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Vorrichtung für das Zu-und Abführen eines die Brennstoffkanäle eines
heterogenen Kernreaktors durchströmenden Kühlmittels Die vorliegende Neuerung bezieht
sich ganz allgemein auf Vorrichtungen für die Zufuhr und Abfuhr des Kühlmediums
zu und aus den einzelnen Kanälen eines heterogenen Kernreaktors ; sie betrifft insbesondere,
aber nicht ausschließlich, solche Verteiler-und Sammelvorrichtungen für gasförmige
Kühlmittel.
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Man hat bereits in einem den aktiven Teil des Reaktors
einschließenden, im wesentlichen zylindrischen Druckgefäß mit gewölbten Endwänden
die Kühlmittelverteiler-und Sammelräume durch'parallel zu den Endwänden in das Gefäß
eingebaute Zwischenwände gebildet ; die beiderseits des Reaktorherzens oder-kernes
liegenden, mit seitlichen Zu-bzw. Abflußstutzen versehenen
| Kühlmittelräume enthalten in ihren Wänden jeweils koaxial zu |
| den Reaktorkanälen einander gegenüberliegende''Öffnungen, durch |
| die hindurch das Einführen und Ausbauen der Brennstoffelemente |
erfolgen kann.
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Wenn die Bremssubstanz oder der Moderator eines solchen Reaktors
kühl gehalten wird, werden durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen einerseits
derjenigen Teile des Reaktors, die die kühle Bremssubstanz bzw. den kühlen Moderator
enthalten, und
anderseits beispielsweise der zum Abführen des heißen Kühlmittels an den Enden der
Kanäle vorgesehenen Bauteile nicht zu vernachlässigende teclmische Probleme aufgeworfen.
Derartige Dehnungen können nämlich die Ursache für erhebliche Verwerfungen oder
Krümmungen der Kanäle sein, wodurch schädliche, voraussehbare Folgen für das betriebliche
Verhalten der Befestigungselemente dieser Kanäle und für den Moderator oder dasjenige
Gefäß entstehen können, in dem sich der Moderator befindet. Wenn überdies das Kühlmittel
ein unter Überdruck stehendes Gas ist, werden diese Probleme besonders verwickelt,
daß die Wirkung des Druckes,
| 0 |
| der Werte-von mehreren Dekakilogramm je cm erreichen kann,
hohe |
mechanische Beanspruchungen bedingt.
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Um diese Schwierigkeiten oder Gefahren zu vermeiden und ein
| sicheres'Arbeiten eines Kernreaktors einer solchen Bauart zu
ge- |
| währleisten, muß man demnach die Dehnungen verringern. oder
besei- |
tigen und sicherstellen, daß diejenigen Bauteile, die die metanischen Beanspruchungen
aufnehmen, unter geeigneten, d. h. nicht zu hohen Temperaturen arbeiten.
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Eine bekannte Lösung dieser Aufgabe bestand darin, den Kanälen die
Form rohrförmiger, an einem Ende geschlossener Tauchkolben zu geben, die beispielsweise
in einen aus schwerem Wasser bestehenden Moderator eintauchen. Die koaxial in den
Tauchkolben angeordneten Brennstoffelemente werden von einem gasförmigen Kühlmittel
umspült, das dem unteren, geschlossenen Ende der Tauschkolben durch einen von der
inneren Wandfläche des Tauchkolbens und eine rohrförmige Zwischenwand begrenzten
äußeren Ringraum zugeführt wird und über einen zweiten ringförmigen Raum aufsteigt,
der
durch die gleiche Zwischenwand und die Mantelfläche der Brennstoffelemente begrenzt
ist. Die störenden Dehnungsunterschiede treten in diesem Falle am oberen Ende der
Tauchkolben, über dem Moderatorgefäß auf ; sie wurden mit Hilfe von Faltenbälgen
bzw.
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Wellrohren überwunden, die in diejenigen Leitungen eingeschaltet sind,
welche an dem oberen Ende oder Kopf der Tauchkolben für das Zuführen und das Abführen
des Kühlmittels angeschlossen sind.
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Eine derartige Lösung der Aufgabe ist aber in ihrer Anwendung stark
begrenzt ; sie kann insbesondere nicht bei Reaktoren mit größeren Leistungen vorgesehen
werden. Es ist dann nämlich erwünscht, an ihren beiden Enden offene Kanäle vorzusehen,
um die Arbeiten für das Einführen, das Herausnehmen und das gegebenenfalls notwendige
Auswechseln nur eines Teiles der Brennstoffelemente zu erleichtern.
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Es ist weiterhin wünschenswert, daß die Organe für das Zu-
| führen und das Abführen des Kühlmittels als zusammenhängende
oder |
| , |
| geschlossene Bauteile ausgeführt werden können, die sich getrennt |
| von dem Reaktor zusammenbauen lassen und deren Anordnung in
dem |
Reaktor unabhängig von dem Einbau der anderen Teile des Reaktors ist ; zweckmäßigerweise
sollen diese Bauteile außerdem die Rolle vòn"strukturellen"Bauelementen übernehmen,
um beispielsweise die Schutzummantelung oder andere Elemente. des Reaktors zu tragen
bzw. abzustützen.
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Die vorliegende Neuerung betrifft eine Vorrichtung für das Zu-und
Abführen des die zu einander parallen Brennstoffkanäle eines heterogenen Kernreaktors
durchströmenden Kühlmittels, die
zwei beiderseits des Reaktorherzens
oder-kernes innerhalb der äußeren'Reaktorabschirmung liegende, mit seitlichen Zu-bzw.
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Abflußstutzen versehene Kühlmittelräume umfaßt, deren Wände jeweils
koaxial zu den Reaktorkanälen einander gegenüberliegende Öffnungen enthalten, durch
die hindurch das Einführen und Ausbauen der Brennstoffelemente erfolgen kann, bei
der die Kühlmittelräume die Vorteile einer leichten Zugänglichkeit, einer geschlossenen
Bauweise, einer hohen mechanischen Festigkeit und eines günstigen Verhaltens gegenüber
einer Beanspruchung mit unterschiedlich hohen Temperaturen aufweisen.
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Diese neuerungsgemäße Kühlmittelzu-und-abführvorrichtung ist im wesentlichen
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelräume aus je zwei Plattenböden und je
einem die Böden dicht miteinander verbindenden Metallmantel bestehende, als besondere
bauteile hergestellte Kühlmittelbehälter sind, die in ihren beiden, mittels durch
Durchbrüche der Böden hindurchgreifender Abstandshalter gegeneinander versteiften
Böden zusätzliche, koaxial zueinander angeordnete Öffnungen für das Einführen von
Steuer-oder Sicherheitsorganen in den Reaktorkern enthalten, an ihren inneren Wandflächen.
eine Wärmeisolation aufweisen und von je einem äußeren Kühlmantel für den Umlauf
eines Kühlmediums umgeben sind, das ein anderes als das die Reaktorkanäle durchströmende
Kühlmedium ist.
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Bei einem gegebenen Reaktor werden zweckmäßigerweise beide, jeweils
an den einander entgegengesetzten Enden das Kanalbündels angeordneten Kühlmittelbehälter
derart ausgeführt, daß ihre Boden-oder Abdeckplatten senkrecht zu den Achsen der
Kanäle
liegen und die Behälter im wesentlichen aus gleichen Einzel-Bauteilen
bestehen. Die Kanäle des Reaktors führen beiderseits durch diese Behälter hindurch.
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Die Mantelwände der Behälter können zylindrisch oder prismatisch
und die beiden, durch zylindrische, prismatische oder rohrförmige Abstandshalter
oder-streben gegeneinander versteiften Plattenböden eben oder gewölbt sein sowie
rohrförmige Abstandshalter können zwischen gewissen, auf die gleiche Achse ausgerichteten
Öffnungen in den Boden-oder Deckplatten angeordnet sein, wobei sie zwei der Öffnungen
starr miteinander verbinden. Jeder Abstandshalter ist von einem koaxialen rohrförmigen
Isolationselement umgeben und die, Enden der Abstandshalter sind auf der äußeren
Seite der Boden-oder Deckplatten des Behälters durch dichte Schutzhaube abgeschlossen.
Jede der in den Platten des Behälters vorgesehenen Öffnungen, die koaxial zu einem
Brennstoffkanal liegen, ist mit einem rohrförmigen Einsatz versehen, der seinerseits
zur Abstützung bzw. Befestigung unterschiedlicher Organe, wie Befestigungs-Elemente
für Wärmeisolierungen, Reflektor, Schutzorgane und dgl. vorgesehen ist. Die beiden
gleichachsigen Öffnungen, die einem gemeinsamen Kanal zugeordnet sind, sind durch
ein rohrförmiges Element verbundes, das seitliche Öffnungen für das Dtuchtreten
des Kühlmediums aufweist ; eine Ablenkvorrichtung umgibt das rohrförmige Element
im Bereich seiner Öffnungen.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung wird nun ein'lediglich
zur Erläuterung der Neuerung bestimmtes Ausführungsbeispiel eines. Reaktors näher
beschrieben, der neuerungsgemäß
ausgeführte Kühlmittel-Sammelbehälter
aufweist. Die Ausführungseinzelheiten, die zusammen mit diesem Ausführungsbeispiel
geschildert werden und in der Zeichnung dargestellt sind, sind als Teile der Offenbarung
der Neuerung anzusehen, wobei es selbstverständlich sein dürfte, daß äquivalente
Bauteile in gleicher Weise Verwendung finden können, ohne den Rahmen der Neuerung
zu überschreiten ; es zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt durch den mit vertikalen
Kanälen ausgestatteten Kernreaktor, der zwei neuerungsgemäß ausgebildete Sammelbehälter
aufweist ; Fig. 2 einen Teilschnitt in größerem Maßstab durch die Achse eines Kanals
und die Achse eines Abstandshalters, und zwar in dem unteren Sammelbehälter oder"Abflu@beh.
alter"des Reaktors gemäß Fig. 1.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, einen Reaktor mit
| vertikalen Kanälen, dessen Kühlung mittels Kohlendioxyd (top) |
| erfolgt und dessen Moderator schweres oder leichtes Wasser
ist ;- |
| , |
| die Neuerung kann aber selbstverständlich auch bei anderen |
| Typen von Kernreaktoren Verwendung finden, wie bei Reaktoren
mit |
festem Moderator oder nicht vertikalen Kanälen.
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In der Fig. 1 erkennt man den aktiven Reaktorkern, das "Reaktorherz"1,
das von dem Reflektor 2 und der Betonschutzummantelung 3 umgeben ist. Das Reaktorgefäß
ist mit 4 bezeichnet ; es enthält an seinem unteren Ende einen Röhrenblock 5 und
an seinem oberen Ende einen entsprechenden Röhrenblock 6. Die Röhrenblöcke 5 und
6, die einander gleich ausgeführt sind, werden von den Kanälen zur Aufnahme der
Brennstoffelemente durchsetzt.
Um die zeichnerische Darstellung
zu vereinfachen, ist in der Fig. 1 nur ein einziger Kanal 7 dargestellt ; dieser
Kanal ist durch den Block 6 bis in den oberen Sammelbehälter hinein verlängert,
welcher der Zuflußbehälter 8 ist. Der Kanal verlängert sich weiter nach oben und'geht
durch die Schutz-Abschlußplatte 9 am oberen Ende der Reaktorummantelung 3 hindurch.
Mit seinem unteren Teil durchquert der Kanal 7 den unteren Röhrenblock 5, dann,
den unteren Sammel-oder Abflußbehälter 10 und führt schließlich als Kanalteil 11
durch den Boden der Ummantelung 3 hindurch.
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Sämtliche Kanäle 7, die parallel zueinander liegen und jewéb in einer
bestimmten netzartigen, regelmäßigen Anordnung verteilt sind, führen durch die Sammelbehälter
8 und 10 hindurch und münden an den beiden End-Stirnflächen 12 und 13 der Reaktor-Betonummantelung.
In der Fig. 1 ist-wiederum zur Vereinfachung der Darstellung-nur eine Zuflußleitung
14 für das Kühlmittel dargestellt, die in den Zufluß-Sammelbehälter 8 mündet und
nur eine aus dem Sammelbehälter 10 herausführende Abflußleitung 15 ; über diese
beiden Leitungen ist der Reaktor-Kühlkreislauf mit den (nicht dargestellten) Wärmetauschern
verbunden. In der Praxis kann der Zulauf und der Ablauf des Kühlmittels über mehrere
Zu- und Ableitungen von genügend großem Querschnitt erfolgen, um eine den Betriebsbedingungen
entsprechende Verteilung der Dulcchflußmengen und einen möglichst kleinen Druckabfall
zu erhalten.
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Die Sammelbehälter 8 und 10 sind mit einer inneren Isolationsauskleidung
16 versehen und jeder dieser Sammelbehälter
ist außerdem von einem
Kühlmantel 17 umgeben, der von einem Kühlmedium durchflossen wird. Die Kühlmäntel
17 könnten mit dem Inneren des Reaktorgefäßes 4 zusammenhängen, wie dies die Fig.
1 zeigt ; in diesem Falle übernimmt der Moderator gleichzeitig die Rolle des Kühlmittels
für die Sammelbehälter. Die Kühlmittel werden aber zweckmäßigerweise unabhängig
von dem Reaktorgefäß ausgeführt und von einem flüssigen oder gasförmigen, von dem
Moderator getrennten unabhängigen Kühlmittel durchströmt. Diese zuletzt erwähnte
Anordnung ist deshalb günstig, weil sie einen unabhängigen Ausbau und eine ebenfalls
unabhängige Wirkungs-oder Betriebsweise der Sammelbehälter gestattet.
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Die beiden Stirnwände jedes Sammelbehälters sind über Abstandshalterungen,
die zur gegenseitigen Versteifung dieser Wände dienen, miteinander verbunden. In
der Fig. 1 ist nur ein einziger derartiger Abstandshalter 18 dargestellt ; auf diese
Abstandshalter wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Unter Bezugnahme auf die in wesentlich größerem Maßstab dargestellte
Fig. 2 sollen nun Einzelheiten eines neuerungsgemäß ausgebildeten Sammelbehälters
erläutert werden ; die Fig. 2 zeigt einen begrenzten Teil eines Axialschnittes durch
den unteren Sammelbehälter 10, der als Abfluß-Sammelbehälter in Fig. 1 vollständig
dargestellt ist. Die folgende Beschreibung gilt in entsprechender Weise für den
Zulauf-Sammelbehälter 8, dessen Aufbau im wesentlichen der gleiche ist wie der des
Abfluß-Sammelbehälters 10.
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In dem ausgewählten Ausführungsbeispiel wird das Kühlmittel - das,
wie bereits oben angegeben, Kohlendioxyd ist-unter einem Überdruck in der Größenordnung
von etwa 60 at in den Reaktor eingeführt. Jeder der Sammelbehälter besteht aus einer
zylindrischen Mantelwand, deren Durchmesser ein. wenig größer ist als der Durchmesser
des Reaktorherzens ; diese ? Durchmesser liegt in der Größenordnung von 5 m ; die
Höhe des Sammelbehälters hat die Größenordnung von 1,5 m. Mit den Rändern dieser
Mantelwand sind i e Zweig eine obere und eine untere Stirnwand bildende Platten
fest verschweißt.
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In der Fig. 2 bezeichnet die Kennziffer 19 den freien Raum im Inneren
des Sammelbehälters oder der Sammelbehälterkammer, die im Schnitt längs der Achse
X-X'eines Kanals 7 des Reaktors und
| der Achse Y-Y'einer Abstandshalterung 18 dargestellt ist. Das |
| Bezugszeichen 71 bezieht sich auf einen dem Kanal 7 benachbarten |
Kanal der gleichen Kanalreihe. Der den Sammelbehälter selbst bildende Metallbehälter
ist durch die oberen und unteren Platten 20 und 21 abgeschlossen, die mit dem in
dieser Zeichnung nicht dargestellten, die seitliche Begrenzungswand des Behälters
bildenden Mantel verschweißt sind.
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Die obere Plattenwand 20 und die untere Plattenwand 21 wei-
| sen in Achsrichtung übereinstimmende Öffnungen, wie 22 und
23 |
| ; |
| auf, die einen Querschnitt haben, der dem Querschnitt der Kanäle |
| des Reaktors angepaßt ist. Die beiden Wände enthalten also
eine |
Mehrzahl von Öffnungen, welche entsprechend der besonderen, regelmäßigen Verteilung
der Reaktorkanäle in den Platten vorgesehen sind. Wenn man beispielsweise den Kanal
7 betrachtet, dessen
unterer Teil in der Fig. 2 dargestellt ist,
so sieht man, daß er in folgender Weise durch den unteren Sammelbehälter hindurchgeführt
ist : Die obere Öffnung 22 nimmt ein oberes rohrförmiges Paß-oder Einsatzstück 24
auf, dessen Bohrung-wenn der Kanal z. B. einen
| kreisrunden Querschnitt hat-dem Kreis-Querschnitt dieses Kanals |
| entspricht. Das Einsatzstück 24 ist mit der oberen Plattenwand
20 |
des Sammelbehälters ringsherum verschweißt ; sein oberer, aufgeweiteter Teil hat
eine innere Ringschulter 25, an der dichtend das Druckrohr 26 festgelegt ist, das
den Kühlmittel-Durchfluß,
| d. h. den unter Überdruck stehenden Kühlmittelraum, nach außen
be- |
grenzt. Der untere Teil des Einsatzstückes 24 weist einen nach außen flanschartig
vorspringenden Bund 27 auf, der einen äußeren Ringanschlag bildet, dessen Aufgabe
später näher erläutert wird.
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Die untere Öffnung 23 in der Bodenwand 21 ist mit einem unteren rohrförmigen
Einsatzstück 28 versehen, das mit der Wand 21 des
| Behälters verschweißt ist und dessen Bohrung ebenfalls dem
Quer- |
| , |
| schnitt des Kanals entspricht. Der obere Teil des Einsatzstückes |
| 28 weist eine innere Schulter 29 und einen als äußeren Ringan- |
schlag ausgebildeten Bund 30 auf. Der untere Teil des Einsatzstückes 28 durchquert
den Kühlmantel 31, in dessen äußerer Wand 32 er fest und dicht eingeschweißt ist.
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Zwischen den rohrförmigen Einsatzstücken 24 und 28 ist ein Rohr 33
angeordnet, es sichert die glatte Durchführung des Reaktorkanals durch den Innenraum
des Sammelbehälters. Dieses Rohr 33 stützt sich auf eine Sitzfläche ab, die von
der inneren Schulter 29 des unteren Einsatzstückes 28 gebildet ist ; es enthält
eine
Reihe von langgestreckten radialen Öffnungen 34, die an seinem
gesamten Umfang für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind. Ein tulpenartig
ausgeführtes Ablenkorgan 35 umgibt das Rohr 33 im Bereich der radialen Öffnungen
34 ; es hat die Aufgabe, jede Störung in dem Durchfluß des Kühlmittels zwischen
benachbarten Kanälem zu vermeiden. Das tulpenförmige Ablenkorgan 35 stützt sich
mit seiner Basis auf das rohrförmige Einsatzstück 28, an dem es beispielsweise durch
einen oder mehrere radiale Paßstifte 36 festgelegt ist.
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Die Innenflächen der Wand des Sammelbehälters sind mit einer Auskleidung
eines Wärme-Isolationsmittels geeigneter Stärke versehen. Dieses wärmeisolierende
Material 16 wird durch Platten festgehalten, beispielsweise durch Bleche 37 und
38. Die Art des Isoliermaterials ist an sich nicht entscheidend ; es ist lediglich
notwendig, daß dieses Isoliermaterial eine geringe Absorptionsfähigkeit gegenüber
Neutronen hat, damit es keine wesentliche
| Änderung, insbesondere Verringerung, der Reaktivität im Falle |
| ," |
| eines zufälligen Eindringens einer gewissen Menge dieses Materials |
| in den Herzteil des Reaktors herbeiführen kann. Ein aus oxydier- |
ten Aluminiumfolien hergestelltes, unter dem Namen"Alfol"bekanntes Isoliermaterial
ist wegen seiner hohen Isolierfähigkeit und guten Elastizität zur Herstellung einer
zufriedenstellenden Wärmeisolation gut geeignet.
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Das Blech 37, das die Schicht des wärmeisolierenden Materials festhält,
das an der Innenseite der Deckwand 20 liegt, wird beispielsweise an sämtlichen rohrförmigen
Einsätzen 24, welche die Wand 20 durchdringen, festgelegt. Das Blech 37 stützt sich
auf
den Außenbund 27 des Einsatzstückes 24 über eine Ringscheibe
39 ; zwischen der Außenwand des Einsatzstückes 24 und dem Innenrand des in dem Blech
37 vorgesehenen Loches soll eine gegenseitige Bewegung infolge Wärmedehnungen möglich
sein. Eine zweite Ringscheibe 40 drückt das Blech 37 auf die Ringscheibe 39 und
den Außenbund . 27 auf ; die hierzu notwendige Kraft liefert eine im Querschnitt
U-förmig gebogene Ring-Spannfeder 41, die sich auf einen elastischen Spannring 42
abstützt, der in eine Ringnut des rohrförmigen Einsatzstückes 24 eingreift. Das
Blech 38, das das wärmeisolierende Material an die Bodenwand 21 des Sammelbehälters
19 andrückt, ist an Außenbunden 30 der rohrförmigen Einsatzstücke 28 in der gleichen
Weise festgelegt, wie dies soeben für das Blech 37 erläutert wurde.
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Die Festigkeit oder Steifigkeit und die mechanische Widerstandsfähigkeit
des Sammelbehälterkastens gemäß der vorliegenden Neuerung wird durch die Abstandshalterungen-wie
die Abstandshaterung 18-verstärkt, welche achsparallel zu den Kanälen zwischen den
Wänden 20 und 21 eingefügt sind. Diese Abstandshalterungen bilden stehbolzenartig
wirkende Versteifungen ; sie können in unterschiedlichen Ausführungen verwendet
werden. Sie können beispielsweise rohrförmig sein ; in diesem Falle werden sie koaxial
mit den Kanälen angeordnet und an den Wänden 20 und 21 im Bereich der Peripherie
der Öffnungen 22 und 23 befestigt ; sie kootaen aber auch als prismatische oder
zylindrische Stehbolzen mit vollem Querschnitt ausgeführt werden. Hier wird eine
Abstandshalterung des zylindrischen Typs beschrieben, die in der Fig. 2 mit dem
Bezugszeichen 18 bezeichnet ist. Die beiden mit
Gewinde versehenen,
auf kleineren Durchmesser abgestetzten Enden der Abstandshalterung bzw. des Stehbolzens
führen jeweils durch die Wand 20 und 21 hindurch ; außerhalb der Wand sind sie durch
Spannmuttern 43 und Feststell-Gegenmuttern 44 gegen die äußeren Wandflächen verspannt.
Jedes äußere Ende der Abstandshalterung oder Stehbolzen wird nach dem Zusammenbau
mit einer Haube'45 versehen, die an ihrem unteren Umfang mit der Außenfläche der
entsprechenden Wand verschweißt wird und eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen
dem von dem äußeren Kopf der Abstandshalterung oder des Stehbolzens und seinen Dichtungsmitteln
eingenommenen Raum und dem Kühlmantel, beispielsweise dem Kühlmantel 31, bildet.
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Auf diese. Weise wird jede zufällige Verbindung oder Vermischung zwischen
dem innerhalb der Kammer 19 des Sammelbehälters befindlichen Reaktor-Kühlmittel
und demhenigen Kühlmittel vermieden,
| das nur die Kühlmäntel durchströmt. |
| Die mit einem Gewindeschaft versehene Haube 45'dient zur |
Unterstützung des unteren Röhrenblockes (5) und des Behälters für das schwere Wasser,
die beide auf den unteren Sammelbehälter abgestützt sind. In demjenigen Bereich,
in dem er (. die Kammer 19 des Sammelbehälters durchquert, ist der Schaftteil des
Abstandshalters 18 von einer rohrförmigen koaxialen Buchse 46 umgeben, die an ihren
Enden mit den Blechen 37 und 38 verbunden ist. Diese Buchse begrenzt zwischen ihrer
inneren Wandfläche und der äußeren Fläche des Abstandhalters einen freien Ringraum
47. Durch diese Anordnung wird einerseits erreicht, daß die Bleche 37 und 38, die
mit dem Kühlmedium in der Kammer 19 in Verbindung stehen, sich frei ausdehnen können,
und anderseits die Abstandshalter durch den
von der Buchse 46 begrenzten
Ringraum 47 von dem Kühlmedium thermisch isoliert sind. Infolgedessen bleiben die
Abstandshalter auf verhältnismäßig mäßigen Temperaturen, selbst wenn die Temperatur
des Kühlmediums sehr hohe Werte erreicht, was vor allem für den Ablauf-Sammelbehälter
zutrifft. Die Abstandshalter, die nach Art von Stehbolzen bekannter Kessel die mechanische
Festigkeit des Sammelbehälters erhöhen, arbeiten also stets unter thermisch günstigen
Bedingungen.
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Das Gleiche gilt für die Wand des Sammelbehälters, die infolge ihrer
Abdeckung durch die Wärmeisolation nicht nur an ihren Innenflächen, sondern durch
den Umlauf des Kühlmediums durch den Kühlmantel auch an ihren Außenflächen relativ
kalt gehalten werden. Die Kühlmäntel umgeben sämtliche äußeren Wandflächen der Sammelbehälter.
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Die Fig. 2 zeigt einen Teil des Kühlmantels 31, der an der Wand 21
des Sammelbehälters liegt und einen weiteren eil 48 dieses Kühlmantels vor der Wand
20. Die Begrenzungs-oder Wandflächen der Kühlmäntel sind-insbesondere wenn das Kühlmedium
Wasser ist-aus einem nichtoxydierenden oder nichtrostenden Material hergestellt.
Vor allem können die äußeren Flächen der Wand 20 und 21, welche die Boden-und Deckenteile
des Sammelbehalters bilden, mit Platten 49 und 50 aus nichtrostendem Stahl abgedeckt
oder plattiert sein. Die Kühlmäntel sind mit nicht dargestellten Einrichtungen für
den Zufluß und den Abfluß des Kühlmediums versehen.
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Der neuerungsgemäße Sammelbehälter für das Kühlmedium hat im
wesentlichen
die Form eines blockartigen Kastens mit gegeneinander versteiften Deck-und Bodenplatten,
dessen Zusammenbau und Einbau leicht durchführbar ist und vollkommen unabhängig
von den anderen Bauelementen des Reaktors durchgeführt werden kann. Der mit seinen
beiden Sammelbehältern versehene Reaktor wird von der einen bis zur anderen Endseite
von den Kanälen durchzogen ; diese Ausbildungsart des Reaktors weist eine Reihe
von Vorteilen auf, insbesondere eine Vereinfachung des Einführens und Ausstoßens
oder Herausnehmens der Brennstoffelemente und die leichte Kontrolle der unterschiedlichen
Organe für die Steuerung, die Regelung sowie schließlich die Sicherheitseinrichtungen,
die in einigen der Kanäle untergebracht werdeakönnen.
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Durch die Anwendung der inneren Wärmeisolation und der äußeren Kühlmäntel,
mit denen die Wand des Sammelbehälters versehen ist, werden diese Wände auf mäßigen
Temperaturen gehalten, deren Wert unterhalb 5000 liegt, obwohl die Behälter von
einem Kühlmedium durchströmt werden, dessen Temperatur Werte von mehreren 10000
erreichen kann. Das Gleiche gilt für die Abstandshalter oder Innenversteifungen
(Stehbolzen), die durch die sie umgebenden Buchsen thermisch durch den freien Ringraum
zwischen den Buchsen und den Abstandshaltern isoliert sind.
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Aus den oben genannten Gründen erreicht die mechanische Festigkeit
oder Widerstandsfähigkeit der gesamten Sammelbehälter-Konstruktion einen außerordentlich
hohen Wert, da diejenigen Elemente, welche die hohe Widerstandsfähigkeit gewährleisten,
d. h. die Wände und die Abstandshalter, in Betrieb praktisch kalt bleiben. Diese
Tatsache ist vor allem in denjenigen Fällen
besonders günstig,
in denen das Kühlmedium ein Gas ist, dessen Druck beispielsweise im Bereich von
etwa 60 at liegen und große mechanische Beanspruchungen verursachen kann. Überdies-und
aus den gleichen Gründen-sind die thermischen Dehnungen der Wände des Sammelbehälters
vernachlässigbar. Daraus folgt, daß in dem gesamten Netz der Kanäle des Reaktors
keine Zwangsverformungen auftreten, so daß man einen festen Moderator oder einen
festen Moderator-Behälter vorsehen kann, der äußere Abschirmungen aufweist.
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Wegen seiner gedrängten Bauart und seiner hohen mechanischen Festigkeit
kann der erfindungsgemäße Sammelbehälter ein wichtiges strukturelles Bauelement
des Reaktors bilden ; er kann beispielsweise als Trag-oder Stützelement für den
festen Moderator oder das Gefäß für einen flüssigen Moderator, für die Reflektoren,
die Schutzabschirmung usw. dienen. Trotz seiner gedräjen Bauart bringt er in den
Kreislauf des Kühlmediums dank der großen, für den Durchfluß des Kühlmediums zur
Verfügung stehenden Querschnitte, nur einen geringen Druckverlust hinein.
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Die hohe mechanische Festigkeit ist anderseits auch vorteilhaft,
weil sie es gestattet, durch den Sammelbehälter diejenigen Kräfte aufnehmen zu lassen,
die infolge des Druckes des Kühlmediums im Reakbr auftreten und über die Druckrohr
der Reaktorkanäle auf die rohrförmigen Einsatzstücke übertragen werden, welche ihrerseits
fest mit den in Richtung zum Reaktorherzen angeordneten Sammelbehälter-Wänden verbunden
sind. Die'zwischen die Druckrohr und die Wand eingeschalteten rohrförmigen Einsatzstücke
verbessern
außerdem die Möglichkeit für den Aus-und Einbau der Druckrohr sie gestatten schließlich
die bequeme Anordnung von efestigungs-oder Tragorganen unterschiedlicher Bauelemente,
wie es oben bereits für das Anbringen der Wärme-Isolation gezeigt wurde ; diese
Funktion fällt insbesondere den rohrförmigen Einsatzstücken zu, die an der vom Herzen
des Reaktors abgewandten Seite des Sammelbehälters sitzen.
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In der soeben gegebenen ausführlichen Beschreibung des neuerungsgemäßen
Kühlmedium-Sammelbehälters wurde als Ausführungsbeispiel ein an der Ablaufseite
liegender bzw. unterer Sammelbehälter gewählt, der für einen Reaktor. mit vertikalen
Kanä-1. es verwendet werden kann. Es dürfte jedoch selbstverständlich sein, daß
auch der an der Zulaufseite liegende Sammelbehälter bzw. der'obere Sammelbehälter
einen grundsätzlich gleichen oder ähnlichen Aufbau hat und sich nur in wenigen Einzelheiten
von dem unteren Sammelbehälter unterscheidet, die durch andere Lage des Sammelbehälters
relativ zu dem Reaktorherzen bedingt sind.
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Weiterhin dürfte es klar sein, daß ein erfindungsgemäßer Sammelbehälter,
wie er im Zusammenhang mit einem Reaktor mit senkrechten Kanälen beschrieben wurde,
auch in entsprechender Weise bei Reaktoren mit waagerechten Kanälen Verwendung finden
kann.
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Sämtliche Teile des Sammelbehälters können aus den jeweils geeigneten
Baustoffen hergestellt werden, beispielsweise aus Stahl, nichtrostendem Stahl usw.,
deren beliebige Auswahl stets im Rahmen der vorliegenden Neuerung bleibt.