DE1650201A1 - Thermische Abschirmung fuer einen Behaelter - Google Patents

Description

Patentanwälte

4.10-13.112? 22.12.1967

3OCIETB FOUR L'IIOTSTRIB ATOUQOI SOCIl , Bari· (Frankr.)

Theraiaobe Abschirmung fUr einen Bebälter

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In der Technik gibt es zahlreiche Fülle, in denen man mit der größtmöglichen Sicherheit eine festgelegte niedrig ge Temperatur für die Gesamtheit oder einen Teil der inneren Oberfläche eines Behalters gewährleisten will, in d··- sen Innerem Bedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur herrschen, die in weiten Grenzen variieren können.

Dies ist insbesondere der Fall bei bestimmten Behältern oder öfen für die Durchführung obemieoher Reaktionen sowie bei Kernreaktoren der Bauart mit einem Behälter aue Spannbeton zur Aufnahme des Drucke des KHhlmediumso Oerade in diesem Falle erweist es sich als notwendig, die in dem ge samten Beton des Behältere herrschende Temperatur auf einen niedrigen und gleichförmigen Wert EU begrenzen, «Hbrend der Betrieb des Kernreaktors im Behälterinneren Bedingungen in Druok und Temperatur entstehen läßt, die fUr die bisher be-

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kannten isolierenden Gefüge sehr hart sindo Dieses Ziel wird im allgemeinen nlt Hilfe einer in dem Behälter untergebrachten, die Abdichtungshaut des Reaktors gegenüber dem thermischen Fluß isolierenden Abschirmung erreichte Diese Abschirmung ist zumeist aus Me tall folien, die ein Gas unbeweglich zwischen sich einschließen, oder aus Bimsbeton aufgebaut ο

Bisher ist man bei der Konstruktion von Kernenergieanlagen auf diesem Oebiet auf zahlreiche ernste Schwierigkeiten gestoßen, die auf das schlechte Verhalten der bisher bekannten thermischen Isoliermaterialien unter Druck zurückgehen, das entweder zu die Baukosten vergrößernden v;andstärken oder zu für die Wirtschaftlichkeit des Betriebes schädlichen thermischen Verlusten führt» Praktisch haben die bis heute üblichen Strukturen in erheblichem Umfange unter Konvektionabewegungen und Druokänderungen in dem den Wärmetränsport in Reaktor übernehmenden Medium, in das sie eintauchen, zu leiden_o

Ganz allgemein führt die Bindung an die Funktionsweise und den Betrieb eines Kernreaktors für diesen Typ einer thermischen Abachrnung zu einer Anzahl sehr harter Bedingungen, die sich wie folgt zusammenfassen lassen:

Das Gefüge oder das thermisch isolierende Material darf an den Reaktor oder seine verschiedenen Kreise keinerlei

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Verunreinigungen abgebenο

Das verwendete Isoliermaterial darf unter dem Einfluß der Kernstrahlung oder innerhalb der fiir den besonderen Reaktor vorgesehenen Dosisgrenzen nicht wesentlich alterno

fr

Die. Betriebssicherheit der theraischen Abschirmung muß in vollkommener Weise gewährleistet sein, da es unmöglich ist ρ irgendeine Eingriffsmöglichkeit während der gesamten. Lebensdauer des Reaktors vorzusehen₀ ,

Schließlich kann man noch weitere Bedingungen mechanischer Art erwähnen, die alt der praktisch absoluten Starre des Spannbetonbehälters und mit der großen Variationsbreite in den Betriebsbedingungen eines zur Stromerzeugung eingesetzten Kernreaktors verknüpft sind«

Während des Hochfahrens der ReaktorIeistung und.der Aufheizung des der WiirneÜbertragung dienenden Mediums miß die thermische Abschirmung ein mit den verschiedenen Heia- ⁽ tivbewegungen durch die auf die Aufheizung der Materialien folgende Ausdehnung oder die Änderungen im Druck des der Wärmeübertragung dienenden Mediums verträgliches mechanisches Verhalten zeigenο Insbesondere massen die verwendeten Strukturen und Materialien abrupten Änderungen in Temperatur und Druck widerstehen können, die in bestimmten Fällen in dera der Wärmeübertragung dienenden Medium auftreten ο

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Bei Kernreaktoren der Bauart nit einem Spannbetonbehälter ist die innere Oberfläche des Behälters im allgemeinen mit einer als Abdichtungshaut bezeichneten, dichten metallischen Struktur Überzogen, die, und zwar in sehr gleichförmiger Weise ₉ auf der tiefstmöglichen Temperatur (wenn mönlich unterhalb von 30⁰C) gehalten werden muß«,

Die Erfindung hat eine thermische Abschirmung fUr ™ einen beheizten Behälter und insbesondere für den Spannbetonbehälter eines Kernreaktors zum Gegenstand₉ die den oben aufgeaählten Forderungen der Praxis hinsichtlich einfacher Betriebsweise und vollkommener Betriebssicherheit entsprichto .

Diese thermische Abschirmung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine in unmittelbarer Habe der Innenwand des Behälters angeordnete Kühlkammer, durch eine zu der Innemvand des Behälters parallele und gemeinsam damit die Kühlkammer begrenzende Sperre von poröser Struktur und geringem Permeabilitätskoeffizienten und durch in der Kühlkammer angeordnete und kontinuierlich gespeiste Sammler für die Zuführung eines durch die Sperre hindurch in das Innere des Behälters eindringenden KUhlmediumso

Ganz uligemein besteht die poröse Sperre der erfindungsgemäßen thermischen Abschirmung aus einer Aufhäufung oder Schichtung von im allgemeinen zu der Ebene der Sperre

ORfGIfSiAL

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parallelen Lagen von Geweben aus Metall- oder Mineralfasern von variabler Texturο Dieae Schichtung von Gewebelagen wird allgemein durch Einpressen zwischen zwei mit öffnungen versehene Metallplatten oder Bleche zusammengehaltene

Die beiden Bleche liegen im Betrieb auf unterschiedlicher Temperatur. Ia folgenden soll das Blech, durch das frisches Kühlmittel eintritt, als kaltes Blech bezeichnet werden, während das in unmittelbaren Kontakt mit der Wärmequelle befindliche Blech heißes Blech genannt wird«

Die Maschen verleihen dem Gewebe die erforderliche Porosität ο Die Durchlässigkeit der Sperre ist eine Punk-. tion der Feinheit des Gewebes, seiner Textur (Leinen, Rips USW₉), der für die Gesanthelt der Gewebe mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften getroffenen Anordnung und schließlich des Kompaktheitagrades des gesamten Gebildes«

Die Natur der porösen Sperre variiert erfindungsgemäß je nach den chemischen Eigenschaften des die Sperre durchsetzenden frischen KUhlmediuras sowie entsprechend den verschiedenen, in dem Behälter enthaltenen Strömungemedien ο Für den Fall eines Einsatzes der Erfindung bei einem Kernreaktor der Bauart mit einem Spannbetonbehälter ist daa verwendete frische Kühlmedium daa gleiche wie das für den Wärmetransport in dem Heäktor benutzte Medium (Qaso Wasser,

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flüssiges Metall), das zuvor auf die gewünschten Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck gebracht «orden late

Je nach den Mechanismus für das Durchströmen dee frischen Kühlmediums kann die bei der thermischen Abschirmung verwendete poröse Sperre entsprechend verschiedenen Aus* führungsformen aufgebaut sein*

^ Bei einer ersten AusfUhrungsform «eist die thermische Abschirmung eine poröse Sperre auf, die von dem f riechen Kühlmittelβtrom über ihre gesamte Oberfläche senkrecht zu ihrer Ebene durchquert wird«,

Bei einer zweiten Ausführungsform wird die die thermische Abschirmung bildende poröse Sperre von dem frischen Kühlmedium auf Wegen mit zu ihrer Ebene paralleler Richtung durchquert» Zu diesem Zwecke weist die poröse Sperre eine bestimmte Anzahl von inneren Trennwänden in Fora von ™ Schikanen auf, die den Zweck haben, das frisoh© KUhlaediua: zu zwingen, die Sperre entlang eines Weges ku durchlaufen, der die Form einer oder nehrer aufeinanderfolgender Haarnadeln von zu der Ebene der Sperre selbst paralleler Richtung haben« Eine Variante dieser letzten AusfUbrungsfornt besteht darin» in der Ebene jeder der Trennwände eine thermisch isolierende laraalle vorzusehen? die aus dem gleichen Material besteht wie die Sperre, jedoch nicht von dea Kühlmedium durchströmt wird ο Diese Anordnung gestattet es, die

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!!enge an Ströaungenediuni, die die Sperre durchquert, erheblich zu veraindern, ä.ho bei gleiohea thermischem Wirkungegrad den Durohoatz an Kühlmedium zu begrenzen. TJm das Kühlmedium an einem umlauf in der isolierenden Lamelle zu hindern» wird diese durch zwei Lane11en aus dünnen Metallfolien begrenzt und sind eine bestimmte Anzahl von ösen vorgesehen für die Ausrüstung der Ränder der Durohtrittsöffnungen von einem Abteil der Schikane zum anderenο

Die Art der porösen Sperre ist jedoch bei den verschiedenen Ausführungsarten die gleiche, lediglich ihre hydrodynamischen Eigenschaften verändern sich«,

Die eingangs se it igen Gewebe f "ir den Aufbau der Sperre haben beispielsweise Leinentextur, die sich besonders gut für die Erreichung des mit der Aufeinanderfolge von Lagen unterschiedlicher Feinheit angestrebten Zweckes eignet; denn die Durchbiegungen der Fäden zweier aufeinanderfolgender Lagen durchdringen einander dann in befriedigender Weise* Jedoch kann sich auch jede andere Gewebetextur in gleicher Weise eignen, insbesondere eine Ripstextur, die es gestatten muß, eine größere Feinheit als mit Leinentextur zu erreichen*

Beim Einsatz der erfinduntisßeaHßen thermischen Abschirmung bei Kernreaktoren mit scht/erera oder leichtem Wasser oder bei Reaktoren mit einer Metallschmelze als wftrme-

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übertragendes Medium bestehen die Gewebe vorzugsweise aus rostfreiem Stahl« Jedoch lassen sich auch andere Metalle, wie ZoBo die hociifeuerfesten Metalle Volfram, Tantal» Molybdän USWo einsetzen, obwohl ihr Preis wesentlich höher liegte Im Falle eines mit Gas gekühlten Kernreaktors können die Gewebe von mineralischer Art sein und beispielsweise aus Glas₉ Siliziumdioxyd, Asbest usw_o bestehenο Ira letzteren Falle kann es sich empfehlen, :3ischstrukturen zu verwenden, die aus einer Aufeinanderfolge von Metallgeweben und Mineralfasergeweben bestehenο Einer der wesentlichsten technologischen Vorteile der Gewebematerialien für den Aufbau der porösen Sperre der erfindung3geniäßen thermischen Abschirmung liegt darin, dai3 sich diese Ilaterialien den durch den Betrieb des Kernreaktors aufgezwungenen thermischen Verän- · derungen anpassen₉ ohne daß es zu unerlaubten Reaktionen in der Gefügestruktur kommt. Dieser Vorteil gestattet es, das Problem der thermischen Ausdehnung befriedigend zu lösen, mit dem man im allgemeinen bei den Üblichen starren Strukturen konfrontiert wird„Für diese Eigenschaft ist es wichtig, daß die das Gewebe aufbauenden Fäden gewellt sind, was es ihnen ermöglicht," sich normal zu der Ebene des Gewebes zu verformen, so daß dessen ebene Form während einer Temperaturänderung erhalten bleibt_o

Ein weiterer Vorteil der porösen Sperre der erfindungsgemäßen thermischen Abschirmung liegt darin» daß ein Gewe«

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be eine nachgiebige und dennoch unzerbrechliche Struktur darstellt und gleichzeitig steta in sich zusammenhängend bleibt ο Diese Besonderheit führt dazu, daß die Gefahr einer Emission von Staubteilchen oder von Pasern oder ganz all-. geaein von kerntechnisch unerwünschten Teilchen als praktisch nicht vorhanden angesehen werden kannο

In thermischer Hinsicht ergeben die schichtformig zu~ ' .* saramengefügten und zusammengepreßten Gewebematerialien eine sehr geringe thermische Eigenleitfähigkeit, eine Eigenschaft, die für die Begrenzung der die Sperre durchquerenden Wärmemenge unabdingbar ist· Diese geringe Eigenleitfähigkeit geht auf die punktförraige Berührung zwischen nebeneinanderliegenden Gewebelagen und den hohen thermischen Widerstand an den Berührungestellen zurück„

Bei der Abschirmung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird das frische Kühlmedium, das durch die j poröse Sperre hindurchtreten soll,, in eine Verteilerkammer eingeführt, die durch die zwischen der thermisch zu schützenden Behälterwand und der Sperre gelegene Kühlkammer gebildet wird. In den besonderen Falle eines Kernreaktors der Bauart mit einem Spannbetonbehälter wird diese Kühl- und Verteilerkaramer durch die Sperre mit ihrem hohen Druckabfall und die Abdichtungshaut oder ein gegen diese Haut abgestütztes Hilfsblech begrenzte Sie enthält ein Netz von Ver-

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teilerrohren oder Speisesasmlern, die von großen, gleichmäßig verteilten Öffnungen durchsetzt werden, die eine doppelte Aufgabe,, nämlich die Zufuhr frischen Kühlraediums und die Abfuhr von durch die Sperre hindurohgedrungener Wärme, Übernehmen» Dieses Rohrnetz gewährleistet durch den Satz in die Rohre eingearbeiteter Öffnungen eine gleichmäßige Verteilung des gesagten, durch die poröse Barriere hindurch tretenden Durchsatzes an frischem Kühlmedium über die gesam te Oberfläche der porösen Sperre_o

Bei der Abschirmung ^eniäß der zweiten Auaführungsform der Erfindung kann das in der Kühlkammer enthaltende Rohrnetz entweder in der gleichen Weise wie bei dem vorher beschriebenen Pail eine Verteilerkammer speisen, oder es kann unmittelbar die Schikanen nit Kühlmedium versorgen«, Im letz teren Falle befestigt man die Zufuhrsammler vorteilhafterweise unmittelbar an dem kalten Blech der porösen Sperre«

In Wirklichkeit werden die Zufuhrsammler von einer Menge an Strömungsmedium durchflossen, die weit größer ist als die Menge an Kühlmittel, die durch die poröse Sperre hindurchtritt ο Die Aufgabe des nicht durch die Sperre hindurchtretenden Kühlmittels liegt in der Abführung der durch die poröse Sperre hindurchgedrungenen Wärmemengen«

Bei dem Einsatz der thermischen Abschirmung wird eine bestimmte Menge an frischem Kühlmittel unter Druck aus den

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Zufuhrsammlern der Kühlkammer durch die poröee Sperre mit ihrem geringen Permeabilität«Koeffizienten hindurohgedrückt, wobei dieser letztere die Aufgabe hat, eine gleichmäßige und otabile Verteilung die8ts Durchsatzes fiber die gesamte zu schlitzende Oberfläche zu gewährleisten,, pie Außenwand des Behälters wird auf diese Weise erfindungsgemäö ständig auf der Teaperotur des frischen KUhlmediums bei seiner Einführung in die thermische Abschirmung gehalten«

Das durch die poröse Sperre hindurchgedrungene frische Kühlmedium kann nan entweder am Ausgang zurückgewinnen oder nicht« Beim Einsatz der Erfindung bei einem Kernreaktor ermöglicht es die Artgleichheit zwischen dem durch die Abschirmung hindurchdringenden Kühlmedium und dem für die Wärmeabfuhr in den Reaktor vorgesehenen Strömungsmedium, einen Druckausgleich zwischen diesen beiden Medien durch öffnung einer dauernden Verbindung zwischen den beiden verschiedenen Strömungskreisen zu erreichenc

Dies stellt, wie nan bei den im folgenden beschriebenen AuBflihrunßsbeispielen für die Erfindung feststellen wird, einen weiteren erheblichen Vorteil der Erfindung dar»

Nunmehr sollen unter Bezugnahme auf die achematisehen Darstellungen in den Pi«» 1 bis 5 einige AusfUhrungebeispiele für eine erfindungsgeTiäße thermische Abschirmung für einen beheizten Behälter näher beschrieben werdenc Die bei

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den im folgenden bescJbrie.ben.en Ausführungsbeispielen getroffenen Anordnungen sind als Teil der Erfindung zu betrachten, wobei es jedoch selbstverständlich ist, daß alle dazu analogen Anordnungen in gleicher Weise verwendet werden können_f ohne den Bereich der Erfindung zu verlassene In den verschiedenen Figuren tragen einander entsprechende Bauelemente gleiche Bc2ugs2ahlen<> Es zeigen;

Pig« 1 in Form eines auseinandergenomraenen Schnittes

eine erste Ausf(ihrungsform für eine erfindungs«- gemäße thermische Abschirmung;

. Figo 2a(gleiclifalls in Form eines auseinandergezogenen Schnittes) eine zweite Auaführungsform für eine erfindungsgenäße thermische Abschirmung, die zwei faaarnadelförmige Durchtrittswege fflr das Kühlmedium aufweist; ₌

l^?igo 2b (wiederum in Form eines auseinandergezogenen

Schnittes) eine Variante der"Ausführungsform

fe einer thermischen Abschirmung nach Figo 2a, die

nur einen einzigen Durchtrittsweg aufweist;

Figo 3a, Jb und 3c die verschiedenen Methoden für die Befestigung der thermischen Abschirmung, sowi« die Mittel zum Zusammenpressen der eigentlichen porösen Sperre;

Figo 4 eine Ausfiihrungsvariante einer thermischen AJbi.~ schiraung, bei der die poröse Sperre in ihrer Mittelebene mit einer nicht von dem. Kühlmedium durchströmenden isolierenden Lamelle versehen

ist ι

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Figo 5 schließlich ein Prinzipschema für den Umlauf

des durch die poröse Sperre hindurchgetretenen KUhlmediums für den Fall von deren Anwendung bei einem Kernreaktor der Bauart mit einem Spannbetonbehälter*

Zur besseren Erkennbarkeit bestimmter Einzelheiten ist die poröse Sperre in den Figo 2 bis 4 nicht in ihrer Gesamtheit dargestellt» Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Anwendung der erfindungsgeraäßen thermischen Abschirmung bei einem Kernrealetor der Bauart mit einem Spannbetonbehälterο Es versteht sich jedoch von selbst₉ daß den verschiedenen Anwendungsbeispielen Jteinerlei einschränkender Charakter zukommt und daß sioh die Erfindung im Gegenteil auf alle Arten von beheizten Behältern, wie ζ»Bö die in der chemischen Industrie für die Ausführung exothermer oder sich bei hohen Temperaturen abspielender Reaktio== nen benutzten Behälter, bezieht»

In der Fig_e 1 erkennt man in Schnittdarstellung die Betonumhüllung T eines Kernreaktors der Bauart mit einem Spannbetonbehälterο Auf diese Betonumhüllung 1 ist in bekannter Weise eine Abdichtungshaut 2 aufgebracht₉ die dazu dient, jeglichen Austritt von radioaktiven Stoffen in den Außenraum mit Sicherheit zu verhindern» Das Reaktorinnere₉ das von einem der Wärmeabfuhr dienenden Strömungsmedium er fUllt ist, das je nach dem vorliegenden Falle ein Gas, eine mineralische oder organische Flüssigkeit oder eine Metall**

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~ 14 ■»

schmelze sein kann, ist in der Fig» T mit der Bezugszahl 3 bezeichnete

Erfindungsgenäß weist die thermische Abschirmung, die sich zwischen der Abdichtungshaut 2 und dem Innenraum 3 des Reaktors erstreckt, in wesentlichen zwei Teile auf, nämlich eine Kühlkammer 4 und eine poröse Sperre 5 im eigent= liehen Sinne₉ die zwischen zwei Bleche, ein kaltes Blech 6 und ein heißes Blech 7₉ eingezwängt ist, die eine relativ große Wandstärke (5 bis 10 mn) besitzen und mit zahlreichen öffnungen 8 versehen sind» Die Mittel zum Zusammenpressen der porösen Sperre 5 zwischen, den Blechen 6 und 7 werden ebenso wi& die Mittel zur Befestigung der thermischen Ab= schirmung als Ganzes an der Abdichtung3haut 2 des Reaktors weiter unten unter Bezugnahme auf die Figo 3a, 3b und 3c im einzelnen beschrieben_o

Die Kühlkammer 4 enthält eine bestimmte Anzahl von Sammlern 9 für die Zufuhr von frischem Kühlffieiiumo Bei der Ausführungsform nach Figo 1 sind die Zuführungssammler 9 unmittelbar an die Abdichtungahaut 2 des Reaktorbehälters angeschweißte Jedoch hat diese Ausführung selbstverständlich keinen einschränkenden Charakterο Die Zuführungasammler 9 weisen öffnungen 10 auf, die mit Bedacht über ihre Oberfläche verteilt angeordnet sind_o Die öffnungen 10 münden in die Kammer 4₉ die auf diese Weise die Aufgabe einer Ver-

teilerka:inier f ilr die Verteilung des frischen K&hlmediums über die gesamte Oberfläche des kalten Bleches S₉ daho über die Öffnungen 8_t und die poröse Sperre 5 selbst Über=* nimmt ο

Die poröse Sperre 5 ist aus einer Schichtung von $©<=■ webelagen aus Metall oöer Hinderalfasern von variabler Textur ρ aber sur Ebene der Sperre paralleler Richtung auf ge«= baut ο Ihre Wandstärke kann ge nach der Wärmemenge, die man abdämmen will und die die Sperre durchgehst, in der Größen·= Ordnung einiger Millimeter bis einiger Zentimeter liegen«

Wenn das. Kühlmedium normal zu der Ebene der Sperre durch diese im·durchtritt, wie das bei der ersten Ausführungsform der Erfindung der Fall ist_p so erzielt man den größten Druckabfall durch eine Aufeinanderfolge von engmaschigen und ^eiiraaschigen Geweben in der V/eise ₉ daß die durch die Maschen geschaffene Porosität Wege entstehen läßt, welche die größtmögliche Anzahl von Zusainraenziebungen und Ausdehnungen pro Längeneinheit aufweisen Dabei können mehre« re besonders stark zusammengepreßte Gewebelagen gleichmäßig über die Wandstärke des gesamten Aufbaues verteilt werden_s um dessen Durchlässigkeit zu vermindern_o-

Die poröse Sperre läßt sich als eine Aneinanderreihung von vorfabrizierten Tafeln oder auch als kontinuierlicher Überzug für die gesamte, zu schütBende Oberfläche auf-

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baueηο Die thermische Anpassungsfähigkeit der erfindtmgegemäß benutzten Oewebeaaterlallen gestattet praktleoh einen Eineatz dieser Art. Umgekehrt ist das Haltebleoh 7 für die poröse Sperre 5 wegen seiner Steifigkeit in Abschnitte unterteilt, um eine freie Ausdehnung zu ermögliohtn.

Sine bestimmte Wärmemenge tritt dennoch durch die poröse Sperre 5 hindurchο Sie wird über eine sohleifenförmige ™ Konvektionsströraung nach Art des Thermoslphoneffektes, die sich in der Kühl·» und Vertellerkaomer 4 ausbildet, an die Rohrsammler 9 herangeführt und durch das in den Sammlern 9 verbleibende Kühlmedium abgeführt. Der Ktthlmittelanteil, der in den Sammlern 9 verbleibt, ist größer als der Anteil» der durch die poröse Sperre 5 hindurchtritt.

Als die Erfindung veranschaulichendes Ausführungsbeispiel seien die nachstehenden Zahlenwerte für die verschiedenen Größen einer bei einem Kernreaktor der Bauart mit Graphit als Moderator und Gas als Kühlmedium und einem Spannbetonbehälter angegeben· Im Reaktorinneren herrsoht eine Temperatur von 250⁰G, und das der Wärmeübertragung dienende Kohlendioxydgas eteht unter einem Druok von 40 Bar* Bit poröse Sperre besteht aua Asbest und bewirkt einen Druckabfall von 0,2 BaTo Ihre Wandstärke liegt bei 6 mm, und der sie durohsetzende thermische PIuS liegt in der Orößenord- = nung von 1300 Watt/m ο Die Temperatur des durch die Sammler 9 frisch zugeffihrten Kohlendioxyd gase β liegt bei 30⁰C,

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* ρ

und sein Durchsatz pro πι Oberfläche der Sperre beträgt 7*5 ζ iTPkg/seco

Die Figo 2a bezieht sich auf eine zweite AuafUhrungs·= form für eine erfindungsgemäße thermische Abschirmungο Man findet in dieser Figur die hauptsächlichen Bauteile aus Pigd wiederο Lediglich der Aufbau der porösen Sperre 5 ist wesentlich anders₀ Die Sperre 5 wird durch ein 2U den Blechen 6 μ und 7 paralleles dünnes mittleres Blech Ii praktisch in zwei Teile zerlegt und weist eine bestimmte Anzahl von Abteilen, wie ZoBo 12a, 12b₉ 12c und 12a.,, 12bj, 12c.j, auf, die von dünnen Z-förmigen Blechen wie Z₀B₀ 13 und 14, begrenzt werden, die gleichzeitig an dem Blech 11 und an den Blechen 6 bzwo 7 befestigt sind« Das dünne Mittelblech 11 wird von in Zeilen angeordneten öffnungen 15a und 15b durchsetzt, die im unteren Teil jedes Abteils 12a₉ T2b, 12c und 12a.,., 12b., _? 12c.j angebracht sindo Die Bleche 6 und 7 selbst sind eben=, falls mit in Zeilen angeordneten öffnungen₉ wie ZoBo 8b und 8c versehen,, die jeweils zu dem oberen Teil eines Abteils 12b, 12| oder 12c, 12c, gehören° Da das heiße Blech 7 ein stärken Blech ist, so muß es in Abschnitte unterteilt werden » Unter diesen Umständen wird ein zweites darunterliegende q dünnes Blech 7a als Abdeckung angeordnet₉ das mit den öffnungen in dem Blech 7 entsprechenden Öffnungen versehen ist und die Kontinuität der Sperre 5 zwisohen dem Blech 7 und den Abteilen 12a₉ 12b usw_ö aufrechterhält_o

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In der Fig* 2a iat eine Schikane mit zwei Durchtrittswegen dargestellt. Praktisch scheint eine Schikane mit vier Durchtrittswegen das nit den Konstruktionaeehwierigkeiten zu vereinbarende Maxinun darzustellen<, Die Wände der Schikane und die damit verbundenen. Z-förmigen Profile, die jeden Durchtrittsweg begrenzen, werden aus dünnen Folien aus rostfreiem Stahl hergestellt, dessen Stärke einige Zehntel Millimeter erreichen kann«. Die Abdichtung zwischen den Durchtrittswegen wird in geeigneter Weise durch eine breite über— deckung der die Wände und Dämme bildenden Folien und Profile bewirkte Falls die Abdichtung in der Nachbarschaft zweier Abteile für nicht ausreichend gehalten wirdρ ist es natürlich möglich, die Elemente miteinander zu verschweißen, um jeden anormalen Durchtritt von Kühlmedium vollständig zu unterbinden..

Die Figo 2b veranschaulicht eine Aueführungsvariante, bei der das Kühlmedium in der porösen Sperre entlang eines einzigen Weges strömt« Die dünnen Bleche 13 und 14 von Z-förmigem Profil sind dabei zwischen den Blechen 6 und 7 befeutigtp und letzteres ist ebenso wie das Blech 7a mit öffnungen 8d versehen, die im unteren Teil jedes Abteils in Zeilen angeordnet sind„ Das frische KUhltlediura strömt in jedem Abteil von den Öffnungen ab zu den Öffnungen 8d<,

In der gleichen V/eise wie bei der AusfUhrungsform nach

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Figo 1 ist ee auch hier möglich, die poröse Sperre ale kontinuierlichen Überzug der gesamten zu schiitsenden Oberfläche auszuführen oder sich einer Arbeitsweise zu bedienen, bei der die Abdichtungshaut 2 des Reaktors mit individuell vorfabrizierten Tafeln abgedeckt wird ο Im ersten Falle wird das Blech 7 wegen seiner Steifigkeit wieder in Abschnitte unterteilte

Die Figo 4 schließlich zeigt eine Ausführungevariante für die Schikane rsit zwei Durchtritt swe gen ent sprechend der Figo 2a, bei der die poröse Sperre 5 durch eine isolierende Lamelle 26, die aus dem gleichen Material wie die poröse Sperre selbst, d«ho aus einer Schichtung von zwei lagen aus dünnen Blechen 37 und 38 begrenzten Gewebelagen, besteht, in zwei Durchtrittskanäle 5a und 5b unterteilt wird, die durch Profile 13 und 14 in Abteile 12a_p 12b unterteilt sind«» In jeden Abteil T2a_e 12b ist der darin gelegene Abschnitt der isolierenden Lamelle 26 in seinem unteren Teil mit öffmangen 27a_v 27b versehen, die einen Durchtritt des frischen KUhlmediums gestatten und mit Schutzösen 28a, 28b versehen sind, die ein Bindringen des KUhlmediums in die isolierende Lamelle 26 verhindern sollen» Selbstverständlich ist die in dieser Figur gezeigte AusfÜhrun^sform nur ala. Erläuterungsbeispiel angegeben und kann die Sperre 5 Durchtrittswege, wie 5a und 5b, in ein«r größeren Anzahl als zwei aufweisen, von denen jeder von seinen Nachbarwegen entweder durch eine Isolierende Lamelle 26 der oben beschriebenen Art oder durch

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ein dünnes Blech 11 der in Figo 2a beschriebenen Art getrennt wird*

Das Material der porösen Sperre ist in der gleichen Weise aufgebaut wie im Falle der Figo 1o Jedoch wird dann,, wenn das Strömungsmedium entlang einer im allgemeinen zu der Ebene der Gewebeschichten parallelen Richtung hindurchströmt, wie das bei der zweiten Ausführungsform der Fall istρ der größte Druckabfall durch eine zu der vorigen struktur analoge Struktur erzielt, die jedoch grundsätzlich eine größere Kompaktheit aufweist» Diese Kompaktheit läßt sich erzielen und auf den gewünschten Viert einregeln, indem man die porösen Schichten der Struktur zwischen den beiden feisten Blechen 6 und 7 der Abschirmung zusammenpreßt _a

Bei den schikanenartig gebauten Abschirmungen voll-» sieht sich die Abfuhr des thermischen Flusses in der gleichen Weise wie bei einer Abschirmung mit direktem Durchgango

Die Ausführungsform mit Schikanen führt zu einem Druckabfall zwischen den beiden Oberflächen der Sperre_p der merklich höher sein kann als bei einer aus porösem Material gleicher Y/andstärke aufgebauten Sperre mit direktem Durchgang entsprechend der ersten Ausführungsform_o Die Anordnung mit Schikanen gestattet es daher, grundsätzlich mit geringeren die Sperre durchsetzenden Mengen an Kühlmedium zu arbeiten und dabei die gleiche Betriebssicherheit zu erzielenο

BAD ORlGiNAt

Π η s ft L %ι η ι η R

Außerdem führt sie in thermischer Hinsicht zu einer besseren Ausnutzung des durch die Sperre hindurchtretenden fri» sehen Kühlmediums, d_oho zu geringeren thermischen Verlusten bei der gleichen Menge an eingesetztem Material <> Umgekehrt ist der Aufbau offensichtlich komplizierter_o

In°den Pig» 3a und 3c» die sich alle beide auf Ausführungsformen für eine thermische Abschirmung mit schika- ' neartigenDurchtrittswegen beziehen, sind die Zufuhrsammler 39 für das frische Kühlmedium unmittelbar an das kalte Blech 6 der porösen Sperre der Abschirmung angeschweißt_o In diesem Falle weist das Blech 6 eine Reihe von öffnungen 25 auf₉ die in das Innere der Sammler 39 einmünden und eine unmittelbare Einspeisung frischen Kühlmediums in den kompakten Aufbau der porösen Sperre 5 ermöglichen«

Das dicke Blech 6, das einen Teil des Gefüges für die Halterung der porösen Sperre 5 darstellt₉ gestattet einen Wärmeaustausch auf zweierlei Arts Es spielt die Rolle einer Wärmeabführung und überträgt einen Teil der Wärmemenge unter Aufnahme durch Wärmeleitung an die Rohrsaramier> die restliche Wärmemenge wird durch die gleichen Rohrsamraler über Konvektion in der durch die Abdichtungshaut 2 und die poröse Sperre 5 begrenzten Kanmer 4 abgeführte

In diesem Falle enthält die Kammer 4 ein Kühlmediumρ ZoBo ein stagnierendes Medium von gleicher Art.wie das in

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den Sammlern umlaufende Medium doho Ia Falle eines Kernreaktors von der gleichen Art wie das Kühlmedium des Reaktors selbsto Dieses Medium Überträgt die durch die poröse" Sperre hindurchtretende Wärme durch natürliche Konvektion an die Sammler und erleichtert deren Abführung durch das in den Sammlern umlaufende Kühlmedium,,

Die Figo 3a, 3b und 3c zeigen außerdem die Einzelne!=- ten für die Befestigung der erfindungsgemäßen thermischen " Abschirnungeno Die Figo 3a läßt erkennen, daß es bei einer der Ausführungsformen möglich ist₉ die poröse Sperre 5 an der Abdichtungshaut. 2 des Reaktors zu befestigen^ Zu diesem Zwecke sind mit der Abdichtungshaut 2 verschweißte Torsprünge 17 mit einem Innengewinde versehen und nehmen Schrau·= ben 18 auf, die sich an das kalte Blech 6 anlegenο

Die Figo 3b zeigt _ϋ wie man mit Hilfe eines an einem Ende mit einem Gewinde versehenen und an seinem anderen En·=? de bei 20 mit dem Blech 6 verschweißten und mit einer gegen das Blech 7 abgestützten Schraube 21 zusammenarbeitenden Dübels 19 das Zusammenpressen der porösen Sperre 5 zwischen den zu diesem Zwecke vorgesehenen Blechen 6 und 7 erreichen kann₀

In der Figo 3c ist wieder eine andere Ausführungsvariante dargestellt, bei der die beiden oben erwähnten Funktionen von am Ende mit Gewinde versehenen Bolzen 22 gleichzel-

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tig übernonmen werden,welche die thermische Abschirmung vollkommen durchsetzen und sieh an der Abdichtungshaut 2 und über Schrauben 23 auch an dem Blech 7 abstützen_o #wi~ sehen der Abdichtungshaut 2 und dem Blech 6 eingefügte Abstandsstück 24 gewährleisten die ordnungsgemäße übertragung der mechanischen Beanspruchungen entlang der Bolzen 22 _o

Die Figc 5 erläutert die Art der Speisung der erfindung3gemäßen thermischen Abschirmung mit frischem Kühlmedium» In dieser Pigur ist der Kernreaktor mit seiner Betonumhüllung 1 und seinem Innenraum 3? in dem sich der Reaktor·= kern 29 befindet₉ schematisch veranschaulicht_P Parallel zu der Umhüllung 1 erstreckt sich die poröse Sperre 5, die das frische Kühlmedium über in der Kühlkammer 4 angebrachte Sammler 9 zugeführt erhält, die in Serie von einem Hsupt-= kreislauf 30 abzweigen* in dem das Kühlmedium durch eine Pumpe 31 in Umlauf gehalten wirdo Die Kühlung des Kühlmediums in dem'Kreislauf 30, das bei seinem Umlauf in der Kühlkammer 4 V/ärme auf genommen hat, wird durch einen Wärmeaustauscher 32 sichergestellt_o Das durch die poröse Sperre hindurchgedrungene Kühlmedium^ dessen Anteil übrigens Bemerkenswert niedrig ist₉ wird über eine Leitung 33 zurüekge-= wonnen* wobei es von einer Pumpe 34 angesaugt₉ in einem zusätzlichen Wärmeaustauscher 35 gekühlt und bei 36 oberhalb des Hauptwärmeaustausöhera 32 wieder in den Hauptkreislauf 3P eingespeist wird« .

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Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen thermischen Abschirmung gestaltet sich daher wie folgt: Ein Teil des Über die Sammler 9 zugeführten frischen Kühlmediums dringt *- Über die in dem kalten Blech 6 der porösen Sperre 5vorge= sehenen Öffnungen₉ wie 8 oder 25? durch die poröse Sperre 5 hindurch, das Medium erwärmt sich $e nach seinem Weg durch die Sperre und verläßt diese mit einer Temperatur, die zwischen seiner Eintrittsteiaperatur und der Temperatur liegt _ΰ die in dem der Wärmeübertragung in dem Kernreaktor dienenden Strömungsmedium in der Nachbarschaft der thermischen Ab-= 3chirmung herrschte Im Inneren der Abschirmung selbst läuft die V/ärme durch Wärmeleitung in der Abschirmung und in dem Gefüge der porösen Sperre dem Kiihlmittelstrom entgegen_o Sie gelangt in die Kühlkammer 4 und wird in dieser auf die Sammler 9 übertragen und von dem in diesem umlaufenden Kühlmedium aufgenommene

Die V/ärmetnenge₉ die von der thermischen Abschirmung absorbiert wird, hängt von dem Temperaturgefälle am Eingang der porösen Sperre ab, und dieses wiederum ergibt sich aus dem Durchsatz an frischem Kühlmedium, aus dem Wärmeaufnahmevermögen dieses Kühlmedium^ und aus den isolierenden Eigen=» schäften der die poröse Sperre 5 bildenden Materialienο Zu beachten ist, daß diese von den Zuführungssammlern für das friaohe Kühlmedium aufgenommene Wärmemenge mit dem Durchsatz an durch die Sperre hindurchtretenden Kühlmedium abnimmt <, Die durch Wärmeleitung bis zu einem bestimmten Punkt inner-

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halb der Wandstärke der Sperr« gelangte Wärme wird nicht, wie dies bei reiner Vt'&meleitung. bei einem stationären Systeta der Pail wäre, als Ganzes an die kälteren Stellen in der Hachbarschaft abgegeben, sondern teilweise durch das in umgekehrter Richtung strömende Kühlmedium absorbiert» In beiden Fällen ist die zwischen dem Beaktor und dem außer·= halb der thermischen Abschirmung liegenden Raum auszutauschende Wärmemenge gleich der Summe der von den Sammlern 9 abgeführten Wärmemenge und der von dem durch die Sperre 5 hindurchgetretenen Anteil an Kühlmedium aufgenommenen Warme, die dem Unterschied in der Eintrittstemperatur des frischen Kühlmediums und der Temperatur des der Yfärmeübertragung in Reaktor dienenden Mediums entspricht.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1o. Thermische Abschirmung für einen beheizten Behälter,, gekennzeichnet durch eine in unmittelbarer Nähe der Innenwand (2) des Behälters (3) angeordnete Kühlkammer (4)₉ durch e,ine zu der Innenwand des Behälters parallele und gemeinsam damit die Kühlkammer begrenzende Sperre (5) von poröser Struktur und geringem Permeabilitätskoeffizienten und durch in der Kühlkammer angeordnete und kontinuierlich gespeiste Sammler (9» 39) für die Zuführung eines durch die Sperre hindurch in das Innere des Behälters eindringenden Kühl« mediums,? ·

   2ο Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet„ daß die Sammler (9, 39) für die Zuführung des Kühlmediums in der Kühlkammer (4) mit regelmäßig verteilten öffnungen (10) ver~ sehen sind, die das Kühlmedium in zwei Teile aufspalten, von denen der erste die poröse Sperre (5) in Richtung auf das Innere des Behälters (3) durchdringt und der zweite in den Sammlern umläuft und die durch die Sperre in Richtung auf die zu schützende Innenwand (2) hin durchgedrungene Wärme auf=· nimmto

   3ο Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkamrier (4) mit einem Strömungsmedium für die Wärmeabfuhr gefüllt

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   4α Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Sperre (5) aus einer Schichtung von zueinander parallelen Lagen eines Gewebes aus natürlichen Mineralfasern, wie Z₀Bo Glas, Kieselsäure, Asbest usw_o besteht _o

   5ο Abschirmung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Sperre (5) aus einer Schichtung von zueinander parallelen Lagen aus einem Gewebe aus Metall, wie ZoBo aus rostfreiem Stahl₉ bestehto

   6 ο Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet₉ daß die poröse Sperre (5) aus einer Schichtung von zueinander parallelen Lagen aus einem Mischgewebe aus Metallfasern und Mineralfasern bestehto

   7 ο Abschirmung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,, dadurch gekennzeichnetρ daß die für den Aufbau der porösen Sperre (5) verwendeten Gewebe sich von Lage zu Lage in der Textur (Leinen, Rips uswc) und in der Bindung ändern, wobei die I Anordnung der einzelnen Gewebe in Abhängigkeit von den gewünschten hydrodynamischen Eigenschaften der Sperre .gewählt

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   8o Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Sperre zwischen zwei Blechen (6p 7) eingeklemmt ist, die Löcher aufweisen, die eine Strömung des frischen Kühlmittels senkrecht zur Sperre und eine gleichmäßige Verteilung des Kühltaitteldurchsatzes über die

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   geeamte Oberfläche der Sperre gewährleisten«

   9ο Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Sperre (5) eine mittlere₉ zu ihrer Ebene parallele und mit mehreren Zeilen von öffnungen (8b, 8c) versehene Trennwand (11) und Schikanen bildende Querprofile (13 und 14) aufweist, die eine haarnadelförmige Strömung des frischen Kühlmediums auf zwei auf-φ einanderfolgenden, zur Ebene der Sperre parallelen Bahnen geviährleisteno

   1Oo Abschirmung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Trennwand (11) und der Querprofile (13 und 14},. die eine Strömung des KHhltaediums auf einem durch mehrere aufeinanderfolgende Haarnadeln gebildeten Wege gewährleistet O

   11 ο Abschirmung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Sperre (5) aneinanderstoßende Abteile (12b) aufweist, in denen das frische Kühlmedium in Richtung der Ebene der Sperre strömt und die durch Querprofile (13 und 14) und durch zwei mit Löchern (8b, 8d) versehene Bleche (6, 7) begrenzt sind, die zu dem oberen bzw« zu dem unteren Teil jedes Abteils gehören»

   12o Abschirmung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Sperre (5) eine aus einer isolierenden Lamelle (26), die aus dem gleichen Material besteht wie die übrige

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   Sperre j jedoch ao ausgebildet ist, daß das kalte Kühlmedium sie nicht durchdringen kann, gebildete mittlere Trennwand aufweist, die mit Öffnungen (27a, 27b) für den Durchtritt friechen KUhlraediums durch die Lamelle und rund um die öffnungen ait die Abdichtung gewährleistenden Ösen (28a, 28b) versehen ist*

   13. Abschirmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sa-nmler (9) für die Zuführung frischen KUhlmediume an der Innenwand (2) des Behälters (3) befestigt sind und Öffnungen (TO) aufweisen, die im Sinne einer Verteilung des Kühlmediuae Über die poröse Sperre (5) in die Kühlkammer (4)

   einmünden»

   14 ο Abschirmung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Sammler (39) für die Zuführung frischen Kühlmediums unmittelbar an dem hinteren Blech; (6) für die Pesthaltung der porösen Sperre (5) befestigt sind und daß die Kühlkammer (4) nit einem Strömungsmedium gleicher Art wie das Strömungsmedium in den Samnlern gefüllt ist«

   15. Abschirmung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Kreislauf für Kühlmedium, in dem hintereinander Sammler (9, 39) *ür die Zuführung frische:! Kühlmedium» zur Kühlkammer (4), raindeetens eine Pumpe (31) für den Umlauf des KUhlmedluae, ein Wärmeaustauscher /,32) für die Kühlung des In der Kühlkammer erwärmten KÜhlmeälums vor seiner Wiedereinspei-

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   sung in die Kühlkammer und eine leitung (33) für die Rückführung des durch die poröse Sperre (5) hindurchgedrungenen Kühlmediums oberhalb des Wärmetauschers angeordnet sind«

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