DE1208015B - Gasgekuehlter Leistungs-Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutsche KL: 21g -21/20

Nummer: 1208 015

Aktenzeichen: U 4968 VIII c/21 g

Anmeldetag: 30. November 1957

Auslegetag: 30. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf gasgekühlte Leistungs-Kernreaktoren, insbesondere auf homogene Feststoff-Reaktoren, bei denen Moderator und Brennstoff homogen miteinander kombiniert sind.

Bei derartigen Reaktoren sind sehr hohe Wärmefreisetzungsraten möglich, und die Wärme kann bei einer hohen Temperatur zur Verfügung gestellt werden.

Bei bisher bekannten gasgekühlten Kernreaktoren, bei denen im Abstand voneinander angeordnete längliche Brennstoffelemente von einem Graphitmoderator- und Neutronenreflektoraufbau umgeben und in einem Druckbehälter eingeschlossen sind, besteht der Nachteil, daß der Graphit im Betrieb anwächst und sich verformt. Eine derartige Bewegung im Graphit ist unerwünscht und kann ein Verklemmen der Brennstoffelemente untereinander und eine Verstopfung der Kühlmittelkanäle verursachen, was zu örtlichen Überhitzungen führt. Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Reaktorkernaufbaues für einen Kernreaktor, der sich zwar durch Ausdehnung beträchtlich verformen und anwachsen kann, aber dennoch durch den Unterschied zwischen Kühlmitteleinlaß- und -auslaßgasdruck wirksam gehalten wird.

Zu diesem Zweck ist der eingangs genannte gasgekühlte Leistungs-Kernreaktor insbesondere der homogene Feststoff-Reaktor, bei dem Moderator und Brennstoff homogen miteinander kombiniert sind, mit einem Druckbehälter, Kühlgaseinlaß- und -auslaßleitungen für diesen Behälter, einer Gruppe vors länglichen, vertikalen Kernbauteilen und mehreren vertikalen Neutronenreflektorbauteilen, die in Ringen rings um die Kernbauteilgruppe angeordnet sind, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektor- und die Kernbauteile an ihren unteren Enden im Abstand voneinander angeordnet und am unteren Ende so gelagert sind, daß sie um diese Lagerung eine Dreh- und Schwenkbewegung ausführen können, und an ihren oberen Enden durch den einwärts gerichteten Radialdruck des Kühlgases zusammengedrückt sind und daß eine in radialer Richtung zusammendrückbare, durch den dem Kern benachbarten Ring dieser Reflektorbauteile gebildete zylindrische Schranke den einwärts gerichteten Kühlgasstrom so leitet, daß Kühlgas, welches in den Druckbehälter durch die Einlaßleitungen in einen oberen Teil des Behälters einströmt, zwischen die Reflektorbauteile und das Behältergehäuse und dann nach oben durch die Kernbauteilgruppe nach einer oberen Kammer im Druckbehälter und der Kühlmittelauslaßleitung, welche mit dieser Kammer in Verbindung steht, strömt.

Gasgekühlter Leistungs-Kernreaktor

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Peter Fortescue,

George Edward Lockert, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 30. November 1956 (36 774)

Der Kühlmittelweg wird durch Gasdichtungen zwischen dem Reaktorkern und dem Reflektor und zwischen dem Reflektor und der Kammer bestimmt, wobei diese Dichtungen durch den Druckunterschied aufrechterhalten werden, und das Kühlmittel wird durch den Druckbehälter geleitet, so daß die beanspruchten Teile bei einer Temperatur gehalten werden, die nahe derjenigen des einströmenden Gases liegt.

Durch den Weg des Gases wird eine einwärts gerichtete Kraft erzeugt, die auf die Reflektorelemente wirkt und die Ringe aus Reflektorelementen und Reaktorkernelementen zusammenhält, wenn der Reaktor arbeitet. Um sicherzustellen, daß die Reflektorelemente sich frei radial nach innen bewegen können,. sind sie an ihrem unteren Ende dreh- und schwenkbar gelagert, so daß sie unter dem Gasdruck nach innen geneigt sind und das obere Ende der Reaktorkernelemente fest zusammenhalten.

Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 einen lotrechten Mittellängsschnitt, während

F i g. 2 einen Teilquerschnitt in vergrößertem Maßstab wiedergibt.

Der Reaktor besteht aus einem zylindrischen Druckmantel aus Stahl 1 welcher innerhalb eines hohlwandigen Stahlrahmens 2 auf acht mit Abstand voneinander vorgesehenen einregelbaren Gehängen 3 gehalten wird. Die Bauteilgruppe 2 enthält mit Abstand voneinander vorgesehene Stahlplatten 4, und die Hohlräume sind wassergefüllt. Die Bauteilgruppe

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bildet sowohl eine Halterung als auch eine ther- 26 fortsetzt. Kleine Löcher (nicht gezeigt) sind in der

mische Abschirmung für den Druckbehälter 1. Ein Wandkonstruktion der Kammer 20 vorgesehen, um

oberer Ansatz 5 des Druckbehälters enthält oder es einer geringen Menge des Kühlgases vom Einlaß

umhüllt eine Cor-Bauteillade- und -entladeeinrich- 22 her zu ermöglichen, den Reaktor-Cor im Neben-

tung 6 sowie einen drehbaren Teilabschirmungs- 5 Schluß zu umgehen und den Zwischenraum zwischen

stopfen bzw. -Verschluß 6 a für diese Einrichtung. der Auskleidung 25 und der Wandkonstruktion aus-

Eine biologische Betonabschirmung S umgibt die zukehren und zur Reinigung zu durchströmen. Die

Bauteilgruppe 2. Bauteilgruppe 2 und die Außenseite des Druck-

Eine Reihe von an den Enden verschlossenen mantels I werden durch einen Luftstrom gekühlt,

Zirkoniumröhren 7 erstreckt sich nach unten hin io welcher durch dünn ausgezogene Pfeile angedeutet

durch ein Schulterstücke am Druckbehälter, wäh- ist und in eine Mehrzahl von Einlassen27 eintritt,

rend eine weitere derartige Reihe sich nach oben um, nachdem er nach unten zwischen der biolo-

über einen etwas kleineren Durchmesser hinweg gischen Abschirmung S und der Bauteilgruppe 2

durch den Boden des Behälters hindurcherstreckt. durchgeströmt ist, dann zwischen dieser Bauteil-

Die Röhren 7 enthalten hohle zylindrische Absorber- 15 gruppe und dem Druckbehälter 1 nach oben durch-

elemente7a (Fig. 2), welche vermittels Winden- zuströmen und schließlich den Ausgang durch einen

geräten 9 über Kabel 10 betätigt werden. Stutzen 28 zu finden.

Der Reaktor-Cor besteht aus einundsechzig Cor- Wie sich insbesondere aus F i g. 2 ergibt, sind die bauteilen, von denen jeder die Form eines Büschels Graphitschrankenblöcke 15, durch weiche die Röh- oder Büschelelementes 11 hat, welches auf einer 20 ren 7 hindurchführen, weiche die Absorberelemente Spitze 12 aufsitzt, die aus einem perforierten Grund- la enthalten, mit Graphitnuten oder -federn 29 ausplattenbauteil 13 vorragen, welches auf Bügeln 14 gestattet, welche in Ansprecherwiderung auf einen innerhalb des Mantels 1 ruht. Rund um den Cor ist einwärts gerichteten radialen Gasdruck die Eigenein Ring von einen Keilquerschnitt aufweisenden tümlichkeit haben, eine Gasabdichtung an den Ver-Graphitreflektorblöcken 15 vorgesehen, die, wie sich 25 bindungsstellen zwischen den besagten Blöcken zu aus nachstehendem ergibt, so aufgebaut und einge- bilden. Eine weitere Abdichtung ist zwischen den richtet sind, daß sie eine Gasschranke bilden und oberen Stirnflächen der Schrankenblöcke 15 und dem mit lotrechten Kanälen versehen sind, um darin die Innenumfang des perforierten Rahmens 19 vorge-Röhren7 aufzunehmen. sehen. Diese Abdichtung besteht aus oberem und Außerhalb der Schrankenblöcke 15 sind weitere 30 unterem Graphitring 31 (F i g. 1), von welchen Rin-Keilquerschnitts-Graphitreflektorblöcke 16 vorhan- gen jeder aus einer Mehrzahl von überlappenden den. Die Blöcke 15 und 16 werden an ihren unteren Segmenten besteht und mit einer zusammenarbeiten-Enden auf abgerundeten Stiften 17 gehalten, auf den ringförmigen Feder- und Nutausgestaltung 33 welchen sie eine freie Dreh- oder Schwenkbewegung ausgestattet ist. Der obere Ring wird gegen die Unterauszuführen vermögen. 35 seite des Rahmens 19 vermittels einer Hebel- und Ein Innenmantel 18 wird außerdem von dem Gegengewichtvorrichtung 34 gehalten oder gedruckt, Grundplattenbauteil 13 gehalten, und dieser Mantel während der untere Ring nach unten auf die Kopfträgt einen perforierten Rahmen 19, auf welchem seite der Schrankenblöcke 15 durch ein ähnliches eine Sammlerkammer 20 sitzt, welche mit einem (nicht gezeigtes) Schwerkraftsystem gehalten oder Gasauslaßstutzen 21 in Verbindung steht. Ein Gas- 40 gedrückt wird.

einlaßstutzen 22 steht mit dem Innern des Druck- Somit verläuft der Weg des Gases, wie er oben behälters außerhalb der Sammlerkammer 20 in Ver- beschrieben ist und durch die Gasabdichtung bebindung. stimmt wird, die durch die Feder und Nuten geWärme wird von den Cor-Bauteilen vermittels bildet wird, in solcher Weise, daß ein radialer Druckeines Kühlgases abgeführt, welches, wie die stark 45 unterschied hervorgerufen wird, welcher, während ausgezeichneten Pfeile andeuten, in den Druck- der Reaktor in Betrieb ist, die Cor-Bauteile und die behälter durch den Einlaßstutzen 22 hindurch ein- Reflektorblöcke fest gegeneinanderhält oder -preßt, tritt, und zwar in einen oberen Sammelraum 23 hin- Wie sich insbesondere aus F i g. 2 ergibt, ist außerein, und es wird dann gezwungen, nach unten zwi- dem ein Federgürtel 30 rund um die obere Kante sehen den Reflektorblöcken 16 und dem Mantel 1 50 der Reflektorblöcke gelegt, um sie in ihrer Stellung auf beiden Seiten des Innenmantels 18 nach einem zu halten, wenn der Reaktor nicht in Betrieb ist.
unteren Sammelraum 24 zu strömen, von welchem Die Anordnung ist eine solche, daß sie in einem es nach oben durch Räume innerhalb und zwischen beträchtlichen Ausmaß eine Verformung und ein den Cor-Bauteilen hindurch in die Sammelkammer Wachsen der Cor-Bauteile und der Reflektorblöcke 20 gelangt, um aus dem Druckmantel heraus durch 55 zuläßt, wobei beide so bemessen sind, daß sie Konden Auslaßstutzen 21 zu strömen. takt nur an ihren oberen Enden machen, während Der Weg des Kühlgases ist solcherart, daß die sie an ihren unteren Enden beweglich bzw. schwenkbeanspruchten Teilstücke, nämlich der Druckbehäl- bar gelagert sind. Die Reflektorblöcke sind ausgeter 1, Grundplatte 13, Innenmantel 18, perforierter spart wie bei 35 angedeutet, um Kontakt an anderen Rahmen 19 und Sammelkammer 20, alle in Kontakt 60 Stellen als an ihren oberen Enden zu vermeiden, und mit dem relativ kühlen oder kalt einkommenden die Cor-Bauteilbüschel oder büschelelemente 11 wer-Gas sind und somit auf einer ziemlich niedrigen den durch spinngewebeartige Kopfendebauteile 36 Temperatur gehalten werden. Die Sammelkammer 20, auf Abstand gehalten.

welche das Heißgas sammelt, das von den Brenn- Es ist weiterhin ein System für die Entlüftung des stoffelementenll aufsteigt, ist mit wärmewider- 65 Inneren der Cor-Bauteile vorhanden, welches ein standsfähigen Stahlplatten 25 ausgekleidet, welche Rohr 37 aufweist, das mit jeder der Spitzen 12 vereinen Doppelisolierungsmantel bilden, der sich in bunden und durch den Druckmantel 1 herausgeführt den Auslaßstutzen 21 hinein über eine Auskleidung ist, und zwar nach einer Sammelleitung 38 hin.

Die Röhren 7, welche die Absorberelemente la (F i g. 2) enthalten, werden außen gekühlt, wo sie durch die Schrankenblöcke 15 und die Sammelkairjmer 20 (wo sie ummantelt sind) hindurchführen, und zwar durch einen Teil des Hauptkühlstromes. Ein erhebliches Spiel wird zwischen den Rohren 7 und dem Block 15 zugelassen, um dadurch einen Kühlstrom entstehen zu lassen, der groß genug ist, um Abstrahlwärme vom Cor abzuleiten, bevor diese die Temperatur des Reflektors anheben kann.

Die Röhren werden außerdem innen gekühlt. Dies geschieht über ein gesondertes Kühlmittel, welches durch ein konzentrisches Zufuhrrohr in Umlauf gebracht wird, und zwar durch Windräder oder Ventilatoren, welche in den abgedichteten Gehäusen der Windenvorrichtung 9 untergebracht sind, wobei dieses besondere Kühlmittel selbst über Wärmeaustauscher 39 gekühlt wird, welche Primärkreisverbindungen 40 aufweisen. Das Kühlmittel innerhalb der Röhren 7 ist vorteilhafterweise ein Gas, welches sich vom Re- ao aktorkühlmittel unterscheidet, um dadurch ein Aufdecken von Leckstellen zu erleichtern.

Die Lade-Entlade-Vorrichtung 6 wird während des Reaktorbetriebes durch die Verbund-Drehverschluß-Bauteilgruppe 6 α geschützt, welche von einer Lagerschiene 41 im Halsteil des Druckbehälters 1 herabhängt bzw. von dieser gehalten wird. Innerhalb des Hauptdrehverschlusses wird ein exzentrischer Verschluß 42 gehalten, welcher so über ein Zahnradgetriebe angetrieben wird, daß er eine epizyklische Drehung ausführt, wenn die Hauptbauteilgruppe gedreht wird. Die Bauteilgruppe weist Unterbrechungen in Form von Zugangslöchern auf, welche einfache abgesetzte Spundzapfen oder Stopfen 48 enthalten.

Wenn es nötig wird, die Maschine für das Laden zu verwenden so bringt eine Drehung der Verschlußbauteilgruppe 6 α jedes Zugangsloch unter einen Auszieher, so daß der entsprechende Spundzapfen oder Stopfen herausgezogen und abgelegt werden kann. Bei einer Drehung zurück in die Anfangsstellung verbleibt die Bauteilgruppe so, daß eine Anzahl von offenen Löchern vorhanden ist, durch welche hindurch die Bauteile der Lade-Entlade-Vorrichtung 6 sich zu bewegen vermögen.

Die Ladevorrichtung besteht aus den folgenden drei Hauptbauteilen: Der erste ist eine mittlere Übertragungssäule 44, welche sich in den Reaktorladeraum zusammen mit einer Greiferhalterung 45 an einem Übertragerarm 46 an ihrem unteren Ende absenkt. Der zweite und der dritte Bauteil sind jeweils »Lade«- und »Entlade«-Aufzüge. Der Ladeaufzug 47 senkt ein neues Brennstoffelement aus einer Einlaß-Schleusenkammer heraus in den Laderaum hinein ab, wo es durch den Übertragungsarm 46 fortbewegt und in irgendeine beliebige Cor-Stellung hineingebracht werden kann. Der (nicht gezeigte) Entladeaufzug ist identisch mit dem Ladeaufzug, arbeitet jedoch in umgekehrter Richtung, um dadurch ein verbrauchtes Brennstoffelement aus dem Laderaum herauszuheben, nachdem es durch den Übertragungsarm entsprechend zugebracht worden ist. Wenn jeder Aufzug vollständig nach oben bewegt ist, hat das untere Ende eine Dichtungsbewegung in das Bodenstück seiner zugehörigen Gasschleusenkammer hinein ausgeführt, um dadurch den Reaktordruck gegenüber Einlaß- oder Auslaßprozesses abzuisolieren.

Das Hauptkühlgas ist vorzugsweise Helium, und der Außenkreis kann eine eigenbetriebene Gasturbinen-Kompressoreinheit aufweisen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasgekühlter Leistungs-Kernreaktor, insbesondere homogener Feststoff-Reaktor, bei dem Moderator und Brennstoff homogen miteinander kombiniert sind, mit einem Druckbehälter, Kühlgaseinlaß- und -auslaßleitungen für diesen Behälter, einer Gruppe von länglichen, vertikalen Kernbauteilen und mehreren vertikalen Neutronenreflektorbauteilen, die in Ringen rings um die Kernbauteilgruppe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektor- und die Kernbauteile an ihren unteren Enden im Abstand voneinander angeordnet und am unteren Ende so gelagert sind, daß sie um diese Lagerung eine Dreh- und Schwenkbewegung ausführen können, und an ihren oberen Enden durch den einwärts gerichteten Radialdruck des Kühlgases zusammengedrückt sind und daß eine in radialer Richtung zusammendrückbare, durch den dem Kern benachbarten Ring dieser Reflektorbauteile gebildete zylindrische Schranke den einwärts gerichteten Kühlgasstrom so leitet, daß Kühlgas, welches in den Druckbehälter durch die Einlaßleitungen in einen oberen Teil des Behälters einströmt, zwischen die Reflektorbauteile und das Behältergehäuse und dann nach oben durch die Kernbauteilgruppe zu einer oberen Kammer im Druckbehälter und der Kühlmittelauslaßleitung, welche mit dieser Kammer in Verbindung steht, strömt.

2. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem die zylindrische Schranke einen Ring von Reflektorbauteilen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bauteil im wesentlichen einen keilförmigen Querschnitt aufweist und daß die Berührungskanten der Bauteile miteinander verriegelt und durch einen Keil abgedichtet sind, welcher sich über die ganze Länge des Reflektorbauteils erstreckt.

3. Gasgekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke über eine Gasdichtung mit der oberen Kammer verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschrift Nr. 1119 029; britische Patentschrift Nr. 754183;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 3, S. 322 bis 329, 333, 1955;

»Chemical Engineering Progress Symposiums Series«, Vol. 10, Teilband Nr. 12, 1954, S. 243;

»British Journal of Applied Physics«, Supplement Nr. 5, S. 97, 1956;

Babcoch and Wilco, Ltd., »Calder Hall Atomic Power Station«, Reprinted from »Nucher Engineering«, Vol. 1, Nr. 7, Oktober 1956, Faltblätter zwischen S. 12 und 13;

»Schweizer Bau-Zeitung«, 74. Jahrgang, Heft 36, 8. 9. 1956, S. 543.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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