DE3047960A1

DE3047960A1 - Pebble bed reactor side reflector as boundary to hot gas header - comprises tall graphite blocks in this zone to resist pressure difference

Info

Publication number: DE3047960A1
Application number: DE19803047960
Authority: DE
Inventors: Claus Dr. 6702 Bad Dürkheim Elter; Rolf Dr. 6836 Oftersheim Fritz; Edgar 6800 Mannheim Hornischer; Josef Dipl.-Ing. 7521 Hambrücken Schöning
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1982-07-08
Also published as: DE3047960C2

Abstract

A hollow cylindrical (annular) side reflector for a nuclear reactor, esp. gas-cooled nuclear reactor with a core composed of spherical fuel elements (pebble bed reactors) is composed of graphite blocks dowelled and keyed together and comprises an inner and outer cylinder (3;2). The side reflector surrounds a bottom reflector supported by columns from the bottom plates and itself is vertically supported from below. The space below the bottom reflector and above the bottom plates constitutes the hot gas collecting chamber or header and is radially bounded by the side reflector. The side reflector has radial struts bearing against the side thermal shield or liner. The graphite blocks (15,16) of the inner and/or outer cylinders of the reflector are higher in the region of the hot gas collecting space (14) than the height of the hot gas collecting space (14) itself. Where the side reflector constitutes the outer boundary to the hot gas header below the bottom reflector, it is subjected to appreciable loading due to the pressure difference between this header space and the annular space outside. Where the reflector wall in this zone is composed of keyed and dowelled graphite blocks, this imposes limits upon the allowable pressure difference. By using taller graphite blocks to construct the reflector in this zone, the pressure difference can be greater. The inward radial force on the reflector blocks in this zone can be transmitted to the bottom reflector and bottom support plate.

Description

Hohlzylinderartiger Seitenreflektor für KernreaktorenHollow cylindrical side reflector for nuclear reactors

Die Erfindung betrifft einen hohl zylinder artigen Seitenreflektor für Kernreaktoren, insbesondere für gasgekühlte Kernreaktoren mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, der aus zusammengefügten und durch Dübel und Keile verbundenen Graphitblöcken ausgebildet ist, die einen inneren und einen äußeren Hohlzylinder ergeben, wobei der äußere Hohlzylinder den inneren umgibt, der weiter auf einer Bodenplatte vertikal gelagert ist und der einen Bodenreflektor, der sich über Stützsäulen auf einer Bodenlage abstützt, umgibt, wobei zwischen der Bodenlage und dem Bodenreflektor ein Heißgassammelraum, der vom Seitenreflektor seitlich begrenzt ist, ausgebildet ist und der sich über horizontal angeordnete Stützelemente am thermischen Schild oder am Liner abstützt.The invention relates to a hollow cylinder-like side reflector for nuclear reactors, especially for gas-cooled nuclear reactors with a bed Spherical fuel assemblies made from joined and secured by dowels and wedges connected graphite blocks is formed, an inner and an outer Hollow cylinder result, the outer hollow cylinder surrounding the inner one, which continues is mounted vertically on a base plate and a floor reflector that is supported by support columns on a floor layer, surrounds, with between the floor layer and the bottom reflector a hot gas collecting space which is laterally bounded by the side reflector is, is formed and which is located on horizontally arranged support elements on the thermal Shield or on the liner.

Der Seitenreflektor eines Hochtemperaturreaktors muß aus hochwarmfestem Material, wie Graphit hergestellt sein, dessen Eigenschaften jedoch vergleicsweisc nur geringe Zug- und Biegebeanspruchungen zulassen. Die horizontalen Kräfte des Reaktors müssen daher radial nach außen auf den thermischen Schild bzw. auf den Liner übertragen werden, von dem sie in den Reaktordruckbehälter eingeleitet werden. Neben den stationären Kräften des Reaktorkerns muß der thermische Schild auch noch die durch die Gasströmung verursachten nstationären Kräfte aufnehmen, zu denen im Falle eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente und direkt in die Schüttung einfahrbaren Absorberstäben noch weitere Kräfte kommen. Es wurde bereits vorgeschlagen, den Seitenreflektor in Form eines Hohlzylinders auszubilden, der aus zusammengefügten Graphitblöcken, die durch Keile und Dübel verbunden sein können, bestehen kann. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Seitenreflektor aus zwei Hohlzylindern auszubilden, wobei der äußere Hohlzylinder den inneren umgibt. Der Seitenrefektor kann auf einer horizontal angeordneten Bodenplatte gelagert sein.The side reflector of a high temperature reactor must be off high temperature resistant Material such as graphite can be made, but its properties are comparable allow only low tensile and bending loads. The horizontal forces of the Reactor must therefore radially outward on the thermal shield or on the Liner are transferred from which they are introduced into the reactor pressure vessel. In addition to the stationary forces of the reactor core, the thermal shield must also absorb the stationary forces caused by the gas flow, to which the im Case of a nuclear reactor with a bed of spherical fuel elements and directly There are additional forces in the absorber rods that can be retracted into the bed. It was already proposed to design the side reflector in the form of a hollow cylinder, made of graphite blocks joined together by wedges and dowels can, can exist. It has proven useful to use the side reflector to form from two hollow cylinders, the outer hollow cylinder surrounding the inner one. The side reflector can be mounted on a horizontally arranged base plate.

Von oben kann der Seitenreflektor durch einen Deckenreflektor und im unteren Bereich durch einen Bodenreflektor abgeschlossen sein. Der Bodenreflektor kann sich ebenfalls über Stützsäulen auf einer auf der Bodenplatte gelagerten Auflage abstützen, wodurch zwischen dem Bodenreflektor und der Bodenlage ein Heißgassammelraüm definiert wirdj der seitlich durch den Seitenreflektor begrenzt sein kann. An den Heißgassammelraum können mehrere Heißgasleitungen für das Kühlgas angeschlossen sein. Wenn der Bodenreflektor, der von dem unteren Teil des Seitenreflektors umschlossen ist, aus einer Vielzahl von nebeneinanderaufgestellten, unabhängigen Einzelsäulen aus Graphit aufgebaut ist, so kann es zudem erforderlich sein, den Seitenreflektor in diesem Bereich durch radial nach innen wirkenden Kräfte zusammenzuspannen, um die Entstehung von Spalten im Bodenreflektor möglichst zU verhindern. Bei Anfahren des Reaktors wird der Bodenreflektor in kürzester Zeit auf eine hohe Temperatur aufgeheizt, wodurch der Seiten- reflektor aufgrund thermischer Dehnung des Bodenreflektors an den Bodenreflektor seitlich gepreßt werden kann. Von außen kann der Seitenreflektor mit Kühlgas, das eine wesentlich geringere Temperatur haben kann als das Kühl gas im Core, beaufschlagt werden, Während des Reaktorbetriebes kann es auch zu einer vertikalen Dehnung der Stützsäulen kommen, auf denen der Bodenreflektor gelagert ist, was zur vertikalen Verschiebung nach oben des Bodenreflektors führen kann. Im Bereich des Heißgassammelraumes, der vom Seitenreflektor seitlich begrenzt sein kann, kann der Seitenreflektor aus mehreren neben- und iibereinander gelagerten Graphitblöcken ausgebildet sein. Das Kühlgas, das den Seitenreflektor von außen beaufschlagen und kühlen kann und das durch die zwischen dem Seitenreflektor und dem thermischen Schild bestehenden Ringraum in das Core geleitet werden kann, durchströmt das Core von oben nach unten, wo es aufgeheizt wird und in den Heißgassammelraum gedrückt wird. Zwischen dem Heißgassammelraum und dem Ringraum kann ein Druckgefälle von mehreren bar bestehen, wodurch der Seitenreflektor erheblich belastet werden kann. Die im Bereich des Bodenreflektors auf den Seitenreflektor wirkenden Krafteinwirkungen können vom Bodenreflektor ohne weiteres aufgenommen werden, ohne daß dem Seitenreflektor Beschädigungen zugeführt werden. Oberhalb des Bodenreflektors, zwischen dem Ringraum und dem Core, ist die Druckdifferenz beim Kühlgas wesentlich geringer und aufgrund dessen, daß in diesem Bereich der Seitenreflektor als ein Druckring aufgebaut sein kann, kann eine Überbeanspruchung dcs Seitenreflektors in diesem Bereich auseschlossen werden. Im Bereich des Heißgassammelraumes, dessen Mohe ein Mehrfachcs der Höhe der Graphitblocke überschreiten kann, ist der S«itenreflektor nelastungen ausgesetzt, die lc-diglich von Dübeln und Keilen aufgenommen werden. Diese Tatsache stellt eine unerwünschte Betriebseinschränkung dar, indem die Druckdifferenzen zwischen dem Heißgassammelraum und dem Ringraum möglichst gering gehalten werden müssen. Bei Überbeanspruchung des Seitenreflektors, wenn also die Druckdifferenz bei möglichen Betriebsbedingungen einen gewlsse-n Wert über schreitet, kann es zur AbScherung der K<?)le bzw. c3(r Dübel kommen.From above, the side reflector can be replaced by a ceiling reflector and be completed in the lower area by a floor reflector. The floor reflector can also be placed on support columns on a support on the base plate support, whereby a hot gas collecting space between the floor reflector and the floor layer is defined j which can be limited laterally by the side reflector. To the Hot gas collecting chamber, several hot gas lines for the cooling gas can be connected be. When the bottom reflector enclosed by the lower part of the side reflector is made up of a large number of independent individual pillars placed side by side is made of graphite, it may also be necessary to use the side reflector to clamp together in this area by forces acting radially inwards in order to to prevent the formation of gaps in the floor reflector as much as possible. When starting of the reactor, the bottom reflector is raised to a high temperature in a very short time heated up, whereby the side reflector due to thermal expansion the bottom reflector can be pressed laterally to the bottom reflector. From the outside can be the side reflector with cooling gas, which have a much lower temperature can be used as the cooling gas in the core, while the reactor is in operation there may also be a vertical stretching of the support columns on which the floor reflector is placed is stored, which lead to the vertical displacement upwards of the floor reflector can. In the area of the hot gas collecting space, which is laterally limited by the side reflector can be, the side reflector can consist of several side-by-side and one above the other Graphite blocks be formed. The cooling gas that the side reflector from the outside can apply and cool and that through the between the side reflector and the thermal shield existing annulus can be passed into the core, flows through the core from top to bottom, where it is heated, and into the hot gas collection space is pressed. A pressure gradient can occur between the hot gas collecting space and the annular space consist of several bars, whereby the side reflector are significantly stressed can. The forces acting on the side reflector in the area of the bottom reflector can easily be picked up by the bottom reflector without the side reflector Damage are fed. Above the floor reflector, between the annulus and the core, the pressure difference in the cooling gas is significantly lower and due to that in this area the side reflector can be constructed as a pressure ring overstressing of the side reflector in this area can be ruled out will. In the area of the hot gas collection room, the height of which is a multiple of the height the graphite block can exceed, the side reflector is exposed to loads, which are only taken up by dowels and wedges. This fact represents a undesirable operating restriction by the pressure differences between the Hot gas collecting space and the annular space must be kept as small as possible. at Overstressing of the side reflector, so if the pressure difference at If possible operating conditions exceed a certain value, shearing can occur the K <?) le or c3 (r dowels come.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Seitenreflektor für gasgekühlte Kernreaktbren vorzuschlagen, der die betrieblich bedingten Druckdifferenzeh im Primärkreislauf, insbesondere im Bereich des Heißgassammelraumes, aufnimmt.The invention has for its object to provide a side reflector for To propose gas-cooled nuclear reactors that reduce the operational pressure differences takes up in the primary circuit, especially in the area of the hot gas collection chamber.

Diese Aufgabe wird bei einem Seitenreflektor eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß die Graphitblöcke des inneren und/oder des äußeren Hohlzylinders im Bereich des Heißgassammelraumes eine größere Höhe haben als der HeißgassamMelraum.This task is performed with a side reflector of the type mentioned at the beginning solved in that the graphite blocks of the inner and / or the outer hollow cylinder have a greater height in the area of the hot gas collecting space than the hot gas collecting space.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der Seitenreflektor, insbesondere der äußere Seitenreflektor im Bereich des Heißgassammelraumes nur vertikal unterteilt ist, wodurch die aufgrund des Druckunterschiedes radial nach innen wirkenden Belastungen des Seitenreflektors auf den Bodenreflektor und auf die Bodenlage übertragen werden können.The invention consists essentially in that the side reflector, in particular, the outer side reflector in the area of the hot gas collecting space is only vertical is divided, whereby the acting due to the pressure difference radially inward Transferring loads on the side reflector to the bottom reflector and to the bottom layer can be.

Bei Kernreaktoranlagen, die so ausgelegt sind, daß während des Betriebes mit größeren Druckdifferenzen gerechnet werden muß, kann auch der innere Seitenreflektor im Bereich des Heißgassammelraumes aus Graphitblöcken ausgebildet sein, die höher als der Heißgassammelraum sind. Es ist vorteilhaft, die den Heißgassammelraum umgebenden Graphitblöcke äls Biegeträger auszubilden und die zwischen den Graphitblöcken bestehenden und vertikal verlaufenden Spalte von auen abzudichten.In nuclear reactor plants that are designed so that during operation If larger pressure differences have to be expected, the inner side reflector can also be formed in the area of the hot gas collecting space from graphite blocks, which are higher than the hot gas plenum. It is advantageous to have those surrounding the hot gas collection space Form graphite blocks as bending beams and the existing between the graphite blocks and to seal vertical gaps from the outside.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch eine einfache Weiterbildung eines begrenzten Bereiches beim Seitenreflektor, bei dem andere Teile und Komponenten nicht verändert werden müssen, Druckdifferenzen im hochbelasteten Bereich des Seitenreflektors aufgenommen werden können.The advantages achieved by the invention are, in particular, that by a simple development of a limited area at the side reflector, where other parts and components do not have to be changed, pressure differences can be recorded in the highly stressed area of the side reflector.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hervor.Further advantages and features of the invention emerge from an exemplary embodiment of the invention.

Hierbei zeigen Fig. 1 einen Teil des erfindungsgemäßen Seitenreflektors im Bereich des eingassammelraumes, im Längsschnitt, Fig. 2 Einzelheit X gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A gemäß Fig. 2.1 shows a part of the side reflector according to the invention in the area of the gas collecting space, in longitudinal section, FIG. 2 detail X according to FIG. 1, FIG. 3 a section along the line A-A according to FIG. 2.

Der in Figur 1 dargestellte Längsschnitt durch einen-Reaktor läßt einen Seitenreflektor 1 erkennen, der iis einem inneren und aus einem äußeren Seitenreflektor 3 und 2 besteht. Der Seitenreflektor 1 stützt sich radial über mehrere Stützelemente 4 am thermischen Schild 5 ab, der ebenfalls, wie der Seitenreflektor 1 auf einer vertikal angeordneten Bodenplatte 6 angeordnet ist. Die Bodenplatte 6 stützt sich über mehrere Stützelemente 7 am Liner 8, der den Betonbehälter 9 auskleidet, ab. In seinem unteren Bereich umschließt der Seitenreflektor 1 einen Bodenreflektor 10, der sich über Stützsäulen 11 auf 6 einer auf der Bodenplatte gelagerten Bodenlage 12 abstützt.The longitudinal section shown in Figure 1 through a reactor recognize a side reflector 1, which iis an inner and an outer side reflector 3 and 2 consists. The side reflector 1 is supported radially via several support elements 4 on the thermal shield 5, which also, like the side reflector 1 on a vertically arranged base plate 6 is arranged. The base plate 6 is supported over several support elements 7 on the liner 8, which lines the concrete container 9, from. In its lower area, the side reflector 1 encloses a floor reflector 10, which is supported by pillars 11 on 6 of a floor layer supported on the base plate 12 supports.

Der Bodenreflektor 10 weist ein Kugelabzugsrohr 13 auf.The floor reflector 10 has a spherical discharge tube 13.

Zwischen dem Bodenreflektor 10 und der Bodenlage 12 ist ein Heißgassammelraum 14 ausgebildet, der seitlich vom Seitenreflektor 1 begrenzt ist. An den Heißgassaramelraum 14 sind mehrere Heißgasleitungen (nicht dargestellt) angeschlossen.A hot gas collecting space is located between the floor reflector 10 and the floor layer 12 14, which is laterally bounded by the side reflector 1. To the hot gas saramel room 14 several hot gas lines (not shown) are connected.

Im Bereich des Heißgassammelraumes 14 ist der äußere Seitenreflektor 2 aus Graphitblöcken 15 ausgebildet, deren Höhe größer ist als die Höhe des Heißgassammelraumes 14. Die Graphitblöcke 16 des inneren Seitenreflektors j sind kleiner und miteinander durch Diibel 17 verbunden. Das abgekühlte Kühlgas strömt durch den zwischen dem thermischen Schild 5 und dem Seitenreflektor 1 ausgebildeten Ringraum lg nach oben und durch das Core 20 in Richtung der Pfeile 21 vertikal nach unten. Im Bodenreflektor 10 sind für das Kühlgas 21 Bohrungen (nicht dcTgestellt) vorgesehen, durch die das Kühlgas 21 in den Heißgassammelraum 14 geleitet wird. Vom Heißgassammelraum 14 wird das aufgeheizte Kühlgas 21 über die Heißgasleitungen (nicht dargeStellt) zu den Wärmeverbrauchern geleitet. Die Druckdifferenz zwischen dem Ringraum 19 und dem Heißgassammelraum 14 kann je nach Ausbildung und Leistung der Kernreaktoranlage mehtere bar betragen. Die aufgrund der Druckdifferenz auf den Seitenreflektor 1 wirkende Kraft wird von den Graphitblöcken 15des äußeren Seitenreflektors 2, die sich an den Graphitblöckeh 16 des inneren eitenreflektors 3 abstützen, aufgenommen.The outer side reflector is in the area of the hot gas collecting space 14 2 formed from graphite blocks 15, the height of which is greater than the height of the hot gas collecting space 14. The graphite blocks 16 of the inner side reflector j are smaller and with one another by Diibel 17 connected. The cooled cooling gas flows through the between the thermal Shield 5 and the side reflector 1 formed annulus lg up and through the core 20 in the direction of the arrows 21 vertically downwards. In the floor reflector 10 21 holes (not shown) are provided for the cooling gas through which the Cooling gas 21 is passed into the hot gas collecting space 14. From the hot gas collection chamber 14 is the heated cooling gas 21 via the hot gas lines (not shown) to the Heat consumers. The pressure difference between the annular space 19 and the Hot gas collecting space 14 can, depending on the design and performance of the nuclear reactor plant be several bar. Due to the pressure difference on the side reflector 1 acting force is from the graphite blocks 15 of the outer side reflector 2, the are supported on the graphite blocks 16 of the inner reflector 3, added.

In Fig. 2 wird die Einzelheit X aus der Fig. 1 vergrößert dargestellt. Es ist zu erkennen, daß im Bereich des Heißgassammelraumes 14 der äußere Seitenreflektor 2 aus vertikal angeordneten Graphitblöcken 15 ausgebildet ist, deren Höhe größer ist als die Höhe des Heißgassammelraumes 14. Oberhalb des Heißgassammelraumes 14 ist der äußere Seitenreflektor 2 aus Blöcken 22 ausgebildet, die eine kleinere Höhe aufweisen und die miteinander durch die Dübel 23 Verbunden sind. Der äußere Seitenreflektor 2 ist mit der Bodenplatte 6 durch die Dübel 24 verbunden. Der innere Seitenreflektor 3 ist ih seinem gesamten Bereich aus Blöcken 16 ausgebildet, die eine gleichgroße Höhe aufweisen. Die Blöcke 16 sind miteinander durch Dübel 17 verbunden. Die aufgrund des Überdruckes auf den Seitenreflektor 1 wirkende Kraft ist mit den Pfeilen 25 dargestellt. Bei solcher Belastung stützen sich die Blöcke 15 des äußeren Seitenreflektors 2 über die Blöcke 16 des inneren Seitenreflektors 3 an der Bodenlage 12 und am Bodenreflektor 10 ab.In Fig. 2 the detail X from Fig. 1 is shown enlarged. It can be seen that in the area of the hot gas collecting space 14, the outer side reflector 2 is formed from vertically arranged graphite blocks 15, the height of which is greater is than the height of the hot gas collection space 14. Above the hot gas collection space 14 the outer side reflector 2 is formed from blocks 22 which have a smaller height and which are connected to one another by the dowels 23. The outer side reflector 2 is connected to the base plate 6 by means of the dowels 24. The inner side reflector 3 ih its entire area is formed from blocks 16 which are of the same size Have height. The blocks 16 are connected to one another by dowels 17. The due of the overpressure acting on the side reflector 1 is indicated by the arrows 25 shown. With such a load, the blocks 15 of the outer side reflector are supported 2 via the blocks 16 of the inner side reflector 3 on the bottom layer 12 and on the bottom reflector 10 from.

In Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2 gezeigt, wobei ersichtlich ist, daß die Blöcke 15 und 16 des äußeren und des inneren Seitenreflektors 2 und 3 einen viereckigen Querschnitt aufweisen, zusammengefügt sind und über Dübel 23, 17 miteinander verbunden sind. Die zwischen den Blöcken 15 des äußeren Seitenreflektors 2 bestehenden und vertikal verlaufenden Spalte 26 sind mit Dichtleisten 27 abgedeckt.In Fig. 3 is a section along the line A-A of Fig. 2 is shown, it can be seen that the blocks 15 and 16 of the outer and inner side reflectors 2 and 3 have a square cross-section, are joined together and via dowels 23, 17 are connected to one another. The one between the blocks 15 of the outer side reflector 2 existing and vertically running gaps 26 are covered with sealing strips 27.

Claims

A n p r ü c h e: t'J hollow cylinder type? R side reflector for KeJrnroaktoren, especially for gas-cooled nuclear reactors with a bed of spherical Fuel elements made from graphite blocks joined together by dowels and wedges is formed, which result in an inner and an outer hollow cylinder, wherein the outer hollow cylinder surrounds the inner one, which continues vertically on a base plate is mounted and the one floor reflector, which is on support columns on a floor layer supports, surrounds, with a hot gas collecting space between the floor layer and the floor reflector, which is laterally limited by the sliding reflector, is formed and which extends over supports horizontally arranged support elements on the thermal shield or on the liner, characterized in that the graphite blocks (15; 16) of the inner and / or the outer Hollow cylinder (3; 2) in the area of the hot gas collecting space (14) have a greater height than the hot gas plenum (14).

2. Side reflector according to claim 1, characterized in that the Graphite blocks (15; 16) are designed as bending beams.

3. Side reflector according to claim 1 to 2, characterized in that that the between the graphite blocks (15; 16) vertically extending column (26) of are sealed on the outside.