DE2816348C2 - Vorrichtung zum Kühlen des Behälters eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen des Behälters eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches I

Bei der Üblichsten Bauwelse solcher Kernreaktoren (Vgl. z. B. DE'ÖS 24 10 701) sind der Kern und das zu seiner Kühlung dienende Volumen von flüssigem Natrium Im Inneren eines Behälters mit senkrechter Achse angeordnet, der an seinem oberen Ende Offen und unter einer dldken Schutzdecke aufgehängt Ist, die diesen Behälter abschließt und Durchlaßöffnungen zuifr Innenraum desselben für Vorrichtungen, die den Zugang zum Kern ermöglichen, oder für andere für den Betrieb notwendige Bestandteile aufweist, wie Wärmeaustauscher und Pumpen, die vom Verschlußdeckel getragen und rings um den Kern verteilt sind. Diese Bestandteile sorgen einerseits für die Übertragung der vom flüssigen Metall bei seinem Durchgang durch dun Kern aufgenommenen Wärme und andererseits für dessen kontinuierlichen Kreislauf. Vorteilhafterwelse Ist der Kern selbst in einem zweiten Behälter, dem sogenannten Innenbehälter, angeordnet, der das im ersten Behälter, dem sogenannten Hauptbehälter, enthaltene Volumen von flüssigem Metall in zwei Bereiche unterteilt, die jeweils heißer Sammelraum und kalter Sammelraum genannt werden, wobei der heiße Sammeiraum das flüssige Metall am / usgang des Kerns aufnimmt und dieses gleiche flüssige Metall nach Durchlaufen der Wärmeaustauscher und dort erfolgter Abkühlung in den kalten Sammelraum gelangt und dann von den Förderpumpen unu*r einem geeigneten Druck in den Kern des Kernreaktors zurückgepumpt wird, um so einen geschlossenen Umlauf aufrechtzuerhalten

Gemäß einer ebenfalls bekannten Ausbildung (DE-OS 24 10 701) ist der Reaktorkern durch nebeneinander angeordnete Kernbrennsioffelement-Anordnungen gebildet, die auf einem Traggerüst ruhen, das aus zwei Tragplatten oder Traggittern besteht, welche Ausnehmungen aufweisen, in weiche senkrecht die Füße dieser Kernbrennstoffelement-Anordnungen eingreifen. Die Pumpen fördern das kalte flüssige Metall In das Traggerüst, und es Ist auf dem Niveau der Verbindung zwischen den Füßen der Brennstoffelement-Anordnungen und diesem Traggerüst ein Nebenstrom oder Leckstrom vorgesehen, der gering ist gegenüber dem durch die Brennstoffelement-Anordnungen gehenden und diese kühlenden Hauptstrom. Dieser Nebenstrom wird unter dem Traggerüst des Kerns aufgefangen und einem Ringraum zugeführt, der zwischen der Innenwand des Hauptbehilters und einer zu dieser parallelen Leitwand ausgebildet Ist. wo der Nebenstrom zur Kühlung c'-jr Seltenwand des Behälters strömt, bevor er zum kalten Sammelbereich zurückgeführt wird, wo er sich mit dem restlichen Volumen des flüssigen Metalls mischt Der Nebenstromdurchsatz kann diesem kalten Sammelbereich entweder dadurch wieder zugeführt werden, daß man Ihn über die Oberkante der Leitwand überlaufen und zwischen dieser Leitwand und einer parallelen Leitgegenwand zurückströmen läßt, oder indem man Ihn über die gleiche Oberkante überlaufen und frei in diesen Sammelraum zurückfallenläßt (DE-OS 24 10 701. DE-OS 25 50 799 und besonders DE-OS 24 49 308)

Bei der einen oder anderen dieser Lösungen befindet sich das zur Kühlung dienende flüssige Natrium Im offenen oberen Teil des Behälters in Berührung mit einem Neutralgaspolster, das oberhalb des Niveaus des flüssigen Metalls unter dem den Reaktor verschließenden Verschlußdeckel als Abdeckschicht angeordnet Ist Fs können nun Schwierigkelten auftreten, wenn sich das Nlveau der freien Oberfläche des Natriums Im Behälter verändert Wenn man dafür sorgt, daß das l'mkehrnlveau des abgenommenen flüssigen Natriums dauernd unter dem Im Behälter vorhandenen liegt, besteht keine Gefahr des Mltrelßeris von Gas aus dem Schutzgaspol· ster; es bilden sich jedoch bei gedrosseltem Betrieb des Kernreaktors, bei dem das Nlveau des abgenommenen flüssigen Natriums seine höchste Höhe erreicht, stagnierende und nicht gekühlte Schichten Im oberen Teil des Behälters, zwischen diesem und der Leitwand. Wenn man dagegen dafür sorgt, daß das Überlaufnlveau des

abgenommenen flüssigen Natriums dauernd oberhalb des maximalen Niveaus im Behalter liegt, ist zwar die Kühlung des Behälters bei allen Beiriebszuständen gewährleistet, jedoch kann ein solcher Überlauf ein nachteiliges Mitreißen von Gas aus dem Schutzgaspolster zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der oben angegebenen Art zum Kühlen der Wand des Behälters eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors durch Abnahme einer Teilmenge des zur Kühlung dienenden flüssigen Metalls derart auszubilden, daß sie unabhängig vom Niveau des flüssigen Metalls im Behälter eine homogene und wirksame Kühlung des oberen Teils des Behälters ohne Bildung von heißen Taschen und ohne Mitreißen von Schutzgas gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Tei'es des Anspruches 1.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht auch bei Veränderungen des Betricbszubiandeä des Kernreaktors. Im ersten Ringraum ein konstantes Niveau des mit der Wand des Hauptbehälters in Berührung stehenden flüssigen Metalls und eine homogene wirksame Kühlung dieser Wand aufrechtzuerhalten, ohne das Gas des Schutzgaspolsters In das In den zweiten Ringraum überlaufende flüssige Metall mitgerissen wird.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Hierin zeigt

Flg. 1 einen vereinfachten schematischen Schnitt durch einen Kernreaktor, der mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.

Fig. 2 als Einzelheit eine Ansicht einer Rinne,

Flg. 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform der Rinne gemäß der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Rinne.

Flg. i zeigt den Hauptbehälter 1 mit senkrechter Achse eines ganz schematisch dargestellten Kernreaktors, der mit schnellen Neutronen arbeitet. Dieser Behälter Ist mit seinem oberen Teil unter einem Verschlußdeckel 10 aufgehängt, der einer. Betonbehälter 10a verschließt, der die gesamte Anlage enthält. Der Reaktorkern 2 des Kernreaktors weist an seinem unteren Teil einen Sammelraum oder ZuführungsKammer 20 auf, die mittels eines Traggerüstes 21 auf dem Im wesentlichen halbkugelförmigen Boden des Behälters 1 ruht. Eine Hüll- oder Leitwand 3 Ist konzentrisch zum Hauptbehälter 1 angeordnet und erstreckt sich von der Basis des Traggerüsts 21 bis zu einem bestimmten Abstand vom oberen F.nue des unter dem Verschlußdeckel 10 aufgehängten Behälters 1 Die Oberkante der Leitwand 3 ist mit 31 bezeichnet.

Der Reaktorkern 2 des Kernreaktors ist untergetaucht In einer Masse von flüssigem Metall, das Im üblichsten Fall aus Natrium besteht, die im Behälter bis zu einem Niveau unter der Leitwand reicht, das m't 32 bezeichnet Ist Dieses Niveau 32 befindet sich unter der Leltwandkante 31 Im Inneren des Behälters 1 Ist das Volumen des flüssigen Natriums durch einen Innenbehälter \a In zwei Bereiche F und C geteilt, wobei der oberhalb des Keaktorkerns befindliche Bereich C einen Sammelraum bildet, der das nach Durchströmen des Reaktorkerns erwärmte heiße flüüslge Natrium aufnimmt, während der auf der anderen Seite des Innenbehälters la befindliche Sammelraum F das na»!h Durchströmen von (nicht gezsigten) Wärmeaustauschern abgekühlte Natrium aufnimmt, das von mindestens einer Förderpumpe 4 angesaugt und mittels einer Leitung 40 in den Zufuhrraum 20 unier den Kernreaktor zurückgeführt wird, den es dann erneut durchströmt.

Ein Teil des vom Zufuhrraum 20 kommenden Kühlnatriums strömt zum Innenraum des Traggerüsts 21 und nach Durchgang durch an der Basis dieses Traggerüsts ausgebildete Öffnungen 23 in einen ersten Ringraum, der

ίο von der Innenwand des Hauptbehälters 1 und der Außenwand der Leitwand 3 begrenzt Ist. Der so abgenommene Strom von kaltem Natrium wird bis in die Nä'ne der Oberkante 31 der Leitwand gefördert, also auf ein höheres Niveau als das vom Natrium im Sammelraum C erreichte Niveau 32.

An der Innenfläche der Leitwand 3 sind an dieser entlang wendelförmig nach unten verlaufende Rinnen 6 angebracht, durch die vom ersten Ringraum zwischen dem Behälter 1 und der Leinwand 3 kommendes NatriL m, nachdem es eine Schwelle 5 am oberen Ende jeder der Rinnen überwunden hat, in den ^p;nnen herab und in siTtif. zweiten Ringraum überlaufen kenn der zum ersten Ringraum konzentrisch ist und von der Leitwand 3 und einer zu dieser parallelen und koaxialen Leitgegenwand 3σ begrenzt ist. Das so in Berührung mit der Wand der Leitward 3 übergelaufene Natrium gewährleistet die Kühlung derselben und strömt dann zum unteren Teil des zweiten Ringraums, um durch Auslaßöffnungen 36 in ilen Sammelraum F zurückzukehren.

Gegebenenfalls sind Hindernisse 7 längs der Rinnen 6 angeordnet, und die am oberen Teil dieser Rinnen vorgesehenen Schwellen 5 in geeigneter Weise gemäß dem Umfang der Leitwand 3 verteilt. Infolge dieser Maßnahmen bleibt die Fließgeschwindigkeit des in die Rinnen übergelaufenen Natriums stets gering, so daß keine Möglichkeit des Mitreißens von Schutzgas 8 besteht, das den zwischen dem Verschlußdeckel 10 und der freien Oberfläche 32 des Natriums im Behälter befindlichen Raum raut.

FMg. 2 zeigt eine Rinne 6. die aus einem Blech mit U-fÖrmigem Querschnitt besteht und bezüglich der Be' alterachse wendelförmig nach unten verläuft. Eine Seitenwand der Rinne ist gegen die Innenwand der Leitwand 3 angeschweißt. Vorzugsweise ist dls am oberen Teil der Rinne vorgesehene Schwelle 5 in Richtung der Rinne geneigt

IMg. 3 zeigt den Querschnitt einer Rinne 6 der in FI \%. 2 gezeigten Art, In der jedoch Hindernisse 7 für den Durchfluß des abgenommenen Natriums angeordnet sind Die Hindernisse bestehen hler aus gerippten Metallblechen, die nebeneinander angeordnet und stellenweise mittels Querstäben 71 befestigt sind, die am Ende der Seitenwände der Rinne unbeweglich gehalten sind.
.Schließlich zeigt Fig. 4 eine Abwandlung, wo die Rinne 6 aus einem L-förmlgen Winkelelsen gebildet ist, das gegen die Innenwand der Leitwand 3 angeschweißt ist. die so unmittelbar eine der Seltenvände der Rinne bildet Die Hindernisse 7 sind hler gebildet durch einen Stapel von Metallgeweben oder Netzen, die gegen der Boden der Rinne ' gedrückt und durch eine daran angeschweißte Stange 72 gehalten sind, deren Ende 73 über eine Unterlegscheibe 74 umgebogen Ist.

Die für jede Rinne gewählte Neigung hängt von der Foi;m und Wirksamkeit der Hindernisse 7 ab, um einen geeigneten Strömungszustand des kühlenden Natriums aufrechtzuerhalten, έο daß der Durchsatz des in den zwiilten Ringraum Und von dort In den kalten Sarnmelraum F zurückgeleiteten Natriums keine Stauungen oder

Wirbel erzeugt. Man sorgt besonders für eine Strömung des Natriums Im sogenannten »ffuvlalen« Fließzustand, der einer Froude-Zahl unter 1 entspricht. Dieser In der Technik an sich bekannte Begriff des fluvlalen Zustands 1st In dem Werk »Hydraullque generate et appliquee«. Quartler, Collection du Centre de Recherches et d'Essals de Chatou, Eyrolles Edlteur Paris, näher erlüutert.

Die gegebenenfalls In den Rinnen angebrachten Hindernisse können auch aus Geweben oder Körpern aus metallischen oder mineralischen Materlallen bestehen, die gegebenenfalls profiliert oder perforiert sind oder die Form von kugel- oder kornartigen Teilchen haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kühlen des Behälters eines mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktors, der einen sogenannten Hauptbehälter aufweist, der einen zweiten Behälter, den sogenannten Innenbehälter umgibt, der den Reaktorkern enthält und ein Im Hauptbehaiter eingeschlossenes Volumen von flüssigem Metall in zwei Bereiche, den sogenannten heißen na und kalten Sammelraum, unterteilt, wobei der geschlossene Umlauf des Im kalten Sammelraum angesaugten und durch den Reaktorkern In den heißen Sammelraum geförderten flüssigen Metalls durch rings um den Reaktorkern verteilte Pumpen erfolgt, wobei ferner eine Leitwand und eine Leitgegenwand konzentrisch zur Wand des Hauptbehäliers angeordnet sind und jeweils einen ersten (äußeren) und einen zweiten (Inneren) Ringraum begrenzen, die Im kanten Sammelraum nünden, und der erste Ringraum von einem Nebenürom des als KQhImUt?! dienenden flüssigen Metalls von unten nach oben durchströmt wird, wobei das Metall mit der Wand des Hauptbehälters bis zu einem konstanten Niveau In Berührung kommt, das In der Nähe der Oberkante der Leitwand liegt, und wobei eine Überlaufvorrichtung vorgesehen Ist, weiche flüssiges Metall vom ersten (äußeren) Ringraum In den zweiten (inneren) Ringraum und von dort In den kalten Sammelraum (F) überlaufen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufvorrichtunr mindestens eine Rinne (6) aufweist, die an der zum Innenraum des Hauptbehälters (1) gerichteten Wand der Leitwand U) befestigt Ist, wobei der Einlaß jeder Rinne unterhalb der Oberkante (31) der Leitwand (3) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die zum inneren des Hauptbehälters (1) gerichtete Wand der Leitwand (3) eine Seitenwand der Rinnen (6) bildet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (6) Hindernisse (7) im Fließweg des flüssigen Metalls aufweisen

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisse (7) aus einem Gewebe oder Gewirk aus Metall bestehen

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisse (7) aus geformten Körpern bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisse (7) aus Teilchen In d Art von Kugeln oder Körnern bestehen.