DE2623978C2 - Hochtemperaturkernreaktor mit Nachwärmeabfuhr über den Deckenreflektor - Google Patents

Description

Anspruch 1 veranschaulicht bzw. anhand eines Ausführungsbeispiels in schematischer Weise dargestellt Es zeigt ·

F i g. 1 einen gasgekühlten Kernreaktor, einen Kugelhaufen-Kernreaktor mit einem Deckenreüektor, geschnitten in einer in seiner vertikalen Achse gelegenen Ebene,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 im Bereich des Deckenreflektors, im vergrößerten Maßstab, und

F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g, 2, in wiederum vergrößertem Maßstab.

Nach F i g. 1 ist bei einem gasgekühlten Kernreaktor mit Kern a. Dampferzeuger b, Kaltgasleitungen c, Heißgasleitungen d und Wärmesenken e der Deckenreflektor /zugleich als Wärmetauscher ausgebildet der — wie nicht weiter dargestellt — über Rohrleitungen mit einer außerhalb des Sicherheitsbehälters angeordneten Wärmesenke verbunden ist

Nach F i g. 2 und F i g. 3 besteht der Deckenreflektor aus einem mit Kohlesteinen 11 belegten oberen thermischen Schild 12 und einem unteren thermischen Schild 13, die mittels Ankerbolzen 14 zu einer verformungssteifen Konstruktion verbunden sind. An dem unteren thermischen Schild 13 sind eine obere Lage Graphitblöcke 15, diese mittels Aufhängeelement 151 und eine untere Lage Graphitblöcke 16 befestigt die eine nach unten stufenweise erweiterte Bohrung 161 oder Aussparung besitzten, die von unten her mit einem, mittels eines seitlichen Bolzens 162 gesicherten Graphitbolzen 163 geschlossen ist

Zwischen den beiden Lagen Graphitblöcke 15 und i5 ist der eigentliche Wärmetauscher, bestehend aus einer Vielzahl Wärmetauscherkammern g — F i g. 1 — angeordnet jede für sich mit einem Zuleitungssystem h und Ableitungssystem / in Parallelschaltung verbunden. Die Verteilerleitungen hh und die Sammelleitungen //dieser beiden Systeme sind — F i g. 2 — zwischen dem oberen und dem unteren thermischen Schild 12 und 13 untergebracht und an dem oberen thermischen Schild 12 pendelnd aufgehängt, um thermisch bedingten Lageveränderungen folgen zu können.

Die Wärmetauschkammern g bestehen im wesentlichen aus einem hohlen Halteelement 2, das zu dessen Anordnung zwischen den beiden Lagen, zu diesem Zweck mit Aussparungen 155,165 versehener Graphitblöcke 15 und 16 eine runde Scheibe 21 aufweist, an die sich ein oberer Zylinder 23 und ein unterer Zylinder 25 anschließen. Der cbere Zylinder 23 ist mit Mitteln 231, wie einem Bund, Gewindering oder Stellring, zur Befestigung des Halteelementes 2 an dem unteren thermischen Schild 13 ausgestattet. Der untere Zylinder 25 ist mit einem Gewindeabschnitt 251 und einer selbstsicheren Mutter 252 mit nach oben weisender Auflagerfläche 253 für den Graphitblock 16 versehen.

Nach Fig. 3 besteht der obere Zylinder 23 und der untere Zylinder 25 des Halteelementes 2 aus zwei gemeinsamen konzentrischen Rohren 24 und 26, von denen das Rohr 24 mit einem Boden 241 verschlossen ist und das Rohr 26 kurz vor dem Boden 241 endet. Die Scheibe 21 ist mit zentrischen Aussparungen 221 ausge-Verdrängerkörpers 27 radiale Durchbrüche 242 zu dem Zwischenraum 33 angebracht Innerhalb des Rohres 26 befinden sich eine Zufuhrleitung 31 für das Wärmetransportfluid. Die Zufuhrleitung 31 für das Wärmetransportfiuid ist an die Verteilerleitungen hh angeschlossen, die Abfuhrleitung 32 für das Wärmetransportfluid an die Sammelleitungen ü. Die obere und die untere Fläche bzw. Wandung der Scheibe 21 sind zu ihrer Achse keglig ansteigend zu einem doppeltrapezförmigen Querschnitt ausgebildet

Zwischen der oberen, mittels der Aufhängebolzen 151 an dem unteren thermischen Schild 13 befestigten Lage Graphitblöcke 15 und der unteren, mittels den Halteelementen 2 gehaltenen Lage Graphitblöcke 16 ist ein horizontaler Spalt 35 als Wärmedämmung vorgesehen.

An dem oberen Zylinder 23 bzw. dem Rohr 24 ist eine nach oben weisende Anschlagfläche 245, an dem Graphitblock 15 eine korrespondierende Anschlagfläche 156 angeordnet mit denen der Graphitblock 15 beim Abreißen der Aufhängebolzen 151 unter Aufrechterhaltung des Spaltes zwischen der Aussparung 155 und der Scheibe 21 sowie des Spaltes 36 aufgefangen werden kann.
In F i g. 1 sind mittels Richtungspfeilen unterschiedliehe Zustände des Kernreaktors veranschaulicht.

Bei normalen Betrieb — linke Hälfte der Darstellung — strömt das Wärmetransportfluid, hier ein Kühlgas, wie Helium, in Richtung der Pfeile A unterhalb des Dekkenreflektors in den oberen Hohlraum des Kerns a ein, dann durch den im Kern a befindlichen Kugelhaufen, durch die Heißgasleitungen d. die Dampferzeuger b bzw. einen Röhrenspaltofen und schließlich durch die Kaltgasleitungen c wiederum bei Vollendung eines Kreislaufes in den Kern a. Dabei wird das Kühlgas mittels eines Kühlgashauptgebläses gefördert. Diesem Gebläse entspricht in etwa ein — ebenfalls nicht weiter dargestelltes — Nachwärmeabfuhrgebläse. In diesem Zustand streicht ein Teil des Kühlmittels in kaltem Zustand, sogenanntes Kaltgas, an dem Deckenreflektor entlang, so daß die dort auftretende Strahlungswärme weitgehend abgeführt wird.

Fallen nun das Kühlgashauptgebläse bzw. die Nachwärmeabfuhrgebläse und damit eine Zwangsförderung des Kühlgases aus, so kommt der zuvor dargestellte Kreislauf zum Erliegen und es stellt sich infolge Naturkonvektion ein der Zwangsumlaufrichtung entgegengerichteter Umlaufsinn des Kühlgases ein, wie er — ebenfalls in der linken Hälfte der Darstellung — in Richtung der Pfeile B gezeigt ist.

Hierbei gelangt jedoch das Kühlgas anstelle durch den Dampferzeuger b durch eine Wärmesenke e. Bei dieser Richtung des Kreislaufs wird Nachzerfallswärme in ausreichendem Umfang abgeführt, wobei der Dekkenreflektor um einen gewissen Betrag höher aufgeheizt wird. Die Konvektion und der Kreislauf in Richtung der Pfeile B haben zur Voraussetzung, daß in dem Kühlgas ein Druck von mindestens ca. 10 bar besteht.

Fällt nun der Druck in dem Kühlgas auf Werte von etwa unter 10 bar, so findet eine Naturkonvektion bzw. ein dadurch verursachter Kühlmittelumlauf in nennenswerten! Umfang nicht mehr statt. Es trifft nunrn?hr —

schweißt sind. Innerhalb der Scheibe 21 ist mit Zwischenraum zu deren Wandung an dem Rohr 24 ein Verdrängerkörper 27 befestigt. Die zwischen den beiden Rohren 24 und 26 bestehende Abführleitung 32 für das Wärmetransportfluid ist in Höhe des Verdrängerkörpers 27 mit einem kreisringförmigen Stopfen 28 geschlossen. Im Rohr 24 sind oberhalb und unterhalb des wie in der rechten Hälfte der Darstellung gezeigt — die gesamte Wärmestrahlung aus der Nachzerfallswärme auf den Deckenreflektor in Richtung der Pfeile C auf, durch die es zu Beschädigungen oder Zerstörungen der Halteelemente 2 der Graphitblöcke 15,16 und des Dekkenreflektors /sowie, sofern nicht andere für diesen Fall bereits vorgesehene aktive Maßnahmen einsetzen bzw.

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eingesetzt werden, zu unkontrollierter Freisetzung radioaktiver Spaltprodukte an die Umgebung kommen , kann. Um einem solchen Fall vorzubeugen, ist der Dekkenreflektor /zugleich als Wärmetauscher ausgebildet,

der aus einer Vielzahl in dem Deckenreflektor /wesent- 5 '

lieh zwischen den Lagen Graphitblöcke verteilter Wärmeaustauschkammern g besteht, zu denen das Wärmetransportfluid, hier eine Kühlflüssigkeit, über das Zuleitungssystem Λ zugeführt wird. Das wärmebeiadene Transportfluid wird über das Ableitungssystem / abge-

führt. In der Regel geschieht diese Kühlung aufgrund '

von Konvektion, so daß es fremder Energie, wie zum

Antrieb einer Pumpe, nicht bedarf, obwohl auch eine )

solche vorgesehen sein kann. Für den hier dargestellten Fall kann das Wärmetransportfluid ständig in dem Systern vorhanden sein oder aber erst im akuten Fall, zweckmäßig selbsttätig dem System beaufschlagt werden.

Nach F i g. 2 und F i g. 3 dienen die Wärmetauscherkammern, in Form der Halteelemente 2 zugleich als Aufhängungen für die Graphitblöcke 16 der unteren Lage. Eine nachteilige Erwärmung und damit Zerstörung dieser Aufhängungen kann somit niemals eintreten.

Nach F i g. 3 fließt das kalte Wärmetransportfluid — wie mit Pfeilen angedeutet — durch die Zufuhrleitung 31 für das Wärmetransportfluid, um am Boden 241 umzukehren und durch den unteren Abschnitt der Abfuhrleitung 32 für das Wärmetransportmittel, den Zwischenraum 33 zwischen der Scheibe 21 und dem Verdrän- 30 ' ^ gungskörper 27, und schließlich über den oberen Ab- ^r schnitt der Abfuhrleitung 32 für das Wärmetransportmittel abzufließen. Die untere Fläche der Scheibe 21 und der untere Graphitblock 16 sind durch die Kraft der Mutter 252 Fläche an Fläche aneinander angelegt, so daß ein guter Übergang der in dem Graphitblock 16 in Richtung der Strich-Punkt-Linie-geschwänzten Pfeile fließenden Wärme in das Wärmetransportfluid gegeben ist, wobei nicht nur die untere Scheibe 21 des Halteelements 2 sondern auch, — wenn auch in geringerem Maße der untere Zylinder 25 dem Wärmetausch dient. Ein Wärmefluß von den Graphitblöcken 16 der unteren Lage zu den Graphitblöcken 15 der oberen Lage durch Körper- bzw. Flächenkontakt ist dank des Spaltes 35 um einen wesentlichen Teil vermindert. 45 '

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

1 2 Deckenreflektor. In einem solchen extrem hypotheti- Patentansprüche: sehen Störfall kann es zum Versagen der Deckenbefestigung, damit zur Beschädigung des Deckenreflektors

1. Gasgekühlter Hochtemperaturkernreaktor mit und — sofern nicht aktive Maßnahmen ergriffen wereinem aus Graphitblöcken, die an metallischen Hai- 5 den — zu unkontrollierter Freisetzung radioaktiver teelementen (2) aufgehängt sind, aufgebauten Dek- Spaltprodukte an die Umgebung kommen,
kenreflektor, dadurch gekennzeichnet, Aus der FR 21 38 327 ist ein flfissigmetallgekühlter daß die Halteelemente (2) hohl und an ein zu einer Kernreaktor bekannt, der ein zusätzliches, sich zum Teil externen Wärmesenke führendes, mit einem War- über die Decke des Reaktorbehälters erstreckendes metransportfluid füHbares und im Naturumlauf be- 10 Kühlsystem aufweist Dieses dient in erster Linie dazu, treibbares Leitungssystem f/z,/? angeschlossen sind während des Normalbetriebes das Aufreten größerer

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Temperaturdifferenzen zwischen Behälterwand und zeichnet, daß die Halteelemente (2) parallel an das -decke zu verhindern. Zwar ist vorgesehen, das System Leitungssystem (Λ,# angeschlossen sind. auch zur Nachwärmeabfuhr nach einem Störfall mit

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, mit einem obe- 15 Versagen der normalen Kühlmittelumwälzung zu verren und einem unteren thermischen Schild (12,13), wenden, doch handelt es sich hier um eine mehr flächige dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (h, Kühlung, die darauf abzielt, die Temperatur des gesam- i) zwischen dem oberen thermischen Schild (12) und ten Reaktors nicht über ein bestimmtes Maß ansteigen dem unteren thermischen Schild (13) angeordnet ist zu lassen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzeichnet, daß die Halteelemente (2) die Form eines richtung zum Ableiten der im Kern eines gasgekühlten oberen Zylinders (23) und eines unteren Zylinders Kernreaktors erzeugten Nachzerfallswärme zu schaf-(25) aufweisen, der auf einem Teil seiner Länge eine fen, mit der ein Versagen der Deckenbefestigung, eine runde Scheibe (21) zentrisch durchdringt und daß die Zerstörung oder Beschädigung des Deckenreflektors Scheibe im vertikalen Schnitt trapezförmig ist. 25 und auch unter als besonders ungünstig angenommenen

5. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Umständen eine unkontrollierte Freisetzung radioaktizeichnet, daß in den Halteelementen (2) eine bis in ver Spaltprodukte an die Umgebung vermieden wird.
Bodennähe führende, unten offenen Zufuhrleitung Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden (31) für das Wärmetransportfluid angeordnet ist, und Merkmale des Anspruches 1 gelöst Hierdurch wird die der Ringraum zwischen Zufuhrleitung (31) und Au- 30 Sicherheit des Kernreaktors bei Störfällen erhöht. Alßenwand des Rohres (24) als Abfuhrleitung (32) für ternativ wird entweder das Wärmetransportfluid ständas Wärmetransportfluid ausgestaltet ist. dig innerhalb des Deckenreflektors belassen oder es

wird dem Deckenreflektor erst im Bedarfsfall, vorzugs-

weise selbsttätig, aufgegeben. Bei der ersten Alternative

35 ist bei Normalbetrieb des Kernreaktors ein Energieverlust denkbar. Dieser dürfte aber gemessen an der ge-

Die Erfindung betrifft einen gaspekühlten Hochtem- wonnenen Wärmeenergie kaum von Bedeutung sein,

peraturkernreaktor mit einem aus Graphitblöcken, die zumal die untere Fläche des Deckenreflektors in diesem

an metallischen Halteelementen aufgehängt-sind, aufge- Zustand otinehin von relativ kaltem Kühlgas beströmt

bauten Deckenreflektor. 40 wird. Dem Vorteil der unmittelbaren Einsatzfähigkeit

Bei gasgekühlten Kernreaktoren wird nach Einfahren und dem möglichen Nachteil eines Wärmeenergieverluder Absorberstäbe im unterkritischen Zustand in erheb- stes stehen bei der zweiten Alternative der Vorteil keilichem Umfang Nachzerfallswärme erzeugt. Zum Ablei- nerlei Wärmeenergieverlustes und der Nachteil einer ten der Nachzerfallswärme wurden bisher gesonderte mittelbaren Einsatzfähigkeit gegenüber. Diese Maßnah-Wärmesenken eingesetzt, bei denen zur Erzeugung des 45 me hat den zusätzlichen erheblichen Vorteil, daß auf Zwangsumlaufes des Kühlgases die bereits für den Nor- diese Weise auch bei äußerst ungünstigen Umständen malbetrieb eingesetzten Kühlgashauptgebläse oder be- eine Überhitzung des Reaktorkerns verhindert werden sondere Nachzerfallswärmeabführgebläse benutzt wur- kann,
den. Eine über den Deckenreflektor gleichmäßig verteilte

Bei Normalbetrieb wird das Kühlgas im Kreislauf un- 50 Wärmeableitung wird bei der Einrichtung gemäß An-

terhalb des Deckelreflektors in den oberen Hohlraum spruch 2 dadurch erzielt, daß die Halteelemente für sich

des Hochtemperaturreaktors ein-, durch den Kern bzw. mit dem Leitungssystem parallel verbunden sind, wobei

den Kugelhaufen hindurch in den Heißgassammelraum, entsprechend der im Anspruch 3 gegebenen Ausgestal-

von diesem durch den Heißgaskanal, durch den Röhren- tung der Einrichtung des Leitungssystems zwischen den

spaltofen bzw. den Dampferzeuger und schließlich wie- 55 thermischen Schilden angeordnet ist.

der unterhalb des Deckenreflektors in den oberen Hohl- Im Anspruch 4 wird als vorteilhafte Ausgestaltung

raum geleitet. der Halteelemente vorgeschlagen, daß diese die Form

Bei Ausfall des Kühlgashauptgebläses bzw. der Nach- eines oberen und unteren Zylinders aufweisen, der auf

wärmeabfuhrgebläse kommt der Zwangsumlauf des einem Teil seiner Länge eine runde Scheibe zentrisch

Kuhigases zum Eriiegen und es steiien sich ein der 60 durchdringt und daß die Scheibe im vertikalen Schnitt

Zwangsumlaufrichtung entgegengerichteter Umlauf- trapezförmig ist.

sinn des Kühlgases infolge Naturkonvektion und eine Weiter wird im Anspruch 5 vorgeschlagen, daß in den geringere Wärmestrahlung auf den Deckenreflektor Halteelementen eine bis in Bodennähe führende, unten ein. Hierzu ist jedoch Voraussetzung, daß das Kühlgas offene Zufuhrleitung für das Wärmetransportfluid anunter Druck steht. Sinkt der Druck des Kühlgases auf 65 geordnet ist, und der Ringraum zwischen Zufuhrleitung weniger als 10 bar ab, so findet eine nennenswerte Na- und Außenwand als Abfuhrleitung für das Wärmetransturkonvektion nicht mehr statt und die gesamte Nach- portfluid ausgestattet ist.
zerfallswärme wirkt durch Wärmestrahlung auf den In den Zeichnungen ist der Gegenstand gemäß dem