DE2213870A1 - Gasgekühlter Kernreaktor - Google Patents

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Oharles II Street, London, SoW.1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der "britischen Patentanmeldung Hr. 7508/71 vom 22. Kärz 1971 beansprucht.

Gasgekühlter Kernreaktor

Die Erfindung "bezieht sich auf gasgekühlte Kernreaktoren.

Bei einem vorgeschlagenen gasgekühlten Kernreaktor sind die Brennelemente-rohrförmig ausgebildet und innerhalb zylindrischer, vertikaler Kanäle aufeinandergeschichtet, die durch Stapel von Graphitblöcken begrenzt werden, welche zylindrische Bohrungen aufweisen,. Die Brennstoffelemente bestehen aus spaltbarem Material, das von einem inneren und äußeren Hantel um-' schlössen wird, und das Kühlmittel fließt .abwärts'durch die Kanäle- in zwei Anteilen; ein Anteil strömt durch die zentralen Kanäle, die durch die inneren Mäntel des Brennelements gebildet werden; der andere Anteil fließt durch die durchgehenden,

209848/0607

ringförmige Kanäle, die durch die Brennelemente und die Wände der Kanäle begrenzt werden. Ein derartiger Xernrealctor v/eist verschiedene Nachteile auf„ Wenn aufeinanderfolgende Durchflußkanäle, die durch die Brennelemente in den Blocks begrenzt werden, nicht genau zueinander ausgerichtet sind, um durchgehende Kanäle zu bilden, können sich die Querochnittsflächen der Kanäle ändern, wodurch wesentlich erhöhte Druckverluste und schlechte Wärmeübertragungsbedingungen entstehen. Desweiteren kann das Spiel aufgrund der Zugabe für unterschiedliche v/ärmeexpansion und Herstellungstoleranzen eine Vibration der -Brennelemente in den Kanälen verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, die Nachteile der bekannten gasgekühlten Kernreaktoren zu vermeiden.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein gasgekühlter Kernreaktor mit rohrförmigen Brennelementen, die in vertikalen Kanälen aufeinandergeschichtet sind, die durch gestapelte ü-raphitblöcke mit zylindrischen Bohrungen gebildet werden, und mit Brennelementen, die Schrägkanten an jedem ünde aufweisen, wobei die Brennelemente mittig innerhalb der Bohrungen durch ringförmige l'ührungsscheiben ausgerichtet sind, welche konische Sitzflächen komplementär zu den und in Angrenzung an die Schrägkanten der Brennstoffelemente aufweisen, welche ringförmigen Führungsscheihen innere und äußere Durchmesser aufweisen, die gleich den inneren und äußeren Durchmessern der rohrförmigen Brennelemente sind, und wobei jede Scheibe Nasen aufweist, die sich radial von ihrem Umfang zu der V/and eines Kanals erstrecken, wobei wenigstens eine Scheibe in jedem Kanal durch ihre Nasen

209848/0607

I er Y/and des -^anals gesichert ist, um die überstehenden Brenn-. -rfce υ"'^ die damit verbundenen Hinge abzustützen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Kernreaktors enthält -jeder G-rapMtblock. zwei auf einandergeschichtete Brennelemente, die durch eine untere ringförmige Führungsscheibe abgestützt werden und an ihren jünden durch zwischenliegende und obere Führungsseheiben geführt werden. ._

Durch die Erfindung wird erreicht, öaß die Brennelemente fest mittig in dem Kanal angeordnet sind, so daß bei Betrieb eine Vibration vermieden wird und die inneren und äußeren Durchflußkanäle zueinander fluchtend gehalten werden! Weil die •.ihflußkanäle durch die Scheiben fast flächengleich mit den .ohflußkanälen in den und um die Brennelemente sind, sind die Querschnittsflachen der Durchflußkanäle im wesentlichen über ihre ganze Länge konstant, so daß der Druckverlust niedrig und der Wärmeübergang gleichförmig ist. Desweiteren können, da-die genaue mittige Anordnung der Brennelemente unabhängig von unterschiedlichen Formänderungen zwischen Brennelement und Kanal infolge der iiernbestrahlung, thermischer Ausdehnung oder ungünstiger Herstellungstoleranzen aufrechterhalten wird, die in Längsrichtung verlaufenden Ausrichtungs-Rippen weggelassen werden. Wachstum aufgrund thermischer Ausdehnung und )3estrahlung kann durch relative Bewegung auf der konischen Oberfläche ausgeglichen werden, die ein vertikales Wachstum bewirkt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlich erläutert, und zwar zeigt

209848/0607

Fig. 1 den Längsschnitt zweier Brennelemente in einem Graphitblock in gebrochener Darstellung,

Fig. 2 eine Draufsicht einer ringförmigen Führungsscheibe, während

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 durch eine weitere AusführungsforM des erfindungsgemäßen Reaktors in gebrochener Darstellung veranschaulicht.

In Fig. 1 sind zwei aufeinandergeschichte Brennelemente mit 1, der Graphitblock mit 2 und die ringförmigen Führungsscheiben mit 3 bezeichnet. Die Brennelemente weisen jeweils einen Stapel aus Brennstoff-Preßlingen 11 auf, die aus beschichteten Uranoxidpartikeln in einer Graphit-Matrix bestehen und in einer ringförmigen Kammer 12 enthalten sind, die durch zwei koaxiale Graphitrohre 13,14 begrenzt wird. Die Brennelemente weisen Schrägkanten 4 auf und sind innerhalb einer Bohrung aufgeschichtet, wobei eine ringförmige Führungsscheibe 3 am oberen Ende und am unteren Ende des Stapels und zwischen den Brennelementen angeordnet ist. Die Scheiben bestehen aus Graphit und haben innere und äußere Durchmesser, die gleich den inneren und äußeren Durchmessern der rohrförmigen'Brennelemente sind. Die Umfangsbereiche einer Fläche einer jeden oberen und unteren Scheibe haben konische Sitzflächen 8, entsprechend den Schrägkanten 4 der Brennelemente, und die Zwischenscheibe hat zwei derartige Sitzflächen. Jede Scheibe besitzt vier Käsen 9, die sich in Richtung auf die Wand des Kanals 5 erstrecken, und die oberen und zwischenliegenden Scheiben stützen sich gleitend gegen die Kanalwand ab. Die untere Scheibe ist an der Wand des Kanals 5 durch einen

ringförmigen, mit Gewinde versehenen Randwulst 10 (s„ strichpunktierte Linie in Fig. 2) befestigt, der mit den Nasen 9 einstückig ausgebildet ist* Bei der beschriebenen Ausführungsform

209848/0607

des Kernreaktors weisen die konischen Sitzflächen einen einbeschriebenen v/inkel urn 90° auf und die Scheiben besitzen radiale Schlitze 7> um Herstellungstoleranzen und veränderliche Wärmedehnungen zwischen der Scheibe und dem Kanal aufnehmen zu können.

Bei einer v/eiteren Ausführungsform gemäß Mg. 3 ist die untere Scheibe durch Verdübelung an der Kanalwand befestigt oder ist einteilig mit dem Graphitblock 2 maschinell hergestellt.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf säntliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

säo

209 8 A 8/ 0 607

Claims (1)

1. — ο

   72 015 Pi i/h.

   Patentansprüche

   (ν, Gasgekühlter Kernreaktor mit zylindrischen r Brennelementen, die in vertikalen Kanälen übereinandergeschichtet sind, die durch libereinandergeschichtete ü-raphitblöcke mit zylindrischen Bohrungen gebildet werden, wobei die üronr.elcniente Schrägkanten an jedem linde aufweisen, dadurch .'-^kennzeichnet, daß die Brennelemente (1) mittig innerhalb der Bohrun en durch ringförmige vührungsscheibeη (3) eingestellt bzw. ausgerichtet sind, welche konische Sitaflachen (8) komplementär zu den — und in Angrenzung an die — Schrägkanten (4) der -Brenne! erne nt e

   (I) aufweisen, wobei die ringförmigen Führungs. cheiben (3) innere und äußere Durchmesser gleich den inneren und äußeren Durchmessern der rohrförmigen Brennelemente (1) aufweisen und jede Scheibe (3) wenigstens drei im Abstand voneinander angeordnete liasen (9) aufweist, die sich radial von c.eii UKl''--.ng der Scheibe au den wänden eines Kanüle,.; (5) erstrecken, und wobei wenigstens eine Scheibe (3) in jedem —anal (5) durch ihre Hasen (9) an der "wand des "-anales (5) ub^-t;stützt wira, uru die überstehenden Brennelemente (1) und die mit diesen verbundenen Scheiben (3) zu tragen.

   2o Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gakennsei.ch.net, daß jede·.· G-raphitblock (2) zwei aufeinandergecchichtütü

   (II) entli-v.lt, axe durch eine untere ringförmige bcheibe (3) abgtü-tützt v/erden und an ihren und en durch ^•.visühenliejunde iuid obere b¹·. hruri[T;;^cheiben (3) geführt v/erden.

   8AD ORIGINAL 2 098 4 8/0607

   3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen, tragenden Pührungsscheiben (3) an den Wänden des Kanals (5) durch Schraubengewinde, befestigt sind ο · "

   4. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet) daß die tragenden, ringförmigen ]?ührungsi,cheiben (3) an den Wänden des Kanals (5) durch Verdübelungen befestigt sind,

   5. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden, ringförmigen Mihrungsscheiben (3) mit dem G-raphitblock (2) einstückig ausgebildet sindo

   SAD 2098A8/0607