DE2805772A1

DE2805772A1 - Schutzvorrichtung fuer kernreaktor

Info

Publication number: DE2805772A1
Application number: DE19782805772
Authority: DE
Inventors: Guy Lemercier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-08-17
Also published as: ES466657A1; IT1093288B; JPS53100388A; FR2380621B1; DE2805772C2; US4216059A; GB1595386A; NL7801442A; IT7820166A0; JPS6118710B2; BE863804A; FR2380621A1

Description

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, Paris Frankreich

Schutzvorrichtung für Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem hängend befestigten Behälter, und insbesondere einen Schnellneutronen-Kernreaktor, dessen Kern oder aktiver Teil des Reaktors in dem Behälter angeordnet und unter einem geeigneten Volumen eines umgewälzten geeigneten FlussigmetaIls eingetaucht ist, das dessen Kühlung durch Abfuhr von Wärmemengen sicherstellt, die durch die Kernspaltung in den den Kern bildenden BrennelementbUndeln freigesetzt sind.

Der allgemeine Aufbau eines "Reaktorblocks"dieser Art gilt derzeit als in der Technik klassisch oder üblich insbesondere mit dem sogenannten integrierten Aufbau, bei dem der das Flüssigmetall enthaltene Behälter mit im allgemeinen zylindrischer Form mit im wesentlichen spärischern Boden am Oberteil offen ist und mit seiner Vertikalachse unter einem oberen Schutzdeckel hängend befestigt ist, der den Behälter verschließt und den Schutz der Außenumgebung sicherstellt, wobei der Deckel an seinem Umfang auf einer Auflagefläche ruht, die in einem dickwandigen Becken im allgemeinen aus Beton, vorgesehen ist, der einen Raum begrenzt, der den Behälter aufnimmt. Bei dieser Lösung trägt der Deckel außerdem ein System in der Vertikalen des Kerns angeordneter Drehdeckel und trägt

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zu
Einrichtungen, die den Zutritt /diesem ermöglichen, um bei ihm die Steuerung sicherzustellen und die Handhabung der BrennelementbUndel zu erreichen, sowie eine Anordnung von Wärmetauschern und Umwälzpumpen, die um den Kern verteilt sind und nach Durchsetzen des Deckels in das Volumen des im Behälter enthaltenen Flussigmetalls eintauchen. Das heiße Flüssigmetall am Austritt des Kerns durchströmt die Wärmetauscher, injäem es die abgenommenen Wärmemengen abgibt,, und wird dann abgekühlt in den Behälter durch Pumpen zurückgebracht, die es unter einem ausreichenden Druck unter den Kern für einen neuen Durchtritt durch diesen rUckfördern.

Aus dem allgemeinen Aufbau dieser Art ergibt sich einfach, daß ein empfindlicher Teil der Einrichtung durch die ■Verankerungszone im oder am Deckel des Oberteils des Zylinderrings oder der Zylinderhülse des Behälters gebildet ist, wobei diese Zone insbesondere gegenüber einem thermischen Fluß oder einem Wärmefluß geschützt werden muß, der durch die Nebel des Flussigmetalls erzeugt ist, der vom Behälter kommt, und auch gegenüber Temperaturgradienten die erheblich sein können und die sehr plötzliche Gradientenänderungen aufweisen können, die beim Betrieb oder beim Stillstand des Reaktors auftreten können.

Die Erfindung betrifft insbesondere den Einsatz gegenüber der Innenwand des Behälters nahe dessen Einschlußzone in den Deckel einer kontinuierlichen wärmedämmenden Anordnung, die in wirksamer Weise die genannten Forderungen erfüllt, wobei diese Anordnung so ausgebildet ist, daß sie gegen die Wand des Behälters angebracht werden kann, ohne daß sie an dieser durch Schweißung oder andere Verbindungsmittel befestigt ist, was

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die Gefahr einer Verschlechterung oder Beschädigung der mechanischen Einstückigkeit des Behälters oder dessen Widerstandsfähigkeit nach sich ziehen könnte.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine wärmedämmende Anordnung anzugeben, deren Kontinuierlichkeit über die Zeit auf einfache Weise sichergestellt bleibt trotz differentieller Wärmedehnungen aufgrund Wärmezyklen, die dem Betrieb des Reaktors eigen sind.

Die Aufgabe wird bei einer Schutzeinrichtung eines unter dem Deckel eines Kernreaktors hängend befestigten Behälters, bei dem die Wand des Behälters nahe dessen Verbindung mit dem Deckel nach innerhalb des Behälters mit einer metallischen wärmedämmenden Anordnung bedeckt ist, die aus mindestens einer Schicht nebeneinander angeordneter Tafeln gebildet ist, die jeweils durch zwei parallele Deckplatten gebildet sind, zwischen denen eine Füllung aus übereinander angeordneten dünnen Metallelementen angeordne/t ist, wobei die Verbindung zwischen den Deckplatten durch zur Ebene der Deckplatten senkrechte Bolzen oder Stifte gebildet ist, die an einem Ende an einer der Deckplatten befestigt und am gegenüberliegenden Ende auf einer Mutter aufgeschraubt sind, die auf der anderen Deckplatte aufliegt, um das Zusammendrücken der Füllung zu erreichen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ränder der Deckplatten zweier benachbarter Tafeln der Anordnung durch ein Spiel voneinander getrennt sind, und daß die Füllung aus zwischen den Platten einer Tafel befestigten dünnen Metallelemente seitlich über deren Umfang oder Rand hinausragt zur Anlage zwischen die Platten mindestens einer benachbarten Tafel unter Ausfüllen des Spiels, wobei die dünnen Metallelemente jeder Füllung ihrerseits gegeneinander verschoben oder versetzt sind mit teilweiser Überdeckung von einem Element

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zum anderen, wobei die wärmedämmende Anordnung durch mehrere Winkelprofile getragen ist, wobei jedes Winkelprofil einen Seitenrand oder -ring aufweist, der eine der beiden Deckplatten jeder wärmedämmenden Tafel.bildet, die gegen die Innenwand des Behälters angebracht ist, sowie einen unteren Rand zur Auflage der wärmedämmenden Tafeln.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die zwischen den Deckplatten angeordnete Füllung aus dünnen Metallelementen durch die Übereinanderlagerung von geprägten oder gewellten Blättern oder Folien gebildet, derart, daß deren Übereinanderlagerung eine Anordnung kleiner Volumen begrenzt, die im wesentlichen geschlossen und isolierend sind über die Dicke der Füllung. Gemäß einer anderen Ausführung sind die dünnen Metallelemente durch übereinandergelagerte metallische Gewebe oder Netze gebildet, die möglicherweise in der Dicke der Füllung durch dünne Bleche getrennt sein können.

Gemäß einem besonderen Merkmal bei der Ausführung der Erfindung ist der untere Rand mit einem zur Wand des Behälters parallelen Schirm bzw. einer Wand verschweißt, die mit dieser einen Umwälzraum einer geeigneten Durchflußmenge des Kühl-Flüssigmetalls begrenzt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels eines hängend befestigten Behälters erläutert, der insbesondere in seiner Verbindungszone mit dem Verschlußdeckel mit einer wärmedämmenden Anordnung versehen ist. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Querschnitt einen Schnellneutronen-Kernreaktor mit einem an seinem Oberteil unter einem Verschlußdeckel hängend befestigten Behälter;

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Fig. 2 vergrößert die Verbindungszone zwischen dem Behälter und dem Deckel mit der zugeordneten wärmedämmenden Anordnung;

Fig. 3 vergrößert weiter einen Ausschnitt der wärmedämmenden Anordnung selbst gemäß der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4, 5 insbesondere zwei andere AusfUhrungsbeispiele der Befestigung bzw. des Aufbaues der betrachteten wärmedämmenden Anordnung.

Fig. 1 zeigt den Kern 1 eines Kernreaktors _t insbesondere eines Schnellneutronen-Kernreaktors, dessen ausführliche Erläuterung in diesem Zusammenhang nicht erforderlich ist. Der Kern 1 ist im Inneren eines Hauptbehälters 2 genannten Behälters angeordnet, der insbesondere einen zylindrischen seitlichen Ring 3 mit vertikaler Achse und einen unteren Boden mit im allgemeinen sphärischer Form besitzt. An seinem Oberende 5 ist der Ring 3 eingeschlossen und hängend befestigt unter einem horizontalen Deckel 6 erheblicher Dicke, der den Hauptbehälter 2 verschließt, wobei der Deckel 6 an seinem Umfang eine Schulter 7 aufweist, die zur Auflage auf einer entsprechenden Auflagefläche 8 eines Beton-Beckens 9 kommt, der den Reaktor umgibt. Der Hauptbehälter 2 enthält ein geeignetes Flüssigmetall-Volumen 10, im allgemeinen Natrium, in dem der Kern 1 eingetaucht ist, wobei der obere Pegel 11 dieses Natrium-Volumens 10 im Hauptbehälter 2 seinerseits unter dem Deckel 6 von einer Atmosphäre 12 aus inertem Gas überlagert ist, im allgemeinen Argon. Der Hauptbehälter 2 ist darüber hinaus außen doppelt ausgeführt mittels eines zweiten Behälters mit paralleler Wand, einem sogenannten Sicherheitsbehälter 13, der im Fall eines Unfalls beim Hauptbehälter

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vermeiden kann, daß das in diesem enthaltene Natrium sich

ausbreitet oder ergießt insbesondere in das Innere des Raums 14,der im Becken 9 vorgesehen ist und in dem die durch die Behälter 2 und 12 gebildete Anordnung angeordnet ist.

Der horizontale Deckel 6, der den Oberteil des Hauptbehälters verschließt, enthält in bekannter Weise im wesentlichen in Verlängerung des Kerns 1 ein System aus Drehdeckeln 15, durch die schematisch dargestellte Steuer-Regel- und Handhabungs-Glieder 16, die unter den Drehdeckeln 15 angeordnet sind, in den Kern 1 eintreten können und in diesem bestimmte· zum Betrieb oder zur Wartung erforderliche Betriebsschritte ausfuhren können. Der Deckel 6 trägt darüber hinaus im Behälter 2 unter dem Pegel 11 des Natrium-Volumens 10, den er enthält, verteilt Umwälzpumpen 17 und Wärmetauscher 18, durch die das Natrium-Volumen 10 im Inneren des Hauptbehälters umgewälzt werden kann. Insbesondere ist der Kern 1 im Inneren eines Zusatz- oder Innenbehälters I9 angeordnet, der im Hauptbehälter 2 zwei getrennte Bereiche 20 und 21 begrenzt, wobei das aus dem Kern 1 austretende heiße. Natrium, das während des Durchtritts durch diesen die bei der Kernspaltung entstandenen Wärmemengen aufgenommen hat, nach deren Abführung über die Wärmetauscher 18 dann gekühlt am Ausgang der letzteren in den Bereich 21 rückgeführt ist, durch die Pumpen gefördert wird, zu deren Wiedereinführung mittels Leitungen großen Querschnitts in eine Trageinrichtung 23, die den Kern 1 trägt, um einen neuen Durchtritt durch diesen sicherzustellen.

Fig. 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt der Ausbildung des Oberteils 5 des zylindrischen Rings 3 im Hauptbehälter 2, insbesondere in dessen Einschlußbereich im Deckel 6 und zeigt

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insbesondere den oberen Teil des Sicherheitsbehälters 15, der ersteren (Hauptbehälter 2) verdoppelt. Der Deckel 6 ist durch eine Metall-Fundamentplatte 30 verkleidet, die vom Oberteil 5 des Rings 3 durchsetzt ist, wobei sich die Fundamentplatte 30 unter den Deckel 6 durch einen Mantel 31 verlängert, der selbst durch eine horizontale Platte 32 verlängert ist. Eine wärmedämmende Anordnung 33> deren konkrete Ausbildung für die Erfindung unwesentlich ist, ist vorteilhaft zwischen den Behältern 2 und 13 angeordnet, wobei diese Anordnung 33 durch senkrechte Zugstangen 34 gehalten oder getragen ist.

Um gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung den Wärmeschutz der Innenwand des oberen Endes 5 des Rings 3 sicherzustellen, weist der mit der Unterseite des Deckels 6 einstückige Mantel 31 beim dargestellten AusfUhrungsbeispiel einen Auflagering 35 auf, gegen den die Oberränder 36 mehrerer nebeneinander gelagerter Winkelprofile 37 zur Auflage kommen, die sich parallel zum Behälter 2 erstrecken. Jedes Winkelprofil 37 ist bestimmt zur Aufnahme von Schutzelementen, die weiter unten näher erläutert werden, wobei die Schutzelemente auf einem unteren Auflagerand 38 des Winkelprofils ruhen, der vorteilhaft mit dem Ende einer zur Wand des Behälters 2 parallelen Wand oder einem Schirm 39 einstückig verbunden ist, der mit der Wand des Behälters 2 einen Zwischenraum 40 bildet, in dem eine geeignete Durchflußmenge des flüssigen Natriums umläuft oder strömt, die während des Betriebs des Reaktors die Kühlung des Behälters 2 sicherstellt.

Eine zwischen dem Winkelprofil 37 in Anlage an den unteren Rand 38 des Winkelprofils 37 angeordnete wärmedämmende Anordnung 41 ist durch eine Folge von nebeneinander angeordneten benachbarten Tafeln gebildet, wobei die Wirkung dieser An-

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Ordnung 41 durch weitere warmedämmende Anordnungen 42, die unter der unteren Platte 32 des Deckels 6,und wärmedämmenden Anordnungen 43,die an dem Winkelprofil 37 befestigt sind,vervollständigt wird.

Fig. 3 zeigt vergrößert einen Ausschnitt des Aufbaues der wärmedämmenden Anordnung, insbesondere der wärmedämmenden Anordnung 41, die gegenüber dem Winkelprofil 37 angeordnet ist. Diese Anordnung 4l ist durch eine Folge benachbarter Tafeln, wie den Tafeln 50, 51, 52 gebildet, die Seite an Seite gegen das Winkelprofil 37 angeordnet sind,wobei jeder der Tafeln 50, 51, 52 in diesem AusfUhrungsbeispiel eine Deckplatte 53 parallel zur Innenfläche des Winkelprofils 37 aufweist. Letzteres, das gleichzeitig als zweite Deckplatte wirkt, weist Bolzen oder Stifte 55 auf, die sich senkrecht zu seiner Ebene erstrecken und bei 56 verschweißt sind, wobei die Stifte 55 an ihrem entgegengesetzten Ende einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 57 aufweisen, der mit einer Mutter 58 zusammenwirkt, die zur Anlage gegen die gegenüberliegende Fläche der Deckplatte 53 kommt, um die Deckplatte 53 und das Winkelprofil 37 aneinander anzunähern unter dazwischen Einschließen einer elastischen oder nachgiebigen und isolierenden oder wärmedämmenden Füllung, die in der Anordnung 41 befestigt ist. Diese nachgiebige Füllung ist insbesondere durch die Übereinanderlagerung mehrerer dünner Metallelemente 60, 6l, 62, 63, 64 gebildet, die vorteilhaft mittels gewellter oder geprägter Platten gebildet sind oder auch mittels metallischer Gewebe oder Netze, die sich parallel zur Ebene der Deckplatte 53 erstrecken.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung begrenzen die Deckplatten 53 in zwei benachbarten Tafeln, beispielsweise

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den Tafeln 50 und 5I oder 50 und 52 durch ihre Seitenränder ein Spiel 59a. In gleicher Weise begrenzen die Winkelprofile benachbarter Tafeln 50, 51 bzw. 50, 52 durch ihre Seitenränder ein Spiel 59b. Die beiden Spiele 59a, 59b sind durch die dünnen Metallelemente 60 bis 64 gefüllt, die zu diesem Zweck über den Umfang oder Rand der- entsprechenden Tafeln 50, 51, 52 und der Deckplatten 53 hinausragen, wobei sie sich in Querrichtung von einer Tafel in die andere erstrecken. Die dünnen Metallelemente 60 bis 64 jeder Tafel 50, 5I, 52 sind ihrerseits von einem Element zum anderen so versetzt oder verschoben, daß eine gegenseitige teilweise Überdeckung sichergestellt wird und daß sie sich in Querrichtung von einer Tafel 50, 51, 52 zur folgenden erstrecken unter Sicherstellen der Kontinuität der wärmedämmenden Anordnung 41 über deren gesamten Fläche ungeachtet der Trennung dieser Anordnung aus mehreren benachbarten unabhängigen Tafeln 50, 51, 52.

Beim beschriebenen AusfUhrungsbeispiel bilden die wärmedämmenden Tafeln 50, 5I, 52, wenn sie einmal gegen die Elemente der Winkelprofile 37 angeordnet sind, eine kontinuierliche Schicht oder Bedeckung, wobei die zu diesen Elementen der Winkelprofile 37 parallelen Deckplatten 53 an diesen durch die Stifte 55 befestigt sind. Ebenso kann die wärmedämmende Anordnung auch mittels mehrerer Schichten dieser Art aufgebaut sein, wobei die Tafeln 50, 5I, 52 zwei parallele Deckplatten aufweisen, wobei die letzteren Winkelprofilen 37 benachbarte Schicht lediglich eine einzige Platte wie zuvor aufweist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch zwei andere Ausführungsbeispiele dieser Art, bei denen die Deckplatten in den aufeinanderfolgenden Tafeln entweder übereinandergelagert (Fig.4, Tafeln 53a, 53b)oder gegeneinander versetzt oder verschoben sind (Fig.5^ Tafeln 53). Jede abdeckende Schicht kann auf diese

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Weise zwei Platten, wie in Fig. 4 dargestellt, aufweisen, die zwischen sich die dünnen Metallelemente in der beschriebenen Art halten,oder auch so angeordnet sein, daß die untere Deckplatte jeder Schicht die obere Deckplatte der folgenden •Schicht bildet, usw. (Fig.5). Die Befestigungs-Stifte 55 können den gesamten Stapel der Schichten durchsetzen unter Befestigung am untersten Winkelprofil 37 wie zuvor und unter Zusammenwirken mit Muttern 58 ^an der Oberseite der obersten Deckplatte der letzten Schicht oder können auch über die Dicke der Schichten von einer zur anderen verteilt sein, wobei letztere Lösung nicht dargestellt ist. Für den letzteren Fall ist festzustellen, daß, wenn die Deckplatten versetzt sind, die differentiellen Wärmedehnungen durch die Spiele absorbiert werden können, die zwischen den Stiften und den Platten gelassen sind, dank einer geringen Biegung oder Biegbarkeit der ersteren.

Auf diese Weise wird eine Schutzeinrichtung geschaffen, die eine wärmedämmende Anordnung sehr einfachen Aufbaues verwendet und deren Kontinuität besonders zuverlässig ist, unabhängig von den differentiellen Wärmedehnungen, die sich zwischen deren verschiedenen Elementen während des Betriebs des Reaktors insbesondere während der Wärmezyklen, denen dieser ausgesetzt ist, erzeugen oder auftreten können. Insbesondere erreicht die Versetzung oder Verschiebung, die zwischen jedem dünnen Element gebildet ist, das durch eine geprägte oder gewellte Folie oder durch ein durchbrochenes metallisches Netz gebildet ist, stets eine geeignete Abdeckung der Tafeln gegeneinander sowie eine kontinuierliche Anordnung auf der gesamten zu schützenden Fläche. Darüber hinaus besitzt diese nachgiebige wärmedämmende Anordnung den Vorteil, daß sie ständig gegen die Wand des Hauptbehälters 2 angelegt ist, und dies unter der Berücksichtigung der Tatsache, daß die Temperatur der Deckplatten 53 stets größer als die der Winkelprofile 37 ist.

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Selbstverständlich sind noch weitere Ausgestaltungen möglich, insbesondere kann jede andere Art der Halterung und der Positionierung der Tafeln der wärmedämmenden Anordnung verwendet werden.

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Leerse ite

Claims

Ansprüche

1. Sohutζeinrichtung eines unter dem Verschlußdeckel eines Kernreaktors hängend befestigten Behälters, in dem die Wand des Behälters nahe der Verbindung mit dem Deckel nach innerhalb des Behälters von einer metallischen wärmedämmenden Anordnung bedeckt ist, die aus zumindest einer Schicht nebeneinander angeordneter Tafeln gebildet ist, deren jede durch zwei parallele Deckplatten gebildet ist, zwischen denen eine Füllung ubereinandergelagerter dünner Metallelemente angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen den Deckplatten durch zur Ebene der Platten senkrechte Stifte sichergestellt ist, die an einem der Enden an einer der Platten befestigt

und am gegenüberliegenden Ende an einer Schraube befestigt sind,die gegen die andere Platte zur Anlage kommt unter Zusammendrücken der Füllung,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Ränder der Deckplatten (53) zweier benachbarter Tafeln (50, 5I, 52) in der Anordnung (41) durch ein Spiel (59a) getrennt sind,

daß die zwischen den Platten (53, 37) einer Tafel (50, 51, 52) befestigte Füllung aus dünnen Metallelementen (60 bis 64) seitlich über deren Rand hinausragt zum Eingriff zwischen den Platten (53, 37) zumindest einer benachbarten Tafel (50, 51, 52) unter Ausfüllen des Spiels (59a, 59b),

daß die dünnen Metallelemente (60 bis 64) jeder Füllung ihrerseits gegeneinander versetzt sind unter teilweiser Über-

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deckung von einem Element zum folgenden,

daß die wärmedämmende Anordnung (41) durch mehrere Winkelprofile (37) getragen ist, wobei jedes Winkelprofil (37) einen seitlichen Ring aufweist, der eine der beiden Deckplatten jeder wärmedämmenden Tafel (50, 51» 52) bildet, die gegen die Innenwand des Behälters (2) anliegt, sowie einen unteren Rand (38) zur Auflage der wärmedämmenden Tafeln (51* 52, 53)·

2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß. die zwischen den Deckplatten (53, 37) angeordnete Füllung aus dünnen Metallelementen (60 bis 64) durch die Übereinanderlagerung von geprägten oder gewellten Folien gebildet ist derart, daß deren Übereinanderlagerung eine Anordnung kleiner Volumen begrenzt, die im wesentlichen geschlossen sind und isolierend sind über die Dicke der Füllung.

3. Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,daß die dünnen Metallelemente durch übereinander angeordnete metallische Gewebe oder Netze gebildet sind, die über die Dicke der Füllung durch dünne Bleche getrennt sein können.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand (38) zur Auflage der wärmedämmenden Tafeln (50, 51, 52) mit einem zur Wand des Behälters (2) parallelen Schirm (39) verschweißt ist und mit diesem einen Umwälzraum (40) einer geeigneten Durchflußmenge des Kühl-FlUssigmetalls begrenzt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß die wärmedämmende Anordnung (41) mehrere übereinander angeordnete Schichten nebeneinander angeordneter Tafeln (50, 51, 52) aufweist, wobei die Deckplatten (53* 53a, 53b) in den Schichten von einer Schicht zur folgenden selbst übereinander gelagert und/oder versetzt sind (Fig. 4, 5).

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