DE2538574C2 - Wärmeschutzvorrichtung für den oberen Teil des Behälters eines mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutzvorrichtung für den oberen Teil des Behälters eines mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktors im Bereich eines Ringraumes, der zwischen der zylindrischen Seitenwand des Behälters und einer gegenüberliegenden Mantelwand eines den Behälter verschließenden waagrechten Verschlußdeckels vorhanden ist, in dem der Ansatz der !Behälterwand verankert ist und von dem der Behälter liierabhängt.

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

to entsprechendes Volumen eines den Kern kühlenden !Flüssigen Metalls, im allgemeinen Natrium, enthält, das durch Pumpen in einem kontinuierlichen Kreislauf gelhalten 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 durch diesen Verschlußdeckel mit entsprechenden Durchlaßöffnungen hindurch. Der Verschlußdeckel ruht mit seinem Umfang auf einem äußeren Schutzbehälter aus Beton, der den Behälter umgibt, der seinerseits mit seinem oberen, in der Dicke des Deckels verankerten Ende aufgehängt ist Es ist auch bekannt daß dieser Verschlußdekkel im allgemeinen im Bereich des Behälters einen vorspringenden 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 gegenüberli&gander Wand einen Ringraum bildet Dieser Ringraum ist erforderlich, um Dimensionsveränderungen infolge Temperaturschwankungen zwischen der Behälterwand einerseits und der Mantelwand 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 Neutralgasatniosphäne, insbesondere 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 Behälteransatzes verstärkt und für dessen mechanische Festigkeit im Verankerungsbereich nachteilig ist.

Diesen Stand der Technik zeigt der französische Versuchs-Kernreaktor Ph6nix, in welchem für den Wärmeschutz des Verschlußdeckels ein ebenes waagerechtes Dach vorgesehen ist, das im Behälter über der freien Oberfläche des flüssigen Metalls angeordnet ist und dessen Temperatur bei einer Temperatur in der Nähe der Temperatur des Behälters gehalten wird.

Die Anordnung eines solchen, mit dem Behälter verbundenen Daches bringt jedoch erhebliche Schwierigkeiten mit sich, die sich noch erhöhen bei der Konstruktion eines Kernreaktors mit größerer Leistung, in welchem der Durchmesser des Behälters wesentlich größer ist.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit hat man vorge-

schlagen, auf dieses Dach zu verzichten und die Unterseite des Versc-hlußdeckels mit einer Wärmedämmung zu versehen.

Nun ist aber gerade der oben erwähnte Ringraum, der normalerweise mit einer Neutralgasatmosphäre, insbesondere 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 von unter 100⁰C gehalten wird, während die Behälterwand im Gegensatz dazu auf eine Temperatur gebracht wird, die zwischen der von über 400⁰C des Natriums im Behälter und der des Verschlußdeckfils 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 Behälteransatzes verstärkt und für dessen mechanische Festigkeit im Verankerungsbereich nachteilig ist

Die Erfindung bezweckt eine Wärmeschutzvorrichtung, welche die Ausbildung eines starken Temperaturgefälles zum Neutralgaspolster im Behälter im Ringraum zwischen der Behälterwand und der Mantelfläche des Verschlußdeckels verhindert, indem Gaskonvektionsströme in diesem Raum weitgehend verhindert werden.

Eine Wärmeschutzvorrichtung gemäß der Erfindung beruht auf dem Prinzip, diesen Ringraum praktisch vollständig durch ein Wärmedämmaterial auszufüllen, das beim Einsetzen in den Ringraum komprimiert wird und sich daher in diesem Raum ohne weitere Hilfsmittel von selbst hält Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Wärmeschutzvorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst

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

Die Erfindung wird nachfolgend erläutert an Hand der Beschreibung einer Ausführungsform der Wärmeschutzvorrichtung. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnung. Hierin zeigt

F i g. 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;

F i g. 2 eine Teilansicht eines Torussektors, der bei einer abgewandelten AusHihrungsform der Vorrichtung benutzt wird;

F i g. 3 einen Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungsform.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Teil des Behälters 1 eines mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktors, der besonders ein (nicht gezeigtes) entsprechendes Volumen eines zum Kühlen des Kerns dienenden flüssigen Metalls, im allgemeinen Natrium, enthält. Dieser Behälter von der allgemeinen Form eines Zylinders mit senkrechter Achse ist seitlich durch eine Seitenwand 2 aus Metall begrenzt, deren oberer Teil oder Behälteransatz 3 dazu dient, den Behälter unter einem oberen waagerechten Verschlußdeckel 4 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 Hanptbehälter, 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 Raum 6, dessen oberer Teil vom unteren Teil durch ein Abschluß- und Wärrneisolationselement 7 abgeteilt ist, dessen Ausführung im einzelnen hier von untergeordnetem Interesse 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 Mantelwand 9 begrenzt, die zur Seitenwand 2 des Behälters 1 koaxial ist und in einer oberen waagrechten ebenen Krempe 10 endet, die mit der Seitenwand 2 fest verbunden ist, während der untere Teil der Mantelwand 9 mit einer unter dem Verschlußdeckel 4 selbst befestigten Sohle 11 verbunden ist In der Dicke des Verschlußdeckels und besonder.·; -in seinem vorspringenden Mittelteil 8 und in der Nähe -der Sohle 11 und der Mantelwand 9 sind in den Verschlußdeckel eingebettete Leitungen 12 vorgesehen, durch die eine beliebige Kühlflüssigkeit strömt, welche im Betrieb des Reaktors den Verschlußdeckel bei einer verhältnismäßig niedrigen mittleren Temperatur von z. B. etwa 40° C halten kann.
Durch die erwähnten Maßnahmen erreicht man, daß zwischen der Seitenwand 2 des Behälters 1 in deren oberen Teil vor der Verankerung ihres Behälteransatzes 3 einerseits und der Mantelwand 9 des vorspringenden Mittelteils 8 des gleichen Verschlußdeckels andererseits ein Ringraum 13 besteht, der normalerweise mit dem im Inneren des Behälters 1 liegenden Bereich 14 in Verbindung steht und in diesem Raum über dem Niveau des Flüssigen KQhimetaüs liegt. Dieser Ring/aunn 13 istalso einerseits von der Mantelwand 9 des bei einer verhältnismäßig tiefen Temperatur gehaltenen VerscL-iußdeckeis und andererseits von der Seitenwand 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 Neutralgases ausbildet Diese durch Thermosiphonwirkung hervorgerufene Kreisströmung des Gases ist für die gute mechanische Haltbarkeit der Verankerung des Behälteransatzes 3 im Verschlußdeckel sehr nachteilig, vor allem wegen der in der Seitenwand 2 des Behälters erzeugten Wärmegradienten.

Man vermeidet die Bildung solcher Thermosiphons im Ringraum 13, indem men im Inneren des Ringraums Wärmticisutzelemente 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 F i g. 1 enthält der Ringraurr, 13 so zwei Ringe 16 bzw. 17, bei denen jeder Torussektor, dessen Form F i g. 2 zeigt, außen durch ein feinmaschiges Drahtnetz 18 begrenzt ist, das in sich zurückgebogen ist, so daß es ein im ganzen zylindrisches Element bildet, wobei die Ränder 18a und iSb dieses Drahtnetzes durch Klammern 18c miteinander verbunden sind. D°r Innenraum jedes so gebildeten Zylinderabschnitts wird dann mit einem Polster aus rostfreier Stahlwolle 19 gefüllt, die entsprechend gepreßt ist. 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 verscniedenen 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 Ringraum 13 Bereiche mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitten ausfüllen.

Die im Ringraum 13 angebrachten Ringe 16 und 17 werden in ihrem unteren Teil durch eine Stützplatte 22 is gehalten, die mit der Sohle U des Verschlußdeckels verbunden ist. Schließlich können unter der Platte 22 Wärmedämmelemente 23 und 24 mit Metallpolstern 25 unter der Sohle i ί bzw. an uer Seitenwand 2 de» Behälters 1 angeordnet sein.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, wo die zwischen der Mantelwand 9 des Verschlußdeckels und der Seitenwand 2 montierten Ringe aus im wesentlichen 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.

Man erhält so eine besonders wirksame Wärmeschutzvorrichtung, die im wesentlichen den Ringraum zwischen der Seitenwand des Behälters und der Mantelwand des Verschlußdeckels durch einen isolierenden, einfachen und leicht ein- und auszubauenden, durch Einklemmen zwischen den gegenüberliegenden Wänden gehaltenen elastischen 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 Stahlwolle oder ein Polster von Metallblechen enthalten, ermöglicht im übrigen die Erfüllung der Bedingungen, welche in erster Linie die Anwesenheit des Ringraums selbst erzwingen, besonders die Aufnahme der Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen dem Behälter und dem Verschlußdekkel.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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55

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wärmeschutzvorrichtung für den oberen Teil des Behälters eines mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktors im Bereich eines Ringraumes, der zwischen der zylindrischen Seitenwand des Behälters und einer gegenüberliegenden Mantelwand eines den Behälter verschließenden waagrechten Verschlußdeckels vorhanden ist, in dem der Ansatz der Behälterwand 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 Mantelwand (9) des Verschlußdeckels (4) und der gegenüberliegenden Seitenwand (2) des Behälters (1) zusammengepreßt gehalten ist und eine Folge von in Richtung des Umfangs der Mantelwand aneinandergelegten Elementen aus Metall aufweist, die mit rostfreier Stahlwolle (19) oder einem senkrecht zur Mantelwand zasammendrückbaren Stapel von Metallblechen (26) gefüllt sind.

2. Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Ringe (16, 17) aufweist, die sich in waagerechten Ebenen und in Richtung der Höhe des Ringraumes (13) übereinander erstrecken.

3. Wärmeschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16,17) über die Länge des Ringes nebeneinander gelegt sind, wobei die Stoßbereiche der Elemente in einem Ring (16) gegenüber den Stoßbereichen im darunterlegenden Ring (17) versetzt sind.

4. Wärmeschutzvorrichtung na-*ä einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16,i7) aus im wesentlichen quaderförmigen Blöcken aus zwei ineinander gesetzten Halbschalen (27,28) bestehen, die einen Stapel von Metallblechen (26) einschließen.

5. Wärmeschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in jedem Ring (16, 17) aus Torussektoren bestehen.

6. Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Torussektor aus einem Drahtnetz (18) besteht, dessen Seitenkanten (18a, iSb) miteinander so verbunden sind, daß ein Hohlzylinder mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt gebildet wird, und daß die gepreßte rostfreie Stahlwolle (19) dessen Innenraum ausfüllt.

7. Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Zylinders jedes Torussektors durch eine Drahtnetzscheibe (20) verschlossen sind.

8. Wärmeschutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (18a, ISb) des Drahtnetzes (18) und die die Enden des Hohlzylinders (18) bildenden Drahtnetzscheiben (20) untereinander durch Nähen oder Klammern verbunden sind.