DE3541724C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturreaktor des Kugelhaufentyps mit einem von einem Boden-, Seiten- und Deckenreflektor eingeschlossenen Reaktorkern, der eine aus Brennelementkugeln bestehende Kugelschüttung enthält, die von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt ist.

Bei Hochtemperaturreaktoren des Kugelhaufentyps bestehen Konzepte, den Dampferzeuger oberhalb des Reaktorkerns anzuordnen. In diesem Fall wird die im Reaktorkern enthaltene Kugelschüttung der Brennelementkugeln von dem Kühlgas von unten nach oben durchströmt. Diese Strömungsführung ist aus wärmetechnischer und konstruktiver Sicht sehr vorteilhaft. Ein solcher Hochtemperaturreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist der DE-OS 33 45 494 zu entnehmen. Bei diesem Reaktortyp besteht jedoch die Gefahr, daß die Kugeln im oberen Bereich der Schüttung auf Grund der dort wirkenden Strömungskräfte abheben, d. h. das sogenannte "Kugelfliegen" auftritt. Dies hat zur Folge, daß der Kühlgasmassenstrom zur Vermeidung des Kugelfliegens begrenzt werden muß, was eine entsprechende Begrenzung der Leistung nach sich zieht. Eine Vergrößerung des Durchmessers des Reaktorkerns und damit eine Vergrößerung des effektiven freien Strömungsquerschnittes ist aus Gründen der Regelbarkeit und Sicherheit problematisch.

In der DE-AS 26 43 275 ist ein Hochtemperaturreaktor beschrieben, bei dem das Kühlgas in umgekehrter Richtung, d. h. von oben nach unten, durch den Reaktorkern strömt. Bei diesem Reaktortyp tritt das Problem des "Kugelfliegens" nicht auf, weil die die Oberfläche der Kugelschüttung bildenden Kugeln durch den Kühlgasstrom nach unten gedrückt werden. Es wird zwar auf die Anordnung von Fugenscharen im Seitenreflektor hingewiesen. Diese Fugenscharen sollen vergleichsweise kleine Blockabmessungen vortäuschen, damit auf die Anordnung einer wsentlich größeren Anzahl kleinerer und teuerer herzustellender sowie zeitraubender und schwieriger zu montierender Blöcke verzichtet werden kann. Es soll also die Möglichkeit eröffnet werden, großvolumige Blöcke verwenden zu können und hierdurch Kosten sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage einzusparen.

Soweit in diesem Zusammenhang von einer Bypass-Kühlung gesprochen wird, sollen die Fugenscharen bewirken, daß ein von oben zuströmender Teilgasstrom zunächst nicht durch die Kugelschüttung geht, sondern an dieser vorbei und erst in der Mitte der Kugelschüttung bei noch relativ geringer Temperatur in diese geleitet wird. Hierdurch soll der Effekt erzielt werden, daß in den thermisch hoch beanspruchten Teil der Kugelschüttung relativ kühles, also noch nicht von Brennelementkugeln erwärmtes Kühlgas zugeführt wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Hochtemperaturreaktor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß bei gegebenen geometrischen Verhältnissen ein höherer Kühlgasmassenstrom ohne die Gefahr des Kugelfliegens verwirklichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Seitenreflektor des Hochtemperaturreaktors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zumindest einen unterhalb der Oberfläche der Kugelschüttung beginnenden und oberhalb der Kugelschüttung wieder in den Reaktorkern mündenden Bypasskanal aufweist. Dabei kann der Bypasskanal vorteilhafterweise als ein den Reaktorkern umgebender Ringkanal ausgebildet sein.

Mit Hilfe eines derartigen Bypasskanals wird erreicht, daß nur ein Teil des Kühlgases durch die oberen Lagen der Kugelschüttung strömt, während der andere Teil in diesen oberen Lagen durch den Bypasskanal vorbeigeleitet wird und somit für die Kugeln keinen Auftrieb liefert. Damit ist eine erhebliche Steigerung des gesamten Kühlgasdurchsatzes bei gegebenem Reaktorkerndurchmesser möglich.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß bei einem Ausfall der Umwälzpumpe für das Kühlgas die Naturkonvektion im Reaktorkern durch den Bypasskanal verstärkt wird, wodurch die Sicherheit des Reaktors erhöht wird.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bypasskanal zumindest am unteren Ende Einlaßöffnungen aufweist, deren Erstreckung in zumindest einer Richtung geringer ist als der Durchmesser der Brennelementkugeln. Auf diese Weise können die Brennelementkugeln nicht in den Bypasskanal eindringen. Entsprechend können am oberen Ende des Bypasskanals Auslaßöffnungen vorgesehen sein. Dabei sind die Ein- und/oder Auslaßöffnungen vorzugsweise als im wesentlichen senkrecht verlaufende Schlitze ausgebildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen, daß der Innendurchmesser des Seitenreflektors im Bereich des Bypasskanals geringer ist als im übrigen Bereich, der Innendurchmesser also in diesem Bereich etwas eingezogen ist und damit Platz für einen hinreichend großen Querschnitt für den Bypasskanal schafft. Dabei sollten die Übergänge zu dem Bereich geringeren Durchmessers des Seitenreflektors konusförmig ausgebildet sein und der Bypasskanal zumindest teilweise in den konusförmigen Übergängen münden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Hochtemperaturreaktor und

Fig. 2 eine Detailvergrößerung des in Fig. 1 strichpunktiert gekennzeichneten Ausschnittes Z

Der dargestellte Hochtemperaturreaktor 1 weist einen Reaktorkern 2 auf, der von einem zylindrischen Seitenreflektor 3, einem Bodenreflektor 4 und einem Deckenreflektor 5 umgeben ist. Seitenreflektor 3, Bodenreflektor 4 und Deckenreflektor 5 sind aus Graphit­ und Kohlesteinblöcken und -platten aufgebaut.

Der Bodenreflektor 5 ruht auf einer Bodenplatte 6, die seitlich an der Innenwandung eines Reaktordruckbehälters 7 befestigt ist. Außenseitig hat der Reaktordruckbehälter 7 einen Flansch 8, mit dem er sich auf einem ringförmigen Auflager 9 abstützt, das wiederum auf einem Betonring 10 aufliegt.

Der Seitenreflektor 3 ist bis zur Oberkante des Deckenreflektors 5 von einem thermischen Schild 11 umgeben. Dabei besteht zwischen diesem thermischen Schild 11 und dem Reaktordruckbehälter 7 ein Abstand, wodurch ein Ringkanal 12 entsteht.

Innerhalb des Reaktorkerns 2 befindet sich eine Kugelschüttung aus Brennelementkugeln, von der in Fig. 1 nur die oberen Lagen 13 eingezeichnet sind. Im tiefsten Teil des kegelförmigen Bodenreflektors 5 ist eine Entnahmeeinrichtung 14 angeordnet, über die Brennelementkugeln nach unten über ein Abzugsrohr 15 entnommen werden können.

Im Bereich der oberen Lagen 13 der Brennelementkugeln ist ein ringförmiger Bypasskanal 16 angeordnet. Er ragt teilweise in den Seitenreflektor 3 hinein. Der Bypasskanal 16 weist eine Vielzahl von Einlaßschlitzen 17 und Auslaßschlitzen 18 auf, die durch entsprechend geschlitzte Graphitblöcke 19, 20 gebildet werden. Diese sind so geformt, daß sich konusförmige Übergangsbereiche bilden, die zwischen sich ein ebenfalls aus Graphitblöcken zusammengesetztes Ringteil 23 einschließen, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Innendurchmesser des Seitenreflektors 3. Im Bereich des Ringteils 23 ist der Bypasskanal 16 völlig frei. Die Einlaß- und Auslaßschlitze 17, 18 setzen sich in an die Graphitblöcke 19, 20 unten bzw. oben anschließenden Graphitblöcken 24, 25 teilweise noch fort, um ein schräges und damit strömungsgünstiges Ein- bzw. Ausströmen zu ermöglichen. Die Breite der Einlaß- bzw. Auslaßschlitze 17, 18 ist geringer als der Durchmesser der Brennelementkugeln, so daß sie nicht in jene eindringen können.

Das Kühlgas strömt entsprechend der in den Figuren eingezeichneten Pfeile zunächst über den Ringkanal 12 nach unten und tritt dann über Schlitze 26 im unteren Bereich des thermischen Schildes 11 in den Bodenreflektor 4 ein. Über hier nicht näher dargestellte Kanäle und Ausströmöffnungen im Bodenreflektor 4 gelangt das Kühlgas von unten in die Kugelschüttung und durchströmt diese nach oben, wobei es sich stark erhitzt. Im oberen Bereich strömt es zu einem Teil durch die oberen Lagen 13 der Brennelementkugeln, zum anderen Teil jedoch an diesen oberen Lagen 13 vorbei durch den Bypasskanal 16. Dieser Teil des Kühlgasstroms wirkt somit nicht auf die oberen Lagen 13 der Brennelementkugeln ein und gibt deshalb für diese keinen Auftrieb. Die Anordnung des Bypasskanals 16 ermöglicht somit bei gleichem Durchmesser des Reaktorkerns 2 einen wesentlich höheren Kühlgasdurchsatz, ohne daß die Gefahr besteht, daß Brennelementkugeln aus den oberen Lagen 13 abheben.

Das stark erhitzte Kühlgas strömt dann durch hier gleichfalls nicht näher dargestellte Kanäle in den Deckenreflektor 5 in den darüberliegenden Gassammelraum 27 und wird dann zum Dampferzeuger geleitet, was hier nicht näher dargestellt ist. Nach der dortigen Wärmeabgabe strömt das hierdurch abgekühlte Kühlgas wieder in den Ringkanal 12.

Claims (7)

1. Hochtemperaturreaktor des Kugelhaufentyps mit einem von einem Boden-, Seiten- und Deckenreflektor eingeschlossenen Reaktorkern, der eine aus Brennelementkugeln bestehende Kugelschüttung enthält, die von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenreflektor (3) zumindest einen unterhalb der Oberfläche der Kugelschüttung (13) beginnenden und oberhalb der Kugelschüttung (13) wieder in den Reaktorkern (2) mündenden Bypasskanal (16) aufweist.

2. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypasskanal (16) den Reaktorkern (2) ringförmig umgibt.

3. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypasskanal (16) zumindest am unteren Ende Einlaßöffnungen (17) aufweist, deren Erstreckung in zumindest einer Richtung geringer ist als der Durchmesser der Brennelementkugeln.

4. Hochtemperaturreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Bypasskanals (16) Auslaßöffnungen (18) aufweist, deren Erstreckung in zumindest einer Richtung geringer ist als der Durchmesser der Brennelementkugeln.

5. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Auslaßöffnungen (17, 18) als im wesentlichen senkrecht verlaufende Schlitze ausgebildet sind.

6. Hochtemperaturreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Seitenreflektors (3) im Bereich des Bypasskanals (16) geringer ist als im übrigen Bereich.

7. Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (21, 22) zu dem Bereich geringeren Durchmessers des Seitenreflektors (3) konusförmig ausgebildet sind und der Bypasskanal (16) zumindest teilweise in den konusförmigen Übergängen (21, 22) mündet.