht, so auszubilden, daß unter Vermeidung zu starker Konvektionsströme eine gute Wärraeisolation aufrechterhaltbar ist, ohne daß die genannten strahlungsgefährdeten Arbeiten durchgeführt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stopfen einen nach unten vorspringenden zusammenhängenden Umfangs-Bundring aufweist, daß der Hauptteil eine der-

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art angeordnete Rinne trägt, daß der Bundring in diese bei aufgesetztem Deckel eintaucht, daß der Deckel und der Hauptteil im Inneren von einer mit einer Wärmeisoliermaterialschicht bedeckten Abdichtungshülle überzogen sind und daß ein praktisch stagnierender Streifen von Kühlflüssigkeit zwischen den angrenzenden Oberflächen der Wärmeisoliermaterialschichten des Deckels und des Hauptteils aufrechterhaltbar ist.

Während des Betriebs des Reaktors füllt sich die Rinne mit kondensierter Flüssigkeit, die im Ringraurn zwischen der« Deckel und dem Hauptteil des Behälters aufsteigt. Dieser Ringraum läßt sich auf eine sehr geringe Dimension (einige cam) reduzieren, und daher werden die Konvektionsbewegungen der Flüssigkeit in diesem Raum sowie der Wärmeaustausch reduziert: Man erreicht so die Kontinuität der Wärmeisolatior! des Behälters.

Nach einer Ausführungsart der Erfindung wird ein druckbeständiger und biologisch schützender Behälter für einen Kochendwasser-Reaktor vorgeschlagen, der einen Heuptteil mit einer oberen Öffnung und einen Deckel zum dichten Abschluß der Öffnung aufweist, wobei der Deckel und der Hauptteil im Inneren mit einer Äbdichtungshülle überzogen sind, die mit einer Wärmeisoliermaterialschicht bedeckt ist, und Mittel vorgesehen sind, um einen praktisch stagnierenden Streifen von Wasser zwischen den angrenzenden Oberflächen der Ivarmeisolati onsschichten des Deckels und des Hauptteils einzuhalten. Die zum Festhalten des Wärmeisoliermaterials bestimmten Teile können bei dieser Anordnung so eingerichtet sein, daß sie Flüssigkeit in die Masse des Materials durchlassen.

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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Behälter für Kochendwasserreaktoren betreffenden Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Behälter mit "kalter" Hülle in einem Schnitt nach einer durch seine Achse gehenden senkrechten Ebene; und

Fig. 2 einen Teil eines Behälters mit "heißer" Hülle, ebenfalls im Schnitt nach einer durch seine Achse gehenden senkrechten Ebene.

Der in Fig. 1 dargestellte Behälter weist einen Hauptteil 10 und einen Deckel 12 auf. Der Hauptteil 10 umfaßt einen unteren Boden und einen Stammteil mit einem äußeren zylindrischen oder polygonalen Querschnitt. Er begrenzt eine innere Kammer 14, die sich am oberen Teil des Behälters durch einen Kanal 16 öffnet, dessen Durchmesser in der gleichen Größenordnung wie der der. Kammer lh liegt. Der Stammteil des Hauptteils weist zwischen dem Kanal 16 und der Kammer 14 ein Gesims auf, das nach oben eine Fläche 18 mit geringer Konizität trägt, die einen Auflagesitz für den Deckel 12 darstellt. Eine Abdichtungshülle 20 bedeckt innen den Boden und den Stammteil des Hauptteils 10 und verlängert sich bis mindestens an die Auflagesitzfläche 18. Ein Netz von Kühlröhren 22, die von Wasser durchströmt und an der Außenseite der Hülle 20 angebracht sind, ermöglicht das Halten der Temperatur dieser Hülle auf einem relativ niedrigen Wert in der Größenordnung von z. B. 6o °C. Zwischen der Hülle 20 und der Kammer 14 befindet sich eine Schicht 24 aus Wärmeisoliermaterial, die von . einer Glocke 26 festgehalten wird. Diese Glocke weist in

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dem Teil, der in die Wassermenge in flüssiger Phase 28 eintaucht, Öffnungen 30 auf. Durch diese Öffnungen dringt das Wasser in die gesamte Wärmeisoliermaterialschicht 2k ein; es bleibt in flüssiger Phase unter Berücksichtigung der Tatsache, daß es durch die Abdichtungshülle 20 gekühlt wird» Das Wärmeisoliermaterial besteht z. B. aus einem Gewebepolster aus nichtoxydierendem Stahl. Das Wasser, das in dieses Material eindringt und seine Poren anfüllt, wird in seinen Bewegungen gebremst und hat daher keinen ungünstigen Einfluß auf die Isolation, sichert dagegen eine hydrostatische Übertragung der Drücke.

Die Glocke 26 kann unterhalb der freien Oberfläche des Wassers in der Kammer Ik nichtkontinuierlich sein und aus nebeneinandergesetzten Platten bestehen, die unabhängig an der Hülle 20 durch Stifte 50 befestigt sind, wovon in der Figur zwei dargestellt sind.

Der Deckel 12 des Behälters besteht allgemein ebenfalls aus vorgespanntem Beton. Seine Unterseite weist eine Ringfläche von einer der der Auflagesitzfläche 18 entsprechenden Form auf, worauf sie über einen Abdichtungsring 32, z. B. aus einem Elastomer, aufruht. Die Unterseite des Deckels ist, wie die Innenseite des Hauptteils 10, mit einer Abdichtungshülle 3k überzogen, die durch ein Bündel von Rohren 36 gekühlt wird, die von Wasser durchströmt sind. Der Deckel 12 wird auf seinem Sitz durch bei 39 schematisierte Andrück- bzw. Anlageorgane gehalten, die in verschiedener Weise zusammengesetzt sein können: Man kann z. B. Winden mit variablem Druck, die den Abdichtungsring 32 unter ständiger Kompression halten, Federn großer Stärke, die die gleiche Funktion erfüllen, oder einfache Keile verwenden,

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die zulassen, daß der Abdichtungsring· 32 Relativverlagerimgen von Deckel und Sitz aushält.

Der mittlere Teil der Unterseite des Deckels 12 trägt in der Zone, die sich unterhalb des Abdichtungsringes 32 in Radialrichtixng befindet, einen Wärmeisolationsstopfen. Der in Fig. 1 gezeigte Stopfen besteht aus einer f aserf'ör-migen oder poröden ^'örrneisolierinaterialscliicht 38» die durch eine untere volle Platte 40 und durch einen seitlichen Bundring 42 festgehalten wird, der sich nach unten bis unterhalb der Platte 40 erstreckt.

Die Glocke 26, die die Wärmeisoliermaterialschicht 24 festhält, bildet an ihrer Seite mit einem Ring 44 (in den sich der Bundring 42 einfügt) und einem abgebogenen Rand 46 eine Rinne, deren Tiefe derart ist, daß der Bundring 42 hier eintaucht, wenn der Deckel 12 in seiner Stellung angebracht ist. V/enn der Reaktor in Betrieb ist, kondensiert der Dampf im Ringraum 48 zwischen dem Stopfen und dem Ring 44 (unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Abkühlung durch die Rohrbündel 22 und 36 im oberen Teil dieses Raums gesichert ist). Wasser in flüssiger Phase nimmt so die Rinne und den zwischen dem Bimdring 42 und dem Ring 44 liegenden Ringraum 48 ein. Diese Wassermenge, die durch den Druck, der in der Kammer 14 herrscht und sich auf die freie Oberfläche zwischen der Bundring und dem abgebogenen inneren Rand der Rinne auswirkt, festgehalten wird, verhindert das Wiederaufsteigen von Dampf. Da der Ringraum 48 eine geringe Dicke hat, werden die Konvektionsbewegungen des Wassers hier gedämpft und die Wärmeaustauschvorgänge reduzierts Das Wasser sichert so die Kontinuität der Wärmeisolation.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Bundring 42 über der Platte 4O von Löchern durchsetzt, die ermöglichen, daß das Wasser, das den Ringraum einnimmt, in die Vzirmeisolierniaterialschicht 38 eindringt.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispxel unterscheidet sich vom ersten im wesentlichen dadurch, daß die Abdichtungshülle des Hauptteils des Behälters "heiß" ist. Man findet im Fall der Fig. 2 (wo die den in Fig. 1 entsprechenden Elemente zur Einfachheit die gleiche Bezugsziffer mit einem Strich tragen) einen Hauptteil 10* und einen Deckel 12', der durch Keile 39' festgehalten wird. Der Dekkel weist eine untere Abdichtungshülle 3V auf, die durch ein Netz von Rohren 36' gekühlt wird. Er verlängert sich zu einem unteren Stopfen, der aus einer Wärmeisoliermaterialschicht 38' besteht, die durch eine Platte 40' und einen seitlichen Bundring 42' zusammengehalten wird. Jedoch wird in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 im Gegensatz zu dem nach Fig. 1 der Behälter durch eine umgebogene Kante der Abdichtungshülle 26· begrenzt. Das Netz von durch Kühlwasser durchströmten Röhren 22' ist mitten in der Betonmasse angeordnet und von der Hülle 26' außer in der Nähe der Auflagesitzfläche 18' des Deckels 12' durch Wärmeisolationsbeton getrennt. Die Rolle der Rinne und die der unteren Verlängerung des Bundrings 42' bleiben damit nicht weniger identisch mit denen der entsprechenden Elemente des Behälters von Fig. 1.

Beispielsweise sei erwähnt, daß man für einen Kochendwasser-Reaktor von 1000 elektrischen MW, dessen innere Kammer einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 ni aufweist,

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im allgemeinen einen Stopfen 38 von etwa 20 cm Dicke wählen wird, der von dem Ring hk nur durch ein Spiel von wenigen mm Radius getrennt ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die
Ausführungsbeispiele beschränkt, die anhand der Zeichnung beschrieben wurden, sondern umfaßt weitere Varianten, soweit sie im Bereich der Äquivalenz liegen.

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Claims

Patentansprüche

s·—¹^

V 1-/Gegenüber dem Innendruck einer kondensierbaren Flüssigkeit beständiger Behälter aus vorgespanntem Beton, insbesondere für einen Kochendwasser-Kernreaktor, mit einem'eine obere Öffnung aufweisenden Hauptteil (1O), einem Deckel (12) zum dichten Verschluß der Öffnung mit einem Abdichtungsring (32) am Hauptteil (1O) und einem an seinem unteren Teil angebrachten verlängerten Stopfen (38) zur ¥ärmeisolation, der bis unter das Niveau der Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Hauptteil des Behälters reicht, dadurch gekennzeichnet , daß der Stopfen (38) einen nach unten vorspringenden zusammenhängenden Umfangs-Bundring (k2) aufweist, daß der Hauptteil (10) eine derart angeordnete Rinne (abgebogener Rand 46) trägt, daß der Bundring (kz) in diese bei aufgesetztem Deckel (i2) eintaucht, daß der Deckel (12) und der Hauptteil (10) im Inneren von einer mit einer Värmeisolierraaterialschicht (38 bzw. Zk) bedeckten Abdichtungshülle {3k bzw. 20) überzogen sind und daß ein praktisch stagnierender Streifen von Kühlflüssigkeit (bei 48) zwischen den angrenzenden Oberflächen der Wärmeisoliermaterialschichten (38 bzw. 2k) des Deckels (12) und des Hauptteils (1O) aufrechterhaltbar ist.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Deckels (12) eine metallische Abdichtungshülle (3k) aufweist, die mit Kühlmitteln (Rohren 36) versehen und zum Inneren des Behälters mit dem Stopfen (38) bedeckt ist, der aus einer Wärmeisoliermaterialschicht

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und einer unteren Abdeckplatte (4o) besteht, die mit dem Bundring (^2) verbunden ist.
3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß die Wärmeisoliermaterialschicht (38) des Deckels (12) mit dem Ringraum (^S) zwischen dem Stopfen und der Öffnung unter dem Niveau der dichten Verbindung.zwischen dem Dekkel (12) und dem Hauptteil (1O) des Behälters in offener Verbindung steht.
k. Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdichtungsring (32) aus Elastomermaterial zwischen konischen oder ebenen Anlageoberflächen des Deckels (12) und des Hauptteils (-10) des Behälters eingefügt ist und Mittel (39) zwischen dem Hauptteil und dem Deckel angeordnet sind, die auf diesen eine den Abdichtungrring pressende Kraft ausüben.
5. Behälter nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Hauptteil (10) und dem Deckel (12) angebrachten Mittel aus Keilen (39), Federn oder Haltewinden bestehen.
6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil (1O) des Behälters eine Vand aus vorgespanntem Beton aufweist, die innen mit einer Abdichtungshülle (20) überzogen ist, die mit einem Netz von Kühlröhren (22) versehen und vom Inneren (lh) des Behälters durch eine Wärmeisoliermaterialschicht (2h) getrennt ist, die durch eine Metallische Einfassung (Glocke 26) gehalten ist. ■- -■ - ■'■■· ~'^: - '
7. Behälter nach Anspruch 6 für Kochendwasser-Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinfassung (Glokke 26) von Löchern zur Verbindung der Wärmeisoliermaterialschicht (2k) mit dem Wasser unter der freien Wasseroberfläche durchsetzt ist.
8. Behälter nach den Ansprüchen 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisoliermaterialschicht (2k) aus

einem Polster von gestapelten Metallgeweben besteht. _;
9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch )

gekennzeichnet, daß der Hauptteil (1O·) des Behälters eine ι Betonwand aufweist, die im Inneren von einer Abdichtungshülle (26¹) überzogen ist, wobei die Betonwand mindestens in ihrem äußeren Teil vorgespannt und mit einem Netz von Kühlröhren (22^!) versehen ist, das an der Grenze zwischen j

dem vorgespannten Teil und dem zur Wärmeisolation dienen- j

den Teil angebracht ist. -:

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