DE1764640C

DE1764640C - High temperature nuclear reactor

Info

Publication number: DE1764640C
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Creusot-Loire, Paris; sot, Paris
Publication date: 1972-10-05

Description

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochtemperatur-Atomkernreaktor mit einem Rs.sktorkern und mit an einen .geschlossenen PrinVärkreislauf und an einen nach außen geführten Sekundärkreislauf angeschlossenen Wärmetauschern, bei dem der Reaktor- kern auf einem Graphitaufbau ruht, in dem Schächte vorgesehen sind, von denen jeder mit mindestens einem Kacil im Reaktorkern in Verbindung steht.The invention relates to a high-temperature atomic nuclear reactor with a Rs.sktorkern and with a closed primary cycle and with a secondary circuit connected to the outside, in which the reactor core rests on a graphite structure in which shafts are provided, each of which with at least a Kacil in the reactor core.

Atomkernreaktoren dieser Art sind in der schweizerischen Patentschrift 360 137, der französischen Patentschrift 1 164 £01 und der USA.-Patentschrift 3 238 106 beschrieben. Solche Atomkernreaktoren sind gegenüber einer Bauweise mit einem Metallgerüst für die Unterstützung des Reaktorkernes insofern im Vorteil, als Graphit ein weit befriedigenderes Hochtemperaturverhalten zeigt als die Metalle, die für einen Metallgerüstaufbau in Betracht kommen, so daß insbesondere die Gefahr einer Strukturänderung im Gefüge des Reaktorkerns infolge Ausdehnungserscheinungen in den Reaktorkern tragenden Gerüst bei einer Auswahl von Graphit als Material für dieses Gerüst nicht zu fürchten ist.Nuclear reactors of this type are described in Swiss patent specification 360 137, French patent specification 1 164 £ 01 and USA patent specification 3 238 106. Such atomic nuclear reactors have an advantage over a construction with a metal framework to support the reactor core in that graphite shows a far more satisfactory high-temperature behavior than the metals that can be used for a metal framework , so that there is a particular risk of a structural change in the structure of the reactor core as a result of expansion phenomena in the reactor core supporting framework is not to be feared when graphite is selected as the material for this framework.

Erhebliche Schwierigkeiten können sich bei einem solchen Gerüstaufbau jedoch für die Unterbringung der an den Reaktorkern anzuschließenden Wärmetauscher ergeben, da diese zum einen gegen die vom Reaktorkern ausgehende Strahlung aus Sicherheitsgründen möglichst weitgehend zu schützen sind, und zum anderen aus konstruktiven Gründen ihre Durchströmung mit dem aus dem Reaktorkern kommenden und in den Wärmetauschern zu kühlenden Gas von oben nach unten bevorzugt ist.Considerable difficulties can arise with such a scaffolding structure, however, for the accommodation of the heat exchanger to be connected to the reactor core, as this on the one hand against the from Radiation emanating from the reactor core must be protected as far as possible for safety reasons, and on the other hand, for structural reasons, their flow through with that coming from the reactor core and gas to be cooled from top to bottom in the heat exchangers is preferred.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochtemperatur-Atomkernreaktor der eingangs erwähnten Art in der Weise weiterzubilden, daß diesen beiden Forderungen für die Anordnung der Wärmetauscher Rechnung getragen ist, ohne daß dazu aufwendige und den Reaktor als Ganzes verteuernde und komplizierende Sondervorkehrungen erforderlich sind.The invention is therefore based on the object of providing a high-temperature atomic nuclear reactor of the initially mentioned mentioned type in such a way that these two requirements for the arrangement of the Heat exchanger is taken into account without the need for expensive and complicating special precautions which make the reactor as a whole more expensive required are.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Schächten die Wärmetauscher untergebracht sind.This object is achieved according to the invention in that the heat exchangers are housed in the shafts.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei dem erfindungsgemäßen Atomkernreaktor verlaufen die Schächte mit den Wärmetauschern vertikal und sind in der Verlängerung von Kanälen im Reaktorkern angeordnet.In a preferred embodiment, run in the atomic nuclear reactor according to the invention the shafts with the heat exchangers are vertical and are arranged in the extension of channels in the reactor core.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Hochtemperatur-Atomkernreaktor veranschaulicht. Es zeigenIn the drawing, the invention is based on exemplary embodiments of an inventive trained high-temperature nuclear reactor illustrated. Show it

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kernreaktor,F i g. 1 shows a longitudinal section through a nuclear reactor according to the invention,

Fig. 2 eine Darstellung der längs der Achse eines Brennstoffkanals und in Verlängerung davon aufeinanderfolgenden Bauteile in größerem Maßstab entsprechend einer Schnittlinie H-II in Fig. 3,Fig. 2 is an illustration of the along the axis of a Fuel channel and, as an extension thereof, successive components on a larger scale according to a section line H-II in Fig. 3,

Fig. 3 eine Teilansicht des Graphitaufbaues,3 shows a partial view of the graphite structure,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante für die Schächte mit den Wärmetauschern in dem Graphitaufbau entsprechend einer Schnittlinie IV-IV in Fig. 5 und4 shows a variant embodiment for the shafts with the heat exchangers in the graphite structure according to a section line IV-IV in Fig. 5 and

Fig. 5 einen Schnitt durch die gleiche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kernreaktors entlang einer Schnittlinie V-V in Fig. 4.5 shows a section through the same embodiment of a nuclear reactor according to the invention along a section line V-V in FIG. 4.

Bei der in Fig. I veranschaulichten Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Kernreaktors sind alle seine Bauteile in einem Druckgefäß I aus SpannbetonIn the embodiment of a nuclear reactor according to the invention illustrated in FIG its components in a pressure vessel I made of prestressed concrete eingeschlossen. Der Reaktorkern 2 ist aus einer Viel· zahl von hexagonalen SäulenJ (Frg 5) aufgebaut, die gemeinsam einen Moderatorstapel aus Graphit bilden und jeweils Kanäle 4 für die Aufnahme von Brennstoffelementen oder von Steuerstaben ent-locked in. The reactor core 2 is made of a lot number of hexagonal columnsJ (Frg 5) built up, which together form a moderator stack made of graphite and each channel 4 for receiving Fuel elements or control rods

Vn seiner Oberseite ist der Reaktorkern! mit Platten abgedeckt, die gemeinsam eine obere thermische Abschirmung 5 bilden, und außerdem wird der Reaktorkern 2 von einem Reflektor 6 umgeben. On top of it is the reactor core! covered with plates which together form an upper thermal shield 5, and the reactor core 2 is also surrounded by a reflector 6.

Das gesamte die aktiven Teile enthaltende Aggreeat ruht auf einem Graphitaufbau 7, der sich semer-KMts aus einer Mehrzahl von hexagonalen Säulen 8 aus Graphit (Fig. 3) zusammensetzt, die den Säulen 3 des Reaktorkerns 2 entsprechen. Jeder der Brennstoffkanäle 4 des Reaktorkerns 2 setzt sich in einem Schacht 9 fort, der in die entsprechende Säule 8 des Graphitaufbaues 7 eingearbeitet istThe entire aggregate containing the active parts rests on a graphite structure 7, which consists of a plurality of hexagonal columns 8 composed of graphite (Fig. 3), which correspond to the columns 3 of the reactor core 2. Everyone who The fuel channels 4 of the reactor core 2 are continued in a shaft 9, which is in the corresponding Column 8 of the graphite structure 7 is incorporated

Der gesamte Reaktorkern 2 und der Graphitaufbau7 ruhen izemeinsam auf einer Vielzahl von hohlen Pfeilern 10, die jeweils den Säulen 3 bzw. 8 entsprechen. .The entire reactor core 2 and the graphite structure 7 together rest on a plurality of hollow pillars 10 corresponding to pillars 3 and 8, respectively. .

Die Pfeiler 10 welche die Säulen 3 bzw. 8 mit den Brennstoffkanälen 4 bzw. den Schächten 9 tragen, sind als Hohlrohre ausgebildet und verbinden die Schächte 9 in dem Graphitaufbau 7 mit Schachten 11, die in den unteren Teil des Druckgefäßes 1 eingelassen sind. ....... . .-.The pillars 10 which the pillars 3 and 8 with the Carrying fuel channels 4 and the shafts 9 are designed as hollow tubes and connect the Shafts 9 in the graphite structure 7 with shafts 11 which are let into the lower part of the pressure vessel 1. ........ .-.

Im Inneren der Schächte 9 sind Wärmetauscher 12 aneeordnet. Diese lassen sich daher durch die hohlen Pfeiler 10 und die Schächte 11 abbauen und aus dem Druckgefäß 1 herausnehmen.Heat exchangers 12 are located inside the shafts 9 arranges. These can therefore be dismantled and removed through the hollow pillars 10 and the shafts 11 remove from pressure vessel 1.

Der Reflektor 6 ruht auf den Pfeilern 10 und auf einer Umhüllung 13, die unterhalb des Graphitaufbaues 7 eine dicht abgeschlossene Kammer 14 be-The reflector 6 rests on the pillars 10 and on a sheath 13 which forms a tightly sealed chamber 14 below the graphite structure 7.

uer Reaktorkern 2 und der Graphitaufbau 7 werden gemeinsam von einer seitlichen thermischen Abschirmung 15 umgeben, und außerdem ist das Innere des Druckgefäßes 1 mit einer Wärmedämmschicht 16 ausgekleidet.The reactor core 2 and the graphite structure 7 are jointly surrounded by a lateral thermal shield 15, and the interior of the pressure vessel 1 is also lined with a thermal insulation layer 16.

Die Betriebsweise des dargestellten Kernreaktors ähnelt der eines üblichen Kernreaktors.The mode of operation of the nuclear reactor shown is similar to that of a conventional nuclear reactor.

Der Brennstoff und die Steuerstäbe werden in die Kanäle 4 des Reaktorkern 2 durch Lade- und Steuerschächte 17 und durch Führungsrohre 18 hindurch eingeführt.The fuel and the control rods are in the channels 4 of the reactor core 2 by loading and Control shafts 17 and inserted through guide tubes 18 therethrough.

Die Brennstoffkanälen 4 im Reaktorkern 2 entsprechenden Führungsrohre 18 für den Brennstoff weisen öffnungen 19 auf.The fuel channels 4 in the reactor core 2 correspond to guide tubes 18 for the fuel have openings 19.

Durch ein Turbogebläse 20 wird ein Primärkreislauf für ein Kühlgas aufrechterhalten. Das Kühlgas wird seitlich an dem Reaktorkern 2 entlanggeblasen und tritt in den oberen Teil des Druckgefäßes 1 ein, wobei es die thermische Abschirmung 15 und die Wärmedämmschicht 16 kühlt. Anschließend tritt es durch die öffnungen 19 in die Brennstoffkanäle 4 ein, erhitzt sich im Innern des Reaktorkerns 2 und durchströmt anschließend die Schächte 9, wobei es einen Neutronenschutzschild 21 für die Wärmetauscher 12 umspült. Anschließend wird es im Inneren der Schächte 9 in den Wärmetauschern 12 abgekühlt, tritt durch öffnungen 22 in den hohlen Pfeilern 10 aus und sammelt sich in der als Ansaugkammer für die Gebläse 20 dienenden Kammer 14.A primary circuit for a cooling gas is maintained by a turbo blower 20. The cooling gas is blown along the side of the reactor core 2 and enters the upper part of the pressure vessel 1, wherein it cools the thermal shield 15 and the thermal barrier layer 16. Then it kicks through the openings 19 into the fuel channels 4, heats up inside the reactor core 2 and It then flows through the shafts 9, washing around a neutron protective shield 21 for the heat exchangers 12. Then it gets inside the shafts 9, cooled in the heat exchangers 12, passes through openings 22 in the hollow pillars 10 and collects in the chamber 14 serving as a suction chamber for the blower 20.

Außerdem werden die Wärmetauscher 12 von einem Sekundärkreislauf durchflossen, der beispielsweise eine Turbine mit Dampf versorgt. DarüberIn addition, a secondary circuit flows through the heat exchangers 12, which, for example, supplies a turbine with steam. About it

Claims

In addition, a second circuit 23 can be provided for superheating this steam (FIG. 4). In the previously described embodiment of a nuclear reactor according to the invention, each fuel channel 4 opens into a shaft 9 with heat exchangers 12, but several fuel channels 4 can just as well open into a single shaft 9 with heat exchangers 12. An embodiment of the invention of this type is shown in FIGS. 4 and 5 illustrated. Each column 8 of the graphite structure 7 corresponds to seven hexagonal columns 3 in the reactor core 2, some of which contain fuel ducts and other control rods. The fuel channels 4 of one and the same group open into one and the same shaft 9. Each heat exchanger 12 therefore belongs to seven columns 3 in the stacked structure of the reactor core 2. Each column 8 rests on a hollow pillar 10, the shaft 9 with a shaft 11 for the expansion of the heat exchanger 12 in the pressure vessel 1 connects. It can therefore be seen that the construction of a nuclear reactor according to the invention enables the heat stored in the cooling gas to be recovered in the interior of the graphite structure 7 and that metallic components, such as e.g. B. the supporting pillars 10 or the envelope 13 as well as the thermal shield 15 and the thermal insulation layer 16 are only exposed to a moderate and substantially uniform temperature. Of course, the invention is not limited to the embodiment shown and the modifications described therefrom. In particular, a different shape or a different arrangement of the columns 3 in the stacked structure of the reactor core 2 and, accordingly, of the columns 8 in the graphite structure 7 can be selected. In addition, the shafts 9 with the heat exchangers 12 can be connected to a larger number of fuel channels 4 in order to be able to reduce the number of heat exchangers 2. Finally, any other method for cooling the reactor core and for recovering the heat by means of the heat exchanger 12 arranged in the interior of the graphite structure 7 supporting the reactor core 2 can also be used. Patent claims:

1. High-temperature nuclear reactor with a reactor core and with a closed one Primary circuit and connected to an external secondary circuit Heat exchangers, in which the reactor core rests on a graphite structure, are provided in the shafts each of which communicates with at least one duct in the reactor core stands, characterized in that the heat exchangers (12) are housed in the shafts (9) are.

2. Reactor according to claim 1, characterized in that the shafts (9) with the heat exchangers (12) run vertically and in the extension of channels (4) in the reactor core (2) are arranged.

3. Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the graphite structure (7) in on rests in a known manner on hollow pillars (10) which are each coaxial with the shafts (9) run and run through the pressure vessel (1) of the reactor in shafts (U) i'ür the Continue removing the heat exchanger (12).

4. Reactor according to claim 3, characterized in that the hollow posts (10) have openings (22), through the cooling gas of the primary circuit in one of a tight cylindrical Envelope (13) limited suction chamber (14) escapes.

5. Reactor according to claim 1 or 2, dadurc'i characterized in that the graphite structure (7) is composed of adjacent vertical columns (8) each of which carries a column (3) of the stack structure of the reactor core (2) and houses a heat exchanger (12).

6. Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that each shaft (9) with Heat exchangers (12) arranged between the reactor core (2) and the heat exchanger (12) Has Ncutronenschutzsehild (21), channels for the passage of the gas of the primary circuit remain.