DE3047768A1 - Keramische einbauten - Google Patents

Keramische einbauten

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Claus Dr.-Ing. 6702 Bad Dürkheim Elter
Rolf Dr.-Ing. 6836 Oftersheim Fritz
Karl-Friedrich 6941 Laudenbach Kissel
Hans-Georg 6834 Ketsch Schwiers
Josef Dipl.-Ing. 7521 Bambrücken Schöning
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Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
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Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C11/00Shielding structurally associated with the reactor
    • G21C11/06Reflecting shields, i.e. for minimising loss of neutrons
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00Reactor types
    • G21C1/04Thermal reactors ; Epithermal reactors
    • G21C1/06Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
    • G21C1/07Pebble-bed reactors; Reactors with granular fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

  • Keramische Einbauten
  • Die Erfindung betrifft keramische Einbauten, vorzugsweise zusammengefügte Blöcke einer auf einer Bodenplatte horizontal gelagerten Bodenauflagerung für Kernreaktoren, insbesondere für gasgekühlte Kernreaktoren mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, auf der sich ein Seitenreflektor und/oder ein Bodenreflektor über Auflagerunyen oder Stützelemente abstützt.
  • Bei Kernreaktoren haben die keramischen Einbauten primär kernphysikalische und Abschirmungsaufgaben zu erfüllen. Sie werden vorwiegend zur Ausbildung des Reflektors (Decken-, Seiten-, Bodenreflektor) herangezogen, der die Neutronen ins Core reflektiert und der den Aufnahmeraum für die Brennelemente definiert. Hierdurch werden die sich außerhalb des Aufnahmeraumes für die Brennelemente und des Reflektors befindenden Stahlkonstruktionen ausreichend vor radioaktiven Strahlungen geschützt. Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, keramische Materialien auch zur Ausbildung der Bodenauflagerung, auf der sich der Bodenreflektor und/oder der Seitenreflektor über Auflagerungen und Stützelemente abstützen kann, zu gebrauchen. Die Bodenauflagerung kann horizontal und auf einer Bodenplatte aus Stahl, die sich über Stützelemente am Liner abstützen kann, gelagert sein. Die keramischen Einbauten sind nur bedingt ausbaubar, so daß für die Auslegung eine Lebensdauer über die gesamte Reaktorbetriebszeit von ca. 30 Jahren zugrundegelegt ist. Während des Reaktorbetriebes kann es zu mehrmaligen Eit- und Ausschaltuhgen des Reaktors kommen, was dazu führt, daß die Temperatur des Cores und dadurch auch der keramischen Einbauten um mehrere hundert Grad Celsius verändert wird. Hierbei erfährt die Bodenauflagerung insbesondere radiale Dehnungen.
  • Beim Einfahren der Absorberstäbe in die Brennelementeschüttung und beim Abrollen der Brennelemente an den Deckflächen der Reflektoren kann es zum Abrieb zwischen den sich berührenden Elementen (Brennelemente-Brennelemente, Brennelemente-Reflektor, Brennelemente-Absorberstäbe) kommen.
  • Die hierbei entstandenen Bruch- und Staubpartikel können vom das Core durchströmenden Kühlgas mitgerissen und in den Heißgassammelraum transportiert werden und sich in Fugen der Bodenauflagerung ansammeln. Hierdurch können die vorgegebenen Dehntoleranzen, die durch die Größe der Fugen definiert sind, verändert werden, was bei einer Erhöhung der Temperatur des Kühlgases zu unerwünschten Spannungen und Funktionsbehinderungen in der Bodenauflagerung führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei keramischen Einbauten, insbesondere bei einer Bodenauflagerung für gasgekühlte Kernreaktoren, die Verstopfung der zwischen den Blöcken der Bodenauflagerung bestehenden Fugen zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Bodenauflagerung eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß die zwischen den Blöcken der Bodenauflagerung bestehenden Fugen stufenförmig ausgebildet sind.
  • Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die zwischen den Blöcken der Bodenauflagerung bestehenden Fugen in ihrer Form verändert werden, wobei mindestens eine Teilstrecke der neuen Fuge einen horizontalen Verlauf erhält. Diese neue stufenförmige Ausbildung der Fuge bildet eine einfache Barriere, wodurch ein Ansammeln von Partikeln unterhalb der Stufe vermieden wird.
  • Bei einem Durchmesser der Bodenauflagerung, der bis zu 15 m betragen kann, und deren Dicke ca. 1,0 m sein kann, wird die Bodenauflagerung gewöhnlich aus mehreren zusammengefügten Blöcken, die durch Dübel und Keile verbunden sein können, ausgebildet. Die Blöcke können ein sechseckiges oder viereckiges Profil aufweisen. Durch die Trennung des Seiten- und Bodenreflektors von der Bodenauflagerung ergibt sich zwischen den Reflektorteilen und der Bodenauflagerung ein zylinderförmiger Heißgassammelraum, an den seitlich Heißgasleitungen angeschlossen sein können und der als Sammelraum und zur Durchmischung des vom Care zuströmenden und auf eine Temperatur von ca. 900 ° aufgeheizten Kühlgases dient. Von unten kann die Bodenauflagerung mit auf 200 "C abgekühlten Kühlgas beaufschlagt werden. Vor der Inbetriebnahme werden die Blöcke der Bodenauflagerung gewöhnlich so zusammengefügt, daß die zwischen den Blöcken bestehenden und vertikal verlaufenden Fugen im wesentlichen zwangs freie Dehnungen einzelner Blöcke und dadurch auch der Bodenauflagerung als Einheit ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung der Fuge wird dadurch erreicht, daß die die Bodenauflagerung bildenden Blöcke Vorsprünge und Ausnehmungen aufweisen, wobei die Vorsprünge des einen Blocks in die Ausnehmungen der benachbarten Blöcke hineinragen. Bei Blöcken, die ein sechskantiges Profil habeh, kann der erfindungsgemäße Vorschlag so realisiert werden, daß drei obere Kanten des Blocks stufenförmige Ausnehmungen und andere drei Kanten stufenförmige Vorsprünge aufweisen. Die Ausnehmungen und die Vorsprünge sind hierbei so bemessen, daß beim Zusammenfügen der Blöcke eine Fuge hergestellt wird, deren Breite mindestens so groß ist, wie die Breite der Fuge unterhalb der Stufe. Dabei hat die Fuge nicht mehr einen vertikalen Verlauf, sondern sie weist drei Teilbereiche auf, von denen der Anfangs- und der Endbereich der Fuge weiterhin einen vertikalen Verlauf hat und der mittlere Teilbereich orthogonal zu den beiden angeordnet ist. Um zu vermeiden, daß die sich im oberen Teil der Fuge ansAmmelnden Partikel und Bruchstücke zu Spannungen in der Bodenauflagerung führen, werden die Vorsprünge angefast, wodurch sich eine keilförmige Ausbildung des ersten oberen Bereiches der Fuge ergibt. Die im oberen Teilbereich angesammelten Partikeln sind gleicher Natur (Graphit) wie die Bodenauflagerung.
  • Eine weitere Möglichkeit, die Fuge stufenförmig auszubilden besteht darin, daß die alte Fuge im Bereich der Deckfläche der Bodenauflagerung in eine Nut übergeht und die Nut mit einer Deckleiste aus Graphit abgedeckt wird. Es ist vorteilhaft, aus oben genannten Gründen, die zwischen der Deckleiste und den Blöcken bestehende Fuge keilförmig im Profil auszubilden. Das kann z.B. dadurch erreicht werden, daß das Profil der Deckleiste trapezartig gewählt wird, wobei die längere von den beiden parallelen Seiten des Trapezes in der Deckflächenebene angeordnet ist. Eine stabile Anordnung der Deckleiste in der Nut kann z.B. durch Schrauben und andere Befestigungsvorrich tungen erreicht werden.
  • Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch eine einfache Weiterbildung der Blöcke der Bodenauflagerung eine Verstopfung der in der Bodenauflagerung bestehenden Fugen und dadurch das Auftreten von Verschleiße zwischen den Bauteilen der Bodenauflagerung vermieden wird.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor.
  • Hierbei zeigen Fig. 1 einen Reaktor im Längsschnitt, Fig. 2 eine Bodenauflagerung in Draufsicht, Fig. 3 einen Teil der Bodenauflagerung in Draufsicht, Fig. 4 einen Teil der Bodenauflagerung im Längsschnitt entlang der Linie M-M der Fig. 3.
  • In Fig. 1 ist ein Reflektor 1 dargestellt, der sich vertikal über mehrere Stützsäulen 2 auf einer Bodenauflagerung 3 und horizontal an einem thermischen Schild 4 über Stützelemente 5 abstützt. Der Reflektor 1 besteht aus einem Deckenreflektor 6, einem Seitenreflektor 7 und einem Bodenreflektor 8 und definiert einen Aufpahmeraum 9 für die kugelförmigen Brennelemente 10. Die Brennelemente 10 werden durch im Deckenre-Reflektor 6 ausgebildete Öffnungen (nicht dargestellt) zugegeben und. durch im Bodenreflektor 8 ausgebildete Kugelabzugsrohre 11 vom Kern 12 abgezogen. Der Kern 12 wird vom durch Kaltgasleitungen 13 zugeführten Kühlgas 14 vertikal durchströmt, über im Bodenreflektor 8 hergestellte Gasleitungen (nicht dargestellt) in einem zwischen dem Bodenreflektor 8 und der Bodenauflagerung 3 ausgebildeten Heißgassammelraum 15 geleitet, wo es durchgemischt wird und durch an den Heißgassammel- raum 15 seitlich angeschlossene Heißgasleitungen 16 zu den Wärmeverbrauchern (nicht dargestellt) geleitet. Nach der Wärmeabgabe wird das Kühlgas 14 durch die Kaltgasleitungen 13 in den Kern 12 zurückgeleitet, wodurch der Gaskreislauf abgeschlossen ist. Die Bodenauflagerung 3, die auf einer Stahlplatte 17 horizontal gelagert ist, ist aus zusammengefügten im Profil sechseckigen Graphitblöcken 18 ausgebildet. Durch die auf der gasdichten Stahlplatte 17, die sich auf dem Liner 20 über Stützelemente 21 abstützt, gelagerten Bodenauflagerung 3, kann kein aufgeheiztes Kühlgas 14 durchströmen. Die durch das Zusammenfügen der Graphitblöcke 18 der Bodenauflagerung 3 sich ergebenden Fugen 19 haben einen vertikalen Verlauf.
  • Aus der in Fig. 2 dargestellten Draufsicht auf die Bodenauflagerung 3 sind die zusammengefügten Graphitblöcke 18,18a der Bodenauflagerung 3 zu entnehmen. In der Mitte der Graphitblöcke 18,18a sind vertikal angeordnete Abstützsäulen 2, die die Bodenauflagerung 3 und den Bodenreflektor (nicht dargestellt) voneinander trennen, angeördnet. Die Kugelabzugsrohre 11 durchqueren die Bodenauflagerung 3 vertikal. Die zwischen den Graphitblöcken 18, 18a bestehenden Fugen 19 sind symbolisch dargestellt. Die die RandZone 22 der Bodenauflagerung 3 bildenden Graphitblöcke 23 weisen ein unterschiedliches Profil auf, um eine im wesentlichen angepaßte Bodenauflagerung 3 zum Seitenreflektor 7 zu erreichen.
  • Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Graphitblöcke 18,18a Vorsprünge 24 und Ausnehmungen 25 aufweisen, wobei die Vorsprünge 24 des Graphitblocks 18 in die Ausnehmungen 25 des benachbarten Graphitblocks 18a hineinragen. Die Graphitblöcke 18,18a weisen jeweils drei Vorsprünge 24 und drei Ausnehmungen 25 auf. Die Vorsprünge 24 sind angefast, wodurch sich eine obere Kante 26 und eine untere Kante 27 des Vorsprungs 24 ergibt. Die Ausnehmungen 25 sind stufenförmig ausgebildet und aus der Fig. ist nur die obere Kante 28 und die untere Kante 29 der Ausnehmung 25 ersichtlich. So ergibt sich zwischen dem Vorsprung 24 des Graphitblocks 18 und der oberen Kante 28 der Ausnehmung 25 des Graphitblocks 28a eine im Profil keilförmige Fuge (nicht dargestellt). In der Mitte der Graphitblöcke 18,18a sind vertikal angeordnete Abstützsäulen 2 ausgebildet.
  • Aus der Fig. 4 ist die Ausbildung der zwischen den Graphitblöcken 18, 18a bestehenden Fuge 19 dargestellt. Der linke Graphitblock 18 weist den Vorsprung 24 auf, der angefast ist und die obere Kante 26 und die untere Kante 27 aufweist. Der Vorsprung 24 ist 6 mm groß. Der rechte Graphitblock 18a weist die Ausnehmung 25 auf. Die Ausnehmung 25 geht über die Stufe 31 in die Seitenwand 32 des Graphitblocks 18a über. Die Fuge 19 zwischen den beiden Graphitblöcken 18,18a ist ca. 1 mm groß und der Abstand zwischen der oberen Kante 26 des Vorsprungs 24 und der oberen Kante 28 der Ausnehmung 25 beträgt ca. 20 mm. Die Ausnehmung 25 ist ca. 22 mm tief.

Claims (4)

  1. Ansprüche 42 Keramische Einbauten vorzugsweise zusammengefügte Blöcke einer auf einer Bodenplatte horizontal gelagerten Bodenauflagerung für Kernreaktoren, insbesondere für gasgekühlte Kernreaktoren mit einer Sdhüttung kugelförmiger Brennelemente, auf der sich ein Seitenreflektor und/oder ein Bodenreflektor über Auflagerungen und/odr Stützelemente abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Blöcken (18,18a) der Bodenauflagerung (3) bestehenden Fugen (19) stufenförmig ausgebildet sind.
  2. 2. Keramische Einbaut:en nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (18,18a) Vorsprünge (24) und Ausnehmungen (25) aufweisen, wobei die Vorsprünge (24) des einen Blocks (18) in die Ausnehmungen (25) der benachbarten Blöcke (18a) hineinragen.
  3. 3. Keramische Einbauten nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fugen (19) von der Deckfläche (20) der Bodenplatte (3) zur Stufe (31) verjüngen.
  4. 4. Keramische Einbauten nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen (19) in der Deckfläche (30) ca.
    12 mm breit sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3226301A1 (de) * 1982-07-14 1984-01-19 Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 5000 Köln Tragboden fuer den kern eines hochtemperaturreaktors mit kugelfoermigen brennelementen
DE3900624A1 (de) * 1989-01-11 1990-07-12 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Einbauten fuer einen in einem spannbetondruckbehaelter untergebrachten hochtemperaturreaktor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2838548A1 (de) * 1977-09-06 1979-03-15 Commissariat Energie Atomique Kugel-hochtemperatur-kernreaktor

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