DE2414757C2

DE2414757C2 - Reflektorkühlung für Kugelhaufenreaktoren

Info

Publication number: DE2414757C2
Application number: DE2414757A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 5060 Bensberg-Steinenbrück Kostrzewa; Helmut 5159 Sindorf Swars
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1974-03-27
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE2414757A1

Description

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß diese Kühlkanäle zumindest auf einem Teil ihrer Länge mit dem Reaktorinnenraum in Verbinßere Kugelschicht vorsehen, die entweder mittels der 55 dung stehen. Die offene Verbindung des in den senkfür die Brennstoff-Kugeln vorgesehenen Abzugsvor- rechten Spalten zwischen den Graphit-Blöcken ange-

sollen Gasaustrittstemperaturen von ca. 1000° C erreicht werden. Bei den dafür erforderlichen hohen Temperaturen im Kern wird aber das durch den hohen Neu-

flektors Zwangsspannungen verursacht, die vermieden werden müssen. Um den inneren Seitenwandreflektor zu schützen, kann man eine vertikal durchlaufende äu-

richtung oder mittels spezieller Abzugsvorrichtungen in einem bestimmten Zeitraum ausgetauscht werden kann. Weiterhin ist es möglich, den inneren Seitenwandreflektor durch besondere Vorrichtungen nach Ablauf seiner Lebensdauer auszutauschen. Beide Lösungen bedingen einen erheblichen Aufwand, der Austausch des massiven Seitenwandreflektors durch besondere Vorrichtungen erfordert auch eine Betriebsunterbrechung, was insordneten Kühlkanals mit dem Reaktorinnenraum läßt zunächst vermuten, daß das Kühlmedium schon beim Eintritt in den oberen Seitenwandreflektor zum Reaktorinnenraum abfließen wird, ohne die weiter unten liegenden Bereiche des Seitenwandreflektors zu kühlen. Berechnungen haben aber gezeigt, daß der Druckverlust in der Kugelschüttung aufgrund der ständigen Umlenkungen zwischen den Brennstoff-Kugeln und auf

besondere bei großen Leistungsreaktoren unerwünscht 65 grund der dort vorhandenen höheren Temperatur und

ist- der damit verbundenen höheren Viskosität des Kühlme-

Die spezifischen Beanspruchungen des Reflektors diums dort wesentlich größer ist als in den glatten und

werden von Elter in der Dissertation: »Festigkeit des durchgehenden Kühlmittelkanälen im Seitenwandre-

flektor.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kühlkanäle unterhalb des Bereiches hohen Neutronenflusses in die Kugelschüttung umgelenkt sind. Durch diese Anordnung wird trreicht, daß die an sich kalten Kühlmittelströme mit dem Hauptkühlmittelstrom vermischt werden. Bei dem zur Kühlung von Kugelhaufenreaktoren verwendeten Helium hat sich gezeigt, daß einzelne kalte Kühlmitielsträhnen ihre Temperatur in einem größeren Kühlmittelkanal beibehalten und an stromabwäi ts gelegenen Stellen unerwünschte Temperaturänderungen verursachen. Wenn man dagegen die kalten Kühlmittelströme noch im Bereich der Kugeischüttisng in den Reaktor zurückleitet, beispielsweise in der unteren Hälfte des Kerns, so wird sichergestellt, daß sich diese kalten Kühlmittelsträhnen durch die ständigen Umlenkungen in der Kugelschüttung mit dem heißen Kühlmittel ausreichend vermischen.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung .vird vorgeschlagen, daß der Querschnitt dieser Kühlkanäle von oben nach unten abnimmt Durch diese allmähliche Verringerung des Querschnitts wird das Kühlmittel über einen größeren Bereich der Höhe zum Austritt in den Kugelhaufen gezwungen und somit eine gute Vermischung der kalten Gassträhnen mit dem heißeren Gas gewährleistet. Diese Verringerung des Querschnitts sollte erst unterhalb des Bereichs mit dem höchsten Neutronenfluß einsetzen.

Durch diese mit geringem Aufwand durchführbare Anordnung von Kühlkanälen im Seitenwand-Reflektor wird dessen Betriebszeit erheblich verlängert. Alternativ kann die Leistungsdichte des Reaktors erhöht werden und es kann auf den nur mit erheblichem Aufwand ausbaubaren Reflektor verzichtet werden.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen senkrechten Längsschnitt durch einen gasgekühlten Kugelhaufenreaktor, der mittels Helium im Abwärtsstrom gekühlt wird.

Fig.2 zeigt in einem waagerechten Querschnitt durch einen Teil des Seitenwand-Reflektors die segmentförmigen Graphit-Blöcke mit den darin angeordneten Kühlkanälen.

F i g. 3 zeigt in einem senkrechten Schnitt durch einen Graphit-Block des unteren Seitenwand-Reflektors, wie die Kühlkanäle allmählich in die Kugelschüttrng umgelenkt werden.

F i g. 4 zeigt mögliche Ausführungsformen der vorgeschlagenen senkrechten Kühlkanäle.

In F i g. 1 wird die Kugelschüttung 1 seitlich begrenzt durch einen zylindrischen Seitenwandreflektor 2 aus Graphit, sowie durch einen trichterförmigen 2odenreflektor 3, der in einem Kugelabzug 4 endet. Unterhalb des Bcdenreflektors 3 wird das heiße Kühlmittel durch Heißgaskanäle 5 zu den nicht dargestellten Wärmetauschern geleitet und von dort durch Kaltgaskanäle 6 und durch den Deckenreflektor 7 wieder in die Kugelschüttung 1 geleitet. bo

In F i g. 2 wird die innere Lage des Seitenwandreflektors aus segmentförmigen Graphit-Blöcken 8 gebildet, wobei in den senkrechten Spalten zwischen den einzelnen Graphit-Blöcken die vorgeschlagenen Kühlkanäle 9 angeordnet sind. Weiter außen befindet sich eine sögenannte äußere Lage des Seitenwandreflektors bestehend aus den größeren Graphit-Blöcken 10. Zwischen dieser äußeren Lage und dem anschließenden thermischen Schild 11 befindet sich ein Gasspalt 12, der beispielsweäse von unten nach oben vom kalten Kühlgas durchströmt werden kann. Außerhalb des thermischen Schildes 11 ist eine Isolierung 15 vorgesehen, die von einem nicht näher beschriebenen Druckbehälter 13 umgeben ist.

F i g. 4 zeigt verschiedene Ausgestaltungen der senkrechten Kühlmittelkanäle 9 in den senkrechten Spalten zwischen den Graphit-Blöcken 8 der inneren Lage des Seitenwandreflektors. Um eine Vorstellung über die Größe der vorgeschlagenen Kanäle zu geben, werden einige kugelförmige Betriebselemente der Kugelschüttung 1 dargestellt. Die nicht näher beschriebenen Dübel oder Keile 14 sollen die einzelnen Graphit-Blöcke gegen Verschiebung sichern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kugelhaufenreaktor großer Leistung für hohe Temperaturen, dessen Kugelschüttung von einem aus massiven Blöcken bestehenden Graphit-Reflektor umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenwandreflektor (2) in der Nähe seiner Innenwand und im Bereich eines hohen NeutronenfJusses Kühlkanäle (9) enthält

2. Kugelhaufenreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kühlkanäle (9) in den ohnehin vorhandenen senkrechten Spalten zwischen den einzelnen Blöcken (8) des Seitenwandreflektors (2) angeordnet sind.

3. Kugelhaufenreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kühlkanäle (9) zumindest auf einem Teil ihrer Länge mit dem Reaktorinnenraum in Verbindung stehen.

Reflektors des Kugelhaufenreaktors« vom 04.06.73 an der RWTH Aachen beschrieben.

Aus der DE-AS 15 39917 und der DE-OS 1564 186 ist es bekannt, die aus Stahl bestehende Tragkonstruktion des Reaktor-Kerns durch eine Graphitschicht zu schützen und in dieser Graphit-Schicht Kühlkanäle vorzusehen, die zwangsläufig vom kalten Kühlmedium durchströmt werden. Aus der genannten DE-OS ist es auch bekannt, senkrechte Metallstützen, die den Seitenwandreflektor umgeben und zusammenhalten, mit Kühlmedium im Nebenstrom, das vom Eintritt in den Reaktor abgezweigt wird, zu kühlen. Aus diesen beiden Druckschriften ist jedoch nicht die Lösung des Problems der vorliegenden Erfindung, nämlich der Schutz des Seitenwandreflektors bei hohem Neutronenfluß ersichtlich.

In der DE-OS 15 64 986 wird ein Kugelhaufenreaktor beschrieben, bei dem nicht nur der Reaktorkern aus Brennstoffkugeln sondern auch der Reflektor an Boden

4. Kugelhaufenreaktor nach Anspruch 3, dadurch 20 und Seitenwand aus Reflektorkugeln gebildet wird, die gekennzeichnet, daß diese Kühlkanäle (9) unterhalb Boden und Seitenwand vor den heißen Gasen schützen des Bereiches hohen Neutronenflusses in die Kugel- sollen. Solche Reflektorkugeln sind aber unzweckmäßig schüttung umgelenkt sind. · für einen Reaktor der vorliegenden Art, bei dem die

5. Kugelhaufenreaktor nach Anspruch 4, dadurch Brer.nstoffkugeln durch den trichterförmigen Boden gekennzeichnet, daß der Querschnitt dieser Kühlka- 25 kontinuierlich abgezogen werden sollen.

näle (9) von oben nach unten abnimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Kugelhaufenreaktor großer Leistung für hohe Temperaturen, insbesondere zur Erzeugung von Prozeßwärme, dessen Kugelschüttung von einem aus massiven Blöcken bestehenden Graphit-Reflektor umgeben ist und dessen Seitenwandreflektor im Bereich eines hohen Neutronenflusses gegen das Auftreten von Zwangsspannungen geschützt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Seitenwandreflektor in der Nähe seiner Innenwand und im Bereich eines hohen Neutronenflusses Kühlkanäle enthält. Durch diese Kühlkanäle soll die Reflektortemperatur wesentlich gesenkt werden, was eine beträchtliche Verlängerung der Lebensdauer des Reflek-

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelhaufenreaktor großer Leistung für hohe Temperaturen, dessen Kugelschüttung von einem aus massiven Blökken bestehenden Graphit-Reflektor umgeben ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Kugelhaufenreaktor nach dem sogenannten Otto-Programm, bei dem die Brennstoff-Kugeln den Reaktor nur einmal durchlaufen und dessen Reaktorraum vom Kühlmedium von oben nach unten durchströmt werden soll.

Bei einem solchen Reaktor wird im Bereich der noch 40 tors bedeutet. Diese Kühlkanäle können achsenparallel, frischen Brennstoff-Kugeln, also etwa in der oberen entweder im Gegenstrom oder im Gleichstrom zum Hälfte des Reaktor-Kerns ein sehr hoher Neutronen- Hauptkühlmittelstrom im Reaktor durchströmt werden, fluß erzeugt, der oberhalb einer bestimmten Tempera- sie können aber auch radial oder teilweise tangential tür zu einer allmählichen Zerstörung des Graphit-Re- angeordnet werden und von der Außenwand des Reflektors führt. Insbesondere bei den zur Erzeugung von 45 flektors durch kaltes Kühlmittel beaufschlagt werden. Prozeßwärme vorgesehenen Kugelhaufenreaktoren In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß diese Kühlkanäle in den ohnehin vorhandenen senkrechten Spalten zwischen den einzelnen Blöcken des Seitenwandreflektors angeordnet sind, tronenfluß verursachte Wachsen des Reflektor-Gra- 50 Durch diese Anordnung wird die Fertigung der Kühlkaphits beschleunigt und damit werden innerhalb des Re- näle erleichtert.