DE2618751A1 - Waermeschutzeinrichtung fuer reaktorbehaelter-verschlussdeckel - Google Patents
Waermeschutzeinrichtung fuer reaktorbehaelter-verschlussdeckelInfo
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Description
8000 München 22
Tel. (O89) 2272O1 /227244/295910
Telegr. Allpatent München Telex 522O48
410-25.525P
28. 4. 1976
Commissariat ä I1Energie Atomique, Paris (Frankreich)
WärmeSchutzeinrichtung für Reaktorbehälter-Verschlußdeckel
Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutzeinrichtung
des Verschlußdeckels eines Kernreaktor-Reaktorbehälters. Insbesondere bezweckt die Erfindung, die vor allem für
schnelle Kernreaktoren bestimmt ist, den Wärmeschutz des Verschlußdeckels eines Kernreaktors, der den das Kühl-Flüssigmetall
enthaltenden Reaktorbehälter abschließt, gegenüber dem Inertgas, im allgemeinen Argon, das das
Flüssigmetall überlagert.
410-(B5613.3)-MaSl
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Üblicherweise besteht ein solcher Verschlußdeckel aus einer horizontalen Betonplatte, bei der die mit
dem Inertgas in Berührung stehenden Wände mit einem Metallblech bedeckt sind und die mit einem Wasser-Kühlkreislauf
versehen ist.
Herkömmliche Einrichtungen zum Wärmeschutz des Verschlußdeckels eines Kernreaktors sind bei Hochleistungs-Kernreaktoren
nachteilig nur äußerst schwierig betreibbar.
Wenn beispielsweise der Schutz des Verschlußdeckels durch ein dickes Dach erreicht ist, das unter dem Verschlußdeckel
angeordnet und am Oberteil des Reaktorbehälters eingefügt ist, rufen Wärmedehnungen bzw.
Wärmespannungen, die durch Reaktorzustandsanderungen
hervorgerufen sind, im Befestigungs- bzw. Verbindungsbereichs des Daches am Reaktorbehälter erhebliche mechanische
Beanspruchungen hervor.
Wenn andererseits zum Schutz des Verschlußdeckels eines Kernreaktors, deren Unterwand mit einem metallischen
Wärmedämmstoff in mehreren Schichten bedeckt ist,, die Räume begrenzen, in denen das überlagernde Gas,
vermischt mit Natriumdampf, eingeschlossen ist, ist es erforderlich* einen sehr kostspieligen Sonderwerkstoff
zu verwenden, der sich befriedigend gegenüber einem mit Natriumdampf beladenen Inertgas verhält. Darüber
hinaus ist es bei einer derartigen Ausführung unmöglich, zu verhindern, daß feste Teilchen des kalten Natriums
oder der Oxide den Wärmedämmstoff verstopfen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeschutzeinrichtung des Verschlußdeckels eines Kernreaktor-Reaktorbehälters
anzugeben, die diese Nachteile ver-
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meidet und einen ausreichenden Schutz des Verschlußdeckels auf einfache und zuverlässige Weise erreicht,
ohne hohe AusfUhrungskosten nach sich zu ziehen.
Die Aufgabe wird bei einer Wärmeschutzeinrichtung des Verschlußdeckels eines Kernreaktor-Reaktorbehälters
gegenüber einem das Primärfluid des Reaktorbehälters überlagernden heißen Gas, wobei die das Gas berührenden
Wände des Verschlußdeckels von einem Metallblech am Rand des Verschlußdeckels, kurz Rand-Blech,, bedeckt
sind, und wobei der Verschlußdeckel dem Reaktorbehälter gegenüberliegend eine vertikale Wand besitzt und einerseits
einen Zentraldurchtritt für ein System von drehbaren Verschlüssen und andererseits um diesen Durchlässe
für Wärmetauscher und Pumpe aufweist, erfindungsgemäß dadprch gelöst, daß eine ziemlich dünne ringförmige
Metallplatte horizontal unter dem Verschlußdeckel angeordnet ist, mit Öffnungen gegenüber den Durchlässen
versehen ist und mit dem Rand-rElech des Verschlußdeckels
ein Inertgas einschließende geschlossene Räume bildet, daß der Innenrand der Metallplatte, der durch den
Zentraldurchtritt gebildet ist, mit dem Rand-Blech des Verschlußdeckels dicht verbunden ist, daß der Außenrand
der Metallplatte, der durch die vertikale Wand des Verschlußdeckels gebildet ist, durch Verbindungsglieder mit
großem Krümmungsradius mit den Rand-Blech des Verschlußdeckels dicht verbunden ist, und daß die freien Ränder,
die in der Metallplatte durch die Öffnungen begrenzt sind, mit dem Rand-Blech des Verschlußdeckels mittels eines
Dichtrings verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Verbindung des Außenrands der Metallplatte durch Verbindungsglieder mit großem Krümmungsradius
kann dabei entweder direkt mit dem Rand-Blech des Verschlußdeckels erfolgen oder mit dem Ober-
teil des Reaktorbehälters oder einer den Reaktorbehälter schützenden und zu diesem konzentrisch angeordneten
Schirmwand oder am Unterende einer zum Reaktorbehälter konzentrischen Hülse. Die großen Krümmungsradien erlauben
dabei die Kompensation von infolge von Betriebszustandsänderungen des Reaktors auftretenden horizontalen Dehnungen
der Metallplatte, die ein biegsames oder elastisches Dach bildet, um Beanspruchungen in den ■Verbindungsbereichen dieses Daches zu begrenzen. Darüber hinaus enthalten
die Dichtringe, die die in der Metallplatte durch die öffnungen begrenzten Ränder mit dem Metallblech des
Verschlußdeckels verbinden, vorteilhaft mindestens einen Dehnungs-Balg.
Bei der Erfindung ist vorteilhaft zur Vervollständigung des Wärmeschutzes des Verschlußdeckels ein Wärmedämmstoff
vorgesehen, der an den Flächen des Metallblechs am Rand des Verschlußdeckels gegenüber der ringförmigen
Metallplatte vorgesehen ist, um die Kalorien oder Wärmemengen besser zu verteilen, die an der Gesamtheit der
Kühlkanäle abgeführt werden, die im Beton des Verschlußdeckels
angeordnet sind.
Unabhängig von der Art der Verbindung des Außenrands der ringförmigen Metallplatte am Verschlußdeckel kann die
erfindungsgemäße Wärmeschutzeinrichtung gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel ein Feld oder eine Füllwand oder -platte aufweisen, die durch die Seitenwand
eines Kegelstumpfes gebildet ist, der unter der ringförmigen Metallplatte so angeordnet ist, daß der größte
Abschnitt des Kegelstumpfes mit einem kleineren Durchmesser als der Reaktorbehälter den freien Rand unterhalb
des Feldes begrenzt, getragen von Verlängerungen der Dichtringe unterhalb der ringförmigen Metallplatte.
Der untere freie Rand des Feldes ist als Ablaufrinne ausgebildet, in die mindestens ein Rohr mündet,
das in das Primärfluid des Reaktorbehälters eintaucht.
Durch das Feld ist die ringförmige Metallplatte vor thermischer oder Wärmestrahlung von der Oberfläche des
Flüssignatriums im Reaktorbehälter schützbar.
Vorteilhaft ist die ringförmige Metallplatte bei der Erfindung höchstens 25 mm dick. Der Wärmedämmstoff
ist vorteilhaft zwischen 2,5 und 5 cm dick, während das
Feld vorteilhaft eine Dicke von etwa 10 mm aufweist.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch im Querschnitt den Oberteil eines flüssigmetallgekühlten Kernreaktors, dessen
Beton-Verschlußdeckel durch die Erfindung geschützt ist,
Fig. 2 schematisch vergrößert die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung unter Darstellung dreier
Ausführungsbeispiele der Verbindung des Außenrands der Metallplatte sowie von vorteilhaften
Zusatzeinrichtungen,
Fig. 3 schematisch vergrößert ein viertes Ausführungsbeispiel der Verbindung des Außenrands der
Metallplatte der erfindungsgemäßen Einrichtung.
In Fig. 1 enthält ein Haupt-Reaktorbehälter 1 eines Schnellneutronenreaktors oder schnellen Reaktors ein Kühl-Flüssigmetall,
insbesondere Natrium,· in das der Kern J5 des Reaktors eingetaucht ist, wobei das Kühl-Flüssig-
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-S-
metall im Reaktorbehälter 1 den Pegel 5 erreicht und
mit einer Schicht aus Inertgas 7 überlagert ist, das im allgemeinen durch eine Argonmenge gebildet ist.
Der Haupt-Reaktorbehälter ist, ebenso wie ein diesen umgebender Sicherheitsbehälter 9 innerhalb eines äußeren
Schutzgehäuses 11 angeordnet, das am Oberteil eine große öffnung 1J5 aufweist, in der ein Verschlußdeckel 15 befestigt
ist. Der Verschlußdeckel 15 enthält einerseits
einen Durchtritt 17 zur Anordnung eines Systems 19 mit zwei drehbaren Verschlüssen, wobei das System 19 durch
einen Wärmedämmstoff 21 geschützt ist, und andererseits Durchlässe 23 zur Befestigung von Geräten 25, wie beispielsweise
Pumpen oder Wärmetauscher des Reaktors. Darüber hinaus ist der Verschlußdeckel I5, der durch
eine horizontale Betonplatte gebildet ist, an seinen mit der Schicht aus Inertgas 7 in Berührung stehenden
Wänden durch ein Metallblech 27 bedeckt und ist nahe dem Metallblech 27 mit im Beton angeordneten Kühl-Kanälen
28 versehen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der Verschlußdeckel 15 thermisch geschützt oder wärmegeschützt durch
eine ringförmige Platte 29, die im Gegensatz zu herkömmlichen
Wärmeschutzeinrichtungen mit dickem Dach als nachgiebiges oder elastisches Dach bezeichnet werden
kann. Die erfindungsgemäße ringförmige Platte 29 mit
vorteilhaft einer Dicke zwischen 15 und 25 mm ist horizontal unter dem Verschlußdeckel I5 angeordnet.
In der Platte 29 sind mit jedem der Durchlässe 23
korrespondierendeÖffnungen 31 angebracht.
Weiter ist, wie aus Fig. 1 zu ersehen, der kreisförmige
Innenrand 33 der Platte 29 mit dem Metallblech 27, das den Verschlußdeckel 15 berandet, mittels einer
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ringförmigen vertikalen Dicht-Hülse, kurz Dichtring 35,
verbunden, wobei der Innenrand 33 mit dem Dichtring 35
durch ein Profil 36 mit großem Krümmungsradius verbunden
ist. Andererseits ist auch der freie Rand 37 der Platte 29,
der durch eine Öffnung J>\ begrenzt ist, ebenso mit dem Metallblech 27 mittels eines Dichtrings 35 verbunden.
In Fig. 1 ist lediglich ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der ringförmige Außenrand 39 der Platte
29 direkt mittels eines Profils 40 mit großem Krümmungsradius mit dem Metallblech 27 verbunden ist.
Gemäß der Erfindung begrenzt die ringförmige Platte 29 oder das Dach mit den Wänden des Verschlußdeckels I5
geschlossene Räume 4l, in denen eine Menge eines neutralen Gases, beispielsweise Argon, eingeschlossen ist.
Auf diese Weise bildet sich während des Betriebs des Reaktors zwischen der Platte 29 und dem den ■Verschlußdeckel
15 berandenden Metallblech,, kurz Rand-BIeeh. 27,
ein Thermosiphon aus Argon, wodurch die Abfuhr von durch das Argon in Kontakt mit der Platte 29 gespeicherten
Wärmemengen mittels des Kühlkreislaufes möglich ist.
In Fig. 2, in der gleiche Bezugszeichen verwendet sind, ist ein Teil der erfindungsgemäßen ringförmigen
Platte 29 dargestellt, das sich ausgehend von dem Haupt-Reaktorbehälter 1 erstreckt, der im Inneren durch eine
zylindrische Schirmwand 43 geschützt ist, jenseits einer der Öffnungen 3I·
Bei A sind drei mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Verbindung des Außenrands 39 der ringförmigen
Platte 29 dargestellt, wobei der Außenrand 39 mittels einer Verbindung bzw. einem Profil 40 mit großem
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Krümmungsradius entweder an der Schirmwand 33 oder am Haupt-Reaktorbehälter 1 oder direkt mit dem Metallblech
27 verbunden werden kann.
Bei allen diesen Möglichkeiten der Verbindung ist sichergestellt, daß Natriumdämpfe nicht in den Raum 4l
eindringen können.
In Fig. 2 ist weiter dargestellt, daß die vertikalen
Dichtringe 35* mittels denen der freie Rand 37 der Platte
29 mit dem Metallblech 27 im Inneren eines Durchlasses verbunden ist, Dehnungsbälge 25 enthält, die eine Begrenzung
mechanischer Beanspruchungen ermöglicht, die durch Dehnungen oder Spannungen hervorgerufen sind, die
während der Betriebszustandsänderungen des Reaktors auftreten.
Schließlich ist in Fig. 2 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Füllwand oder
-platte oder ein Feld 47 dargestellt, das durch die Seitenwand eines unter der Platte 29 so angeordneten
Kegelstumpfes gebildet ist, daß der untere freie Rand 49
des Feldes 47 dem größtem Querschnitt des Kegelstumpfes entspricht, dessen Durchmesser kleiner als der der Schirmwand
43 ist.
Das Feld 47, das vorzugsweise etwa 10 mm dick ist, weist Öffnungen 51 auf, an deren Rand es durch Verlängerungen
53 der Dichtringe 35 unter der Platte 29 getragen oder gehaltert ist.
Entlang des freien Randes 49 ist eine Ablaufrinne ausgebildet, in die ein Rohr 57 mündet, das in das Flüssigmetall
des Reaktorbehälters 1 eintaucht.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein leichter oder dünner
Wärmedämmstoff 59, vorzugsweise zwischen 2,5 und 5 cm dick, am Metallblech 27 gegenüber der Platte 29 angebracht,
wodurch die Wärmemengenabfuhr vom in den Räumen 41 eingeschlossenen Argon mittels der Kühlkanäle 28
des Verschlußdeckels 15 gefördert wird.
In der Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen wie
in den Fig. 1 und 2 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Außenrand 59 der
ringförmigen Platte 29 an der Stelle A mit dem Rand-Blech 27 des Verschlußdeckels 15 mittels einer Hülse 6l
verbunden ist, wobei der Außenrand 39 mit der Hülse 6l
durch ein Profil 40 mit großem Krümmungsradius verbunden ist.
Aus Fig. 3 isfc weiter entnehmbar, daß ein Wärmedämmstoff
63 vorteilhaft zwischen der vertikalen Wand des Verschlußdeckels 15 und der Hülse 6l angeordnet
werden kann, um die Bildung eines Argon-Thermosiphons
zwischen der Wand 65 und der Hülse 6l zu verhindern,
um dadurch den von der Hülse 6l auszuhaltenden Wärmegradienten
zu verringern. Unter Bezug auf die Fig. 1 ist feststellbar, daß für einen gemäß der in den Fig.
2 und 3 dargestellten Erfindung bzw. deren Ausführungsbeispiele ausgeführten Reaktor, dessen Verschlußdeckel
einen Durchmesser D von ca. 20 m besitzt, der Schutz des Verschlußdeckels 15 durch eine ringförmige Platte
29 mit einer Größe 1 von ca. 4 m gesichert werden kann, wobei die Verbindungen durch Profile 36 und 40 gebildet
sind, deren Krümmungsradius etwa 1,5 m beträgt.
Derartige Verbindungen für eine ringförmige Platte 29 dieser Größe ermöglichen die ausreichende Begrenzung
von Beanspruchungen, die durch Dehnungen hervorgerufen
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werden, die während Betriebszustandsänderungen des
Reaktors auftreten.
Beispielsweise treten bei Temperaturen des Natriums von 250 0C, 530 0C oder 700 0C Temperaturen entlang der
ringförmigen Platte 29 von l40 0C, 295 °C bzw. 4-95 0C
mit dem Wärmedämmstoff 59 und ohne dem Feld 1Vf auf.
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Claims (13)
- Ansprücheί 1.J Wärmeschutzeinrichtung des Verschlußdeckels eines Kernreaktor-Reaktorbehälters gegenüber einem das Primärfluid des Reaktorbehälters überlagernden heißen Gas, wobei die das Gas berührenden Wände des Verschlußdeckels von einem Metallblech am Rand des Verschlußdeckels bedeckt sind, und wobei der Verschlußdeckel dem Reaktorbehälter gegenüberliegend eine vertikale Wand besitzt und einerseits einen Zentraldurchtritt für ein System von drehbaren Verschlüssen und andererseits um diesen Durchlässe für Wärmetauscher und Pumpen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine ziemlich dünne ringförmige Metallplatte(29) horizontal unter dem Vejjschlußdeckel (15) angeordnet ist, mit öffnungen01) gegenüber den Durchlässen (23) versehen ist, und mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) ein Inertgas einschließende geschlossene Räume(41) bildet,daß der Innenrand (33) der Metallplatte (29), der durch den Zentraldurchtritt (17) gebildet ist, mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) dicht verbunden ist,daß der Außenrand der Metallplatte (29), der durch die vertikale Wand des Verschlußdeckels (I5) gebildet ist, durch Verbindungsglieder (Profil 40) mit großem Krümmungsradius mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) dicht verbunden ist, unddaß die freien Ränder (37), die in der Metallplatte (29) durch die öffnungen (3I) begrenzt sind, mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (I5) mittels eines Dichtrings (35) verbunden sind.609847/03 0
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand (39) der ringförmigen Metallplatte (29) direkt mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) verbunden ist.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand (39) der ringförmigen Metallplatte (29) mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) über das Oberteil des Reaktorbehälters (1) verbunden ist.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand (39) der ringförmigen Metallplatte (29) mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) über das Oberteil einer zum Haupt-Reaktorbehälter (l) konzentrischen und in ihm angeordneten Schirmwand (43) verbunden ist.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand (39) der ringförmigen Metallplatte (29) mit dem Unterende einer zum Haupt-Reaktorbehälter (l) konzentrischen Hülse (6l) verbunden ist (Fig. 3) ·
- 6. Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülse (6l) und der vertikalen Wand (65) des Verschlußdeckels (I5) ein Wärmedämmstoff (63) angeordnet ist.
- 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (33) der ringförmigen Metallplatte (29) mit dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) mittels eines Verbindungsglieds (Profil 36) mit großem Krümmungsradius und mittels eines Dichtrings (35) verbunden ist.
- 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (35), die die freien Ränder (37) der Öffnungen (31) verbinden und die in der Metallplatte (39) bei dem Rand-Blech (27) des Verschlußdeckels (15) begrenzt sind, mindestens einen Dehnungs-Balg (45) aufweisen.
- 9· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Rand-Blechs (27) des Verschlußdeckels (15) gegenüber der ringförmigen Metallplatte (29) mit einem Wärmedämmstoff (59) bedeckt ist.
- 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Feld (47), das durch die Seitenwand eines Kegelstumpfs gebildet ist, dessen größter Abschnitt, mit kleinerem Durchmesser als der Reaktorbehälter (l), den unteren freien Rand (49) des Feldes (47) begrenzt, wobei das Feld (47) von Öffnungen (51) gegenüber denen der ringförmigen Metallplatte (29) durchsetzt ist und wobei das Feld (47) entlang der Öffnungen (31, 51) mittels Verlängerungen (52) unter der ringförmigen Metallplatte(29) von den Dichtringen (35) gehalten ist.
- 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld (47) eine Ablaufrinne (55) entlang seinem unteren freien Rand (49) aufweist, in die mindestens ein Rohr (57) mündet, das am anderen Ende in das im Reaktorbehälter (1) enthaltene Primärfluid eintaucht.
- 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Metallplatte (29) höchstens 25 mm dick ist.
- 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedämmstoff (59) von 2,5 bis 5 cm dick ist.6 09847/0308
1l4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis Ij5, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld (47) ca. 10 mm dick ist.609847/0308
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