DE2825734A1

DE2825734A1 - Waermeschutzvorrichtung fuer kernreaktor

Info

Publication number: DE2825734A1
Application number: DE19782825734
Authority: DE
Inventors: Yves Depierre; Jacques A Figuet; Guy Lemercier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-06-13
Filing date: 1978-06-12
Publication date: 1978-12-14
Also published as: NL7806350A; ES470708A1; JPS547087A; US4298431A; GB2000355B; DE2825734C2; IT1109137B; JPS6159467B2; GB2000355A; IT7868364A0

Description

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COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE, Paris Frankreich

WärmeschutζVorrichtung für Kernreaktor

Die Erfindung betrifft eine Wärmeschutz- bzw. -dämmvorrichtung für den Innenaufbau eines flüssigmetallgekühlten Schnellneutronen-Kernreaktors, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung einer solchen Art, die zur Kühlung und zur Wärmedämmung des Hauptbehälters eines derartigen in integrierter Form ausgebildeten Reaktors vorgesehen ist.

Bei sogenannten integrierten Schnellneutronenreaktoren ist ganz allgemein im Inneren eines Schutzraumes mit dichten bzw. dicken Wänden ein offener Hauptbehälter mit vertikaler Achse angeordnet, dessen zylindrische Seitenwand hängend unter einem horizontalen Deckel befestigt ist, der den Behälter oder das Becken an dessen Oberteil verschließt. Dieser Hauptbehälter enthält ein geeignetes Volumen eines Flüssigmetalls, üblicherweise Natrium, dessen Pegel im Behälter unter dem Deckel von einer Zwischenschicht aus einem neutralen Gas, üblicherweise Argon, überlagert ist. Der Kern des Reaktors, der durch eine Gruppierung von benachbarten

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Brennelementbündeln gebildet ist, ruht auf einem Auflage-Stützbalken oder -träger, der seinerseits auf dem Boden des Hauptbehälters in Anlage ist, über einen Metallbelag. Der Kern ist von einem zweiten, Primärbehälter genannten Behälter umgeben, der im Hauptbehälter angeordnet ist, wobei das umgewälzte Flüssignatrium den Kern in aufsteigender Richtung durchsetzt. Das heiße Natrium, das Wärmemengen aufgenommen hat, die von den Brennelementbündeln des Kerns abgegeben sind, wird im Innenbehälter aufgefangen, nachdem es zu Eintrittsöffnungen gerichtet worden ist, die im Oberteil von Wärmetauschern^orgesehen sind, die um den Kern verteilt angeordnet und vom Deckel getragen sind, den sie in dichter Weise durchsetzen. Das durch Durchtritt durch die Wärmetauscher gekühlte Natrium tritt aus diesen durch Austritt söf fnungen aus, die an deren Unterteil vorgesehen sind, und entspannt sich in den zwischen dem Hauptbehälter und dem Innenbehälter begrenzten Raum unter einer geneigten Schikane oder Abstufung, die mit letzterem Behälter einstückig ist und die von den Körpern der Wärmetauscher durchsetzt ist, wobei die Abstufung auf diese Weise die Trennung des heißen Natriums im Innenbehälter vom kalten Natrium ermöglicht zwischen dem Innenbehälter und dem Hauptbehälter. Das kalte Natrium wird nun durch ebenfalls um den Kern zwischen den Wärmetauschern verteilten Pumpen rückgeführt, wobei die Pumpen wie die Wärmetauscher von den oberen Deckeln getragen sind und zum Rückführen des kalten Natriums in die Auflage unter dem Kern vorgesehen sind mit einem ausreichenden Druck, um deren neuen Durchtritt durch diesen zu ermöglichen und um die kontinuierliche Umwälzung im Hauptbehälter aufrechtzuerhalten. Diese beschriebene Ausführung entspricht folglich der Integration im Hauptbehälter,· und zwar nicht nur des Innenbehälters und des Kerns, sondern auch der Wärmetauscher

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und der Pumpen, wobei das Volumen des kühlenden Natriums so im Hauptbehälter selbst enthalten bzw. eingesperrt bleibt.

Bei einer herkömmlichen Lösung dieser Art wurde schon sichergestellt eine permanente Kühlung der Innenwand des Hauptbehälters, insbesondere am Oberteil dessen zylindrischer Hülse, die normalerweise in Berührung oder nahe der Masse des heißen Natriums ist, das im Hauptbehälter aufgefangen ist, oberhalb der quergerichteten Abstufung. Zu diesem Zweck ist gegen die Wand dieses Hauptbehälters eine parallele Hülse oder ein Umlenkblech („baffle") vorgesehen, das einen ringförmigen Raum begrenzt, der in ansteigender Richtung von einer Menge des kalten Natriums durchströmt ist, die aus dem Bereich entnommen ist, der zwischen dem Hauptbehälter und dem Innenbehälter unter der Abstufung begrenzt ist und vorzugsweise in der Auflage abgeleitet ist, ausgehend von Lecks, die am Fußende der Brennstoffelementbündel auftreten, die in Tragstreben aufgenommen sind, die in der Auflage vorgesehen sind. Die Menge des kalten Natriums steigt auf diese Weise zwischen dem Hauptbehälter und dem Umlenkblech bis zu dessen Ende oder Oberrand an und ergießt sich über diesen einen überlauf bildenden Rand entweder direkt in das Innere des Hauptbehälters oder vorzugsweise zwischen dem Umlenkblech und einem dazu parallelen Gegen-Umlenkblech in einen zweiten ringförmigen Raum, der mit dem Bereich des kalten Natriums unter der Abstufung in Verbindung ist. Gegebenenfalls kann eine Siphonanordnung zwischen dem Hauptbehälter, dem Umlenkblech und dem Gegen-Umlenkblech eingesetzt sein, um die Umwälzung der Menge des abgeleiteten Natriums zu verbessern und um die Abkühlung des Hauptbehälters wirksamer zu machen.

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Wenn auch ein derartiger Aufbau gut für integrierte Reaktoren relativ mittelmäßiger Leistung angepaßt ist, sind sie jedoch weniger gut für zukünftige Reaktoren sehr hoher Leistung, da sie außer bestimmten Schwierigkeiten bezüglich der Geometrie der Behälter selbst besondere Vorsorgemaßnahmen erfordern, um den Gasdruck in dem Siphon zu steuern bzw. zu regeln, und weil sie zu Pegelschwankungen des Kühlnatriums längs der Wand des Hauptbehälters abhängig von den Betriebszuständen des Reaktors führen. Schließlich ist, wenn im einfachsten Fall die Menge des Natriums sich frei über den Oberrand des Umlenkblechs ergießt bzw. dort überläuft, kontinuierlich oder schlitz- oder ausschnittweise, dessen Profil so ausgewählt ist, daß am besten ein Anhaften der überlaufenden Schicht stromabwärts dieses Rands vermieden wird, ein weiterer Nachteil zu berücksichtigen. In diesem Fall besteht nämlich die Gefahr, daß das Fördern oder Mitreißen von Gas der den Natriumpegel im Behälter unter dem Deckel überlagernden Schicht, selbst wenn dies auf einen relativ geringen Wert begrenzt sein kann, im Fall einer geringen Schichtdicke oder Druckhöhe, zu groß wird, sobald diese Höhe ansteigt, oder die Menge zu groß wird, wobei das Vorhandensein von Gasblasen in der flüssigen Masse nachteilig ist unter hydraulischen, thermischen und neutronischen Gesichtspunkten.

Eine weitere Lösung, die sich aus der vorhergehenden ergibt, besteht darin, die Menge der überlaufenden dünnen Schicht aufzuteilen durch Rinnen oder dergleichen, deren Form und deren Verteilung so ausgebildet sind, daß ein im wesentlichen laminarer Zustand aufrechterhalten ist, um das Mitreißen oder Fördern von Gas und die Bildung von Blasen auf das äußerste zu verringern. Auch hier jedoch ist die

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Wirksamkeit dieser Lösung nicht vollständig befriedigend, da die Aufteilung der Flüssigkeit in den Rinnen, die in relativ beschränkter Anzahl vorgesehen sind, die Gefahr mit sich bringt, ein Mitreißen von Gas hervorzurufen für höhere oder verbesserte Betriebszustände des Reaktors.

Es ist Aufgabe der Erfindung, derartige Vorrichtungen dahingehend zu verbessern, daß im Fall eines Innenaufbaus des Kernreaktors und insbesondere des an der Innenfläche einem parallelen Umlenkblech zugeordneten Hauptbehälters, wobei ein Umwälzkreis einer Menge von kühlendem Flüssigmetall begrenzt ist, die Geschwindigkeit des Abfalls dieser Menge stromab des freien oberen Rand des Umlenkblechs verringerbar ist, bis zu deren Restitution oder Wiederherstellung auf dem Pegel des Flüssigmetalls im Behälter, ohne daß diskrete Einrichtungen verwendet werden müssen, um die Menge aufzuteilen und ohne Verwendung irgendeines dynamischen Systems, noch irgendeiner Steuerung wie beispielsweise mittels eines Gasdruck-Siphons.

Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Aufbau besitzt mit einer Wand, die mit einer parallelen Hülse, die am oberen Ende einen freien Rand, der eine Überlaufschwelle bildet, aufweist, einen Raum begrenzt, der sich vertikal erstreckt und in aufsteigender Richtung von einer Menge durchflossen ist, die vom Flüssigmetall abgeleitet ist, die ausgehend von einem Hauptvolumen dieses Flüssigmetalls abgeleitet ist, in das der Unterteil der Wand eintaucht und sich dadurch auszeicR^e Saß die Hülse an ihrer dem Raum gegenüberliegenden Fläche eine Auskleidung oder Füllung von wärmedämmenden Elementen derart besitzt, daß die überlaufende Schicht, die nach unten strömt,

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stromab der Überlauf-Schwelle diese Auskleidung durchsetzt oder durchströmt, bevor sie in dem Hauptvolumen des Flüssigmetalls wiedergebildet oder wieder aufgenommen ist.

Gemäß einer ersten Weiterbildung ist die Auskleidung der wärmedämmenden Elemente gebildet durch einen Stapel von Geweben oder Gittern bzw. Netzen aus Metall, die gegen die Wand der Hülle oder des Rings bzw. Mantels plattiert oder aufgebracht ist. Vorteilhaft ist, wenn der Aufbau durch die Wand des Hauptbehälters des Reaktors gebildet ist und parallel einem Umlenkblech und einem Gegen-Umlenkblech zugeordnet ist, der Stapel aus Geweben oder Gittern aus Metall gegen die Umlenkblech-Wand angeordnet, die gegen das Gegen-Umlenkblech gerichtet ist, wobei die Menge des abgeleiteten Flüssigmetalls, das sich durch den Stapel ergießt, in den Raum rückgeführt ist, der zwischen dem Hauptbehälter und dem Innenbehälter unter dessen Quer-Abstufung gebildet bzw. enthalten ist.

Gemäß einem besonderen Merkmal ist der Stapel aus Geweben oder Gittern aus Metall gebildet durch übereinandergestapelte Schichten von benachbarten modularen oder Mudulplatten, die die Oberfläche des Mantels tapezieren oder bedecken, wobei die Modul-Platten eine Dicke besitzen, die von einer Schicht zur anderen gleich oder verschieden sein kann. Gegebenenfalls sind die Schichten durch dünne Metallbleche oder durch ein Gitter voneinander getrennt, dessen Dicke größer ist als die der Gewebe oder Gitter bzw. Netze aus Metall.

Vorzugsweise sind die Platten aus Geweben oder Gittern aus Metall in übereinandergelagerten Schichten angeordnet, deren Ränder von einer Platte zur anderen seitlich verschoben sind, um eine kontinuierliche Lage durch Überdeckung ver-

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schiedener Schichten zu erreichen, um auf diese Weise die Fläche des Mantels in notwendiger Dicke vollständig zu überdecken für die vertikale Umwälzung der Flüssigkeit in absteigender Richtung und mit verringerter Geschwindigkeit.

Gemäß einer anderen Ausführungsform weist jede Platte oder jedes Paneel der letzten Schicht des Stapels ausgehend von dem zu schützenden Aufbau eine Deckplatte auf parallel zur Fläche des Mantels, die zum Sicherstellen eines geeigneten Drückens des Stapels gegen diese Fläche vorgesehen ist mittels zumindest einem an dem Mantel befestigten Verriegelungs-Bolzen, der den Stapel durchsetzt, der mit einem am Ende des Bolzens aufgeschraubten Mutter zusammenwirkt durch Ausüben eines vorgegebenen Drucks auf die Deckplatte.

Gemäß einer weiteren Ausbildung ist die Befestigung des Stapels aus Geweben oder Gittern aus Metall derart ausgeführt, daß dessen Oberseite entweder unter dem Rand der die Überlaufschwelle bildenden Hülle bzw. des Mantels angeordnet ist, wobei diese Oberseite von einem Verteilungsglied der Menge der übergelaufenen Schicht versehen bzw. abgedeckt ist. Gegebenenfalls kann das Verteilungsglied der Menge durch ein perforiertes oder gelochtes Gitter oder durch einen Stapel aus Geweben oder Metallnetzen oder -gestricken gebildet sein.jGemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Auskleidung mit wärmedämmenden Elementen durch in einem zwischen dem Mantel einem zu diesem Mantel parallelen Blech und einer den unteren Boden bildenden Quer-Trennwand begrenzten Raum lose oder geschüttet angeordneten Stücken gebildet, wobei sich die Trennwand zwischen dem Mantel und dem Blech erstreckt.

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Das Blech und die den Boden bildende Trennwand können einstückig ausgebildet sein und so als L-Winkel geformt sein, der parallel zum Mantel ist, oder können auch aus zwei geeigneten, miteinander verbundenen Teilen bestehen. Damit die Menge des Flüssigmetalls, nachdem es die Auskleidung der wärmedämmenden Elemente durchströmt hat, nach außerhalb abströmen zu lassen, weist die den Boden bildende Trennwand und/oder das zum Mantel parallele Blech nahe der Trennwand Öffnungen für den Durchtritt des Flüssigmetalls auf.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Boden-Trennwand gedoppelt ausgebildet durch eine mit dem Mantel einstückige Platte, die sich unter der Trennwand erstreckt, wobei die Platte dem Mantel gegenüberliegend einen ansteigenden Rand derart aufweist, daß die Menge des Flüssigmetalls nach Durchtritt durch die Öffnungen der Trennwand nach oben rückgeführt wird, um das Entweichen von möglicherweise durch diese Menge mitgerissenen und von der oberhalb des Pegels des Flüssigmetalls im Behälter herrschenden Atmosphäre stammenden Gas zu erleichtern.

Gemäß einer anderen Ausbildung ist die Boden-Trennwand direkt verlängert über das zum Mantel parallele Blech hinaus um einen angezogenen Rand, der einen Bereich begrenzt, in dem die Menge des Flüssigmetalls, nachdem es im Blech nahe der Trennwand vorgesehene Öffnungen durchsetzt hat, nach oben geführt wird, um wie zuvor das Entweichen von mitgerissenem Gas zu erleichtern.

Die geschüttet oder lose gegen den Mantel oder die Hülle vorgesehenen wärmedämmenden Elementen können verschiedene

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Formen besitzen und können vorzugsweise durch Raschig-Ringe, durch Pall-Ringe, durch Berl-Sattelfüllkörper oder auch durch Spiral- oder Wickel-Metallfedern gebildet sein. Jede andere Ausführung, die Elemente verschiedener Formen verwendet, die in der Lage sind, den der Wand benachbarten Raum geeignet zu füllen zwischen dem Mantel und dem parallelen Blech, kann ebenfalls verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele einer Warmeschutzvorrichtung beim Aufbau eines Kernreaktors näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Vertikalschnitt einen integrierten Schnellneutronenreaktor zur Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um den Wärmeschutz der Wand dessen Hauptbehälters sicherzustellen,

Fig. 2 vergrößert im Schnitt einen Ausschnitt aus Fig. zur vollständigeren Darstellung des Aufbaues der Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 im Schnitt und weiter vergrößert die Schutzvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. k, 5 zwei Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 6 schematisch im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit geschütteten wärmedämmenden Elementen,

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Pig. 7 a, 7 bj 7c drei Ausführungsbeispiele der wärmedämmenden Elemente gemäß Fig. 5,

Fig. 8, 9 schematisch im Schnitt Ausschnitte zweier weiterer Ausfuhrungsbexspiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Anordnung des Reaktorblocks eines Schnellneutronenreaktors mit integriertem Aufbau in schematischer Weise, wobei dieser Kernreaktor insbesondere einen Schutzbehälter 2 aus dicken Betonwänden besitzt, die einen Innenbehälter 3 besitzen, in dessen Innerem der eigentliche Reaktor angeordnet ist. Dieser Behälter oder Raum ist an seinem Oberteil durch einen horizontalen Deckel 4 verschlossen, der zwischen einer Schulter des Beckens 2 über Auflageglieder 5 ruht. Im Inneren des Behälters oder Raums 3 ist ein erster Behälter 6, ein sogenannter Hauptbehälter, vorgesehen, der von einem zweiten Behälter 7 mit dazu paralleler Wand einem sogenannten Sicherheitsbehälter umgeben ist, wobei die Behälter 6, 7 über ihre offenen Oberenden unter dem Schutzdeckel 4 hängend befestigt sind. Der Hauptbehälter 6 enthält ein Volumen 8 eines Kühl-Flüssig^metalls, üblicherweise Natrium, dessen oberer Pegel 9 im Hauptbehälter 6 von der Unterseite des Deckels 4 durch einen Raum 10 getrennt ist, der mit einer Schicht eines inerten Gases gefüllt ist, im allgemeinen mit Argon.

Der Schutzdeckel 4 weist in an sich üblicher Weise ein System von schematisch dargestellten Drehdeckeln 11, 12 auf, die den Zugang zum Inneren des Hauptbehälters 2 und unter dem Pegel 9 des Volumens zum Kern 13 des Reaktors ermöglichen, der in das Natrium eingetaucht ist und der durch die Nebeneinanderanordnung einer Reihe von nicht dargestellten

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Brennelementbündeln gebildet ist, die auf einem unteren Auflage-Stützträger 14 ruhen, der seinerseits über einen Metallbelag 15 gegen den Boden des Hauptbehälters 6 in Anlage ist. Der Kern 13 ist im Inneren eines dritten Behälters 16, eines sogenannten Innenbehälters_ygehalten, der durch eine Quer-Abstufung 17 verlängert ist und durch eine seitliche zylindrische Hülle oder einen seitlichen zylindrischen Mantel 18 beendet ist, der koaxial zur Seitenwand des Hauptbe- " hälters 6 ist und sich mit geringem Abstand zu dieser erstreckt .

Gemäß einer herkömmlichen Anordnung in bezug auf das für den betrachteten Reaktor verwendete integrierte Konzept trägt der Verschlußdeckel 4 eine Reihe von Wärmetauschern 19 und von Umwälzpumpen 20, die den Deckel 4 in dichter Weise durchsetzen und in das Innere des Hauptbehälters 6 unter den Pegel 9 eindringen, wobei die Wärmetauscher 19 und die Pumpen 20 in geeigneter Weise um den Kern 13 verteilt die geneigte Abstufung 17 durchsetzen, die den Innenbehälter verlängert. Jeder Wärmetauscher 19 besitzt Eintrittsöffnungen 21 oberhalb der Abstufung 17 und Austrittsöffnungen unterhalb dieser Abstufung 17·

Aufgrund dieser Anordnung wird das heiße Natrium am Austritt des Kerns 13, nachdem es in diesem Wärmemengen in Berührung mit den Brennelementbündeln aufgenommen hat, im Bereich 23 aufgesammelt, der im Inneren des Innenbehälters 16 durch die Abstufung 17 und den Mantel 18 begrenzt ist, und dringt dann in die Wärmetauscher 19 durch die Eintrittsöffnungen 21 ein. Das einmal gekühlte Natrium ist am Ausgang der Wärmetauscher 19 über die Austrittsöffnungen 22 wiedergebildet im Bereich 24, der unter der Abstufung 17 gebildet ist zwischen dem Hauptbehälter 6 und dem Innenbehälter

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In diesem Bereich 24 wird das kalte Natrium von den Umwälzpumpen 20 aufgenommen, die es unter geeignetem Druck über Leitungen 25 großen Querschnitts in die Auflage 14 zurückführen, um von dort einen neuen Durchtritt durch den Kern 13 durchzuführen, um von neuem in den Bereich 23 zurückzukehren.

Gemäß einer bereits üblichen Anordnung entweicht ein Teil des in die Auflage 14 unter dem Kern 13 durch die Umwälzpumpen 20 rückgeförderten kalten Natriums aus bzw. durch die Auflage 14 und den Belag 15, um einen Ringraum 26 zu durchströmen, der zwischen der Seitenwand des Hauptbehälters 6 und einem koaxialen Mantel bzw. einer koaxialen Hülle gebildet ist, die ein Umlenkblech 27 („baffle") bildet, wobei diese abgeleitete Natriummenge es ermöglicht, ständig die geeignete Kühlung der Wand des Hauptbehälters 6 sicherzustellen. Eine derartige Kühlung ist insbesondere notwendig, um die Gefahr der Erzeugung und des Bleibens oder Stockens einer heißeren Natriumschicht in Berührung mit dem Hauptbehälter 6 zu vermeiden, wodurch als Folge der Temperatur-Schwankungen bei den verschiedenen Betriebszuständen des Reaktors Ermüdungsprobleme auftreten, die singular den mechanischen Widerstand des Hauptbehälters 6 schwächen würden und mit der Zeit zur Gefährdung der Sicherheit der Anlage führen würden.

Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde bereits das Sicherstellen einer ständigen Kühlung der Seitenwand des Hauptbehälters 6 vorgesehen durch die Menge des abgeleiteten kalten Natriums, das in aufsteigender Richtung im Raum 26 zwischen der Wand des Hauptbehälters 6 und dem Umlenkblech 27 umgewältz wird bzw. strömt.

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Aus Fig. 2 ergibt sich nun ausführlich, wie gemäß der Erfindung der Oberteil des Umlenkblechs 27 ausgebildet ist, damit die Menge des im Raum 26 strömende Menge des Natriums sich über den freien oberen Rand 28 des Umlenkblechs 27j der eine Überlauf-Schwelle bildet, ergießen kann und in den Bereich 24 außerhalb des Innenbehälters 16 rückkehren kann, ohne da irgendeine Mitnahme des Gases der Abdeckung oder Schicht im Raum bzw. Bereich 10 zu erreichen und insbesondere ohne im Inneren des Natriums das Mitnehmen von schädlichen Blasen auszulösen.

Zu diesem Zweck wird gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gegen die Wand des Umlenkblechs 27, zum Mantel bzw. zur Hülle 18 gerichtet, die die Abstufung 17 des Innenbehälters 16 verlängert, eine Auskleidung angebracht, die durch einen Stapel 29 aus Geweben oder Gittern bzw. Netzen aus Metall gebildet ist, wobei dieser Stapel 29 so ausgebildet ist, daß er die über das Ende oder den oberen Rand 28 des Umlenkblechs 27 überlaufende Schicht aufsammelt unter geeignetem Bremsen dessen Strömung, jedoch unter Beibehalten dieser Strömungen den Raum 30 zwischen dem Umlenkblech 27 und dem Mantel 18, der mit dem Bereich 24 in Verbindung ist. Vorteilhaft kann der Rand 28 ein geeignetes Profil 28 a (Pig. 3) besitzen, um das Abfließen der überlaufenden Schicht zu erleichtern und sie gegen die Wand des Umlenkblechs 27 placiert oder anhaftend zu halten, unabhängig vom Betriebszustand des Reaktors.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Stapels 29, der in obiger Weise ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Stapel 29 das Aussehen bzw. die Wirkung eines Kissens oder Polsters, das aus übereinandergelagerten Schichten von einer Reihe nebeneinander angeord-

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neten Modul-Tafeln 33 gebildet ist, die ihrerseits aus aufeinanderfolgenden Geweben oder Gittern aus Metall 31 gebildet sind. Die Ränder der Tafeln 33 sind von einer Schicht zur folgenden so gegeneinander versetzt, daß die Unstetigkeiten der vorhergehenden Schicht überdeckt sind. Auf diese Weise wird die Fläche des Mantels mit einem kontinuierlichen Polster bedeckt mit konstanter Höhe und Dicke.

Die erste und die letzte der Schichten sind an der Außenseite des Stapels 29 durch dünne Abdicht-Metallbleche 3^ bedeckt, die sich teilweise in Strömungsrichtung nach Art von Dachziegeln überlappen, um jedes Leck der ÜberlaufTSchicht nach außerhalb des Stapels 29 zu verhindern.

Die verschiedenen Tafeln 33 können entweder aufeinandergestapelt sein zur Bildung eines kontinuierlichen Polsters oder von Zwischenmetallblechen 32 getrennt sein," die sich teilweise überdecken oder durch ein Gitter 32' mit höherer Dicke als diejenige der Gewebe oder Gitter aus Metall.

Die Tafeln 33 sind gegen die Fläche des Umlenkblechs 7 mittels Abdeckplatten 35 in Berührung mit den Tafeln 33 der letzten Schicht des Stapels 29 angebracht. Diese Abdeckplatten 35 besitzen Modulaufbau, und die Ränder der Abdeckplatten 35 zweier benachbarter Tafeln 33 sind um ein Spie'l voneinander getrennt. Gegebenenfalls können auf jeder Tafel 33 der letzten Schicht eine oder mehrere Abdeckplatten 35 vorgesehen sein. Die Abdeckplatten 35 ermöglichen es, den Stapel 29 aus Tafeln 33 mittels zumindest eines Schraubenbolz%ns 36, der an seiner Basis 37 gegen die Fläche des Umlenkblechs 27 befestigt ist und an seinem entge.gengesetzten Ende 38 ein geeignetes Gewinde aufweist, wo eine Sperr-Mutter 39 mit einem Auflagering 40 zusammenwirkt, zu halten. Vorteilhaft kön-

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nen die durch Stapeln von Geweben oder Gittern aus Metall gebildeten Tafeln 33 der genannten Art in einer an sich bekannten Weise ausgebildet sein (vgl. PR-PS 2 241849, 2 235329, 2 235 461, 2 283518), wobei diese Tafeln bei den bekannten Vorschlägen eine, völlig andere Wirkungsweise besitzen, da sie dort zur Bildung von wärmespeichernden Anordnungen für die Wärmedämmung der Unterseite des horizontalen Deckels vorgesehen sind, der das Reaktorbecken verschließt, oder für den Hauptbehälter in dem Bereich vorgesehen sind, in dem er mit diesem Deckel verbunden ist.

Bei der Erfindung ist der Stapel 29, der gegen die Wand des Umlenkblechs 27 angebracht ist, im wesentlichen dazu vorgesehen, eine Bremsung der Durchflußmenge von Natrium während dessen Absinkens sicherzustellen. Er verbessert darüber hinaus den Wärmeschutz des Kühlkreises insbesondere für den Betriebsfall mit geringem Durchsatz. Die dem Stapel 29 eigene Art, daß er für den abgeführten Natriumdurchsatz vollständig durchlässig ist, der über den freien Rand 28 des Umlenkbleches 27 tritt, erreicht nämlich für die Strömung einen geeigneten Widerstand, wodurch, ein ausreichender Lastverlust erzeugt wird, um die Beschleunigung der absenkenden Menge (Fallbeschleunigung) zu bremsen und um die Strömungsgeschwindigkeit unterhalb eines Förder-Grenzwertes des inerten Gases im Bereich iO zu halten. An. der Basis des Stapels 29 kehrt der so abgebremste Natriumstrom direkt in den Raum zwischen dem Umlenkblech 27 und dem Mantel l8 zurück.

In jeder der von den wärmedämmenden Tafeln 33 gebildeten Schichten können die Gewebe, oder Gitter aus Metall die gleiche Dicke oder unterschiedliche Dicke besitzen, wobei die Anzahl der Gewebe im übrigen veränderbar sein kann von einer

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Schicht zur anderen, abhängig von den Eigenschaften dieser Gewebe. Diese sind vorteilhaft zusammengeheftet.

Die Anzahl der Befestigungsbolzen 36 kann, um sie geeignet an der Wand des Umlenkbleches 27 zu verteilen, um abhängig von den Abmessungen des Umlenkblechs 27 und den Abdeckblechen 35 und abhängig von der Dicke des Stapels 29 eine sichere Befestigung an letzterer zu gewährleisten, bestimmt sein.

Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, die gegen den Oberteil des Umlenkblechs 27 angebracht ist, um die Strömung des Durchsatzes bzw. der Durchsatzmenge zu verlangsamen, die über den freien Rand übergetreten ist. Beim in Pig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Oberseite des den Natriumdurchsatz empfangenden Stapels 29 ein Verteilungsglied 4l, durch das in geeigneter Weise der Durchsatz der Überlauf-Schicht über die gesamte Dicke der Anordnung ausgeglichen werden kann, wobei das Verteilungsglied 4l durch ein Lochgitter gebildet ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten anderen Ausführungsbeispiel ist das Verteilungsglied des Durchsatzes duroh einen Stapel 42 aus Geweben oder Gewirken aus Metall ge bildet, der horizontal angeordnet ist senkrecht zu den Stapelebenen der Tafeln 33. In beiden Fällen ist die Dicke und die Dichte der verschiedenen Schichten, die durch die gegen das Umlenkblech 27 angeordneten Tafeln 33 gebildet sind, so berechnet, daß ein Natriumstrom, erzeugt wird, ohne Stockung oder Verstopfung im maximalen Leistungsbetrieb des Reaktors. Darüber hinaus erlaubt die Möglichkeit während des Zusammenbaus einen leichten Druck auf den Stapel 29 mittels der Befestigungsbolzen 36 gegen, das Umlenkblech 27 auszuüben, ver-

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schiedene oder viele Kombinationen bei der Wahl der diesen Stapel 29 bildenden Elemente und damit die größten Anpassungsmöglichkeiten.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Tafeln 33 aus Geweben oder Netzen aus Metall ersetzt sind durch eine Abdeckung aus losen oder geschütteten Elementen. In diesem Fall wird parallel zum Mantel des Umlenkblechs 27 ein Parallelblech 50 angeordnet, das mit dem Mantel bzw. dem Umlenkblech 27 über Schraubbolzen 51 verbunden ist, die das parallele Blech 50 durchsetzen und die gegenüber diesem mittels Muttern 52 festgelegt sind. Das Blech 50 begrenzt mit dem Umlenkblech 27 und einer Quer-Trennwand 53jdie an deren Unterteil vorgesehen ist, einen am Oberende offenen Raum, in dem sich der Durchsatz des Flüssigmetalls ergießt, der über das obere Ende des Umlenkblechs 27 getreten oder übergelaufen ist.

Die Boden-Trennplatte 53 weist Öffnungen 5^ für den Durchtritt des Durchsatzes an Flüssigmetall auf. Der so begrenzte Raum ist nun mit einer Abdeckung aus wärmespeichernden Elementen 55, die lose oder geschüttet angeordnet sind, gefüllt, wobei diese beim in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel durch kleine zylindrische Elemente gebildet sind, wie beispielsweise Raschig-Ringe.

Bei den in Fig. 7 a, 7 b und 7 c dargestellten Ausführungsbeispielen sind andere wärmespeichernde Elemente verwendet, nämlich Berl-Sattelfüllkörper 56 (Fig. 7 a), PaIl-Ringe 57 (Fig. 7b) oder auch Metall-Wickelfedern oder Sprungfedern 58 (Fig. 7 c), wobei diese Ausbildungsformen selbstverständlich nur beispielhaft sind.

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In Pig. 8 ist dem Blech 50 und der Boden-Trennplatte 53, die mit dem Mantel oder dem Umlenkblech 27 den Raum bilden, in dem die geschütteten wärmedämmenden Elemente angeordnet sind, eine Platte 59 zugeordnet, die sich im wesentlichen senkrecht zur Trennplatte 53 erstreckt, wobei diese Platte 59 mit dem Mantel bzw. Umlenkblech 27 einstückig ist und an ihrem anderen Ende einen hochgezogenen Rand 60 besitzt. Diese Anordnung erlaubt es, daß der Durchsatz des Flüssigmetalls, nach Durchsetzen der Boden-Trerxiplatte 53 durch die Öffnungen 54, einer Strömungsrichtungsumkehr unterliegt von im wesentlichen l80 Grad, um das Entweichen des Gases der Deckschicht zu erleichtern, das durch die Überlauf-Schicht mitgerissen worden sein kann, die über den Oberrand des Umlenkblechs 27 tritt, bevor der Durchsatz des Flüssigmetalls das Hauptvolumen wieder erreicht, das im Behälter 6 enthalten ist und dessen Pegel in Fig. 8 durch den Pegel A wiedergegeben ist.

Bei einem anderen in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Boden-Trennplatte 53 keine Durchtrittsöffnungen auf, wobei solche Durchtrittsöffnungen 6l im Unterteil des zum Umlenkblech 27 bzw. Mantel parallelen Blech 50 vorgesehen sind. In diesem Fall weist die Boden-Trennplatte 53 eine Verlängerung 62 über das Blech 50 hinaus auf und weist wiederum einen hochgezogenen Rand 63 derart auf, daß der durch die öffnungen 6l tretende Durchsatz des Flüssigmetalls einerStrömungsrichtungsumkehr von I80 Grad unterliegt, um dessen Entgasung vor der Wiedervereinigung mit dem Volumen des Flüssigmetalls im Behälter zu erleichtern.

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Claims

Ansprüche

[1J Wärmeschutzvorrichtung für den Aufbau eines flüssigmetallgekühlten Kernreaktors, wobei der Aufbau aufweist:

eine mit einem parallelen Mantel, der an seinem Oberende einen freien Rand besitzt, der eine Überlauf-Schwelle bildet, einen Raum begrenzende Wand, wobei sich der Raum vertikal erstreckt und in ansteigender Richtung von einer Durchsatzmenge durchströmt ist, die vom Flüssigmetall abgeleitet ist, das einem Hauptvolumen des Flüssigmetalls entnommen ist, in das der Unterteil der Wand eintaucht,

dadurch

ekennzeichnet

daß der Mantel (27) an seiner dem Raum (26) entgegengesetzten bzw. abgewandten Seite eine Abdeckung aus wärmedämmenden Elementen besitzt derart, daß die Überlauf-Schicht, die nach unten strömt, nach der Überlauf-Schwelle diese Abdekkung durchsetzt, bevor sie in das Hauptvolumen des Flüssigmetalls wiederaufgenommen wird.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus wärmedämmenden Elementen durch einen Stapel (29) aus Geweben oder Gittern (31) aus Metall gebildet ist, die gegen die Fläche des Mantels (27) angebracht sind.

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3· Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel (29) der Gewebe oder Gitter (31) aus Metall durch übereinander angeordnete Schichten einer Reihe von Modul-Platten (33), die nebeneinander angeordnet sind, gebildet sind, die die Fläche des Mantels (27) verkleiden oder bedecken, wobei die Tafeln (33) eine Dicke besitzen, die von einer Schicht zur anderen gleich oder unterschiedlich sein kann.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Tafeln (33) von übereinander angeordneten Schichten seitlieh von einer Schicht zur anderen versetzt sind, um eine Überdeckung dieser Ränder durch die folgenden Schichten der Tafeln (33) zu erreichen, die ein kontinuierliches Polster bilden mit konstanter Höhe und Dicke auf der Fläche des Mantels (27).

5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Tafeln (33) der ersten und der letzten Schicht an den Außenseiten des Stapels (29) durch dünne Abdichtungs-Metallbleche (3*0 überdeckt sind, die sich teilweise überlappen, um jedes Lecken der Überlauf-Schicht über den Stapel (29) hinaus zu vermeiden.

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Tafeln (33) der Zwischenschichten durch dünne Metallbleche (32) getrennt sind und/oder ein Gitter (32·) getrennt sind mit einer Dicke, die größer ist als die der Gewebe oder Gitter (31) aus Metall.

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7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tafel (33) der letzten Schicht des Stapels (29) zumindest eine Abdeckplatte (35) aufweist parallel zur Fläche des Mantels (27), um ein geeignetes Zusammendrücken oder Anpressen des Stapels (29) gegen diese Fläche mittels zumindest eines am Mantel (27) befestigten Sperr-Schraubbolzens (36) sicherzustellen, der den Stapel (29) durchsetzt und mit einer an dem Ende (38) des Schraubbolzens (36) aufgeschraubten Mutter (39) zusammenwirkt zum Ausüben eines bestimmten Druckes auf die Abdeckplatte (35)·

8. Schutzvorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 7_a dadurch gekennzeichnet j daß die Abdeckplatten (35) modularen Aufbau besitzen, wobei die Ränder der Abdeckplatten (35) zweier benachbarter Tafeln (33) um ein Spiel voneinander getrennt sind.

9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Stapels (29) aus Geweben oder Gittern (31) aus Metall derart ausgeführt ist, daß dessen obere Seite unter dem Rand des Mantels (27) angeordnet ist, der die Überlauf-Schwelle bildet, wobei diese Seite durch ein Verteilungsglied (4l, 42) des Durchsatzes der Überlauf-Schicht bedeckt ist.

10. Schutzvorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungsglied des Durchsatzes durch eine Lochplatte (41) oder durch einen Stapel (42) aus Geweben oder Gewirken aus Metall gebildet ist, die senkrecht

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zur Richtung des Stapels (29) der Gewebe oder Gitter (31) aus Metall angeordnet sind.

11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung der wärmedämmenden Elemente durch lose oder geschüttete Elemente (55j 56, 57 j 58) in einem Raum gebildet ist, der zwischen dem Mantel (27),einem zum Mantel (27) parallelen Blech (50) und einer den unteren Boden bildenden Quer-Trennplatte (53) gebildet ist, wobei sich diese zwischen dem Mantel (27) und dem Blech (50) erstreckt.

12. Schutzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (50) und die Boden-Trennplatte (53) einstückig ausgebildet sind und ein L-Winkelstück bilden, parallel zum Mantel (27).

13. Schutzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (50) und die Boden-Trennplatte(53) aus zwei in geeigneter Weise miteinander verbundenen Teilen gebildet sind.

Ik. Schutzvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Boden-Trennplatte (53) und/oder das zum Mantel (27) parallele Blech (50) nahe der Boden-Trennplatte (53) Durchtrittsöffnungen (54, 61) des Flüssigmetalls aufweisen.

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15. Schutzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Boden-Trennplatte (53) verdoppelt ausgeführt ist mittels einer mit dem Mantel (27) einstückigen Platte (59), die sich unter der Boden-Trennplatte (53) erstreckt, wobei diese Platte (59) dem Mantel (27) abgewandt oder gegenüberliegend einen hochgezogenen Rand (60) derart aufweist, daß der Plüssigmetall-Durchsatz nach Durchtritt durch die Öffnungen (54) der Boden-Trennplatte (53) nach oben umgelenkt sind, um das Entweichen von Gas zu erleichtern, das möglicherweise von diesem Durchsatz mitgerissen worden ist und aus der oberhalb des Pegels (9) des Flüssigmetalls im Behälter (6) herrschenden Atmosphäre (10) stammt,

16. Schutzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Boden-Trennplatte (53) eine direkte Verlängerung (62) besitzt über das zum Mantel (27) parallele Blech (50) hinaus, mit einem hochgezogenen Rand (63), der einen Bereich begrenzt, in dem der Durchsatz des Flüssigmetalls nach Durchströmen der in dem Blech (50) nahe der Boden-Trennplatte (53) vorgesehenen Öffnungen (6l) nach oben umgelenkt ist, um das Entweichen von mitgerissenem Gas zu erleichtern.

17. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen den Mantel (27) geschütteten wärmedämmenden Elementen verschiedene Formen besitzen und gebildet sind durch Raschig-Ringe (55)» PaIl-Ringe (57), Berl-Sattelfüllelemente (56) oder durch Wickel-Metallfedern (58).

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18. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14j dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau durch die Innenwand des Hauptbehälters (6) des Reaktors gebildet ist, wobei der Mantel durch ein zur Wand paralleles Umlenkblech (27) gebildet ist.

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