DE2623978C2 - High-temperature nuclear reactor with residual heat dissipation via the ceiling reflector - Google Patents
High-temperature nuclear reactor with residual heat dissipation via the ceiling reflectorInfo
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Description
Anspruch 1 veranschaulicht bzw. anhand eines Ausführungsbeispiels in schematischer Weise dargestellt Es zeigt ·Claim 1 illustrates or shown schematically using an exemplary embodiment shows ·
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. 1 a gas-cooled nuclear reactor, a pebble-bed nuclear reactor with a ceiling reflector, cut along a vertical axis Level,
F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 im Bereich des Deckenreflektors, im vergrößerten Maßstab, undF i g. 2 shows an excerpt from FIG. 1 in the area of the ceiling reflector, on a larger scale, and
F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g, 2, in wiederum vergrößertem Maßstab.F i g. 3 shows a section from FIG. 2, again on an enlarged scale.
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 istAccording to FIG. 1 is in a gas-cooled nuclear reactor with core a. Steam generator b, cold gas lines c, hot gas lines d and heat sinks e of the ceiling reflector / at the same time designed as a heat exchanger which - as not shown further - is connected via pipes to a heat sink arranged outside the containment
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 istAccording to FIG. 2 and F i g. 3, the ceiling reflector consists of an upper thermal layer covered with carbon stones 11 Shield 12 and a lower thermal shield 13, which by means of anchor bolts 14 to a deformation-resistant Construction are connected. On the lower thermal shield 13 are an upper layer of graphite blocks 15, this by means of suspension element 151 and a lower layer of graphite blocks 16 attached to the one after below have gradually enlarged bore 161 or recess, which from below with a, means a lateral bolt 162 secured graphite bolt 163 is closed
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.Between the two layers of graphite blocks 15 and i5 is the actual heat exchanger, consisting of a large number of heat exchanger chambers g - F i g. 1 - arranged each for itself with a supply system h and drainage system / connected in parallel. The distribution lines hh and the manifolds // of these two systems are - F i g. 2 - housed between the upper and the lower thermal shield 12 and 13 and suspended from the upper thermal shield 12 in a pendulum manner in order to be able to follow thermally induced changes in position.
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.The heat exchange chambers g essentially consist of a hollow holding element 2, which for its arrangement between the two layers, graphite blocks 15 and 16 provided with recesses 155, 165 for this purpose, has a round disk 21 on which an upper cylinder 23 and a lower cylinder 25 are attached connect. The cbere cylinder 23 is equipped with means 231, such as a collar, threaded ring or adjusting ring, for fastening the holding element 2 to the lower thermal shield 13. The lower cylinder 25 is provided with a threaded section 251 and a self-locking nut 252 with an upwardly facing support surface 253 for the graphite block 16.
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 ausgebildetAccording to FIG. 3, the upper cylinder 23 and the lower cylinder 25 of the holding element 2 consist of two common concentric tubes 24 and 26, of which the tube 24 is closed with a base 241 and the tube 26 ends shortly before the base 241. The disk 21 is provided with central recesses 221-displacement body 27, radial openings 242 to the intermediate space 33. Inside the tube 26 there is a supply line 31 for the heat transfer fluid. The supply line 31 for the heat transfer fluid is connected to the distribution lines hh, the discharge line 32 for the heat transfer fluid to the collecting lines ü. The upper and the lower surface or wall of the disk 21 are designed to rise conically to their axis to a double trapezoidal cross-section
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.Between the upper layer fastened to the lower thermal shield 13 by means of the suspension bolts 151 Graphite blocks 15 and the lower layer of graphite blocks 16 held by means of the holding elements 2 is a horizontal one Gap 35 provided as thermal insulation.
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.On the upper cylinder 23 or the tube 24 there is an upwardly facing stop surface 245, on the graphite block 15 a corresponding stop surface 156 is arranged with which the graphite block 15 when the suspension bolt 151 is torn off while maintaining the gap between the recess 155 and the disk 21 as well of the gap 36 can be collected.
In Fig. 1 different states of the nuclear reactor are illustrated by means of directional arrows.
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.During normal operation - left half of the illustration - the heat transport fluid, here a cooling gas such as helium, flows in the direction of the arrows A below the ceiling reflector into the upper cavity of the core a, then through the pebbles in the core a, through the hot gas lines d . the steam generator b or a tube gap furnace and finally through the cold gas lines c again when a cycle is completed into the core a. The cooling gas is conveyed by means of a main cooling gas fan. This fan roughly corresponds to a post-heat removal fan - likewise not shown in any further detail. In this state, part of the coolant in the cold state, so-called cold gas, brushes along the ceiling reflector so that the radiant heat occurring there is largely dissipated.
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.If the main cooling gas fan or the residual heat removal fan and thus a forced delivery of the cooling gas fail, the circuit shown above comes to a standstill and, as a result of natural convection, the direction of circulation of the cooling gas is opposite to the forced circulation direction, as shown - also in the left half of the illustration - is shown in the direction of arrows B.
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.In this case, however, the cooling gas passes through a heat sink e instead of through the steam generator b. In this direction of the cycle, decay heat is dissipated to a sufficient extent, with the ceiling reflector being heated up by a certain amount. The prerequisite for convection and the circuit in the direction of arrows B is that there is a pressure of at least approx. 10 bar in the cooling gas.
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 —If the pressure in the cooling gas now falls to values below 10 bar, then natural convection or a coolant circulation caused by this in noteworthy! Scope no longer takes place. It now hits -
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.are welded. Inside the disk 21 is a displacement body on the tube 24 with a space between it and the wall thereof 27 attached. The discharge line 32 between the two pipes 24 and 26 for the The heat transfer fluid is closed at the level of the displacement body 27 with an annular stopper 28. In the tube 24 are above and below the as shown in the right half of the illustration - the total thermal radiation from the decay heat onto the ceiling reflector in the direction of the arrows C, as a result of which the holding elements 2 of the graphite blocks 15, 16 and the ceiling reflector are damaged or destroyed / as well as, unless other active measures already planned for this case are used or
55
eingesetzt werden, zu unkontrollierter Freisetzung radioaktiver Spaltprodukte an die Umgebung kommen , kann. Um einem solchen Fall vorzubeugen, ist der Dekkenreflektor /zugleich als Wärmetauscher ausgebildet,are used, lead to uncontrolled release of radioactive fission products into the environment, can. To prevent such a case, the ceiling reflector / is also designed as a heat exchanger,
der aus einer Vielzahl in dem Deckenreflektor /wesent- 5 'of a variety in the ceiling reflector / essential 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-borrowed between the layers of graphite blocks distributed heat exchange chambers g , to which the heat transfer fluid, here a cooling liquid, is supplied via the supply system Λ. The heat-laden transport fluid is discharged via the discharge system /
führt. In der Regel geschieht diese Kühlung aufgrund 'leads. As a rule, this cooling occurs due to '
von Konvektion, so daß es fremder Energie, wie zumof convection, so that there is alien energy, how to
Antrieb einer Pumpe, nicht bedarf, obwohl auch eine )Drive a pump, not required, although also one)
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. such can be provided. For the case shown here, the heat transfer fluid can be constantly in the system be present or, in an acute case, expediently automatically applied to the system.
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. According to FIG. 2 and F i g. 3 serve the heat exchanger chambers, in the form of the holding elements 2 at the same time as Suspensions for the graphite blocks 16 of the lower layer. A disadvantageous heating and thus destruction these suspensions can therefore never occur.
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 'According to FIG. 3, the cold heat transport fluid flows - as indicated by arrows - through the supply line 31 for the heat transport fluid to reverse at the bottom 241 and through the lower section of the discharge line 32 for the heat transport medium, the space 33 between the disk 21 and the displacement 30 '^ supply body 27, and finally r of the discharge line 32 cut to drain for the heat transport medium over the upper waste. The lower surface of the washer 21 and the lower graphite block 16 are placed face to face by the force of the nut 252 , so that a good transition of the heat flowing in the graphite block 16 in the direction of the dashed-dotted line arrows into the heat transport fluid is given, with not only the lower disk 21 of the holding element 2 but also - even if the lower cylinder 25 is used to a lesser extent for heat exchange. A heat flow from the graphite blocks 16 of the lower layer to the graphite blocks 15 of the upper layer through body or surface contact is reduced by a substantial part thanks to the gap 35. 45 '
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
5050
eoeo 6565
Claims (5)
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 größerer1. Gas-cooled high-temperature nuclear reactor with and - if no active measures were taken - made of graphite blocks suspended from metallic shells - for uncontrolled release of radioactive elements (2), decomposition products built up in the environment,
kenreflektor, characterized in that FR 21 38 327 a liquid metal-cooled one that the holding elements (2) are hollow and attached to a nuclear reactor, which has an additional, partly external heat sink, with a war- over extending over the ceiling of the reactor vessel has metransportfluid and circulates in natural circulation 10 cooling system. connected are larger occurrences during normal operation
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 es5. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in circumstances an uncontrolled release radioaktizeichnet that in the holding elements (2) one up in ver fission products to the environment is avoided.
This object is achieved by the characterizing (31) for the heat transport fluid, and features of claim 1. This increases the safety of the nuclear reactor in the event of accidents. The outer wall of the pipe (24) is designed as a discharge line (32) for either the heat transfer fluid or the heat transfer fluid. dig inside the ceiling reflector or leave it
den. Eine über den Deckenreflektor gleichmäßig verteilteIn the case of gas-cooled nuclear reactors, after running in and the possible disadvantage of a thermal energy loader, absorber rods in the subcritical state are, in the second alternative, the advantage of a widespread amount of decay heat generated. In order to divert heat energy loss and the disadvantage of decay heat, separate indirect usability has been opposed until now. This measure heat sinks used for generating the 45 me has the additional considerable advantage that the forced circulation of the cooling gas prevents the cooling gas main fan or overheating of the reactor core, which is already used for normal operation, even in extremely unfavorable circumstances Decay heat dissipation fan has been used,
the. One evenly distributed over the ceiling reflector
zerfallswärme wirkt durch Wärmestrahlung auf den In den Zeichnungen ist der Gegenstand gemäß demsense of the cooling gas as a result of natural convection and a further is proposed in claim 5 that in the lower heat radiation on the ceiling reflector holding elements a leading down to the bottom. A prerequisite for this, however, is that the cooling gas, an open supply line for the heat transfer fluid, is under pressure. If the pressure of the cooling gas drops to 65, and the annular space between the supply line falls by less than 10 bar, there is no longer a noticeable Na and outer wall as a discharge line for the heat transfer convection and the entire post-port fluid is equipped.
decay heat acts through thermal radiation on the In the drawings the object is according to the
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