DE3641284A1

DE3641284A1 - Deckenreflektor fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE3641284A1
Application number: DE19863641284
Authority: DE
Inventors: Claus Dipl Ing Dr Elter; Edgar Dipl Ing Hornischer; Hermann Dipl Ing Schmitt; Josef Dipl Ing Dr Schoening
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1986-12-03
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1988-06-16
Also published as: JPS63149595A; US4923670A; DE3641284C2

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

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.