DE2159781A1

DE2159781A1 - Thermische Isolierung

Info

Publication number: DE2159781A1
Application number: DE19712159781
Authority: DE
Inventors: Rene Laveno Mombello Denis (Italien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1971-02-18
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1972-08-31
Also published as: IT945586B; NL7117943A; FR2125927A5; GB1334196A; BE779074A; LU62627A1

Description

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DfoUng. Richard l-iiiiler-Bömcr
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Λ Berlin, den 29. November 1971

EÜROPAEISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM) Pat entanmeldung Thermische Isolierung

Die Erfindung bezieht eich auf eine thermische Isolierung von Wänden, die einen gasförmigen Wärmeträger (insbesondere Helium) .tun oder über 500⁰C umgeben, bestehend aus mehreren Lagen von hochporosem, metallischem Maschengeflecht und dünnen Metallblechen in abwechselnder Reihenfolge.

Bei Kernreaktoren mit Betondruckbehältern spielt die thermische Isolierung der Betonwände gegenüber dem Reaktorkern eine hervorragende Rolle. Dabei wird die Auewahl der Isoliermaterialien umso schwieriger, je höher die Betriebstemperatur des meist'gasförmigen Wärmeträger angesetzt ist» Bei Temperaturen um oder

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über 50O⁰C kommen praktisch nur noch rein metallische Materialien in Frage. In dem mit Kohlendioxyd gekühlten französischen Beaktor Bugey I beispielsweise hat man eine Isolierung aus mehreren übereinanderliegenden Schichten Metallgeflechts und darüberliegender •Metallfolie gewählt. Je nach dem gewünschten Isoliervermögen werden mehrere solche Einheiten übereinander gestapelt. Die Befestigung auf der zu isolierenden Wand erfolgt mit Hilfe von Bolzen* die durch die ganze Isolierung hindurchgeführt werden.

Will man die Betriebstemperaturen gegenüber denen des erwähnten Reaktors erhöhen oder will man ein Wärmeträger-Gas verwenden, dessen Wärmeleitungskoeffizient wesentlich größer als der von Kohlendioxyd ist, wie das für Helium zutrifft, dann genügt die erwähnte Konstruktion nicht aehr. Man müßte dann so viele Schichten übereinandersetzen, daß das Gesamtgewicht der Isolierung untragbar groß wird. Diese Konstruktion wäre auch zu wenig flexibel gegenüber komplizierten Oberflächenformen wie beispielsweise dem torischen Uebergang zwischen dem zylindrischen und dem Deckelteil eines Behälters oder einem Kohranschluß.

Diese Nachteile werden bei einer Isolierung der eingangs erwähnten Art dadurch vermieden, daß Jede Lage Maschengeflechts aus mehreren übereinanderliegenden Metallgewebesfchichten besteht, in" die senkrecht zur Schichtebene eine Wellenstruktur eingeprägt ist, wobei die Richtungen der Wellenstrukturen in unmittelbar übereinanderliegenden Schichten senkrecht zueinander gewählt sind. Gegenüber den bekannten metallischen Isolierungen zeichnet sich die erflndungsgemäße durch eine wesentliche Erhöhung der Porosität aus, da die einzelnen Metallgewebeschichten nicht platt aufeinanderliegend sonders sich nur an einzelnen Punkten berühren. Derartige gewellte Metallgeflechte sind übrigens auf dem Markt und werden für die Herstellung von Filtern und Nebelabecheidern verwendet.

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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, über die letzte von der zu isolierenden Wand am weitesten entfernte Lage Maschengeflechts ein der Form d«a aatßprechenden Wandabschnitts angepaßte® Halteblech zu legen, welches mit Hilfe mehrerer, durch die ganze Isolierung dringender Bolzen mit der Wand verbunden ist und dabei die Isolierlage leicht kotnpri* miert. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß die Isolierschicht überall gleich dick ist. Außerdem dient das Halteblech in der Werkstätte als Biegeform bei der Herstellung der Isolierung. Auf der Baustelle werden die vorgefertigten Platten dann nur noch montiert. Es ist weiter günstig, für einen einfachen. Druckausgleich zwischen den einzelnen Isolierlagen und dem Wärmeträger dadurch zu sorgen, daß die Schichten der Isolierung randschlüssig übereinanderliegen und an den Rändern offen sind. Aus fertigungstechnischen Gründen empfiehlt es sich, die zu isolierende Wand in mehrere Bereiche aufzuteilen, welche von ie einer Isoliermatratze überdeckt wird. Diese Matratzen können in den Werkstätten vorgefertigt werden.

Dank der besonderen Elastizität der erfindungsgemäßen Isolierung eignet sie eich besonders für schwierige Oberflächen wie die üebergänge vom zylindrischen in den Deckelteil eines Behälters oder für Rohrmündüngen.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe dreier Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Abschnitt eines Beaktordruckbehältere mit der erfindungsgemäßen Isolierung,

Figur 2 den Uebergang zwischen zwei benachbarten Isolierma*· tratzen gemäß der Erfindung sowie

Figur 5 eine Draufsicht auf ein Stück Metallgewebeschicht, welches für die erfindungsgemäße Isolierung Verwendung findet·

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In Figur 1 ist ein gekrümmter Teilbereich eines Betonbehälters für einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor dargestellt. Der Behälter besteht von außen nach innen aus einer die mechanischen Kräfte aufnehmenden Betonschale 1, aus einer gasdichten Innenhaut 2 (auch Liner genannt) und schließlich aus einer Isolierung 3« Die Isolierung soll im vorliegenden Fall eine Temperaturdifferenz zwischen dem gasförmigen Wärmeträger im Inneren des Betonbehälters und der Bet;onstruktur von ¹K)O⁰C bei einem zulässi-

—1 2 gen Wärmefluß senkrecht zur Isolierung von 2·10 W/cm 'aushalten. Als Wärmeträger wird beispielsweise Helium mit einem Betriebsdruck von kO Atmosphären verwendet. Die Stahlhaut 2 ist auf der Betonseite mit einem Kühlrohrsystem h versehen, durch das die Temperatur der Stahlhaut auf dem gewünschten Wert herabgesetzt wird.

Der Aufbau der Isolierung ist besser aus Figur 2 zu ersehen. Sie besteht abwechselnd aus je einer Lage Maschengeflechts 5 und einem dünnen Metallblech 6. Durch diese Metallbleche werden Kammern definiert, in denen das Wärmeträgergas stagniert. Jede Lage Maschengeflechts besteht wiederum aus mehreren übereinanderliegenden Metallgewebeechichten 7, 8, 9 und 10, in die zur Erhöhung der Gesamtporosität senkrecht zur Schichtebene eine Wellenstruktur eingeprägt ist. Die Eichtungen der Wellenstrukturen in unmittelbar übereinanderliegenden Schichten sind im wesentlichen senkrecht zueinander, so daß sich solche Schichten nur punktweise berühren. Heber die letzte von der gasdichten Haut 2 am weitesten entfernte Lage Maschengeflechts ist ein der Form des entsprechenden Wandabechnitts angepaßtes Halteblech 11 gelegt, welches mit Hilfe mehrerer, durch die ganze Isolierung dringender Hohlbolasen 12 mit der Haut 2 verbunden ist und dabei die Isolierlagen leicht komprimiert. Dadurch wird einerseits eine gute Konstanz der Schichtdicke gewährleistet, und andererseits eine hinreichende mechanische Stabilität gegenüber Oszillationen oder plötzlichen Druckänderungen gesichert.

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Will man einen ganzen Behälter auf diese Weise isolieren, dann empfiehlt es sich, die Isolierung in einzelne Matratzen zu unterteilen, die in der Werkstatt vorgefertigt werden und auf der Baustelle nur zu montieren sind. Die einzelnen Matratzen liegen nahezu formschlüssig aneinander, wobei nur ein durch die Fertigungstoleranzen bedingter Spalt 13 zwischen zwei Matratzen übrigbleibt. Dieser Spalt reicht völlig aus, um die einzelnen Maschen-' geflechtslagen druckmäßig mit dem Wärmeträger, der im Inneren des Behälters zirkuliert, zu verbinden. Das Maschengeflecht besteht im vorliegenden Fall aus 0,2 mm starken Drähten einer Nickel-Kupferlegierung. Die Metallbleche 6 elud aus 0,2 ma starken Blechen rostfreien Stahls und das Halteblech 11 aus demselben Material ist etwa 2 mm stark. Die obenerwähnte Isolationsaufgabe wird erfüllt mit einer Isolationsschicht von etwa k cm Dicke,

*ⁿ Figur 3 ist abschließend das Webmuster für die Metallgewebeschichten 7 bzw. 8 bzw. 9 bzw. 10 dargestellt. Die einzelnen Schichten sind entlang von Linien l*f, deren Richtung h5° mit der Hauptwebrichtung einschließt» mit einer Wellenstruktur versehen, die der einzelnen Schicht eine "Dicke·' von etwa 2 mm verleihen. Faltet man eine solche Schicht entlang der Webrichtung oder senkrecht dazu, dann kreuzen sich die Richtungen der Wellenstrukturen von übereinanderliegenden Schichten im rechten Winkel. Die Gesamtporosität derartiger Isolierlagen beträgt über 95 %· Da das Gae in dem Maschengeflecht stagniert und da zudem das Maschengeflecht einer Gasströmung auf Grund plötzlicher Druckänderungen einen verhältnismäßig großen Strömungswiderstand entgegensetzt, spielt die Wärmekonvektion praktisch keine Rolle für den Isoliereffekt. Auch die Wärmeleitung in festen Körpern ist sehr gering, da die Kontaktpunkte zwischen den einzelnen Metallgewebeschichten des Maschengeflechts sehr gleichmäßig verteilt sind, wodurch sich sehr lange Wege zwischen einem Metallblech 6 und dem nächsten

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ergeben. Lediglich in dem Bolzen 12 könnte die Wärmeleistung größere Werte annehmen, was aber durch geeignete Materialauswahl und durch konstruktive Maßnahmen verhindert werden kann. Der Bolzen kann beispielsweise ein Rohrbolzen sein.

Abschließend seien nochmal die besonderen Vorzüge der erfindungsgemäßen Isolierung zusammengestellt: Die erfindungsgemäße Isolierung zeichnet sich einmal durch ihre einfache Konstruktion und die einfache Hontage aus» Dann eignet sie sich auch zur Isolierung von unregelmäßigen Oberflächen, wie sie in Reaktorbehältern häufig vorkommen. Weiter sei noch einmal das ausgezeichnete mechanische Betriebsverhalten bei schnellen Druckänderungen oder Vibrationen erwähnt, und schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß durch Verwendung geeigneter Metalle (Refraktär-Metalle) auch Isolierungen für sehr hohe Temperaturen (800 - 1000⁰C) realisiert werden können, wie sie im Zuge der Entwicklung von Hochtemperaturreaktoren auftreten werden·

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Claims

Patentansprüche

1.}Thermische Isolierung für Temperaturen eines gasförmigen Wärme trägers (insbesondere He) um oder über 500°C, bestehend aus mehreren Lagen von hochporösem metallischem Maschengeflecht und dünnen Metallblechen in abwechselnder Seihenfolge, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage Maschengeflechts (5) aus mehreren übereinanderliegenden Metallgewebeschichten (7» 8, 9i 10 besteht, in die senkrecht zur Schichtebene eine Wellenstruktur eingeprägt ist, und daß die Richtungen der Wellenstrukturen in taunittelbar übereinanderliegenden Schichten im wesentlichen senkrecht zueinander sind.

2. Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die letzte, von der zu isolierenden Wand am weitesten entfernte Lage Maschengeflechts ein der Form des entsprechenden Wandabschnitts (2) angepaßtes Halteblech (11) gelegt ist, welches mit Hilfe mehrerer durch die ganze Isolierung dringender Bolzen (12) mit der Wand verbunden ist und dabei die Isolierlagen leicht komprimiert.

3· Isolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten und Lagen randschlüssig derart übereinander liegen, daß Druckausgleich zwischen den einzelnen Lagen und dem Wärmeträger über die Ränder (13) erfolgt.

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