DE1060996B

DE1060996B - Anordnung des Verteilungs- und Sammelgefaesses fuer das Kuehlmittel in einem heterogenen Kernreaktor

Info

Publication number: DE1060996B
Application number: DEA29016A
Authority: DE
Inventors: Dr Ragnar Liljeblad; Kristian Dahl Madsen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1957-04-23
Filing date: 1958-03-08
Publication date: 1959-07-09
Also published as: US3026256A; DE1097581B; GB829165A

Description

Kernreaktoren der sogenannten Druckrohrtype sind mit durchgehenden Druckrohren für die Brennstoffelemente versehen, die an einem Ende des Reakters in ein Verteilungsgefäß und am anderen Ende in ein Sammelgefäß münden. Es ist aber auch eine Ausführungsform bekannt, bei der das Verteilungsgefäß und das Sammelgefäß an ein und demselben Ende des Reaktors angeordnet sind.

Die zuerst genannte Ausführungsform setzt voraus, daß alle Rohre angenähert dieselbe Temperatur haben oder mit komplizierten Ausdehnungsvorrichtungen versehen sind, um axiale Längenunterschiede und damit Spannungen in den Rohren zu vermeiden. Außerdem müssen die Rohre aus einem Werkstoff bestehen, der sehr widerstandsfähig gegen Korrosion und Kriechen sein muß, weil es ziemlich schwer ist, die Druckrohre auszuwechseln.

Die zweite Ausführungsform, bei der das Kühlmittel in den Druckrohren hin- und zurückströmt, besitzt keinen dieser Nachteile, da die Rohre nur an einem Ende befestigt sind. Schwierigkeiten bereiten aber bei dieser Ausführungsform die Spannungsunterschiede in radialer Richtung bei dem zusammengesetzten kalten Verteilungsgefäß und dem warmen Sammelgefäß.

Die Erfindungbetrifft eine Ausführung der zuletzt genannten Art, wobei die radialen Spannungsunterschiede in verhältnismäßig einfacher Weise vermieden sind.

Das für die Erfindung Kennzeichnende ist, daß das Verteilungsgefäß für das ankommende kalte Kühlmittel durch Buchsen zusammengehalten ist, die in den Durchführungsöffnungen für die Brennstoffelemente eingesetzt sind, und daß das Sammelgefäß für das abgehende warme Kühlmittel innerhalb des Verteilungsgefäßes angeordnet und von den Buchsen getragen und inwendig mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen ist.

Das warme Sammelgefäß ist also in dem kalten Verteilungsgefäß eingebaut und mit einer inwendigen Wärmeisolierung versehen. Das Konstruktionsmaterial für die Sammelgefäßwand erhält auf diese Weise fast dieselbe Temperatur wie das Kühlmittel in dem kalten Gefäß.

Die Zeichnungen zeigen ein Beispiel einer konstruktiven Ausführung des Erfindungsgedankens.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Reaktor,- und

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit des Verteilungs- und Sammelgefäßes im Schnitt längs der Linien C-C bzw. D-DinFig. 6;

Fig. 3 a und 3 b zeigen Längs- bzw. Querschnitte durch ein Druckrohr mit eingesetzten Brennstoffelementen ;

Fig. 4 und 5 zeigen weitere erfindungsgemäße Einzelheiten, und

Anordnung des Verteilungsund Sammelgefäßes für das Kühlmittel
in einem heterogenen Kernreaktor

Anmelder:

Allmänna Svenska EIektriska Aktiebolaget_r Västeräs (Schweden)

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

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 23. April 1957

Dr. Ragnar Liljeblad und Kristian Dahl Madsen,
Västeräs (Schweden),
sind als Erfinder genannt worden

: ; ; —

Fig. 6 ist. ein Horizontalschnitt durch einen Sektor des Reaktors längs der Linie B-B in Fig. 2 in Höhe mit dem Sammelgefäß für das erwärmte Kühlmittel. Die Druckrohre I_j beispielsweise aus Magnesium, Zirkonium oder Aluminium, und das Moderatorwasser 2, vorzugsweise D₂ O, sowie die Regelstäbe 3 befinden sich in dem verhältnismäßig dünnwandigen Moderatorgefäß 4, bestehend beispielsweise aus Aluminium. Dieses ist von.einem Stahlgefäß 5 in solchem Abstand umgeben, daß Platz für Reflektorwasser 6 bleibt. Darüber, ist ein Gasvolumen 7 vorhanden, das sich bis zur Bodenplatte 8 des Verteilungsgefäßes erstreckt. Die Deckelplatte 9 und die Bodenplatte 8 des Verteilungsgefäßes werden; durch Buchsen 10 und angeschweißte Muttern 11 zusammengehalten. Das Sammelgefäß 12 mit einer inneren Isolierung 13 wird von den genannten .Büchsen getragen. Das kalte. Kühlmittel (vorzugsweise Gas), gelangt in den Reaktor durch Rohre 14 (Fig. 1, 2, 5 und 6), von denen in Fig. 2 im Schnitt C-C nur die obere Hälfte eines Rohres zu sehen ist, strömt in den oberen bzw, unteren Teil 15 bzw. 16 des Verteilungsgefäßes und tritt in die Brennstoffelementköpfe 17 durch öffnungen 18 und 19 in den Buchsen 10 bzw. in den Köpfen der Brennstoffelemente. Das Kühlmittel strömt dann nach unten zwischen den Druckrohren 1 und der Brenn- stoffelementhülle 20, die beispielsweise sieben ge-

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Claims

kapselte Brennstoffstäbe 21 enthält und unten offen ist, so daß das Kühlmittel nach oben strömen und von den Stäben 21 erwärmt werden kann. Das warme Kühlmittel strömt in das Sammelgefäß 12 durch öffnungen 22. Von diesem fließt es durch Rohre 23, von denen in Fig. 2 im Schnitt D-D nur die untere Hälfte gezeigt ist und die mit einer Expansionsvorrichtung versehen sind, durch einen nicht dargestellten Wärmeaustauscher und Pumpen zurück nach 14. Wie Fig. 3 a und 3b zeigen, ist im Druckrohr 1 ein dünnwandiges Rohr 24, beispielsweise aus Magnesium, lose eingesetzt; zwischen diesem und dem Druckrohr 1 wird hierdurch eine dünne Schicht von stillstehendem Kühlmittel gebildet, das als Wärmeisolation zwischen dem strömenden Kühlmittel und dem Moderatorwasser wirkt. Die Temperaturverhältnisse können beispielsweise sein: Moderatorwasser 50 bis 80° C, ankommendes Kühlmittel 100 bis 200° C, abströmendes Kühlmittel 400 bis 600° C Die Brennstoffelementhülle 20 besteht ebenfalls aus zwei Rohren mit einem Zwischenraum von etwa 1 mm. Hier bildet die stillstehende Kühlmittelschicht die bereits früher vorgeschlagene Wärmeisolierung zwischen dem warmen, nach oben strömenden Kühlmittel und dem kalten, nach unten strömenden Kühlmittel. Am Umfang des Reaktors sind die Deckelplatte 9 und die Bodenplatte 8 durch eine ringförmige Wand 25 zusammengehalten. Um mit der Achse der Buchsen 10 parallele Kräfte aufzunehmen, sind Schultersegmente 26 in der Wand eingelegt. Die Dichtung zwischen Deckel 9 und Wand 25 wird durch ein geschlitztes Rohr 27 mit parallelen Schenkeln 28 bewirkt. Das Rohr wird vorzugsweise aus einem Stück hergestellt und nach dem-Umkreis des Deckels gebogen, worauf seine Enden zusammengeschweißt werden, so daß das Rohr einen Hohlring bildet. Hierauf wird das Rohr längs einer Linie 29 diametral gegenüber den parallelen Schenkeln 28 aufgeschnitten. Die beiden Rohrhälften werden je für sich gasdicht an den Anliegeflächen des Deckels bzw. des Ringes 25 festgeschweißt und nach Montage des Deckels längs der Linie 29 zusammengeschweißt. Der Durchmesser des Rohres soll so klein sein, daß das Rohr bei einer Wandstärke von etwa 1 mm oder weniger den Überdruck im Behälter aushält. Die beschriebene Dichtungsanordnung erlaubt eine gewisse gegenseitige Verschiebung der Anliegeflächen 30 und 31., um die radialen Beanspruchungen der Platten 8 und 9 zu verringern. Es ist auch möglich, das Blechrohr 27 in Form von zwei im fertigen Zustand in sich geschlossenen Ringhälften mit je einem Flansch oder Schenkel herzustellen und die Hälften, nachdem die Flansche mit den zugehörigen Anliegeflächen verschweißt sind, längs der Linie 29 zusammenzuschweißen. Derartige Anordnungen sind auch für die Dichtung zwischen der Bodenplatte 8 und dem Ring 25 vorhanden, wie Fig. 2 zeigt. Zwischen dem Brennstoffelementkopf 17 und einem Dichtungspfropfen 32 ist ein im Querschnitt keilförmiger Dichtungsring 33 eingepreßt. Der Kopf 17 und der Pfropfen 32 hängen durch einen eingepreßten Ring 34 zusammen. Bei Austausch der Brennstoffelemente wird der Pfropfen 32 abgeschraubt und herausgenommen, wobei diesem der Kopf 17 und das Brennstoffelement 20., 21 folgen. Der Kopf ist mit Kolbenringen 35 und 36 versehen, um zu verhindern, daß kaltes Gas vom Verteilungsgefäß in das Sammelgefäß durch den Zwischenraum zwischen dem Brennstoffelementkopf 17 und der Buchse 10 strömt. Das untere Ende des Brennstoffelementkopfes liegt an einem im unteren Teil der Buchse eingeschraubten Ring 37 an, der einen am oberen Ende des Druckrohres 1 befindlichen Flansch gegen eine Anliegefläche 39 am unteren Ende der Buchse drückt. Wenn das Brennstoffelement herausgezogen und der Schraubring 37 weggenommen ist, kann auch das Druckrohr 1 ausgewechselt werden. Der Ring 25 kann auch als äußere Hälfte eines Torus ausgeführt und direkt an die Teile 8 und 9 angeschweißt sein (Fig. 5). Diese Ausführung setzt voraus, daß die Abstände zwischen den Löchern in den Teilen 8 und 9 relativ groß sind, so daß die radiale Beanspruchung in den Platten 8 und 9 nicht zu groß wird. Patentansprüche:

1. Anordnung des Verteilungs- und Sammelgefäßes für das Kühlmittel in einem heterogenen Kernreaktor, bei dem die Brennstoffelementeinsätze als Druckrohre ausgebildet sind und bei dem vorzugsweise D₂O als Moderator verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungsgefäß für das ankommende kalte Kühlmittel durch Buchsen (10) zusammengehalten ist, die in Durchführungsöffnungen für die Brennstoffelemente eingesetzt sind, und daß das Sammelgefäß für das abgehende warme Kühlmittel in dem Verteilungsgefäß untergebracht und von den genannten Buchsen getragen und inwendig mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen an den oberen und unteren Enden mit Gewinden und Muttern (11) versehen sind, die vorzugsweise mit den Außenseiten des Verteilungsgefäßes verschweißt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen über und unter dem Sammelgefäß Einströmöffnungen und in Höhe mit dem Sammelgefäß Ausströmöffnungen aufweisen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (10) am oberen Ende mit Innengewinden zur Aufnahme von mit Außengewinden versehenen Dichtungspfropfen (32) versehen sind, mit denen die Köpfe (17) der Brennstoffelemente gekuppelt sind, und daß die Köpfe im Bereich des Verteilungsgefäßes Einströmöffnungen und im Bereich des Sammelgefäßes Ausströmöffnungen aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des Brennstoffelementes an einem mit Gewinden versehenen Ring (37) anliegt, der einen Flansch (38) an dem oberen Ende des Druckrohres gegen eine Anliegefläche (39) am unteren Ende der Buchse drückt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peripherie des Verteilungsgefäßes als gegossener Stahlring ausgeführt ist, der mit öffnungen für die Aus- und Einströmung des Kühlmittels versehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diehtungsvorrichtung zwischen dem genannten Stahlring und der Deckelplatte bzw. Bodenplatte des Verteilungsgefäßes aus einem torusförmigen geschlitzten Blechrohr mit parallelen Schenkeln längs dem Schlitz besteht, die je für sich mit den Berührungsflächen der Platte bzw. des Ringes verschweißt sind.