DE1046790B

DE1046790B - Unterirdische Druckreaktoranlage

Info

Publication number: DE1046790B
Application number: DEA26639A
Authority: DE
Inventors: Kristian Dahl Madsen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1956-02-29
Filing date: 1957-02-26
Publication date: 1958-12-18
Also published as: FR1167334A; US3089834A; GB785528A; CH354174A

Description

Nukleare Reaktoren mit Hochtemperaturkühlmittel für Dampferzeugung in Kraftwerken werden bisher so ausgeführt, daß der Reaktor in einem Druckbehälter untergebracht wird. Die Brennstoffelemente werden durch Druckgas oder Flüssigkeit unter Druck, die an ihnen vorbeistreichen, gekühlt, wobei das Kühlmittel auch durch den den. Dampf für die Dampfturbine erzeugenden Wärmeaustauscher strömt.

Bei Verwendung von Druckgas wird der Druck hoch gehalten, möglichst auf einigen zehn Atmosphären, damit die Pumpenleiistung nicht zu groß wird. Wird Wasser als Kühlmittel verwendet, muß der Druck ebenfalls hoch sein, damit die Temperatur des Kühlmittels und damit der Wirkungsgrad nicht zu niedrig wird.

Bei Reaktoren für große Leistung und demgemäß mit großen Abmessungen werden die genannten Druckbehälter ebenfalls sehr groß. Mit dem Anwachsen der Gesamtabmessungen wächst auch die Wandstärke des- Behälters für denselben Innendruck. . Die Wandstärke ist bereits bei mäßigen Abmessungen des Reaktors sehr hoch. Wandstärken von 20 cm werden in der Fachliteratur genannt.

Die Anordnung nach der Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten dadurch, daß der in einem aus einem Berg ausgesprengten Raum angeordnete Reaktorbehälter erfindungsgemäß nur eine verhältnismäßig geringe Wandstärke hat und daß Mittel vorgesehen sind, die die Druckspannungen, denen die Decke, die Wände und der Boden des genannten. Behälters unterworfen sind, weiterleitet, so daß letztlich der Gebirgsstock den Druck abfängt. Die Bergwände werden dazu vorzugsweise mit einer glättenden Schicht aus Beton ausgekleidet; jedoch kann auch Wasser als druckübertragendes Mitteil zwischen dem Reaktorbehälter und der Bergwand verwendet werden, ohne daß diese dann noch besonders geglättet werden müßte.

Bekannt ist die Anordnung des Reaktorbehälters im Erdboden, um einen zusätzlichen Strahlungsschutz zu erhalten. Bei dieser bekannten Anordnung werden aber die Druckspannungen nicht vom Boden aufgenommen, d. h., es sind große Wandstärken des Behälters erforderlich.

In einer Reaktoranlage gemäß der Erfindung ist es auch möglich, den Reaktorbehälter so groß zu machen, daß sein oberer Teil einen Raum biidet, in dem ein Kran und die Geräte für Herausnahme verbrauchter und Einsetzen neuer Brennstoffelemente Platz finden. Diese Arbeiten werden vorteilhaft durch einen vertikalen Schacht ausgeführt, der in eine verschließbare Öffnung am oberen Ende des Druckbehälters mündet.

Es ist wichtig, dafür zu sorgen, daß Wärme-Unterirdische Druckreaktoranlage

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska

Aktiebolaget,
Västeräs (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Bismarckstr. 43

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 29. Februar und 27. April 1956

Kristian Dahl Madsen, Västeräs (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

spannungen im Behälter vermieden werden. Dies kann in verschiedener Weise geschehen. Beispielsweise kann der Reaktorbehälter durch Kühlung auf einer niedrigen und angenähert konstanten Temperatur gehalten werden. Die Kühlvorrichtung wird in diesem Fall vorzugsweise so ausgeführt, daß der Behälter mit einem inneren dünnen, gewellten Mantel versehen ist und der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden mit fließendem Kühlwasser unter demselben Druck gefüllt ist, wie er im Behälter herrscht. Andererseits kann der Druckbehälter in seinem zylindrischen Teil mit einer nachgiebigen Verbindung oder/und zwischen dem zylindrischen TeM und dem Boden oder dem Oberteil mit nachgiebigen Verbindungen ausgestattet sein. Wenn diese Anordnung gewählt wird, kann der zylindrisch geformte Teil der Bergwand oder der Betonfülktng mit einer dünnen Blechhaut versehen sein, die ein Gleiten der Behälterwände gegenüber der Bergwand und dem Beton erleichtert

Eine andere Möglichkeit ist, den Behälter frei in den Bergraum hineinzustellen. Die Bergwand wird dann durch eine Blechverkleidung od. dgl. gedichtet, und der Zwischenraum ist mit einem Stoff gefüllt, der unter demselben Druck gehalten wird wie der Druck im Behälter. Ein solcher Stoff kann beispielsweise Wasser oder Natrium oder eine Mischung von Wismut und Blei sein, weil es zweckmäßig ist, daß der Stoff einen Schmelzpunkt nicht weit von 100° C hat. Wenn geringe Fehlstellen in der Blechhaut in Verbindung mit Sprüngen im Berg auftreten, werden

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die Sprünge automatisch dadurch gedichtet, daß das flüssige Metall erstarrt. Bei Verwendung von Wasser ist es möglich, beispielsweise feine Asbestfasern zur Dichtung von Sprüngen beizugeben. Die Ausbildung eines großen Hochdruckgefäßes nach der Erfindung ist in erster Linie für heterogene Reaktoren gedacht. Ein solcher Behälter kann aber auch bei homogenen Reaktoren verwendet werden.

Zwei Reaktoranlagen, die Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung darstellen, sind im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben; die Fig. 1 und 2 stellen Vertikalschnitte durch die Anlagen dar.

In Fig. 1 besteht der dargestellte Reaktor im wesentlichen aus einem Reaktorkörper 1, der in Rohre 2 eingeschlossene Brennstoffstäbe enthält, aus einem Ringraum 3, Rohren 4 und einer Verteilungskammer 5 für das ankommende Reaktorkühlmittel, einer Sammelkammer 6 für das abgehende Kühlmittel und Kühlmitteleinfluß- und -ausflußrohren 7 bzw. 8. Das Rohr 8 ist in Fig. 1 hinter dem Rohr 7 liegend dargestellt. Diese Rohre können auch konzentrisch angeordnet und durch einen vertikalen Schacht 18 geführt sein (vgl. Fig. 2). Eine dicke Platte 9, die mit in das Sammelgefäß 6 mündenden Rohren versehen ist, dient als Strahlungsschutz und hindert das Kühlgas daran, zwischen dem Reaktorraum und dem Raum darüber zu zirkulieren.

Die genannten Teile sind in einem Behälter 11 eingeschlossen, dem Reaktor- oder Druckbehälter, der auch den oberen Raum 12 einschließt welcher Hebeeinrichtungen 13, Geräte 14 für den Austausch der Brennstoffstäbe und eine Fernsehkamera 15 enthält. Das Gas in diesem Raum kann durch Kühlaggregate oder dadurch gekühlt werden, daß die Wand des Behälters 11 gekühlt wird. Der beschriebene Reaktorbehälter ist in einem Raum 16 untergebracht, der aus dem Berg gesprengt ist. Der Zwischenraum 17 zwischen der Bergwand und dem Behälter ist mit Beton gefüllt. Ein vertikaler Schacht 18, der durch eine Platte 19 abgeschlossen ist, ermöglicht eine Verbindung des Behälteroberteiles mit der Erdoberfläche. Um Wärmespannungen in dem Reaktorkessel zu vermeiden, kann er beispielsweise durch Wasser gekühlt werden, das denselben Druck wie das Behälterinnere hat. Das Wasser durchströmt einen Kühlmantel 20. In den Fällen, wo das Reaktorgefäß frei in dem Bergraum 16 stehend angeordnet werden soll, kann die Oberfläche der Bergwand durch eine Blechhaut 21 abgedichtet werden, wie durch gestrichelte Linien angedeutet ist. In diesem Fall ist der Zwischenraum zwisehen der Blechhaut 21 und dem Reaktorgefäß mit einem druckübertragenden Material 22 gefüllt.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Aufbaues gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten. Das Einlaßrohr 7, das in den Ringraum 3 mündet, ist durch ein Rohr 28 mit einem Rohr 23 verbunden, und das Auslaß rohr 8, das vom Sammelgefäß 6 kommt, ist mit einem Rohr 24 verbunden, das in dem Rohrstück 28 und dem Rohr 23 untergebracht ist. Das untere Ende des Einlaßrohres 23 ist mit einem Flansch 25 versehen, der an der Bergwand dort anliegt, wo der vertikale Schacht 18 in den Bergraum 16 einmündet, und ist durch Bolzen 26 verankert mit Rücksicht auf solche Betriebszeiten, in welchen der Druck Null ist. Zwischen dem Berg und dem Flansch bzw. dem unteren Teil des Rohres 23 ist ein Füllmaterial, beispielsweise Beton, eingebracht. Das Rohr 28 ist gewellt, um Wärmedehnungen des Reaktorbehälters 11 oder Bewegungen des Berges aufzunehmen. Der Reaktorbehälter 11 ruht auf einer dicken Metallplatte 29, die durch in Kanälen 30 fließendes Wasser gekühlt werden kann. Der Zwischenraum 17 zwischen dem Berg und dem Reaktor behälter und auch dem Rohr 28 ist mit Wasser gefüllt. Der Druck an diesen Stellen, in den Einlaß und Auslaßrohren, in dem oberen Raum 12 des Reaktorbehälters und in den Verteilungs- und Sammelkammern kann jeweils ungefähr der gleiche sein, beispielsweise 50 bis 100 Atmosphären. Even tuell kann der Wasserdruck in dem Raum 17 etwas niedriger gehalten werden, um zu verhindern, daß Wasser in den Reaktor eintritt, falls in dem Gefäß 11 ein Leck entsteht. Das Wasser in dem Raum 17 ist gegebenenfalls durch eine Umlaufvorrichtung zu kühlen, angedeutet durch ein Einlaßrohr 31 und ein Auslaßrohr 32, um die Temperatur unter einem bestimmten Höchstwert zu halten, beispielsweise 50° C. Zwischen dem Rohrstutzen' 23 und dem Berg oberhalb der Betonfüllung 27 ist ein Raum 33 vorhanden, der mit der Außenluft in Verbindung steht.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung des Reaktorbehälters eines Hochleistungs-Druckreaktors in einem aus einem Berg ausgesprengten Raum, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorbehälter selbst nur eine verhältnismäßig geringe Wandstärke hat und daß Mittel vorgesehen sind, die die Druckspannungen, denen die Decke, die Wände und der Boden des genannten Behälters unterworfen sind, weiterleiten, so daß letztlich der Gebirgsstock den Druck abfängt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Kühlung der Wände des Reaktorbehälters zur Verhinderung von Temperaturänderungen und daraus sich ergebenden Wärmespannungen in den Wänden des Behälters.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit einem Innenmantel aus dünnem, vorzugsweise gewelltem Blech versehen ist und der Zwischenraum zwischen dem Innenmantel und der Behälterwand durch ein Mittel gekühlt ist, das unter demselben Druck steht wie der Reaktorbehälter.

4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch nachgiebige Verbindungselemente in der Behälterwand oder/und zwischen der Behälterseitenwand und dem Oberteil bzw. dem Boden des Behälters, die Volumenänderungen des Behälters erlauben, ohne daß zum Druck, der zu den Betriebsbedingungen des Reaktors gehört, zusätzliche Spannungen in der Behälterwand auftreten.

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Blechhaut, die die Bergwand verkleidet und so ein glattes und definiertes Widerlager für den Reaktorbehälter abgibt.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckübertragende Flüssigkeit oder ein anderes druckübertragendes Mittel verwendet wird, das den Reaktorbehälter umgibt und vorzugsweise unter einem Druck steht, der dem Innendruck des Reaktorbehälters entspricht.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das druckübertrageinde Mittel ein flüssiges Metall oder eine Metallegierung von geeignetem Schmelzpunkt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaß- und das Auslaß rohr für das Reaktorkühlmittel konzentrisch in die oben im Reaktorbehälter über dem eigentlichen Reaktor teil angeordnete Kammer für die Ver-

teilung und Wiederaufnahme des Kühlstromes eingeführt werden und daß das Einlaßrohr mit Ausdehnungsorganen versehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als druckübertragende Flüssigkeit Wasser dient, dessen Druck dem Innendruck oder annähernd dem Innendruck des Reaktorbehälters und seiner Zuleitungen entspricht.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das druckabfangende Wasser durch Umlaufvorrichtungen gekühlt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Chemical Engineering Progress Symposium Series«, Vol. 50 (1954), No.

11, Nuclear Engineering — Part I, S. 189ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen