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Hochtemperaturreaktor mit einer
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Abstützkonstruktion für den Seitenreflektor Die Erfindung betrifft
einen Hochtemperaturreaktor, der in der mit einem metallischen Liner ausgekleideten
Kaverne eines Druckbehälters installiert ist, mit einem vorzugsweise von kugelförmigen
Brennelementen gebildeten Kern, der allseitig von einem aus Decken-, Boden- und
zylindrischem Seitenreflektor bestehenden Reflektor umgeben ist, mit einem den zylindrischen
Seitenreflektor unter Bildung eines Ringraumes umschließenden thermischen Seitenschild
sowie mit einer den Seitenreflektor elastisch abstützenden und in dem Ringraum angeordneten
Abstützkonstruktion, die eine Vielzahl von je in einem Gehäuse befindlichen Federelementen
und an dem Seitenreflektor befestigten Rollenlagern aufweist.
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Der Seitenreflektor eines Hochtemperaturreaktors muß aus hochwarmfestem
Material wie Graphit hergestellt sein, dessen Eigenschaften jedoch keine großen
Zug- und Biegebeanspruchungen zulassen. Die horizontalen Kräfte des Reaktorkerns
werden daher bei den bekannten Hochtemperaturreaktoren radial nach außen auf den
thermischen Seitenschild übertragen, von dem sie in den Reaktordruckbehälter eingeleitet
werden. Neben den stationären Kräften des Reaktorkerns muß der thermische Seitenschild
auch noch die durch die Gasströmung verursachten instationären Kräfte
aufnehmen,
zu denen im Falle eines Kernreaktors mit kugelförmigen Brennelementen und direkt
in die Schüttung einfahrbaren Absorberstäben noch weitere instationäre Kräfte kommen.
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Wenn der Kerntragboden, der von dem unteren Teil des Seitenreflektors
umschlossen ist, aus einer Vielzahl von nebeneinander aufgestellten, unabhängigen
Einzel säulen aus Graphit aufgebaut ist, so kann es zudem erforderlich sein, den
Seitenreflektor in diesem Bereich durch radial wirkende Kräfte zusammenzuspannen,
um die Entstehung von Spalten im Tragboden möglichst zu verhindern. Vor allem bei
Xernreaktoren, die mit Hilfe von Absorberkugeln sehr kleinen Durchmessers abschaltbar
sind ("sehr klein" bedeutet in diesem Falle wesentlich kleiner als der Durchmesser
der Brennelemente), müssen die sich während des Betriebes bildenden Spalte zwischen
den Graphitsäulen in ihrer Größe so begrenzt werden, daß die Absorberkugeln nicht
in die Spalte eindringen können.
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Bei der Übertragung von horizontalen Kräften des Reaktorkerns auf
den thermischen Seitenschild sowie von Rückstellkräften auf den Seitenreflektor
im Bereich des Kerntragbodens muß gewährleistet sein, daß unterschiedliche Wärmedehnungen
von Seitenreflektor und thermischem Seitenschild nicht behindert werden, damit ein
gegenseitiges Verspannen der beiden Bauteile und damit verbundene Wärmespannungen
vermieden werden. Die Abstützung des Seitenreflektors an dem thermischen Seitenschild
wird daher mittels elastischer Stützeinrichtungen vorgenommen, die in dem Ringraum
zwischen Seitenreflektor und Seitenschild angeordnet sind. Die elastischen Stützeinrichtungen
gleichen Relativbewegungen der beiden genannten Bauteile aus, ohne daß sich der
Seitenreflektor in unzulässiger Weise verschieben kann.
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Aus der DE-OS 30 27 513 ist eine Abstützeinrichtung für den Seitenreflektor
eines Hochtemperaturreaktors bekannt, bei der Verschiebungen des Seitenreflektors
in radialer Richtung durch eine in einem zweigeteilten Bolzen angeordnete Feder
und in axialer Richtung durch zwei Kugelgelenke ausgeglichen werden, von denen sich
das eine an dem Seitenreflektor und das andere an dem thermischen Seitenschild abstützt.
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Eine weitere elastische Stützeinrichtung ist in der DE-OS 30 27 508
beschrieben. Sie besteht aus einem durch den thermischen Seitenschild hindurchgeführten
Stützbolzen und einem Federpaket, das auf den Stützbolzen eine Druckkraft ausübt.
Das Federpaket ist bei dieser Einrichtung außen an dem thermischen Seitenschild
befestigt, um Inspektionen an dem Federpaket bzw. einen Austausch vornehmen zu können.
Die Kraftübertragung zwischen Federpaket und Stützbolzen einerseits sowie zwischen
Stützbolzen und Seitenreflektor andererseits erfolgt jeweils mittels eines Kugelgelenks.
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Stand der Technik ist auch eine aus der DE-OS 29 11 750 bekannte Abstützeinrichtung,
von der die vorliegende Erfindung ausgeht.
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Bei dieser Vorrichtung ist ein ein Federelement enthaltendes Gehädse
auf der dem Seitenreflektor zugewandten Innenseite des thermischen Seitenschildes
befestigt und erstreckt sich in den Ringraum zwischen Seitenreflektor und Seitenschild.
Das Federelement, z.B. eine Anzahl von Tellerfedern , stützt über einen Stempel
und ein an dem Seitenreflektor befestigtes Rollenlager den Seitenreflektor elastisch
ab, wobei in radialer Richtung auftretende Dehnungsdifferenzen von dem Federelement
ausgeglichen, in axialer Richtung auftretende Dehnungsdifferenzen hingegen von dem
Rollenlager kompensiert werden. Als nachteilig wird bei dieser bekannten Vorrichtung
empfunden, daß ihre elastischen
Bauteile innerhalb des thermischen
Seitenschildes und somit im Strahlungsbereich angeordnet sind; eine Montage und
Demontage ist daher nur mit Hilfe einer aufwendigen Fernbedienung möglich.
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Bei allen drei Einrichtungen erfolgt die Abstützung des Seitenreflektors
an dem thermischen Seitenschild, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß der thermische
Seitenschild nicht ausbaubar gestaltet werden kann. Dadurch ist der Zugang zu dem
Liner der Druckbehälterkaverne äußerst erschwert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hochtemperaturreaktor
der eingangs beschriebenen Bauweise so auszubilden, daß Teile des thermischen Seitenschildes
ausgebaut bzw.
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ausgewechselt werden können, ohne daß die Abstützkonstruktion in ihrer
Funktion beeinträchtigt wird. Außerdem sollen die wartungsbedürftigen Bauelemente
der Abstützkonstruktion keiner direkten Strahlungsbelastung ausgesetzt und auf einfache
Weise montierbar und demontierbar sein. Der Ausfall einzelner Federelemente soll
zudem keine nachteiligen Auswirkungen haben.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Abstützkonstruktion eine Vielzahl von um den Seitenreflektor verteilt angeordneten
vertikalen Anpreßschienen mit I-förmigem Profil umfaßt, deren eine Schenkel jeweils
mit den Rollenlagern, die in Reihen untereinander angeordnet sind, fest verbunden
sind, daß der thermische Seitenschild aus lose übereinandergeschichteten, ebenen,
rechteckigen Metallplatten besteht, die in den Anpreßschienen gehaltert sind, daß
die anderen Schenkel der vertikalen Anpreßschienen jeweils mit einer Reihe der Gehäuse
für die Federelemente verbunden sind, wobei die Gehäuse auf gleicher Höhe wie die
Rollenlager liegen, daß an den metallischen Liner der Druckbehälterkaverne eine
der Anzahl
der Gehäuse entsprechende Zahl von Verbindungsrohren
angeschweißt ist und daß jedes Gehäuse durch einen mehrteiligen Klemmring lösbar
an einem der Verbindungsrohre befestigt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturreaktor werden die Kräfte
des Kerns (Druck der kugelförmigen Brennelemente, Strömungskräfte, Absorberstabkräfte)
vom Seitenreflektor direkt auf den Liner übertragen und von diesem in den Druckbehälter
eingeleitet. Der thermische Seitenschild hat in erster Linie die Aufgabe, den Druckbehälter
gegen Strahlung abzuschirmen und somit eine erhöhte Wärmeproduktion in dem Behälterbeton
zu verhindern.
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Er besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Metallplatten, die beispielsweise
auf einem 24-eck angeordnet sind. Die Metallplatten sind jeweils in zwei der vertikalen
Anpreßschienen eingehängt. Einzelne Platten können aus den Anpreßschienen ausgehängt
und ausgebaut werden, wodurch ein partieller Austausch des thermischen Seitenschildes
möglich ist. Außerdem wird durch das 3ntfernen einzelner oder mehrerer Metallplatten
hinreichend Raum geschaffen, um Inspektionen oder Reparaturen an dem seitlichen
Liner der DruckbehAlterkaverne vornehmen zu können.
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Die Kraftübertragung zwischen Seitenreflektor und Liner erfolgt über
die Rollenlager, die vertikalen Anpreßschienen, die Gehäuse mit den Federelementen,
die mehrteiligen Klemmringe und die an dem Liner vorgesehenen Verbindungsrohre.
Die Abstützkonstruktion stellt eine elastische Verbindung zwischen dem Seitenreflektor
und dem Liner her, bei der die keramischen Kerneinbauten (Seitenreflektor, Kernboden)
sich ungehindert ausdehnen und schrumpfen können. Durch die mehrteiligen Klemmringe
(ein derartiger Klemmring ist aus der DE-OS 31 33 517 bekannt) sind die Gehäuse
für die Federelemente formschlüssig mit den Liner-Verbindungsrohren verbunden. Eine
wesentliche Aufgabe der Abstsitzkonstruktion
ist die Verhinderung
der Spaltenbildung zwischen den benachbarten Blöcken des Kernbodens.
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Die vertikalen Anpreßschienen, die neben der Kraftübertragung noch
die Aufgabe haben, die Metallplatten des thermischen Seitenschildes zu führen, erstrecken
sich über die gesamte Höhe des Seitenreflektors und übertragen jeweils die Kraft
von einer Vielzahl untereinander angeordneter Rollenlager auf die zugehörigen Gehäuse
für die Federelemente. Dies hat den Vorteil, daß sich der eventuelle Ausfall einzelner
Federelemente nicht auf die gesamte Abstützkonstruktion auswirken kann, da einzelne
ausgefallene Federelemente von den Anpreßschienen überbrückt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit
den schematischen Zeichnungen zu entnehmen.
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Die Figuren zeigen im einzelnen: Figur 1 einen Vertikalschnitt durch
einen Hochtemperaturreaktor gemäß der Erfindung in stark vereinfachter Darstellung,
Figur 2 die Ansicht "X" der Figur 3, Figur 3 einen Horizontal schnitt nach der Linie
III-III der Figur 2 in größerem Maßstab, Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV
der Figur 3, Figur 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Figur 3.
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Die Figur 1 läßt einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der eine
Kaverne 2 aufweist, in welcher ein Hochtemperaturreaktor 3 installiert ist. In weiteren
Kavernen sind Wärmetauscher und Gebläse untergebracht (nicht dargestellt). Der Kern
4 des Hochtemperaturreaktors 3 besteht aus einer Schüttung von Brennelementkugeln
5 und liefert eine Leistung von 600 bis 1200 MWe. Die Schüttung wird von oben nach
unten von Helium als Kühlgas durchströmt. Die Kaverne 2 ist mit einem metallischen
Liner 6 ausgekleidet.
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Der Kern 4 ist allseitig von einem aus Deckenreflektor 7, zylindrischem
Seitenreflektor 8 und Bodenreflektor 9 bestehenden Reflektor aus Graphitblöcken
umgeben. Der Bodenreflektor 9, der gleichzeitig den Kerntragboden bildet, weist
mehrere Kugelabzugsrohre 10 auf. Er stützt sich über Säulen 11 auf Bodenlagen 12
ab, die mit dem Bodenreflektor 9 zusammen einen Heißgassammelraum 13 begrenzen.
An diesen schließen sich horizontale Heißgaskanäle 14 an, die zu den Wärmetauschern
führen. In den oberen Bereich der Kaverne 2 münden Kaltgaskanäle 15, in denen das
abgekühlte und verdichtete Helium zum Hochtemperaturreaktor 3 zurückgeleitet wird.
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Die Decke des Spannbetondruckbehälters 1 wie auch der Deckenreflektor
7 weisen eine Anzahl von Durchdringungen 16 auf, in denen Absorberstäbe zur Regelung
und Abschaltung des Kerns 4 geführt sind. Eine weitere Durchdringung bildet das
Kugelabzugsrohr 17.
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Der Reflektor ist allseitig von einem thermischen Schild aus Metall
umgeben, der aus Deckenschild 18, Seitenschild 19 und Bodenschild 20 besteht. Der
Bodenschild 20 stützt sich über Pfeiler 21 auf dem Druckbehälterboden ab. Zwischen
dem thermischen Seitenschild
19 und dem Seitenreflektor 8 ist
ein Ringraum 22 vorhanden; ein weiterer Ringraum 23 befindet sich zwischen dem Seitenschild
19 und dem Liner 6. Innerhalb der beiden Ringräume ist eine Abstützkonstruktion
24 für den Seitenreflektor 8 vorgesehen, die eine Vielzahl von Einzelelementen umfaßt
und die anhand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert wird.
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Der thermische Seitenschild 19 besteht aus ebenen, rechteckigen Platten
25, die zu einem 24-eck zusammengefügt sind. Die Platten 25 stützen sich auf einem
Rahmen ab, dessen Stiele am Bodenteil des Liners 6 angeschraubt sind; unter den
untersten Platten sind Rollenlager angeordnet (nicht dargestellt).
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Die Abstützkonstruktion 24 umfaßt eine Vielzahl von vertikalen Anpreßschienen
26 mit I-förmigem Profil, die um den Seitenreflektor 8 herum in gleichmäßigen Abständen
aufgestellt sind. Einen Ausschnitt zeigt die Figur 2. Die Anpreßschienen 26 dienen
einmal der Halterung der Platten 25 des thermischen Seitenschildes 19, die lose
übereinandergeschichtet sind; zum anderen werden die Horizontalkräfte des Kerns
4 über die Anpreßschienen 26 und weitere Bauelemente auf den Liner 6 übertragen.
Wie die Figur 5 zeigt, bestehen die Anpreßschienen 26 aus vielen Teilstükken 27,
die durch Verbindungselemente 28 zusammengehalten sind.
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Die Platten 25 des thermischen Seitenschildes 19 sind in der'Höhe
den Teilstücken 27 angepaßt.
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Die weiteren Bauelemente der Abstützkonstruktion 24 bestehen jeweils
aus einem Rollenlager 29, einem mit einem Federelement 31 bestückten Gehäuse 30,
einem an dem Liner 6 angeschweißten Verbindungsrohr 32 und einem mehrteiligen Klemmring
33, wie der Figur 3 zu entnehmen ist. Die Bauelemente sind in einer Reihe untereinander
jeweils auf einer der Anpreßschienen 26 angeordnet,
und zwar derart,
daß sich auf jedem Teilstück 27 der betreffenden Anpreßschiene ein Bauelement befindet.
Aus der Figur 2 ist dieser Sachverhalt klar zu erkennen.
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Die Figur 3 zeigt die Befestigung eines einzelnen Bauelementes der
Abstützkonstruktion 24 an einer der Anpreßschienen 26. An dem dem Seitenreflektor
8 zugewandten Schenkel 34 der Anpreßschiene 26 ist unter Zwischenschaltung von Montageunterlagen
35 ein Rollenlager 29 befestigt, und zwar ist es mit einem plattenförmigen Bauteil
36 an dem Schenkel 34 angeschraubt.
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An dem anderen Schenkel 37 der Anpreßschiene 26 ist ein Gehäuse 30
befestigt, in dem als Federelement 31 eine Tellerfeder angeordnet ist. Das Gehäuse
30 besteht aus einem Innenrohr 38 und einem Außenrohr 39, das auf das Innenrohr
38 aufgeschoben ist (die beiden Rohre sind jedoch nicht vollständig ineinandergesteckt).
In der Innenwand des Außenrohres 39 sind keramische Segmente 40 eingelegt, die der
Reibungsminderung dienen. Die Tellerfeder wird in dem Innenrohr 38 geführt, wobei
sie auf einem Kernrohr 41 aufliegt. Durch die Verwendung zweier ineinandergeschobener
Rohre als Gehäuse für die Tellerfeder ist die Weglänge begrenzt, um die sich der
Seitenreflektor 8 bei Feder--bruch ausdehnen kann.
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Das Außenrohr 39 ist durch einen der mehrteiligen Klemmringe 33 fest,
aber lösbar mit einem der Verbindungsrohre 32 verbunden, wobei der Klemmring einen
Flansch 42 des Außenrohres 39 und einen an dem Verbindungsrohr 32 vorgesehenen Flansch
43 zusammenspannt. Das Kernrohr 41 ist in eine zentrale Aussparung des Flansches
42 eingeschweißt.
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Das Innenrohr 38 weist ebenfalls einen Flansch 44 auf. Ein weiterer
Flansch 45 ist an einer an dem Schenkel 37 der Anpreßschiene
26
angeschraubten runden Platte 46 vorgesehen. Die Flansche 44 und 45 sind durch einen
weiteren Klemmring 47 zusammengespannt. In eine zentrale Aussparung des Flansches
44 ist ein Bolzen 48 eingeschweißt, der in dem Kernrohr 41 geführt ist.
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Durch diese axiale Führung des Gehäuses 30 wird eine Kraftübertragung
auf den Liner 6 auch bei auftretenden Erdbebenkräften gewährleistet.
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Die aufeinandergleitenden Flächen des Außenrohres 39 und des Innenrohres
38 sowie des Kernrohres 41 und des Bolzens 48 sind mit einer Beschichtung 49 aus
Cr3C2 versehen, die ein Verschweißen in Helium-Atmosphäre verhindert. Die Innenflanken
der Klemmringe 33 und 47 zeigen eine Beschichtung 50 aus NiAg.
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Das Rollenlager 29 weist außer dem plattenförmigen Bauteil 36 ein
zweites, zu dem ersten paralleles plattenförmiges Bauteil 51 auf, und an jedem der
beiden Bauteile ist eine Rollbahn 52 bzw.
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53 ausgebildet. Während das plattenförmige Bauteil 36 mit der Anpreßschiene
26 verbunden ist, ist das Bauteil 51 an einer Zwischenplatte 54 festgeschraubt,
die ihrerseits in dem Seitenreflektor 8 festgelegt ist. Die Zwischenplatte 54 weist
einen in eine Ausnehmung des Seitenref lektors 8 vorspringenden Zapfen 55 auf, der
die sichere Lage der Zwischenplatte 54 gewährleistet. Um eine Verdrehung des Seitenreflektors
8 zu verhindern, besitzt die Rolle 56 jedes Rollenlagers 29 eine peripher umlaufende
Nut 57, in welche zwei Führungsschienen 58 eingreifen, die in Richtung der Rollbewegung
verlaufen. Sie bewirken eine seitliche Führung der Rolle 56. Die eine der Führungsschienen
58 befindet sich an der Rollbahn 52 und die andere an der Rollbahn 53.
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Der Liner 6, der mit einer thermischen Isolierung 59 versehen ist,
überträgt die horizontalen Kräfte des Kerns 4 auf den Spannbetondruckbehälter
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In den Bereichen der Krafteinleitung, also an den Stellen, wo sich die Verbindungsrohre
32 befinden, sind spezielle Verankerungen vorgesehen, beispielsweise Pratzen 60
und Kopfdübel 61, die an dem Liner 6 angeschweißt und in den Beton eingelassen sind.
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