VESSEL WALL COOLING FOR A LIQUID METAL-COOLED NUCLEAR REACTOR

Abstract: 1. Liquid metal-cooled nuclear reactor of the so-called pool type having means (9) for applying cooled cooling medium to the reactor vessel wall (1) and a gas cushion for covering the cooling medium, and having an additional dividing wall (10) arranged at a distance from the reactor vessel wall (1) and ending above the level of the cooling medium but below the vessel cover (2), characterised in that the annular chamber thus formed is connected with the gas cushion.

Description: Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor mit verbesserter Tankwandkühlung Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigmetall- gekühlten Kernreaktor des sogenannten Pool-Typs nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Ein derartiger Reaktor ist zur Zeit in Frankreich unter der Bezeichnung "Suner Phénix" im Bau. Bei dieser Bauart befindet sich das ge sanfte Primärsystem aus Reaktorkern, Wärmetauschern, Pum pen usw. in einem in seinem oberen Teil zylindrischen Behälter, der bis zur erforderlichen Höhe mit flüssigem Natrium gefüllt ist, Dabei erreicht das aus dem Reaktorkern aufgeheizt austretende Kühlmittel Temperaturen (z.B. von 5500 C), denen die Wand des Reaktortanks aus Festigkeitsgründen nicht ausgesetzt werden darf. Es sind daher z sätzliche zylindrische Trennwände vorhanden, die vom unteren Teil des Reaktortanks (wo infolge der Abkühlung des Kühlmittels in den Wärmetauschern eine niedrigere Temperatur herrscht) bis über den Kühlmittel spiegel reichen. In dem so gebildeten schmalen Ringraum wird eine Strömung von abgekühltem Kühlmittel aufrechterhalten, das die Reaktortankwand auf zulässigen Temperaturwerten (ca. 4000 C) hält. Immerhin bedingt dies, dass auf einer verhältnismässig kurzen (z.B. 1, 5 m langen) Strecke der Tankwand die Temperaturspanne von der genannten Kühlmitteltemperatur bis auf die etwa 1000 C betragende Temperatur des den Reaktortank abschliessenden Deckels abgebaut werden muss. Die genannten Probleme verschärfen sich noch bei instationärem Betrieb der Anlage, z.B. beim Anfahren oder nach der Abschaltung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte kühlung des oberen Teils der Tankwand eines Kernreaktors der beschriebenen Art, bei der für den Ausgleich der Temperaturspannen eine grössere Strecke zur Verfügung steht und die dartiberhinaus geeignet ist, einen Effekt zu unterstützen, der ein Beherrschen von gewissen Störfällen erleichtert, wie sie in Sicherheitsstudien unterstellt worden sind. Dazu gehört auch die Annahme eines Versagens der Absorberstabantriebe bei gleichzeitigem Ausfall der externen Wärmeabfuhr. Die dann ansteigende Kühlmittel temperatur im oberen Teil des Reaktortanks führt zu einer Längenausdehnung der Absorberstäbe, wodurch diese tiefer in den Reaktorkern eindringen und dessen Reaktivität vermindern können, wenn die Temperatursteigerung genügend lange von der Tankwand ferngehalten werden kann, um eine entgegengesetzt wirkende wänmeausdehnung des Tanks und damit ein Anheben des Reaktordeckels (und damit der in ihm hängend angeordneten Absorberstäbe) relativ zum Reaktorkern über eine Längenänderung der Tankwand zu venmeiden. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Mittel. Die dort vorgeschlagene zusätzliche Trennwand schafft im oberen Bereich des Reaktortanks einen weiteren Ringspalt, der nicht mit Kühlmittel, sondern mit dem die Kühlmitteloberfläche abdeckenden Schutz gas ge füllt ist. Bei der bekannt schlechten Wärmeleitfähig- keit von Gasen wird so die Temperatur der Reaktortankwand über einen längeren Zeitraum praktisch unabhängig von derjenigen des beissen Kühlmittels gehalten. Auf eine Auslegung derselben ge gen besonders hohe Temperaturen kann dann verzichtet werden. Zur Unterstützung der Isolierwirkung können in dem Ringspalt zusätzlich in bekannter Weise Isolierbleche oder andere geeignete Vorrichtungen untergebracht werden. Die als besondere Ausgestaltung der Erfindung im zweiten Anspruch iorgesclaoenen Einrichtungen zur Aufrechterhal t. einer Schutzgasströmung in dem Ringraum unterstutzen die Kühiwirkung und sorgen andererseits dafür, dass sich aus dem notwendigerweise mit Flüssigmetall-Aerosolen verunreinigten Schutzgas hier keine Ablagerungen bilden kann nen. Diese können in einfacher Weise durch in den Ringraum hineinragende Rohrleitungen gebildet werden, in die ein Teilstrom der ohnehin vorhandenen Einrichtungen zur Umwälzung und Reinigung des Schutzgases abgezweigt wird. Die im dritten Anspruch vorgeschlagenen Isolierbleche verringern weiter den Wärmefluss zur Reaktortankwand. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt diese einen halben Längsaxialschnitt. Ein in seinem oberen Teil zylindrisch ausgeführter Reaktortank 1 ist mit einem Deckel 2 verschlossen und bis zu einem Spiegel.3 mit Flüssigmetall, beispielsweise mit flüssigem Natrium gefüllt. Dieses wird durch Pumpen 4 in Umlauf versetzt, die es in den unteren Teil eines Kernverbandes 5 drücken, der in üblicher Weise aus einer tJiel- zahl von Brenn- bzw. Brutelementen aufgebaut ist, von denen hier nur eines 6 dargestellt ist. Der Reaktorkern 5 wird durch Absorberstäbe 7 geregelt und bei Bedarf abgeschaltet, die von hier nicht gezeigten, auf dem Deckel 2 angeordneten Antrieben mehr oder weniger tief in Zwischenräume zwischen den Elementen 6 eingefahren werden können. Das heisse Kühlmittel gibt seine Wärme in Wärmetauschern 8 an einen nach aussen führenden Sekundärkreislauf ab und kehrt in die Pumpen 4 zurück. Ein Teil der von diesen aufrechterhaltenen Strömung abgekühlten Kühlmittels wird abgezweigt, um die Wand des Reaktortanks 1 zu kühlen und damit vor der Einwirkung des heissen Kühl mittels zu schützen. Dazu sind Kühileitbieche 9 vorhanden, die besondere, abgetrennte Ringräune schaffen, in denen das abgek-Ji'lte Kühlmittel den durch die Pfeile angedeuteten Weg nilint. Im oberen Teil der Tankwand, d.h. demjenigen Teilt der in der 'Nachbarschaft des aufgeheizten Kühimittels gelegen ist, ist eine zusätzliche Trennwand 10 angeordnetJ die Bn ihrem unteren Ende dicht mit dem Reaktortank 1 verbunden ist und oben über den Kühl mittelspiegel 3 hinausragt, so dass dieses aus dem dadurch gebildeten Ringraum ferngehalten wird. Dieser wird vielmehr mit dem Schutzgas, z.B. Argon gefüllt, das die Oberfläche des Kühlmittels abdeckt und das von einer hier nicht gezeigten Umwälzvorrichtung herrührend in Rohren 11 an das untere Ende des Ringspalts geführt und so in ständiger Zirkulation gehalten wird, so dass sich aus den im Gas enthaltenen Aerosolen keine Ablagerungen bilden können. Etwaige, insbesondere bei Störungsfällen zu erwartende Temperaturerhöhungen des Kühlmittels werden so von dem besonders empfindlichen oberen Teil des Reaktortanks 1 ferngehalten. Im Ringspalt zwischen Reaktortank 1 und zusätzlicher Trennwand 10 sind ferner Isolierbleche 12 angeordnet, die die Wärniestrahlung auf ersteren herabsetzen. FAr den Abbau des Temperaturgefälles zwischen dem "kalten" Kühlmittel und dem Reaktordeckel steht dann nicht nur wie bisher die kurze Strecke der Tankwand zwischen Kühlmittel spiegel 3 und Reaktordeckel 2 zur Verfügung, sondern die gesamte Höhe des Ringspal tes. Die zusätzliche Trennwand 10 kann, da sie nur einseitig eingespannt ist, Wärmedehnungen ohne weiteres folgen, zumal sie nur mit geringer Wandstärke ausgeführt zu werden braucht, da sie keine weitere Sicherheitsfunktion hat. Steigt die Temperatur des aus dem Reaktorkern 5 austretenden Rthlmittels an, so dehnen sich die in dasselbe eingetauchten Absorberstäbe 7 um ein gewisses Mass aus und reichen dann tiefer in den Reaktorkern hinein; sie tragen so inhärent sicher zu einer Verminderung der Reaktivität und damit zu einer Bekämpfung der Ursache der Temperaturerhöhung bei.

Claims: Flüssigkeitmetallgekühlter Kernreaktor mit verbesserter Tankwandkühlung Patentansprüche 1. Flüssigmetallgekühlter Kernreaktor des sogenannten Pool-Typs mit Einrichtungen (9) zur Beaufschlagung der Reaktortankwand (1) mit abgekühltem Kühlmittel, g e k e e n n z e i c h n e t d u r c h eine zusätzliche, im Abstand zur Reaktortankwand (1) angeordnete, ober > alb des Kühlmittelspiegels (3), jedoch unterhalb des Tankdeckels (2) endende Trennwand (10). 2. Anlage nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t 4 u r c h Einrichtungen (11) zur Aufrechterhaltung einer Schutzgasströmung in dem Raum zwischen Reaktor tankwand (11) und zusätzlicher Trennwand (10). 3. Anlace nac Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Isolierbleche (12), die an der Gasseite der zusätzlichen Trennwand (10) angebracht sind.

Inventors: WAGNER, JURGEN, DIPL.-ING., Wagner, Jürgen, Dipl.-Ing.
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1985
Main classification: G21C11
IPC codes: G21C1, G21C15, G21C11