DE2538574A1

DE2538574A1 - Waermeschutzvorrichtung fuer einen kernreaktorbehaelter

Info

Publication number: DE2538574A1
Application number: DE19752538574
Authority: DE
Inventors: Guy Lemercier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-08-30
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2283517B1; JPS5139393A; DE2538574C2; US4022657A; SE7509654L; FR2283517A1; IT1041406B; ES439839A1; BE830959A; NL7509016A; JPS5858640B2; GB1463246A; SE418342B

Description

PATENTANWALT ' 25385/4

DR. HANS UL-FJICH MAY

D 8 MÖNCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27

TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN

TELEX 52 4487 PATOP

TELEFON CO89) 22SO51

CP 519/1396 München, den 29. Aug, 1975

B 5392.3 PG Dr.M./cs

Commissariat ä 1»Energie Atomique in Paris/Frankreich

Wärmeschutzvorrichtung JPUr einen Kernreaktorbehälter

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutzvorrichtung für den Behälter eines mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktors, besonders den oberen !teil des Behälters im Bereich eines zwischen der zylindrischen Seitenwand des Behälters und einer gegenüberliegenden Mantelfläche vorgesehenen Ringraumes, wobei die Mantelfläche zu einem den Behälter verschließenden waagrechten Verschlußdeckel gehört, in dem der Behälter mit dem gewöhnlich Behälterbasis oder -ansatz genannten Ende seiner Wand eingeschlossen und somit aufgehängt ist.

Bekanntlich stützt sich der Kern eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors gewöhnlich auf einem Gitterrost ab, der im Inneren eines zylindrischen Behälters mit senkrechter Achse gehalten ist, der ein entsprechendes Volumen eines den Kern kühlenden flüssigen Metalls enthält, im allgemeinen Natrium, das durch Pumpen in einem kontinuierlichen Kreislauf gehalten wird· Dieses beim Durchgang durch den Kern erwärmte Metall gibt seine Wärme in Wärmeaustauschern ab, die in den Behälter eintauchen. Die Pumpen und Wärmeaustauscher sind von einem dicken waagrechten Verschlußdeckel getragen, der den Behälter an seinem oberen Teil verschließt, und reichen

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durch diesen Verschlußdeckel mit entsprechenden Durchlaßöffnungen hindurch. Der Verschlußdeckel ruht mit seinem Umfang auf einem äußeren schutzbehälter! besonders aus Beton, der den Behälter umgibt, der seinerseits mit seinem oberen, in der Dicke des Deckels verankerten Ende aufgehängt ist. Bs ist auch bekannt, daß dieser Verschlußdeckel im allgemeinen im Bereich des Behälters einenjvorspringenden Teil aufweist, der geringfügig· in den Innenbereich dieses Behälters unter das Niveau seiner Verankerung im übrigen Teil des Verschlußdeckels hineinreicht und seitlich durch einen zylindrischen Metallmantel begrenzt ist, der zum Behälter koaxial ist und mit dessen gegenüberliegender Wand einen Ringraum bildet. Dieser Ringraum ist erforderlich, um Dimensionsveränderungen infolge Temperaturschvankungen zwischen der Behälterwand einerseits und der Mantelfläche des Verschlußdeckels andererseits aufzunehmen· Dieser Ringraum erleichtert im übrigen die Montage des Verschlußdeckels auf dem Behälter und die Verankerung von dessen Ansatz.

Andererseits ist ein solcher Ringraum, der normalerweise mit einer Neutralgasatmosphäre, besonders Argon, in Berührung ist, welche über dem Niveau des flüssigen Metalls in dem unter dem Verschlußdeckel befindlichen Behälter steht, der Sitz von erheblichen Wärmegradienten, da der Verschlußdeckel bei einer verhältnismäßig tiefen Temperatur gehalten wird, während die Behälterwand im Gegensatz dazu auf eine. Temperatur gebracht wird, die zwischen der des Natriums im Behälter und der des Verschlußdeckels liegt, wo der Behälteransatz eingespannt ist. Daraus ergibt sich, daß das Neutralgas in diesem Raum infolge eines Thermosiphoneffekts strömt, was die Temperaturunterschiede in der Nähe des BehälteransatTses verstärkt und für dessen mechanische Festigkeit im Verankerungsbereich nachteilig ist.

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Die Erfindung bezweckt eine Wärmeschutzvorrichtung, welche die Bildung solcher Thermosiphon^ von Neutralgas im Ringraum zwischen der Behälterwand und der Mantelfläche des Verschlußdeckels verhindert.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmeschutzvorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet .ist» daß sie aus mindestens einem Ring besteht, der in den Ringraum zwischen der Mantelfläche des Verschlußdeckels und der gegenüberliegenden Wand des Behälters eingesetzt und dort komprimiert ist, wobei der Ring eine Folge von längs des Umfangs des Verschlußdeckels aneinanderliegenden Elementen aufweist·

Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausftihrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform der Wärmeschutzvorrichtung. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung. Hierin zeigen:

- Fig· 1 schematisch im Schnitt einen Teil des oberen Bereiches

eines Behälters eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors und des diesen Behälter tragenden Verschlußdeckels, wobei diese beiden Elemente miteinander einen Ringraum begrenzen, in dem die betrachtete Vorrichtung gehalten ist;

- Fig. 2 eine Teilansicht eines Torussektors, der bei einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung benutzt wirdj

- Fig. 3 einen Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungsform.

Fig» 1 zeigt schematisch einen Teil des Behälters 1 eines mit schnei len Neutronen betriebenen Kernreaktors, der besonders ein (nicht gezeigtes) entsprechendes Volumen eines zum Kühlen des Kerns dienender· flüssigen Metalls, im allgemeinen Natrium, enthält* Dieser Behälter

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von der allgemeinen Form eines Zylinders mit senkrechter Achse ist seitlich durch eine Metallwand 2 begrenzt, deren oberer Teil oder Behälteransatz 3 dazu dient, den Behälter unter einem oberen waagrechten Verschlußdeckel 4# besonders aus Beton, aufzuhängen, der den Behälter verschließt und die Außenumgebung vor der vom Kern kommenden radioaktiven Strahlung schützt. Gemäß einer üblichen Ausbildung ist der Behälter 1, der sogenannte Hauptbehälter, außen von einem zu ihm koaxialen zweiten Behälter 5» dem sogenannten Sicherheitsbehälter, umgeben, dessen oberer Teil ebenfalls von unten in den Verschlußdeckel 4 eingeführt und dort verankert ist, so daß der Sicherheitsbehälter unter dem Deckel 4 aufgehängt ist· Die Behälter 1 und 5 begrenzen miteinander einen mit einem Neutralgas, im allgemeinen Stickstoff, gefüllten Baum 6, dessen oberer Teil vom unteren Teil durch ein Abfluß- und Wärmeisolationselement 7 abgeteilt ist, dessen Ausführung im einzelnen für die Erfindung von geringer Bedeutung ist.

Der über dem Behälter 1 befindliche Teil des Verschlußdeckels 4 weist einen vorspringenden Mittelteil 8 auf, der im wesentlichen in das Innere dieses Behälters bis unter die Höhe der Verankerung des Behälteransatzes 3 reicht. Dieser Mittelteil 8 ist seitlich durch eine zylindrische Mantelfläche 9 begrenzt, die zur Wand 2 des Behälters 1 koaxial ist und in einer oberen vaagrechten ebenen Krempe endet, die mit der Wand 2 fest verbunden ist, während der untere Teil des gleichen Mantels 9 mit einer unter dem Verschlußdeckel selbst befestigten Sohle 11 verbunden ist. m der Dicke des Verschlußdeckels und besonders in seinem vorspringenden Bereich 8 und in der Nähe der Sohle 11 und des Mantels 9 sind in den Verschlußdeckel eingebettete Leitungen 12 vorgesehen, durch die eine beliebige Kühlflüssigkeit strömt, welche im Betrieb des Reaktors den Ver-

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schlußdeckel "bei einer verhältnismäßig niedrigen mittleren Temperatur von z.B. etva 40°C halten kann.

Durch die erwähnten Maßnahmen erreicht man, daß zwischen der Wand 2 des Behälters 1 in deren oberen Teil vor der Verankerung ihres Ansatzes 3 einerseits und dem Mantel 9 des Vorsprungs 8 des gleichen Verschlußdeckels andererseits ein Ringratim 13 besteht, der normalerweise mit dem in Inneren des Behälters 1 liegenden Bereich 14 in Verbindung steht und in diesem Raum über dem Niveau des flüssigen Kühlmetalls liegt« Dieser Ringraum 13 ist also einerseits vom Mantel 9 des bei einer verhältnismäßig tiefen Temperatur gehaltenen Verschlußdeckels und andererseits von der Wand 2 des Behälters begrenzt, die eine Temperatur zwischen der des im Behälter enthaltenen Natriums und der des im Verschlußdeckel eingebetteten Behälteransatzes 3 aufweist, so daß sich in diesem Bereich ein Konvektionsstrom des im Behälter über dem flüssigen Metall enthaltenen Neutraigases ausbildet. Diese durch Thermosiphonwirkimg hervorgerufene Kreissirrömung des Gases ist für die gute mechanische Haltbarkeit der Verankerung des Behälteransatzes 3 im Verschlußdeckel sehr nachteilig, vor allem wegen der in der Wand 2 des Behälters erzeugten Wärmegradienten.

Erfindungsgemäß vermeidet man die Bildung solcher Thermosiphons im Ringraum 13, indem man im Inneren des Ring-raums Wärmeschutzelemente anbringt, welche die Form übereinander angeordneter Ringe haben, von denen jeder Ring von einer Folge nebeneinander angeordneter Elemente gebildet wird, welche im betrachteten Beispiel die Form von Torussektoren haben. In der Figur enthält der Ringraum 13 so zwei Ringe 16 bzw. 17, bei denen jeder Torussektor, dessen Form Fig. 2 zeigt, außen durch ein feinmaschiges Drahtnetz 18 begrenzt ist,das

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in sich zurückgebogen ist, so daß es ein im ganzen zylindrisches Element bildet, wobei die Ränder 18a und 18b dieses Drahtnetzes durch Klammern 18c miteinander verbunden sind. Der Innenraum jedes so gebildeten Zylinderabschnitts wird dann mit einem Polster 19 aus rostfreier Stahlwolle gefüllt, die entsprechend gepreßt ist, um besonders eine Dichte von etwa 1,5 zu erhalten. Die Enden dieser Abschnitte sind dann durch Scheiben 20 ebenfalls aus Drahtnetz verschlossen, die angenäht oder angeklammert sind. Diese Abschnitte werden in den Ringraum 13 nebeneinander eingesetzt, so daß sie die Ringe 16 und 17 bilden, wobei die verschiedenen Abschnitte im Ring 16 gegenüber den entsprechenden Abschnitten im darunterliegenden Ring 17 versetzt sind·

Vor der Montage haben die Ringe 16 und 17 mit ihren nebeneinanderliegenden Elementen einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Nach der Montage sind diese Abschnitte entsprechend deformiert, so daß sie im Zwischenraum 13 Bereiche mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitten ausfüllen.

Die im Zwischenraum 13 angebrachten Ringe 16 und 17 werden in ihrem unteren Teil durch eine Stützplatte 22 gehalten, die mit der Sohle 11 des Verschlußdeckels verbunden ist. Schließlich können unter der Platte 22 Wärmedämmelemente 23 und 24 unter der Sohle 11 bzw. an der Wand 2 des Behälters 1 angeordnet sein. Diese aus einem Metallpolster bestehenden Elemente 25 entsprechen mit Vorteil denjenigen, die in del» französischen Patentanmeldung Nr. EN 73 2337 vom 26. Juni 1973 und den deutschen DT-OS 24 30 174 und 24 30 191 vom 24. Juni 1974 beschrieben sind.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, wo die zwischen dem Mantel des Verschlußdeckels und dem Behälteransatz montierten Ringe

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aus im vesentlichen prismatisch geformten nebeneinanderliegenden Elementen bestehen» die vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich aus einem Stapel 26 von Metallblechen oder dergleichen bestehen, der in ein aus zwei ineinandergesetzten Halbschalen 27 und 28 bestehendes Gehäuse eingesetzt ist, vie besonders die erwähnte DT-OS 24 30 191 beschreibt.

Man erhält so eine besonders wirksame Wärmeschutzvorrichtung, die im vesentlichen den Ringraum zwischen der Behälterwand und der Mantelfläche des Verschlußdeckels durch einen isolierenden, einfachen und leicht ein- und auszubauenden Bauteil ausfüllt und ermöglicht, die Wand des Behälters bei einer verhältnismäßig gleichmäßigen Temperatur zu halten, indem vor allem ihre mechanische Verbindung mit dem Verschlußdeckel geschützt wird. Der besondere Aufbau der verwendeten Ringe, die ein Polster aus rostfreier Stahlvolle oder ein Polster von Metallblechen enthalten, ermöglicht im Übrigen die Erfüllung der Bedingungen, velche in erster Linie die Anwesenheit des Hingraums selbst erzwingen, besonders die Bedingungen der VJärmeausdehnungsunterschiede zwischen dem Behälter und dem Verschlußdeckel.

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Claims

— ο **

Patentansprüche

ft.) Wärmeschutzvorrichtung für den Behälter eines mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktors, besonders des oberen Teils des Behälters im Bereich eines Ringraums, der zwischen der zylindrischen Seitenwand des Behälters und einer gegenüberliegenden Mantelwand vorhanden ist, die zu einem den Behälter verschließenden waagrechten Deckel gehört, in dem das Ende der Behälterwand, der sogenannte Behälteransatz verankert ist und von dem der Behälter herabhängt, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens einem Ring (16,17) besteht, der im Ringraum (13) zwischen der Mantelfläche (9) des Verschlußdeckels (4) und der gegenüberliegenden Wand (2) des Behälters (1) zusammengepresst ist und eine Folge von in Richtung des Umlands des Verschlußdeckels aneinandergelegten Elementen aufweist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Ringe (t6,17) aufweist, die sich in waagrechten Ebenen und in Richtung der Höhe des Ringraums (13) übereinander erstrecken«
3« Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16,17) über die Länge des Ringes nebeneinandergelegt sind, wobei die Stoßbereiche der Elemente in einem Ring (16) gegenüber den Stoßbereichen im darunterliegenden Ring (17) versetzt sind.
4. Schutzvorrichtung nach .einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16,17) aus Torussektoren (16) bestehen.

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5. Schut»Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16,17) aus im wesentlichen quaderförmigen Blöcken bestehen.
6» Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Torussektor aus einem Drahtnetz (18) besteht, dessen Seitenkanten (18a,18b) in sich geschlossen sind, so daß ein Zylinder mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt entsteht, dessen Innenraum mit gepreßter rostfreier Stahlwolle (19) gefüllt ist.
7» Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Zylinders jedes Sektors durch eine Drahtnetzscheibe (20) verschlossen sind·
8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die

die Ränder (i8a,18b) des Drahtnetzes (18) und/die Enden des Zylinders (18) bildenden Scheiben (20) untereinander durch Nähen oder Klammern verbunden sind.
9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16,17) einen Stapel von Metallblechen (26) aufweisen, der zwischen zwei ineinandergesetzten Halbschalen (27,28) eingeschlossen ist.

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