DE1108340B - Aus Schichten aufgebaute Waermeisolation fuer den Moderatorkessel eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 58214 VIIIc/2lg

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

14. MAI 1958

8. JUNI 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Schichten aufgebaute Wärmeisolation für den Moderatorkessel und die durch ihn hindurchgeführten Bauteile flüssigkeitsmoderierter Kernreaktoren.

Bei heterogenen Kernreaktoren soll im Betrieb der Moderator aus neutronenökonomischen Gründen möglichst kühler als das Kühlmittel gehalten werden. Das führt bei Natururanreaktoren mit Wassermoderator zu Anordnungen, bei denen beispielsweise der Moderator getrennt vom Kühlmittel durch ein besonderes Kühlsystem geführt wird, welches seinerseits die Aufgabe hat, den Moderator auf eine noch wesentlich unterhalb der Kühlmitteltemperatur liegende Temperatur abzukühlen. Wenn man etwa bei einer mittleren Kühlmitteltemperatur von 260° C die Moderatortemperatur auf etwa 120° C senkt, gewinnt man etwa 2% Reaktivität.

Eine solch große Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Moderator verursacht aber ohne Zwischenisolation einen beachtlichen Wärmeverlust des Kühlmittels an den Moderator. Dieser Verlust wirkt sich so aus, daß im Moderator größenordnungsmäßig 10 % der Reaktor-Gesamtwärmeleistung anfällt, zu der noch zusätzlich die durch Neutronenbremsung und j'-Absorption im Moderator frei werdende Wärmeleistung von etwa 5% der Gesamtleistung hinzukommt. Diese an den Moderator auf niedrigem Temperaturniveau abgeführte Wärme kann aber nur zum Teil nützliche Verwendung finden, etwa bei einer Kondensatvorwärmung. Der Rest muß, falls er nicht noch Heizzwecken zugeführt werden kann, nutzlos weggekühlt werden. Das führt zu einer starken Erniedrigung des Wirkungsgrades der Reaktoranlage.

"Durch Anbringung einer Wärmeisolationsschicht zwischen den vom Kühlmittel beaufschlagten Teilen des Moderatorkessels, z. B. den Kühlmittelführungsrohren, und dem Moderator kann dieser Verlust bekanntlich wirksam verringert werden. Voraussetzung ist allerdings, daß die für die Isolation zwangläufig aufzuwendende Menge absorbierenden Materials das Maß der zulässigen Absorption nicht überschreitet. Dies trifft beispielsweise für solche Wärmeisolierungen nicht zu, bei denen als Isolator poröses Material verwendet wird, dessen Poren mit der Moderatorflüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt sind. Bei dieser Isolation liegt, übrigens ebenso wie bei der technisch vergleichbaren Metall- oder Glaswollisolierung, der Volumprozentanteil des Materials noch so hoch, daß sich eine nicht vernachlässigbar große Neutronenabsorption einstellt.

Es ist ferner bekannt, die Kühlmittelrohre zwecks Wärmeisolierung mit einem weiteren Rohr zu umge-Aus Schichten aufgebaute Wärmeisolation, für den Moderatorkessel eines Kernreaktors

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Albert Ziegler, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

ben und den Zwischenraum zu evakuieren oder mit Gas zu füllen. Das erfordert aber einen verhältnismäßig großen technischen Aufwand.

Beim Gegenstand der Erfindung werden die genannten Nachteile und auch jegliche Bruch- und Verunreinigungsgefahr vermieden.

Erfmdungsgemäß bestehen die Schichten aus Folien, zwischen die Moderatorflüssigkeit gefüllt ist, wobei die Schichten untereinander Zwischenabstände von solcher Größe frei lassen, daß auf die in den Zwischenräumen befindliche Moderatorflüssigkeit keine Wärmeübertragung durch Konvektion möglich ist.

Die Zeichnung veranschaulicht hierzu schematisch ein Ausführungsbeispiel, es zeigt

Fig. 1 in teilweiser Längsschnittansicht ein mit der neuen IsolierfoHenschichtung umgebenes Reaktor-Kühlmittelführungsrohr (ausschnittsweise),

Fig. 2 einen Waagerechtschnitt nach der Linie H-II durch die Anordnung nach Fig. 1 und

Fig. 3 die im gestrichelt umrandeten Feld III der Fig. 1 liegenden Bauteile vergrößert herausgezeichnet.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist als Wärmeisolation eine moderatorgefüllte Schichtung aus Isolierfolien vorgesehen, die, wenn sie wie Fig. 2 besonders deutlich zeigt, auf einem Kühlmittelführungsrohr des Moderatorkessels aufgebracht ist, die Gestalt eines Wikkels 1 aufweist. Die Isolierfolie umschließt das Führungsrohr 2 in drei Lagen, die durch körpereigene Ausstülpungen 3 der Folie auf Abstand gehalten sind. Das äußere Wickelende ist durch Haken 4 am Wickel gehalten. Es sei erwähnt, daß die Kühlmittelf ührungsrohre mit dem in der Zeichnung nicht sichtbaren Moderatorkessel eine bauliche Einheit bilden. Sie durchdringen den Kessel gitterartig und enthalten in ihrem

109 610/342

Inneren die Brennstoffelemente, an deren Oberfläche das Kühlmittel entlangströmt. Im vorliegenden Falle füllen die Brennstoffelemente die schraffierte Zone 5 aus, so daß das Kühlmittel im Ringraum 6 strömt.

Der Abstand zwischen den Isolierfolienlagen ist — wie erwähnt — so bemessen, daß gerade noch keine oder höchstens eine äußerst geringe Konvektion in der in den Zwischenräumen vorhandenen Moderatorflüssigkeit möglich ist. Es soll nämlich zur Vermeidung von Korrosion in der Isolation eine gewisse Zirkulation des Moderators zu Reinhaltungszwecken zugelassen werden. Daher schließen auch die Isolierfolienschichten der Kühlmittelführungsrohre nicht an den Stoßstellen mit dem Moderatorkessel dicht ab und lassen somit Ein- und Austrittsöffnungen für den Moderator frei. Der Zwischenabstand der Folienlagen beträgt bei Verwendung von D₂O als Moderator 0,5 mm. Der erzielbare Wärmewiderstand ist proportional der Anzahl der vorgesehenen Lagen.

Die Dicke der Folien, es kann sich um Aluminium- oder Zirkonfolien oder mit diesen Stoffen legierte Metallfolien handeln, sollte höchstens 0,1 mm betragen. Es bewirkt daher die durch die Isolierung verursachte zusätzliche Absorption nur einen verschwindenden Anstieg der durch die Kühlmittelführungsrohre von 2 mm Wanddicke verursachten Absorption. Der entsprechende Verlust an Reaktivität wird aber durch den mit der Isolierung erreichten Gewinn an thermischem Wirkungsgrad mehr als wettgemacht.

Ebenso wie die Kühlmittelführungsrohre kann auch der Moderatorkessel isoliert werden, und zwar an der Außenseite entweder durch einen Isolierfolienwickel nach Art der Fig. 1 bis 3 oder an der Innenseite durch eine entsprechende vorgeformte Folienschichtung. Der Wickel kann in den genannten Fällen auch aus konzentrisch ineinandergeschachtelten Hüllen aufgebaut sein, die je nach dem Querschnitt der Kühlmittelführungsrohre bzw. des Kessels zylindrisch oder prismatisch geformt sind. Zweckmäßig weisen die ganzteiligen elastischen Hüllen der Kühlmittelführungsrohre einen Montagelängsschlitz auf. Es ist aber auch möglich, Halbschalen zu verwenden. An Stelle der Ausstülpungen können auch im Material vorgestanzte, nach innen abgewinkelte Zinken vorgesehen sein.

Die Isolierfolienschichtung gemäß der Erfindung weist über den bereits erwähnten besonders guten Isoliereffekt hinaus eine wesentlich geringere Störanfälligkeit auf als beispielsweise keramisches Isoliermaterial, welches durch Stoß- oder Wärmespannungen leicht zerbricht. Gleiches gilt für poröses Material, welches zudem zu Verunreinigungen des Moderators Anlaß geben kann. Bei der vorliegenden Schichtung kann durch Stoß oder Druck allenfalls eine kleine Verbeugung der Folien eintreten. Hierdurch wird aber die Funktion der Schicht nicht beeinträchtigt.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Aus Schichten aufgebaute Wärmeisolation für den Moderatorkessel und die durch ihn hindurchgeführten Bauteile flüssigkeitsmoderierter Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Folien bestehen, zwischen die Moderatorflüssigkeit gefüllt ist, und daß die Schichten untereinander Zwischenabstände von solcher Größe frei lassen, daß auf die in den Zwischenräumen befindliche Moderatorflüssigkeit keine Wärmeübertragung durch Konvektion möglich ist.

2. Wärmeisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienschichtung die Kühlmittelführungsrohre des Moderatorkessels in Gestalt eines Wickels umschließt, dessen Lagen durch Ausstülpungen, Zinken od. dgl. der Folie auf Abstand gehalten sind und dessen äußeres Wickelende durch Haken am Wickel gehalten ist.

3. Wärmeisolation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderatorkessel an der Außenseite entweder einen Isolierfolienwickel oder an der Innenseite eine vorgeformte Isolierfolienschichtung trägt.

4. Wärmeisolation nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienschichtung aus konzentrisch ineinandergeschachtelten, zylindrischen oder prismatischen Hüllen aufgebaut ist.

5. Wärmeisolation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllen einen Montagelängsschlitz aufweisen oder aus Halbschalen bestehen.

6. Wärmeisolation nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienschichten stirnseitig für den Zutritt des Moderators nicht dicht schließen.

7. Wärmeisolation nach den-Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von leichtem oder schwerem Wasser als Moderator die Zwischenabstände etwa 0,5 mm betragen.

8. Wärmeisolation nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien aus Aluminium oder Zirkon oder Legierungen davon bestehen.

9. Wärmeisolation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien eine Dicke von höchstens 0,1 mm aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1003 364;

französische Patentschrift Nr. 1105 732;

britische Patentschrift Nr. 754183;

»Research Reactors« der Buchreihe: »Selected Reference Material on Atomic Energy«, 1955, S. 402 bis 411.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 610/342 5.61