DE2658033A1

DE2658033A1 - Brutreaktor

Info

Publication number: DE2658033A1
Application number: DE19762658033
Authority: DE
Inventors: Rene Chevallier; Michel Sauvage
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1977-07-07
Also published as: CH613298A5; SE7614632L; JPS5284391A; IT1192137B; FR2372494B2; GB1524110A; NL7614560A; FR2372494A2; US4087325A; ES454609A1

Description

Fo IO 217 D

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2. Dez, !97g

SOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES ET

MECANIQUES ALSTHOM S.A. 38, avenue Kleber, 75784 PARIS CEDEX 16, Frankreich

und

COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE

29-33, rue de la Fideration 75752 PARIS CEDEX 15 Frankreich

BRUTREAKTOR

Bei Brutreaktoren wird oft als Kühlmittel ein flüssiges Metall, beispielsweise Natrium verwendet. Dieses Natrium zirkuliert innerhalb eines Hauptbehälters zwischen einem Kern und mehreren Wärmetauschern. Der Kern befindet sich in einem Kerngefäß und der Hauptbehälter umschließt bei der sogenannten integrierten Bauweise das Kerngefäß und die Wärmetauscher. Ein bekanntes Kerngefäß besteht aus einem oberen Zylinder, dessen Durchmesser in etwa gleich dem des Hauptbehälters ist, ferner aus einem unteren Zylinder, dessen

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Durchmesser in etwa gleich dem Kerndurchmesser ist, sowie einer kegelstumpfförmigen Abtreppung, die die beiden Zylinder miteinander verbindet. Die Pumpen und Wärmetauscher werden hermetisch abgedichtet durch diese Treppung hindurchgeführt.

Angesichts der heutigen Größe der Reaktoren ergeben sich aus dieser Anordnung erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung, eine ungewisse Festigkeit gegenüber Vibration, sehr hohe Wärmebeanspruchungen.

Eine Vereinfachung dieses Aufbaus bestünde darin, demKerngefäß eine vollkommen zylindrische Form zu verleihen, wobei der Durchmesser in etwa gleich dem des Kerns ist, und die Wärmetauscher über zylindrische Kollektorbehälter zu speisen, die koaxial zu den Wärmetauschern liegen. Diese Kollektorbehälter wären über horizontale Leitungen, die gleichzeitig als mechanische und hydraulische Verbindung dienen, mit dem Innenbehälter verbunden.

Bei diesem Aufbau ergäben sich zahlreiche Vorteile : Begrenzung des Volumens und der freien Oberfläche des heißen Natriums, starke Verringerung der thermischen Strahlung zur Abdeckplatte hin, leichtere Lösungsmöglichkeiten thermischer Probleme für Einzelbehälter als für eine Abtreppung, Verringerung der auf den Hauptbehälter einwxrkenden Warmebeanspruchungen, bessere Optimierung der Durchmesser der Behälter und der Abdeckplatte, usw....

Die Schwachstelle dieser Lösung liegt bei den Verbindungen zwischen den Kollektorbehältern und dem Kerngefäß, die hohen mechanischen Kräften ausgesetzt sind (Gewicht der Kollektorbehälter und hydrostatischer Druck).

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•f.

Falls dagegen die Behälter der Wärmetauscher getrennt aufgehängt wurden (beispielsweise an der Abdeckplatte), wären diese Verbindungen großen Ausdehnungsunterschieden ausgesetzt, die den Einsatz von beweglichen Verbindungselementen (mechanische Bauteile unter Reibung beispielsweise) erfordern.

Durch die Erfindung gemäß Hauptanspruch werden die Beanspruchungen für den Fall, daß die Wärmetauscherbehälter direkt am Kerngefäß befestigt sind, verringert. Bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläuert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schnellneutronenreaktor.

Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in Vergrößerung einen axialen Schnitt durch den Anschluß eines Wärmetauschers.

Fig. 4 zeigt in einer Darstellung ähnlich der Fig. eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante.

Fig. 5 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 2 eine AusführungsVariante des Anschlusses zwischen dem Kerngefäß und den Wärmetauscherbehältern.

Der Kern 1 des erfindungsgemäßen Reaktors gemäß Fig. besitzt einen zentralen Aktivbereich 2 und einen seitlichen Brutmantel 3. Der von einem Kerngefäß 4 umschlossenen Kern

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ruht auf einem Kerngerüst 5, das seinerseits auf a auf der Innenwandung eines "Hauptbehälter" genannten Metallbehälters 7 vorhandenen Stützen 6 liegt. Den Hauptbehälter 7 umgibt außen ein zweiter Behälter 8, der Sicherheitsbehälter, und die beiden Kessel 7 und 8 hängen mit ihrem oberen Bereich unter einer Deckelplatte 9, die mit Abstützorganen 10 auf einem Tragrand 11 ruht, mit dem eine Abschirmung 12 aus den Reaktor außen umgebenden dicken Betonwänden versehen ist.

In bekannter Art un d Weise enthält die Deckelplatte 9 eine zentrale Durchlaßöffnung 13 für die Aufnahme eines Drehstopfens 14, durch den man bis zum Reaktorkern vordringen kann.

Weitere um die senkrechte Achse des Reaktorkerns herum angeordnete Öffnungen 15 sind in die Deckelplatte 9 eingearbeitet, damit Behälter 16 für die Wärmetauscher 17 und Behälter 18 für die Natriumumlaufpumpen 19 eingebaut werden können. Aus den Figuren 2 und 3 läßt sich erkennen, daß der Oberfläche des Kerngefäßes 4 und der zylindrischen Wärmetauscherbehälter 16 über ihren gesamten Umfang hinweg in Höhe der Natriumzuführungsöffnung 20 eine torische Ausbuchtung 21 und 22 verliehen ist und daß man diese Oberflächen über eine torische Oberfläche 23 miteinander verbindet.

Diese Art des direkten Anschlusses der Wärmetauscher an das Kerngefäß ohne Zwischenleitung erlaubt eine gute Verteilung der auf dem Gewicht der Wärmetauscher beruhenden Beanspruchungen .

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Die Füllhöhe des Natriums im Kerngefäß 4 wird durch Nl, die Füllhöhe im Hauptbehälter 7 durch N2 und die Füllhöhe im Wärmetauscherbehälter 16 mit N3 bezeichnet, wobei in allen drei Fällen der Raum über dem Natriumspiegel mit einer Gasschicht 40 gefüllt ist, die aus einem neutralen Gas wie beispielsweise Argon oder Helium besteht.

Das heiße Natrium tritt aus dem Kerngefäß 4 über die Öffnungen 20 »entlang dem Pfeil Fl aus, um in die Wärmetauscherbehälter 16 zu gelangen, die Wärmetauscher 17 zu durchlaufen und entlang den Pfeilen F2 abgekühlt in den Hauptbehälter zu gelangen; von dort wird das Natrium durch Pumpen 19 angesogen, die das Natrium über Kanalisierungen

31 in das Kerngefäß 4 zurückpumpen. In Fig. 3 ist ein Schild

32 gezeigt, das von der Deckelplatte 9 nach unten bis zum Natriumspiegel des Hauptbehälters 7 reicht und die Wärmestrahlung und die Wanderung von Natriumaerosolen zurückhält.

In einer Variante könnte man, wie in Fig. 5 gezeigt, der Oberfläche des Kerngefäßes 4 in Höhe der Natriumzuführungsöffnung 20 örtlich eine ausgebuchtete Form 33 und der Oberfläche der ansonsten zylindrischen Wärmetauscherbehälter 16 auf ihrem gesamten Umfang in Höhe der Natriumzuführungsöffnung eine ausgebuchtete Form 34 verleihen, wobei die Verbindung zwischen diesen Oberflächen über eine torische Fläche 35 erfolgt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, erhält man den Wärmeschild der Wärmetauscherbehälter 16 durch eine Wandung 24, die auf dem oberen Teil 25 der Wandung des Behälters 16 im außerhalb des

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Natriums liegenden Bereich, wo die Temperaturen praktisch in diesen beiden Wandungen homogen sind, befestigt wird.

Das KerngefäS 4 ist mit zwei in Abstand zueinander angeordneten Innenwandungen 27 und 28 versehen, die für seine Wärmeisolierung sorgen und auf dem Kerngerüst 5 befestigt sind, wobei die Wandung 28 mit der Wandung 24 verbunden ist und die Wandung 2? sich bis zur Verbindung zwischen dem Kern— gefäß und dem Wärmetauscherbehälter 16 erstreckt.

Der Wärmeschatz des Gesamtgebildes aus KerngefäS und den Wärmetauscherbehältern 16 wird dadurch verbessert, daß man zwischen der Wandung 28 und der Wand des KerngefäSes 4 und gleichzeitig zwischen der Wandung 24 und der Wandung des Wärmetattscherbehälters entlang den Pfeilen F abgekühltes Natrium zirkulieren läßt, indem Natrium auf die Oberseite 29 des Innenbehälters und auf die Oberseite 3O des Wärme— tauscherbehälters gegossen wird. Der Raum zwischen den Wandungen 27 und 28 steht mit, dem heißen Natrium in Verbindung«

Die Dichtheit zwischen dem heißen. Natrium und dem kalten Natrium int unteren Bereich des Reaktors wird ohne mechanischen Kontakt zwischen den verschiedenen Wandungen durch eine hYdropneumatische Dichtung im Raum oberhalb des Füllstands 37 dadurch hergestellt, daß ein neutrales Gas durch eine leitung 38 in diesen Raum gedrückt wird.

Fig« 4 zeigt eine Aus führ ungsvariante, bei der der Wärmeschutz des Wärmetauscherbehälters 16 durch die Wandung 24 erfolgt» die hermetisch abgedichtet am oberen Teil 25 der Wandung 16 des Wärmetauscherbehälters im Bereich außerhalb

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des Hatriums, wo die Temperaturen in beiden Wandungen praktisch homogen sind_F befestigt wird.

Das Kerngefäß 4 ist mit der inneren Wandung 28 versehen, die auf dem Gerüst 5 befestigt ist und mit der Wandung 24 der Wärmetauscherbehälter 16 in Verbindung steht. Der ringförmige Raunt im Innern dieser Wandung steht mit dem oberen Gasraum 4O des Kerngefäßes in Verbindungw

25,
An das obere Ende fder Wandungen 16 und 24 ist eine

Leitung 41 zur Zuführung eines neutralen Gases wie beispielsweise Argon oder Helium angeschlossen.

Die Wand des Kerngefäßes 4 ist knapp oberhalb ihrer horizontalen Anschltißebene mit dem Tragegerüst mit Öffnungen 42 versehen, die den ringförmigen Raum zwischen den Wandungen 4 und 28 mit dent kühlen Natrium des Hauptbehälters 7 in Verbindung setzen, so daß einerseits die Füllung dieses ringförmigen Raums bis zn einem Pegel K2, der dem des kalten Saramelgefäßes im Kauptbehälter 7 entspricht, und andererseits die Füllung des ringförmigen Raums zwischen der Wand 24 und der Wandung der Wärmetauscherbehälter bis zu einem Pegel N4 erreicht werden kann, dessen Höhe durch den Druck des über die Leitung 41 zugeführten neutralen Gases bestimmt wird.

Das Einblasen des neutralen Gases geschieht mit einem geeigneten Druck oberhalb der Füllhöhe K4, damit diese Füllhöhe etwas oberhalb der Durchlasöffnung 2O für das heiße Efatrium liegt.

Das in den. ringförmigen Räumen enthaltene Natrium wird einzig und allein natürlichen Strömungen ausgesetzt, die auf Wirkungen der unterschiedlichen Temperaturen zurückzuführen sind.

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Auf diese Weise wird das Kerngefäß 4 thermisch durch eine dünne Natriumschicht, die über eine dem Natrxumfüllstand N2 im Hauptbehälter entsprechende Höhe statisch ist, und oberhalb dieses Füllstands durch eine dünne Gasschicht isoliert, die mit dem Gasraum 40 in Verbindung steht. Der Wärmetauscherbehälter 16 ist thermisch in seinem unteren Bereich durch eine dünne Natriumschicht, die praktisch statisch ist und sich bis zur Höhe des Füllstands N4 erstreckt, und in ihrem oberen Bereich durch eine dünne statische Schicht eines neutralen Gases isoliert, das durch die Leitung 41 unter einem vorbestimmten Druck eingeblasen wird.

Dichtheit zwischen dem heißen Natrium 43 und dem kalten Natrium 44 im unteren Bereich des Behälters wird ohne mechanischen Kontakt zwischen den Wandungen durch eine hydropneumatische Dichtung im Raum oberhalb der Füllstandshöhen 43 und 44 durch Einblasen eines neutralen Gases durch die Leitung 38 in diesen Raum erreicht.

gaigntangprüche

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

( 1 - Brutreaktor mit Flüssigmetallkühlung und in einem Hauptbehälter integrierten Wärmetauschern, wobei der Reaktorkern von einem Kerngefäß umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen des Kerngefäßes(4) und der zylindrischen Wärmetauscherbehälter (16) in Höhe der Verbindungsöffnungen (20) zwischen dem Kerngefäß und den einzelnen Wärmetauscherbehältern ausgebaucht gewählt sind, und daß die Verbindungsöffnungen als kurze torusförmige Rohrstutzen (23) ausgebildet sind.

2 -■ Reaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerngefäß (4) und die zylindrischen Wärmetauscherbehälter (16) auf ihrem gesamten Umfang in Höhe der Verbindungsöffnungen (20) eine ausgebauchte Form (21, 22) aufweisen.

3 - Reaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerngefäß (4) nur im Bereich der Verbindungsöffnungen (20) eine ausgebauchte Form (33) aufweist, während die zylindrischen Wärmetauscherbehälter (16) über ihren gesamten Umfang hinweg in Höhe der Verbindungsöffnungen (20) mit einer Ausbauchung (34) versehen sind.

4 - Reaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Schutz des Kerngefäßes (4) und der Wärmetauscherbehälter (16) durch zusätzliche Wandungen (24, 27, 28, 32) erreicht wird.

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5 - Reaktor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennze i chnet, da/3 die Wärmetauscherbehälter (16) eine Innenwandung (24) aufweisen, die am oberen Teil (25) der Behälterwandung oberhalb des flüssigen Metalls befestigt ist, wobei der ringförmige Raum zwischen dieser Innenwandung und der Wandung der Behälter (16) mit einer Deckschicht aus einem neutralen Gas versehen ist, die mit dem Gasraum (40) oberhalb des Kerns im Hauptbehälter (7) in Verbindung steht, und daß das Kerngefäß (4) eine Innenwandung (28) umfaßt, die an die Innenwandungen (24) der Einzelbehälter angeschlossen ist und mit dem Kerngefäß (4) einen ringförmigen Raum begrenzt, der ebenfalls mit dem Gasraum (40) in Verbindung steht, wobei in den ringförmigen Räumen eine Zirkulation des kalten flüssigen Metalls vorgesehen wird, indem das flüssige Metall im Hauptbehälter (7) von oben in diese ringförmigen Räume gegossen wird.

6 - Reaktor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherbehälter (16) eine Innenwandung (24) aufweisen, die hermetisch abgedichtet in ihrem oberen Teil (25) oberhalb des flüssigen Metalls befestigt ist, wobei Mittel (41) zum Einblasen eines Gases an diesem Teil in den von dieser Wandung un^/3 der Behälterwandung gebildeten ringförmigen Raum vorgesehen sind, und daß das Kerngefäß (14) eine Innenwandung (28) aufweist, die mit den Innenwandungen (24) der Wärmetauscherbehälter in Verbindung steht, wobei der vorhandenen ringförmige Zwischenraum in seinem oberen Teil mit dem Gasraum (40) über dem

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im Hauptbehälter (7) enthaltenen flüssigen Metall und in s einem unteren Bereich mit dem flüssigen Metall des Hauptbehälters in Verbindung steht.

7 - Reaktor gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerngefäß (4) eine dritte Wandung (27) aufweist, die mit der Wandung (28) einen ringförmigen Raum begrenzt, dessen unterer Teil mit dem heißen flüssigen Metall des Kerngefäßes und dessen oberer Teil mit dem Gasraum (40) des Hauptbehälters (7) in Verbindung steht.

8 - Reaktor gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnez, daß die Dichtheit zwischen dem heißen flüssigen Metall und dem kalten flüssigen Metall durch eine hydropneumatische Dichtung im unteren Teil des Wärmetauscherbehälters (16) hergestellt wird«

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