DE3813018A1 - Zylindrischer seitenreflektor fuer kernreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus koaxial ineinanderliegenden Schalen bestehenden und einen Aufnahmeraum für Brennelemente umschließenden zylindrischen Seitenreflektor für Kernreaktoren, insbesondere für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren mit kugel­ förmigen Brennelementen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Seitenreflektor ist aus der DE-PS 23 54 540 so­ wie aus der DE-OS 30 47 960 bekannt. Der Seitenreflektor ist Teil der keramischen Einbauten, die den Behälter für die kugel­ förmigen Brennelemente bilden (und zu denen noch die Kerntrag­ konstruktion und der Deckenreflektor gehören). Der Seitenre­ flektor ist seinerseits von einer zylindrischen Metallkonstruk­ tion, dem thermischen Seitenschild, umgeben, auf den die in ra­ dialer Richtung wirkenden Kräfte des Reaktorkerns übertragen werden. Hierzu ist eine Vielzahl von Stützelementen vorgesehen, die auf die äußere Schale des Seitenreflektors einwirken. Die untereinanderliegenden Graphitblöcke jeder Schale sind gege­ neinander durch Dübel fixiert. Innerhalb einer Lage sind die Graphitblöcke noch durch Keile miteinander verbunden, die die gleiche Höhe haben wie die Graphitblöcke.

Beim Auftreten von extrem unwahrscheinlichen Störfällen kann die zylindrische Metallkonstruktion, an der sich der Seitenre­ flektor abstützt, mit so hohen Temperaturen belastet werden, daß ein Versagen dieser Stützkonstruktion nicht auszuschließen ist. Eine Folge dieses Versagens wäre, daß der sichere Ein­ schluß der Brennelemente nicht mehr gewährleistet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Seitenreflek­ tor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkma­ len so auszugestalten, daß radiale Verschiebungen des Blockauf­ baus nach außen nur bis zu einer bestimmten Grenze möglich sind, so daß beim Versagen der zylindrischen Metallkonstruktion ein Auseinanderfallen des Blockaufbaus verhindert wird.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch einen Seitenreflektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der formschlüssigen Ver­ bindungselemente in einzelnen oder allen Lagen der Graphit­ blöcke vornehmlich der äußeren Seitenreflektor-Schale wird auch in extrem unwahrscheinlichen Störfällen, in deren Gefolge es zu einem Versagen der zylindrischen Metallkonstruktion kommt, der Blockaufbau des Seitenreflektors so zusammengehalten, daß der sichere Einschluß der Brennelemente gewährleistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran­ sprüchen sowie der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungs­ beispiele im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Bren­ nelementen im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Abschnitt der äußeren Seitenreflektor-Schale in der Drauf­ sicht auf eine Lage,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 ein viertes Ausführungsbeispiel,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 9,

Fig. 11 ein fünftes Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII der Fig. 11.

Die Fig. 1 und 2 lassen den Kernaufbau eines Hochtemperatur­ reaktors erkennen, der in der zentralen Kaverne eines (nicht dargestellten) Reaktordruckbehälters installiert ist. Der Kern 1 besteht aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente 2, die von einem Deckenreflektor 3, einem zylindrischen Seiten­ reflektor 4 und einer Kerntragkonstruktion 5 umgeben ist. Letz­ tere ist auf einer Bodenplatte 6 montiert. Der gesamte Kernauf­ bau ist aus Graphitblöcken 11 aufgebaut, wie Fig. 2 zu entneh­ men ist. Der Seitenreflektor 4 besteht aus zwei koaxial inein­ anderliegenden Schalen, der inneren Schale 7 und der äußeren Schale 8. Er ist unter Bildung eines Ringraumes 9 von einer zy­ lindrischen Metallkonstruktion 14, dem thermischen Seiten­ schild, umschlossen, an dem die äußere Schale 8 mittels einer Vielzahl von Stützelementen 10 radial abgestützt ist. Überein­ anderliegende Graphitblöcke 11 sind gegeneinander durch Dübel 12 fixiert, während die in einer Lage angeordneten Gra­ phitblöcke 11 durch Keile 13 miteinander verbunden sind. Die Keile 13 entsprechen in der Länge den Graphitblöcken 11.

Zusätzlich zu den Dübeln 12 und Keilen 13 sind zur Fixierung der Graphitblöcke 11 der äußeren Schale 8 noch Verbindungsele­ mente in mindestens einer Lage dieser Schale vorgesehen, wie in den weiteren Figuren beschrieben wird.

Die Fig. 3 zeigt einen Abschnitt der äußeren Schale 8 mit zwei Graphitblöcken 11, die zu einer Lage gehören und durch Keile 13 miteinander verbunden sind. Mit den Graphitblöcken 11 der ang­ renzenden Lagen sind die Graphitblöcke 11 durch Dübel 12 ver­ bunden. In die vertikal ausgerichtete Oberfläche der beiden an­ einandergrenzenden Graphitblöcke 11 ist je eine Ausfräsung 16 eingearbeitet, und beide Ausfräsungen zusammen bilden eine Aus­ sparung 17, die in diesem Beispiel im Querschnitt die Form einer Hantel hat. In der Aussparung 17 ist formschlüssig ein Verbindungselement 15 angeordnet, das aus einem hochtemperatur­ beständigen Werkstoff, beispielsweise Siliziumkarbid oder koh­ lenstoffaserverstärktem Kohlenstoff, hergestellt ist. Wie die Fig. 4 erkennen läßt, hat die Aussparung 17 gegenüber der ver­ tikalen Blockausdehnung nur eine geringe Tiefe. Aussparung 17 und Verbindungselement 15 sind hierbei so bemessen, daß bei den betriebsbedingten vertikalen und horizontalen Verschiebungen des Blockaufbaus keine Beanspruchungen in das Verbindungsele­ ment 15 eingeleitet werden. D.h. derartige Verbindungselemente werden nur beim Versagen des thermischen Seitenschilds 14, also der Stützkonstruktion, wirksam.

Ein solches Verhalten zeigt auch das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Verbindungselement 15, das ebenfalls eine geringe Ausdehnung in vertikaler Richtung hat, jedoch eine andere Querschnittsform aufweist, nämlich die eines Doppel-T.

Die Fig. 7 und 8 lassen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verbindung zweier aneinandergrenzender Graphitblöcke 11 erken­ nen. Auch hier ist in zwei in den aneinandergrenzenden Block­ oberflächen vorgesehenen Ausfräsungen 19, die zusammen eine Aussparung 20 ergeben, ein Verbindungselement 18 aus hochtempe­ raturbeständigem Werkstoff angeordnet. Es ist dabei so gestal­ tet, daß es Formschluß mit der Aussparung 20 hat. Gegenüber den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen haben hier die Aus­ sparung 20 und das Verbindungselement 18 die gleiche Abmessung in vertikaler Richtung wie die Graphitblöcke 11. Die vertikale Fuge zwischen den beiden Graphitblocken 11 wird also vollstän­ dig von dem Verbindungselement 18 abgedeckt, was den Vorteil hat, daß die Bypaßströme des Kühlgases durch den Seitenreflek­ tor 4 reduziert werden, denn das Verbindungselement 18 übt zu­ sätzlich - wie auch der Keil 13 - eine Dichtfunktion aus. Durch den Keil 13 werden unterschiedliche radiale Verschiebungen be­ nachbarter Blocksäulen (also übereinander angeordneter Graphit­ blöcke) verhindert, so daß bei dieser Ausführungsform keine Scherkräfte auf das Verbindungselement 18 übertragen werden. Außerdem kann - bei entsprechender Auslegung des Verbindungs­ elementes 18 - der Aufwand für die radiale Abstützung durch die Stützelemente 10 reduziert werden, indem ein Teil der betrieb­ lichen Seitenreflektorbelastung von dem Verbindungselement 18 aufgenommen wird.

Das in den Fig. 9 und 10 gezeigte Verbindungselement 18 hat ebenfalls die gleiche Höhe wie ein einzelner Graphitblock 11, so daß es als Dichtelement für die Kühlgasströmung wirkt. Es übernimmt hier gleichzeitig die Funktion des Keiles 13, d.h. es tritt an seine Stelle. Auch dieses Verbindungselement kann so ausgelegt werden, daß es einen Teil der betrieblichen Seiten­ reflektorbelastungen aufnimmt. Die von den Stützelementen 10 aufzubringenden Stützkräfte können in diesem Fall um einen bestimmten Betrag reduziert werden.

In den Fig. 11 und 12 wird ein weiteres Verbindungselement 18 gezeigt, das den Keil 13 ersetzt. Es unterscheidet sich von dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Verbindungselement nur in der Form seines Querschnitts; ansonsten übt es die glei­ chen Funktionen aus. D.h. es wirkt zusätzlich als Dichtelement und kann einen Teil der sonst von den Stützelementen 10 aufzu­ bringenden Kräfte übernehmen.

Claims (8)

1. Aus koaxial ineinanderliegenden Schalen (7, 8) bestehen­ der und einen Aufnahmeraum für Brennelemente umschlie­ ßender zylindrischer Seitenreflektor (4) für Kernreak­ toren, insbesondere für gasgekühlte Hochtemperaturreak­ tore mit kugelförmigen Brennelementen (2), bei dem jede Schale für sich aus Graphitblöcken (11) zusammengefügt ist, die Graphitblöcke (11) durch Dübel (12) und Keile (13) miteinander verbunden sind und die äußere Schale (18) sich über Stützelemente (10) an einer zylindrischen Metallkonstruktion (14) abstützt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) in zumindest einigen Lagen vorzugsweise der äußeren Schale (8) des Seitenreflektors (4) sind jeweils zwei benachbarte Graphitblöcke (11) durch ein Ver­ bindungselement (15, 18) miteinander verbunden, das formschlüssig in einer Aussparung (17, 20) angeord­ net ist und aus hochtemperaturfestem Material besteht;
• b) die Aussparung (17, 20) wird von zwei in die beiden aneinandergrenzenden Blockoberflächen eingearbeite­ ten Ausfräsungen (16, 19) gebildet;
• c) das Verbindungselement (15, 18) hat in dem Bereich, durch den die Trennfläche der beiden Graphit­ blöcke (11) verläuft, einen geringeren Querschnitt als in seinen im Blockinneren befindlichen Berei­ chen.

2. Zylindrischer Seitenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Ausdehnung von Verbin­ dungselement (15) und Aussparung (17) < 1/10 der verti­ kalen Abmessung der Graphitblöcke (11) beträgt.

3. Zylindrischer Seitenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungselement (18) und Ausspa­ rung (20) die gleiche vertikale Abmessung haben wie die Graphitblöcke (11).

4. Zylindrischer Seitenreflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß üblicherweise zwischen zwei angren­ zenden Graphitlöcken (11) vorgesehene Keile (13) durch die Verbindungselemente (18) ersetzt sind.

5. Zylindrischer Seitenreflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungelement (15) so bemessen ist, daß es bei betriebsbedingten vertikalen und horizontalen Verschiebungen des Kernaufbaus nicht beansprucht wird.

6. Zylindrischer Seitenreflektor nach Anspruch 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (18) so ausgelegt ist, daß es zur Entlastung der radialen Stütz­ elemente (10) einen Teil der betrieblichen Seitenreflek­ torbelastungen aufnimmt.

7. Zylindrischer Seitenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (15, 18) aus einem Faserverbundwerkstoff, z.B. koh­ lenstoffaserverstärktem Kohlenstoff, hergestellt ist.

8. Zylindrischer Seitenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ mente (15, 18) aus Keramik, z.B. aus Siliziumkarbid, hergestellt ist.