DE2007289A1 - Wärmeisolierung, insbesondere für Behälter von Kernreaktoren - Google Patents
Wärmeisolierung, insbesondere für Behälter von KernreaktorenInfo
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Description
UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY
11 Charles II Street, London ,S. W. 1
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen
Patentanmeldung Nr. 9361/69 vom 20. Februar 1969 beansprucht
Wärmeisolierung, insbesondere für Behälter von Kernreaktoren
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeisolierungen, sondere Wärmeisolierungsaufbauten zum Schütze der Oberfläohe
eines Behälters, z.B. eines solchen in Kernreaktoranlagen, gegen die Auswirkungen der hohen Temperatur des Inhalte.
Erfindungsgeaäß weist eine Wärmeisolierung für eine Oberfläche eine Vielzahl von separaten gasgefüllten und abge
dichteten Behältern auf, die in Kontaktnähe der Oberfläche angeordnet sind,wobei die Oberflächen von benachbarten Behältern
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einander so angepaßt sind, daß Durchgänge für eine Strömungsmittelverbindung
von der einen Seite des Mehrfachaufbaus zur anderen begrenzt werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform weist ein Wärmeisolieraufbau eine Vielzahl von zylindrischen Behältern auf, die
Seite an Seite bzw. nebeneinander mit senkrecht zu der genannten Oberfläche verlaufenden Längsachsen zusammengesetzt sind,
wobei die zwischen den zylindrischen Behältern gebildeten Hohlräume durch gasgefüllte und abgedichtete prismatische
Behälter ausgefüllt sind, die in ihrer Form mit den zwischen den zylindrischen Behältern gebildeten Hohlräumen übereinstimmen,
wobei die Oberflächen der zylindrischen Behälter einen geringen Abstand von den entsprechenden Oberflächen
der prismatischen Behälter haben.
Die Behälter können je eine Vielzahl von querverlaufenden Wärmestaukörpern im Innern zum Reduzieren der Wärmeübertragung
durch Konvektionsströmung und Strahlung aufweisen.
Jeder Behälter kann quer in mindestens zwei separate Räume aufgeteilt sein, um in einem gewissen Maß eine fortgesetzte
WärmeisolierIeistung im Falle eines lokalen Bruchs
eines Teils vorzusehen oder zu schaffen.
Die zylindrischen Behälter können gekrümmte Enden aufweisen, z.B. gewölbte obere Teile und schalenförmige Böden,
damit sie gegen Zerdrücken widerstandsfähig sind. Die Erfindung ist insbesondere dort anwendbar, wo das betreffende
strömungafähigβ Medium ein guter Wärmeleiter, z.B. ein flüssiges
Metall, iet.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt
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_ 3 —
Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht im Mittelschnitt eines Einzelteils für einen Wärmeisolieraufbau,
Pig. 2 im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 3 eine
ähnlich vergrößerte Ansicht wie diejenige der Pig. 1 und veranschaulicht einen zweiten Teil des
Aufbaue,
Pig. 3 eine Draufsicht auf den in Pig. 2 dargestellten Teil,
Pig. 4 eine ähnlich vergrößerte Ansicht wie diejenige nach Pig. 1, und zwar eine Draufsicht auf eine
Alternativ-Ausführungsform für den in den Pign. 2 und 3 dargestellten Teil,
Pig. 5 einen reduzierten Aufriß eines Teilstücks der
zusammengesetzten Wärmeisolierung für den Boden und die Wand eines Behälters,· während
Pig. 6 eine reduzierte Draufsicht auf ein Teilstück des Aufbaus wiedergibt, der an einer gekrümmten Oberfläche
in einem Aufnahmebehälter angebracht ist.
Die in der Zeichnung dargestellte Konstruktion einer Wärmeisolierung
iet für die Anwendung an einem Aufnahmebehälter eines großen, energieerzeugenden, natriumgekühlten Schnellbrüterreaktors
bestimmt, welcher das Merkmal aufweist, daß das Natrium-Schmelzbad (in welches der Reaktorkern eingetaucht ist)
innerhalb eines Behälters aufgenommen wird, der durch eine erstarrte
Schicht aus Natrium gebildet wird, welche durch einen Aufbau abgestützt wird, der von einem Betongewölbe mit Metallauskleidung
gebildet wird, wobei die Wärmeisolierung erforderlich ist, ua ein steiles Temperaturgefälle von der einen Seite
zur anderen hervorzubringen, und zwar mit Hilfe von Kühlschleifen
auf jeder Seite desselben. Typischerweise beträgt die Temperatur des Natrium-Schmelzbades 45O0O, und die Temperatur
der erstarrten Natriuaschioht liegt bei 500C. Ein typisches
Beispiel für die Konstruktion eines Reaktors, für welchen die dargestellte Wärmeisolierung entwickelt wurde, ist in den
Pign. 2 und 3 der deutschen Offenlegungssohrift 1 9ΟΘ 908
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(Anwalteakte 69 042) beschrieben; in diesen Figuren ist die
Wärmeisolierung schematisch dargestellt.
Fig. 1 der vorliegenden Zeichnung zeigt im Vergleich zu den Fign. 5 und 6 in vergrößerter Darstellung einen Einzelteil C des Wärmeisolieraufbaus, wobei der Teil C aus einer
allgemein zylindrischen druckfesten Hülle 1 besteht, die ein einstückig angeformtes torosphärisches bzw. kugelabschnittfurmiges äußeres Ende 2, konvex angeordnet, ein separates
torosphärisches bzw. kugelabschnittförmiges inneres Ende 3, konkav angeordnet und an die Hülle 1 angeschweißt, sowie
innerhalb der Hülle 1 eine torosphärische bzw. kugelabschnittförmige Trennwand 4 aufweist, welche das Innere der Hülle 1
in zwei abgedichtete Räame 5 und 6 unterteilt, von denen jeder Argon unter Druck enthält. In der Hülle 1 erstreckt sich in
axialer Richtung ein Rohr 7, welches die Enden 2 und 3 sowie die Trennwand 4 durchdringt und durch Verschweißen gegen diese
abgedichtet ist. Innerhalb jedes Raumes 5 und 6 und auf dem
Rohr ist ein Wärmestau in Form einer Vielzahl von gekrümmten Blechen 8 angeordnet, welche eine Wärmeübertragung durch
Konvektionsströmung und Strahlung nicht aufkommen läßt bzw.
weltgehend verhindert. Die Bleche 8 werden entlang dem Rohr durch eine Vielzahl von Abstandsrohren auf dem Rohr 7 auf
Abstand gehalten. Die Hülle 1 ist nicht genau zylindrisch, sondern läuft vom Boden leicht konisoh zu, und zwar aus einem
Grunde, der im Nachfolgenden mit Bezug auf den Aufbau der
Teile für den WärmeisoHeraufbau erläutert wird. Im typischen
Fall hat für die bereits genannten Zwecke der Teil C eine Gesamthöhe von 46,9 cm, am Boden einen Durchmesser von
40,54 cm und am oberen Ende einen Durchmesser von 40,1 om, wobei der Radius bzw. Krümmungsradius für das obere Ende,
die Trennwand und den Boden 40 om beträgt. Das Hüllenmetall ist 1,6 mm dicker Edelstahl, und die Bitehe 8 beetehon aus dom
gleichen Material und haben eine Dicke von 0,25 mm. Der Argon-Gasdruck beträgt 35 p.s.i.g. (2,45 kg/om2) bei 200O.
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Die Fign. 2 und 3 zeigen einen prismatischen bzw. prismaförmigen Teil P für den Wärmeisolieraufbau, wobei dieser
Teil aus einer druckfesten Hülle 10 mit gekrümmten Seiten (Pig, 3), tiefgezogenen Enden 12 und Trennwänden 13 gebildet
wird. Ein axial angeordnetes Rohr 14 durchdringt die Enden und die Trennwände 13 und ist gegenüber diesen abgediohtet,
und ein Wärmestau in Form von Scheiben 15, die durch Rohre 16 auf dem Rohr 14 auf Abstand gehalten werden, ist innerhalb
der Hülle 10 vorgesehen, die ebenfalls Argon unter Druok enthält. Für den gleichen Zweck wie dem der Teile C, wobei die
Achse des Rohres 14- in der Mitte eines gleichseitigen Dreiecks
mit einer Seitenlänge von 40,64 cm (gleich der Dreiecksaufteilung der Teile C) liegt, weist jeder Teil P in dem in der
nachfolgend zu erläuternden Fig. 5 dargestellten Aufbau gekrümmte Seiten auf, die von den Ecken des Dreiecks mit einem
Radius von 20,37 cm verlaufen, wobei die Ecken des Teils P 3,2 cm in senkrechter Richtung von den Seiten des Dreiecke
entfernt sind. Das Material und die Dicke der Hülle 10, der Enden 12 und der Trennwände 13 sind die gleichen wie bei der
Hülle 1 und der Trennwand 4 des Teiles C, und die Scheiben bestehen aus dem gleichen Material und haben die gleiche
Dicke wie die Bleche 8 des Teiles C. Der Argon-Fülldruck ist der gleiche wie beim Teil C.
Die Fign. 5 und 6 zeigen, wie die beiden Teile 0, P angeordnet
werden, um einen Aufbau zu bilden. Die Teile C sind auf einem 40,64cm-Dreiecksgitter bzw. -Dreiecksraster angeordnet,
wobei die Hülle 1 jedes Teiles C am Boden einen Abstand von gerade nominell 1 mm von den Böden 6 weiterer Hüllen 1
hat. Die Zwischenräume zwischen den Hüllen 1 sind durch prieaaföraige Teile P ausgefüllt, deren Wände 11 an den F
Bödtn gerade einen Abstand von nominell 1 mm von den zylin drischen Wänden benachbarter Hüllen 1 haben· Die jeweiligen
Bohre 7, 14 der Hüllen 1, 10 werden jeweils dazu verwendet,
die Teile in zusammengesetzter Stellung zu sichern, und zwar
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durch Muttern 17 und Spindeln 18, die sich durch sie hindurch erstrecken und an der Innenseite des Aufbaue an einem Rahmenwerk 19 aus einer I- und T-Eisenkonstruktion befestigt sind,
wobei das Rahmenwerk 19 zur Lokalisierung und Sicherung des Aufbaus relativ zu der zu schützenden Oberfläche (in den
Fign. 5 und 6 mit 20 bezeichnet) dient. Wo der Behälter von der Wand in den Boden übergeht, weisen jene Teile C1 am Boden,
die unter den untersten Teilen C an der Wand liegen, abgeflachte obere Enden (Fig. 5) auf, um sich den horizontal verlaufenden Teilen C anzupassen.
Wo die zu schützende Oberfläche in einer einzigen Ebene gekrümmt ist, können Teile, wie der in Fig. 4 dargestellte und
mit T bezeichnete, verwendet werden. Jeder Teil T ist ähnlich dem in den Fign. 2 und 3 dargestellten (wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden), mit der Ausnahme,
daß er sich bedeutend verjüngt, und zwar von einem Boden, der breiter ist als derjenige der Hülle 10 der Fign. 2 und 3, bis
zu einem oberen Ende, ähnlich dem oberen Ende 12 der Hülle 1o,
damit konkav gekrümmten Behälterwänden durch Verwendung der "a;
Teile T zwischen den allgemein zylindrischen Teilen C, wie
in Fig. 6 dargestellt, gefolgt werden kann.
Sie Fign. 5 und 6 zeigen außerdem die Lage der Rohre für
Kühlschleifen, die dazu beitragen, die erforderlich· Temperaturdifferenz am Aufbau zu erzielen, um bei der besonderen Anwendungsweise der beschriebenen Wärmeisolierung die Bildung einer
erstarrten Natriumschicht zwischen einer metallverkleideten
Betonwand, welche die zu schützende Oberfläche 20 bildet, und der Grenze der "kalten" Seite des Wärmeisolieraufbau· hervorzubringen. Der "kalte1* Schenkel 23 Jeder Schleife ist auf der
"kalten" Seite zwischen dem Wärmeieolieraufbau und der Oberfläche 20 und der "heiße" oder Rückkehrβehenkel 22 jeder
Schleife auf der "heißen" Seite de· Wärmeisolieraufbau· an-
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geordnete Sie Schleifen sind mit einer Natrium-Kaliumlegierung
und Luft gefüllt, die in nicht dargestellten Kühlern gekühlt werden.
Der Grund für die leichte Verjüngung der Hüllen 1 der Teile C ist folgender: Damit die mittlere Wärmeleitfähigkeit
des Aufbaus innerhalb der besonderen Erfordernisse für das erstarrte
Natriumschicht-Syetem aufrechterhalten wird, muß der Natriumspalt zwischen den Teilen genau kontrolliert werden und
darf nicht einen mittleren Wert von 1 mm bei Betriebstemperaturbedingungen,
die 45O0C an der "heißen" Seite und 500C an
der "kalten" Seite entsprechend, überschreiten. Eine Wärmeausdehnung
wird durch das Vorsehen dieser leichten Verjüngung aufgenommen, so daß sich die Wände der Teile so ausdehnen, daß
sie mit einem Nennspiel von 1 mm parallel verlaufen, wenn das Betriebstemperaturgefälle vorhanden ist. Wenn die Teile C nicht
mit dieser leichten Verjüngung versehen würden, so könnte eine Wärmeausdehnung zu einem Zusammenbruch der Teile durch Verziehen
oder Verbeulen führen. Die mittlere Leitfähigkeit des Aufbaus kann somit als eine Punktion der mittleren Temperatur der Isolierung
betrachtet werden und nimmt, im Gegensatz zu den meisten Isolierungssystemen, mit zunehmender Temperatur ab« Durch diese
Eigencharakteristik wird die Temperaturänderung der erstarrten Natriumschicht und der zu schützenden Oberfläche (des metallverkleideten
Betongewölbes) reduziert. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Wärmeisolieraufbaus.
Weitere wichtige Vorteile der besonderen beschriebenen Aueführungsform und deren Anwendung liegen in dem Umstand begründet,
daß der hier beschriebene Wärmeisolieraufbau in der Lage ist, einen hohen Temperaturabfall am Aufbau zu erzeugen,
ohne die zulässigen Beanepruchungsgrenzen zu überschreiten; und wenn einmal ein örtlicher mechanischer Fehler auftaucht,
so ist dieser örtlich begrenzt und breitet sich nicht von selbst weiter aus. Weitere Vorteile schließen die Auswechselbarkeit
bzw. Austauschbarkeit der Einzelteile untereinander,
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und zwar im Falle eines Versagens oder einer Beschädigung, sowie die Fähigkeit ein, eine fabrikmäßige Herstellung der ,
Einzelteile mit bloßem Zusammenbau am Einsatzort zu bewirken, im Vergleich zu älteren Vorschlägen für eine Wärmeisolierung,
die eine Fabrikation, einschließlich der Verschweißung,
am Einsatzort erfordert.
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und
bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten
Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.
Patentansprüche
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Claims (1)
- - 9 70 027 Kü/APatentansprücheM J Wärmeisolieraufbau für eine Oberfläche, insbesondere für Behälter von Kernreaktoren, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von separaten gasgefüllten und abgedichteten Behältern, die in Kontaktnähe der genannten Oberfläche angeordnet sind, wobei die Oberflächen von benachbarten Behältern so einander angepaßt sind, daß Durchgänge bzw. Kanäle für eine Strömungsmittelverbindung von der einen Seite des Aufbaus zur anderen begrenzt werden.2e Aufbau nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von zylindrischen Behältern, die nebeneinander, mit senkrecht zur genannten Oberfläche verlaufenden Längsachsen, zusammengebaut sind, wobei die zwischen den zylindrischen Behältern gebildeten Hohlräume durch gasgefüllte und abgedichtete prismatische Behälter aufgefüllt sind, welche in der Form den zwischen den zylindrischen Behältern gebildeten Hohlräumen angepaßt sind, wobei die Oberflächen der zylindrischen Behälter einen geringen Abstand von den entsprechenden Oberflächen der prismatischen Behälter aufweisen.3. Aufbau nach Anspruch 1, bei welchem die Oberfläche ein· gekrümmte konkave Form aufweist, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von zylindrischen Behältern, die nebeneinander, mit senkrecht zur genannten Oberfläche verlaufenden Längsachsen, zusammengebaut sind,wobei die zwischen den zylindrischen Behältern gebildeten Hohlräume durch gasgefüllte und abgedichtete prismatische Behälter aufgefüllt sind, welche in der Form den zwischen den zylindrischen Behältern gebildeten Hohlräiaen angepaßt sind, derart, daß die prisma-009837/ 1922- ίο -tischen Behälter im Querschnitt in Richtung ihrer Längsachse von der der genannten Oberfläche zugewandten Seite aus abnehmen, wobei die Oberflächen der zylindrischen Behälter einen geringen Abstand von den entsprechenden Oberflächen der prismatischen Behälter aufweisen.4. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische und prismatische Behälter eine Vielzahl von querverlaufenden Wärmestaukörpern im Inneren aufweist, welche die Wärmeübertragung durch Verhinderung einer Konvektionsströmung und Strahlung reduzieren.5. Aufbau nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zylindrischen und prismatischen Behälter in Querrichtung in zumindest zwei separate Räume aufgeteilt ist, derart, daß ein gewisses Maß von kontinuierlicher Wärmeisolierleistung im Falle eines Bruchs eines Raumes vorgesehen ist.6. Aufbau nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Behälter zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Zerdrücken gekrümmte Enden aufweisen.7. Aufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß di· zylindrischen Behälter kuppeiförmige obere Enden und tiefgezogene Böden aufweisen.8. Aufbau nach Anspruch 2 und 3, bei welchem zumindest die zylindrischen Behälter vom Boden aus verjüngt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf gleichförmiger Umgebungstemperatur befindlichem Wärmeisolieraufbau die entsprechenden Oberflächen der zylindrischen und prismatischen Behälter vom Boden bis zum oberen Teil der Behälter um einen geringen Betrag divergieren, derart, daß, wenn der Wärmeisolieraufbau im Betrieb einen Temperaturgefälle entlang der Länge der Behälter unterworfen iet, die entsprechenden Oberflächen der zylindrischen und009837/1922prismatischen Behälter infolge unterschiedlicher radialer Wärmeausdehnung der Behälter parallel ausgerichtet werden.9. Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Anwendung auf der Innenoberfläche eines Aufnahmebehälters für einen flussigmetallgekühlten Kernreaktor, wobei der Aufnahmebehälter ein Flüssigmetall-Kühlmittel enthält, in welches der Reaktor-Kernaufbau eingetaucht ist.009837/ 1922Leerseite
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2031562B1 (de) | 1974-05-24 |
| GB1302861A (de) | 1973-01-10 |
| US3764468A (en) | 1973-10-09 |
| FR2031562A1 (de) | 1970-11-20 |
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