DE2733057C3 - Vorrichtung zum Wärmetausch bei Salzschmelzenreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tausch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Reaktoren verwenden einen Brennstoff in flüssiger Form, der durch die Kernspaltung im Kern auf eine höhere Temperatur der Größenordnung von mindestens 600° C gebracht worden ist, wobei der Brennstoff im allgemeinen durch Plutonium- oder Uranfluorid gebildet ist oder auch durch eine Mischung von Uranfluorid und Thorium, die in den Fluoriden von Lithium-7 und von Beryllium aufgelöst sind, wodurch die Mischung einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, eine geeignete Liquidität und eine geringe Dampfspannung besitzt. Die Reaktoren dieser Art enthalten im Kern, da die Neutronen thermalisiert werden müssen, eine Masse eines geeigneten Moderatorwerkstoffs, wie z. B. Graphit, der Umwälzkanäle oder Strömungskanäle für den Salz-Brennstoff besitzt, der anschließend die beim Durchtritt des Kerns aufgenommenen Wärmemengen in einem Primärwärmetauscher tauscht mit einem anderen geschmolzenen Salz, einem sogenannten Dämpfungs- oder Puffersalz, beispielsweise Natriumfluorborat. Dieses Puffersalz tauscht seinerseits seine Wärmemengen in einem Sekundärkreis, der einen Dampfgen^rator aufweist, wobei letztere in einer Stromerzeugungsanlage abgegeben werden.

Bei der-irtigen integrierten Reaktoren ist der Salzschmelzenbrennstoff in einem Metallbehälter, einem Hauptbehälter, enthalten, dessen Wände gegenüberchemischer Korrosion geschützt sind und temperaturgeschützt sind durch kohlenstoffhaltige Werkstoffe (vgl. DE-OS 25 58 495). Bei diesem Reaktor ist der Hauptbehälter fast vollständig von diesen kohlenstoffhaltigen Werkstoffen gefüllt und die einzigen Räume, die in dieser Masse der kohlenstoffhaltigen Werkstoffe oder Materialien vorgesehen sind, sind diejenigen, in denen der Reaktorkern, die Wärmetauscher, die Umwälzpumpen für die Salzschmelze sowie die verschiedenen Stollen bzw. Strecken enthalten sind, die die Strömungsverbindung zwischen den verschiedenen vorgenannten Bauteilen sicherstellen.

Dieser Aufbau eines integrierten Primärkreises in einem metallischen Hauptbehälter ermöglicht theoretisch die Isolierung, dieser Übergangsordnung bezüglich dem Salzschmelzenbrennstoff, den sie enthält.

Eine Vorrichtung zum Wärmetausch der eingangs (Tcnannten Art wurde bereits vorgeschlagen (vgl. ältere Patentanmeldung P 25 58 179.7-33). Bei dieser vorgeschlagenen Vorrichtung treten jedoch beim Bei 'eb erheblich¹' Schwierigkeiten auf. Sehr erhebliche Temperaturunterschiede während der verschiedenen BetriebsphiiS'.·!-, . ■ ',chen dem Oberendc des Wärmetauschers, an dem das hei Lie SaI/ mit etwa 700°C auftritt, und dem

Unterteil des Wärmetauschers, an dem das kalte Salz mit einer Temperatur von etwa 550° C auftritt, und dem Behälter 4, der auf einer Temperatur von etwa 300⁰C thermostatisiert ist, führen zu erheblichen dif ferentiellen Wärmedehnungen der verschiedenen vorhandenen Teile. Insbesondere hat die Erfahrung gezeigt, daß die Vertikalachse des autonomen Moduls zum Wärmetausch leicht eine Neigung gegenüber der Vertikalen einnimmt, und zwar nach links oder nach rechts, abhängig von den Temperaturzuständen die herrschen, und somit eine Lage einnimmt, die einen bestimmten Winkel mit der ursprünglichen Lage bei Umgebungstemperatur bildet Daraus folgt für die Praxis, daß, um eine Vorrichtung dieser Art verwenden zu können, in der unteren Rücktührleitung des kalten Salzes zum Reaktorkern eine verformbare Verbindung vorgesehen werden muß, wie beispielsweise eine Gleithülse oder -buchse oder ein Faltenbalg, die eine Dehnung in Horizontalrichtung ermöglichen, um zu vermeiden, daß die vorgenannten Verformungen zu mit der Widerstandsfähigkeit der Werkstoffe unverträglichen mechanischen Spannungen führen.

Darüber hinaus ist es bei der vorgeschlagenen Vorrichtung schwierig, den Ausbau des Moduls für Wärmeübertragung sicherzustellen sowie dessen Entfernung aus dem Reaktor, falls beispielsweise eine Reparatur notwendig sein sollte. Das autonome Modul ist nämlich in starrer Weise an seiner Basis mit der Rückführleitung des kalten Salzes verbunden.

Weiter bestehen bei derart ausgeführten Salzschmelzcnreakioren noch Probleme aufgrund der großen Unterschiede zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Behälterwerkstoffs einerseits und des füllenden kohlenstoffhaltigen Werkstoffs andererseits, wodurch ein besserer Schutz des Hauptbehälters gegenüber den Kernreaktoren-Salzschmelzen erforderlich ist (vgl. DE-OS 26 25 670).

Eine derartige an sich bekannte Vorrichtung wird nun anhand F i g. 1 näher erläutert.

In Fig. 1 ist im Axialschnitt dargestellt ein Salzschmelzenreaktor 1 mit integriertem Primärkreis. Dieser Reaktor 1 enthält in einem Beton-Schutzgefäß 2 einen Hauptbehälter 3, der den Reaktorkern 4 enthält, der seinerseits in einem Reaktormantel 5 enthalten ist, sowie Wärmetauscher und Salzschmelzen-Umwälzpumpen, von denen in Fig. ί lediglich ein einziger Wärmetauscher 6 wiedergegeben ist. Die Innenwand des Hauptbehälteis 3 sowie dessen nicht von Bauteilen des Reaktors eingenommenes Innenvolumen sind mit einem kohlenstoffhaltigen Füllwerkstoff 7 an sich bekannter Art versehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter äußerer Behälter 8 um den Hauptbehälter 3 herum vorgesehen, wobei der zwischen den Behältern 3 und 8 enthaltene Raum durch ein Klimatisierfluid 9 erfüllt ist, das als thermostatisierendes Kühlmittel dient. Die Temperatur dieses Klimatisierfluids 9 wird beispielsweise mittels eines Tauchwärmetauschers 10 mit Fluidumwälzung, wie Wasser in Dampfform, zwischen einem Eintritt 11 und einem Austritt 12 gesteuert bzw. geregelt.

Zunächst wird der Haiiptbehältcr 3 auf eine i"'".iimmte Temperatur, beispielsweise 400⁰C, gebrach! ι : _h Einwirken auf das Klimatisierfluid 9 und die ■ \ aimetauschcr 10, wodurch ein leerer Raum oder hohlraum 13 durch Wirkung der differentiellen vVärmeausdehnungen zwischen dem kohlenstoffhaltigen Werkstoff oder kurz Kohlenstoff 7 und dem Stahl des Hauptbehälters 3 auftritt Nun wird eine erste Füllung des Hauptbehälters 3 durch ein Hilfssalz durchgeführt, das frei von jedem spaltbaren oder brütbaren Werkstoff ist und dessen Schmelztemperatur kleiner als die Temperatur ist, auf die der Hauptbehälter 3 gebracht worden ist, d. h. 400⁰C im erläuterten Ausführungsbeispiel. Das Salz, das von unterschiedlicher Art sein kann, ist vorteilhaft gebildet durch das Eutektikum von Lithiumfluorid und Berylliumfluorid,

ίο dessen Schmelztemperatur 350⁰C ist Es muß zwangsweise chemisch kompatibel mit dem eigentlichen Salzschmelzenbrennstoff sein. Dieses kerntechnisch neutrale Hilfssalz erfüllt den Hohlraum 13 ebenso wie die Zwischenräume oder Spalte, die konstruktionsbedingt in dem kohlenstoffhaltigen Werkstoff 7 der Ausstattung vorhanden sind.

In einer zweiten Phase anschließend an die erste wird ebenfalls mittels des Kmuatisierfluids 9 und der Wärmetauscher 10 die Temperatur im Hauptbehälter 3 unter den Schmelzpunkt des verwendeten HiJfssalzes abgesenkt, wodurch eine Massenbildung oder Verfestigung des Teils davon erfolgt, der den Hohlraum 13 zwischen dem Hauptbehälter 3 und der Masse des füllenden kohlenstoffhaltigen Werkstoffes 7 ausfüllt sowie, bis zu einer gewissen Tiefe, die Spalte, die am Umfang der Masse des kohlenstoffhaltigen Werkstoffs 7 münden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem das Eutektikum von Lithiumfluorid und Berylliumfluorid einen Schmelzpunkt von 350° C besitzt, wird beispielsweise die Temperatur des Klimatisierfiuids 9 bis auf 300⁼ C abgesenkt.

Wenn das gesamte im Hohlraum 13 angeordnete Hilfsfluid verfestigt ist und diese Verfestigung ebenfalls eingedrungen ist bis eine gewisse Tiefe ins Innere der in diese Zone oder diesen Hohlraum 13 mündenden Spalte oder Risse wird weitergefahren mit der Füllung des Kernreaktors mit dem endgültigen Salzbrennstoff.

Am Ende dieser Betriebsschritte wird der Hauptbehälter 3 endgültig auf 300⁰C gehalten und ist der Reaktor betriebsbereit. Die Kruste oder die Salzhaut des im Hohlraum 13 zwischen dem Hauptbehälter 3 und der Füllmasse aus kohlenstoffhaltigem Werkstoff 7 angeordnetem Hiifssalz bleibt praktisch außer Berührung mit dem Salzbrennstoff. Es besteht somit keine

■'■· Gefahr mehr einer Kernreaktion in dieser neutralen Salzhaut, die nun auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur bleibt und wirksam als Antikorrosionsschutz des Hauptbehälters 3 wirken kann.

Bisher wurde also bei derartigen Reaktoren das

)<) Primärwärmetauschsystem so gebaut, daß es aus einer im Hauptbehälter integrierten Anordnung gebildet ist und im kohlenstoffhaltigen Füllwerkstoff eingefügt abwechselnd einen Wärmetauscher und eine Pumpe enthält, wobei diese Bauelemente über den gesamten

r> Umfang der Anordnung verteilt sind. Bei derartigen bekannten Ausführungsformen erzwingen die Pumpen eine Umwälzung der Salzschmelze im Reaktormantel von unten nach oben und das heiße Salz sinkt im Gegenstrom durch erzwungene Umwälzung in den benachbarten Wärmetauschern nach unten, wodurch es von oben nach unten fließt. Eine hydraulische Ouerverbindung ist daher notwendig zwischen der Basis jedes Primärwärmetauschers und den Schächten der benachbarten Pumpe, um eine Rückkehr Jjs kalien Salzes zum Reaktorkern ■ '.chcr^ustelien, was zu erheblichen Problemen b:ri^lich dei Wärmcausdehnung während des Betriebs führt.

Es ist Aufgabe der Enindurifi. eint . oi-κ hiunf: zum

Wärinetausch der eingangs genannten Art so auszubilden, daß im Betrieb auftretende differentielle Wärmedehnungen bei einfacher Ausbildung kompensiert werden können.

D'€ Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkrviiljdos Ap^pi uiAs I gelöst.

bei der Erfindung ruht das autonome Modul zur Wärmeübertragung über eine vorzugsweise sphärische Auflagefläche auf einer konusförmigen Anordnung and isi am Oberteil !ediglich durch eine Fühningshüisc geführt. Folglich kann sich das autonome Modul vollkommen frei in Längsrichtung ausdehnen und auch Stellungen einnehmen, die gegenüber der Vertikalen geneigt sind, ohne daß dadurch ein Dichtheitsverlust an der Basis auftritt und ohne daß unzulässige mechanische Spannungen auftreten. Darüber hinaus ist der Ausbau dieses autonomen Moduls sehr einfach möglich, da es nämlich genügt, ihn senkrecht nach oben durch den Deckel des Reaktors zu entfernen. Wie noch gezeigt wird, ist ausgehend von diesem Aufbau des Moduls gleichzeitig eine vollständige Dichtheit des Raums unter jedem autonomen Modul bei allen Temperaturen erreichbar, in den das kalte Salz, das zur Basis des Reakforkerns riickgeführt werden soll unter hohem Druck eingespritzt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die Auflagefläche des Moduls ein sphärisches Profil und wirkt mit einer ebenen oder flachen Aufnahmefläche zusammen.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist jedes autonome Modul auf nachgiebige Weise an einer im allgemeinen aus Beton bestehenden Anordnung hängend befestigt, die den oberen Deckel des Reaktors bildet, um eine begrenzte Winkelbewegung der Anordnung, die einen Wärmetauscher, eine Pumpe und ggf. eine Durchflußsteuerklappe aufweist, zuzulassen.

Gemäß einem weiteren Merkmal besitzt der Tragring eine konische Oberfläche, die an einer Seite am Reaktormantel befestigt ist und deren anderes gegenüberliegendes Ende, das auf der Seite des Hauptbehälters angeordnet ist, freigelassen ist. Am Umriß des Reaktorkerns weist dieser Ring öffnungen auf, die mit dem Unterteil jedes autonomen Moduls zusammenwirken, um eine Umwälzung oder ein Fließen des kalten Salzes im Inneren des Reaktormantels zu ermöglichen. Darüber hinaus weist der Umfang jeder öffnung eine ebene oder flache Auflagefläche auf, die mit der homologen sphärischen Auflagefläche jedes autonomen Moduls zusammenwirkt, was sowohl die Halterung als auch die Dichtheit in Höhe der Berührung zwischen dem Modul und dem Ring sicherstellt.

Ausgehend von diesen Merkmalen sind zwei besondere Ausführungsbeispiele möglich.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wirkt jede in der Wand des Rings vorgesehene öffnung auf dichte Weise mit dem Unterteil des Reaktorkerns mittels einer Umwälzleitung zusammen, die zum Umwälzen des kalten Fluids von der Pumpe bis zur Unterseite des Reaktors dient, wobei das Ende des Ringes in der Zone des festen Schutzsalzes nahe der Innenwand des Hauptbehälters frei ist

Bei einer Ausführung dieser Art dient eine Umwälzleitung oder Strömungsleitung zum Kanalisieren des kalten Salzes vom Unterende oder der Basis jedes autonomen Moduls bis zur Wiedereintrittsöffnung in den Reaktormantel, wobei die Umwälzleitung oder Strömungsleitung vollständig dicht ist Der Unterteil des Hauptbehälters des Kernreaktors ist auf diese Weise nicht Strömungsdrück'?n des kalten Salzes ausgesei/t Da'ju.¹, ergibt sich, d.iii die Dichtheit zwischen Je.!' Hauptbehälter und dc.ii Riiig an dessen inneiem Umfang nicht notwendig ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist aus diesem letzteren Grund wichtig, und zwar weil die Umwälzleituiig prinzipiell aus dem gleicnen Werkstoff gebildet ist wie die Behälter und der Ring und auf der gleichen Temperatur ist, weshalb thermische oder Temperaturbeanspruchungen, die sich bei herkörrmlichen Vorrichtungen ausbildeten, bei denen eine transversale hydraulische oder Fluidleitung notwendig ist, um die Umwälzung' des kalten Salzes von der Basis oder Unterseite jedes Wärmetauschers bis zur Basis oder U nterseite jeder ΡΊιιηρε sicherzustellen, nicht meh r zu befürchten sind. Dagegen können Probleme differentieller Wärmeausdehnungen möglicherweise auftreten bei zufälligen Übergangsbereichen, in denen die verschiedenen Elemente, die den Ring und die Umwälzleitung bilden, nicht die gleiche thermische Ansprechzeit besitzen können und daher auf verschiedene Temperaturen gebracht sein können.

Dieser Nachteil wird vollständig bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beseitigt, bei'dem jede in der Wand des Rings vorgesehene öffnung direkt mit dem Raum zusammenwirkt, der zwischen dem Unterteil zwischen dem Hauptbehälter und dem Reaktormantel enthalten ist, wobei letzterer an seiner Unterseite direkte Durchtritte für den Rückfluß des kalten Salzes in den Reaktorkern aufweist. Die Dichtheit dieses Raumes an der Seite des Hauptbehälters wird sichergestellt durch die Salzhaut des festen Salzes, in dem das freie Ende des konischen Rings angeordnet ist. Der wesentliche Vorteil dieses zweiten Ausführungsbeispiels beruht darin, daß die Salzhaut des festen Salzes die gemäß Voraussetzung längs der Innenwand des Hauptbehälters vorgesehen ist, eine ausreichende Dichtheit zwischen dem freien und schwimmenden oder schwankenden Ende des Rings erreicht. Diese Dichtheit kann darüber hinaus noch zuverlässiger sein gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, gemäß der das verdünnte oder verjüngte Ende des Rings mit einem ringförmigen Vorsprung des Hauptbehälters zusammenwirkt, wobei sich der Ring unter dem Vorsprung in der Zone der Salzhaut des festen Salzes einfügt Diese Anordnung läßt während des Betriebs alle relativen Wärmeausdehnungen zu, sowohl in radialer als auch in Höhenrichtung, zwischen dem Ende des Rings und dem Hauptbehälter, ohne daß sich dadurch eine Unterbrechung der Dichtheit oder Abdichtung ergibt, da der Vorsprung und das Ende des Rings ständig in der Zone enthalten sind, die durch die Salzhaut des kerntechnisch neutralen inneren Salzes gefüllt ist.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der gesamte ringförmige untere Teil zwischen dem Reaktormantel, dem Hauptbehälter und dem Ring durch das kalte Salz gefüllt das durch die Pumpen der autonomen Module für die Wärmeübertragung umgewälzt ist wobei dieser Raum daher dem Druck der Pumpen unterliegt was jedoch nicht nachteilig ist Die Rückführung des kalten Salzes in das Innere des Reaktormantels wird durch öffnungen sichergestellt, die im Reaktormantel an dessen Unterende unter dem Ring vorgesehen sind.

Die wesentliche Bedeutung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmetausch liegt daher darin, daß mittels einfacher Mittel sich bei bisherigen Vorrichtungen durch die räumliche Aufteilung der wirkungswei-

sender Wärmetauscher und der Pumpen ergebende Wärmespannungen unterdrückt werden können, wobei gleichzeitig i'ur jedes autor.i··"·? Modul sichergestellt ist eine dichte Lagerung oder Halterung, die für die diffeiciiiiel'eii thermischen Waiiiieausdehnungen jedes autonomen Moduls notwendige Vtrschwenkungen oder Vc ^c'iiebungen -uläßl. Da die dichte Halterung durch ein einfaches Zusammenwirken zwischen einer insbesondere sphärischen Auflagefläche und einer insbesondere konisch flachen Auflagefläche erreicht ist, ist darüber hinaus das Inlagebringen und/oder das Entfernen jedes autonomen Moduls durch eine einfache Vertikalbewegung möglich, ohne irgendein Teil nahe dem Kernreaktor ausbauen zu müssen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung υ dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Salzschmelzenreaktor herkömmlicher Bauart,

F i g. 2 schematisch im Schnitt längs der Achse des Reaktors ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3 im Schnitt längs der Achse des Reaktors den Unterteil eines autonomen Moduls für Wärmeübertragung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 4 drei aufeinanderfolgende Betriebsstellungen bei der Temperaturerhöhung des Reaktors des Endes des Rings.

Ei.i bekannter Salzschmelzenreaktor wurde bereits anhand F1 g. 1 näher erläutert.

F i g. 2 zeigt einen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wiirmet&usch aufweisenden Salzschme'zenreaktor, bei dem bereits anhand der Fig. 1 erläuterte Bauelemente nicht von neuem beschrieben werden. In F i g. 2 ist entgegen dem bekannten Salzschmelzenreaktor ausführlich ein autonomes Modul 14 für Wärmeübertragung gemäß der Erfindung dargestellt, das am oberen Deckel 16 des Reaktors mittels elastischer oder nachgiebiger Glieder 15 hängend befestigt ist, die eine begrenzte Winkelbewegung des Moduls 14 um seine Vertikalachse ermöglichen. Das autonome Modul 14 weist einen Primärkreis 17 auf, der durch Pfeile F erläutert ist, für die Umwälzung des Salzbrennstoffs, der nach Aufheizung am Austritt aus dem Kern 4 in das Modul 14 durch eine öffnung 18 eintritt, die an dessen Oberende vorgesehen ist, dann nach Abkühlung durch eine an seinem Unterteil vorgesehene Pumpe 19 gefördert bzw. verdrängt wird. Ein Sekundärsalzkreis, dessen Eintritte und Austritte 20 schematisch dargestellt sind, führt die Wärmemengen des Salzbrennstoffes im Primärkreis ab, um sie schließlich einem (nicht dargestellten) Wasserkreis zuzuführen, bei dem der schließlich erzeugte Dampf zum Betreiben einer (ebenfalls nicht dargestellten) Turbine dient

Am Unterteil weist das Autonome Modul ggf. eine (in F i g. 2 nicht dargestellte) Rückschlagklappe für den Druchfluß der Salzschmelze auf.

Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Reaktormantel 5 und dem Hauptbehälter 3 ein konischer Ring 21 vorgesehen, der an einem Ende am Reaktormantel 5 ω befestigt ist und dessen anderes Ende 22 frei angeordnet ist unmittelbar neben dem Hauptbehälter 3 in der Schicht des verfestigten Salzes 13.

Gemäß der Erfindung weist der konische Ring 21 in seiner Fläche öffnungen 23 auf, die um die Achse des Reaktorkerns verteilt sind und jeweils von einer flachen Auflagefläche 24 umgeben sind, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer sphärischen Auflageflä durch ehe 25 am Unterteil des autonomen Moduls 14 zusammenwirkt. Die Auflage der sphärischen Auflagefläche 25 auf der flachen Auflagefläche 24 ermöglicht es, das scheinbare Gewicht des Moduls 14 zu tragen, wobei relative Verschiebungen des einen Teils gegenüber dem anderen sichergestellt sind gemäß den verschiedenen Temperatur-Betriebsbedingungen des Reaktors, sowie Dichtheit gegenüber dem Druck des durch die Pumpen 19 an der Basis des autonomen Moduls 14 umgewälzten kalten Salzes zu erreichen. Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eireicht eine Umwälzleitung 26 eine direkte Verbindung mit der Basis des Moduls 14 über die öffnung 23 und dem Unterteil des Reaktorkerns 4 über eine in der Wand des Reaktormanieis 5 vorgesehene öffnung 27 unter dem konischen Ring 21. Die Leitung 26 besteht aus dem gleichen Werkstoff wie der Reaktormantel 5 und der Ring 21, wobei die verschiedenen Teile auf der gleichen Temperatur während des Normalbetriebs des Reaktors sind. Diese Anordnungen ermöglichen es, alle differentiellen Wärmeausdehnungsprobleme zu vermeiden, die bei bisherigen Lösungen aufgetreten sind, die transversale Verbindungen zwischen der Basis jedes Wärmetauscherkanals und der Basis jedes Pumpenkanals oder -Schachts verwenden, wobei diese beiden Bauteile jeweils getrennt und einzeln vorgesehen sind.

In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel stützt sich jede; autonome Modul 14 für Wärmeübertragung, das mit seiner Pumpe i9 versehen ist, wie zuvor auf einem konischen Ring 21 ab, der öffnungen 23 zum Durchtritt des durch die zugehörige Pumpe 19 umgewälzten kalten Salzes aufweist. Ebenfalls wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ermöglicht das Zusammenwirken einer insbesondere sphärischen Auflagefläche 25, die an der Basis des Moduls 14 vorgesehen ist, und einer flachen Auflagefläche 24, die die öffnung 23 umgibt, das Erreichen einer dichten Lagerung und das Zulassen von Relativbewegungen des Moduls 14 gegenüber dem Ring 21.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der unter dem Ring 21 angeordnete Raum 28 zwischen dem Hauptbehälter 3 und dem Reaktormantel 5 dem Druck der Pumpe 19 ausgesetzt wobei das kalte Salz durch Kanäle 33 fließt, die in der Masse des kohlenstoffhaltigen Werkstoffs 7 vorgesehen sind, die den Austritt der Pumpe 19 mit öffnungen 29 verbinden, die im Unterteil des Reaktormantels 5 vorgesehen sind in Richtung auf den Reaktorkern 4 gemäß der Richtung der Pfeile F.

Die Kanäle 33 werden durch geeignetes Formen des kohlenstoffhaltig«*!·. Werkstoffs 7 erhalten, ohne Vorsehen von Metallteilen, die die Öffnung der Pumpen 19 mit denen des Reaktormantels 5 verbinden. Die Masse des kohlenstoffhaltigen Werkstoffs 7 stellt auf diese Weise die Füllung des Raums 28 sicher, wobei außerdem der Salzbrennstoff zwischen den Pumpen 19 und den öffnungen 29 kanalisiert wird. Der Raum ist nicht vollkommen dicht. Aufbau-Verbindungen können zwischen den kohlenstoffhaltigen Elementen bestehen sowie auch Spiele bzw. Spalte zwischen diesen Elementen und den Metallbauteilen, die den Raum 28 begrenzen. Auch können Risse in der Masse des kohlenstoffhaltigen Werkstoffs 7 entstanden sein. Aus diesem Grund kann sich der Förderdruck der Pumpen 19 auf den Umfang oder Rand des Raumes 28 auswirken, wobei es genügt, dort Dichtheit zu erreichen. Dies wird insbesondere bezüglich des Behälters oder der öffnung 23 und des Rings 21 durch das

Zusammenwirken eines Vorsprung? 30 und des freien Endes 31 des konusförmigen Rings 21 erreicht, wobei das freie Ende vorzugsweise leicht verjüngt oder abgeflacht ist und sich frei unter dem Vorsprung 30 bewegt, wobei die Gesamtanordnung im Hohlraum 13 vorgesehen ist, der durch die Salzhaut des neutralen festen Salzes Refüllt ist und beliebig gehalten ist gegen die Innenfläche des Hauptbehälters 3. Diese Anordnung, die für das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung wesentlich ist, wird ausführlich anhand der F i g. 4 erläutert.

Bei dem in F i g. 4a dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gegenseitige Anordnung des Vorsprungs 30 des, Hauptbehälters 3 und des freien Endes 31 des Rings 2i dargestellt, wenn bei stillgelegtem Reaktor die verschiedenen Teile auf der gleichen Umgebungstemperatur sind, beispielsweise in der Größenordnung von 20⁰C. In diesem Zustand ist der Außendurchmesser des Rings 21 kleiner als die Innenbohrung des Vorsprungs 30, wobei zwischen diesen Teilen ein gegebenes Spiel j vorgesehen ist, das beim Zusammenbau ein einstückiges Inlagebringendes Rings 21 ermöglicht

In Fig.4b entspricht die jeweilige Lage der verschiedenen Elemente dem Zustand der Bildung der Salzhaut oder Salzkruste im Hohlraum 13, d. h., wenn der Hauptbehälter 3 auf einer Temperatur der Größenordnung von 300⁰C gehalten ist, wobei der Ring 21 auf einer Temperatur der Größenordnung von 400⁰C ist. Unter diesen Bedingungen senkt sich der Vorsprung JO, der mit dem Hauptbehälter 3 verbunden ist, der seinerseits an seinem Oberende hängend befestigt ist, leicht bezüglich der in Fig.4a dargestellten Lage ab, während sich der konusförmige Ring 21 in Querrichtung ausdehnt, in Richtung nach außerhalb des Reaktors, um einen ausreichenden Abstand, um zu einer teilweisen Überdeckung zwischen dem Vorsprung 30 und dem Ende 31 des Rings 21 um einen Abstand j 'zu kommen. Gleichzeitig führt die Wärmeausdehnung des Rings 21 in Richtung vertikal nach oben dessen Ende 31 zur Annäherung an den Vorsprung 30, wobei sich letztere annähern im Hohlraum 13 des festen Salzes.

Gemäß F i g. 4c, die dem Normalbetrieb des Reaktors entspricht, ist der Hauptbehälter 3 stets auf der Temperatur von 300⁰C, die notwendig ist, um die Salzhaut im Hohlraum 13 fest zu erhalten, während der konusförmige Ring 21 eine Temperatur der Größenordnung von 560⁰C erreicht hat, wobei dessen Wärmeausdehnung in radialer und vertikaler Richtung weiter ausgeprägt ist. Aus diesem Grund kommt er in Berührung durch sein freies Ende 31 unter dem Vorsprung 30, wodurch ggf. eine Graphittresse oder ein

^s Graphitring 32, der in einer in der Oberseite des EnJes 31 angeordneten Nut angeordnet ist, befestigt werden kann, um die Dichtheit zwischen dem Ende 31 und dem Vorsprung 30 zu verstärken.

Darüber hinaus ist das Zusammenwirken zwischen

ίο dem freien Ende 31 des Rings 21 und dem Vorsprung 30 des Hauptbehälteis 3 aus thermischen Gründen günstig, da dieser verjüngte Teil eine wesentliche Impedanz oder wesentlichen Widerstand für Wärmemengen bildet, die direkt vom Kern 4 zur Umgebung bzw. zum umfang entweichen. Darüber hinaus bildet der Vorsprung 30 eine Masse, deren thermischer Widerstand oder deren thermische Impedanz sehr gering ist, wobei Wärmemengen vom konischen Ring 21 sehr schnell von dort zum Klimatisierfluid 9 entfernt werden können, das zwischen dem Hauptbehälter 3 und dem Außenbehälter 8 enthalten ist. Daraus ergibt sich, daß die Verfestigung der Kruste oder Salzhaut im Hohlraum 13 automatisch erreicht wird, selbst wenn gelegentliche Risse in dieser Salzhaut entstehen, beispielsweise infolge eines GleitensderMetallteile30,31.

Im begrenzten Fall, in dem ein Riß oder eine Unterbrechung der Dichtheit auftreten könnte, wegen verschiedener Risse, die sich in der Salzhaut im Hohlraum 13 zwischen dem Vorsprung 30 und dem Ende 31 bilden als Folge eines Gleitens dieser beiden Teile 30,31, beispielsweise als Folge einer Änderung des Temperaturzustands, kann Salzbrennstoff möglicherweise durch die kohlenstoffhaltige Füllung oder Ausstattung treten und zwischen den Ring 21 und den Hauptbehälter 3 fließen. Diese Mischung, die nichtsdestoweniger zwangsweise in der kalten Zone fließen muß nahe dem Hauptbehälter 3, in der eine Temperatur herrscht, die geringer ist als die ihres Schmelzpunktes, wird daher von neuem schnell verfestigt, wodurch automatisch die Dichtheit wiederhergestellt wird. Das heißt, die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt, auch wenn sie eine gewisse Relativbewegung zwischen den Metallteilen erlaubt, die die Auflage bilden, aufgrund beispielsweise von thermischen Zustandsänderungen des Rings, automatisch die Dichtheit wieder her durch Verfestigung des flüssigen Salzes, das mit den kalten Metallteilen in Berührung kommt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Wärmetausch, die integriert im Hauptbehälter eines Salzschmelzenreaktors enthalten ist, der aufweist:

einen Reaktormantel mit dem aktiven Kern,
einen die Anordnung aus dem Reaktorkern, Pumpen und Wärmetauscher umgebenden Hauptbehälter, einen den Hauptbehälter verdoppelnden Außenbehälter,

ein thermostatisierendes Kühlmittel zwischen dem Hauptbehälter und dem Außenbehälter, das die Wand des Hauptbehälters auf einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur einer Sslzhaut eines kerntechnisch inaktiven Salzes hält, das eine Bedeckung des festen Salzes bildet, das Schutzsalz der Innenfläche des Hauptbehälters ist, und autonome Module für Wärmeübertragung zur Abfuhr von Wärmemengen aus dem Reaktorkern, wobei jedes autonome Modul aus einem Primärwärmetauscher und einer Pumpe gebildet ist und in einem Zwischenraum zwischen dem Hauptbehälter und dem Reaktormantel hängend befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes autonome Modul (14) über eine an dessen Basis vorgesehene Auflagefläche (25) auf einer damit zusammenwirkenden Auflagefläche (21) abstützt, die um eine öffnung (23) vorgesehen ist, die in der Wand eines tragenden Rings (21) vorgesehen ist, der ειπι Reaktormantel (5) nahe seinem Unterende und über dessen gesamten Umfang befestigt ist, und daß der -15 Ring (21) sich ausgehend vom Reaktormantel (5) bis nahe dem Hauptbehälter (3) in der Salzhaut (13) des schützenden festen Salzes erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (25) des Vioduls (14) *o ein sphärisches Profil aufweist und mit einer ebenen Auflagefläche (24) zusammenwirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung (23) in der Wand des Rings (21) auf dichte Weise mit dem Unterteil « des Kerns (4) mittels einer Umwälzleitung (26) zusammenwirkt, die zum Fördern des kalten Salzes von der Pumpe (19) bis zur Unterseite des Reaktorkerns (4) dient, wobei das Ende (31) des Rings (21) frei ist nahe der Innenseite des "^l0 Hauptbehälters (3) in der Zone (13) des schützenden festen Salzes.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung (23) in der Wand des Rings (21) direkt mit dem Raum (28) an der >^r' Unterseite zwischen dem Hauptbehälter (3) und de ti Reaktormantel (5) in Verbindung steht, wobei der Reaktormante! (5) an seiner Unterseite direkte Durchtritte (Öffnungen 29) zur Rückführung des kalten Salzes in den Reaktorkern (5) aufweist, wobei '" die Dichtheit des Raums (28) auf der Seite des Hauptbehälters (3) sichergestellt ist unc! durch die Sal/.haut (13) des schützenden festen Salzes, in den das freie linde (.31) des Rings (21) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch '. dadurch geke.Ti ichnct. da!'· das (reie linde (3!) des Rings (2ΙΪ

■- .'!'liiML't ausgebildet ist und nir ■"" ir- ni:giörm!;'; r. Vd!-MTNtIE Π0) (ie¹ 'taiintbehii'!· "■ (Vi -/.usam:·)'·¹!

wirkt, unter dem der Ring sich in der Zone der Salzhaut (13) des festen Salzes anlegt

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (31) des Rings (21) an seiner Oberseite eine Graphittresse (32) aufweist, die einen Dichtring oder eine Abdichtung mit der Unterseite des Vorsprungs (30) bildet

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (31) des Rings (21) beim Zusammenbau und bei Kälte einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Vorsprungs (30) ist (F i g. 4a).