DE3518609A1

DE3518609A1 - Anschluss einer heissgasleitung an den kernbehaelter eines gasgekuehlten hochtemperaturkernreaktors

Info

Publication number: DE3518609A1
Application number: DE19853518609
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Stausebach; Helmut Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Swars
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1986-11-27
Also published as: US4808370A; JPS61272689A

Description

INTERATOM GmbH 24.778,7

5060 Bergisch Gladbach 1

Anschluß einer Heißgasleitung an den Kernbehälter eines gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktors

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktor nach dem Oberbegriff des 1. An-Spruchs. Ein derartiger Kernreaktor ist aus der EP-B-O 039 016 bekannt; eine Weiterentwicklung ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 33 45 457.4 beschrieben. Von diesem Stand der Technik ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Anschluß der Heißgasleitung an den Kernbehälter anzugeben. Dieser Anschluß bereitet besondere Schwierigkeiten, da er dem im Kernreaktor auf Temperaturen bis zu 950 ⁰C aufgeheizten Kühlgas widerstehen muß; etwa an der Anschlußstelle auftretende Heißgasleckagen könnten in ihrem Bereich befindliche metallische Bauteile (z. B. den Kernbehälter) gefährden. Leckströme könnten darüber hinaus zur Erosion des Wärmeisolationsmaterials führen, das für den notwendigen Temperaturabbau zwischen dem auf Heißgastemperatur befindlichen Strömungsführungsrohr und einem dieses umgebenden, den Druckeinschluß besorgenden metallischen Rohr angeordnet ist. Durch die hohen Temperaturunterschiede bedingt, denen die Bauteile mit dem übergang von der Stillstands- in die Betriebsphase ausgesetzt sind, ist mit Lageänderungen derselben zueinander zu rechnen, die auf die unterschiedliche Wärmedehnung zurückgehen; hierbei tritt auch ein Winkelversatz zwischen Kernbehälter und Heißgasleitung auf, der bei einer starren Verbindung der beiden Teile miteinander zu unzulässigen Beanspruchungen führen würde. Darüber hinaus soll die Möglichkeit geschaffen werden, schadhaft gewordene

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Bauteile auswechseln zu können und zwar auch unter Bedingungen erschwerten Zuganges und lediglich unter Benutzung fernbedienter Werkzeuge. 5

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Mittel. Faltenbalgkompensatoren zum Ausgleich wärmedehnungsbedingter Lageänderungen von Bauteilen zueinander zu verwenden ist bekannt; die erfindungsgemäße Konstruktion nutzt diese Eigenschaften bei gleichzeitigem Schutz dieser notwendigerweise metallischen Bauteile vor der Heißgastemperatur. Die so geschaffene Verbindung ist darüber hinaus völlig gasdicht, was nach der Montage ohne Schwierigkeiten geprüft werden kann, da die Heißgasleitung erst später durch einfaches Einschieben in den Stutzen montiert wird. Da der Stutzen am Kernbehälter lösbar befestigt ist, kann er gegebenenfalls zusammen mit der Heißgasleitung ersetzt werden, wodurch Passungsprobleme zwischen diesen beiden Teilen nach der erneuten Montage vermieden werden.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird nicht nur das Strömungsführungsrohr, sondern auch die dem Temperaturabbau zwischen der heißen Auskleidung des Kernbehälters und dem Faltenbalg dienende Hülse aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff (auch unter der Bezeichnung CFC bekannt) hergestellt. Dieser Werkstoff hat auch bei den hier herrschenden hohen Temperaturen ausreichende Festigkeitswerte und ist gegen eine Oxydation, d. h. ein Verbrennen dadurch geschützt, daß er nur in einer Inertgasatmosphäre (z. B. aus Helium) verwendet wird.

Bei Kernreaktoren, die wie die in den oben genannten Schriften beschriebenen mit einer außen koaxial zur Heiß-

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gasleitung angeordneten Kaltgasleitung versehen sind, wird im 3. Anspruch in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den den Faltenbalg umschließenden Stutzen mit öffnungen zu versehen, durch die ein kleiner (von der Größenordnung 1/1000) Nebenstrom des Kaltgases an die Außenseite des Faltenbalges gelenkt werden kann. Dies trägt zu seiner Kühlung bei, insbesondere zum Ausgleich der über seinen Umfang möglicherweise unterschiedliehen Temperaturen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im 4. Anspruch vorgeschlagen, die Befestigung der Hülse an der Graphit oder Kohlesteinauskleidung des Kernbehälters als Schraubverbindung auszuführen, und zwar unter Verwendung von ebenfalls aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff hergestellten Schrauben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im 5. Anspruch vorgeschlagen, eine spätere Demontierbarkeit des Druckrohres aus dem Stutzen dadurch sicherzustellen, daß diese beiden Teile an ihren Berührungsflächen miteinander mit einer Beschichtung versehen sind, die ein (in Heliumatmosphäre nicht auszuschließendes) Verschweißen der beiden Teile verhindert.

Um eine Lösbarkeit des Stutzens vom Kernbehälter auch dann sicherzustellen, wenn die zur Befestigung verwendeten, an sich lösbaren Schrauben durch Verschweißen oder andere Ursachen nicht mehr zu entfernen sein sollten, wird gemäß dem 6. Anspruch vorgeschlagen, daß die Schraubverbindung für den Einsatz schneidender Werkzeuge zugänglich sein soll. Die abgeschnittenen Stümpfe der Schrauben verbleiben dann im Kernbehälter, und bei der Wiedermontage werden in diesen neue, gegenüber den alten um einen gewissen Winkel versetzte Gewindelöcher neu gebohrt.

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Da gegebenenfalls Heißgasrohrleitungen und Stutzen gemeinsam ersetzt werden, können entsprechend der im 7. Anspruch angegebenen Ausgestaltung der Erfindung auch die zur Befestigung der beiden Teile aneinander verwendeten Mittel, vorzugsweise ebenfalls Schrauben, durch spanabhebende Werkzeuge gelöst werden, was auch bei einem arbeiten vom Inneren des Strömungsführungsrohres her keine besonderen Probleme aufwirft.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Figur 1 den erfindungsgemäßen Kernreaktor im Längsaxialschnitt,
Figur 2 in vergrößertem Maßstab die Einzelheit II der

Figur 1 und

Figur 3 in abermals vergrößertem Maßstab die Einzelheit III der Figur 2.

Innerhalb einer der Strahlenabschirmung dienenden Betonstruktur 1 ist ein stählener Druckbehälter 2 angeordnet, der an seinem oberen Ende mit einem abnehmbaren Deckel 3 versehen ist. Innerhalb des Druckbehälters 2 ist ein ebenfalls metallischer Kernbehälter 4 angeordnet.

Der mit einem umlaufenden Vorsprung 5 auf einem ebenfalls umlaufenden, an der Innenseite des Druckbehälters 2 angeformten Flansch 6 aufliegt. Der Kernbehälter 4 enthält keramische Einbauten 9 aus Kohlestein und/oder Graphit, die einen Raum zur Aufnahme einer Spaltzone 10 umschließen, die aus einer Vielzahl von kugelförmigen Brennelementen besteht. In den Einbauten 9 verlaufen unter anderem Kanäle 11, in denen zur Regelung der Spaltzone Absorberstäbe mit Hilfe

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bekannter, auf der Decke des Kernbehälters 4 angeordneter Antriebe 12 verfahren werden können. In den Einbauten 9 sind weitere Kanäle 13 angelegt, durch die das von einer hier nicht gezeigten Wärmesenke kanmende Kühlgas in einen oberen Sammelraum. 14 geleitet wird und von diesem aus von oben nach unten durch die Spaltzone 10 geschickt wird. Das in einem unteren Sammelrauin 15 zusammenströmende erhitzte Kühlgas wird über eine koaxial in einem Stutzen 17 des Druckbehälters 2 angeordnete Heißgasleitung 16 einer hier nicht gezeigten Wärmesenke zugeführt.

Die Heißgasleitung 16 ist aus einem äußeren, dichten metallischen Rohr 22 aufgebaut. Die eigentliche Strömungsführung des Heißgases erfolgt durch ein konzentrisch dazu angeordnetes inneres Rohr 23 aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff. Die Heißgasleitung 16 ist in einen weiteren, am Kernbehälter 4 befestigten Stutzen 24 eingeschoben und danach an diesem durch eine Anzahl von über den Umfang verteilten Schrauben 25 befestigt. Der Abbau der Heißgastemperatur von bis zu 950 °C auf eine für das druckführende Rohr 22 noch zulässige Höhe von ca. 300 C erfolgt durch eine Wärmeisolierung, die teils aus einem faserförmigen Keramikmaterial 26 und teils (an mechanisch besonders beanspruchten Stellen) aus einer hochporösen Festkeramik bestehen kann. Im Inneren des weiteren Stutzens 24 ist ein Faltenbalgkompensator 28 angeordnet und mit diesem dicht verbunden. An seinem freien Ende ist der Faltenbalgkompensator (gegebenenfalls wie hier aus zwei durch ein starres Zwischenteil miteinander verbundenen Teilen bestehend) mittels Schrauben 29 mit einer Hülse 30, ebenfalls aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff verbunden, die ihrerseits mittels weiterer Schrauben 31 aus dem gleichen Material an den Graphit- oder Kohlesteinein-

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bauten des Kernbehälters 4 befestigt ist. Über die Hülse 30 erfolgt der Temperaturabbau von den auf Heißgastemperatur befindlichen Einbauten 9 auf die für den Faltenbalgkcmpensator 28 noch zulässige Temperatur. Ein etwa während des Betriebes infolge Temperaturänderungen eintretender Versatz zwischen dem Kernbehälter 4 und der Heißgasleitung 16 (z. B. auch in senkrechter Richtung) wird durch den Faltenbalgkompensator 28 ausgeglichen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Dichtigkeit, so daß keine den Kernbehälter 4 gefährdenden Heißgasleckagen aus der Leitung 16 erfolgen können. Der Faltenbalgkompensator 28 wird an seiner Außenseite durch einen Teilstrom des von der Wärmesenke zurückkehrenden, abgekühlten Gases gekühlt, das in einem Zwischenraum 32 zwischen der Heißgasleitung 16 und einer diese koaxial umschließenden Kaltgasleitung 33 fließt, die an den Stutzen 17 anschließt. Zu diesem Zweck sind in dem weiteren Stutzen 24 Bohrungen 34 vorgesehen. Der weitere Stutzen 24 ist am Kernbehälter 4 mittels über den Umfang verteilter weiterer Schrauben 35 lösbar befestigt. Dies kann erforderlich werden, wenn die Heißgasleitung 16 wegen eines Schadens ausgewechselt, werden soll. Wegen der erforderlichen engen Passung zwischen ihr und dem weiteren Stutzen 24 erscheint es günstiger, beide Teile gemeinsam auszutauschen. Sollten sich die Schrauben 35 dann nicht lösen lassen (z. B. infolge mechanischer Verbiegungen oder wegen Verschweißens im Gewinde) können sie mittels hier nicht dargestellter schneidender Werkzeuge zwischen der Wandung des Kernbehälters 4 und dem Flansch des weiteren Stutzens 24 abgeschnitten werden. Bei der Wiedermontage v/erden dann in dem Kernbehälter 4 winkelig dazu versetzt neue Gewindelöcher gebohrt . Bei der Demontage der Gasleitung 16 können auch Isolierstopfen 36 sowie die durch diese abgedeckten Schrauben 25 vom Inneren des Strömungsführungsrohres 23 her spanabhebend entfernt werden, was

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mit fernbedienten Werkzeugen leichter ausführbar ist. Ein Reibverschweißen des Druckrohres 22 mit dem weiteren Stutzen 24 in der heißen Heliumatmosphäre wird durch eine geeignete Beschichtung dieser Teile, z. B. mit Chrcmkarbid verhindert. Bei der Montage bietet die hier dargestellte Konstruktion den Vorteil/ daß der weitere Flansch 24, der Faltenbalgkompensator 28 und die Hülse 30 fertig montiert und auf Dichtigkeit geprüft werden können, bevor die Heißgasleitung 16 in den weiteren Stutzen 24 geschoben wird.

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Claims

Anschluß einer H eißga's leitung an den Kernbehälter eines gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktörs

Patentansprüche

Iy. Gasgekühlter Hochtemperaturkernreaktor mit einem metallischen, mit einer Auskleidung (9) aus Graphit- und Kohlesteinblöcken versehenen Kernbehälter (4) und einer an diesen anschließbaren Heißgasleitung (16) mit einem äußeren, metallischen, den Druckeinschluß besorgenden Rohr (22) und einem durch eine Isolierung (26, 27) davon getrennten keramischen Strömungsführungsrohr (23),

gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Der Kernbehälter (4) ist mit einem zum Heißgasleitungsanschluß konzentrischen, lösbaren Stutzen (24) versehen. b) Im Inneren des Stutzens (24) ist an seinem einen Ende ein Faltenbalgkompensator (28) dicht befestigt.

c) An seinem anderen Ende ist der Faltenbalgkompensator(28) mit einer an der Graphit- oder Kohlesteinauskleidung(9) lösbar befestigten Hülse (30) verbindbar. d) Das Druckrohr (22) der Heißgasleitung (16) ist dicht in den Stutzen (24) eingeschoben und lösbar an demselben befestigt.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsführungsrohr (23) und die Hülse (30) aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff bestehen.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 mit einer außen koaxial zur Heißgasleitung (16) angeordneten Kaltgasleitung (33), dadurch gekennzeichnet,

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daß der Stutzen (24) mit Öffnungen(34 )in den von ihm und dem Faltenbalgkompensator (28) begrenzten Raum versehen ist.
4. Kernreaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse(30)an der Graphit- oder Kohlesteinauskleidung (9)mittels Schrauben (31) aus kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff befestigt ist.
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5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Druckrohres( 22) und der Stutzen(24) im Bereich ihrer gegenseitigen Berührung mit einer Beschichtung versehen sind, die in der Kühlgasatmosphäre ein ReibverschweiBen der beiden Teile verhindert,
6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Befestigungmittel (35) aufnehmende. Flansch des Stutzens (24) von der Wandung des Kernbehälters (4) abgesetzt ist derart, daß zwischen beiden eine Lücke entsteht, in die Werkzeuge zum Schneiden der Befestigungmittel einbringbar sind.
7. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gek en nzeichnet ,

daß die Befestigung (25) des Druckrohres (22) am Stutzen (24) mittels spanabhebender Werkzeuge lösbar ist. 30