DE1281047B

DE1281047B - Anordnung zur Kuehlung des Reflektors von gasgekuehlten Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1281047B
Application number: DEB80558A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Oettl
Original assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Current assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Priority date: 1965-02-17
Filing date: 1965-02-17
Publication date: 1968-10-24

Description

Anordnung zur Kühlung des Reflektors von gasgekühlten Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung des Reflektors von gasgekühlten Kernreaktoren, bei denen außerhalb des aus einzelnen Blöcken aufgebauten, zylindermantelförmigen Rellektors zwischen dem Reflektor und dem diesen umgebenden Reaktorbehälter ein ummantelter Kühlgaskanal vorgesehen ist, der den Reflektor auf seiner ganzen Länge ringförmig umgibt.
Bekannt ist ein Kernreaktor, bei dem das durch Gebläse geförderte Kühlgas einerseits direkt den Reaktorkern durchströmt und andererseits über einen Kühlgaskanal, der zwischen Reflektor und Reaktorbehälter angeordnet ist, geführt wird. Das durch den Kühlgaskanal strömende Kühlgas gelangt durch eine Reihe von Öffnungen in der Reaktorhaube in den Raum oberhalb des Reaktorkerns. Bei dieser Anordnung wird jedoch der größere Teil der Kühlgasmenge nicht zur Kühlung des Reflektors ausgenutzt, sondern direkt in den oberen Teil des Reaktorkerns geleitet, wo es zu einer starken Verwirbelung des gesamten Kühlgases kommt (USA.-Patentschrift 3 089 835).
Weiterhin ist ein Kernreaktor bekannt, bei welchem als Kühlmittel Kondensatwasser verwendet wird, das dem Reaktorkern am oberen Ende oder am Boden des Reflektormantels zugeführt wird. In dem zylinderförrnigen Teil des Reflektors strömt das Kondensatwasser in senkrechter Richtung, und nur am Boden und am oberen, Ende des Reflektormantels kann das Wasser auch in horizontaler Richtung fließen. Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß die Kühlwirkung des Kondensatwassers infolge des langen Strömungsweges im Reaktor stark vermindert wird (deutsche Auslegeschrift 1024 176).
Bei weiteren bekannten Ausführungen wird das Kühlmedium entlang des Reflektors nach unten in den Reaktorkern oder unter Umgehung des Reflektors direkt in den Reaktorkern geführt. Eine ausreichende Kühlung des Reflektors ist hiermit nicht gegeben (USA.-Patentschrift 2 990 348, britische Patentschriften 850 014, 916 144, deutsches Patent 1064 159). Es wurde auch schon ein Verfahren zur Vergrößerung des Abbrandes bei heterogenen Kernreaktoren vorgeschlagen, bei welchen der Moderatorraum gitterartig von Kühl- und Spaltstoffkanälen durchzogen wird (deutsche Auslegeschrift 1081. 577). Darüber hinaus ist ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor bekannt, der mit strahlenförmig auf einen Punkt des Kerns zulaufenden, die Brennstoffelemente aufnehmenden Kühlkanälen versehen ist. Bei dieser Ausführung ist das Kühlmittel so geführt, daß es zunächst den Druckkessel kühlt und danach von außen nach innen und dann von innen nach außen durch den Moderator strömt. Die Kühlkanäle sind hierbei außerdem durch eine besondere Wand vom Moderator bzw. Reflektor getrennt (deutsche Auslegeschrift 1095 959).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kühlung des Reflektors anzugeben, die bei einfacherer Konstruktion eine bessere Kühlwirkung erzielt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kühlgas in an sich bekannter Weise von oben in den Kühlgaskanal, dann längs des Reflektors nach unten und von unten in den Reaktorkern strömt, daß in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Teil des Kühlgases durch öffnungen in der Wand des Kühlgaskanals und durch Aussparungen auf den Oberflächen der Reflektorblöcke unmittelbar durch den Reflektor hindurchströmt, daß sich diese Öffnungen und Aussparungen in dem Bereich des Reflektors befinden, der an den Reaktorkern angrenzt, und daß die aus diesem Bereich aus dem Reflektor austretende Kühlgasteilmenge seitlich in den Reaktorkern einströmt.
Durch die Öffnungen in dem Mantel des Kühlgaszufuhrkanals dringt ein Teil des Kühlgases in die zwischen den einzelnen Blöcken des Reflektors befindlichen Aussparungen und bewirkt einen Gasstrom in den Kein, der die in dem Reflektor durch Strahlungsabsorption und durch Wärmeleitung entstandene Wärme in den Kein transportiert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und infolge der verhältnismäßig kurzen Weglänge des Kühlgases durch die Reflektorwand wird eine gleichmäßige gute Kühlwirkung des gesamten Reflektors erreicht. Mit der vorgeschlagenen Anordnung läßt sich bei geeigneter Ausbildung der Reflektorblöcke ein Kühlgasteilstrom von etwa 10% der gesamten Umwälzmenge von dem Hauptstrom abzweigen und für die Kühlung des Reflektors ausnutzen. Dieser Angabe liegt ein Reflektoraufbau aus Kohlestein und Graphit zugrunde, bei dem in zwei Seitenflächen jedes Blockes je zwei Aussparungen von 8 cm Breite und 0,4 cm Tiefe eingearbeitet sind. Die Größe der Reflektorblöcke beträgt dabei 0,5 - 0,5 - 0,5 m. Der Anschluß der einzelnen Aussparungen aneinander erfolgt durch etwas größere, einige Millimeter tiefe Aussparungen am Ende der Kanäle an den Berührungsflächen der Blöcke. Der größte Teil der Wärme im Reflektor wird beim Durchströmen der Aussparungen zwischen den einzelnen Steinen von dem Teilgasstrom aufgenommen, da hier wegen der größeren Flächen ein besserer Wärmeübergang stattfindet.
Vorteilhaft ist, daß die Aussparungen auf den Oberflächen der Reflektorblöcke zickzackförmigen Verlauf aufweisen, um auch hier den übergang der Wärme an das Kühlgas günstiger zu gestalten, da auf diese Weise eine größere Fläche zum Wärmeaustausch zur Verfügung steht.
Bei geeigneter Ausbildung und Anordnung der Reflektorblöcke lassen sich die freien Querschnitte in axialer Richtung gering halten, so daß eine Strömung des Kühlgases in axialer Richtung vernachlässigbar klein bleibt. Zwischen dem Reaktorbehälter und dem Kühlgaskanal sind mehrere Gasspalte für ein Sekundärkühlgas vorgesehen. Die Gasspalte können z. B. durch eine Aufteilung des thermischen Schildes gebildet sein, die auch in kontruktiver Hinsicht vorteilhaft ist.
Wie Berechnungen gezeigt haben, ergibt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung sowohl für Graphit als auch für Kohlestein eine bedeutende Temperatursenkung. Für Graphit beträgt diese im Mittel etwa 1701 C und für Kohlestein etwa 450' C gegenüber einem gleichen Reaktor ohne die erfindungsgemäße Anordnung. Diese Temperatursenkung stellt eine Wärmekapazität von etwa 107 kcal dar und entspricht der Restwärme der ersten 20 Stunden nach dem Ab- schalten des Reaktors.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Kernreaktors mit der erflndungsgemäßen Reflektorkühlung und F i g. 2 zwei Blöcke des Reflektors.
Der Kern 1 eines Kernreaktors ist in bekannter Weise von einem Reflektor umgeben, der z. B. aus einem Graphitaufbau2 und einem Kohlesteinaufbau3 besteht. Nach oben ist der Kern 1 durch eine Abdekkung 4 abgeschlossen. Außerhalb des Graphit-Kohlestein-Aufbaues ist eine Leitung 5 angeordnet, die von einem Stahlmantel 6 umhüllt ist und der Zuführung des Kühlgases dient. Dieses tritt von unten in den Kein 1 ein. Erfindungsgemäß weist der Stahlmantel 6 der Kühlgasleitung eine Reihe von öffnungen 7 auf, durch die ein Teil des Kühlgasstromes in den Graphit-Kohlestein-Aufbau des Reflektors eintreten kann. Dieser Vorgang ist durch Pfeile 8 verdeutlicht. Der Reflektor ist aus einzelnen Blöcken 9 aufgebaut (s. F i g. 2), die auf zwei ihrer Seitenflächen 10 und 11 je zwei zickzackförmig verlaufende Aussparungen 12 aufweisen. Die Aussparungen 12 haben eine Breite von 8 cm und eine Tiefe von 0,4 cm. Die Abmessungen der Reflektorblöcke 9 sind -0,5 - 0,5 - 0,5 m. Das aus den Öffnungen 7 austretende Kühlgas strömt durch die Aussparungen 12 sowie durch die Fugen zwischen den einzelnen Reflektorblöcken und nimmt dabei einen großen Teil der Wärme des Reflektors auf, die es in den Kern 1 transportiert, dargestellt durch die Pfeile 13. Auf diese Weise ergibt sich eine bedeutende Temperatursenkung sowohl für den Graphit als auch für den Kohlestein, Zur Isolation der Behälterwand 14 des Reaktors gegenüber dem aus der Leitung 5 austretenden Kühlgas --sind zwei Gasspalte 15 und 16 vorgesehen, die von einem sekundären Kühlgas durchströmt werden und die Behälterwand 14 vor der Berührung mit dem radioaktiv verseuchten Primärkühlgas bewahren. Der Spalt 15 wird durch eine Aufteilung des thennischen Schildes gebildet.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Kühlung des Reflektors von gasgekühlten Kernreaktoren, bei denen außerhalb des aus einzelnen Blöcken aufgebauten, zylindermantelförmigen Reflektors zwischen dem Reflektor und dem diesen umgebenden Reaktorbehälter ein ummantelter Kühlgaskanal vorgesehen ist, der den Reflektor auf seiner ganzen Länge ringförmig umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in an sich bekannter Weise von oben in den Kühlgaskanal (5), dann längs des Reffektors (2, 3) nach unten und von unten in den Reaktorkern (1) strömt, daß in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Teil des Kühlgases durch öffnungen (7) in der Wand des Kühlgaskanals (5) und durch Aussparungen (12) auf den Oberflächen (10, 11) der Reflektorblöcke (9) unmittelbar durch den Reflektor (2, 3) hindurchströmt, daß sich diese öffnungen, (7) und Aussparungen (12) in den Bereich des Reflektors (2, 2) befinden, der an den Reaktorkern (1) angrenzt, und daß die aus diesem Bereich aus dem Reflektor (2, 3) austretende Kühlgasteilmenge seitlich in den Reaktorkern (1) einströmt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (12) auf den Oberflächen (10, 11) der Reflektoroberblöcke (9) zickzackförmigen Verlauf aufweisen. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reaktorbehälter (14) und dem Kühlgaskanal (5) mehrere Gasspalte (15, 16) für ein Sekundärkühlgas vorgesehen sind.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1024 176, 1 064 159, 1081577, 1095 959; britische Patentschriften Nr. 850 014, 916 144; USA.-Patentschriften Nr. 2 990 348, 3 089 835.