DE3641284A1 - Deckenreflektor fuer einen kernreaktor - Google Patents
Deckenreflektor fuer einen kernreaktorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Deckenreflektor für einen Kern
reaktor, insbesondere für einen Hochtemperatur-Kernreaktor,
wobei der kühlgasdurchströmte Deckenreflektor aus mehreren
Lagen sektorenförmig ausgebildeter Elemente besteht, die an
einem einen zylindrischen Kernaufbau umfassenden Seitenre
flektor abgestützt sind und sich zwischen einem thermischen
Schild sowie einem zentralen Stopfen erstreckt.
Ein derartiger Deckenreflektor ist aus dem Sicherheitsbe
richt zum AVR, Seite 48-51 bekannt. Dort sind die Elemente
jeder Lage zur unter- bzw. übergeordneten Lage um ein Drit
tel der Elementbreite versetzt. Eine Verbindung der Elemente
untereinander bzw. mit dem Seitenreflektor ist nicht vorge
sehen. Bei vertikalen Differenzverschiebungen des Seitenre
flektors treten aufgrund der Versetzung der Deckenreflek
tor-Elemente Zwängungen auf, die zu Beschädigungen des
Deckenreflektors führen können. Auch bei seismischen, ther
mischen und strahlungsinduzierten Beanspruchungen wirken die
versetzt angeordneten Elemente nachteilig. Die einzelnen
Lagen sind durch einen Zwischenraum von ca. 12 cm voneinan
der getrennt. Aufgrund der azimutalen Gasumlenkung in den
Zwischenräumen ist die Vermischung des durch die in gleicher
Weise wie die Elemente zueinander versetzten Durchtrittsöff
nungen strömenden Kühlgases mangelhaft.
Ferner ist aus der DE-PS 27 51 065 ein Deckenreflektor be
kannt, dessen Elemente von einem Träger gehalten sind. Um
bei einem Versagen der Träger dem Deckenreflektor selbsttra
gende Eigenschaften zu verleihen, sind den einzelnen Elemen
ten Bauteile zugeordnet, die einen Formschluß in axialer
Richtung sicherstellen. Für den Normalbetrieb einer derarti
gen Reaktoranlage ist diese Verriegelung der Elemente unter
einander ungünstig, da sie unterschiedliche Differenzver
schiebungen des Seitenreflektors nicht auszugleichen vermag.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Deckenreflektor der
eingangs genannten Art anzugeben, der die unterschiedlichen
Beanspruchungen kompensiert und eine bessere Kühlgasvermi
schung erzielt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die
Elemente der übereinander angeordneten Lagen Säulen bilden,
die jeweils auf einer Blocksäule des Seitenreflektors aufge
lagert sind, daß die Elemente untereinander und zumindest
diejenigen der unteren Lage mit der Blocksäule eine verti
kale Bewegung erlaubende formschlüssige Verbindung eingehen,
daß der Zentralstopfen stufenförmig ausgebildet und mit ei
ner Schulter auf der mittleren Lage abgestützt ist, daß in
der der mittleren Lage zugewandten Fläche der oberen und
unteren Lage ein mehrere Elemente übergreifender Sammelraum
eingearbeitet ist, daß gegenüberliegende Sammelräume über in
der mittleren Lage vorgesehenen Durchströmöffnungen verbun
den sind und daß die obere und untere Lage vom jeweiligen
Sammelraum ausgehende Durchströmöffnungen aufweisen, die
gegenüber den Durchströmöffnungen der mittleren Lage radial
versetzt sind.
Durch die Einbeziehung des Deckenreflektors in die Blockbil
dung des Seitenreflektors werden vertikale Differenzver
schiebungen ohne Zwängungen kompensiert. Mechanische und
seismische Belastungen führen nicht zu unkontrollierbaren
Verschiebungen einzelner oder mehrerer Bauteile und damit
zum Versagen des Deckenreflektors. Mit den radial versetzt
angeordneten Durchströmungsöffnungen sowie den Sammelräumen
in den einzelnen Lagen und den damit verbundenen radialen
Gasumlenkungen innerhalb des Deckenreflektors wird eine gute
Vermischung des Gasstromes erzielt und die Abschirmfunktion
des Deckenreflektors nicht unzulässig gemindert. Da der ge
samte Deckenreflektor praktisch als Kragträger-Konstruktion
(ohne metallische Befestigungskomponenten) ausgeführt ist,
sind hohe Temperaturbelastungen zulässig.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß zwischen dem
der oberen und unteren Lage zugewandten Umfangsflächenbe
reich des Zentralstopfens und diesen Lagen ein Ringraum vor
gesehen ist, der mit dem jeweiligen Sammelraum verbunden
ist. Die dadurch gewonnenen ringförmigen Durchströmquer
schnitte führen zusammen mit den radial versetzt angeord
neten schlitzförmig ausgebildeten Durchströmöffnungen zu
einer weiteren Verbesserung der Gasvermischung.
In vorteilhafter Weise ist wenigstens eine Durchtrittsöff
nung der oberen und/oder unteren Lage mit dem jeweils ne
bengeordneten Ringraum verbunden. Damit ist eine Variations
möglichkeit zur Erzielung einer optimalen Vermischung des
Gases gegeben.
Zur Erhöhung der Stabilität des Deckenreflektors insbeson
dere gegen Verschiebungen in radialer und azimutaler Rich
tung, wird vorgesehen, daß die Elemente einer Säule unter
einander und mit der Blocksäule mittels in die Berührungs
flächen eingreifender Dübel arretiert sind und daß zwischen
dem thermischen Schild und den ihm zugewandten Enden der
Elemente eine Stützleist angebracht ist. Dabei ist das Spiel
zwischen der Stützleiste und den Elementen des Deckenreflek
tors so zu bemessen, daß die vertikale Bewegung der Elemente
nicht behindert wird.
Zur Erzielung der eine vertikale Bewegung erlaubenden form
schlüssigen Verbindung ist in die aneinander grenzenden Sei
tenflächen der Elemente eine Nut zur Aufnahme eines Keiles
eingebracht.
Den Säulen sind in ihren Randzonen weitere Lagen zugeordnet,
deren Bausteine auf gleiche Weise mit den Säulen verbunden
sind wie deren Elemente untereinander und die nach innen
gerichteten Enden der Bausteine sind als Leitflächen für das
aus den Durchströmöffnungen austretende Gas ausgebildet.
Hier wird ein vorteilhafter Kombinationserfolg erzielt, da
diese zusätzlichen Lagen zum einen die Auflagerstabilität
der frei kragenden sektorenförmigen Elemente erhöhen und zum
anderen die Gasführung optimieren.
Zur einfachen Herstellung der Durchströmöffnungen wird vor
gesehen, daß sie durch gegenüberliegende Aussparungen in den
Seitenflächen aneinander grenzender Elemente gebildet sind.
Durch Einbringen von Schlitzen sind die dem Kernaufbau zuge
wandten Flächen der Elemente stollenförmig ausgebildet. Mit
diesen Maßnahmen werden die während der Gesamtbetriebszeit
auftretenden strahlungsinduzierten Spannungen in den Bau
teilen auf zulässige Werte begrenzt.
Der Zentralstopfen und die einzelnen Lagen des Deckenreflek
tors sind vorzugsweise mit Bohrungen zum Einbringen der
Brennstoffkugeln versehen. Durch alle Lagen des Deckenre
flektors sind außerdem die Absorberstäbe führbar.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Deckenreflek
tors wird anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis 5 beschrieben.
Dabei zeigt die
Fig. 1 einen Schnitt durch den Deckenreflektor entlang
der Linie I-I der Fig. 3 mit Teilbereichen von
Kernaufbau und Seitenreflektor,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1
mit einer Teilansicht des thermischen Schildes,
Fig. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung III, deren rechte
Hälfte als Schnitt entlang der Linie III-III aus
gebildet ist,
Fig. 4 eine Ansicht eines sektorenförmig ausgebildeten
Elementes von der dem Kernaufbau zugewandten Seite
und
Fig. 5 eine Ansicht in Pfeilrichtung V der Fig. 4.
In der Fig. 1 ist ein zylindrischer Kernaufbau 1 angedeu
tet, der kugelförmige Brennelemente 2 enthält. Der Kernauf
bau 1 ist umfangsseitig von einem inneren Seitenreflektor 3
umgeben, der seinerseits von einem äußeren Seitenreflektor 4
umfaßt ist. Nach oben abgeschlossen ist der Kernaufbau 1
durch einen Deckenreflektor 5, der aus einer unteren Lage 6,
einer mittleren Lage 7, einer oberen Lage 8 und einem Zen
tralstopfen 9 besteht. Jede Lage ist aus sektorenförmigen
Elementen 10 (Fig. 2-5) aus Graphit aufgebaut. Die Ele
mente 10 aller drei Lagen 6, 7, 8 sind deckungsgleich über
einander angeordnet, so daß jeweils Säulen 11 aus drei Ele
menten 10 gebildet werden. Jede Säule 11 ist auf einer ein
zigen, aus Graphitblöcken 12 bestehenden Blocksäule 13 des
inneren Seitenreflektors aufgelagert. Die Elemente einer
Säule 10 sind über Dübel 14, die an den jeweils gegenein
ander gerichteten Flächen der Elemente 10 eingreifen, in
ihrer Position arretiert. Die Positionierung der Graphit
blöcke 12 untereinander sowie die Positionierung zwischen
der Säule 11 und der Blocksäule 13 des inneren Seitenreflek
tors erfolgt ebenfalls über Dübel 14. Die Elemente 10 der
nebeneinander angeordneten Säulen 11 des Deckenreflektors 5
sind über Keile 15 zueinander positioniert. Dabei sind die
Teile 15 in Nuten 16 geführt, die in den gegeneinander ge
richteten Seitenflächen 17 der Elemente 10 eingearbeitet
sind. Die Keilverbindung ist so ausgeführt, daß sie zusammen
mit den Dübelverbindungen eine radiale Differenzverschiebung
der Elemente 10 verhindert, aber eine vertikale Bewegung der
Säule 11 zuläßt. Azimutale Verschiebungen der Elemente 10
werden durch die am thermischen Schild 18 befestigten Stütz
leisten 19, die in Nuten 20 der Elemente 10 hineinragen,
verhindert.
Durch die Anordnung der Deckenreflektor-Elemente in Form von
Säulen, die den Blocksäulen des Seitenreflektors direkt zu
geordnet sind, und die Positionierung der Bauteile mittels
Dübel und sogenannter Keile werden Stabilität und Funkti
onssicherheit des Deckenreflektors verbessert. Wie aus den
Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, trägt der thermische Schild
18 eine die Stabilität des Deckenreflektors erhöhende Stütz
leiste 19, die sich zumindest über die Höhe der Säule 11
erstreckt. Das Element 10 wird in einer Nut 20, die in eine
dem thermische Schild zugewandten Stirnfläche 21 eingebracht
ist, durch die Stützleiste 19, gleitend geführt.
Das aus dem Kernaufbau 1 austretende heiße Kühlgas durch
strömt in Pfeilrichtung 22 unter mehrmaliger Umlenkung den
Deckenreflektor 5 und gelangt zu dem oberhalb des Deckenre
flektors 5 angeordneten, nicht dargestellten Dampferzeuger,
an den es seine Wärme abgibt. Zum Zwecke einer guten Durch
mischung bei Wahrung der Abschirmfunktion ist der Deckenre
flektor 5 wie folgt aufgebaut.
Der alle Lagen 6, 7, 8 durchsetzende Zentralstopfen 9 ist
stufenförmig abgesetzt und ruht mit seiner Schulter 23 auf
der mittleren Lage 7. Dabei grenzen die Elemente 10 der
mittleren Lage 7 nahezu spielfrei an die Oberfläche der ent
sprechenden Stufe des Zentralstopfens 9. Zwischen der Um
fangsfläche des der unteren und oberen Lage 6, 8 zugeord
neten Stufe des Zentralstopfens 9 und den dem Zentralstopfen
zugewandten Enden der Elemente 10 dieser Lagen 6 und 8 ist
je ein Ringraum 24, 25 ausgebildet. Die Ringräume 24, 25
münden dabei in Sammelräume 26, 27, die in einer der mitt
leren Lage 7 zugewandten Fläche der oberen und unteren Lage
6, 8 eingearbeitet sind. Wie aus der rechten Hälfte der Fi
gur 2 zu ersehen ist, erstrecken sich diese Sammelräume über
mehrere Elemente 10. In der mittleren Lage 7 angeordnete
Durchströmungsöffnungen 28 verbinden die gegenüberliegenden
Sammelräume 26 und 27. Gegenüber diesen Durchströmöffnungen
28 sind in der oberen und unteren Lage radial versetzt ange
ordnete Durchströmöffnungen 29, 30 vorgesehen. Die Durch
strömöffnungen 28, 29, 30 sind, wie insbesondere aus Fig. 2
und 3 ersichtlich, in der Form von Schlitzen ausgebildet,
die durch gegenüberliegende Aussparungen 31 in den aneian
der grenzenden Seitenflächen der Elemente 10 entstehen. Aus
der Fig. 2 läßt sich die radial versetzte Anordnung der
Durchströmöffnungen deutlich erkennen. Die der oberen und
unteren Lage 6, 8 zugeordneten Durchströmöffnungen 29, 30
sind gegenüber dem jeweiligen Ringraum 34, 25 offen ausge
bildet. Dies läßt sich auch aus der rechten Hälfte der Fig.
2, die die untere Lage 6 zeigt und aus der Fig. 3, aus der
die obere Lage 8 zu erkennen ist, ersehen.
Um die Auflagerstabilität der freikragenden Elemente 10 zu
erhöhen, sind auf den Randzonen der oberen Lage 8 Bausteine
32, 33, 34 aus Kohlematerial angeordnet. Diese Bausteine
sind azimutal wie der Deckenreflektor 5 unterteilt, so daß
sie eine Fortführung der Säulen 11 darstellen. Sie sind
ebenso wie die Elemente 10 der Säulen 11 über Dübel 14 und
Keile 15 verbunden. Die Einheit einer Säule 11 mit der
Blocksäule 13 und der aufgelagerten Bausteine 32, 33, 34 ist
aus der linken Hälfte der Fig. 1 mit dem über die gesamte
Höhe durchlaufenden Keil 15 erkennbar. Die Bausteine 32, 33,
34 bilden mit ihren nach innen gerichteten Enden ein Polygon
42 (Fig. 3), das einen Freiraum 35 begrenzt, der als Strö
mungsleitmantel für das aus den Durchströmungsöffnungen 30
und dem Ringraum 25 austretende Gas dient. Durch die Bau
steine 32, 33, 34 und die Lagen 6, 7, 8 erstreckt sich eine
Bohrung 36, die im inneren Seitenreflektor ihre Fortführung
findet und zur Aufnahme eines Absorberstabes dient. Auch ein
Kanal 37 zum Einbringen von Brennelementen 2 in den Kern
aufbau 1 und ein Kanal 38 zum Einführen von Absorberkugeln
erstreckt sich sowohl durch die Lagen 6, 7, 8 als auch durch
die in der Außenzone aufgelagerten Bausteine 32, 33, 34. Der
Zentralstopfen 9 ist von einer Bohrung 41 durchsetzt, die
der Zufuhr von Brennelementen 2 zum Kernaufbau 1 dient.
In den Fig. 4 und 5 ist in einem größeren Maßstab ein
Element 10 in zwei Ansichten dargestellt. Nach Fig. 4 ist
der dem Kernaufbau 1 zugewandte Flächenbereich des Elemen
tes 10 mit etwa senkrecht zueinander verlaufenden Schlitzen
39 versehen. Die dadurch gebildeten Stollen 40 tragen über
raschend dazu bei, die während der Gesamtbetriebszeit auf
tretenden strahlungsinduzierten Spannungen in der Lage 6 des
Deckenreflektors auf zulässige Werte zu begrenzen. Die aus
der Fig. 5 zu erkennende Schlitztiefe sowie die Schlitz
breite wird in Abhängigkeit von der auftretenden Beanspru
chung festgelegt. Aus den in einem größeren Maßstab darge
stellten Fig. 4 und 5 sind auch die Aussparungen 31 zur
Bildung der Durchströmöffnungen 28, 29, die Nuten 16 zur
Führung des Keiles 15, die Nut 20 zur Aufnahme der Stütz
leiste 19, die Lage des Dübels 14 und die Ausbildung eines
Sammelraumes 26 zu erkennen. Obwohl die Fig. 4 nur ein Ele
ment zeigt, soll sich die Stollenbildung auf alle Elemente
der unteren Lage 6 erstrecken.
- Bezugszeichenliste:
1 Kernaufbau
2 Brennelemente
3 innerer Seitenreflektor
4 äußerer Seitenreflektor
5 Deckenreflektor
6, 7, 8 Lage
9 Zentralstopfen
10 Elemente
11 Säule
12 Blöcke
13 Blocksäule
14 Dübel
15 Keil
16, 20 Nute
17 Seitenfläche
18 Thermischer Schild
19 Stützleiste
21 Stirnfläche
22 Pfeilrichtung
23 Schulter
24, 25 Ringraum
26, 27 Sammelraum
28, 29, 30 Durchströmungsöffnung
31 Aussparung
32, 33, 34 Bausteine
35 Freiraum
36, 41 Bohrung
37, 38 Kanal
39 Schlitz
40 Stollen
42 Polygon
Claims (10)
1. Deckenreflektor für einen Kernreaktor, insbesondere
für einen Hochtemperatur-Kernreaktor, wobei der kühlgas
durchströmte Deckenreflektor (5) aus mehreren Lagen sekto
renförmig ausgebildeter Elemente (10) besteht, die an einem
einen zylindrischen Kernaufbau (1) umfassenden Seitenreflek
tor (3), (4) abgestützt sind und sich zwischen einem ther
mischen Schild (18) sowie einem zentralen Stopfen (9) er
strecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (10) der
übereinander angeordneten Lagen Säulen (11) bilden, die je
weils auf einer Blocksäule (13) des Seitenreflektors (3)
aufgelagert sind, daß die Elemente (10) untereinander und
zumindest diejenigen der unteren Lage (6) mit der Blocksäu
le (13) eine vertikale Bewegung erlaubende formschlüssige
Verbindung eingehen, daß der Zentralstopfen (9) stufenförmig
ausgebildet und mit einer Schulter (23) auf der mittleren
Lage (7) abgestützt ist, daß in der der mittleren Lage (7)
zugewandten Fläche der oberen (8) und unteren Lage (6) ein
mehrere Elemente (10) übergreifender Sammelraum (26), (27)
eingearbeitet ist, daß gegenüberliegende Sammelräume (26),
(27) über in der mittleren Lage (7) vorgesehene Durchström
öffnungen (28) verbunden sind und daß die obere (8) und un
tere Lage (6) vom jeweiligen Sammelraum (26), (27) ausge
hende Durchströmöffnungen (29), (30) aufweisen, die gegen
über den Durchströmöffnungen (28) der mittleren Lage (7)
radial versetzt angeordnet sind.
2. Deckenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem der oberen (8) und unteren Lage
(6) zugewandten Umfangsflächenbereich des Zentralstopfens
(9) und diesen Lagen (6), (8) ein Ringraum (24), (25) vor
gesehen ist, der mit dem jeweiligen Sammelraum (26), (27)
verbunden ist.
3. Deckenreflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigsten eine Durchtrittsöffnung (29),
(30) der oberen (8) und/oder unteren Lage (6) mit dem je
weils nebengeordneten Ringraum (24), (25) verbunden ist.
4. Deckenreflektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elemente (10) einer Säule (11) un
tereinander und mit der Blocksäule (13) mittels in die Be
rührungsflächen eingreifender Dübel (14) arretiert sind und
daß zwischen dem thermischen Schild (18) und den ihm zuge
wandten Enden der Elemente (10) eine Stützleiste (19) vor
gesehen ist.
5. Deckenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der eine vertikale
Bewegung erlaubenden formschlüssigen Verbindung in die an
einander grenzenden Seitenflächen (17) der Elemente (10)
eine Nut (16) zur Aufnahme eines Keiles (15) vorgesehen ist.
6. Deckenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß den Säulen (11) in ihren Rand
zonen weitere Lagen zugeordnet sind, deren Bausteine (32),
(33), (34) auf gleiche Weise mit den Säulen (11) verbunden
sind wie deren Elemente (10) untereinander und daß die nach
innen gerichteten Enden der Bausteine (32), (33) als Leit
flächen für das aus den Durchströmöffnungen (30) austretende
Gas ausgebildet sind.
7. Deckenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnungen (28),
(29), (30) durch gegenüberliegende Aussparungen (31) in den
Seitenflächen (17) aneinander grenzender Elemente (10) ge
bildet sind.
8. Deckenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kernaufbau (1) zugewand
ten Flächen der Elemente (10) durch Einbringen von Schlitzen
(39) stollenförmig ausgebildet sind.
9. Deckenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralstopfen (9) und die
Lagen (6), (7), (8), (32), (34) mit Bohrungen (36), (41) zum
Einbringen der Brennstoffkugeln (37), (41) versehen sind.
10. Deckenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Elemente (10) und Bau
steine (32), (34) die Absorberstäbe und Absorberkugeln ge
führt sind.
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Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63149595A (ja) | 1988-06-22 |
US4923670A (en) | 1990-05-08 |
DE3641284C2 (de) | 1992-12-24 |
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