DE2442670A1

DE2442670A1 - Druckgefaess fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE2442670A1
Application number: DE2442670A
Authority: DE
Inventors: John Graham Durston; John Richard Hind
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1975-04-03
Also published as: US4022656A; JPS50101799U; FR2246027B1; FR2246027A1; GB1450203A; JPS5529120Y2

Description

PATENTANWÄLTE D 59 Siegen

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT Marburger Tor 2 - Postfach

DIPL-ING. ROLF PÜRCKHAUER ^Telefon:<⁰²⁷¹>⁵⁴°™ Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen

2442670 -5. SEP. 1974

74 041 Kü/Sch

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY, 11 Charles II Street,

London SW1Y 4QP (England)

Für diese Anmeldung wird die Priorität der britischen Patentanmeldung Nr. 4554-3/73 vom 28. September 1973 in Anspruch genommen.

Druckgefäß für Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf Druckgefäße für Kernreaktoren.

Bei einem Druck- oder Aufnahmegefäß für einen Kernreaktor mit einem vorgespannten Betonaufbau, der einen mit Stahl aus-, gekleideten Hohlraum mit einer im wesentlichen halbkugeligen Basis aufweist und einen Primärbehälter zur Aufnahme eines Kernreaktorkerns und Hilfseinrichtungen aufnimmt, die allgemein

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in flüssiges Kühlmittel eingetaucht sind, wobei der Primärbehälter durch Befestigung seines Randes an der Dachauskleidung und an Stahlankern im Dachaufbaubeton hängend angeordnet ist, ist erfindungsgemäß eine Kühleinrichtung für den oberen Umfangsbereich des Primärbehälters vorgesehen, wobei die Kühleinrichtung so angeordnet ist, daß die Kühlrate progressiv aufwärts bis zu einem Maximum an der Befestigungsstelle des Primärbehälters an der Dachauskleidung zunimmt. Während des Betriebs des Reaktors befindet sich das flüssige Kühlmittel auf hoher Temperatur, beispielsweise wenn der Kern ein Schnellneutronen-Reaktor ist, der mit IPlüssignatrium-Kühlmittel arbeitet, wobei die Temperatur des Kühlmittels in der Nähe der Wand des Primärbehälters annähernd 400° C beträgt. Die Kühleinrichtung dient dazu, die Temperatur des Primärbehälters im Bereich oberhalb der Oberfläche des flüssigen Kühlmittels zu reduzieren, so daß die Beanspruchungen an der Befestigung des Randes an der Dachauskleidung gering sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform von Druckgefäß ist eine Kühleinrichtung der Dachauskleidung des Hohlraumes zugeordnet, wobei die Kühleinrichtung eine Schicht aus Beton mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, die Kühlmittel-Leitmittel aufweist, welche darin eingebettet und in unmittelbarer Nähe der Fläche zwischen dem Beton von hoher Leitfähigkeit und dem Aufbaubeton sowie von der Dachauskleidung auf Abstand angeordnet sind.

Durch Ändern der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch die Leitmittel hindurch kann das Temperaturgefälle am Beton hoher Leitfähigkeit variiert werden, um die Betriebstemperatur der Dachauskleidung während des Normalbetriebs zu steuern und außerdem annehmbare Temperaturen am Aufbaubeton in einem Nachunfall-Zustand aufrechtzuerhalten. Wo das Reaktorkühlmittel flüssiges Metall ist und die Kühlmittel-Leitmittel vorgesehen sind, um den Aufbaubeton auf einer optimalen Tempe-

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ratur zu halten, können die Mittel geschlossene Leitungen aufweisen, die durch Kanäle begrenzt werden,, welche in den den Hohlraum bildenden Beton eingeformt sind, sowie durch die Stahlauskleidung des Hohlraumes, wobei die Leitungen sich vertikal bis oberhalb des Pegels für die Oberfläche des Reaktorkühlmittels im Primärbehälter erstrecken und Einlaß- und Auslaßverbindungen für gasförmiges Kühlmittel aufweisen, die ebenfalls oberhalb des Pegels für die Oberfläche des Reaktorkühlmittels im Primärbehälter angeordnet sind.

Bei dem unwahrscheinlichen Fall eines Notzustandes, bei dem geschmolzener Brennstoff einen Bruch des Primärb'ehält er s und der Hohlraumauskleidung und nachfolgend das Durchdringen einiger der Kühlmittelkanäle verursacht, ist ausleckendes Natrium nicht in der Lage, das Beton-Kühlsystem vollständig abzudrosseln.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kernreaktor-Druckgefäß, während

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit eines Teils von Fig. 1 wiedergibt, der in gebrochenen Linien eingeschlossen und mit II bezeichnet ist.

Fig. 1 zeigt einen vorgespannten Betonaufbau 1 mit einem mit Stahl ausgekleideten Hohlraum 2, in dem sich ein Primärbehälter 3 befindet. Der Primärbehälter enthält einen Schnellneutronen-Kernreaktorkern 4 mit Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise Regelstäbe 5, Wärmetauscher 6 (von denen nur einer dargestellt ist) sowie ein Beschickungsgerät 7» die allgemein in flüssiges Natrium eingetaucht sind, dessen Pegel mit 8 bezeichnet ist. Der Primärbehälter ist durch Befestigung an seinem Rand an der Dachauskleidung 2a und an Stahlankern 2b, die in

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den Dachaufbaubeton eingebettet sind, hängend angeordnet. Der obere Umfangsbereich 9 des Primärbehälters weist eine Kühleinrichtung 10 auf, die in weiteren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kühleinrichtung umfaßt einen ringförmigen Tank 11, der flüssiges Natrium und Kalium enthält, durch welchen Kühlflüssigkeit, die aus einem eutektischen Gemisch von Diphenyl und Diphenyloxid besteht, mittels Kühlschlangen. 12 und Wärmetauschergeräte (nicht dargestellt) außerhalb des Tanks geleitet wird. Unterhalb des ringförmigen Tanks ist der Primärbehälter mit einer Mineralisolierung 13 ausgekleidet, welche in Richtung zum Rand des Primärbehälters in der Dicke abnimmt, und die Isolierung ist von einem Mantel 14 umgeben, der mittels einer Leitung 15 mit Stickstoff beliefert wird. Der Mantel 14 läuft aus in eine Kammer 16, die eine Auslaßleitung 17 aufweist. Die Einlaß- und Auslaßleitungen sind mit einem Wärmeaustauschgerät verbunden, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Innenoberfläche des Primärbehälters ist von der Dachauskleidung abwärts bis knapp unterhalb der freien Oberfläche des Natriums mit Schichten aus Edelstahlblech isoliert, die mit 31 bezeichnet sind. Bei Gebrauch ändert sich die Temperatur des flüssigen Kühlmittels (Natrium) innerhalb des Primärbehälters zwischen etwa 400° C bei Betriebstemperatur und 200° C während des Beschickens, und im allgemeinen können die sich daraus ergebenden Änderungen in der Wärmeausdehnung durch Schwellen und Zusammenziehen des Behälters aufgenommen werden. Jedoch werden die induzierten Beanspruchungen im oberen Bereich 9 des Behälters allmählich komplizierter, und zwar wegen der Hemmung des Ausdehnens, die dem Rand durch seine starre Befestigung an der Betondecke auferlegt wird. 'Durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch die Wärmetauscherschlangen 12 im Ringtank 11 und der Strömungsgeschwindigkeit des Stickstoffs durch den Mantel 14 hindurch, kann der obere Bereich 9 des Primärbehälters in kontrolliertem Maße gekühlt werden, um die induzierten Beanspruchungen gut unterhalb der Maximalwerte zu halten, die in den Konstruktionsdaten festgelegt sind.

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Im einzelnen und mit nochmaligem Bezug auf Fig. 1 weist der vorgespannte Betonaufbau 1 vorgespannte Sennen 18 auf, die in Spanntunneln bzw. -galerien 19 vorgespannt werden, welche" am oberen und unteren Ende des Aufbaus angeordnet sind. Der Aufbau hat ein einstückiges Dach bzw. eine einstückige Decke 20, die Durchgänge 21 zum Drehen von Stopfen (zu, Beschickungsund Regelzwecken) aufweist, und damit Zugang zu den Wärmetauschern 6 gewährt wird. Der Reaktorkern 4 wird auf einem Haltegitter 22 getragen, welches zusammen mit einer Neutrohenabschirmung 23 durch eine Stützplatte 24 gehalten wird, welche an der Deckenkonstruktion hängend befestigt ist. Unter der Stützplatte befindet sich ein Trog bzw. eine Auffangwanne 25 zum Festhalten von Trümmern,·die aus dem Reaktorkern herabfallen. Das im Primärbehälter enthaltene Natrium bildet einen inneren Tümpel oder Sumpf 26, der durch eine Stahlisolierung 27 und einen äußeren Sumpf 28 begrenzt wird. Der innere Sumpf enthält den Reaktorkern 4, während der äußere Sumpf den Wärmetauscher 6, das Beschickungsgerät 7 und die nicht dargestellten Kühlpumpen und Ventile enthält. Die Wärmetauscher 6 haben Einlaßöffnungen 29 und Auslaßöffnungen (nicht dargestellt) für Sekundärkühlmittel, welches ebenfalls Natrium ist, wobei die öffnungen mit dampferzeugenden Wärmetauschergeräten außerhalb des Kerns verbunden sind. Eine Strömung von Primärkühlmittel erfolgt mit Hilfe von Kühlmittelpumpen an der Unterseite des Reaktorkerns 4, von dort aufwärts und nach den Wärmetauschern mittels dehnbarer Kupplungen 30. Nach dem Passieren der Wärmetauscherrohre, welche das Sekundärkühlmittel enthalten, gelangt das Primärkühlmittel vom unteren Teil der Wärmetauscher 6 in den äußeren Sumpf 28. Eine Schicht aus Beton 34 von hoher Wärmeleitfähigkeit ist zwischen dem Betonaufbau und der Stahlauskleidung des Daches bzw. der Decke und dem oberen Bereich der Kammer oberhalb des Normalpegels 8 des Natriums angeordnet. Kühlrohre 35 sind in dichter Nähe zur Zwischenfläche zwischen dem Beton 34 und dem Aufbaubeton angeordnet, um eine Strömung eines eutektisehen Gemisches aus Diphenyl und Diphenyloxid zu

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führen. Durch Änderung der Geschwindigkeit der Kühlmittelströmung durch die Rohre 35 hindurch kann das Temperaturgefälle am Beton 34· kontrolliert bzw. gesteuert werden, so daß während des Normalbetriebs annehmbare Auskleidungstemperaturen aufrechterhalten werden und unter Bedingungen nach einem Unfall annehmbare Aufbaubetontemperaturen aufrechterhalten werden.

In den unteren Bereichen der Kammer werden der Aufbaubeton und die Stahlauskleidung durch eine Strömung von Stickstoff gekühlt, welches im wesentlichen auf Atmosphärendruck liegt, und zwar durch Kühlkanäle 36, die in den Beton eingeformt sind. Die Kanäle 36 sind vertikal angeordnet und verlaufen um die halbkugelförmige Basis des Behälters im Zickzackmuster herum, so daß sie in Kombination mit der Stahlauskleidung eine Reihe von verschachtelten U-förmigen Leitungen bilden. Die Einlaß- und Auslaßsammeikanäle der Leitungen, mit 37 und 38 bezeichnet, sind oberhalb des normalen Natriumspiegels angeordnet, so daß unter Bedingungen nach einem Unfall für den Fall, daß Natrium oder geschmolzener Brennstoff aus dem Primärbehälter entkommt und durch die Auskleidung soweit hindurchbrennt, daß eine oder mehrere Leitungen gefüllt werden, die Sammelkanäle offenbleiben würden. Auf diese Weise wurden die miteinander verbundenen ungefüllten Leitungen eine ausreichende Kühlung für den Aufbaubeton vorsehen. Die Innenfläche des ausgekleideten Hohlraumes 2 ist mit einer Mineralisolierung 32 überzogen.

Pat entansprüche

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Claims

74 041 Kü/Sch -5. SEP. 1974 Patentansprüche

1.J Druck- bzw. Aufnahmegefäß für einen Kernreaktor, bestehhend aus einem vorgespannten Betonaufbau, der einen Hohlraum mit einer im wesentlichen halbkugelförmigen Basis und einer horizontalen ebenen Decke bildet, aus einer Stahlmembranauskleidung für den Hohlraum und aus einem Primärbehälter zur Aufnahme eines Kernreaktorkerns und Hilfseinrichtungen, die allgemein in flüssiges Kühlmittel eingetaucht sind, wobei der Primärbehälter durch Befestigung an seinem Rand an der Decken- bzw. Dachauskleidung und an Stahlankern in dem Beton der Deckenkonstruktion hängend angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (10) für den oberen Umfangsbereich (9) des Primärbehälters (3), wobei die Kühleinrichtung (10) so angeordnet ist, daß die Kühlrate progressiv aufwärts bis zu einem Maximum an der Befestigungsstelle des Primärbehälters an der Deckenauskleidung zunimmt.

2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (10) einen ringförmigen Tank (11) zur Aufnahme von flüssigem Metall in Kontakt mit der Außenoberfläche des oberen Umfangsbereiches (9) des Primärbehälters (3) aufweist, wobei der Tank (11) Kühlschlangen (12) für das Hindurchleiten eines ersten Kühlmittels durch den Tank in Wärmeaustausch mit dem flüssigen Metall aufweist, daß ferner eine Wärmeisolierung (13) von variierender Dicke um den Primärbehälter herum unterhalb des ringförmigen Tanks (11) vorgesehen ist, die in der Dicke in Richtung auf den Rand des Primärbehälters abnimmt,

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und daß ein Mantel (14), der die Wärmeisolierung umgibt, Einlaß- und Auslaßverbindungen (15» 17) für ein zweites Kühlmittel aufweist.

3. Gefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Tank (11) flüssiges Natrium und Kalium enthält,.daß die Kühlschlangen (12) ein erstes Kühlmittel aus einem eutektischen Gemisch von Diphenyl und Diphenyloxid leitet und daß der Mantel ein zweites Kühlmittel, bestehend aus Stickstoff, führt.

4. Gefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung, die der Deckenauskleidung des Hohlraumes zugeordnet ist und eine Schicht aus Beton (34-) von hoher Wärmeleitfähigkeit mit kühlmittelführenden Rohren (35) aufweist, die darin eingebettet und in unmittelbarer Nähe der Zwischenfläche des Betons (34-) von hoher Leitfähigkeit und dem Aufbaubeton in Abstand von der Deckenauskleidung angeordnet sind.

5· Gefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, gekennzeichnet durch Kühlmittel-Leitmittel, welche den Aufbaubeton auf optimaler Temperatur halten, wobei die Kühlmittel-Leitmittel geschlossene Leitungen aufweisen, die durch in den den Hohlraum bildenden Beton eingeformte Kanäle(36) und durch die Stahlauskleidung des Hohlraums begrenzt sind, wobei sich die Leitungen vertikal bis oberhalb des Pegels (8) für die Oberfläche des Reaktorkühlmittels im Primärbehälter (3) erstrekken und Einlaß- und Auslaßverbindungen (37, 38) für gasförmige Kühlmittel aufweisen, die ebenfalls oberhalb des Pegels für die Oberfläche des Reaktorkühlmittels im Primärbehälter angeordnet sind.

6. Gefäß nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle(36) um die halbkugelförmige Basis des Behälters im Zickzackmuster verlaufen, um in Kombination mit der Hohlraumauskleidung eine Reihe von verschachtelten Leitungen zu bilden.

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-a.

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