DE2241247A1

DE2241247A1 - Kernreaktor mit integrierten waermetauschern und pumpen

Info

Publication number: DE2241247A1
Application number: DE2241247A
Authority: DE
Inventors: Jacques Leheu
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-08-26
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-04-05
Also published as: FR2150256A1; DE2241247C2; JPS4848896A; IT965126B; FR2150256B1; GB1405443A

Description

DR. HANS ULRICH MAY D 8 MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 a TEUEeRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN TELEFON CO8113 O936S2

S-45-P-1/1111 München, 22. August 1972

, Dr.M/rt

B 4137.3 PG

Societe Creusot-Loire S.A. und Commissariat ä I¹Energie Atomique

in Paris /Frankreich

Kernreaktor mit integlierten Wärmetauschern und Pumpen.

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit in einem den Reaktorkern enthaltenden Behälter integrierten Wärmetauschern und Pumpen» der für jeden Wärmetauscher mindestens einen PrimärkÜ'hlkreis für zwischen dem Reaktorkern und den Wärmetauschern strömendes flüssiges Metall, das sich beim Durchgang durch den Reaktorkern erwärmt und beim Durchgang durch die Wärmetauscher abkühlt, aufweist,

Die Erfindung betrifft vor allem Verbesserungen dieses Kühlflüssigkeitskreislaufs, um die Reaktorkonstruktion mit geringerem Gewicht herstellen zu können.

Bekanntlich wird bei einem üblichen Kernreaktor, insbesondere in einem mit schnellen Neutronen arbeitenden und durch flüssiges Natrium gekühlten Kernreaktor, die vom Reaktorkern abgegebene Wärme an Sekundärkrei&e von Wärmetauschern durch einen Primärkühl-Tireis übertragen, der Durchflußabschnitte des flüssigen Metalls aufweist, welche.· die heißen bzw. kalten hydraulischen Verbindungen zwischen dem Reaktorkern und den Wärmetauschern in der einen und anderen Richtung bilden. Bisher werden die die heißen Verbindungen bildenden Ströme von flüssigem Metall Mittels Kanälen ©der Ringen

begrenzt, um ihre Ausbreitung in dem die kalten Verbindungen bildenden, in dem Reaktorbehälter enthaltenen übrigen flüssigen Metall zu verhindern. Solche Ausführungen bedingen jedoch erhebliche Konstruktionen und Bauten für die Eingrenzung der heißen Abschnitte des Primärkreislaufs. Außerdem führt das Prinzip, die kalten Verbindungen durch die Masse des flüssigen Metalls im Behälter herzustellen, zu einem von der freien Oberfläche des kalten flüssigen Metalls verschiedenen Niveau der freien Oberfläche des heißen Metalls, wobei dieser Niveauunterschied sich in Abhängigkeit vom Betrieb der das flüssige Metall durch die Wärmetauscher fördernden Pumpen verändert. Schließlich findet im flüssigen Metall im Behälter ein plötzlicher Übergang zwischen den auf hohe Temperaturen und den auf tiefe Temperaturen gebrachten Bereichen statt.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile behoben werden. Die gestellte Aufgabe wird bei einem Kernreaktor der eingangs angegebeanen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Primärkreis des Wärmetauschers Vorrichtungen zur Zu- und Ableitung des flüssigen Metalls aufweist, welche das vom Ausgang des Wärmetauschers zum Reaktorkern zurückkehrende abgekühlte flüssige Metall eingrenzen, während das heiße flüssige Metall im Reaktorbehälter enthalten ist.

Vorzugsweise weist jeder Wärmetauscher einen SekundÜrkreis auf, der in einer Kammer angeordnet ist, die mit so nahe wie möglich an der Oberseite des Reaktorkerns angeordneten Zuflußöffnungen versehen ist.

Bei einer ersten abgewandelten Ausführungsform weist der Sekundärkreis Rohre auf, die in Form von Ringbündeln, welche die das flüssige Metall fördernden Pumpen umgeben, angeordnet sind. Bei einer zweiten abgewandelten Ausführungsform sind die Rohre des Sekundärkreises in Form eines Bündels in einer zum Reaktorkern gleichachsi-

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gen Ringkammer angeordnet _t die so nahe wie möglich an der Oberseite des Reaktorkerns angeordnete Zuflußöffnungen aufweist.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden erläutert durch die folgende Beschreibung von zwei nur als Beispiele angegebenen Ausführungsformen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zei Zeichnungen. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten avialen Schnitt, teilweise weggebrochen, eines Kernreaktors! der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Förderung und Weiterleitung des flüssigen Metalls des Primärkreises ausgerüstet ist;

Fig. 2 im senkrechten axialen Schnitt eine abgewandelte Ausführungsform der Förder- und Leitvorrichtung der Fig. 1.

In Fig. 1 ist schematisch ein Reaktorkern 1 eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors gezeigt, der von einem Traggerüst 2 getragen ist, das in einem durch einen Deckel 4 verschlossenen Reaktorbehälter 3 eingebaut ist. Dieser Seaktorbehälter 3 enthält eine Masse von flüssigem Metall, besonders Natrium, dessen freie Oberfläche sich in einer waagerechten Ebene 5 aiastellt.

Im Deckel 4 befinden sich kreisförmige Öffnungen, die im radialen Schnitt ein abgestuftes Profil aufweisen und durch einen Stopfen 4a verschlossen sind. Die^Ac&aen dieser identischen Öffnungen sind regelmäßig über den Umfang koaxial zur senkrechten Achse des Reaktorkerns 1 verteilt, sodaß sie . die gleiche Winkelabstände voneinander haben. Am Stopfen 4a ist ein Rohrstutzen 6 dicht befestigt, in dessen Innerem koaxial eine Pumpe" 7 gehalten ist, welche der Art und den Besonderheiten der Strömung des flüssigen Natriums angepaßte Ansau3öf£nungen 7a aufweist. Der Abgabestutzen 7r der Pumpe 7 ist mit einem Rohrsttick 8v eines im rechten Winkel abgebogenen Verbindungsrohrs 8 verbunden, dessen anderer Abschnitt 8h

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radial in das Traggerüst 2 mündet und mit diesem verbunden ist. Der mit der Pumpe 7 fest verbundene Rohrabschnitt 8v ist zur Pumpe und dem Rohrstutzen 6 gleichachsig, während sich der andere Rohrabschnitt 8h ungefähr waagerecht erstreckt. Außerdem ist am unteren Ende des Rohrstutzens 6 das obere Ende eines anderen Rohreiements 9 angeschlossen, das einen etwas kleineren Durchmesser als der Rohrstutzen

6 aufweisen kann.

Der obere Teil eines dritten Rohrelements 10, das einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Elemente 6 und 9 aufweist« ist am Rohrstutzen 6 mittels einer Ringplatte 11 befestigt. Der untere Teil dieses Rohrelements 10 ist kragenförmig nach innen gebogen und an einer im folgenden beschriebenen Hülse befestigt, deren unteres Ende mit einer zweiten Ringplatte 12 fest verbunden ist* Die beiden Ringplatten 11, 12 halten das Rohrelement 10 koaxial zur Pumpe

7 und dem an den Abgabestutzen der Pumpe anschließenden Rohrabschnitt Sv. Gerade Rohre 13 sind zwischen den Ringplatten 11 und 12 im Inneren des durch diese Ringplatten und die Rohrelemente 9 und 10 gebildeten ringförmigen Kastens in Form eines Bündels angebracht, wobei die Ringplatten 11 und 12 entsprechende Bohrungen für den Einbau der Anschlüsse dieser Rohre 13 aufweisen. Ringförmige Sammelkanäle 14 und 15 sind über der Oberseite der Ringplatte 11 bzw. unter der Unterseite der Ringplatte 12 vorgesehen, um dem Rohrbündel ein Sekundärmedium zuzuführen, welches durch eine. Leitung 16 in die Kammer 15 eingeführt und durch eine andere Leitung 17 aus der anderen Kammer 14 abgeführt wird. Ein entsprechend geformtes Mantelrohr 18 ist am Rohrelement 10 des Wärmetauschers in der Höhe von dessen Verbindung mit der Ringplatte 11 eingeschweißt. Eine Hülse 19 mit nach innen bzw. außen gerichteten Endflanschen dichtet mit den Kanten dieser Flansche und entsprechenden Dichtungen den Rohrabschnitt 8v des Abgaberohrs der Pumpe 7 und den Verbinäungs-

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abschnitt der Ringplatte 12 mit der Kammer 15 gegen den Xnnenraum des Reaktorbehälters ab.

Schließlich weist der untere Endabschnitt d@s Rohrstutzeas β Einlaßöffnungen 6a auf, welche eine Verbindung OTisetaa dew S@aktorbehälter und der zwischen den Rohrelement©» 9 tasadl 10 li@g©M©a iing~. förmigen Kammer bilden. Der untere Flansch dieses l©ta@l<aiasats 10 weist Durchlaßöffnungen 10a aufs, aas?ch die flüssiges Natrium von den Durchlaßöffnungen 6a z.u den AnsaugOffnungen ?a ami? Pi«p® 7 strömen kann. Das. Mantelrohr 18 und die Hülse 19 bildea &© ©iae Absaugkammer der Pumpe 7, wobei diese Kaimer direkt mit öem Primärkreis des Wärmetauschers verbunden ist und die lotee 13 «ad ringförmigen Sammeikanäle 14 und 15 den wesentlichen Teil des Sekimdärkreises des Wärmetauschers bilden_e Die anderen öißnwig®®. -des Deckels 4 sind ebenfalls mit gleichen Wärmetauscfaern wi© des» oben beschriebene versehen. Infolge dieser Anordnungen gelangt das heiße Natrium aus dem Reaktorkern 1 direkt in den Reaktorbehälter 3 und wird von dort von der Pumpe 7 durch die Einlaßöffnungen 6a angesaugt, sodaß der so gebildete heiße Teil des PriraMrteeisds wegen der relativen Lage dieser Einlaßöffnungen 6a bezüglich der oberen Fläche des Reaktorkerns 1 verhältnismäßig kura ist.

Nachdem das Natrium durch die Rohre 13 Wärme an das Medium des Sekundärkreises abgegeben hat, wird das abgekühlte Natrium von den Pumpen 7 angesaugt und durch die Rohrleitungen 8, welche den kalten Teil des so gebildeten Kreises einschließen, ssum Traggertist 3 zurückgefördert.

Fig. 2 zeigt wiederum die wesentlichen Teile eines dem oben beschriebenen entsprechenden Kernreaktors, besonders ein© Fuap© 7„ 'die

durch eine rechtwinklig abgebogene Rohrleitung 8 mit oiaam ©inen le» aktorkern 1 tragenden Tragerüst 2 verbunden ist» Die eigeatliclie Pumpe ist in einem ringförmigen Gehäuse angeordnet _t das von zwei

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zylindrischen Wänden 6e, 61 von kreisförmigem Querschnitt und verschiedenen Durchmessern gebildet ist* wobei die Durchmesser der Außen- bzw. innenwand gleichzeitig kleiner als die des Behälters 3 und größer als die des Reaktorkerns 1 sind. Diese Wände sind zum Reaktorkern 1 gleichachsig angeordnet und mit einem ringförmigen Stopfen 4b fest verbunden, der Einbauöffnungen für die mit dem Wärmetauscher zusammenwirkenden Pumpe 7 auf .eist. Bei dieser Ausführung sf or m sind die Zuleitungen 16a des Sekundärkreises des Wärmetauschers regelmäßig zwischen den Pumpen verteilt ang ordnet.

Die unteren Kanten der Wände 6e, 6i sind mit einer Ringplatte 20 fest verbunden_r welche in der Mitte Bohrungen für den Einbau der erwähnten Zuleitungen 16a aufweist* Eine Abzugvorrichtung 21 ist in ihrem oberen Ende mit dem Stopfen 4b und mit ihrem unteren Ende mit einem Rohr 10a fest verbunden, welches dem Rohr 10 der Fig. 1 entspricht, sodaß jede Abzugsvorrichtung 21 eine bis über die Höhe der Ans au«?öffnungen 7a der Pumpe reichende Ansaugkammer bildet. Schließlich sind im Stopfen 4b für den Austritt des Mediums des Sekundärkreises regelmäßig verteilt Ableitungen 17a angeordnet, die in dem von den Wänden 6e und 6i gebildeten ringförmigen Gehäuse münden.

Die Unterseite der Ringplatte 20 ist mit den Oberkanten zweier anderer zylindrischer Wände 22, 23 von verschiedenem Durchmesser, die

gleichachsig zum Reaktorkern 1 angeordnet sind, fest verbunden. Die unteren Kanten dieser Wände 22, 23 sind mit einem ringförmigen Boden 24 mit nach außen vorgewölbtem Profil verbunden. Eine andere Ringplatte 22 mit dem Abstand zwischen den Wänden 22, 23 entsprechenden Abmessungen ist zwischen diesen dicht angebracht und bildet mit dem Boden 24 einen Sammelkanal , in dem die Zuleitungsrohre 16a des Sekundärkreises münden. Schließlich sind die Rohre 13a in der von den Wänden 22, 23 und den Ringplatten 20, 25 gebildeten

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Ringkammer in Form eines Wärmetauscäerbfedels angeordnet« wobei die Enden dieser Rohre jeweils in die über und unter ihnen angeordneten SammelXanäle münden. Die Ringplatte 20 ist in einer gerinfügig über der Oberseite des Reaktorkerns liegenden Höhe angeordnet, und zwischen diesen beiden Höhen sind in der Innenwand 23 öffnungen 26 ausgebildet.

Ein Strom von flüssigem Natrium kann also vom Reaktorkern 1 von den Pumpen 7 die Rohrbündel 13a umströmendund von Platz zu Platz durch die mit den Abzugsvorrichtungen 21 fest verbundenen Rohre 10a angesaugt werden. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform sind die Zuflußöffnungen der Wärmetauscherkammer so nahe wie möglich an der Oberseite des Reaktorkerns 1 angeordnet, sodaß die im Reaktorbehälter 3 sich ausbildenden heißen Abschnitte des Primärkreises so kurz wie.möglich sind. Die kalten Abschnitte des Kreises sind ihrerseits zunächst zwischen den Rohren der Wärmetauscher und den Pumpen und dann in den Verbindungsrohren 8 eingeschlossen, welche mit dem Traggerüst 2 des Reaktorkerns verbunden sind, wobei die in einem Ringangeordneten Zuflußöffnungen eine bemerkenswert gleichmäßige Ver- ' teilung des heißen Natriums ia Reaktorbehälter gewährleisten.

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Claims

Patentansprüche

Kernreaktor mit in einem den Reaktorkern enthaltenden Behälter integrierten Wärmetauschern und Pumpen, der für jeden wärmetauscher mindestens einen Primärkreis von flüssigem Metall zwischen den Reaktorkern und den Wärmetauschern enthält, in dem sich das beim Durchgang durch den Reaktorkern erwärmte flüssige Metall beim Durchströmen der Wärmetauscher abkühlt, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkreis jedes Wärmetauschers &u- und Abflußvorrichtungen (8) aufweist, die eine Einschließung des am Wärmetauscherausgang zum Reaktorkern zurückkehrenden abgekühlten flüssigen Metalls gewährleisten, wobei das heiße flüssige Metall im Behälter (3) enthalten ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmetauscher einen Sekundärkreis (13, 14, 15 bzw. 13 a, 24) aufweist, der in einer Kammer angeordnet ist, die mit so nahe wie möglich bei der Oberseite des Reaktorkerns 1 angeordneten Zuflußöffnungen(6a,26)für das flüssige Metall versehen ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis Wärmetauscherrohre (13) aufweist, die als ringförmige Bündel um die das flüssige Metall fördernden Pumpen (7) angeordnet sind.

4· Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis Wärmetauscherrohre (I3a) aufweist, die QIs ein Bündel in einer zum Reaktorkern (1) gleichachsigen Ringkammer angeordnet sind, die so nahe wie möglich an der Oberseite des Reaktorkerns angeordnete Zuflußöffjnungen (26) für das flüssige Metall aufweist.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er

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mehrere im Bündel der Wärmetauscherrohre rings um den Reaktorkern gleichmäßig verteilte Pumpen (7) aufweist.

6» Kernreaktor nach einem der Ansprüche 3 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (13, 13a) des Sekundärkreises mit ihren Enden zwischen zwei Ringplatten (11, 12, bzw. 20, 25) angebracht sind und in ringförmige Sammelkanäle (14, 15) münden.

7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pumpe (7) eine bis zu dem unter dem.Reaktorkern (1) liegenden Einlaß in denselben führende Flüssigkeitsrückleitung (8) aufweist, die von einem Mantel umgeben ist, der den Ausgang jedes Wärmetauschers mit einer oberen Ansaugkammer der Pumpe (7) verbindet.

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