DE1489857B2 - Zufuhroeffnung fuer einen atomkernreaktor - Google Patents

Description

sich bekannter Weise mit Einlaß- und Austrittsöffnungen für einen Kühlmittelkreislauf versehen ist, und daß wenigstens über den erwähnten Teil der Länge des rohrförmigen Teils eine Wärmeisolation in Form eines zweiten geschlossenen Ringraums vorgesehen ist, der in seinem Inneren in ebenfalls an sich bekannter Weise eine Füllung aus einem körnigen oder fiber- bzw. faserartigen Wärmeisoliermaterial aufweist, das sich bei einer Wärmeausdehnung oder -kontraktion des abgeschlossenen Ringraums entsprechend auszudehnen bzw. zusammenzuziehen vermag.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß als Isoliermaterial Vermiculit (Wärmedämmstoff auf der Basis von Hydrosüikaten) dient, das ein Wasserabsorptionsvermögen von bis zu 1 Gewichtsprozent bei einer relativen Feuchtigkeit bis zu 65 % besitzt.

Aus der französischen Patentschrift 1 281 779 ist es bekannt, bei durch einen Graphitmoderatorkern führenden Druckrohren, welche eine Bestrahlungsprobe aufnehmen, den zwischen dem Moderatorkanal und der Außenseite des Druckrohrs gebildeten stirnseitig offenen Ringraum mit dem Kühlmittel des Hauptkühlkreislaufs zu beaufschlagen sowie im Inneren des Druckrohrs durch ein eingesetztes konzentrisches Steigrohr zwei weitere Ringräume zu schaffen, die von einem gesonderten Kühlmittelkreislauf in entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden. Aus »Nuclear Engineering«, Juni 1956, Seiten 106/107 sowie aus der schweizerischen Patentschrift 341918 sind zum Eintauchen in einen flüssigen Moderator bestimmte Brennstoffelementanordnungen bekannt, welche aus dem zentralen Brennstoffstab und zwei diesen in Abstand konzentrisch umgebenden Rohren bestehen, wobei in den durch die konzentrische Rohranordnung gebildeten Zwischenräumen ein flüssiges und/oder gasförmiges Kühlmittel hindurchgeleitet werden bzw. in der äußeren Schicht Kohlenstoff als Isoliermittel vorgesehen ist. Schließlich ist aus der schweizerischen Patentschrift 341 920 ebenfalls eine zum Eintauchen in einen flüssigen Moderator bestimmte stabförmige Brennstoff elementanordnung bekannt, bei welcher der den zentralen Brennstoffstab umgebende Brennstoffkanal von einem unter Druck stehenden flüssigen Kühlmittel durchströmt wird und von der umgebenden Moderatorflüssigkeit durch eine konzentrische rohrförmige Isolierschicht getrennt ist, welche eine Flüssigkeit und/oder ein körniges oder faserförmiges Isoliermaterial aufweisen kann. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung der Wärmeisolation an einer durch die Betonwandung eines Kernreaktordruckgefäßes führende Zufuhröffnung ist bei keiner dieser bekannten Anordnungen berührt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zutrittsöffnung für einen Kernreaktor; danach wird in der Weise vorgegangen, daß man innerhalb des hohlen, an den Stirnseiten offenen röhrenförmigen Teils der Zutrittsöffnung eine Hülse so anordnet, daß sie mit ihrem einen Ende innerhalb des röhrenförmigen Teils zu gleiten imstande ist und von dem rohrförmigen Teil einen Abstand aufweist, wodurch ein am anderen Ende der Hülse offener Raum gebildet wird, daß man eine vorgegebene Menge Vermiculit wenigstens eine Stunde lang bei etwa 980° C Wärme behandelt, das so behandelte Vermiculit unter Bedingungen relativer Trockenheit sodann in den erwähnten Zwischenraum zwischen der Hülse und dem rohrförmigen Teil packt und daß man sodann die Hülse an dem bisher 5 offenen Ende des Zwischenraums mit dem rohrförmigen Teil mittels eines Abstandsrings befestigt, wodurch gleichzeitig das Vermiculit in dem Ringraum zwischen der Hülse und dem rohrförmigen Teil abgeschlossen wird.

ίο Die Wärmeisolation gemäß der Erfindung, insbesondere in der bevorzugten Ausführungsform mit Vermiculit als Isoliermaterial, weist folgende Vorteile auf: Das verwendete Dichtungsmaterial ist billig; der Raumbedarf der Wärmeisolation gemäß der Erfindung, ist, verglichen beispielsweise mit der erwähnten bekannten Isolation mittels Beton, geringfügig; durch die gemäß der Erfindung vorgesehene spezielle Wärmebehandlung des als Isoliermaterial dienenden Vermiculits wird dessen Wasserabsorptionsvermögen

wesentlich verringert. · ..-....·..

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Zufuhrleitung für einen gasgekühlten Kernreaktor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Eras findung sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Zufuhrleitung an Hand der Zeichnung; die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen vereinfachten Längsschnitt durch das Standrohr.

Die als Ganzes mit 10 bezeichnete Zufuhrleitung bzw. das Standrohr führt vertikal durch die obere Betondecke 11 eines Kernreaktors in einen Reaktorraum 12, welcher ein Reaktorkühlgas bei einer Temperatur von etwa 400⁰C oder etwa 615° C enthält.

Das Standrohr 10 weist koaxial zueinander einen Außenmantel 13 und einen Innenmantel 14 von allgemein zylindrischer Form auf, welche miteinander einen abgeschlossenen ringförmigen Kühlwasserraum 15 mit einer Kühlwasserzufuhrleitung 16 und einer Kühlwasseraustrittsleitung 17 bilden. Das Standrohr 10 ist an der Reaktorabdeckung 11 mittels eines oberen Flansches 18 gehaltert, der Flansch 18 ist an einem im Ganzen zylindrischen Kopfstück 19 vorgesehen, an welchem die Mantel 13 und 14 koaxial befestigt sind. Der Innenmantel 14 weist einen oberen Teil 14 A auf, innerhalb welchem sich ein abgeschlossener ringförmiger Gasraum 14 B befindet, sowie einen unteren Teil 14 C.

Innerhalb des unteren Teils 14 C des Innenmantels 14 ist eine koaxiale, zylindrische Muffe bzw. Hülse 20 befestigt; die Hülse 20 ist in Abstand von dem Innenmantel 14 angeordnet, derart, daß sie mit diesem einen abgeschlossenen Ringraum 21 bildet, welcher mit einer Vermiculit-Isolierung 22 gefüllt ist. An seinem oberen Ende ist der Ringraum 21 mittels eines Rings 23 verschlossen, welcher zwischen der Hülse 20 und einem radial einwärts vorspringenden Teil 14 D des Innenmantels 14 angeordnet ist; unterhalb dem Ring 23 ist eine ringförmige Packung 24 aus einem elastischen Material vorgesehen. Der Ring 23 kann bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung, wie sie zwischen der Hülse 20 und dem Innenmantel 14 auftreten kann, in axialer Richtung an dem Teil 14 D frei gleiten. An seinem unteren Ende ist der Ringraum 21 durch einen sowohl mit der Hülse 20 als auch mit dem Innenmantel 14 verbundenen Ring 25 verschlossen.

Um zu verhindern, daß Neutronen aus dem

Reaktorraum 12 in vertikaler Richtung durch den Ringraum 21 nach oben und durch die Packung 24 und den Ring 23 nach außen treten können, ist innerhalb des Ringraums 21 in der Nähe seines oberen Endes ein Ringraum 26 vorgesehen, der mit Stahlschrot 27 gefüllt ist; der Außendurchmesser des Ringraums 26 ist dabei größer als der Innendurchmesser des Teils 14 D des Innenmantels 14. Im normalen Betriebszustand des Reaktors wird der obere Teil des Standrohres von einem schematisch bei 28 angedeuteten Verschluß- und Abschirmpfropfen eingenommen.

Die Verrniculit-Isolierung 22 dient dem Hauptzweck, Wärmeverluste aus dem Kühlgas in dem Raum 29 unterhalb des Abschirmpfropfens 28 in dem Standrohr zu vermeiden. Derartige Wärmeverluste können auf dem Weg durch den Innenmantel 14 zu dem Kühlwasser in dem Ringraum 15 auftreten.

Das Kühlwasser hat den Zweck, zu gewährleisten, daß der den Außenmantel 13 umgebende Beton stets ausreichend kühl bleibt. Die Zufuhr- und Abfuhrleitungen 16 bzw. 17 sind vorzugsweise mit dem (nicht dargestellten) Kühlwassersystem eines Betondruckgefäßes verbunden, dessen Oberseite die Betonabdeckung 11 bildet.

Zur Erzielung einer Wärmeisolation eines Standrohrs der beschriebenen Art wird nach einem typischen Verfahren gemäß der Erfindung in der Weise vorgegangen, daß das Standrohr zunächst ohne den unteren Ring 25 montiert wird, wobei die Hülse 20 in geeigneter Weise in der gewünschten Lage gehalten wird. Vermiculit wird wenigstens eine halbe Stunde lang bei etwa 980° C wärmebehandelt und sodann möglichst trocken in den Ringraum 21 gepackt; unmittelbar danach wird der Ring 25 in seiner gezeigten Lage befestigt und hält so das Vermiculit in seiner Lage.
Es hat sich gezeigt, daß Vermiculit bei der beschriebenen Wärmebehandlung 11 bis 14 Gewichtsprozent seines Wassergehalts verliert und daß, falls die relative Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre während der darauffolgenden Füllung und Verschließung des Ringraums 21 65 °/o nicht übersteigt, dann nicht mehr als 1 Gewichtsprozent des Wassers von dem Vermiculit wieder absorbiert wird.

Das Isoliermaterial in dem Ringraum 21 muß nicht notwendigerweise Vermiculit sein. Es kann aus irgendeinem geeigneten körnigen oder Fiber- bzw. Fasermaterial bestehen, das sich unter den Einfluß von Unterschieden der Wärmeausdehnung und -kontraktion zwischen der Hülse 20 und dem Innenmantel 14 entsprechend auszudehnen und zusammenzuziehen vermag, ohne nennenswert zu brechen.

Die Erfindung eignet sich auch zur Anwendung bei horizontalen oder gegen die Horizontale geneigten Zutrittsöffnungen bzw. -kanälen. Der Ringraum 21 kann sich über einen Teil der Länge oder über die gesamte Länge der Zutrittsöffnung erstrecken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zufuhröffnung für einen Atomkernreaktor, welcher einen Zutritt durch eine Betonwand eines Kernreaktordruckgefäßes zu einem Reaktorraum im Inneren des Druckgefäßes eröffnet, mit einem sich durch die Wandung erstreckenden, hohlen, stirnseitig offenen, rohrförmigen Teil, das wenigstens über einen Teil seiner Länge mit der Innenwandung der Zufuhröffnung einen umgebenden ersten abgeschlossenen Ringraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dieser erste abgeschlossene Ringraum (15) zwischen dem rohrförmigen Teil (14) und der Innenwandung (13) der Zufuhröffnung in an sich bekannter Weise mit Einlaß- und Austrittsöffnungen (16. 17) für einen Kühlmittelkreislauf versehen ist, und daß wenigstens über den erwähnten Teil (14 C) der Länge des rohrförmigen Teils (14) eine Wärmeisolation in Form eines zweiten geschlossenen Ringraums (20, 21) vorgesehen ist, der in seinem Inneren (21) in ebenfalls an sich bekannter Weise eine Füllung aus einem körnigen oder fiber- bzw. faserartigen Wärmeisoliermaterial (22) aufweist, das sich "bei einer Wärmeausdehnung oder -kontraktion des abgeschlossenen Ringraums (20) entsprechend auszudehnen bzw. zusammenzuziehen vermag.

2. Zufuhröffnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite abgeschlossene Ringraum durch den Raum zwischen dem rohrförmigen Teil (14) und einer innerhalb diesem in Abstand angeordneten Hülse (20) gebildet wird, die an ihrem einen Ende (bei 25) an dem rohrförmigen Teil (14) befestigt ist und mit ihrem anderen Ende (bei 23) axial gleitbar an dem rohrförmigen Teil (14 d) anliegt.

3. Zufuhröffmmg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermaterial Vermiculit (Wärmedämmstoff auf der Basis von Hydrosilikaten) dient, das ein Wasserabsorptionsvermögen von bis zu 1 Gewichtsprozent bei einer relativen Feuchtigkeit bis zu 65 °/o aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Zutrittsöffnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in einem Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb des hohlen, an den Stirnseiten offenen röhrenförmigen Teils (14) der Zutrittsöffnung eine Hülse (20) so anordnet, daß sie mit ihrem einen Ende (bei 23) innerhalb des röhrenförmigen Teils (14) zu gleiten imstande ist und von dem rohrförmigen Teil einen Abstand aufweist, wodurch ein am anderen Ende der Hülse (bei 25) offener Raum (21) gebildet wird, daß man eine vorgegebene Menge Vermiculit wenigstens eine Stunde lang bei etwa 980° C behandelt, das so behandelte Vermiculit unter Bedingungen relativer Trockenheit sodann in den erwähnten Zwischenraum zwischen der Hülse und dem rohrförmigen Teil packt, und daß man sodann die Hülse an dem bisher offenen Ende des Zwischenraums mit dem rohrförmigen Teil (14) mittels eines Abstandsrings (25) befestigt, wodurch gleichzeitig das Vermiculit in dem Ringraum zwischen der Hülse (20) und dem rohrförmigen Teil (14) abgeschlossen wird.

Die Erfindung betrifft eine Zufuhröffnung für einen Atomkernreaktor, welche einen Zutritt durch eine Betonwand eines Kernreaktordruckgefäßes zu einem Reaktorraum im Inneren des Druckgefäßes eröffnet, mit einem sich durch die Wandung erstreckenden, hohlen, stirnseitig offenen, rohrförmigen Teil, das wenigstens über einen Teil seiner Länge mit der Innenwandung der Zufuhröffnung einen umgebenden ersten abgeschlossenen Ringraum bildet.

ίο Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, für derartige, beispielsweise die Standrohre aufnehmende Zufuhröffnungen eine in Aufbau und Herstellung einfache Wärmeisolation zu schaffen, um Wärmeverluste an der Durchführung der Zutrittsöffnung (beispielsweise durch Wärmeübergang von den im Betriebszustand sehr heißen Standrohren auf den die Zutrittsöffnungen umgebenden Beton) soweit wie möglich zu verringern, wobei die Wärmeisolation entsprechend den räumlichen Gegebenheiten derartiger Durchführungen nur geringen Raumbedarf in radialer Richtung haben und sich den infolge der Länge der Standrohre erheblichen Wärmeausdehnungen bzw. -kontraktionen elastisch anpassen soll; gleichzeitig soll die Wärmeisolation gegenüber den in Frage kommenden Temperaturen wärmefest und außerdem auch stabil gegenüber Kernstrahlung sein.

Soweit bisher für die Standrohr-Durchführungen von Kernreaktoren eine Wärmeisolation überhaupt vorgesehen war, bestand sie gewöhnlich aus Beton; diese Art der Isolation ist verhältnismäßig sperrig und ist zudem auch hinsichtlich der anderen erwähnten Forderungen ungenügend.

Aus der britischen Patentschrift 929 882 ist es bereits bekannt, die rohrförmige Durchführung durch eine Öffnung in der Betondecke eines Reaktorgefäßes über den innerhalb des Betons verlaufenden Teil ihrer Länge mit geringerem Außendurchmesser auszubilden, derart, daß zwischen der Außenwandung des Durchführungsrohrs und der Innenwandung der Betonöffnung ein Zwischenraum verbleibt. Abgesehen davon, daß diese Maßnahme bei der Entgegenhaltung nicht zum Zwecke einer -Wärmeisolation vorgesehen ist, wäre hiermit auch keine ausreichende Wärmeisolation zu erreichen.

Ganz Entsprechendes gilt für die aus der französischen Patentschrift 1 354 394 und der österreichischen Patentschrift 228 893 bekannten Durchführungen. Hierbei handelt es sich ebenfalls um doppelwandige Durchführungen, derart, daß zwischen den beiden Rohrwänden bzw. zwischen dem Durchführungsrohr und der Innenauskleidung der Durchführung ein stirnseitig abgeschlossener Hohlraum gebildet wird. Eine ausreichende Wärmeisolation, durch welche einerseits ein unerwünschter Verlust an Nutzwärme und andererseits eine unerwünschte örtliche Erhitzung des Betons in dem die Durchführung umgebenden Bereich vermieden werden soll, ist mit einer derartigen Anordnung nicht zu erreichen, falls das Innere der rohrförmigen Durchführung, beispielsweise durch in diesen Bereich gelangendes heißes Kühlmittel sich auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur befindet.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei einer Zutrittsöffnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß dieser erste abgeschlossene Ringraum zwischen dem rohrförmigen Teil und der Innenwandung der Zuführöffnung in an