DE3048602A1 - Bodenreflektor fuer gasgekuehlte kernreaktoranlagen - Google Patents

Bodenreflektor fuer gasgekuehlte kernreaktoranlagen

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Claus Dr. 6702 Bad Dürkheim Elter
Karl-Friedrich 6941 Laudenbach Kissel
Hans-Georg 6834 Ketsch Schwiers
Josef Dipl.-Ing. 7521 Hambrücken Schöning
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Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
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Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
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    • G21CNUCLEAR REACTORS
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    • 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

  • Bodenreflektor für gasgekühlte Kernreaktoranlagen
  • 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.
  • Der Reaktorkern einer Kernreaktoranlage ist von Brennelementen gebildet und weist gewöhnlich eine zylinderartige Form auf.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der oberste Block der Graphitsäule ist nur ca. 40 cm hoch.
  • 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.
  • 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.
  • 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 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.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Reaktorkern 1.
  • 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.
  • Fig. 2 zeigt Teil eines Bodenreflektors 6 im Längsschnitt.
  • 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.
  • 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.
  • In Fig. 4 ist die im zweiten Block 32 ausgebildete Bohrung 38 und ihr Anfang 40 dargestellt, der eine kegelartige erweiterung aufweist.
  • Fig. 5 zeigt das Ende 44 der Bohrung 38, das auch eine kegel artige Erweiterung aufweist.

Claims (4)

  1. Au sprüche fm 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, dadurch gekennzeichnet, daß die die Deckfläche (20) durchquerenden Bohrungen (35) unterhalb der Deckfläche (20) enden und in mindestens eine im Durchmesser größere senkrecht verlaufende Bohrung (38) übergehen.
  2. 2. Bodenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Deckfläche (20) durchquerenden Bohrungen (35) den obersten Block (30) der Graphitsäule (26) durchqueren.
  3. 3. Bodenreflektor nach Anspruch 1 bis 2, dadurch' gekennzeichnet, daß der Anfang (u,0) und das Ende (44) der im Durchmesser größeren Bohrung (38), die die restlichen Blöcke der Graphitsäule (26) durchqueren, eine Durchmesservergrößerung aufweist.
  4. 4. Bodenreflektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang (40) und das Ende (44) der Bohrung (38) sich kegelförmig erweitern.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4798700A (en) * 1986-01-22 1989-01-17 Hochtemperatur-Reaktorbau Gmbh Ceramic installations

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2718493A1 (de) * 1977-04-26 1978-11-02 Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh Tragvorrichtung fuer den kern eines gasgekuehlten hochtemperaturreaktors grosser leistung

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Albering, W.: Angewandte Strömungslehre, Akademie-Verlag Berlin, 5. Aufl. S. 264 u, 265 *

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