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WO2002061761A1 - Reflektorblock für hochtemperaturreaktor - Google Patents

Reflektorblock für hochtemperaturreaktor Download PDF

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Publication number
WO2002061761A1
WO2002061761A1 PCT/DE2002/000068 DE0200068W WO02061761A1 WO 2002061761 A1 WO2002061761 A1 WO 2002061761A1 DE 0200068 W DE0200068 W DE 0200068W WO 02061761 A1 WO02061761 A1 WO 02061761A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reflector
groove
horizontal
blocks
tongue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2002/000068
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Barnert
Jasbir Singh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of WO2002061761A1 publication Critical patent/WO2002061761A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C11/00—Shielding structurally associated with the reactor
    • G21C11/06—Reflecting shields, i.e. for minimising loss of neutrons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature reactor (HTR), in particular the side reflector of such an HTR, comprising individual reflector blocks.
  • HTR high-temperature reactor
  • HTTR high temperature test reactor
  • the reflector blocks surrounding the in-core components are geometrically adapted to the hexagonal graphite blocks.
  • Eight individual permanent reflector blocks are arranged in vertical columns, the entire circumference being formed by 12 columns.
  • Horizontal and vertical springs on the outside of the permanent reflector blocks serve to position the individual blocks against each other.
  • the permanent reflector blocks have horizontal and vertical sealing elements on the outside, which serve to limit leakage flows.
  • HTR high temperature pebble-bed reactor
  • These ceramic internals include the side reflector, comprising an inner and an outer reflector ring wall.
  • Several reflector blocks placed flush on top of one another and held in mutual positioning by dowels in the base areas form a column.
  • Several columns placed side by side form the ring walls of the side reflector.
  • the individual reflector blocks of the columns of the inner ring wall are connected to one another by so-called wedges, of the same height as the reflector blocks.
  • the function of these wedges are tongues and grooves.
  • the inner ring wall is mainly used for the reflection of neutrons, the outer one is mainly used for thermal insulation.
  • the mechanical forces from the filling with spherical fuel elements are transferred directly from the pillars to a metal circumferential wall (called a thermal shield for the THTR).
  • the columns are regularly set up in such a way that a gap, also called a column gap, remains between every two columns in all operating states.
  • the column gaps are closed by wedges in the groove system, as a result of which the leakage current through the column gaps is limited to an admissible level.
  • the leakage flow through the horizontal joints between the layers of the reflector blocks is limited to a permissible level by the joints of the reflector blocks standing on top of one another according to the prior art.
  • a disadvantage in this construction of a HTR is that an unexpected decrease in temperature by measuring comparable ⁇ > different temperatures was found in the individual holes of the side reflector in the commissioning phase of the THTR.
  • three bypass mass flows of a total of 7% of the cooling mass flow at the core outlet are regarded as justification, as in the dissertation: Jürgen Hoffmann, "Plant simulation of the THTR-300 using the example of recorded start-up attempts", RWTH Aachen, day of the oral Test: May 11, 1990.
  • the temperature measurements of the THTR indicated only three altitudes, in which a horizontal gap gap occurred. This indeterminacy is based on the fact that the individual reflector blocks of each column are not individually guided, but are mainly lying on top of one another due to their mass and fixed by dowels.
  • the object of the invention is to provide a simpler structure for a side reflector of a high-temperature reactor (HTR) than is known from the prior art, which also largely prevents leakage currents. Furthermore, it is the object of the invention to meet special conditions from the application for a helium turbine process with regard to loads from larger pressure differences and pressure transients The object is achieved by a side reflector with individual reflector blocks, a single reflector block comprising the entirety of the features according to claim 1. Advantageous embodiments of the reflector block according to the invention result from the related claims.
  • the reflector block for a high temperature reactor according to claim 1 comprises at least one vertical groove
  • a groove is to be understood as an elongated recess in the surface for receiving additional construction parts by counterparts corresponding to the groove, such as wedges or springs (tongue and groove system).
  • it is a recess with a rectangular profile, which is formed over the entire height of the side surfaces (vertical end face) of the reflector block.
  • the reflector block according to the invention also has at least one further horizontal groove.
  • This horizontal groove is advantageously formed over the entire width (horizontal face) of the reflector block.
  • the reflector block has a horizontal groove on the upper and lower end faces.
  • a further advantageous embodiment according to claim 4 provides that the vertical groove, or the vertical grooves, and the horizontal groove, or grooves lie in one plane. Especially for a block where two side faces (vertical end faces) and grooves are formed on the two base faces (horizontal end faces), this configuration advantageously leads to a circumferential notch.
  • a further special embodiment according to claim 5 provides for the dimensions of the vertical and horizontal grooves to be dimensioned similarly.
  • the Klaff gaps that form are geometrically closed, the leakage flow is limited to an acceptable level by means of appropriate fit tolerances, and the closure of the Klaff gaps is allowed without hindrance when the normal operating temperature gradients disappear.
  • a suitable fit tolerance to meet the two aforementioned requirements is, for example, the fit tolerance class "mobility with plenty of play".
  • the tongue and groove system in the horizontal joints is similar to the tongue and groove system in the column gaps known from the prior art.
  • the difference is in the first mentioned system in the mecha- nik the formation and closure of the gap gap, which requires a fit with a larger game than the latter.
  • the boundary condition applies that the functions of both systems do not interfere with each other. This is achieved through appropriate shaping.
  • FIG. 1 Inner side reflector of a high temperature reactor (HTR) with a vertical tongue and groove system according to the prior art (the arrangement of the dowels has been omitted)
  • Figure 2 Formation of gaping horizontal gaps
  • FIG. 3 Inner side reflector of a high-temperature reactor (HTR) with an additional horizontal
  • Embodiment 1 Inner side reflector of an HTR
  • Embodiment 2 outer side reflector of an HTR
  • FIG. 8 Embodiment 3: inner side reflector of an HTR.
  • FIG. 1 shows part of the inner ring wall of a side reflector for a high-temperature reactor, comprising four reflector blocks 1 a, 1 b, 2 a, 2 b.
  • Blocks la and 2a like blocks lb and 2b, are arranged as a column, the individual blocks being fixed flush with one another by dowels (not shown in FIG. 1). Due to the design, there is a column 9 between the columns. This gap takes into account the fact that the reflector blocks expand when the temperature rises. This effect is partially absorbed by the gap 9.
  • the individual blocks have vertical grooves 10 on each of two opposite side faces (vertical end faces).
  • the grooves are arranged in such a way that the grooves complement one another in a type of guide in the case of two adjacent blocks.
  • This tongue and groove system serves in particular to seal the gaps 9 between the individual blocks of a reflector wall. This design corresponds to the state of the art for both the inner and the outer side reflector wall of a high-temperature reactor.
  • FIG. 2 explains the effect that individual gaping gaps arise in a few layers of blocks of the reflector wall.
  • Figure 2a is a reflector column with the Blocks 1 to 7 shown in section, namely in the installed state, or for conditions of constant temperature.
  • the blocks are mutually fixed and positioned vertically by dowels.
  • the vertical tongue and groove system is used for sealing.
  • FIG. 2b shows the same reflector column under normal operating conditions. Inside, ie towards the ball core, the temperatures are higher. This applies both to the outer reflector wall, the function of which is the insulation, and to the inner reflector wall.
  • the higher temperature leads to greater thermal expansions on the inside of the reflector wall compared to the outside. This would lead to a bending of the reflector column to the outside if it were installed freely.
  • FIG. 2 b shows the formation of a gap gap 12 between the blocks 4 and 5 in a greatly exaggerated manner. As a result, they lie edge-on-edge and are arranged slightly tilted relative to the tilting edge 13. Such gap gaps regularly result in large leakage currents, which have a disadvantageous effect on the operation of the reactor. This should definitely be avoided.
  • FIG. 3 shows, similarly to FIG. 1, part of a side reflector for a high-temperature reactor, comprising four reflector blocks 1 a, 1 b, 2 a, 2 b. Furthermore, the column gap 9 between two reflector columns and a vertical spring (wedge) 11 are shown. According to the invention, the reflector blocks now additionally have horizontal grooves 15 and 17, respectively.
  • the geometrically precisely fitting horizontal springs 14 serve as a seal for the grooves 15 and 17. They form the tongue and groove system in the horizontal joints. With the tongue and groove system, it is arranged in a functionally coordinated manner in the column columns.
  • the gap gap 12 is closed by springs 14 which lie in the grooves 15 (in reflector block 1a) and 16 (in reflector block 1b) and 17 (in reflector block 2a) and 18 (in reflector block 2b).
  • This tongue and groove system is advantageously arranged in the horizontal joints so that it lies in the same plane as the tongue and groove system in the column gaps. This results in a circumferential groove in the individual reflector blocks.
  • Appropriate dimensions of the two tongue and groove systems ensure that the mating surfaces, which function here as sealing surfaces yaw, the two systems merge. The arrangement ensures that columns are closed to a maximum.
  • Figures 4 and 5 show advantageous arrangements of the two tongue and groove systems based on different sectional drawings.
  • the required qualities of the fit clearance namely a relatively large clearance for the tongue and groove system in the horizontal joints 15, 16, 17 and 18 with tongue 14, are at relative small play for the tongue and groove system in the vertical grooves 10 with the tongue 11 can be achieved.
  • FIG. 4 shows an arrangement with a "continuous" spring 14, ie the spring 14 covers the column gap 9 in that it lies in the grooves of two columns a and b.
  • This arrangement is advantageous because the greatest geometric coverage of possible gap gaps is achieved and the possible displacement of the spring 11 for each spring 11 is prevented individually by the spring 14 by positive locking.
  • Figure 5 :
  • FIG. 5 shows an arrangement with a “non-continuous” spring 14, which also achieves the object on which the invention is based and which fulfills the requirements set therein.
  • Reflector block and tongue and groove systems in the horizontal joints for the inner wall of the side reflector are Reflector block and tongue and groove systems in the horizontal joints for the inner wall of the side reflector.
  • the reflector blocks 1a and 2a represent a left column
  • reflector blocks 1b and 2b represent a right column (viewed from the inside).
  • the column gap 9 This is closed by springs 11, which lie in the associated grooves 10.
  • the positioning of the reflector blocks in the columns and the columns in the base plate and in the cover plate takes place by means of the dowels 19, which together with the circular depressions in the base surfaces (the upper and lower) of the reflector blocks functionally designate a spring - Show grooves system.
  • the bore 20 regularly receives a reflector rod sleeve and serves the function of switching off. Up to this point, this paragraph describes the state of the art.
  • the gap gap 12 is formed by rotating individual blocks around the tilting edge 13.
  • the corresponding layers, lower layer, represented by reflector blocks 1a and 1b and upper layer, represented by reflector blocks 2a and 2b, are after relative rotation around the tilting edge 13 Corner on corner.
  • the gap gap 12 is closed by spring 14 concluded.
  • the associated halves of the groove are marked with 15, 16, 17 and 18.
  • the functional dimensions and fit of the tongue and groove system in the horizontal joints 15-18 are e.g. B. 60 mm, H7 / e7 or e8, which sets a larger game than the tongue and groove system 11/10 in the column columns 9 with, for example, 60 mm, H7 / f7.
  • the longitudinal dimension of the spring 14 is selected such that it advantageously spans two adjacent columns, with which a maximum gap closure is achieved.
  • Reflector block and tongue and groove systems in the horizontal joints for the outer wall of the side reflector are Reflector block and tongue and groove systems in the horizontal joints for the outer wall of the side reflector.
  • FIG. 7 shows a second exemplary embodiment, which is almost identical to exemplary embodiment 1.
  • the difference lies in the spring 14, which is divided into two in this second exemplary embodiment (14a and 14b).
  • the shape of the reflector block for the outer wall is correspondingly represented, represented by reflector block la.
  • the associated horizontal grooves are angled.
  • the dowel 22 serves for the vertical positioning of the reflector blocks of the outer wall, similar to dowels 19 for those of the inner wall.
  • Inner wall with tongue and groove system in the horizontal joints in an interrupted arrangement in contrast to the two previous embodiments with continuous arrangement.

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Abstract

Reflektorblock für einen Hockatemperatur-Kugelhaufenreaktor, mit wenigstens einer vertikaten Nut (10) zur Aufnahme einer Feder (11) und mit wenigstens einer horizontalen Nut (15,17), die auf der oberen und/oder unteren Basisseite verläuft. Es wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, dass ein Nut-Feder-System in alle Horizontalfugen der inneren und der äusseren Ringwand des Seitenreflektors zur Verringerung der Leckage beiträgt. Die erfindungsgemässen Blöcke mit horizontalen Fugen und dazu passgenaue Federn ergeben dabei ein sogenanntes Anti-Klaff-Dichtungs-System. Durch dessen zweckmässige form werden sich bildende Klaff-Spalte geometrisch verschlossen, mittels zweckmässiger Passtoleranzen der Leckagestrom auf ein zulässiges Mass beschränkt und die Schliessung der Klaff-spalte bei Verschwinden der Normalbetriebs-Temperatur-gradienten ohne Behinderung erlaubt. Eine zweckmässige Passtoleranz zur Erfüllung der beiden vorgenannten anforderungen ist beispielsweise die Passtoleranz-Klasse "Beweglichkeit mit reichlichem Spiel".

Description

B e s c h r e i b u n g
Reflektorblock für Hochtemperaturreaktor
Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturreaktor (HTR) , insbesondere den Seitenreflektor eines solchen HTR umfassend einzelne Reflektorblöcke.
Stand der Technik:
In "Construction of the HTTR In-Core Components", JAERI Conference, 1996, wird ein Hochtemperatur-Testreaktor (HTTR) beschrieben. Dieser von dem Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) konstruierte Hochtemperaturreaktor umfaßt mehrere hexagonale Graphitblöcke (In- Core-Komponenten) , sogenannte Brennelemente und austauschbare Reflektorblöcke. Diese werden von permanenten Reflektorblocks (PRBs) umgeben, die durch ein Um- fassungssystem zusammen gehalten werden.
Die die In-Core-Komponenten umgebenden Reflektorblöcke sind geometrisch an die hexagonalen Graphitblδcke angepaßt . Acht einzelne permanente Reflektorblöcke sind da- bei zu vertikalen Säulen angeordnet, wobei der gesamte Umfang von 12 Säulen gebildet wird. Horizontale und vertikale Federn an den Außenseiten der permanenten Reflektorblöcke dienen der gegenseitigen Positionierung der einzelnen Blöcke. Weiterhin weisen die permanenten Reflektorblöcke horizontale und vertikale Dichtelemente an den Außenseiten auf, die der Begrenzung von Leckageströmen dienen.
Aus der Projektinformation 4, März 1973, mit dem Titel: 300-MW-THTR-Kernkraftwerk-Uentrop, herausgegeben vom Konsortium THTR, ist ein Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktor (HTR) bekannt, der neben dem eigentlichen Kugelhaufen keramische Einbauten aus Graphit und Kohlenstein aufweist. Zu diesen keramischen Einbauten gehört der Seitenreflektor, umfassend eine innere und eine äußere Reflektorringwand. Diese bestehen aus einzelnen Grundelementen (Reflektorblöcken) aus keramischem Material, z. B. Graphit oder Kohlestein, und besitzen in der Regel die Form eines Prismas mit einer Basisfläche, die einem symmetrischen Trapez entspricht. Mehrere Reflektorblöcke bündig aufeinander gestellt und durch Dübel in den Basisflächen in gegenseitiger Positionierung gehalten, bilden eine Säule. Mehrere Säulen neben einander gestellt formen die Ringwände des Seitenreflek- tors . Für die innere Ringwand sind dies 72 Säulen, für die äußere 24. Die einzelnen Reflektorblöcke der Säulen der inneren Ringwand sind durch sogenannte Keile, von gleicher Höhe wie die Reflektorblöcke, miteinander verbunden. Diese Keile sind von ihrer Funktion her Federn und Nuten. Die innere Ringwand dient hauptsächlich der Reflektion von Neutronen, die äußere dient hauptsächlich der thermischen Isolierung. Die mechanischen Kräfte aus der Füllung mit kugelförmigen Brennelementen werden von den Säulen direkt auf eine metallische Um- fangswand (beim THTR thermischer Schild genannt) übertragen. Die Aufstellung der Säulen erfolgt regelmäßig derart, dass zwischen je zwei Säulen in allen Betriebszustanden ein Spalt, auch Säulenspalt genannt, verbleibt. Die Säulenspalte werden gemäß Stand der Technik durch Keile im Nuten-System geschlossen, wodurch der Leckagestrom durch die Säulenspalte auf ein zulässiges Maß beschränkt wird. Der Leckagestrom durch die Horizontalfugen zwischen den Lagen der Reflektorblöcke ist durch die Fugen der aufeinander stehenden Reflektorblöcke nach dem Stand der Technik auf ein zulässiges Maß beschränkt .
Nachteilig bei dieser Bauausführung eines HTR ist jedoch, dass bei der Inbetriebnahmephase des THTR eine unerwartete Temperaturabsenkung durch Messung von ver- ■> schiedenen Temperaturen in einzelnen Bohrungen des Seitenreflektors festgestellt wurde. Als Erklärung für diese Temperaturabsenkung werden drei Bypassmassenstrδ- me von insgesamt 7 % des Kühlmassenstroms am Core- austritt als Begründung angesehen, wie in der Dissertation: Jürgen Hoffmann, „Anlagensimulation des THTR-300 am Beispiel aufgezeichneter Inbetriebnahmeversuche", RWTH Aachen, Tag der mündl . Prüfung: 11.05.1990, beschrieben wird. Der Meßbefund läßt sich dadurch erklä- ren, dass einige Horizontalfugen zwischen den Lagen entsprechender Reflektorblöcke durch die Bedingungen des Normalbetriebs klaffend werden und damit diese By- passstrδme zulassen. Unter den Bedingungen des Normalbetriebs ist dabei zu verstehen, dass Temperaturgra- dienten in den Ringwänden des Seitenreflektors unterschiedlich große thermische Ausdehnungen der Innenseite jeder Säule gegenüber der Außenseite bedeuten. Dies würde bei einer freien Aufstellung der Säulen zu einem Verbiegen nach außen führen, wird aber durch eine metallische Umfangswand, die der Kraftaufnahme dient, regelmäßig verhindert . Die Geradehaltung der Säulen durch die metallische Umfangswand erfolgt regelmäßig rundherum, jedoch nicht gleichförmig über die gesamte Höhe des Seitenreflektors, so daß nachteilig an einigen Stellen Horizontalfugen klaffend werden. Ein besonderes Charak- teristikum dieser Klaff-Spalten ist zudem, dass sie of- fenbar nicht in allen Lagen des Aufbaus der keramischen Einbauten (innerer und äußerer Seitenreflektor) auftreten, sondern unbestimmt nur an einigen Stellen. Die Temperaturmessungen des THTR ließen auf lediglich drei Höhenlagen schließen, in denen eine horizontale Klaff- Spalte auftrat. Diese Unbestimmtheit basiert darauf, dass die einzelnen Reflektorblδcke jeder Säule nicht einzeln besonders geführt werden, sondern hauptsächlich auf Grund ihrer Masse aufeinander liegend und durch Dübel fixiert sind.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfacheren Aufbau für einen Seitenreflektor eines Hochtemperaturreaktors (HTR) , als nach dem Stand der Technik bekannt ist, zu schaffen, der außerdem Leckageströme weitgehend verhindert. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, besondere Bedingungen aus der Anwendung für einen Helium- turbinenprozess bezüglich Belastungen aus größeren Druckdifferenzen und Drucktransienten zu erfüllen Die Aufgabe wird gelöst durch einen Seitenreflektor mit einzelnen Reflektorblöcken, wobei ein einzelner Reflektorblock die Gesamtheit der Merkmale gemäß Anspruch 1 umfaßt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsge- mäßen Reflektorblocks ergeben sich aus den rückbezogenen Ansprüchen.
Gegenstand der Erfindung
Der Reflektorblock für einen Hochtemperaturreaktor nach Anspruch 1 umfaßt wenigstens eine vertikale Nut zur
Aufnahme einer Feder. Unter einer Nut ist eine länglich hergestellte Vertiefung der Oberfläche zur Aufnahme weiterer Konstruktionsteile durch mit der Nut korrespondierende Gegenstücke, wie Keile oder Federn, zu ver- stehen (Nut-Feder-System) . Insbesondere handelt es sich dabei um eine Vertiefung mit einem rechteckigen Profil, welche über die gesamte Höhe der Seitenflächen (vertikale Stirnfläche) des Reflektorblocks ausgebildet ist.
Der erfindungsgemäße Reflektorblock weist darüber hin- aus wenigstens eine weitere horizontale Nut auf.
Vorteilhaft ist diese horizontale Nut nach Anspruch 2 über die gesamte Breite (horizontale Stinfläche) des Reflektorblocks ausgebildet .
Insbesondere weist der Reflektorblock gemäß Anspruch 3 an der oberen und unteren Stirnfläche jeweils eine horizontale Nut auf.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 4 sieht vor, daß die vertikale Nut, bzw. die vertikalen Nuten, und die horizontale Nut, bzw. Nuten in einer Ebene liegen. Insbesondere bei einem Block, bei dem auf zwei Seitenflächen (vertikalen Stirnflächen) und auf den zwei Basisflächen (horizontalen Stirnflächen) Nuten ausgebildet sind, führt diese Ausgestaltung vorteilhaft zu einer umlaufenden Einkerbung.
Eine weitere besondere Ausgestaltung nach Anspruch 5 sieht vor, die Profile der vertikalen und der horizontalen Nuten ähnlich zu dimensionieren.
Es wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, dass ein Nut-Feder-System in alle Horizontalfugen der inneren und der äußeren Ringwand des Seitenreflektors zur Lösung der gestellten Aufgabe beiträgt. Die erfindungsgemäßen Blocke mit horizontalen Fugen und dazu passgenaue Federn ergeben dabei ein sogenanntes Anti-Klaff-Dich- tungs-System.
Durch dessen zweckmäßige Form werden sich bildende Klaff-Spalte geometrisch verschlossen, mittels zweckmäßiger Passtoleranzen der Leckagestrom auf ein zuläs- siges Maß beschränkt und die Schließung der Klaff- Spalte bei Verschwinden der Normalbetriebs-Temperaturgradienten ohne Behinderung erlaubt. Eine zweckmäßige Passtoleranz zur Erfüllung der beiden vorgenannten Anforderungen ist beispielsweise die Passtoleranz-Klasse "Beweglichkeit mit reichlichem Spiel".
Das Nut-Feder-System in den Horizontalfugen ist vom Gesichtspunkt des Verschließens von Spalten her ähnlich dem aus dem Stand der Technik bekannten Nut-Feder- System in den Säulenspalten. Der Unterschied besteht allerdings bei dem erst genannten System in der Mecha- nik der Bildung und Schließung der Klaff-Spalte, die eine Passung mit größerem Spiel erfordert als letzteres. Dabei gilt die Randbedingung, dass die Funktionen beider Systeme sich gegenseitig nicht beeinträchtigen. Dies wird durch entsprechende Formgebung erreicht .
Spezieller Beschreibungsteil
Die Erfindung wird nachfolgend durch Figuren und drei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Innerer Seitenreflektor eines Hochtemperaturreaktors (HTR) mit vertikalem Nut-Feder- System gemäß Stand der Technik (die Anordnung der Dübel wurde weggelassen) Figur 2 : Entstehung von klaffenden Horizontalspalten
(Klaffspalten) durch Normalbetriebs-Tempera- turgradienten bei Geradehaltung durch eine seitliche Umfassungswand
Figur 3 : Innerer Seitenreflektor eines Hochtemperatur- reaktors (HTR) mit zusätzlichem horizontalen
Nut-Feder-System (Anti-Klaff-Dichtung)
Figur 4: Ausführungsform einer Anti-Klaff-Dichtung in verschiedenen SchnittdarStellungen
Figur 5: Ausführungsform einer Anti-Klaff-Dichtung in verschiedenen SchnittdarStellungen
Figur 6 : Ausführungsbeispiel 1 : Innerer Seitenreflektor eines HTRs Figur 7 : Ausführungsbeispiel 2 : Äußerer Seitenreflektor eines HTRs
Figur 8 : Ausführungsbeispiel 3 : Innerer Seitenreflektor eines HTRs In der Figur 1 ist ein Teil der inneren Ringwand eines Seitenreflektors für einen Hochtemperaturreaktor, umfassend vier Reflektorblöcke la, lb, 2a, 2b, dargestellt. Die Blöcke la und 2a sind ebenso wie die Blöcke lb und 2b als Säule angeordnet, wobei die einzelnen Blöcke durch Dübel (in Fig. 1 nicht dargestellt) bündig aufeinander fixiert sind. Zwischen den Säulen befindet sich bauartbedingt eine Spalte 9. Dieser Spalt trägt dem Umstand Rechnung, daß sich die Reflektorblöcke bei Temperaturerhöhung ausdehnen. Dieser Effekt wird zum Teil durch den Spalt 9 aufgefangen.
Die einzelnen Blöcke weisen an jeweils zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (vertikalen Stirnflächen) vertikale Nuten 10 auf. Die Nuten sind derart angeordnet, dass sich bei zwei benachbarten Blöcken die Nuten zu einer Art Führung ergänzen. In diese Führung fügt sich jeweils passgenau eine geometrisch darauf abgestimmte Feder 11, die auch Keil genannt wird. Dieses Nut-Feder- System dient insbesondere der Abdichtung der Spalten 9 zwischen den einzelnen Blöcken einer Reflektorwand. Dieser Aufbau entspricht dem Stand der Technik sowohl für die innere als auch für die äußere Seitenreflektorwand eines Hochtemperaturreaktors .
Die Figur 2 erläutert den Effekt, daß einzelne Klaff- spalten in wenigen Lagen von Blöcken der Reflektorwand entstehen. In Figur 2a ist eine Reflektorsäule mit den Blöcken 1 bis 7 im Schnitt dargestellt, und zwar im Einbauzustand, bzw. für Bedingungen konstanter Temperatur. Die Blöcke sind vertikal durch Dübel gegenseitig fixiert und positioniert. Das vertikale Nut-Feder- System dient der Abdichtung. In Figur 2b ist dieselbe Reflektorsäule unter Bedingungen des Normalbetriebs dargestellt. Im Inneren, d. h. in Richtung auf das Ku- gelcore, sind die Temperaturen höher. Dies gilt sowohl für die äußere Reflektorwand, deren Funktion die Iso- lierung ist, wie auch für die Innere Reflektorwand. Die höhere Temperatur führt zu größerer thermischer Ausdehnungen auf der Innenseite der Reflektorwand gegenüber der Außenseite. Dies würde bei freier Aufstellung zu einer Verbiegung der Reflektorsäule nach außen führen. Dies wird jedoch durch die Geradehaltung der Umfassungswand stückweise dadurch verhindert, daß einige wenige Horizontalfugen zum Höhenausgleich der thermischen Ausdehnungsdifferenz klaffend werden, sich also sogenannte Klaffspalten bilden. Die Anzahl der Klaffspalten und ihre Lage ist durch Toleranzen und die Lastabtragung nach außen bestimmt. Sollte die thermische Ausdehnungsdifferenz der Blöcke der Säulen gleichmäßig auf alle Lagen aufgeteilt werden, so wäre dafür ein erheblicher konstruktiver Aufwand von Nöten. Figur 2b zeigt stark übertrieben dargestellt die Ausbildung eines Klaffspalts 12 zwischen den Blöcken 4 und 5. Diese liegen dadurch Kante-auf-Kante und sind gegenüber der Kippkante 13 leicht verkippt angeordnet. Durch solche Klaffspalten entstehen regelmäßig große Leckage- ströme, die sich nachteilig auf den Betrieb des Reaktors auswirken. Dies sollte auf jeden Fall vermieden werden. Durch den experimentellen Befund der Inbetriebnahme des THTR ist nunmehr zu schlussfolgern, dass durch die Bedingungen des Betriebs Klaffspalten entstehen, und zwar durch Klaffen im äußeren Bereich bei Kante-auf-Kante- Stehen im inneren Bereich, hier als Kippkante bezeichnet. Zur Schließung dieser Klaffspalten wird erfindungsgemäß ein weiteres Nut-Feder-System eingeführt, wie es in der Figur 3 verdeutlicht wird.
Die Figur 3 zeigt, ähnlich wie die Figur 1, einen Teil eines Seitenreflektors für einen Hochtemperaturreaktor, umfassend vier Reflektorblöcke la, lb, 2a, 2b. Weiterhin sind der Säulenspalt 9 zwischen zwei Reflektorsäulen sowie eine vertikale Feder (Keil) 11 eingezeichnet. Erfindungsgemäß weisen die Reflektorblöcke nun zusätzlich horizontale Nuten 15 bzw. 17 auf. Als Abdichtung für die Nuten 15 und 17 dienen die dazu geometrisch passgenauen horizontalen Federn 14. Sie bilden das Nut- Feder-System in den Horizontalfugen. Es ist mit dem Nut-Feder-System in den Säulen-Spalten funktionstechnisch abgestimmt angeordnet .
Die Schließung des Klaffspalts 12 erfolgt durch Federn 14, die in den Nuten 15 (in Reflektorblock la) und 16 (in Reflektorblock lb) sowie 17 (in Reflektorblock 2a) und 18 (in Reflektorblock 2b) liegen.
Dabei ist dieses Nut-Feder-System in den Horizontalfugen vorteilhaft so angeordnet, dass es in derselben Ebene liegt wie das Nut-Feder-System in den Säulenspalten. Dadurch ergibt sich jeweils eine umlaufende Nut in den einzelnen Reflektorblöcken. Durch zweckmäßige Abmessungen der beiden Nut-Feder-Systeme wird erreicht, dass die Passflächen, welche hier als Dichtflächen fun- gieren, der beiden Systeme ineinander übergehen. Durch die Anordnung wird ein Maximum an Schließung von Spalten erreicht .
Die Figuren 4 und 5 zeigen vorteilhafte Anordnungen der beiden Nut-Feder-Systeme anhand verschiedener Schnitt- Zeichnungen.
Figur 4 :
Durch zweckmäßige Wahl der Toleranzen der Nuten und der Federn bei beiden Systemen wird bewirkt, dass die geforderten Qualitäten des Passungsspiels, nämlich relativ großes Spiel für das Nut-Feder-System in den Horizontalfugen 15, 16, 17 und 18 mit Feder 14, bei relativ kleinem Spiel für das Nut-Feder-System in den vertika- len Nuten 10 mit der Feder 11, erreicht werden.
Dabei kann es fertigungstechnisch sinnvoll sein, die Nuten der beiden Systeme, weil sie ineinander übergehen, auch mit derselben Toleranz, z. B. H7, zu versehen, und die unterschiedlichen Spiele durch entspre- chende Toleranzen der Federn der beiden Systeme einzustellen, z. B. H7/g7 und H7/e7.
Die Figur 4 zeigt eine Anordnung mit einer "durchgehenden" Feder 14, d. h. die Feder 14 überdeckt den Säulenspalt 9, indem sie in den Nuten von zwei Säulen a und b liegt. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil so die größte geometrische Überdeckung von möglichen Klaffspalten erreicht wird, und die mögliche Verlagerung der Feder 11 für jede Feder 11 durch die Feder 14 einzeln durch Formschluß verhindert wird. Figur 5 :
Die Figur 5 zeigt demgegenüber eine Anordnung mit "nicht durchgehender" Feder 14, die die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ebenfalls löst, und die darin gestellten Anforderungen erfüllt.
Ausführungsbeispiel 1, Figur 6:
Reflektorblock und Nut-Feder-Systeme in den Horizontalfugen für die innere Wand des Seitenreflektors.
In Figur 6 repräsentieren die Reflektorblöcke la und 2a eine linke Säule, Reflektorblöcke lb und 2b eine rechte Säule (von innen heraus gesehen) . Dazwischen liegt der Säulenspalt 9. Dieser wird geschlossen durch Federn 11, welche in den zugehörigen Nuten 10 liegen. Die Positionierung der Reflektorblöcke in den Säulen und der Säu- len in der Grundplatte und in der Deckplatte geschieht mittels der Dübel 19, welche zusammen mit den kreisförmigen Vertiefungen in den Basisflächen (der oberen und der unteren) der Reflektorblδcke von der Funktion her bezeichnet ein Feder-Nuten-System darstellen. Die Boh- rung 20 nimmt regelmäßig eine Reflektorstabhülse auf und dient der Funktion der Abschaltung. Bis hierhin beschreibt dieser Absatz den Stand der Technik.
Beim Betrieb des Hochtemperaturreaktors bildet sich der Klaffspalt 12 durch Drehung einzelner Blöcke um die Kippkante 13. Die entsprechenden Lagen, untere Lage, repräsentiert durch Reflektorblöcke la und lb und obere Lage, repräsentiert durch Reflektorblöcke 2a und 2b, stehen nach relativer Drehung um die Kippkante 13 Ecke- auf-Ecke. Der Klaffspalt 12 wird durch Feder 14 ge- schlössen. Die dazugehörigen Nutenhälften sind mit 15, 16, 17 und 18 gekennzeichnet.
Die Funktions-Abmessung und -Passung des Nut-Feder- Systems in den Horizontalfugen 15-18 sind z. B. 60 mm, H7/e7 oder e8, womit ein größeres Spiel eingestellt ist als beim Nut-Feder-System 11/10 in den Säulenspalten 9 mit beispielsweise 60 mm, H7/f7. Die Längsabmessung der Feder 14 ist so gewählt, dass sie vorteilhaft zwei benachbarte Säulen überspannt, womit ein Maximum an SpaltSchließung erreicht ist.
Ausführungsbeispiel 2, Figur 7:
Reflektorblock und Nut-Feder-Systeme in den Horizontalfugen für die äußere Wand des Seitenreflektors.
Die Figur 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, wel- ches nahezu identisch mit dem Ausführungsbeispiel 1 ist. Der Unterschied liegt in der Feder 14, die in diesem zweiten Ausführungsbeispiel zweigeteilt ist (14a und 14b) . Entsprechend gestaltet sich die Form des Reflektorblocks für die äußere Wand, repräsentiert durch Reflektorblock la. Die zugehörigen horizontalen Nuten sind gewinkelt ausgeführt. Eine Bohrung 20 zur Abschaltung gibt es hier nicht; dafür jedoch die Bohrung 21, die der Funktion des Vorlaufs des Kühlgases dient (Stand der Technik) . Der Dübel 22 dient der vertikalen Positionierung der Reflektorblöcke der äußeren Wand, ähnlich wie Dübel 19 für die der inneren Wand. Ausführungsbeispiel 3, Figur 8:
Innere Wand mit Nut-Feder-System in den Horizontalfugen in unterbrochener Anordnung, im Gegensatz zu den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen mit durchgehender An- Ordnung .
Die Beschreibung entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels. Der Unterschied liegt lediglich darin, dass hier das Nut-Feder-System in den Horizontalfugen in unterbrochener Anordnung und das in den Säulenspalten entsprechend länger ausgeführt ist. Bei dieser Anordnung fehlt die Schließung des Klaffspalts 12 im Bereich zwischen den Stirnflächen den Federn 11. Auch diese Anordnung wird jedoch der Aufgabenstellung gerecht.
Legende zu den Figuren:
1,2,3,4,5,6,7 Reflektorblöcke in verschiedenen
Höhenlagen la,lb Reflektorblöcke in einer unteren Lage
2a, 2b Reflektorblöcke in einer oberen Lage
8 äußere metallische Umwandung
9 Vertikalspalt
10 vertikale Nut (Nutenhälfte) 11 vertikale Feder (Keil)
12 Horizontalspalt, Klaffspalt
13 Kippkante
14 horizontale Feder 15,16,17,18 horizontale Nuten (Nutenhälften) 19 Dübel für innere Wand
20 Bohrung für Abschaltung für Reflektorstabhülsen
21 Bohrung für den Vorlauf des Kühlgases
(Helium)
22 Dübel für äußere Wand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Reflektorblock (1) für einen Hochtemperatur-Kugel - haufenreaktor, umfassend wenigstens eine vertikale Nut (10) zur Aufnahme einer Feder (11) , ekennzeichnet durch, wenigstens eine horizontale Nut (15, 16, 17, 18), die auf der oberen und/oder unteren Basisseite verläuft .
2. Reflektorblock, nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet , daß die horizontale Nut (15, 16, 17, 18) über die gesamte Breite des Reflektorblocks ausgebildet ist
3. Reflektorblock, nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß sowohl die vertikalen Nuten (10) als auch horizontalen Nuten (15, 16, 17, 18) in einer Ebene liegen.
4. Reflektorblock, nach einem der vorhergehenden Ansprüche , gekennzeichnet durch, gleiche Profile für die vertikale Nut (10) und die horizontalen Nuten (15, 16, 17, 18) .
5. Reflektorsäule, umfassend wenigstens zwei Reflektorblöcke (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer zu den horizontalen Nuten (15, 16, 17, 18) geometrisch korrespondieren- den Feder (14) .
6. Reflektorwand, umfassend wenigstens zwei Reflektorsäulen nach vorhergehendem Anspruch 5.
7. Reflektorwand, nach vorhergehendem Anspruch mit einer Feder 14, die zwei benachbarte Säulen überspannt .
8. Reflektorringwand, umfassend radial angeordnete Re- flektorsäulen nach Anspruch 5 oder Reflektorwände nach Anspruch 6 bis 7, gekennzeichnet durch, wenigstens ein horizontal umlaufendes Nut-Feder- System (15, 16, 17, 18 und 14) .
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