DE2133857B2 - Stützeinrichtung für eine Wanne eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Atomkernreaktor mit einer Hauptwanne, die mit einer heißen Wärmeträger-Flüssigkeit gefüllt und mit einer kalten Deckplatte und mit einer zwischen der Flüssigkeit und der Deckplatte befindlichen Gasdecke abgedeckt ist. Ein solcher Reaktor ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 482 262 bekannt.

Die Wärmeträger-Flüssigkeit hat, zur Erzielung eines hohen Reaktor-Wirkungsgrades, hohe Temperatur — meistens Natrium von etwa 400° C. Daher wird die Wanne, die ja diese Temperatur ebenfalls annimmt, im Betriebszustand heißer und daher im Durchmesser weiter als in kaltem Zustand, und zwar, da sie außer dem Reaktorkern auch die Primär-Wärmetauscher und die Primär-Pumpen für die Wärmeträger-Flüssigkeit enthält und daher recht groß ist. um einen ziemlich großen Betrag weiter als im Kaltzustand sein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine solche Tragkonstruktion zu schaffen, die eine solche Dehnung mit Sicherheit störungsfrei erlaubt.

ίο Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten Atomkernreaktor dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die. Wanne in an sich bekannter Weise von einem zylindrischen Mantelschuß getragen wird, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Wanne ist, daß der Mantelschuß an seinem oberen Rande gasdicht mit der Wanne und an seinem unteren Rande in bekannter Weise mit einer Ringschulter der Wand des die Wanne enthaltenden und mit der Deckplatte abgedeckten Hohlraumes verbunden ist und daß der die Wanne enthaltende Hohlraum in ebenfalls bekannter Weise einen ringförmigen Raum von größerem Durchmesser als dem Durchmesser der Wanne aufweist.

Dabei sind die Merkmale, daß die Wanne von einem zylindrischen Mantelschuß getragen wird, dessen Durchmesser etwas größer als derjenige der Wanne ist, und daß der Mantelschuß an seinem unteren Ende mit einer Ringschulter der Wand des die Wanne enthaltenden Hohlraumes verbunden ist, aus der belgischen Patentschrift 707 300, insbesondere Figur und Beschreibung, an sich bekannt. Weiterhin ist auch das Merkmal, daß der die Wanne enthaltende Hohlraum einen ringförmigen Raum von größerem Durchmesser als dem Durchmesser der Wanne aufweist, an sich bekannt (vgl. die USA.-Patentschrift 3 344 032, insbesondere Fig. 1).

Bei jenem aus der belgischen Patentschrift bekannten Reaktor ist der Mantel'chuß über seine gan?e Höhe von dem aus der Wanne ausströmenden und durch den Ringspalt zwischen Wanne und Mantelschuß herabströmenden erhitzten Wasserstoff beströmt, hat dort also über seine ganze Höhe gleichmäßige Temperatur und Wärmedehnung; diese Dehnungen seines unteren Randes, mit dem er aufruht, scheinen dort, weil dort der Bauteil, auf dem der Mantel aufruht, ebenfalls vom Strom des erhitzten Sekundärkühlmittels berührt wird und sich daher vermutlich ebenfalls im Betriebe dehnt, ohne Werkstoffbeanspruchung des Mantelschusses aufgenommen zu werden.

Anders aber wird das, wenn die Wand des die Wanne enthaltenden Hohlraumes, die den Mantelschuß trägt, die kalte Außenwand ist. Dann muß der Mantelschuß an seinem oberen Ende die hohen Erwärmungen und Durchmesseränderungen der Wanne mitmachen, aber an seinem unteren Ende die konstante niedrige Temperatur der Außenwand und daher konstanten Durchmesser behalten können. Damit seine Verbindung mit der Wanne an seinem oberen Rande und seine Verankerung in der Außenwand an seinem unteren Rande keine mechanische Beanspruchung erleiden, wird der Mantel beim Erfindungsgegenstand so gekühlt, daß seine Temperatur von seinem oberen zu seinem unteren Rande von der Temperatur der die Wanne füllenden heißen Wärmeträger-Flüssigkeit auf die Temperatur der Umgebungsluft absinkt, also sein Durchmesser sich von einem zum anderen Ende des Schusses von

selbst ändert, also seine Auflagerung nicht durch Wärmedehnungen beansprucht wird. Denn durch die Maßnahmen der Erfindung wird ein die Wanne rings umgebender Raum geschaffen, dessen Gasinhalt durch natürliche Zirkulation die äußere Fläche des heißen Mantelschusses und die übrigen kalten Wände dieses Ringraumes beströmt, also Wärme vom Mantelschuß an die Reaktorwand abführt und somit den untersten Teil des Mantelschusses auf die Temperatur der Außenwand kühlt und den höheren Teilen des Mantelschusses höhere Temperatur läßt, also den Oberrand des Mantels nicht mehr kühlt. Und damit dieser zirkulierende Gasinhalt des Außenringraumes nicht in störender Weise mit dem zwischen Wanne und Mantelschuß befindlichen Ringraum kommuniziert, sin· i Wanne und Mantelschuß am oberen Rande gasdicht verbunden.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem ringförmigen Raum und dem unter der Deckplatte befindlichen Raum ein geschlossener Kreislauf mit einer außen angeordneten Gas-Reinigungs- und Kühl-Anlage angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfiiidung weist die zum Umwälzen und Erneuern der Gasdecke dienende Einrichtung ein ringförmiges Umlenkblech auf, das an seinem oberen Rande an der Deckplatte befestigt ist und den die Wanne tragenden zylindrischen Mantelschuß trägt. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Gasstromes und somit der Wärmeübergang vom Mantelschuß an den Gasstrom verstärkt.

Ein Beispiel eines Reaktors gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt.

Diese Ausführungsform zeigt einen natriumgekühlten schnellen Brüter vom »integrierten« Typ. Der Reaktor besteht im wesentlichen aus einer Wanne 1, die mit Natrium 2 gefüllt ist, in das der Reaktorkern, die Primär-Wärmetauscher und die Primär-Pumpen getaucht sind; diese Teile sind sämtlich nicht dargestellt.

Die Wanne befindet sich in einer Umhüllung 3 aus Beton. Diese hat einen Hohlraum 4, der in seinem unteren Teil wesentlich gleiche Maße wie die Wanne hat, aber in seinem oberen Teil sich erweitert und einen die Wanne umgebenden Ringraum 5 bildet. Der Hohlraum 4 ist auf seiner ganzen Oberfläche mit einer dichten Auskleidung 6 versehen, einer sogenannten »Dichtungshaut«, die außen von einem (nicht gezeichneten) Kühlmittelkreislauf gekühlt wird. Die Wanne 1 ist mit der Auskleidung 6 des Hohlraumes 4 ciurch einen zylindrischen Mantelschuß 7 verbunden. Dieser ist mit dem Oberrand der Wanne durch eine Dichtung 8. z. B. eine Schweißnaht, verbunden. An seinem unteren Rande ist der Mantelschuß 7 — ebenfalls gasdicht — mit der »Dichtungshaut« 6 verbunden, und zwar an einer Ringschulter 9, an welcher der Hohlraum 4 sich zum ringförmigen Raum 5 erweitert. Über den Hohlraum 4 ist eine Deckplatte 10 gelegt, um den Reaktor gasdicht zu verschließen. Zu diesem Zweck ist

ίο die Deckplatte mit einer Dichtungshaut 11 und einer ttärmeisolierenden Abdeckung 12 versehen. Ein ringförmiges, rockähnliches Umlenkblech 13. das an der Deckplatte 10 gasdicht befestigt und ebenfalls mit einer wärmeisolierenden Abdeckung 14 versehen ist, bildet im ringförmigen Raum 5 einen den Mantelschuß 7 umgebenden ringförmigen Kanal 15. Die den Reaktorkern tragende Grundplatte 16 ist am Oberrand der Wanne mittels eines zylindrischen Abdeckbleches 17 (auf nicht gasdichte Weise) befestigt. Über der freien Oberfläche 18 des Natriums 2 befindet sich eine Decke 1 aus inertem Gas, z. B. aus Argon. Dieses Gas berührt lie Deckplatte 10 der Wanne und füllt den Ringraum 5. Dieses Gas wird umgewälzt durch einen äußeren Kreislauf 20, der eine Umwälzpumpe 21 und eine Kühlungs- und Rein'gungs-Anlage 22 enthält.

Im zylindrischen Mantelschuß 7, der in seinem oberen Teil die Temperatur des Natriums und in seinem unteren Teil die Temperatur der gekühlten Dichtungshaut 6 hat, findet infolge der Wärmeleitung des Metalls ein regelmäßiger Temperaturabfall statt.

Im normalen Betrieb wird das Gas der Gasdecke, nachdem es gekühlt und gereinigt ist, in Richtung der Pfeile im Ringraum 5 umgewälzt und durch den ringförmigen Kanal 15 zurückgeführt, um das warme Gas, welches das Natrium der Wanne bedeckt, zu ersetzen. Das Gas erwärmt sich beim Aufsteigen allmählich und schichtet sich daher thermisch, und dies ermöglicht im zylindrischen Mantelschuß 7 die Einstellung eines regelmäßigen Temperaturgefälles.

Schließlich ergibt der zylindrische Mantel 7, der die Wanne 1 gasdicht mit der Dichtungshaut 6 verbindet, einen die Wanne rings umgebenden geschlossenen Raum 23. Dieser Raum ist normalerweise mit einem Evakuierungs-Kreislauf 24 verbunden, der die Wärmeisolierug des Reaktors sichern soll. Jedoch ist es auch möglich, den Raum mit Gas zu füllen, wenn man die thermische Verbindung wiederherstellen und eine Hilfskühlung der Wanne schaffen will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Atomkernreaktor mit einer Hauptwanne, die mit einer heißen Wärmeträger-Flüssigkeit gefüllt und mit einer kalten Deckplatte und mit einer zwischen der Flüssigkeit und der Deckplatte befindlichen Gasdecke abgedeckt ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (1) in an sich bekannter Weise von einem zylindrischen Mantelschuß (7) getragen wird, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Wanne (1) ist, daß der Mantelschuß (7) an seinem oberen Rapr'e gasdicht mit der Wanne und an seinem unteren Rande in bekannter Weise miL einer Ringschulter (9) der Wand des die Wanne (1) enthaltenden und mit der Deckplatte (10) abgedeckten Hohlraumes verbunden ist und daß der die Wanne (1) enthaltende Hohlraum (4) in ebenfalls ?: sich bekannter Weise einen ringförmigen Raum (5) von größerem Durchmesser als dem Durchmesser der Wanne (1) aufweist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ringförmigen Raum (5) und dem unter der Deckplatte (10) befindlichen Raum ein geschlossener Kreislauf (20) mit einer außen angeordneten Gas-Reinigungs- und Kühl-Anlage (22) angeordnet ist.

3. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Umwälzen und Erneuern dir Gasdecke (19) dienende Einrichtung ein ringförmige, Umlenkblech (13) aufweist, das an seinem oberen Rande an der Deckplatte (10) befestigt ist und der, die Wanne (1) tragenden zylindrischen Mantelschuß (7) umgibt.

4. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das träge Gas vom ringförmigen Raum (5) zur Deckplatte (10) der Wanne (1) umgewälzt wird und dabei von unten nach oben durch den ringförmigen Kanal (15) strömt, der von dem die Wanne (1) tragenden Mantelschuß (7) und dem an der Deckplatte (10) befestigten ringförmigen Umlenkblech (13) begrenzt wird.

5. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (23), der sich zwischen der Hauptwanne (1) und dem sie enthaltenen Hohlraum (4) befindet und von dem die Wanne tragenden zylindrischen Mantelschuß (7) begrenzt wird, mit Evakuierungs-Einrichtungen (24) versehen ist.