DE1273711B

DE1273711B - Reaktorkanal mit einem Isolierspalt zwischen einem innenliegenden Huellrohr und einem aussenliegenden Druckrohr

Info

Publication number: DE1273711B
Application number: DEE28583A
Authority: DE
Inventors: Jacques Dufresne; Sergio Finzi; Dipl-Ing Eggert Ohlmer
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1964-03-16
Filing date: 1965-01-29
Publication date: 1968-07-25
Also published as: FR1426030A; DE1267349B; GB1093725A; OA01266A; US3379243A; BE660839A; LU48160A1; NL6502618A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21c

Deutsche KL: 21 g - 21/20

Nummer:- 1273 711

Aktenzeichen: P 12 73 711.0-33 (E 28583)

Anmeldetag: 29. Januar 1965

Auslegetag: 25. Juli 1968

Die Patentanmeldung E 26618 VIIIc/ 21g betrifft einen Reaktorkanal mit einem Isolierspalt zwischen einem innenliegenden Hüllrohr und einem außenliegenden Druckrohr, welcher mit einem Wärmeisoliermittel beaufschlagt ist, wobei in dem Isolierspalt in Abständen voneinander Sperrelemente angeordnet sind, die den Durchtritt des Wärmeisoliermittels hemmen, und wobei im Hüllrohr auf Rohrumfangslinien zwischen den Sperrelementen Druckausgleichsbohrungen vorgesehen sind, wobei das Wärmeisoliermittel aus der mit einem inerten Gas unter den Temperatur- und Druckbedingungen des Kanaleintritts gesättigten Reaktorkühlflüssigkeit besteht, welche jedoch die durch die Sperrelemente gebildeten Ringkammern im Isolierspalt nur zu einem kleinen Bruchteil ausfüllt, während der überwiegende Teil der Kammervolumina mit dem aus dem Kühlmittel durch Entgasung auf Grund des Druckabfalles längs des Innern der Hüllrohre austretenden inerten Gas gefüllt ist.

Die Wärmeisolierung in dem genannten Reaktorkanal arbeitet dann so, daß durch den Isolierspalt eine unter den Druck- und Temperaturbedingungen des Kanaleintritts mit Gas beaufschlagte, vorzugsweise gesättigte Kühlmittellösung strömt und daß die Hauptströmung im Hüllrohr im wesentlichen frei von Gas ist.

Es wird ein organisches Kühlmittel verwendet, und als Gase kommen Stickstoff, Kohlendioxid, ein Edelgas oder Gemische dieser Gase in Frage.

Unter Betriebsbedingungen wird in den Isolierspaltkammern zwischen den Sperrelementen so lange Gas aus der im Isolierspalt strömenden Lösung frei, bis der Isolierspaltdruck sich an das Druckgefälle im Kanal angepaßt hat. Die Isolierspaltkammern sind dann weitgehend mit Gas gefüllt und wirken so vorzüglich wärmeisolierend für die Strömung im Hüllrohrkanal.

Bei der vorliegenden vorteilhaften Weiterbildung des Reaktorkanals nach der Hauptpatentanmeldung sind erfindungsgemäß die Sperrelemente mit den dazugehörigen, über den Hüllrohrumfang verteilten Druckausgleichsbohrungen paarweise im Isolierspalt angeordnet, wobei vorzugsweise die jeweils ein Paar bildenden Sperrelemente dicht nebeneinandergerückt sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das gesamte umlaufende Kühlmittel unter den potentiell ungünstigsten Betriebsbedingungen gerade nicht gesättigt. Als Gas können Stickstoff, Kohlendioxid, ein Edelgas oder Gemische dieser Gase verwendet werden. Man reichert demnach das Reaktorkanal mit einem Isolierspalt
zwischen einem innenliegenden Hüllrohr
und einem außenliegenden Druckrohr

Zusatz zur Anmeldung: P 12 67 349.3-33
Auslegeschrift 1 267 349

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),

Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

1000 Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Eggert Ohlmer, Velate, Varese;

Jacques Dufresne, Varese;

Sergio Finzi, Masnago, Varese (Italien)

Kühlmittel des Reaktors mit Gas an. Der Gasgehalt soll dabei unter dem geringsten Sättigungsgehalt liegen, den das Kühlmittel im Kanal haben könnte, so daß in der Hauptströmung im Hüllrohr an keiner Stelle Gas frei werden kann.

Dabei soll die Kühlflüssigkeit eine mit der Temperatur steigende Löslichkeitskonstante für das Gas haben, wie es beispielsweise beim üblicherweise verwendeten Terphenylgemisch der Fall ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist den an Hand der F i g. 1 erläuterten Aufbau auf.

Zwischen dem Hüllrohr 1 und dem Druckrohr 2 befindet sich der Ring- oder Isolierspalt 3, der durch paarweise angeordnete Sperrelemente 4 und 5 in einzelne Kammern 6 abgeteilt ist. Das Hüllrohr hat dicht oberhalb eines jeden Sperrelementes mehrere auf den Umfang verteilte Druckausgleichsbohrungen? und 8. Durch diese Öffnungen kann die Kühlflüssigkeit aus dem Hauptstrom 9 in den Isolierspalt 3 eindringen bzw. aus dem Isolierspalt wieder in den Hauptstrom zurückfließen. Die Fig. 1 zeigt einen Doppelwandquerschnitt, wobei druckrohrseitig als Medium schweres Wasser (Betriebstemperatur ~90°C) und hüllrohrseitig als Medium ein Ter-

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phenylgemisch (Betriebstemperatur ~300°) zu denken ist.

Im Betrieb hat die Kühlflüssigkeit der Hauptströmung in Strömungsrichtung einen starken Druckabfall. Dies bedeutet, daß im Niveau A des Kanals in F i g. 1 ein höherer Druck herrscht als im Niveau B. Die Kühlflüssigkeit wird also aus der Hauptstromung durch die Löcher bei Niveau A in den Isolierspalt 3 eindringen und — da das Sperrelement 5 eine bestimmte Durchlässigkeit hat — in die darunterliegende Spaltkammer 6, welche den geringeren Druck des Niveaus B hat, einsickern. Die einsickernde Flüssigkeit kann aus den Löchern bei Niveau B wieder in die Hauptströmung zurückfließen. Zwischen Niveau B und Niveau C besteht praktisch kein Druckunterschied, weil sie sehr eng beieinanderliegen. Das Sperreleinent 4 hat demnach nur die Aufgabe, die in Strömungsrichtung vor dem Sperrelementpaar sich ansammelnde Flüssigkeit von der zwischen die beiden ein Paar bildenden Sperrelemente ao eindringenden Flüssigkeit zu trennen. Dadurch ist gewährleistet, daß jede einzelne Kammer im Isolierspalt mit frischem Kühlmittel aus def Hauptströmung versorgt wird. Die Kühlflüssigkeit hat im Hauptstrom eine hohe Temperatur, nämlich etwa 300° C. Beim Eindringen in den Isölierspalt wird sie durch das Sperrelement auf die Wand des Druckrohres geleitet, welches nur etwa 90° C heiß ist. Beim Herabrieseln auf diese Oberfläche kühlt sich die Flüssigkeit ab. Da hierbei die Flüssigkeitstemperatur unter die Sättigungstemperatur des gelösten Gases sinkt, wird eine entsprechende Gasmenge frei, die sich in den Kammern ansammelt und, sobald diese mit Gas gefüllt sind, aus den Löchern 7 als kleine Gasblasen in die Hauptströmung entweicht, wo sie wieder absorbiert wird. Der dadurch erreichte Effekt ist also der, daß die Isolierspaltkammern zum überwiegenden Teil mit Gas gefüllt sind, wodurch eine vorzügliche Wärmeisolierung für die Strömung im Hüllrohr bewirkt wird.

Die Kammern werden so ständig von einem kleinen, von der Hauptströmung jeweils abgezweigten und dann wieder zu dieser zurückgeführten Flüssigkeitsstrom durchrieselt, welcher kontinuierlich für frische Gaszufuhr zu den Isolierspaltkammem sorgt.

Die Druck*·, Temperatur- und Gassättigungsverhältnisse über die gesamte Kanallänge sind in dem in Fig. 2 dargestellten theoretischen Lösungsdiagramm dargestellt, so, wie sie den Bedingungen eines Kanals entsprechen würden. In der Hauptordinate ist eingetragen der Druck, in der Nebenordinate die Kanallänge.

Auf der Hauptabszisse ist aufgetragen die Löslichkeit von Stickstof! im Kühlmittel, die Nebenabszisse gibt mit T_Kmnii die Kühlmitteltemperatur in Grad Celsius an- L_k bedeutet die Kanallänge in Meter.

SL_Sp und SL₁Jg sind die Sättigungskennlinien der Isolierspaltstromung bzw. der Hauptströmung,

Die für die Flüssigkeit vorgeschlagene Gasanreicherung C_s liegt in jedem Punkt der Kanallänge L_k tiefer als die Sättigungslmie der Hauptströmung. Andererseits liegt sie jedoch in jedem Punkt über der Sättigungslinie SL_Sp der Isolierspaltströmung. Def abszissenparallele Abstand der beiden Linien SLs_t und C_s, der in F i g. 2 mit ξ eingetragen ist, ergibt für jeden Punkt über die Kanallänge L_k die Gasmenge, die beim Eindringen und Abkühlen von Flüssigkeit aus der Hauptströmung in den Isolierspalt theoretisch frei werden würde.

Durch die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung wird gegenüber der Hauptpatentanmeldung erreicht, daß der Isolierspalt nicht mit einem gesonderten speziellen Flüssigkeitsstrom gespeist wird, der getrennt von der Hauptströmung durch die Spaltkammern fließen muß. Es wird vielmehr jede einzelne Kammer direkt aus der Hauptströmung gespeist.

Insgesamt wird durch Vorrichtung und Verfahren gemäß der Erfindung das Isoliersystem weniger störanfällig als bei der Hauptpatentanmeldung. Da ferner, wie aus F i g. 2 zu ersehen, die Sättigungslinie SL_Sp der Isolierspaltströmung im Bereich der Mitte der Kanallänge L_k praktisch senkrecht verläuft, wird bei der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Hauptpatentanmeldung in diesem Bereich praktisch kein Gas aus der Spaltströmung abgeschieden. Dieser Nachteil der Hauptpatentanmeldung fällt bei der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung ebenfalls weg.

Claims

Patentansprüche:

1. Reaktorkanal mit einem Isolierspalt zwischen einem innenliegenden Hüllrohr und einem außenliegenden Druckrohr, welcher mit einem Wärmisoliermittel beaufschlagt ist, wobei in dem Isolierspalt in Abständen voneinander Sperrele* mente angeordnet sind, die den Durchtritt des Wärmeisoliermittels hemmen, und wobei im Hüllrohr auf Rohrumfangslinien zwischen den Sperrelementen Druckausgleichsbohrungen vorgesehen sind, wobei das Wänneisoliermittel aus der mit einem inerten Gas unter den Temperatur- und Druckbedingungen des Kanaleintritts gesättigten Reaktorkühlflüssigkeit besteht, welche jedoch die durch die Sperrelemente gebildeten Rmgkammern im Isolierspalt nur zu einem kleinen Bruchteil ausfüllt, während der überwiegende Teil der Kammervolumina mit dem aus dem Kühlmittel durch Entgasung auf Grund des Druckabfalles längs des Innern der Hüllrohre austretenden inerten Gas gefüllt ist, nach Patentanmeldung E 26618 Vlflc^lg, dadurch gekennzeichnet daß die Sperrelemente mit den dazugehörigen, über den Hüllrohrumfang verteilten Druckausgleichsbohrungen paarweise im Isolierspalt angeordnet sind, wobei vorzugsweise die jeweils ein Paar bildenden Sperrelemente dicht nebeneinandergerückt sind.

2. Reaktorkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung nach Anspruch 1 das gesamte umlaufende Kühlmittel unter den potentiell ungünstigsten Betriebsbedingungen gerade nicht gesättigt ist.

3. Reaktorkanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kühlmittel zu lösende Gas Stickstoff, Kohlendioxyd, ein Edelgas oder ein Gemisch dieser Gase ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen