DE2804560A1

DE2804560A1 - Mit fluessigem metall gekuehlter schnellbrueter-kernreaktor

Info

Publication number: DE2804560A1
Application number: DE19782804560
Authority: DE
Inventors: John Graham Durston; John Richard Hind
Original assignee: Nuclear Power Co Ltd
Current assignee: Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: GB1546331A; FR2379882A1; JPS53102491A

Description

78 014 KU/u " 1· FEB. 1378

Nuclear Power Comp. Ltd., 11, Charles II Street,

London SWlY 4QP / England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Anmeldung Nr. 4743/77 vom 04. Februar 1977 beansprucht.

Mit flüssigem Metall gekühlter Schnei 1brüterrKernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf mit flüssigem Metall gekühlte Sehne11brüter-Kernreaktorkonstruktionen.

Bei einer bekannten Konstruktion eines mit flüssigem Metall gekühlten Schriellbrüter-Kernreaktors ist die Reaktor-Brennstoffbauteil gruppe in ein Schmelzbad des Kühlmittels aus flüssigem Metall in einem Primärbehälter eingetaucht, der sich in einem Betongewölbe befindet. Die Brennstoffbauteilgruppe wird von einer Stützplatte getragen und ist von einem Innentank umgeben, der einen inneren oder heißen Bereich des Schmelzbades und einen äußeren oder kalten Bereich des Schmelzbades festlegt. Kühlmittelpumpen befinden sich im äußeren Bereich, die das Kühlmittel nach oben durch die Brennstoffbauteilgruppe über die Stützplatte hinweg und von dort zu Wärmetauschern im heißen Bereich in Umlauf bringen, die das Kühlmittel an den kühlen Bereich abgeben. Während des Betriebs des Reaktors liegt die Temperatur des heißen Bereiches auf etwa 45O⁰C und diejenige des kalten Bereiches auf etwa 37O⁰C, und es besteht ein Unterschied in den Kühlmittel pegel η in den

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Bereichen infolge der Druckdifferenz an den Einlaß- und Auslaßöffnungen der Pumpe. Um die komplizierten Beanspruchungen in der Wand des Innentanks infolge der Temperaturdifferenz an diesem zu vermindern und die Temperaturabwertung des Kühlmittels im heißen Bereich zu reduzieren, wird die Innenfläche der Wand mit einer Wärmeisolierung ausgekleidet. Verschiedene Formen von Wärmeisolierung wurden verwendet und vorgeschlagen, doch haben sie sich aus verschiedenen Gründen als unzufriedenstellend erwiesen. Eine Form von Isolierung weist im Abstand voneinander angeordnete Bleche aus Edelstahl auf, die eine radiale Reihe von Kammern bilden, in denen flüssiges Kühlmittel stagniert, wobei jedes Blech ein Paar Membranen aufweist, die mit den Flächen aneinander befestigt und nach Art eines Steppmusters zusammengeschweißt sind, doch gibt es Schwierigkeiten bei der Vorbetriebs-Wasserprüfung dieses Materials, und bei Gebrauch baut eine vorübergehende bzw. oberflächliche Wärmeausdehnung komplizierte Beanspruchungen in dem Material auf. Eine andere Form von Isolierung weist eine Schicht aus Edelstahlblöcken auf, die an der Wandoberfläche befestigt und mit einer Edelstahlmembran abgedeckt sind, aber die Befestigungsstellen, die für die Blöcke und die Membran erforderlich sind, sind so zahlreich, daß diese Isolierung sehr kostspielig wird.

Zur Vermeidung der genannten Nachteile geht die Erfindung aus von einem mit flüssigem Metall gekühlten Schnellbrüter-Kernreaktor, der eine Kernreaktor-Brennstoffbauteilgruppe aufweist, die in ein Kühlmittelschmelzbad innerhalb eines Primärbehälters eingetaucht ist, wobei ein Innentank die Brennstoffbauteilgruppe umgibt und innere und äußere Bereiche des Schmelzbades festliegt, wobei ferner eine Kühlmittel pumpe im äußeren Bereich für das Inumlaufbringen von Kühlmittel durch die Brennstoffbauteilgruppe sowie durch einen im inneren Bereich angeordneten Wärmetauscher hindurch vorgesehen ist, und die Erfindung besteht darin, daß der Innentank eine sich

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vertikal erstreckende Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Rippen aufweist, die an der Innenoberfläche des Tanks befestigt sind, wobei sich die Rippen kontinuierlich um die Innenoberfläche herum erstrecken und nach oben schräg verlaufen, um im Zusammenwirken mit der inneren Wandfläche des Innentanks eine Reihe von Kühlmittel fangtrögen bzw. -rinnen zu bilden, wobei die freien Enden der Rippen oberhalb der Ansatzstellen der jeweils nächst höheren Rippen angeordnet sind. Beim Betrieb des Kernreaktors bleibt das in den Trögen bzw.

Rinnen enthaltene Kühlmittel im wesentlichen statisch, wobei das dichtere kühlere Flüssigmetall in den Rinnen zur Innenwandoberfläche des Innentanks abfällt, wobei es dadurch im wesentlichen die Gesamtheit der eingetauchten Oberfläche mit kühlerem Kühlmittel auskleidet.

Ein Ausführungsbeispiel eines mit flüssigem Metall gekühlten Schnellbrüter-Kernreaktors nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch dieses Ausführungsbeispiel ,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Innentanks im Bereich II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Teilansicht einer Deckplatte für die Wandoberfläche des Innentanks und

Fig. 5 ein Detail der Deckplatte nach Fig. 4.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion ist die Reaktor-Brennstoffbauteilgruppe 1 in ein Kühlmittelschmelzbad 2 aus flüssigem Natrium in einem Primärtank 3 eingetaucht, der sich in einem Betongewölbe 4 befindet. Die Brennstoffbauteil gruppe 1 wird von einer Stützplatte 5 getragen und ist von einem Innentank 6 umgeben, der einen inneren und äußeren Bereich

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7, 8 des Schmelzbades begrenzt bzw. festlegt. Acht Kühlmittelpumpen 9 (von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist) im äußeren Bereich 8 für das Inuml aufbringen von Kühlmittel durch die Brennstoffbauteil gruppe 1 über die Stützplatte 5 hinweg und von dort zu acht Wärmetauschern 10 (wiederum nur einer in Fig. dargestellt), die im inneren Bereich 7 angeordnet sind, sind vorgesehen. Die Wärmetauscher geben schließlich das Kühlmittel in den äußeren Bereich ab. Der Primärtank 3, ein Leckmantel für den Primärtank, die Stützplatte 5, Wärmetauscher 10 und Kühlmittel pumpen 9 sind alle am Dach des Gewölbes hängend angeordnet, und das Dach enthält eine doppelte rotierende Abschirmung 12, von der Regelstäbe 13 sich bis zum oberen Teil der Brennstoffbautei 1 gruppe 1 erstrecken. Eine Neutronenabschirmung 15 umgibt die Brennstoffbautei1 gruppe 1 innerhalb des Innentanks 6. Ein Sekundärkühlmittel aus flüssigem Natrium, welches durch die Wärmetauscher fließt, überträgt die Wärmeenergie aus der Brennstoffbauteil gruppe nach einer in der Zeichnung nicht dargestellten Dampferzeugungsanlage.

Beim Betrieb des Reaktors liegt das Kühlmittel im inneren Bereich des Schmelzbades auf einer Temperatur von etwa 54O⁰C, und dasjenige im äußeren Bereich hat eine Temperatur von etwa 37O⁰C. Die Druckdifferenz an den Einlaß- und Auslaßöffnungen der Pumpen 9 verursacht einen Unterschied in den Pegeln des Kühlmittels in den Bereichen, wobei diese Pegel mit Ll und L2 bezeichnet sind.

Fig. 2 zeigt ein Bruchstück des Innentanks 6 mit einer vertikalen Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Rippen 16, die an dessen Innenoberfläche befestigt sind. Die Rippen erstrecken sich kontinuierlich um die Innenoberfläche herum und sind in einem Winkel von 45° nach oben schräg verlaufend angeordnet. Die Rippen bilden im Zusammenwirken mit der inneren Wandoberfläche des Innentanks eine Reihe von Kühlmittel haitetrögen bzw. Kühlmittel fangrinnen, deren freie Enden jeweils

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über den Ansatzsteilen der jeweils nächsthöheren Rippen angeordnet sind, so daß beim Eintauchen der Rippen in flüssiges Natrium das von den Rinnen aufgenommene dichtere kühlere Natrium in Kontakt mit der inneren Wandoberfläche steht. Halbzylindrische Prall- oder Leitbleche 17 sind in Abständen innerhalb der Rinnen befestigt, um eine natürlicheKonvektionsströmung in radialer und in Umfangsrichtung zu hemmen. Ein vertikaler Schenkel 18 ist an den Rand jeder Rippe 16 angeschweißt, um die Tiefe der Rinne zu vergrößern, damit diese eine größere Menge von statischem Natrium tragen kann und damit der Abstand der Rippen untereinander vergrößert werden kann, um die Menge von Rippen zu reduzieren, die erforderlich ist, um die innere Wandoberfläche des Innentanks mit statischem Natrium auszukleiden. Die Rippen weisen je zwei Teile auf, und zwar einen 45°-Winkelbauteil 19 und einen 45°-Kegelbauteil 20, Der Winkelbauteil 19 hat Kerben oder Schlitze, die in den vertikalen Schenkel in Abständen voneinander eingeschnitten sind, urn dem Bauteil eine ausreichende Flexibilität zu geben, damit er sich den Konturen der inneren Wandoberfläche des Innentanks 6 anpassen und jede Toleranzabweichung vom richtigen Radius aufnehmen kann. Die Kerben oder Schlitze bilden außerdem Abflußkanäle für die Rinnen, wenn der Primärtank entleert wird; da aber die Strömungswegquerschnitte durch die Kerben oder Schlitze so klein sind, werden unter Betriebsbedingungen des Kernreaktors nur vernachlässigbar'·' geringe Konvektionsströme aufgebaut. Die Kegelbauteile 20 werden auf Nenndurchmesser hergestellt, die ein kleines Spiel zwischen dem Innenrand des Kegelbauteiis und der Wandoberfläche des Innentanks ermöglichen Die Überlappung zwischen dem Kegelbauteil und dem radialen Schenkel des Winkelbauteils reicht aus, um jede ernsthafte Toleranzabweichung aufzunehmen.

Die gerippte Innenseite des Innentanks ist mit einer Deckplatte 21 versehen, die im Abstand von den Rippen angeordnet ist, um ein Aufwühlen des Natriums in den Rinnen infolge vorübergehender Unruhen im Natrium-Schmelzbad zu vermeiden.

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Die Deckplatte steht im allgemeinen frei und hat Ablaufsch!itze an der unteren Kante, ist jedoch am Innentank mit Streben 22 festgehalten, um Innenbewegung infolge vorübergehender Unruhen im Schmelzbad zu vermeiden. Die in den Fign. 4 und 5 dargestellte Deckplatte ist aus Edel stahl tafel η 23 hergestellt, die in der Breite zwei Meter und in der Tiefe einen Meter messen und deren Ränder zu Randlippen umgebogen sind. Die Tafeln sind aneinander befestigt, um eine vertikale Wand durch Streifen

24 von U-förmigen Querschnitt zu bilden, die angrenzende Randlippen von benachbarten Tafeln überlappen. Wo die U-förmigen Streifen kurz geschnitten sind, um ein Spiel an den Ecken der Tafeln vorzusehen, sind die Randlippen durch eine durchlaufende Kantenstoßschweißung aneinander befestigt, wie sie bei

25 in Fig. 5 dargestellt ist. Die Randlippen bilden außerdem eine Versteifung für die Tafeln. Die Durchtrittsstellen der Streben 22 durch die Tafeln 23 sind durch Kappen 26 (Fig. 2) abgedichtet, welche mit den Tafeln 23 dicht verschweißt sind. Wo die Deckplatte auf relativ kleine Radien geformt ist, um sich den Konturen des Innentanks anzupassen, sind balgartige Einheiten 27 (Fig. 4) vorgesehen, um die Wärmeausdehnung aufzunehmen. Die balgartigen Einheiten 27 weisen je zwei L-förmige Abschnitte auf, die die Seiten bilden und an einen Zwischenkanalabschnitt angeschweißt sind. Während der Errichtung wird der Hohlraum zwischen den balgartigen Einheiten mit Folienschichten gefüllt.

Die Anordnung der Rippen und Deckplatte bildet eine im wesentlichen statische Schicht von relativ kühlem Kühlmittel in der Nähe der Innentankwandung, wodurch eine große Temperaturdifferenz an der Wandung vermieden wird. Die Rippen und die Deckplatte sind relativ einfach zu errichten, verursachen geringe Kosten und sind im Betrieb zuverlässig.

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Claims

280A560 PATENTANWALT Friedrich-Ebert-Str. 27 DIPL.-ING. ROLF PURCKHAUER Postfach 100928 D- 5900 Siegen 1 Telefon (0271)331970 Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen 78 014 KU/u Nuclear Power Comp. Ltd. -1. FEB. 1978 Patentansprüche

1. Mit flüssigem Metall gekühlter Schnellbrüter-Kernreaktor, der eine Kernreaktor-Brennstoffbauteil gruppe aufweist, die in ein Schmelzbad des Kühlmittels innerhalb eines Primärbehälters eingetaucht ist, welcher einen Innentank aufweist, der die Brennstoff bauteil gruppe umgibt und innere und äußere Bereiche des Schmelzbades begrenzt, mit einer Kühlmittel pumpe im äußeren Bereich für den Umlauf von Kühlmittel durch die Brennstoffbauteilgruppe sowie durch einen im inneren Bereich angeordneten Wärmetauscher hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß der Innentank (6) eine sich vertikal erstreckende Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Rippen (16) aufweist, die an der Tankinnenfläche befestigt sind, wobei die Rippen sich kontinuierlich um die Innenfläche erstrecken und nach oben schräg verlaufen, um im Zusammenwirken mit der inneren Wandfläche des Innentanks eine Reihe von Kühlmitteifangtrögen oder -rinnen zu bilden, wobei die freien Enden der Rippen höher als die Ansatzstellen der jeweils nächst höheren Rippen angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckplatte (21) für die Rippen, aber im Abstand von diesen vorgesehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Prall- bzw. Leitbleche (17) in Abständen innerhalb der Rinnen bzw. Tröge befestigt sind, um eine natürliche Konvektion in radialer Richtung und in Umfangsrichtung zu hemmen.

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