DE2535729A1

DE2535729A1 - Bodenkuehler fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE2535729A1
Application number: DE19752535729
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Ing Gra Friedrich
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1975-08-11
Filing date: 1975-08-11
Publication date: 1977-02-24
Also published as: JPS6055797B2; US4072561A; FR2321175B1; DE2535729C2; FR2321175A1; GB1510604A; JPS5222696A

Description

Go/Cz 24.3OO.8 6.8.1975

INTERATOM 25357^9

Internationale Atomreaktorbau GmbH 5o6 Bensberg

Bodenkühler für Kernreaktoren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für die Bodenwanne eines Flüssigmetall-gekühlten Kernreaktors, die bei einem hypothetischen Störfall den schmelzenden Reaktorkern aufnehmen soll. In einem solchen Fall soll der geschmolzene Brennstoff zunächst durch die Anordnung eines zentralen Kegels in einer Wanne aus hoch hitzebeständigem Material derart verteilt werden, daß er keine kritische Masse bilden kann. Außerdem muß durch eine geeignete Kühlvorrichtung sichergestellt werden, daß der Brennstoff, der ja weiterhin Wärme freisetzt, nicht durch die Bodenwanne hindurch schmilzt. Diese Kühlvorrichtung muß nicht nur die über den Querschnitt sehr wahrscheinlich ungleichmäßig anfallende Wärme sicher abführen, sondern auch sicherstellen, daß die Bodenwanne nicht durch Wärmespannungen beschädigt wird, und daß die Betonstruktur unterhalb dieser Bodenwanne keine unzulässig hohen Temperaturen annimmt. Da diese Kühlvorrichtung nach Inbetriebnahme des Reaktors nicht mehr oder nur mit großem Aufwand zugänglich ist, muß sie redundant ausgeführt werden, so daß Undichtigkeiten oder Verstopfungen in einzelnen Rohren nicht zu einem Ausfall der gesamten Vorrichtung führen können.

Aus allen diesen Gründen ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung für die Bodenwanne eines natriumgekühlten Brutreaktors mit einem über den Umfang annähernd gleichmäßigen und in radialer Richtung stetigen Temperaturprofil.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß unterhalb

er Bodenwanne an ihrem Umfang mindestens je ein ringförmiges Verteiler- bzw. Sammelrohr angeordnet ist, und diese durch zahlreiche parallelgeschaltete evolventenförmig zur Mitte der Bodenwanne hin verlaufende Haarnadelrohre miteinander verbunden sind. Da diese parallelgeschalteten und evolventenförmig gebogenen Haarnadelrohre alle von gleicher Länge sein können, ist gewährleistet, daß sie auch ohne besondere und unterschiedlich einstellbare Drosseleinrichtungen alle den gleichen Druckverlust aufweisen und damit auch die gleiche Wärme abführen können. Aufgrund der evolventenförmigen Anordnung haben benachbarte Kühlrohre jeweils konstante Abstände voneinander, so daß in Umfangsrichtung keine wesentlichen Temperaturdifferenzen auftreten können. In radialer Richtung entsteht ein Profil von nach innen allmählich abnehmender Temperatur. Durch dieses radiale Temperaturgefälle entstehen in der Bodenwanne erwünschte radiale Zugspannungen, die einer durch vertikale Temperaturgradienten verursachten Verformung des Wannenbodens entgegenwirken. Unter der Mitte der Bodenwanne entsteht bei evolventenförmiger Anordnung derKühlrohre aus geometrischen Gründen ein kleiner kreisförmiger Bereich, der nicht von Kühlrohren durchsetzt ist. Da die Mitte einer solchen Bodenwanne aber durch einen besonderen Kegel aus einem hochhitzebeständigen Material geschützt ist, kann man die Kühlung in diesem kleinen Bereich vernachlässigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die annähernd evolventenförmig verlaufenden Haarnadelrohre in einer unteren Ebene von dem ringförmigen Verteilerrohr zur Mitte hin und in einer oberen Ebene von der Mitte wieder zum außenliegenden ringförmigen Sammelrohr verlaufend angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird durch das mit geringer Temperatur eintretende Kühlmedium die Temperatur der Betonstruktur unterhalb, der Bodenwanne auf einen für diesen Beton zulässigen Wert begrenzt.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Rückleitung eines evolventenförmig gebogenen Haarnadelrohres von der Mitte zum außenliegenden Sammelrohr jeweils über der entsprechenden Hinleitung vom außenliegenden Verteilerrohr zur Mitte angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird einerseits die Montage der bereits fertig gebogenen Haarnadelrohre erleichtert und andererseits bleiben zwischen den einzelnen Haarnadelrohren ebenfalls evolventenförmige Zwischenräume, in denen entsprechend geformte Stützstege für die Bodenwanne angeordnet werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jeweils zwei oder mehrere hydraulisch voreinander getrennte Samme1- bzw, Verteilerrohre vorhanden sind und daß die zu diesen getrennten Sammel- und Verteilerrohren gehörenden Haarnadelrohre am Umfang abwechselnd verlegt sind. Wenn also am Umfang abwechselnd benachbarte Rohre zu getrennten Kühlanordnungen gehören, ist gewährleistet, daß auch bei Ausfall einer Kühlanordnung die Wärme abgeführt werden kann, ohne daß die zulässigen Temperaturen und Temperaturdifferenzen überschritten werden. Dabei wird vorausgesetzt, daß beispielsweise bei zwei getrennten Systemen eines ausreichen würde, um die Wärme abzuführen.

Die Figuren 1-4 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Figur 1 zeigt in scrfmatischer Darstellung einen senkrechten Schnitt durch Reaktor, Bodenwanne und Kühlvorrichtung.

Figur 2 zeigt in einer Ansicht von oben die evolventenförmige Anordnung einiger Kühlrohre sowie ihre Verbindung mit den ringförmigen Sammler-bzw. Verteilerrohren.

Figur 3 zeigt im größeren Maßstab und in einem waggerechten Schnitt durch die U-förmigen Enden der Haarnadelrohre einen Ausschnitt aus der Mitte der Kühlvorrichtung.

Figur 4 zeigt ebenfalls in einer Ansicht von oben, aber in einem anderen Maßstab die Zu- bzw. Abführungsleitungen für die Verteiler- bzw. Sammelrohre der Kühlvorrichtung.

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In Figur 1 ist der REaktorkern 1 eines natriumgekühlten schnellen Brutreaktors von ca. 2ooo MW in einem Reaktorbehälter 2 und dieser !Wiederum in einem Doppeltank 3 angeordnet, der über eine konische Abstützung 4 von einem Betonfundament 5 getragen wird. Innerhalb der konischen Abstützung 4 ist eine metallische Bodenwanne 6 angeordnet, die mit einem hoch temperaturbeständigem Material 7 ausgekleidet ist und die in der Mitte einen flachen Kegel 8, ebenfalls aus einem hoch temperaturbeständigen Material, aufweist, der bei einem hypothetischen Störfall den durch Reaktorbehälter 2 und Doppeltank 3 hindurch schmelzenden Reaktorkern 1 derart auf die Bodenwanne 6 verteilen soll, daß keine kernpysikalisch kritische Masse an Spaltstoff entsteht. Die Bodenwanne 6 wird getragen von zahlreichen metallischen Stegen 9, die sich auf dem ebenfalls metallischen Boden 1o einer Natriumauffangwanne 12 abstützen. Diese Natriumauffangwanne 12 soll bei einem hypothetischen Störfall das aus dem Doppeltank 3 austretende Natrium auffangen und ist daher an ihrer Innenseite mit einem Isoliermaterial ausgekleidet, das notfalls die Temperatur des siedenden Natriums von ca. 88o C. verträgt und diese Temperatur im Bereich der Natriumauffangwanne 12 auf eine für Stahl zulässige Temperatur von ca. 6oo° C. reduziert. Unterhalb der Bodenwanne sind zahlreiche in der Draufsicht evolventenförmige Haarnadelrohre 14 angeordnet, deren eines Ende je\veils an ringförmige Verteilerrohre 15 bzw. 23 und deren anderes Ende an ringförmige Sammelrohre 16 bzw. 22 angeschlossen ist. Bei dem hypothetischen Störfall wird angenommen, daß der Raum unterhalb der Bodenwanne 6 mit flüssigem Natrium angefüllt ist, sodaß ein ausreichender Wärmeübergang von der Bodenwanne 6 zu den Haarnadelrohren 14 gewährleistet ist, die über eine Zuleitung 17 und eine Ableitung 18 mit einem nicht näher dargestellten Wärmetauscher verbunden sind, der beispielsweise mit einem Gemisch aus Natrium und Kalium gefüllt ist und der bei dem hypothetischen Störfall eine Wärmemenge von ca. 4 MW an die Umgebungsluft abgeben kann. Der Boden 1o ist mit einem wärmeleitenden Granulat 19 bedeckt, um ihn vor einem direkten Kontakt mit dem heißen Natrium zu schützen. Auch der untere Bereich der Natriumauffangwanne 12 ist bis zur konischen Abstützung 4 mit diesem Granulat 19 gefüllt, um den

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Wärmeübergang vom heißen Natrium zu den in diesem Bereich verlegten Leitungen 17 und 18 in kontrollierter Weise zu begrenzen und um einen stetigen Temperaturverlauf zwischen Boden 1o und Natriumauffangwanne 12 sicherzustellen.

In Fig/ur 2 sind an dem ringförmigen Sammelrohr 16 zahlreiche dünnere evolventenförmig gebogene Haarnadelrohre 14 angeschlossen, deren anderes Ende an einem genau unter dem Sammler 16 angeordneten ringförmigen Sammler 15 angeschlossen sind, der in Figur 1 dargestellt ist. Das eintretende Kühlmittel strömt durch die Zuführung 17 und durch das unten liegende Verteilerrohr und von da aus durch alle parallelgeschalteten evolventenförmig gebogenen Haarnadelrohre 14 zur Mitte, wird dort in eine etwas höher liegende Ebene umgelenkt und kehr ebenfalls evolventenförmig zu den oberen Sammelrohr 16 zurück und fließt durch die Austrittsleitung 18 zu einem nicht näher gezeigten Wärmetauscher. Die ringförmigen Sammel- bzw. Verteilerrohre 16 und 15 sind in diesem Beispiel jeweils in gleicher Ebene von einem weiteren Sammel- bzw. Verteilerrohr 22 bzw. 23 umgeben, die ebenfalls durch zahlreiche parallelgeschaltete evolventenförmig gebogene Haarnadelrohre 21 verbunden sind. Die zu verschiedenen Sammel- bzw. Verteilerrohren gehörigen Haarnadelrohre 14 und 21 sind jeweils abwechselnd angeordnet, sodaß bei Ausfall des einen Rohrsystems dennoch die Wärme gleichmäßig über den Umfang verteilt abgeführt werden kann.

Figur 3 zeigt die Anordnung der U-förmig gebogenen Enden der Haarnadelrohre 14 und 21 in der Mitte der Kühlvorrichtung. Nach jeweils vier evolventenförmig gebogenen Haarnadelrohren sind jeweils ebenfalls evolventenförmig gebogene Stege 24 angeordnet, mit denen die in Figur 1 dargestellte Bodenwanne sich auf die Bodenplatte 1o der Natriumauffangwanne 12 abstützt. Zwischen benachbarten Stegen 24 sind mit Abstand jeweils Halterungen 25 vorgesehen, auf denen die Haarnadelrohre 14 und 21 ruhen.

a / o F- :■■

Figur 4 zeigt eine Ansicht von oben auf die Sammelrohre 16 bzw. 22 mit ihren Ableitungen 18 bzw. 26, die außerhalb der konischen Abstützung 4 spiralförmig ineinander verlegt sind, einerseits um Wärmespannungen zu vermeiden und andererseits um auch an dieser Stelle genügend Kühlfläche anzuordnen. Die evolventenförmig gebogenen Haarnadelrohre sind in dieser Darstellung wegfelasseii.

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Claims

Go/Cz

SCHUTZANSPRÜCHE

Kühlvorrichtung für die Bodenwanne eines Flüssigmetallgekühlten Kernreaktors, die bei einem hypothetischen Störfall den schmelzenden Reaktorkern aufnehmen soll, dadurch gekennzeichnet,

daß unterhalb dieser Bodenwanne (6) an ihrem Umfang mindestens je ein ringförmiges Verteiler- bzw. Sammelrohr (15 bzw. 16) angeordnet ist und diese durch zahlreiche, paralellgeschaltete, evolventenförmig zur Mitte der Bodemvanne (6) verlaufende Haarnadelrohre (14) miteinander verbunden sind.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß diese Haarnadelrohre (14) in einer unteren Ebene von dem ringförmigen Verteilerrohr (15) zur Mitte hin und in einer oberen Ebene von der Mitte zu dem außenliegenden ringförmigen Sammelrohr (16) verlaufend angeordnet sind.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückleitung eines evolventenförmig gebogenen Haarnadelrohres (14) jeweils über der entsprechenden Hinleitung vom außenliegenden Verteilerrohr (15) zur Mitte angeordnet ist.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils zwei oder mehrere, hydraulisch voneinander getrennte Sammel- und Verteilerrohre (16 und 15 bzw. 22 und23) vorhanden sind, und daß die zu diesen getrennten Sammel- und Verteilerrohren gehörenden Haarnadelrohre (14) am Umfang abwechselnd verlegt sind.

ORIGINAL INSPECTED 709808/0513

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