DE2139495A1

DE2139495A1 - Vorrichtung zur dichten Halterung von Wärmetauschern in Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2139495A1
Application number: DE19712139495
Authority: DE
Inventors: Michel La Celle St Cloud Vercasson (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-08-07
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1333458A; FR2101019B1; FR2101019A1; DE2139495B2; US3784443A; DE2139495C3

Description

21 O Λ / ft f v3 ö *t Cf

Patentanwälte DIpI.-!ng. R. B E E T Z se

Dipi-ins. κ. lamprecht 410-17.381^(17.382H) β, 8. 1971

Dr.-lng. R. B E E 1 Z jr.
MDnchen22, Steinsdorfetr. IC

Commissariat \ !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Vorrichtung zur dichten Halterung von Wärmetauschern in Kernreaktoren

Die Erfindung "betrifft eine-Vorrichtung zur dichten Halterung von Wärmetauschern in Kernreaktoren.

In Kernreaktoren mit schnellen neutronen ist das Kühlmittel häufig flüssiges oder geschmolzenes Natrium aufgrund dessen hohen Wärmeaustausch-Koeffizienten, des niedrigen Drucks im Kühlmittelkreis und der großen Kühlsicherheit für alle Reaktor "betriebszustänäe.

Dieses Kühlmittel wird umgewälzt in einem geschlossenen Kreis von einem Primärgefäß, das in seinem unteren Mittelteil den Reaktorkern enthält, zu einem äußeren Hauptgefäß, von dem es durch Pumpen zum Reaktorkern und zum Primärgefäß zurückkehrt. Um den Reaktorkern sind im flüssigen Natrium die Einrichtungen

410-(B3734.ρ)-HdOt(8)

209810/1

eingetaucht, die zum Kühlen notwendig sind, insbesondere die Pumpen und die Zwis client aus eher, die ira Parallelbetrieb arbeiten. Die Gehäuse des aktiven Teils jedes Tauschers verlaufen vertikal in den beiden Gefäßen, wobei die Durchführungen durch die Wand des Primärgefäßes dicht sein müssen.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung zur dichten Montage jedes Wärmetauschers anzugeben, wobei aber eine genaue Abdichtung erzielt, die aber ein Spiel flir radiale und axiäLe Verschiebungen des Wärmetauschers infolge Temperaturoder Druckänderungen hat, und die Montage oder Demontage des Wärmetauschers ohne Eingriff in das Reaktorinnere ermöglicht, werden soll.

Eine Vorrichtung zur dichten Halterung des Gehäuses eines Wärmetauschers durch eine Öffnung in der Wand eines Kernreaktor-Primärgefäßes hindurch, das in geschmolzenem Metall wie natrium als Kühlmittel eingetaucht ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine vertikale zylindrische Manschette hat, die von einer mit dem Gehäuse des Wärmetauschers verbundenen, ringförmigen Glocke bedeckt ist in einer Höhe zwischen einem Einlaß und einem Auslaß für das Umwälzen des geschmolzenen lletalls in Wärmetauscher, und daß die Glocke so geformt ist, daß sie mit der Manschette einen ringförmigen Siphon bildet, der durch Zufuhr eines Druckgases in seinen oberen Teil nicht vollgelaufen gehalten ist.

Vorzugsweise ist das Gas dasselbe wie das sogenannte Deckgas, das sich über dem flüssigen natrium unter dem Dach bzw. der Decke des Reaktors befindet. Dieses Gas ist im allgemeinen Argon.

209810/ 1 1 59

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher efLäutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Querschnittsansicht einen Reaktor, der mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgeraäisen Vorrichtung ausgerüstet ist; und

Fig. 2 eine genauere, aber trotzdem schematische Ansicht der rechten Hälfte von Fig. 1, woraus die dichte Montage eines Wärmetauschers mit den Kanälen und Organen für einen zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung ersichtlich ist.

GemäiS Fig. 1 sind ein Primärgefäß 2 und ein Hauptgefäß 3 eines Kernreaktors beide mit flüssigem natrium 1 gefüllt. Vertikale Zentrifugalpuapen wie 31 saugen über Fenster 34 das im Hauptgefäß 3 geschmolzene natrium an und spritzen es über eine Leitung 33 in einen Sammler 32. Vom Sammler 32 bewegt sich das geschmolzene natrium quer durch einen durchbrochenen Abschnitt in einen Reaktorkern 30, breitet sich im Hauptgefäß 2 aus, strömt im Swischenwärmet auseher 4 zur Rückkehr in das Hauptgefäß 3 und beginnt denselben Kreislauf von neuem. Oberhalb des geschmolzenen natriums befindet sich ein Deckgas 9 in Form von Argon.

Aus der rechten Hälfte von Fig. 1 ist erkennbar, daß das Gehäuse des aktiven Seils jedes Wärmetauschers 4 die Viand durchsetzt, die das HauptgefäS 2 vom Hauptgefäß 3 im konischen Abschnitt trennt, de;· von dieser Viand oder Stufe 5 nach oben geht. Die Vorrichtung sum dichten Durchtritt des Wärmetauschers, die Gegenstand der Erfindung ist, ist nur ungefähr abgebildet in Fig. 1, weshalb sie genauer mit ihren Zusatzorganen in Fig. 2 gezeigt ist, die jetzt betrachtet werden soll.

209810/1159

.Die Öffnung zum Durchtritt des Wärmetauschers 4^ durch die Stufe 5 ist von einer vertikalen zylindrischen Manschette 7 begrenzt. Am Gehäuse des Wärmetauschers 4 ist eine ringförmige Glocke 8 "befestigt, deren Höhe im wesentlichen gleich der der Manschette 7 ist. Die Querabmessungen der Manschette 7 bzw. der Glocke 8 sind so bemessen, dalB nach der Montage die Glocke 8 die Manschette 7 in der abgebildeten Stellung bedeckt. Auf diese Weise wird ein Flüssigkeitsabschluß oder Siphon 7, 8 um den ganzen Wärmetauscher 4 herum gebildet. Um die Dichtheit zu gewährleisten, ist es notwendig, daß man den Siphon 7» 8 ständig leer (nicht vollgelaufen) hält, was man erreicht, indem man Argon unter ausreichend■hohem Druck in den oberen Teil.des Siphons 7> 8 einführt. Unter diesen Bedingungen erzeugen der Natriumpegel im Innen- und im Außenzweig des Siphons den Pegel geschmolzenen latriums im Hauptgefäß 3 bzw. im Primärgefäß 2 mit einem Höhenunterschied ΔH.

Wenn Δ ρ die Druckdifferenz zwischen dem Argon im Siphon 7> 8 und dem Deckargon 9 bezeichnet, erhält man nach der grundlegenden Formel der Hydrostatik:

ΔΡ

ΔΗ =

mit / als Dichte des Hatriums und g als Erdbeschleunigung.

Es ist möglich, die beiden Pegel in der Glocke 8 auf Vierten zu halten, die in allen Fällen des Realctorbetriebs zulässig sind, d.h. bei ITormalbetrieb, aber auch bei einem Unfall und insbesondere, um jedes Vollaufen des Siphons 7, 8 zu vermeiden, was einen Teil des Durchsatzes von dem durch die Wärmetauscher verlaufenden normalen Kreis ableiten würde.

209810/1 159

139495

Wenn man nicht direkt die Pegel im Siphon 7, 8 messen kann, kann man sie erfassen über die Pegel im Reaktor mittels der Messung von Δ P. Daher verwendet man letztere Große für die Steuerung des ganzen Systems zur Kontrolle und zur Regelung der Pegel.

TJm eine solche Punktionssteuerung über Δ P zu erzielen, wird die folgende Einrichtung verwendet:

Der Wert von Δ Ρ wird durch einen Druckdifferenzfühler 15 erfaßt, der angeschlossen ist an Druckleitungen 11 zum Siphon 7, 8 "bzw. 10 zum Deckargon 9 unter der Decke 22 des Reaktors. | Mit 12 ist eine Leitung zur Zu- und Abfuhr von Argon in bzw. aus dem Siphon 7, 8 über Elektroabsperrorgane 19 bzw. 20 bezeichnet. Die Zu- oder Abfuhr von Argon zum bzw. vom Siphon 7, 8 wird dann durch eine Einrichtung 21 gesteuert, die durch den Druckdifferenzfühler 15 betätigt wird und die nach Bedarf das Öffnen oder Schließen des einen der beiden Elektroabsperrorgane 19 und 20 hervorruft.

Ferner sind zu sehen Natriumdampffallen 13» Trennschieber 14, ein Hanometer 16 für das Deckargon 9 und ein Manometer 17 für die Glocke 8.

Es sei darauf angewiesen, wie auch weiter unten für bestimmte I Bedingungen ersichtlich sein wird, daß das Abfuhrabsperrorgan 20 weggelassen oder durch eine Rückschlagklappe 18 stromaufwärts zum Absperrorgan 19 in der Leitung 12 vorgesehen sein kann.

Die Eontrolle mit Regelung de. Pegel in der Glocke 8 oder dem Siphon 7, 8 kann mit einer Einrichtung durchgeführt werden, die gemäß den drei im folgenden beschriebenen Verfahren betrieben werden kann:

209810/1 159

a) Verfahren der isolierten Glocke

Wenn der Reaktorbetrieb z.B. angehalten ist im Zustand der Handhabung der Elemente, wird die Glocke 8 mit Argon gefüllt, "bis Δ P einen Soll-Wert von ÄP annimmt. Man isoliert dann die Glocke 8, indem das Absperrorgan H dei- Leitung 12 geschlossen wird, so daß eine konstante Argonmenge aufrechterhalten wird. ΔP₀ kann so gewählt werden, daß die Entwicklung der Temperaturen, der Drücke und der Pegel im Reaktor während dessen Betriebs weder ein Vollaufen des Siphons 7? 8 noch ein Auftreten von Argon an der Unterseite der Glocke 8 verursacht. Die Entwicklung der Pegel in dieser wird ständig durch Messung von ΔP und der Pegel im Reaktor überwacht.

]?ür eine angemessene Ausrüstung der Kanalisation reicht eine einzige Einrichtung zur Messung und zur Versorgung (Druekfühler und Absperrorgane) für alle Austauscher (sechs im allgemeinen) aus.

b) Verfahren zur Stabilisierung von ΔP zwischen zwei Soll-Werten

Man stabilisiert den Wert von Δ P zwischen zwei Soll-Werten ΔΈ^ und A?2> wobei das Überschreiten dieser Schwellenwerte automatisch zur Zu- oder Abfuhr von Argon zu bzw. aus der Glocke 8 über die Absperrorgane 19 bzw. 20 führt.

Auch hier kann eine einzige Einrichtung vorgesehen sein.

209810/1159

c) Verfahren zur Stabilisierung vonÄP unterhalb eines Mindests ehw ellenwert s

Dieses "Verfahren v/ird angewendet, wenn eine Argonumwälzung in nur einer Sichtung in den äußeren Rohren stattfinden soll, um die Dichtprobleme und die durch die .Aktivität des Argons geschaffenen Schwierigkeiten zu reduzieren. Die Versorgung der Glocke 8 erfolgt dann über die Rückschlagklappe, 18.

Um jedes Vollaufen des Siphons 7» 8 zu vermeiden, ist der Viert von ΔP insoweit begrenzt, als· er nicht unter den Mindestschwellenwert ΛP- fallen darf, der durch das vorhergehende " Verfahren vorgegeben ist. Im Gegenteil, während des Temperaturanstiegs läßt man das überschüssige Argon in Form von Blasen am unteren Teil der Glocke 8 entweichen.

Letzteres Verfahren hat allerdings den IT acht eil, für jeden Wärmetauscher eine eigene Einrichtung zu benötigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt also die sorgfältige Dichtheit pneumatischer Einrichtungen. Diese Lösung hat zahlreiche Vorteile im Vergleich mit mechanischen Einrichtungen, insbesondere:

Wegfall von geschmiedeten und nachbearbeiteten Gliedern von Balgkompensatoren;

Wegfall von Kontakten oder Schaltern, d.h. Vermeidung von Verschleiß und Blockierungen;
Wegfall von Verschiebungskräften;

Verringerung der Dicken und damit auch der thermischen Spannungen;

Unempfindlichkeit gegenüber geringen Deformationen; und Vollständige Beseitigung von Kühlmittelverlusten (durch Lecken).·

209810/1159

Claims

Patentansprüche

. v1Ij) Vorrichtung zur dichten Halterung des Gehäuses eines Wärmetauschers durch eine Öffnung in der Wand eines Kernreaktor-Primärgefäßes hindurch,.das in geschmolzenem Metall wie

^v Hatrium als Kühlmittel eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnung eine vertikale zylindrische Manschette (7) hat, die von einer mit dem Gehäuse des Wärmetauschers (4) verbundenen, ringförmigen Glocke (8) bedeckt ist in einer Höhe zwischen einem Einlaß und einem Auslaß für das Umwälzen des geschmolzenen Metalls (1) im Wärmetauscher, und daß die Glocke (8) so geformt ist, daß sie mit der Manschette (7) einen ringförmigen Siphon (7, 8) bildet, der durch Zufuhr eines Druckgases in seinen oberen Teil nicht vollgelaufen gehalten ist.
2. Vorrichtung nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas gleich dem Deckgas (9)_} das sich oberhalb eines freien Pegels des geschmolzenen Metalls befindet, und vorzugsweise Argon ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung an einer Stufe (5) der Wand ausgebildet ist, an der die Manschette (7) ringförmig befestigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Kontrolle und Regelung der Pegel des geschmolzenen Metalls (1) im Siphon (7, 8), wo-. bei die Einrichtimg aufweist einen Fühler (15) zur Erfassung der Druckdifferenz (ΔΈ) zwischen dem Gas des Siphons (7j 3) und dem Deckgas (9) und wobei du -ch den Fühler in Abhängigkeit

209810/1159

von den Werten dieser Druckdifferenz wahlweise ein Zufuhrabsperrorgan (19) oder ein Abfuhrabsperrorgan (20) für das Gas im Siphon betätigbar ist.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre der Glocke (8) isoliert wird über ein Absperrorgan
(14-) nach füllung mit dem Druckgas entsprechend einem Soll-Wert (Af₀)) der so gewählt ist, daß ein dichter Betrieb des Siphons (7j 8) mit einer konstanten Gasmenge in der Glocke gewährleistet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Regelung zwischen einem Hindestschwellenwert
(AP₁) und einem Höchstschwellenwert ( APg) "vornimmt, deren
Überschreiten über den Fühler (16) die Zu- oder Abfuhr von
Druckgas zu oder aus der Glocke (8) auslöst.

20981 0/1159