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Tragkonstruktion für den Kern eines
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gasgekühlten Hochtemperaturreaktors Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Tragkonstruktion für den Kern eines in einer zylindrischen Druckbehälterkaverne
untergebrachten gasgekühlten Hochtemperaturreaktors, vorzugsweise mit kugelförmigen
Brennelementen, bestehend aus einem Gefüge von in Stapeln angeordneten Graphitblöcken,
die Durchlässe für das von oben nach unten durch den Kern strömende Kühlgas aufweisen
und die von sich auf dem Boden des Hochtemperaturreaktors abstützenden Rundsäulen
getragen werden, wobei für jeden Stapel der Graphitblöcke eine Rundsäule vorgesehen
ist und die Rundsäulenin einer als Heißgassammelraum dienenden Säulenhalle angeordnet
sind, an die sich mehrere radiale Heißgaskanäle anschließen.
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Bekannt sind Stützkonstruktionen für einen aus vertikalen Moderatorsäulen
aufgebauten Moderatorblock eines gasgekühlten Kernreaktors, bei dem eine Anzahl
von mit seitlichem Spiel nebeneinander in einer Ebene angeordneten Stützplatten
mit vieleckigem Grundriß vorgesehen ist, von denen jede eine beschränkte Zahl der
Moderatorsäulen trägt. Eine solche Stützkonstruktion ist beispielsweise in der Auslegeschrift
11 77 751 beschrieben. Jede der Stützplatten enthält sieben vertikale Bohrungen,
die den in den Achsen der Moderatorsäulen angebrachten
Kanälen
zugeordnet sind, welche dazu dienen, Brennstoffelemente aufzunehmen und Kühlmittel
hindurchströmen zu lassen. Zur Abstützung der Stützplatten auf einem festen Auflager
sind für jede Stützplatte drei Pfeiler vorgesehen, die einen zentralen Teil aus
Stahl, eine Hülle und eine zwischen beiden befindliche Isolierschicht aufweisen.
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Die Auslegeschrift 11 22 641 zeigt eine Tragvorrichtung, bei der die
den Moderatoraufbau bildenden vertikalen Moderatorsäulen je von einem Metallzylinder
getragen werden, wobei in den Moderatorsäulen und in den Metallzylindern vorhandene
Kühlgaskanäle miteinander fluchten. An jeden der sich durch die Metallzylinder erstreckenden
Kanäle schließt sich eine Speiseleitung an. Moderatorsäule und Metallzylinder stützen
sich über sphärische Auflageflächen kugelgelenkartig aufeinander ab.
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Aus der Auslegeschrift 11 94 071 ist es bekannt, den aus festem Material
bestehenden Moderatoraufbau eines Kernreaktors auf einer ebenen Unterstützungsfläche
abzustützen, die sich aus mehreren, in sich starren Stützflächenteilen zusammensetzt
Jedes Stützflächenteil wird von einer bestimmten Anzahl von Stützpfosten getragen,
die symmetrisch um die Mittelachse des Moderatoraufbaus angeordnet sind. Die Stützpfosten
sind vorzugsweise senkrecht unterhalb von Kanälen des Moderatoraufbaus vorgesehen,
die der Aufnahme von Brennstoff und dem Durchgang von Kühlmittel dienen. Sie sind
daher in ihrem oberen Teil rohrförmig ausgebildet, und der Rohrmantel weist eine
größere Zahl von radialen Bohrungen auf, durch die das Kühlmittel in die Stützpfosten
eintreten kann, um in den betreffenden Kanal zu gelangen.
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Eine weitere Tragkonstruktion für den Kern eines gasgekühlten Kernreaktors
ist in der Offenlegungsschrift 19 56 226 beschrieben, bei der sich der Kern mittels
feuerfesten Materials auf
dem Boden des Reaktor-Druckgefäßes abstützt.
Die den Kern bildenden Graphitblöcke weisen Kanäle auf, durch die das Kühlgas von
oben nach unten durch den Kern geführt wird. In dem feuerfesten Material sind den
genannten Kanälen zugeordnete weitere Kanäle vorgesehen, durch die das Kühlgas zu
in dem feuerfesten Material eingeformten Hohlräumen gelangen kann, die untereinander
in Verbindung stehen. Das sich in den Hohlräumen sammelnde Gas tritt in einen sich
seitlich an die Schicht aus feuerfestem Material anschließenden Kanal aus und wird
aus dem Reaktor geleitet.
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Stand der Technik ist ferner ein Tragboden für einen Kugelhaufenreaktor
(THTR-300 MWe), der aus einer Vielzahl von hexagonalen Graphitblöcken besteht, die
zu frei beweglichen Säulen angeordnet sind. Jede dieser Säulen ist einzeln durch
eine massive Rundsäule abgestützt, und alle Rundsäulen sind in den aus Graphitplatten
bestehenden Boden des Kernreaktors eingebunden. Die in der obersten Lage befindlichen
Graphitblöcke weisen eine größere Anzahl von axialen Bohrungen für das von oben
nach unten durch die Kugelschüttung strömende Kühlgas auf, während die Graphitblöcke
der übrigen Lagen mit einigen wenigen Kühlgasdurchlässen größeren Durchmessers versehen
sind.
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Das aus dem Tragboden austretende heiße Kühl gas gelangt in die von
den Rundsäulen gebildete Säulenhalle, an die sich mehrere radial verlaufende und
zu den Dampferzeugern führende Heißgaskanäle anschließen. In den Heißgaskanälen
stellt sich bei dem bekannten Tragboden eine unerwünschte Schichtenströmung ein,
wobei das aus dem zentralen Kernbereich kommende heiße Kühlgas unten und das aus
dem peripheren Kernbereich kommende kältere Kühlgas oben in den Heißgaskanälen strömt.
Es findet also keine gute Durchmischung des heißen Gases statt.
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Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen,
wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, eine Tragkonstruktion der eingangs geschilderten
Art so zu gestalten, daß eine bessere Durchmischung des heißen Kühlgases vor seinem
Eintritt in die Heißgaskanäle erreicht wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rundsäulen
als Hohlsäulen ausgebildet sind, wobei der Säuleninnenraum mit den Kühlgasdurchlässen
in den Graphitblöcken in Verbindung steht, und daß die Hohlsäulen in mehreren auf
ihre ganze Länge verteilten Ebenen radiale Bohrungen aufweisen, durch die der Säuleninnenraum
mit der Säulenhalle verbunden ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion sind also die massiven
Rundsäulen durch Hohlsäulen ersetzt, in die das durch die Durchlässe in den Graphitblöcken
strömende heiße Kühlgas eintritt. Durch die in verschiedenen Ebenen vorgesehenen
radialen Bohrungen in den Hohlsäulen gelangt das heiße Gas dann in die als Heißgassammelraum
dienende Säulenhalle. Da das heisse Gas gleichmäßig in alle Ebenen der Säulenhalle
abströmen kann, wird die Herausbildung von Schichtungen in der Strömung vermieden
und eine gute Durchmischung des aus verschiedenen Kernbereichen kommenden heißen
Gases erzielt.
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Es ist zweckmäßig, nur in jedem der in der obersten Lage befindlichen
Graphitblöcke eine Reihe von senkrechten Kühlgasdurchlässen vorzusehen und die Graphitblöcke
der übrigen Lagen jeweils mit einem einzigen,zentral angeordneten Kühlgasdurchlaß
auszustatten, der mit dem Säuleninnenraum der unter dem jeweiligen Graphitblockstapel
befindlichen Hohlsäule fluchtet. Die Graphitblöcke der zweiten Lage (von oben gerechnet)
können auf
ihrer der obersten Lage zugewandten Seite eine trichterartige
Erweiterung des zentralen Kühlgasdurchlasses aufweisen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Tragkonstruktion schematisch dargestellt, die für einen Hochtemperaturreaktor mit
einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente vorgesehen ist. Die Erfindung läßt sich
jedoch auch bei Hochtemperaturreaktoren mit blockförmigen Brennelementen anwenden.
Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil
eines Hochtemperaturreaktors, dessen kugelförmige Brennelemente auf einer Tragkonstruktion
gemäß der Erfindung aufgeschüttet sind, Fig. 2 einen einzelnen Stapel der Graphitblöcke,
aus denen die Tragkonstruktion aufgebaut ist, im Längsschnitt, Fig. 3 eine Gegenüberstellung
der Heißgasströmung bei der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion und bei einer zum
Stand der Technik gehörenden Tragkonstruktion.
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Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist der von einer Schüttung kugelförmiger
Brennelemente 2 gebildete Kern 1 des gasgekühlten Hochtemperaturreaktors von einem
aus einer Vielzahl von Graphitsteinen aufgebauten ringförmigen Seitenreflektor 3
umgeben. Am Boden der Kugelschüttung treten mehrere Kugelabzugsrohre 4 aus, die
zu einer (nicht dargestellten) Beschickungsanlage führen. Für jedes Kugelabzugsrohr
4 ist ein konischer Kugeleinlauf 5 vorgesehen, der von einem Teil der Tragkonstruktion
6 für die Kugelschüttung gebildet wird.
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Unterhalb der Tragkonstruktion 6 befindet sich ein Heißgassammelraum
7 für das Kühlgas, das die Schüttung der Brennelementkugeln 2 von oben nach unten
durchströmt. Dieser wird nach unten durch eine Bodenplatte 8 aus Grauguß oder Graphit
abgeschlossen. Unterhalb des Seitenreflektors 3 besitzt der Heißgassammelraum 7
zwei Erweiterungen 9, die es möglich machen, daß radiale Kühlgasführungen an ihn
angeschlossen werden.
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Die Tragkonstruktion 6 besteht aus einem Gefüge von in Stapeln 12
angeordneten hexagonalen Graphitblöcken 10, das als geschlossene Einheit ohne Dehnspalte
aufgebaut ist. Die Graphitblöcke 10 sind durch Verzahnungen 11 miteinander verbunden.
In der Fig. 2 ist einer der aus den Graphitblöcken 10 gebildeten Stapel 12 dargestellt.
Die Höhen der Stapel 12 sind so festgelegt, daß die oben erwähnten konischen Kugeleinläufe
5 entstehen. Alle Stapel 12 stützen sich je über eine Rundsäule 13 auf der Bodenplatte
8 ab, wobei die Rundsäulen 13 mit dem jeweils darüber befindlichen Graphitblock
10 verzahnt sind. Die Rundsäulen 13'durchqueren den Heißgassammelraum 7 und sind
in der Bodenplatte 8 eingebunden. Der Heißgassammelraum 7 stellt somit eine Säulenhalle
dar.
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Die in der obersten Lage angeordneten Graphitblöcke lOa weisen eine
Anzahl von senkrechten Kühlgasdurchlässen 14 auf; die Graphitblöcke 10 der anderen
Lagen besitzen hingegen jeweils einen einzigen, zentralen Kühlgasdurchlaß 15 größeren
Durchmessers.
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Bei den Graphitblöcken 10 der zweiten Lage - von oben gerechnet -
weitet sich der zentrale Kühlgasdurchlaß 15 nach oben zu einem Trichter 16 auf,
in den die Kühlgasdurchlässe 14 der obersten Graphitblöcke einmünden.
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Die Rundsäulen 13 sind als Hohlsäulen ausgebildet, deren freier Innenraum
17 auf die gesamte Säulenlänge verteilt in mehreren
horizontalen
Ebenen radiale Bohrungen 18 aufweist, die die Säulenhalle 7 mit dem Säuleninnenraum
17 verbinden. Nach oben schließen sich an die Säuleninnenräume 17 die zentralen
Kühlgasdurchlässe 15 in den Graphitblöcken 10 an, die den gleichen Durchmesser haben
wie die Säuleninnenräume 17 So ergeben sich vom Boden der Kugelschüttung bis in
den Heißgassammelraum 7 gerade durchgehende Kanäle für das Kühlgas.
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Durch die radialen Bohrungen 18 in den Hohlsäulen 13 kann das Kühlgas
gleichmäßig in alle Ebenen der Säulenhalle 7 abströmen, und es können keine Schichten
in dem in die radialen Kühlgasführungen eintretenden Gasstrom entstehen.
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In der Fig. 3 wird eine Gegenüberstellung der Heißgasströmung in der
Tragkonstruktion gemäß der Erfindung (Fig. 3a) und in einer mit.massiven Rundsäulen
ausgestatteten Tragkonstruktion (Fig. 3b) gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen,
daß sich bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Hohlsäulen eine gute Durchmischung
des von dem Kernmittebereich und dem Kernrandbereich kommenden unterschiedlich heißen
Gases einstellt.