DE2217863C2

DE2217863C2 - Nuclear reactor with cooling by liquid metal

Info

Publication number: DE2217863C2
Application number: DE2217863A
Authority: DE
Inventors: Michel Aix en Provence Sauvage
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-04-13
Publication date: 1982-02-04
Also published as: JPS5517360B1; DE2217863A1; IT954688B; GB1314499A; FR2133530B1; BE781722A; FR2133530A1; ES401749A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit Kühlung durch flüssiges Metall, insbesondere Natrium, in dem der Kern des Reaktors im Inneren eines zylindrischen Primärbehälters mit senkrechter Achse angeordnet ist, der von einem äußeren koaxialen Hauptbehälter, der mindestens einen Wärmetauscher enthält, umgeben ist und wobei das aus den Wärmetauschern austretende kalte flüssige Metall durch ebenfalls im Hauptbehälter angeordnete Förderpumpen aufgenommen und in den unteren Teil des Kerns des Reaktors zurückgeführt wird, wobei der Primärbehälter das aus dem Kern austretende heiße flüssige Metall und der Hauptbehälter das aus den Wärmetauschern austretende kalte flüssige Metall enthält.The invention relates to a nuclear reactor with cooling by liquid metal, in particular sodium, in which the core of the reactor is inside a cylindrical primary container with a vertical axis is arranged by an outer coaxial main tank containing at least one heat exchanger contains, is surrounded and wherein the cold liquid metal emerging from the heat exchangers is also through In the main tank arranged feed pumps received and in the lower part of the core of the The reactor is returned, with the primary container containing the hot liquid metal emerging from the core and the main tank contains the cold liquid metal exiting the heat exchangers.

Ein solcher Kernreaktor ist beschrieben in der DE-OS 15 89 669. Bei diesem Kernreaktor sind die Einlaßöffnungen 28 des flüssigen Metalls zum Inneren der Wärmetauscher 24 im oberen Teil des Primärbehälters, oberhalb des Niveaus des Kerns angeordnet. Falls bei einem Unfall ein Überdruck im flüssigen Metall auftritt, beispielsweise im Fall einer Explosion der Spaltzone des Reaktors (des Reaktorkerns) treten die stärksten Schaden im wesentlichen an der Auslaßseite des Kerns, d. h. am oberen Teil des Kernreaktors auf. Das bedeutet für einen Kernreaktor der beschriebenen Art, daß die schwersten Schäden in einem Bereich auftreten, wo sich die Einlaßöffnungen des flüssigen Metalls in die Wärmetauscher 24 befinden. Es besteht daher die Gefahr, daß bei einem solchen Unfall die Einlaßöffnungen beschädigt werden und der zur Kühlung erforderliche Kreislauf des flüssigen Metalls unterbrochen wird.Such a nuclear reactor is described in DE-OS 15 89 669. The inlet openings are in this nuclear reactor 28 of the liquid metal to the interior of the heat exchangers 24 in the upper part of the primary tank, arranged above the level of the core. If excess pressure occurs in the liquid metal in the event of an accident, for example, in the event of an explosion of the reactor core (core), the strongest occur Damage essentially to the outlet side of the core, d. H. on the upper part of the nuclear reactor. That means for a nuclear reactor of the type described, that the worst damage occurs in an area where the inlet openings of the liquid metal in the heat exchangers 24 are located. There is therefore the Risk of damage to the inlet openings in the event of such an accident, as well as that required for cooling The liquid metal cycle is interrupted.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der angegebenen Art so auszubilden, daß bei einem plötzlichen Überdruck im Inneren des Primärbehälters und selbst bei einer Explosion des Reaktorkerns die Einlaßöffnungen der Wärmetauscher nicht beschädigt werden können, daß die Wärmetauscher und Förderpumpen in diesem Fall besser geschützt sind und der Kühlkreislauf des flüssigen Metalls gewährleistet bleibt.The invention is based on the object of designing a nuclear reactor of the specified type so that in the event of a sudden overpressure inside the primary container and even if the Reactor core, the inlet openings of the heat exchanger can not be damaged that the heat exchanger and feed pumps in this case are better protected and the cooling circuit of the liquid Metal remains guaranteed.

Zur Lösung der Aufgabe wird der Kernreaktor dei angegebenen Art so ausgebildet, daß der oder die Wärmetauscher an ihrem unteren Teil einen Einlaß und an ihrem oberen Teil einen Auslaß für das flüssige Metall aufweisen und daß der Kernreaktor mindestens einen dichten Kanal oder mehrere dichte Kanäle aufweist, die den Primärbehälter mit dem Einlaß desTo solve the problem, the nuclear reactor dei specified type is designed so that the or the Heat exchanger has an inlet at its lower part and an outlet for the liquid at its upper part Have metal and that the nuclear reactor has at least one tight channel or several tight channels having, which connects the primary container to the inlet of the

ίο oder jedes Wärmetauschers verbinden und .n den Raum eindringen, der vom Primärbehälter und Hituptbehälter begrenzt ist.ίο or each heat exchanger and .n the room penetrate, which is limited by the primary tank and main tank.

Da die Einlaßöffnungen der Wärmetauscher erfindungsgemäß im unteren Teii derselben angeordnet sind, befinden sie sich nicht in dem Bereich, wo die schwersten Schäden im Fall einer Explosion des Reaktorkerns auftreten, nämlich nicht im oberen Bereich des Primärbehälters. Außerdem weist beim erfindungsgemäßen Kernreaktor der Primärbehälter in seinem oberen Teil eine sehr einfache Form auf, wodurch seine Herstellung wesentlich erleichtert und seine mechanische Festigkeit wesentlich verstärkt ist. Dadurch kann der Primärbehäiter die Wärmetauscher und Förderpumpen im Fall einer Explosion des Reaktorkerns wirksam schützen oder mindestens die Auswirkungen der Explosion mindern.Since the inlet openings of the heat exchangers are arranged according to the invention in the lower part of the same, they are not located in the area where the most severe damage in the event of an explosion of the Reactor core occur, namely not in the upper area of the primary container. In addition, the nuclear reactor according to the invention, the primary container in its upper part has a very simple shape, whereby its manufacture is considerably facilitated and its mechanical strength is significantly increased. This allows the primary container to operate the heat exchangers and feed pumps in the event of an explosion Protect the reactor core effectively or at least reduce the effects of the explosion.

Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform, die in der Zeichnung dargestellt ist, welche einen schemati-The invention is further illustrated by the following description of an embodiment shown in FIG the drawing is shown, which shows a schematic

W sehen axialen Schritt dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors zeigt.W see axial step of this embodiment of the shows reactor according to the invention.

Die Figur zeigt die Spaltzone 1 eines Kernreaktors, insbesondeie von dem mit schnellen Neutronen betriebenen Typ, der in an sich bekannter Weise spaltbare und brutfähige Kernbrennstoffelemente enthält, wobei letztere in oberen, unteren und seitlichen Brutzonen rings um den die spaltbaren Elemente enthaltenden Mittelteil angeordnet sind. Die Spaltzonc t ist erfindungsgeinäß von einem zylindrischen Primärbehälter 2 aus Metall mit senkrechter Achse umgehen, der sich nach oben fortsetzt und in einem Querkragen 3 endet, wodurch dieser Behälter von einer waagerechten Schutzplatte 4 gehalten werden kann, d - sich oberhalb der Spaltzone quer über die gesamte Anlage erstreckt.The figure shows the fission zone 1 of a nuclear reactor, in particular of the one with fast neutrons operated type that contains fissile and fertile nuclear fuel elements in a manner known per se, the latter in upper, lower and side breeding zones around the the fissile elements containing middle part are arranged. The gap zone is according to the invention of a cylindrical primary container 2 made of metal with a vertical axis, which continues upwards and in a transverse collar 3 ends, whereby this container can be held by a horizontal protective plate 4, d - above the cleavage zone extends across the entire system.

Der obere Teil des Primärbehälters 2 ist durch einen oberen Verschluß 5 verschlossen, der normalerweise zur Handhabung der Brennstoffelemente dient und im Notfall den unmittelbaren Zugang zur Spaltzone ermöglicht. In seinem unteren Teil, im wesentlichen in Höhe der Basis der Spaltzone 1, weist der Primärbehäiter 2 eine Reihe von Querkanälen 6 auf, die an ihren entgegengesetzten Enden durch Abschlußwände 6a verschlossen sind. Diese Kanäle ermöglichen die Abführung des die Spaltzonc 1 umgebenden und sie im Betrieb kühlenden flüssigen Natriums 7 aus dem Primärbehälter 2, insbesondere um die in Berührung mit den Elementen der Spaltzone aufgenommene Wärme an ein flüssiges oder gasförmiges Sekundärmedium abzugeben, das außerhalb des Kernreaktors insbeson-The upper part of the primary container 2 is closed by an upper closure 5, which is normally used for Handling of the fuel elements is used and, in an emergency, direct access to the crevice zone enables. In its lower part, essentially at the level of the base of the cleavage zone 1, the primary container 2 a series of transverse channels 6, which at their opposite ends by end walls 6a are locked. These channels allow the removal of the Spaltzonc 1 surrounding and them in Operation of cooling liquid sodium 7 from the primary container 2, especially around those in contact with heat absorbed by the elements of the cleavage zone to a liquid or gaseous secondary medium to deliver, which outside of the nuclear reactor in particular

W) dere zur Erzeugung elektrischer Energie benutzt wird. Zu diesem Zweck wird das Natrium 7 durch Einlaßöffnungen 8 in das Innere von Wärmetauschern 9 mit senkrechter Achse geleitet, die in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel direkt im Inneren derW) which is used to generate electrical energy. For this purpose, the sodium 7 is introduced into the interior of heat exchangers 9 through inlet openings 8 guided with a vertical axis, which in the embodiment shown in the figure directly inside the

bi Kanäle 6 münden. Das so im Inneren dieser Wärmetauscher von unten nach oben aufsteigende Natrium kühlt sich dabei allmählich ab und wird aus den Wärmetauschern durch öffnungen 10 in den Raum abgegeben, derbi channels 6 open. So inside these heat exchangers Sodium rising from the bottom to the top gradually cools down and is removed from the heat exchangers released through openings 10 in the space, the

einerseits durch die Außenwand des Primärbehälters 2 und andererseits durch die Innenwand eines die gesamte Anlage und insbesondere die Wärmetauscher 9 umgebenden Hauptbehälters !1 begrenzt ist. Dieser Hauptbehälter 11 setzt sich an seinem oberen Ende in s einem Querabschnitt 12 fort, der ein Dach für den Kernreaktor bildet und Durchführurigsmuffen aufweist, durch welche die Wärmetauscher 9 aus dem Inneren des Behälters durch die Platte 4 herausgeführt sind. Die Wärmetauscher 9 sind außerhalb des Behälters curch einen Κομί 13 mit Zuleitungen 14 und Ableitungen 15 für das Sekundärmedium verbunden, das in den Wärmetauschern im Gegenstrom zum Natrium strömt.on the one hand through the outer wall of the primary container 2 and on the other hand through the inner wall of the whole System and in particular the main tank surrounding the heat exchanger 9! 1 is limited. This Main container 11 sits at its upper end in s a transverse section 12, which forms a roof for the nuclear reactor and has bushing sleeves, through which the heat exchangers 9 are led out of the interior of the container through the plate 4. the Heat exchangers 9 are outside the container through a Κομί 13 with supply lines 14 and discharge lines 15 connected for the secondary medium, which flows in the heat exchangers in countercurrent to the sodium.

Das aus den Wärmetauschern 9 durch die Öffnungen 10 austretende kalte Natrium strömt anschließend im is (äußeren) Sekundärbehälter zwischen der Außenwand des Primärbehälters 2 und zylindrischen Reifen 17, die als Verteilerglocken das Natrium den Förderpumpen 18 zuführen. Jeder Reifen 17 ist zu diesem Zweck an seinem unteren Teil offen, damit das Natrium durch öffnungen 19 in die entsprechende Pumpe 18 eingesaugt werden kann, welche es durch eine Auslaßleitung 20 zu einem unterhalb der Spaltzone 1 gelegenen unteren SamrTielkanal 21 zurückfördert.The cold sodium exiting from the heat exchangers 9 through the openings 10 then flows in the is (Outer) secondary container between the outer wall of the primary container 2 and cylindrical tires 17, the Feed the sodium to the feed pumps 18 as distributor bells. Each tire 17 is on its own for this purpose The lower part is open so that the sodium can be sucked into the corresponding pump 18 through openings 19 can, which it through an outlet line 20 to a lower SamrTielkanal located below the gap zone 1 21 promotes back.

Bei dieser Ausführungsform befindet sich das Natrium 7 in dem Bereich, wo es auf seine Höchsttemperatur erliitzt ist, das heißt am Ausgang der Spaltzone 1 des Reaktors im Primärbehälter 2, niemals gegenüber dem Dach 12 des Hauptbehälters 11, so daß sich dieses Dach dauernd bei einer Temperatur nahe der des kältesten Natriums, das heißt des aus den Austrittsöffnungen 10 der Wärmetauscher 9 austretenden Natriums, befindet, was seine mechanische Haltbarkeit unabhängig von der Betriebsweise des Reaktors oder den dabei auftretenden Veränderungen erheblich js verbessert.In this embodiment, the sodium 7 is in the area where it is on its Maximum temperature is erliitzt, that is, at the exit of the Cleavage zone 1 of the reactor in the primary container 2, never opposite the roof 12 of the main container 11, so that this roof is constantly at a temperature close to that of the coldest sodium, that is to say that of the Outlet openings 10 of the heat exchanger 9 is located leaking sodium, which is its mechanical durability regardless of the mode of operation of the reactor or the changes that occur in it, considerably js improved.

Die im beschriebenen Beispiel gewählte Aufwärtsströmung des Natriums in den Wärmetauschern zeigt verschiedene Vorteile. An erster Stelle ermöglicht der F.inbau einer an ihrem unteren Ende offenen Verteilerglccke um die Förderpumpen eine maximale Ausnutzung des kalten Natriums zum Kühlen des Reaktors im Fall der Abwesenheit jedes äußeren Kühlkreislaufs, da das Natrium im Primärbehälter und Sekundärbehälter durch natürliche Konvektion strömt. Die im ganz oberen Bereich des Primärbehälters sehr einfache zylindrische Form desselben ermöglicht eine sehr einfache Herstellung bei gleichzeitig großer mechanischer Festigkeit, wodurch die Wärmetauscher und Förderpumpen im Fall einer Explosion der Spaltzone des Reaktors wirksam geschützt werden können und/oder die Auswirkungen einer solchen Explosion begrenzt werden können. Insbesondere kann man vorsehen, seitliche Spaltzonen-Schutzanordnungen einzubauen, welche dann die Rolle von Leiteinrichtungen spielen und bewirken, daß Schaden am Primärbehälter nur in dessen oberen Teil auftreten, der am leichtesten zugänglich und ^reparierbar ist. Auf diese Weise ist ferner jedes übliche System zur Abführung der Restwärme des Reaktors zur letzten Rettung wirksam geschützt, wobei ein solches System entweder rings um die Austauscher oder auch in die Nähe der die Spaltzone seitlich eingebenden Brutzonen oder Schutzeinrichtungen angeordnet sein kann. Schließlich gewährleistet die vorgesehene Anordnung den Kreislauf des kalten Natriums unter günstigen Bedingungen, ohne daß irgendein Ablenksystem oder anderes System zusätzlich vorgesehen sein muß, und verhindert die Bildung einer Schicht von heißem Natrium an der Oberfläche.The upward flow of sodium in the heat exchangers selected in the example described shows various advantages. First and foremost, the installation of a distributor glass around the feed pumps that is open at its lower end enables maximum utilization of the cold sodium for cooling the reactor in the absence of any external cooling circuit, since the sodium in the primary and secondary containers flows by natural convection. The very simple cylindrical shape of the same in the very upper area of the primary container enables very simple manufacture with high mechanical strength at the same time, whereby the heat exchangers and feed pumps can be effectively protected in the event of an explosion in the crevice zone of the reactor and / or the effects of such an explosion can be limited can. In particular, provision may be installed side-nip zones protection arrangements which then play the role of guide devices and cause damage occur at the primary container only in the upper part thereof that is most accessible and ^r leichtesten eparierbar. In this way, any conventional system for dissipating the residual heat of the reactor for the last resort is effectively protected, such a system being arranged either around the exchanger or in the vicinity of the breeding zones or protective devices which laterally enter the crevice zone. Finally, the arrangement provided ensures the circulation of the cold sodium under favorable conditions without the need for any additional deflection system or other system, and prevents the formation of a layer of hot sodium on the surface.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Nuclear reactor with cooling by liquid metal, especially sodium, in which the core of the Reactor is arranged inside a cylindrical primary container with a vertical axis, the surrounded by an outer coaxial main tank containing at least one heat exchanger and where the cold liquid metal emerging from the heat exchangers is also im Main tank arranged feed pumps and added to the lower part of the core of the Reactor is returned, with the primary container the hot liquid emerging from the core Metal and the main tank is the cold liquid metal exiting the heat exchangers contains, characterized in that the or the heat exchangers (9) have an inlet at their lower part and an outlet at their upper part for the liquid metal, and that the nuclear reactor has at least one tight channel (6) or a plurality of tight channels (6) which connect the primary container (2) to the inlet (8) of the or each Connect the heat exchanger (9) and enter the space from the primary tank (6) and main tank (11) is limited.