DE3519935C2

DE3519935C2 - Hochtemperatur-Kernreaktor

Info

Publication number: DE3519935C2
Application number: DE3519935A
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof. Dr.-Ing. Kugeler; Jutta Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Mühlensiep; Peter-W. Dr.-Ing. Phlippen; Peter Dr.-Ing. 4100 Duisburg Schmidtlein
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: KUGELER, KURT, PROF. DR.-ING., 5170 JUELICH, DE FR
Priority date: 1985-06-04
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1987-03-19
Also published as: CH671111A5; NL8601264A; DE3519935A1

Abstract

In einem Druckbehälter (18) des Hochtemperatur-Kernreaktors sind ein von einem Seitenreflektor (2), einem Bodenreflektor (3) und einem Deckenreflektor (4) ummanteltes Core (1) und mindestens ein Wärmetauscher (10) angeordnet. Die Anordnung ist so gewählt, daß der Wärmetauscher (10) in einem Parallelabstand zum Core im aus Graphit bestehenden Seitenreflektor (2) eingebettet ist. Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile. So läßt sich die gesamte heiße Seite des Primärkreislaufs innerhalb der graphitischen Einbauten anordnen, wodurch baulich und sicherheitstechnisch aufwendige, nach außen führende große Durchbrechungen des Druckbehälters (18) entbehrlich sind. Ferner läßt sich durch die Einbettung der Wärmetauscher innerhalb des Seitenreflektors (2) im Störfall aufgrund des hohen Wärmeleitvermögens des Graphits eine sehr wirksame passive Kühlung aufrechterhalten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Kernreaktoren mit einem gasgekühlten Reaktor-Core sind allgemein bekannt; vgl. beispielsweise die DE-OS 31 41 734. Diese bestehen im wesentlichen aus beispielsweise einem zylindrischen Spannbeton-Druckbehälter, einer darin zentral angeordneten, das Reaktor-Core aufnehmenden Kaverne, einem diese allseitig umgebenden thermischen Schild sowie Dampferzeugern, Gebläsen und Kühlgasleitungen zwischen dem Core und den wärmetauschenden Einrichtungen. Das aus dem Gebläse zurückströmende Kaltgas wird über eine Kaltgaskammer ins Core geführt.
Es wurden auch bereits in Abhängigkeit vom Reaktortyp verschiedene Anordnungen der Komponenten relativ zueinander vorgeschlagen.
Bei einem als THTR-300 bekannten Kugelhaufen-Kernreaktor sind die Dampferzeuger auf einem Teilkreis um das Core außerhalb eines das Core umschließenden Graphitmantels auf etwa gleicher Höhe wie das Core angeordnet. Dabei sind die zur Umwälzung des Kühlgases erforderlichen Gebläse in einer Seitenwand des Spannbeton-Behälters untergebracht.
Abweichend von dieser Anordnung, ist es aus der GB-PS 10 25 859 bekannt, die Dampferzeuger in axialer Richtung versetzt unterhalb des Cores anzuordnen. Die Gebläse sind auch bei dieser Anordnung wiederum in der Seitenwand des Druckbehälters installiert, jedoch unterhalb der Dampferzeuger.
Aus der DE-OS 31 41 734 ist ein Hochtemperatur-Kernreaktor der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei dem Hauptdampferzeuger in dem von der Kavernenwand und dem thermischen Seitenschild gebildeten Ringraum untergebracht sind. Dabei sind ein Sammler- und Verteilersystem in einem vertikalen Durchbruch in der Druckbehälterdecke und Hauptgebläse in horizontalen Durchbrüchen im oberen Teil der zylindrischen Druckbehälterwandung angeordnet. Weiterhin sind Hilfsdampferzeuger in vertikalen Durchbrüchen im Boden des Druckbehälters und Hilfsgebläse in horizontalen Durchbrüchen im unteren Teil der Druckbehälterwandung untergebracht. Die vertikalen Durchbrüche in der Druckbehälterdecke sind durch jeweils zwei im betreffenden Durchbruch angeordnete Stahldeckel abgeschlossen.
Bei diesem bekannten Hochtemperatur-Kernreaktor sollen die Hilfswärmetauscher im Falle ihrer Anordnung in der Kaverne je nach ihrer Position in bezug auf den Reaktorkern zur Verbesserung der Naturkonvektion bei der Nachwärmeabfuhr beitragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochtemperatur- Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß im Störfall eine zuverlässigere Abfuhr der nach kernphysikalischen Gesetzen über längere Zeit entstehenden Nachzerfallswärme mit passiven Mitteln gewährleistet ist, und bei dem für Wärmeübertragungsleitungen des Primärkreislaufes keine radialen Durchbrüche in der drucktragenden Ummantelung des Cores vorgesehen werden müssen.
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Hochtemperatur-Kernreaktor dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher im Graphitmantel des Cores eingebettet ist.
Durch die so ausgebildete Wärmetauscheranordnung ist zunächst die Teilaufgabe gelöst, im Störfall die passive Aufrechterhaltung der Umwälzung des Wärmeträgermediums durch freie Konvektion zu erzielen. Dabei trägt das außerordentlich hohe Wärmeleitvermögen des Graphitmantels zu einer Temperaturstabilisierung bei. Kann der Wärmetauscher nicht mehr zur Wärmeabfuhr herangezogen werden, so führt der das Core umgebende Graphit die Nachzerfallswärme durch die Druckbehälterwand an die Umgebung ab. Somit können spezielle kostspielige Nachwärmeabfuhrsysteme ohne sicherheitstechnische Nachteile entfallen.
Mit dieser Wärmetauscheranordnung ist aber auch die Teilaufgabe gelöst, daß für Wärmeträgerleitungen des Primärkreislaufes keine radialen Durchbrüche in der drucktragenden Ummantelung des Cores vorgesehen werden müssen, weil für den Anschluß des Primärkreislaufes an die Saug- und Druckseite einer Fördereinrichtung ein axialer Durchbruch, vorzugsweise in einer stirnseitigen Abdeckung, völlig ausreicht. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache konstruktive Gestaltung der Core-Ummantelung bei gleichzeitig vollständigem Einschluß des radioaktiven Inventars. Die Leitungen für das Wärmeträgermedium erfordern keine drucktragenden Elemente; sie können vollständig keramisch ausgebildet werden, wodurch sie sehr viel höheren Temperaturen im Vergleich zu metallischen Leitungen standhalten.
Um für eine ausreichende Einbettung eines Wärmetauschers in der Graphit-Ummantelung des Cores genügend Freiraum zu erhalten, ohne daß dazu die Querschnittsdimensionierung der Ummantelung über übliche Maße hinaus vergrößert werden muß, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Querschnitt des Cores einem Ringsegment entspricht, das konzentrisch von einem außen zylinderförmigen Mantel aus Graphit umgeben ist, wobei das zum Ringsegment des Cores komplementäre Ringsegment durch eine Erweiterung des zylinderförmigen Graphitmantels ersetzt ist.
Die Querschnittsdimensionierung der Ummantelung läßt sich aber auch nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch in verhältnismäßig engen Grenzen halten, daß der Querschnitt des Cores einem Rechteck entspricht, das konzentrisch von einem außen zylinderförmigen Mantel aus Graphit umgeben ist und dieser auf zwei dem Core gegenüberliegenden Breitseiten je einen Core-freien Kreisabschnitt aufweist, in dem jeweils mindestens ein Wärmetauscher eingebettet ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Kernreaktors dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch den Reaktor;
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1;
Fig. 3 bis 5 je einen horizontalen Schnitt nach den Linien C-D, E-F bzw. G-H der Fig. 1.
Ein in nahezu jedem Querschnitt im wesentlichen rechteckiges plattenförmiges Core 1 aus kugelförmigen Brennelementen, die in einer Graphitmatrix umhüllte Spaltstoffpartikel enthalten, ist ringsum von einem außen zylindrischen Seitenreflektor 2 umgeben, der unterhalb des Cores 1 in einen kreisförmigen Bodenreflektor 3 und oberhalb des Cores 1 in einen gleichfalls kreisförmigen Deckenreflektor 4 übergeht. Die Reflektoren 2, 3 und 4 sind aus neben- und übereinander angeordneten Graphitblöcken zu einer außen zylinderförmigen Baueinheit zusammengesetzt.
Während im Deckenreflektor 4 konzentrisch ein kolbenförmiger Zentralstopfen 5 eingesetzt ist, befindet sich innerhalb des Bodenreflektors 3 gleichfalls in konzentrischer Anordnung eine sogenannte Säulenhalle 6. Ein zylinderförmiger Kernbehälter 7 umschließt die vorbeschriebene, auf einem bodenseitig angeordneten Kugellager 8 ruhenden Core-Einbauten.
Konzentrisch zur Säulenhalle 6 ist ein vom Core 1 vertikal nach außen führendes Kugelabzugsrohr 9 vorgesehen.
Auf einer Breitseite des plattenförmigen Cores 1 ist im Seitenreflektor 2 ein Wärmetauscher 10 eingebettet, der an eine Kalt- und Heißwasserleitung 11 angeschlossen ist, die Stränge eines Sekundärkreislaufs bilden. Der Wärmetauscher 10 wird von der Säulenhalle 6 aus durch einen Primärkreislauf beaufschlagt. Zu diesem gehört ein über dem Core 1 angeordnetes Gebläse 12, das, wie die in der Zeichnung eingetragenen Pfeile verdeutlichen, mit seiner Saugseite an einem Gasführungskanal 13 und mit seiner Druckseite am Core 1 angeschlossen ist.
Über eine Brennelementzugabe-Einrichtung 14, die unter einer Trennplatte 15 angeordnet ist, wird das Core 1 mit den kugelförmigen Brennelementen gleichmäßig über seinen horizontalen Querschnitt beschickt. Um einem übermäßigen Druckanstieg zwischen Ober- und Unterseite der Trennplatte 15 zu begegnen, ist außermittig in der Trennplatte 15 eine Ausgleichsleitung 16 vorgesehen.
In Nähe der vertikalen Begrenzung des Cores 1 sind innerhalb des Seitenreflektors 2 Kanäle zur Aufnahme von Steuerstäben 17 vorgesehen, durch die sich in Abhängigkeit von ihrer Eindringtiefe die Neutronenabsorption bis zur Abschaltung des Reaktors steuern läßt.
Ein aus Ringschüssen aufgebauter zylindrischer Druckbehälter 18, verspannt durch Axialkabel 19 und Radialkabel 20, schließt den von außen nur über ein im Behälterdeckel angeordnetes Mannloch 21 zugänglichen Hochtemperatur- Kernreaktor vollständig ein.

Claims

1. Hochtemperatur-Kernreaktor mit einem Druckbehälter, in dem ein von Graphit ummanteltes Core (1) und mindestens ein Wärmetauscher (10) angeordnet sind, wobei die Längsachsen von Core (1) und Wärmetauscher (10) parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) im Graphitmantel des Cores (1) eingebettet ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Graphit in Abständen vom Core (1), die kürzer sind als der Abstand zwischen dem Core (1 ) und dem Wärmetauscher (10), Steuerelemente (17) aufnehmende Kanäle vorgesehen sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Cores (1) einem Ringsegment entspricht, das konzentrisch von einem außen zylinderförmigen Mantel aus Graphit umgeben ist, wobei das zum Ringsegment des Cores komplementäre Ringsegment durch eine Erweiterung des zylinderförmigen Graphitmantels ersetzt ist.

4. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Cores (1 ) einem Rechteck entspricht, das konzentrisch von einem außen zylinderförmigen Mantel aus Graphit umgeben ist, und dieser auf zwei dem Core (1) gegenüberliegenden Breitseiten je einen Core-freien Kreisabschnitt aufweist, in dem jeweils mindestens ein Wärmetauscher eingebettet ist.