DE2430191A1

DE2430191A1 - Waermedaemmvorrichtung, besonders fuer den verschlussdeckel eines kernreaktorbehaelters

Info

Publication number: DE2430191A1
Application number: DE2430191A
Authority: DE
Inventors: Guy Lemercier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-06-26
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1975-01-16
Also published as: SE397226B; FR2241849A1; GB1434896A; FR2241849B1; JPS5651319B2; IT1014370B; JPS5036896A; SE7408294L; DE2430191C2; US3945165A; ES427688A1

Description

PATENTANWALT
DR. HANS ULRICH MAY 2430191

D 8 MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1a

TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN

TELEFON CO8113 59 36sa

CP 488/1287 München, den 24. Juni 1974

TW^rm Dr.M./cs

Commissariat ä 1'Energie Atomique in Paris/Frankreich

Wärmeäämmvorrichtung, besonders für den Verschlußdeckel eines

Kernreaktorbehälters

Die Erfindung betrifft eine Wärmedänunvorrichtung, besonders für den Verschlußdeckel eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, bei dem der Verschlußdeckel den oberen Teil der Reaktorschutzkammer verschließt, die selbst einen o££enexi Reaktorbehälter aus Metall mit senkrechter" Achse enthält, in dem sich eine Masse von flüssigem Metall, im allgemeinen Natrium zum Kühlen des Reaktorkerns und zur Abführung der durch die Kernspaltung freigesetzten Wärme befindet. Die Erfindung ist besonders in dem Pail anwendbar, wo der über dem freien Niveau des flüssigen Metalls im Reaktorbehälter befindliche Verschlußdeckel vom flüssigen Metall nur durch eine inerte Schutzgasschicht, im allgemeinen Argon, getrennt ist und aus einer waagrechten Betonplatte besteht, die an ihrer mit der Schutzgasschicht in Berührung stehenden Fläche eine Deckplatte aus rostfreiem Stahl aufweist und außerdem Öffnungen besitzt, um den Zugang zum Reaktorkern im inneren der Schutzkammer mittels Handhabungsvorrichtungen und gleichzeitig die dichte. Durchführung von für den Betrieb der Anlage erforderlichen Vorrichtungen, wie Wärmeaustauschern

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und Pumpen zu ermöglichen.

Bekanntlich liegt bei mit schnellen Neutronen arbeitenden natriumgekühlten Kernreaktoren die Temperatur der über dem Natrium befindlichen Neutral-gasatmosphäre im allgemeinen bei etwa 5OO°C, vas im Schutzgas zur Bildung von Aerosolen und Dämpfen von Natrium führt, welche mit der Deckplatte des Verschlußdeckels in Berührung kommen und sie durch rorrosion oder mechanische Spannung infolge verschiedener Wärmeausdehnungen beschädigen können, falls keine Vorkehrungen dagegen getroffen verden.

Durch die Erfindung soll nun eine Wärmedämmvorrichtung in Form einer Abdeckung geschaffen verden, die gegen den Verschlußdeckel an seinen zum Innenraum des Reaktorbehälters gerichteten Teilen anliegt und dafür ausgelegt ist, unter den oben angegebenen Betriebsbedingungen den Wärmeschutz des Verschlußdeckels zu gewährleisten, wobei die Dämmvorrichtung besonders Bauelemente aus. Metall, welche gegen die Korrosion durch flüssiges Natrium beständig sind, und keine mit den Dämpfen und Aerosolen dieses flüssigen Metalls unverträglichen mineralischen Wärmedämmstoffe enthält. Diese Bauelemente aus Metall sind vorzugsweise in Form von Netzen, Fachwerk oder Gittern ausgebildet, die zu lufthaitigen Tafeln bestimmter Dicke gestapelt sind, velche einem Fasermilieu ähneln und zwischen der Deckplatte des Verschlußdeckels und dem über den Niveau des flüssigen Metalls im Reaktorbehälter befindlichen Schutzgas einen sowohl für Normalbetrieb wie im Fall von Betriebszwischenfällen an den Förderpumpen und plötzlicher Temperaturerhöhung des Natriums annehmbaren Temperaturgradienten gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmedämmvorrichtung für den Verschlußdeckel eines mit schnellen Neutronen ar-

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beitenden Kernreaktors» die eine Anordnung von Tafeln aufweist, die jeweils aus einem Polster von parallel zu dem mit Wärmeisolation zu versehenden Verschlußdeekel verlaufenden, übereinander angeordneten Netzen oder Gittern aus Metall bestehen, wobei die Wärmedäinmvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Tafel in ein gegen den Verschlußdeckel anliegendes Gehäuse eingeschlossen ist, das von zwei ineinandergesetzten quaderförmigen Halbgehäusen oder Gehäuseschalen aus Metall gebildet ist, von denen die untere Gehäuseschale etwas größere Abmessungen als die obere Gehäuseschale hat, und wobei die Gehäuse nebeneinander so gegen die Fläche des Verschlußdekkels gehalten sind, daß sie eine durchgehende Verkleidung bilden, und wobei die einander zugewandten Seitenwände der beiden Gehäuseschalen zwischen sich einen engen Spalt begrenzen und benachbarte Gehäuse ebenfalls durch einen engen Spalt getrennt sind und diese Spalte Kapillardichtungen bilden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand eines AusfUhrungsbeispiels erläutert durch die folgende Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Hierin zeigen:

- Pig» 1 einen schematischen Axialschnitt eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors mit einem oberen Verschlußdeckel, der mit einer erfindungsgemäßen Wärmedänanvorrichtung versehen istι

- Fig. 2 eine Explosionsansicht eines Teils der Vorrichtung in

größerem Maßstab?

- Fig. 3 einen Querschnitt der Vorrichtung der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt den Reaktorkern 1 eines mit schnellen Neutronen arbei-

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tenden Kernreaktors, der zur Kühlung im Betrieb in eine Masse von flüssigem Metall 2, besonders Natrium, eingetaucht ist. Das flüssige Metall füllt einen offenen Reaktorbehälter 3 bis zum Niveau 4, und über diesem befindet sich eine tfeutralgasatmosphäre 5, im allgemeinen Argon. Der oben offene Reaktorbehälter 3 ist selbst von einem zweiten oder Sicherheitsbehälter 6 umgeben, und die Anordnung dieser beiden Behälter mit gemeinsamer senkrechter Achse ist im Inneren eines äußeren Schutzbehälters 7 angeordnet. Letzterer besitzt an seinem oberen Teil eine große kreisförmige Öffnung 8, in der ein Verschlußdeckel 9 gehalten ist. Dieser erstreckt sich waagrecht, parallel zum Niveau 4 des flüssigen Natriums im Reaktorbehälter 3 und weist eine Mittelöffnung 10 zum Einsetzen eines Systems von zwei Stopfen 11 und 12 auf, die durch kombinierte Drehungen gegeneinander und nach einem üblichen Verfahren die Bedienung des Reaktorkerns 1 durch eine Hantierungsvorrichtung 12a ermöglichen, welche dicht durch einen der Stopfen geführt ist. Der Verschlußdekkel 9 weist auch andere Durchlässe 13 für die Montage der für den Betrieb des Reaktors und besonders den Kreislaufs des flüssigen

Natriums und die Abführung der beim Durchgang durch den Reaktorauf kern aufgenommenen Wärme erforderlichen Vorrichtungen^ besonders der Pumpen und Wärmeaustauscher, von denen eine Vorrichtung 14 schematisch gezeigt ist. Der Verschlußdeckel 9 ruht über ein Stützelement 15,das ihn festhält und den Bau abdichtet, auf einer im Schutzbehälter 7 ausgebildeten Auflage. Schließlich hat der Ver schlußdeckel 9 vorzugsweise eine zusammengesetzte Struktur und besteht im wesentlichen aus einer dicken Betonwand 16, die an ihrer mit dem Schutzgas 5 oberhalb des Niveaus 4 des flüssigen Metalls im Reaktorbehälter 3 in Berührung stehenden Seite durch eine Deckplatte 17 verkleidet ist. Da eine Wärmedämmung vorgesehen ist,, kann die

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metallische Deckplatte 17 aus Schwarzstahl mit einer Korrosionsschutzschicht bestehen. Im Betrieb hat die über dem flüssigen Natrium im Reaktorbehälter 3 befindliche Neutralgasatmosphäre einen Druck von etwa Atmosphärendruck und eine verhältnismäßig hohe Temperatur von etwa 50O⁰C. Diese Schutz- oder Neutralgasschicht 5 ist unter diesen Bedingungen mit Aerosolen oder Dämpfen des flüssigen Metalls beladen, die, wenn keine Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, rasch die Deckplatte 17 korrodieren und sie gleichzeitig wegen der durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen auftretende mechanische Spannungen verformen.

Um dem Verschlußdeckel 9 und besonders seiner unteren Deckplatte aus Metall unter diesen Bedingungen einen Wärmeschutz zu geben, ist an der mit dem Schutzgas in Berührung kommenden Fläche eine Wärme datiervorrichtung in Form einer Verkleidung von geeigneter Dicke vorgesehen, welche gegen die Schutzplatte anliegt und in den Figuren 2 und 3 genauer gezeigt ist.

Wie diese Figuren zeigen ist die Wärmeisolation der Schutzplatte 17 ausgebildet, indem an dieser eine Anordnung von zwei benachbarten halbdichten Gehäusen 18 angebracht ist, wobei die Gehäuse jeweils aus zwei Hälften oder Gehäuseschalen 19 und 20 von im ganzen quaderförmiger Gestalt bestehen, die ineinander eingesetzt sind* Diese Gehäuseschalen können einfach hergestellt werden, beispielsweise durch Tiefziehen· Die Abmessungen der unteren Gehäuseschale 19 sind etwasgrößer als die der oberen Gehäuseschale 20, so daß die Seitenwände der beiden Gehäuseschalen miteinander einen engen Spalt 36 bilden, der nach außen und zwar in Richtung der Schutzplatte 17 des zu schützenden Verschlußdeckels offen ist. Jedes der so durch Vereinigung der beiden Gehäuseschalen 19 und 20 gebildeten Gehäuse um-

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schließt eine wärmeisalierendö Tafel, die von Polstern aus Netzen oder Gittern 21 aus Metall gebildet ist, die in voneinander durch Zvischenbleche 22 getrennten Schichten übereinander angeordnet und im Inneren des Gehäuses 18 in geeigneter Weise zusammengedrückt sind, wobei jedoch in den Tafeln eine lufthaltige Struktur verbleibt, um einen hohen Wärmegradienten und den Schutz der Schutzplatte des Verschlußdeckels gegenüber vom Reaktorbehälter kommenden Aerosolen oder Dämpfen von flüssigem Metall zu gevährleisten. Die Gehäuse 18, welche die Polster 21 enthalten; werden unter der Schutzplatte 17 durch eine starre Metallwand 23 gehalten, die vorteilhafterveise durch eine Anordnung von nebeneinanderliegenden rechteckigen Platten 24 gebildet ist, deren Abmessungen etwas kleiner als die der Gehäuse sind und die untereinander durch Gegenplatten 25 verbunden sind, die an den Ecken von vier benachbarten Platten 24 angeordnet sind, wobei jede Gegenplatte 25 an einer Platte 24 angeschweißt ist und auf den drei anderen benachbarten Platten 24 gleiten kann.

Die starre Wand 23 ist unter den Gehäusen 18 angebracht und drückt diese von unten gegen die Deckplatte 17. Sie wird ihrerseits durch Befestigungsbolzen 26 gehalten.

Die Befestigungsbolzen 26 haben vorteilhafterweise einen hohlen Körper 28, der mit Inertgas oder Stahlwolle gefüllt ist und dessen eines Ende 29 mit der schutzplatte 17 fest verbunden, beispielsweise an dieser angeschweißt ist. Die Körper dieser Bolzen gehen durch in den Gehäusen 18 vorgesehene Bohrungen 27« Ferner weist der Hohlkörper 28 jedes Bolzens an seinem gegenüberliegenden Ende einen flachen Stopfen 30 auf, der außerhalb des Hohlkörpers 28 eine mit Gewinde versehene .axiale Verlängerung 31 besitzt, die nach Durchtritt durch die starre Metallwand 23 und die gegenüberliegende Plat-

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te 24 mit einer Blockierungsmutter 32 zusammenwirkt. Vorzugsweise ist diese Mutter unterhalb der Metallwand 23 durch eine unter der entsprechenden Platte 24 angeschweißte Kappe 33 geschützt· Schließlich ist zur Abdichtung des Bolzens 26 beim Durchtritt durch jedes Gehäuse 19 eine Metalldichtung 34 vorgesehen, die vom ebenen Stopfen 30 getragen ist und beim Anziehen der Mutter 32 gegen den Boden der unteren Gehäuseschale 19 angedrückt wird. Gegendichtungen 35 in Form von Metallplättchen sind außerdem im Bereich der Verbindungsgegenplatten 25 zwischen den Platten 24 und dem Boden der Gehäusehälften 19 benachbarter Gehäuse 18 vorgesehen«

Die jeweilige Höhe der Gehäuse und Spannbolzen ist selbstverständlich der Dicke der im Inneren der Gehäuse angeordneten Polster aus Metallnetzen angepaßt, so daß durch Anziehen der Muttern der Bolzen der Grad des Zusammenpressen der Polster eingestellt und egalisiert werden kann, um eine starr und fest gegen die Schutzplatte des Verschlußdeckels gehaltene Anordnung zu bilden, τ/elche den Verschlußdeckel an jedem Punkt unabhängig vom Betriebszustand des Kernreaktors, ob Normalbetrieb oder bei Notabschaltungen und plötzlicher Temperaturerhöhung des flüssigen Metalls im Reaktorbehälter zu schützen. Die Gehäuse sind so angeordnet, daß zwei benachbarte Gehäuse durch einen Kapillarspalt 37 getrennt sind.

Bs ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die Dämpfe oder Aerosole von Natrium, die in den Kapillarspalt 37 gewandert sind, sich dort kondensieren und eine Flüssigmetalldichtung und anschließend eine Dichtung von erstarrtem Metall bilden, je nach der Temperatur des betrachteten Niveaus. Der in Richtung auf die Schutzplatte des zu schützenden Verschlußdeckels, d.h. zum kalten Bereich hin offene Kapillarspalt 36 befindet sich hinsichtlich der Wanderung der Nat-

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riumaerosole stromabvärt3 vom Spalt 37 und enthält daher je nach den in dem kalten Bereich erreichten Temperaturen entweder kein Nattrium oder eine Dichtung von erstarrtem Natrium. Die relative Anordnung der Spalte 37 und 36 verhindert also die Wanderung von Natrium in das Innere der Metallpolster 21 und erhält damit die Wärmeisolationswirkung selbst bei langer Gebrauchsdauer im remreaktor.

Vorzugsweise sind schließlich diese Polster aus Metallnetzen aus Drähten hergestellt, deren Durchmesser im beschriebenen und dargestellten Ausführuiigsbeispiel 0,4 mm beträgt, während die Dicke jedes der Polster in den Gehäusen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zwischenblechen etwa 60 mm beträgt und etwa 88 übereinanderliegend de Metallnetze aufweist.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch Abwandlungen. Besonders können die Gehäuse, welche die die gesamte Fläche der Deckplatte des Verschlußdeckels überdeckenden Polster von Metallnetzen enthalten, statt durch die beispielsweise erwähnten Bolzen durch andere Mittel an dieser Deckplatte gehalten werden und besonders durch Auflagereifen in den senkrechten Teilen des Verschlußdeckels im Bereich der in diesen vorgesehenen Durchführungen blokkiert sein.

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Claims

Patentansprüche

. 1J Wärmedämravorrichtung fUr einen Verschlußdeckel eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, wobei der Verschlußdeckel eine Deckplatte aus Metall aufweist, gegen deren Fläche die Wärmedämmvorrichtung anliegt, die eine Anordnung von Tafeln aufweist, die jede aus einem Polster von übereinanderangeordneten und sich parallel zu dem mit einer Wärmeisolation zu versehenden Verschlußdeckel erstreckenden Netzen oder Gittern aus Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tafel in ein Gehäuse (18) eingeschlossen ist, das gegen den Verschlußdeckel (9) gehalten und aus zwei ineinandergesetzten quaderförmigen Gehäuseschalen (19,20) aus Metall gebildet ist, von denen die untere Gehäuseschale (19) etwas größere Abmessungen als die obere Gehäuseschale (20) aufweist, wobei die Gehäuse nebeneinanderliegend gegen die Fläche des Verschlußdeckels gehalten sind, so daß sie eine kontinuierliche Verkleidung bilden, und wobei die einander gegenüberliegenden Seitenwände zweier Gehäuseschalen miteinander einen engen Spalt (36) begrenzen und die benachbarten Gehäuse (18) ebenfalls durch einen engen Spalt (37) getrennt sind und diese Spalte (36,37) Kapillardichtungen bilden»

2, Wärmedämmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den nebeneinanderangeordneten Gehäusen (18) gebildete durchgehende Verkleidung zwischen der Deckplatte (17) des Verschlußdekkels (9) und einer Schutzwand (23) aus Metall angebracht ist, welche die Gehäuse (18) mittels Befestigungsbolzen (26) gegen die Deckplatte (17) andrückt, wobei die Befestigungsbolzen durch die Metallv/and und die Gehäuse geführt sind und mit einem ihrer Enden (29) fest mit der Deckplatte(17) verbunden sind und jeder Bolzen (26) an

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seinem gegenüberliegenden Ends ein Gewinde (31) aufweist, das mit einer die Metallwand (23) einspannenden Blockierungssiutter (32) zusammenwirkt.

3. Wärmedämmvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolzen (26) einen hohlen Körper (28) aufweist, der mit einem Ende (29) an der Deckplatte (17) des Verschlußdeckels (9) angeschweißt und am gegenüberliegenden Ende durch einen ebenen Stopfen (30) verschlossen ist, der sich in einem axialen Gewindezapfen (31) fortsetzt und außerhalb des hohlen Körpers (28) mit einer Metalldichtung (34) versehen ist, welche gegen den Boden der einen Gehäuseschale (19) des Gehäuses (18) drückt.

4» Wärmedämmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwand (23) aus einer Anordnung benachbarter Platten (24) besteht, die untereinander durch Gegenplatten (25) vereinigt sind, welche unterhalb der Ecken von vier benachbarten Platten (24) angeordnet sind, wobei jede Gegenplatte (25) an einer Platte (24) angeschweißt ist und auf den anderen drei Platten (24) verschiebbar ist.

5« Wärmedämmvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdeckplättchen (35) zwischen der Metallwand (23) und den Gehäusen (19) im Bereich der verbindenden Gegenplatten (25) zwischen den Platten (24) und dem Boden der Gehäusehälften (19) des Gehäuses (18) angeordnet ist.

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