DE2713260A1

DE2713260A1 - Kernreaktor mit schnellen neutronen

Info

Publication number: DE2713260A1
Application number: DE19772713260
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie Berniolles; Patrick Jogand
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1976-03-29
Filing date: 1977-03-25
Publication date: 1977-10-13
Also published as: GB1537006A; ES457242A1; US4101377A; JPS52139891A; NL7703299A; JPS627996B2; SE7703539L; CH608126A5; IT1072709B

Description

PATENTANWÄLTE

A. GRUNECKER

Of¹L-ING.

H. KINKELDEY

OR-ING

W. STOCKMAIR

DR-ING A*E [ΟΑ1_ΓΈΟ*

K. SCHUMANN

ΟΙ REH NAT. - OPL PKYS

P. H. JAKOB

DlPLlNa

G. BEZOLD

OR F*ft ΝΑΓ OPL OCM.

COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE

29, rue de la Federation
F-75015 Paris

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSS +3

25- März -1977

P 11

"Kernreaktor mit schnellen Neutronen"

Die Erfindung betrifft einen schnellen Kernreaktor, d.h. einen mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor, der einen metallischen Hauptreaktorbehälter, der mit vertikaler Achse an seinem oberen offenen Teil an einer dicken Schutzplatte aufgehängt ist, die ein Reaktorgefäss verschliesst, das den Reaktorbehälter umgibt, ein Volumen eines flüssigen Metalls als Kühlmittel, das insbesondere Natrium ist, im Inneren des Hauptreaktorbehälters und einen inneren Reaktorbehälter aufweist, der gleichfalls im Hauptreaktorbehälter angeordnet ist und den Reaktorkern unter das Niveau des flüssigen Metalls getaucht enthält, wobei der innere Reaktorbehälter entweder abgestützt auf einem Träger sitzen kann, der vom Hauptreaktorbehälter getragen wird oder an der Abschlussplatte des Reaktors aufgehängt sein kann.

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TELEFON (OBB) TBLBX OB-aesao TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

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Bei einer derartigen Anordnung kommt das aus dem Kern des Reaktors austretende heisse flüssige Metall im inneren Reaktorbehälter über den Reaktorkern, nachdem es beim Durchgang durch den Reaktorkern in Kontakt mit den Brennelementen, die Wärme aufgrund der Kernreaktion in den Brennelementen aufgenommen hat. Im Zwischenraum, der zwischen dem inneren Reaktorbehälter und dem Hauptreaktorbehälter vorgesehen ist, sind die Wärmetauscher und die Umwälzpumpen verteilt. Die Wärmetauscher werden mit heissem flüssigen Metall, das aus dem inneren Reaktorbehälter stammt, versorgt, so dass das flüssige Metall, wenn es abgekühlt ist, am Ausgang der Wärmetauscher in den Zwischenraum rückgeführt wird, wo die Umwälzpumpen das abgekühlte flüssige Metall ansaugen, um es durch Leitungen mit grossem Querschnitt unter den Träger mit einem ausreichenden Druck zurückzudrücken, damit das flüssige Metall von neuem von unten nach oben durch den Kern hindurchgehen kann und somit ein fortlaufender Kreislauf des flüssigen Metalls zwischen beiden Reaktorbehältern geschaffen wird.

Bei dieser Ausbildungsform wird die Verbindung zwischen dem inneren Reaktorbehälter und den Wärmetauschern, die sich zwischen dem Hauptreaktorbehälter und dem inneren Reaktorbehälter befinden, mittels dazwischen angeordneten Manschetten oder anderen entsprechenden Einrichtungen erreicht,die seitlich auf dem inneren Reaktorbehälter vorstehen und mit zylindrischen Hüllen verbunden sind, die die Einlassöffnungen umgeben, die im oberen Teil jedes der Wärmetauscher vorgesehen sind. Diese Ausbildung hat verschiedene Vorteile, die darin bestehen, dass das Volumen des heissen flüssigen Metalls verringert ist, das genau auf einen Bereich des inneren Reaktorbehälters begrenzt ist, der sich über den Reaktorkern befindet, daß der Aufbau des Reaktorbehälters einfach ist, und dass schliesslich die zugehörigen Kühlkreisläufe fehlen, die sonst der Innenwand des Hauptreaktorbehälters zugeordnet sind, da das gesamte flüssige Metall, das im Hauptreaktorbehälter enthalten ist, abgekühltes Metall ist, das vom Ausgang der Wärmetauscher stammt. Bei dieser Lösung ist es allerdings notwendig, eine grössere Anzahl von konzentrischen Kreisen mit Zirkulationsrohren in jedem Wärmetauscher vorzusehen,

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um eine passende Verteilung des Durchsatzes sicherzustellen. Weiterhin müssen die Verbindungsmanschetten zwischen dem inneren Reaktorbehälter und den zylindrischen Einfassungen, die die Wärmetauscher umgeben, mit Einrichtungen versehen sein, die vermeiden, dass das heisse flüssige Metall ohne einen Durchgang durch die Wärmetauscher direkt wieder in den Zwischenraum zwischen beiden Reaktorbehältern fliesst, was wegen der Wärmeausdehnung der Metallteile aufgrund von Temperaturunterschieden gewisse Schwierigkeiten bei der Verwirklichung mit sich bringt.

Die Erfindung betrifft einen mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor, der eine andere Vorrichtung für die Wärmetauscher verwendet, die zwischen dem Hauptreaktorbehälter und dem inneren Reaktorbehälter angeordnet sind. Diese Vorrichtung soll für eine bessere Verteilung des heissen flüssigen Metalls am Eingang der Wärmetauscher und für eine bessere Wärmeisolierung zwischen dem heissen flüssigen Metall und dem kalten flüssigen Metall sorgen, das sich im Zwischenraum sammelt, der den Hauptreaktorbehälter und den inneren Reaktorbehälter trennt. Durch die Erfindung soll gleichfalls eine beträchtliche Vereinfachung der Verwirklichung der Verbindungsmanschetten zwischen den Wärmetauschern und dem inneren Reaktorbehälter ermöglicht werden.

Dazu liefert die Erfindung einen schnellen Kernreaktor mit einem metallischen Hauptreaktorbehälter, der mit vertikaler Achse an seinem oberen offenen Teil an einer dicken Schutzplatte aufgehängt ist, die ein Reaktorgefäss verschliesst, das den Reaktorbehälter umgibt, mit einem Volumen eines flüssigen Metalls als Kühlmittel im Inneren des Reaktorbehälters,und mit einem gleichfalls im Hauptreaktorbehälter angeordneten inneren Reaktorbehälter mit zylindrischer Wand, der den Reaktorkern unter das Niveau des flüssigen Metalls getaucht enthält, wobei der Zwischenraum zwischen dem Hauptreaktorbehälter und dem inneren Reaktorbehälter Wärmetauscher und Pumpen enthält, die unter das Niveau des flüssigen Metalls getaucht sind, wobei jeder Wärmetauscher die Form eines Ringes hat,

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der von einer inneren Hülle und einer äusseren Hülle begrenzt ist, die parallel zueinander liegen und der eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren enthält, die über den grösseren Teil ihrer Länge vertikal verlaufen, aussen von dem flüssigen Metall, das durch den Wärmetauscher geht, umflossen sind und in konzentrischen Kreisen zwischen den beiden Hüllen angeordnet sind, und wobei die Rohre in zwei äusseren Rohrplatten münden, die mit den beiden Hüllen des Wärmetauschers zwei Sammler, nämlich einen Eingangssammler am oberen Teil des Wärmetauschers und einen Ausgangssammler am unteren Teil des Wärmetauschers für ein Wärmetauschfluid begrenzen, das die durch das flüssige Metall beim Durchgang durch den Reaktorkern aufgenommene Wärmemenge rückgewinnt, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hülle eine mittlere Versorgungsleitung mit vertikaler Achse umgibt, die an den inneren Reaktorbehälter angeschlossen ist und dass der ringförmige Zwischenraum zwischen den beiden Hüllen an seinem oberen Teil über ein aufgeweitetes Stück der mittleren Leitung mit einem ersten kreisförmigen Fenster verbunden ist, das in der inneren Hülle vorgesehen ist und mit seinem unteren Ende mit einem Bereich, der zwischen dem inneren Reaktorbehälter und dem Hauptreaktorbehälter eingeschlossen ist, über ein zweites kreisförmiges Fenster verbunden ist, das in der äusseren Hülle vorgesehen ist.

Beim erfindungsgemässen Kernreaktor ist vorzugsweise der Sammler, der am unteren Teil zur Versorgung der Wärmetauscherrohre vorgesehen ist, mit einer Vielzahl von Zuleitungen für das Wärmetauscherfluid zusammengeschlossen, die um den Umfang der Aussenhülle des Wärmetauschers verteilt sind.

Die mittlere Versorgungsleitung kann zwei rohrförmige Elemente aufweisen, die mit einem Spielraum dazwischen ineinander angeordnet sind, wobei eines der Elemente mit einem gekrümmten Verlängerungsstück verbunden ist, das am unteren Ende der axialen Leitung vorgesehen ist und über eine Öffnung an den inneren Reaktorbehälter angeschlossen ist, die in der Seitenwand dieses Reaktorbehälters vorgesehen ist, und wobei das andere Element mit dem in der inneren Hülle

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des Wärmetauschers vorgesehenen Fenster verbunden ist, und wobei der Spielraum zwischen beiden Elementen mit einem stehenden Volumen des flüssigen Metalls gefüllt ist, über dem sich ein Gaskissen aus einem neutralen Gas befindet, das zwischen der axialen Leitung und der inneren Hülle eingeschlossen ist.

Um die Höhe der Wärmetauscherrohre zu vergrössern, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung das gekrümmte Verlängerungsstück der mittleren Leitung am unteren Teil des inneren Reaktorbehälters an diesen angeschlossen, wobei der innere Reaktorbehälter zwischen seiner Innenfläche und dem Reaktorkern einen ringförmigen Zwischenraum bildet, wo das heisse flüssige Metall, das aus dem Kern austritt, nach unten strömt, bevor es durch das gekrümmte Verlängerungsstück aufgenommen und dem Wärmetauscher zugeführt wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das gekrümmte Verlängerungsstück der mittleren Leitung von einer Hülse umgeben, die einen Rezirkulationsraum begrenzt, der von dem ausgelaufenen flüssigen Metall versorgt wird, das sich an der Basis des inneren Reaktorbehälters sammelt, wobei der Rezirkulationsraum mit dem oberen Ende der mittleren Leitung im Zwischenraum in Verbindung steht, der zwischen beiden Elementen, die die Leitung bilden, vorgesehen ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des in Betracht stehenden Wärmetauschers sind die Wärmetauscherrohre wenigstens an einem ihrer Enden gekrümmt ausgebildet, so dass sie sich an eine Rohrplatte anschliessen, die die Form eines Zylinders hat und einen ringförmigen Sammler für das Zwischenfluid begrenzt. Eine weitere Variante besteht darin, dass der ringförmige Sammler, der von der zylindrischen Rohrplatte begrenzt wird, in der die Enden der gekrümmten Rohre münden, koaxial zu den Hüllen des Wärmetauschers und zur äusseren Hülle des Wärmetauschers hin verläuft.

Nachdem bei dem obigen Ausführungsbeispiel das flüssige Metall aussen um die Rohre geflossen ist, die innen durch das Zwischenfluid durchflossen sind, verlässt es den Wärmetauscher an seinem

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einen Ende, im allgemeinen dem unteren Ende,ohne die Richtung zu wechseln. Das hat verschiedene Vorteile sowohl hinsichtlich des geplanten Wirkungsgrades des Wärmetausches sowie der Bequemlichkeit der Verwendung des Wärmetauschers. Die Geschwindigkeitsverteilung des flüssigen Metalls im Inneren des Rohrbündels des Wärmetauschers ist nämlich günstiger, was dazu führt, dass die Schwingungen vermindert sind und dass Flüssigmetallstrahlen, die bei den herkömmlichen Ausbildungen auftreten, am Austritt des flüssigen Metalls durch die radialen Fenster unterdrückt werden, die in der äusseren Hülle vorgesehen sind.

Weitere besonders interessante Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind die Fälle, in denen Wärmetauscher mit grossem Durchmesser, insbesondere ringförmige Wärmetauscher verwandt werden, von denen jeder eine Pumpe, die im Inneren angeordnet ist oder ebenso einen mittleren Versorgungskanal für flüssiges Metall aufweisen kann.

Schliesslich sei darauf hingewiesen, dass diese Ausbildungen in keiner Weise die Anordnung der Pumpen vorbestimmen, die innerhalb oder ausserhalb des Reaktorbehälters den Umlauf des flüssigen Metalls sicherstellen. Die Pumpen können insbesondere in der Nähe des Bodens des Hauptreaktorbehälters angeordnet sein, eine Anordnung, die für eine gute Arbeitsweise der Pumpen hinsichtlich der Erhöhung des Durchsatzes günstig ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vertikalschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen schnellen Kernreaktors mit einer Reihe von Wärmetauschern und einem zylindrischen inneren Reaktorbehälter.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht in Form eines vergrösserten Schnittes des Wärmetauschers und des inneren Reaktorbehälters, wobei insbesondere die Art des Anschlusses dieser beiden Elemente dargestellt ist.

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Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht eine andere Ausführungsform .

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform.

In Fig. 1 ist mit 1 ein schneller Kernreaktor, d.h. ein mit schnellen Neutronen arbeitender Kernreaktor des allgemein bekannten Typs dargestellt, dessen wesentliche Bauelemente schematisch wiedergegeben sind. Ein derartiger Reaktor weist einen metallischen Reaktorbehälter 2, den sog. Hauptbehälter mit einer zylindrischen Wand und einen im wesentlichen halbkugelförmigen unteren Boden auf. Der obere Teil 3 dieses Behälters dient zum Aufhängen des Behälters unter eine Verschluss- oder Schutzbetonplatte 4 geeigneter Stärke. Diese Platte 4 trägt am Umfang einen Bord 5, der für eine sichere Auflage der Platte 4 und damit des Reaktorbehälters auf der Schulter 6 eines allgemein aus Beton bestehenden Gehäuses 7 sorgt, das den Reaktorbehälter umgibt und den Schutz der äusseren Umgebung sicherstellt. Der Hauptreaktorbehälter 2 ist doppelwandig ausgebildet, d.h. von einem zweiten Behälter 8 mit parallelen Wänden, dem sog. Sicherheitsbehälter,umgeben, der gleichfalls unter der Platte 4 aufgehängt ist.

Der Behälter 2 enthält ein ausreichendes Volumen 9 eines flüssigen Mediums, das zum Kühlen des Reaktors bestimmt ist und vorzugsweise ein flüssiges Metall und insbesondere Natrium ist. Die Platte 4, die die Behälter 2 und 8 an ihrem oberen Teil abschliesst, weist eine Reihe von Durchlässen oder Durchgangslöchern 10 auf, durch die die zum Arbeiten des Reaktors notwendigen Bauelemente Jdefact durch die Abschlussplatte dicht hindurchführen können, wobei sie ausserdem unter der Abschlussplatte derart aufgehängt sind, dass sie in das Innere des Reaktorbehälters 2 in das Volumen 9 der metallischen Flüssigkeit eintauchen. Diese Bauelemente sind die Pumpen 11 und die Wärmetauscher 12, die vorzugsweise um die vertikale Achse des Behälters 2 herum verteilt sind, wobei die Wärmetauscher durch die Pumpen getrennt sind und umgekehrt. Die Abschluss-

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platte 4 weist gleichfalls am mittleren Teil eine Gruppe 13 von mehreren Schraubverschlüssen auf, mit denen eine Handhabungsund Regeleinrichtung 14, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, oberhalb des Reaktorkerns 15 in Stellung gebracht werden kann, um die Arbeitsweise des Reaktors zu regeln und für die notwendigen Handhabungen der Brennstäbe und Brennelemente im Reaktor zu sorgen. Der Kern 15 sitzt in üblicher Weise auf einem Träger 16, der an seinem Umfangsabschnitt mit einem zylindrischen Behälter 17,dem sog. inneren Behälter zusammengepasst ist, der folglich im Inneren des Behälters 2 angeordnet ist und in diesem das Volumen 9 des flüssigen·Metalls . in zwei Teile unterteilt. Dieser Behälter 17 dient insbesondere dazu, das heisse flüssige Metall zu sammeln, das am oberen Abschnitt des Kerns austritt und das beim Durchgang durch den Kern von unten nach oben die Wärme aufgenommen hat, die durch die Kernspaltung in den nicht dargestellten Brennelementen des Kerns freigesetzt wird. Im Gegensatz dazu enthält der Zwischenraum 18, der zwischen dem inneren Behälter 17 und dem Hauptbehälter 2 vorgesehen ist, das abgekühlte flüssige Metall, das inbesondere aus den Wärmetauschern 12 austritt, die ihrerseits mit dem heissen flüssigen Metall des Behälters 17 versorgt werden. Das abgekühlte flüssige Metall wird unmittelbar danach durch die Umwälzpumpen 11 im Zwischenraum 18 wieder aufgenommen, um es zum Ausgang der Pumpen durch Leitungen mit grossem Querschnitt 19 zurückzuführen, die sich unter dem Träger 16 befinden, damit das flüssige Metall erneut durch den Kern 15 hindurchgeht. Die Pfeile 20 zeigen in der Zeichnung schematisch die Zirkulationsrichtung des flüssigen Metalls.

Fig. 2 zeigt mehr im einzelnen eine Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere für jeden der Wärmetauscher der Anlage geeignnet ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Wärmetauscher weist eine mittlere Versorgungsleitung 21 mit vertikaler Achse auf, die an ihrem unteren Teil durch ein gekrümmtes Rohrstück verlängert ist, das an eine öffnung 23 in der Seitenwand des inneren Behälters 17

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angeschlossen ist. Die Lage dieser Öffnung 23 ist im unteren Teil der Wand des Behälters 17 derart gewählt, dass die Höhe der Wärmetauscher und folglich die Länge der Wärmetauscherrohre, die der Wärmetauscher aufweist, nicht eingeschränkt sind.Diese Anordnung macht es erforderlich, zwischen dem Kern 15 und der Innenwand des Behälters 17 einen ausreichenden Zwischenraum vorzusehen, der es erlaubt, dass das heisse flüssige Metall, das aus dem Kern austritt, längs der Pfeile 2O, d.h. entlang der Wand nach unten fHessen kann, um die öffnung 23 und die Leitung 21 zu erreichen.

Die Leitung 21 wird an dem Teil, der durch den Wärmetauscher 12 geht, von wenigstens zwei rohrförmigen Elementen 24 und 25 gebildet, die eineinander umgeben, wobei das äussere Element 24 den unteren gekrümmten Leitungsteil 22 verlängert, während die innere Leitung 25 innerhalb der ersten Leitung angeordnet ist, wobei zwischen beiden ein ringförmiger Zwischenraum 26 vorgesehen ist, der mit einer stehenden flüssigen Metallsäule gefüllt ist, über der sich ein Gaskissen 27 aus einem neutralen Gas befindet, das zwischen dem oberen Teil der Leitung 21 und der inneren Hülle 28 des Wärmetauschers 12 eingeschlossen gehalten ist. Diese innere Hülle 28 ist mit einer äusseren Hülle

29 verbunden, die zur inneren Hülle und zur mittleren Versorgungsleitung 21 koaxial verläuft. Die obere Verlängerung des rohrförmigen Elementes 25 der Leitung 21 ist über eine Rohraufweitung

30 mit der inneren Hülle 28 im rechten Winkel zu einem kreisförmigen Fenster 31 verbunden, durch das das flüssige Metall, das durch die mittlere Versorgungsleitung 21 dem Wärmetauscher zugeführt wird, in den Zwischenraum 32 eintreten kann, der zwischen den Hüllen 28 und 29 begrenzt ist. Das flüssige Metall zirkuliert somit im ringförmigen Zwischenraum 32 von oben nach unten und tritt aus dem Zwischenraum durch ein zweites Fenster 33 aus, das am unteren Teil der äusseren Hülle 29 vorgesehen ist. Im Zwischenraum 32, der von den Hüllen 28 und 29 begrenzt ist, sind vertikale Wärmetauscherrohre 34 verteilt, die in einer Reihe konzentrischer Kreise angeordnet sind und die an ihren oberen und unteren Enden von zwei Rohrabschlussplatten 35 und 36 jeweils

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zusanunengefasst sind, die Sammler 37 und 38 zum Zuführen und Abführen eines Wärmetauschfluides abgrenzen, das die Wärmemenge aufnimmt, die durch das flüssige Metall transportiert wird, das aus dem inneren Reaktorbehälter stammt, um die Wärme ausserhalb des Reaktors an einem nicht dargestellten Dampferzeuger wieder zu gewinnen. Das Wärmetauschfluid, das im allgemeinen gleichfalls ein flüssiges Metall und vorzugsweise ein flüssiges Metall derselben Art ist, wie es im Inneren der Reaktorbehälter zirkuliert, wird durch Rohre 39 dem Eintrittssammler 37 zugeführt, die regelmässig um den Umfang des Wärmetauschers in der Nähe der äusseren Hülle 29 verteilt sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Innenwand des Reaktorbehälters 17 in dem Bereich, der auf den Reaktorkern zugewandt ist, durch eine Schutzwand 40 doppelwandig ausgebildet. Der Zwischenraum zwischen dem Reaktorbehälter 17 und der Schutzwand ist mit einer stehenden Metallflüssigkeitssäule gefüllt, die das heisse flüssige Metall im Reaktorbehälter vom kalten flüssigen Metall im Zwischenraum 18 trennt und somit die Wand des Reaktorbehälters 17 gegenüber starken und plötzlichen Temperaturänderungen schützt, die insbesondere im Falle einer Zwangsabschaltung des Reaktors auftreten können. Bei einem anderen in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel geht durch den Zwischenraum zwischen dem Reaktorbehälter 17 und der Schutzwand ein Kreislauf des flüssigen Metalls. Dieser Zwischenraum ist unter dem Träger 16 angeschlossen, der den Reaktorkern trägt, um die vom Fuss der nicht dargestellten Brennelemente stammenden Leckverluste zu sammeln. Dazu ist die gekrümmte Leitung 22 von einer Hülse 41 umgeben, die eine ringförmige Leitung 42 begrenzt, die mit stehendem flüssigen Metall gefüllt ist, während . ein aufsteigender Flüssigmetallstrom in der Richtung der gestrichelten Pfeile 43 zirkuliert und dabei die Innenwand des Reaktorbehälters 17 kühlt, bevor er dann, wenn er erst einmal den oberen Teil des Reaktorbehälters 17 erreicht, durch Perforationen 44, die um die ganze Wand herum vorgesehen sind, in den Zwischenraum 18 ausgegeben wird.

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In Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem dieselben Bezugszeichen wie beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verwandt sind. In dieser Figur sind wiederum die axiale Versorgungsleitung 21, das Fenster 31 in der inneren Hülle 28»durch das das flüssige Metall in den Wärmetauscher eintritt, das Bündel der Wärmetauscherrohre 34, die Rohrabschlussplatten 35 und 36 und schliesslich die Sammler 37 und 38 mit den Versorgungsleitungen 39 des unteren Sammlers 37 zu erkennen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist erkennbar, dass die Wärmetauscherrohre 34 im Zwischenraum 32 an ihrem unteren Ende 45 gekrümmt sind, wobei die zugehörige Rohrabschlussplatte 35 dort in Form eines koaxialen Zylinders zu den Hüllen 28 und des Wärmetauschers verläuft. Das Zwischenwärmetauscherfluid sammelt sich im ringförmigen Sammler 37,durchfliesst die Rohre 34 von unten nach oben, um am Ausgang der Rohre und über der oberen horizontalen Rohrwand 36 im Ausgangssammler 38 gesammelt zu werden. Die Rohre 34 sind aussen von dem flüssigen Metall umflossen, das durch die Fenster 31 in den Wärmetauscher eintritt, die über der axialen Leitung 21 vorgesehen sind. Dieses flüssige Metall strömt im Wärmetauscher von oben nach unten, um den Wärmetauscher an seinem unteren Ende durch das Fenster 33, das in diesem Fall unter dem Wärmetauscher vorgesehen ist, ohne eine Richtungsänderung zu verlassen.

Durch die Erfindung wird somit ein schneller Kernreaktor geliefert, der die Verwendung eines inneren Reaktorbehälters mit sehr einfachem Aufbau und eines Wärmetauschers des ringförmigen Typs kombiniert, der eine bessere Geschwindigkeitsverteilung des flüssigen Metalls und eine Vereinfachung der notwendigen Anschlusseinrichtungen zum inneren Reaktorbehälter sicherstellt. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung werden eventuelle Eingriffe in die Wärmetauscher oder in den inneren Reaktorbehälter vereinfacht, wobei ausserdem eine bessere Isolation zwischen den Wärmetauschern und dem Zwischenraum zwischen dem Hauptreaktorbehälter und dem inneren Reaktorbehälter sichergestellt ist, in dem das kalte flüssige Metall am Ausgang der Wärmetauscher aufgefangen wird. Die Anordnung von gekrümmten Wärmetauscherrohren liefert darüberhinaus den Vorteil, dass die gesamte Wechselwirkung

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zwischen dem flüssigen Metall einerseits, das in den Wärmetauscher eintritt und aus dem Wärmetauscher austritt,und zwischen den Versorgungs- und Auslasskreisen . für das Zwischenfluid beschleunigt wird.

Es versteht sich schliesslich, dass die Höhe des Anschlusses des axialen Versorgungsrohres des Wärmetauschers bezüglich der Wand des inneren Reaktorbehälters bei den in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen an spezielle Betriebsanforderungen des Einbaues angepasst sein kann und insbesondere zweckmässigerweise in der Nähe des Trägers des Reaktorkerns vorgesehen sein kann. Darüberhinaus kann die Wärmeisolation des inneren Reaktorbehälters 17 und der Versorgungsleitung 21 von einer dünnen stehenden Flüssigkmetallsäule gebildet sein, indem beispielsweise für eine direkte Verbindung des Ringzwischenraumes ,der durch den Reaktorbehälter 17 und die Schutzwand 4 0 begrenzt wird, entweder mit dem Innenbereich des Reaktorbehälters mittels der Perforationen 47 (Fig. 4) oder mit dem Aussenbereich mittels anderer Perforationen 48 gesorgt ist.

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Claims

A. GRUNECKER ΓηΡΙ_ IMi H. KINKELDEY OT-ING W. STOCKMAIR CW.-ING A»£-CAcTECnI Ä — CW.-ING A»£-CAcTECnI 2713260 K.SCHUMANN OH RER NAT OH_ ■ Λ-tVS P. H. JAKOB OtPL INa G. BEZOLD DH RER MW 8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43 25. März 1977 P 11 449 Patentansprüche

1.Kernreaktor mit schnellen Neutronen mit einem metallischen Haupt-"^reaktorbehälter, der mit vertikaler Achse an seinem oberen offenen Teil an einer dicken Schutzplatte aufgehängt ist» die ein Reaktorgefäss verschliesst, das den Reaktorbehälter umgibt, mit einem Volumen eines flüssigen Metalls als Kühlmittel im Inneren des Reaktorbehälters, und mit einem gleichfalls im Hauptreaktorbehälter angeordneten inneren Reaktorbehälter mit zylindrischer Wand, der den Reaktorkern unter das Niveau des flüssigen Metalls getaucht enthält, wobei der Zwischenraum zwischen dem Hauptreaktorbehälter und dem inneren Reaktorbehälter Wärmetauscher und Pumpen enthält, die unter das Niveau des flüssigen Metalls getaucht sind, wobei jeder Wärmetauscher die Form eines Ringes hat, der von einer inneren Hülle und einer äusseren Hülle begrenzt ist, die parallel zueinander liegen und der eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren enthält, die über den grösseren Teil ihrer Länge vertikal verlaufen, aussen von dem flüssigen Metall, das durch

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den Wärmetauscher geht, umflossen sind und in konzentrischen Kreisen zwischen den beiden Hüllen angeordnet sind, und wobei die Rohre in zwei äusseren Rohrplatten münden, die mit den beiden Hüllen des Wärmetauschers zwei Sammler, nämlich einen Eingangssammler am oberen Teil des Wärmetauschers und einen Ausgangssammler am unteren Teil des Wärmetauschers für ein Wärmetauschfluid begrenzen, das die durch das flüssige Metall beim Durchgang durch den Reaktorkern aufgenommene Wärmemenge rückgewinnt, dadurch ■ gekennzeichnet, dass die innere Hülle (28) eine mittlere Versorgungsleitung (21) mit vertikaler Achse umgibt, die an den inneren Reaktorbehälter (17) angeschlossen ist und dass der ringförmige Zwischenraum (32) zwischen den beiden Hüllen (28, 29) an seinem oberen Teil über ein aufgeweitetes Stück (30) der mittleren Leitung (21)mit einem ersten kreisförmigen Fenster (31) verbunden ist, das in der inneren Hülle (28) vorgesehen ist,und mit seinem unteren Ende mit einem Bereich, der zwischen dem inneren Reaktorbehälter (17) und dem Hauptreaktorbehälter (2) eingeschlossen ist, über ein zweites kreisförmiges Fenster (33) verbunden ist, das in der äusseren Hülle (29) vorgesehen ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der untere Sammler (37) zur Versorgung der Wärmetauscherrohre (34) mit einer Vielzahl von Zuleitungen (39) für das Wärmetauscherfluid zusammengeschlossen ist, die längs des Umfanges der inneren Hülle (39) des Wärmetauschers verteilt sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Versorgungsleitung (21) zwei rohrförmige Elemente (24, 25) aufweist, die mit einem Spielraum dazwischen ineinander gepasst sind, wobei eines dieser Elemente (24) mit einem gekrümmten Verlängerungsstück (22) verbunden ist, das am unteren Ende der axialen Leitung (21) vorgesehen ist und über eine öffnung (23) an den inneren Reaktorbehältei (17) angeschlossen ist, die in der Seitenwand des Reaktorbehälters (17)vorgesehen ist, und wobei das andere Element (25) mit dem

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Fenster (31) verbunden ist, das in der inneren Hülle (28) des Wärmetauschers vorgesehen ist, und wobei der Spielraum zwischen beiden Elementen (24, 25) mit einem stehenden Volumen des flüssigen Metalls gefüllt ist, über dem sich ein Gaskissen aus einem neutralen Gas befindet, das zwischen der axialen Leitung (21) und der inneren Hülle (28) eingeschlossen ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das gekrümmte Verlängerungsstück (22) der mittleren Leitung (21) sich in der Nähe des unteren Endes des Reaktorbehälters (17) an den Reaktorbehälter (17) anschliesst, so dass zwischen seiner Innenfläche und dem Reaktorkern (15) ein ringförmiger Zwischenraum bleibt, in dem das heisse flüssige Metall, das den Kern (15) verlässt, nach unten fliesst, bevor es durch das gekrümmte Verlängerungsstück (22) aufgefangen und dem Wärmetauscher zugeführt wird.

5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das gekrümmte Verlängerungsstück (22) der mittleren Leitung (21) von einer Hülse (41) umgeben ist, die einen ringförmigen Zwischenraum (42) begrenzt, der an der Wand des inneren Reaktorbehälters (17) mit einem Wärmeisolierbereich in Verbindung steht, der zwischen der Wand und einer parallelen Schutzwand (40) vorgesehen ist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass durch den ringförmigen Zwischenraum (41) das ausgelaufene flüssige Metall hindurchgeht, das sich an der Basis des inneren Reaktorbehälters (17) sammelt, und dass dieser Zwischenraum (41) mit dem oberen Ende der mittleren Leitung (21) im Spielraum zwischen den beiden Elementen (24, 25), die die Leitung (21) bilden, in Verbindung steht.

7. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass der ringförmige Zwischenraum (41) eine dünne Säule aus stehendem flüssigen Metall enthält und mit dem inneren Bereich des inneren Reaktorbehälters (17) oder mit dem äusseren Bereich des Reaktorbehälters in Verbindung steht.

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8. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Wärmetauscherrohre (34) an wenigstens einem ihrer Enden gekrümmt sind, so dass sie an eine Rohrplatte (35) angeschlossen sind, die eine zylindrische Form hat und einen ringförmigen Sammler (37) für das Zwischenfluid begrenzt.

9. Kernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass der ringförmige Sammler (37) , der durch die zylindrische Rohrplatte (35) begrenzt ist, in der die Enden der gekrümmten Rohre münden, koaxial zu den Hüllen (28, 29) des Wärmetauschers und bezüglich des Wärmetauschers nach aussen verläuft.

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