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Bodenreflektor für gasgekühlte Kernreaktoranlagen
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Die Erfindung betrifft einen Bodenreflektor für gasgekühlte Kernreaktoranlagen
mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, der aus mehreren vertikal angeordneten
und vertikal mehrfach unterteilten hexagonalen Graphitsäulen besteht, die zusammengefügt
sind und dessen Deckfläche eine Vielzahl von senkrecht verlaufenden Bohrungen für
das Kühlgas durchquert, und der mindestens ein Kugelabzugsrohr für die Brennelemente
aufweist.
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Der Reaktorkern einer Kernreaktoranlage ist von Brennelementen gebildet
und weist gewöhnlich eine zylinderartige Form auf.
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Er kann von einem hohlzylinderartigen Seitenreflektor umgeben sein,
der von oben durch einen Deckenreflektor und von unten durch einen in den Hohlzylinder
hineinragenden Bodenreflektor abqeschlossen ist. Als RetleKtormaterlal wird gewöhnlich
Graphit qc-wahlt. Die qenannten Reflektorbereiche (DeckenreElektor, Sicnreflktor,
Kernboden) können aus kleineren Baukompo-
nenten, wie Graphitsäulen
oder Graphitblöcken bestehen, die miteinander über Keile, Dübeln verbunden sind.
Der Deckenreflektor kann aus Hängesäulen bestehen, die auf dem thermischen Schild
aufgehängt sind, der Seitenreflektor, der den horizontalen Druck der Brennelementeschüttung
auffangen muß, kann sich über Stützelemente am thermischen Schild bzw. Liner abstützen
und der Kernboden der den Reaktorkern von unten begrenzt und auf dem die Brennelemente
gelagert sind, wird gewöhnlich aus Graphitsäulen ausgebildet, die mehrere axial
verlaufende Bohrungen für das Kühlgas aufweisen.
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Weiter weist der Kernboden, insbesondere seine Deckfläche, eine Form
auf, die ein stetiges Fließen der kugelförmigen Brennelemente garantiert, die über
einen oder mehrere Brennelementeabzüge aus dem Reaktorkern abgezogen werden. Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Neigungswinkel der Deckfläche zwischen 20
- 50° zu wählen. Weiter hat sich gezeigt, daß die den Bodanreflektor bildenden Graphitsäulen
in Form von hexagonalen Säulen, die mehrfach vertikal unterteilt sind, den gestellten
Anforderungen gerecht werden. Die Mehrzahl von Graphitsäulen des Bodenreflektors
weisen gewöhnlich einen hexagonalen Querschnitt auf Die unterschiedliche Länge einzelner
Graphitsäule ergibt sich aus der Tatsache, daß die Neigung der Deckfläche sich ändert.
Da der Bodenreflektor bis 4 m hoch sein kann, werden aus technischen Gründen die
Graphitsäulen mehrfach unterteilt und beim Aufbau des Bodenreflektors steckverbindungsartig
zusammengefügt. Der Bodenreflektor kann sich über mehrere Stützelemente am thermischen
Schild bzw. an einer Bodenplatte abstützen. Der hierbei zwischen dem Bodenreflektor
und dem thermischen Schild bzw. der Bodenplatte ausgebildete Heißgassammelraum,
der seitlich vom Seitenreflektor begrenzt ist, dient zur Kühlgasvermischung und
somit zur Herstellung einer gleichmäßigen Temperatur beim zu den Wärmetauschern
bzw. Gasturbinen geleiteten Gas.
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Das Kühlgas durchströmt den Reaktorkern von oben nach unten und strömt
weiter durch die im Bodenreflektor ausgebildeten und vertikal verlaufenden Öffnungen
in den Heißgassammelraum. Aufgrund der Brennelementeschüttung und der im Bodenreflektor
hergestellten vielen kleinen Öffnungen für das Kühlgas, die den Bodenreflektor vertikal
in seiner gesamten Höhe durchqueren, tritt im Heißgassammelraum ein Druckabfall
auf. Eine gewünschte Verringerung des Strömungswiderstandes beim Kühlgas kann daher
nur durch die Veränderung des Bodenreflektors hergestellt werden, weil bei der bestehenden
Grölle der kugelförmigen Brennelemente (Durchmesser ca. 60 mm) eine optimale Wärmeabgabe
der Kugelelemente an das Kühlgas erreicht wird. Bei einer Durchmesserverringerung
der Brennelemente steigt der Strömungswiderstand sehr beträchtlich und bei einer
Durchmesservergrößerung der Brennelemente verschlechtert sich wesentlich die Wärmeabgabe
an das Kühlgas.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem an sich' bekannten
Bodenreflektor für gasgekühlte Kernreaktoranlagen mit einer Schüttung kugelförmiger
Brennelemente den Strömungswiderstand, der sich beim Durchströmen des Kühlgasmediums
durch die im Bodenreflektor ausgebildeten Öffnungen ergibt, merklich zu verringern.
Darüberhinaus sollen die Herstellungskosten des Bodenreflektors weitgehend verringert
werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Bodenreflektor eingangs genannter Art
dadurch gelöst, daß die die Deckfläche durchquerenden Bohrungen unterhalb der Deckfläche
enden und in mindestens eine im Durchmesser größere senkrecht verlaufende Bohrung
übergehen.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die die Deckfläche
eines Bodenreflektors durchquerenden im Durchmesser kleinen Bohrungen nicht die
ganze Graphitsäule durchqueren, sondern nur einen bestimmten begrenzten und kleinen
Bereich, der sich erfindungsgemäß im oberen Block jeder Graphitsäule befindet. Eine
Graphitsäule besteht aus drei bis fünf miteinander verbundenen Graphitblöcken, wobei
der oberste Block jeder Säule ein unter definiertem Winkel geschnittener Sechskant
ist. Die hierbei ausgebildeten Bohrungen weisen einen Durchmesser von einigen Millimetern
auf, die gleichmäßig an der Deckfläche des oberen Blocks verteilt sind und die ein
dichtes Netz bilden, von dem außer einem geringen Strömungswiderstand eine entsprechende
Festigkeit gefordert wird, da die Brennelemente auf die Deckfläche mit einem Druck
von mehreren bar wirken.
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Der oberste Block der Graphitsäule ist nur ca. 40 cm hoch.
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Solche geschnittene Sechskante können ohne größeren technischen Aufwand
mit großer Präzision hergestellt werden. Der oberste Block der Graphitsäule ist
über eine Steckverbindung mit dem nächsten Block der Säule verbunden, der erfindungsgemäß
nur mit einer oder einigen im Durchmesser größeren axial verlaufenden Bohrungen
versehen ist. Um den Strömungswiderstand an der Verbindungsstelle des ersten und
zweiten Blocks zu minimieren, weist der Anfang der im zweiten Block ausgebildeten
Bohrung eine Durchmesservergrößerung auf, die so groß ist, daß alle Bohrungen des
obersten Blocks in die im anschließenden Block ausgebildete Bohrung übergehen. Wenn
die an den ersten Block anschließenden Blöcke der Säule nur mit einer Bohrung versehen
sind, kann die Durchmesservergrösserung vorteilhaft als eine kegelförmige Erweiterung
ausgebildet werden. Bei Blöcken, die mehr als eine im Durchmesser größere Bohrung
aufweisen (z.B. sieben Bohrungen) , kann die besagte Durchmesservergrößerung vorteilhaft
als eine Ausnehmung ausgebildet sein. Die Bohrung bzw. Bohrungen weisen in den restlichen
Blöcken der Graphitsäule einen
konstanten Durchmesser auf und die
im letzten unteren Block ausgebildete Bohrung ist ebenfalls mit einer Durchmesservergrößeren
versehen. Durch diese Bohrung strömt das Kühlgas in den Heißgassammelraum hinein.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in
einer merklich einfacheren und besonders wirtschaftlichen Herstellung von Graphitsäulen
für den Bodenreflektor und in einer Verringerung des Strömungswiderstandes des vom
Kühlgas durchströmenden Bodenreflektors.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen-hervor.
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Hierbei zeigen Fig. 1 einen Reaktorkern im Längsschnitt, Fig. 2 Teil
eines Bodenreflektors im Längsschnitt, Fig. 3 Teil einer Draufsicht auf eine Deckfläche
und Teil eines Horizontalschnittes im zweiten Block, Fig. 4 Kühlgas-Einlauf beim
zweiten Block einer Graphitsäule, Fig. 5 Kühlgas-Auslauf beim letzten, unteren Block
einer Graphitsäule.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Reaktorkern 1.
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Er besteht aus einem Deckenreflektor 2, aus einem Seiten-
reflektor
4 und aus einem Bodenreflektor 6, der aus einer Vielzahl von Graphitsäulen 10 besteht
und sich über die Abstützsäulen 12,14 an einer Bodenplatte 16 abstützt. Im Bodenreflektor
6 ist ein Kugelabzugsrohr 18 für die Brennelemente 8 vorgesehen. Die Deckfläche
20 ist aus obersten Blöcken 22 ausgebildet, die als geschnittene Sechskante ausgebildet
sind. Das Kühlgas durchströmt in Richtung der Pfeile die Brennelemente 8, wird von
ihnen aufgeheizt und gelangt über die im Bodenreflektor 6 ausgebildeten Öffnungen
(nicht dargestellt) in den Heißgassammelraum 24. Vom Heißgassammelraum 24 wird es
über Heißgasleitungen (nicht dargestellt) zu den Dampferzeugern bzw. Gasturbinen
(nicht dargestellt) geleitet. Nach der Wärmeabgabe wird das abgekühlte Kühlgas über
Kaltgasleitungen (nicht dargestellt) und den Deckenreflektor 2 in den Reaktorkern
geführt.
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Fig. 2 zeigt Teil eines Bodenreflektors 6 im Längsschnitt.
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Die Graphitsäule 26 besteht aus dem die Deckfläche 20 bildenden obersten
Block 30, an den der zweite Block 32 anschließt und dem letzten, unteren Block 34.
Im obersten Block 30 sind mehrere Bohrungen 35 mit einem Durchmesser von 10 mm ausgebildet
und die Deckfläche 20 weist eine Neigung von 30° auf. Das Ende 36 des obersten Blocks
30 weist eine Durchmesserverringerung auf, wodurch der oberste Block 30 steckverbindungsartig
mit dem anschließenden Block 32 verbunden ist. Der zweite und dritte Block 32,34
sind mit einer Bohrung 38 mit einem Durchmesser von 200 mm versehen. Der Anfang
40 der Bohrung 38 weist eine kegelförmige Erweiterung auf. Die Graphitsäule 26 stützt
sich über die Rundsäulen 42 an der Bodenplatte 16 ab.
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Der rechte Teil 44 in Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Graphitsäule
26 und der linke Teil 46 zeigt einen horizontalen Schnitt durch den dritten Block
34. Die axiale Bohrung 38 hat einen Durchmesser von 200 mm und die Schlüsselweite
der
Graphitsäule 26 ist 300 mm.
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In Fig. 4 ist die im zweiten Block 32 ausgebildete Bohrung 38 und
ihr Anfang 40 dargestellt, der eine kegelartige erweiterung aufweist.
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Fig. 5 zeigt das Ende 44 der Bohrung 38, das auch eine kegel artige
Erweiterung aufweist.