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Reaktor mit Druckbehälter Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor
mit einem durch eine isolierte Trennwand in einen Haupt- und Nebenraum unterteilten
Reaktordruckbehälter und mit im Hauptraum angeordnetem Reaktorkern und Wärinetauscher
sowie dazwischenliegendem Strahlungsschild und an der Trennwand befindlichen Kühlgasumwälzgebläsen,
bei welchem Hauptraum und Nebenraum durch eine dem Druckausgleich dienende Verbindungsleitung
miteinander in Vörbindung stehen. Sie bezieht sich insbesondere auf die Anordnung
und Schaltung der für die Umwälzung und Reinigung des Primärkühlmittels für die
Notkühlung der Reaktoranlage erforderlichen Gebläse, Hilfsgeräte und Kühler. Mit
der Anordnung und Schaltung gemäß der Erfindung wird eine sehr hohe Betriebssicherheit
der Gesamtanlage erreicht, da zwischen den beirn Anfahren, Abstellen oder bei Störungen
auftretenden Betriebszuständen keine Ventile oder Klappen usw. betätigt werden müssen
und die wichtigsten Geräte eine Doppelfunktion ausüben, so daß auch bei Ausfall
einzelner Geräte die Anlage nicht gefährdet wird.
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Für die Anordnung und Schaltung der für die Umwälzung des Primärkühlmittels
und die Notkühlung des Reaktors erforderlichen Gebläse und Kühler sind bereits verschiedene
Ausführungen bekannt. So werden z. B. für die Umwälzung des Primärkühlmittels häufig
mehrere voneinander unabhängige Umwälzgebläse verwendet, die mit Rückschlagklappen
ausgerüstet sind, damit bei Ausfall eines Gebläses das Kühlmittel nicht durch das
stillstehende Gebläse zurückströmt. Es ist ferner bereits bekannt, in einem Kühlkreislauf
mehrere mechanisch unabhängige Gebläse zu verwenden und diese Gebläse fördermäßig
hintereinander zu schalten, so daß die Rückschlagklappen entfallen können. Für die
Notkühlung des Reaktors werden dann meist zusätzliche Gebläse und Kühler vorgesehen,
welche durch Betätigung von Klappen oder Schiebern bei Bedarf in Betrieb genommen
werden können. Diese bekannten Ausführungen erfordern einen hohen Bauaufwand, und
die beweglichen, oft schwer zugänglichen Teile der Absperrarinaturen können leicht
zu Betriebsstörungen führen.
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In Annäherung an den Gedanken der Erfindung ist es bereits bekannt,
die Wärmeaustauscher mit dem Reaktorkern in einem gemeinsamen Behälter anzuordnen,
während sich hierbei jedoch die übrigen Geräte und Vorrichtungen außerhalb des Druckbehälters
befinden. Somit offenbaren diese auch nicht die Schaltmöglichkeiten zwecks Erzielung
eines störungsfreien und sicheren Betriebes, wie sie der vorliegenden Erfindung
eigen sind. Es ist ferner bekannt, daß man bei einer Anordnung von Reaktorkem und
Wärmeaustauschem in einem gemeinsamen Druckbehälter diesen durch eine isolierte
Trennwand in einen Haupt-und Nebenraum unterteilt und an der Trennwand Kühlgasumwälzgebläse
anordnet, wobei Hauptraum und Nebenraum durch eine Verbindungsleitung miteinander
in Verbindung stehen. Jedoch sind auch bei dieser Konstruktion in dem gemeinsamen
Druckbehälter keine weiteren Vorrichtungen und Kreisläufe vorgesehen, um einen einwandfreien
und sicheren Betrieb des Reaktors bei allen Betriebszuständen zu gewährleisten.
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Die Erfindung, welche auf dem offenbarten Stand der Technik basiert,
bezweckt die Verbesserung des Reaktorbetriebes bei allen Betriebszuständen durch
Schaffung zusätzlicher Vorrichtungen und Einrichtungen in dem gemeinsamen Druckbehälter.
Die konstruktive Lösung der Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß in die Verbindungsleitung
irn Nebenraum Kühler eingeschaltet sind und ferner im Nebenraum Antriebsmotoren
für das Kühlgasumwälzgebläse angeordnet sind, deren Wellen durch Bohrungen in der
Trennwand in den Hauptraum ragen, und daß weiterhin im Nebenraum. Hilfsgebläse für
die Motorkühlung vorgesehen sind, welche Kühlgas aus dem Nebenraum durch die Motoren
und den Ringspalt zwischen den Wellen und der Trennwand in den Hauptraum und in
die Verbindungsleitung fördern. Eine derartige Anordnung und Schaltung bedeutet
einen Fortschritt gegenüber den bekannten Konstruktionen, bei denen im Nebenraum
keine Kühler und Hilfsgebläse zur Aufrechterhaltung eines vom Hauptraum unabhängigen
Kreislaufs vorhanden sind. Diese Zusatzaggregate stellen eine wesentliche Verbesserung
derartiger Reaktoranlagen dar.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung
der Abbildung hervor, in
welcher ein Reaktor mit zwei Hauptumwälzgebläsen,
zwei Notkühlgebläsen, zwei Notkühlern und einer Gasreinigungsanlage dargestellt
ist.
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Bei dieser Reaktoranlage befinden sich im Hauptraum 1 des gemeinsamen
Druckbehälters 2 der Reaktorkern 3, ein Strahlungsschild 4 und der Dampferzeuger
5. In dem durch die wärmeisolierte Trennwand 6 vom Hauptraum
1 abgeteilten Nebenraum 7
sind die Antriebsmotoren 8 der Hauptumwälzgebläse
mit ihren Kühlgebläsen 9, die Reaktor-Notkühlgebläse 10, die Kühler
11 und die Gasreiniger 12 angeordnet. Von den Antriebsmotoren 8 führen
Antriebswellen 13
durch Bohrungen 14 in der Trennwand 6 in den Hauptraum
1 und treiben dort die Laufräder 15 der Hauptumwälzgebläse an. Die
beiden dargestellten Laufräder 15 sind ebenso wie die der beiden Reaktor-Notkühlgebläse
10 fördermäßig hintereinandergeschaltet.
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Während des Normalbetriebes sind beide Laufräder 15 der Hauptumwälzgebläse
in Betrieb. Sie fördern das aus dem Dampferzeuger 5 austretende Kühlgas durch
den Spalt 22 zwischen einem düsenartigen Leitrohr und der Wand des Druckbehälters
2 zur Eintrittsseite des Reaktors, von wo es dann durch den Reaktorkern
3, Strahlenschild 4 und Dampferzeuger 5
strömt. Von den Antriebsmotoren
8 der Hauptumwälzgebläse werden außerdem die Kühlgebläse 9 angetrieben.
Das von diesen Kühlgebläsen 9 aus dem Nebenraum 7 angesaugte Gas wird
zunächst als Kühlgas durch die Motoren 8 geleitet und durchströmt dann die
Ringspalte 18 in der Trennwand 6 zwischen den Bohrungen 14 und den
Wellen 13.
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. Ein geringer Teil des Gases tritt auf diese Weise in den
Hauptraum 1 über, der größere Teil wird jedoch vor seinem Austritt in den
Hauptraum 1 über den Querkanal 16 in den Verbindungskanal
17 zwischen Hauptraum 1 und Nebenraum 7, in den auch die Kühler
1.1 und die Gasreiniger 12 eingeschaltet sind, zwischen Hauptraum
1 und Kühlern 11 eingeleitet. Das von den Kühlgebläsen 9 geförderte
Gas strömt also im wesentlichen in einem Kreislauf über Motoren 8, Bohrungen
14, Querkanal 16, Verbindungskanal 17, Kühler 1.1 und Gasreiniger
12 in den Nebenraum 7 und von dort wieder in die Gebläse 9. Durch
diese Schaltung werden sowohl die Motoren 8 mit ihren Wellen als auch der
Nebenraum 7 gekühlt und gleichzeitig verhindert, daß ständig größere radioaktive
Gasmengen höherer Temperatur über die Ringspalten 18 vom Hauptraum
1 in den Nebenraum 7
gelangen. Lediglich eine der aus den Ringspalten
18
in den Hauptraum 1 überströmenden Gasmenge äquivalente Menge, die
im praktischen Betrieb sehr klein gehalten werden kann, strömt vom Hauptraum
1
über den Verbindungskanal 17, die Kühler 11 und den Gasreiniger
12 in den Nebenraum 7. Um zu gewährleisten, daß dieses Kühlsystern auch bei
Ausfall eines der beiden Gebläsemotoren 8 einwandfrei arbeitet, ist zusätzlich
die Verbindungsleitung 19 vorgesehen. Bei Stillstand eines Motors strömt
dann ein Teil der von dem noch in Betrieb befindlichen Gebläse 9 geförderten
Gasmenge nach Durchströmen des in Betrieb befindlichen Motors 8 durch diese
Verbindungsleitung 19 zu dem stillstehenden Gebläse 8
und von dort
teilweise durch den Ringspalt 18 in Richtung auf den Hauptraum
1 und teilweise durch den stillstehenden Motor 8 und das stillstehende
Gebläse 9 in den Nebenraum 7.
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Bei Ausfall beider Hauptgebläse und bei abgeschaltetem Reaktor erfolgt
die Kühlung der Anlage durch die im Nebenraum angeordneten Notgebläse
10, welche dann automatisch eingeschaltet werden. Diese saugen aus dem Verbindungskanal
zwischen den Kühlem 11 und dem Gasreiniger 12 Gas ab und fördern es über
die Leitung 20 und eine oder mehrere Austrittsdüsen 21 in den Hauptkühlkreis. Durch
die Austrittsdüsen 21 wird erreicht, daß das Gas mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit
in den Hauptkühlkreis eintritt und so, in Verbindung mit einer geeigneten Ausbildung
der Kanalwandungen des Hauptkreises an dieser Stelle, eine Gasumwälzung im Hauptkreis
bewirkt. Während des Notkühlbetriebes überlagern sich also zwei Kühlgaskreisläufe,
der eigentliche Notkühlkreislauf vom Reaktor 3 über Schild 4, Wärmeaustauscher
5, stillstehende Gebläselaufräder 15, Verbindungskanal 17,
Kühler 11, Notgebläse 10,
Leitung 20, Düsen 21 und Spalt 22, und der
dadurch erzeugte Umlauf im Hauptkreis-. Reaktor 3, Schild 4, Wärmeaustauscher
5, stillstehende Gebläselaufräder 15, Spalt 22. Auf diese Weise wird
eine sehr hohe Betriebssicherheit des Systems erreicht, da alle vorhandenen Kühlflächen
im Dampferzeuger und im Kühler zur Abfuhr der Nachwärme herangezogen werden.
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Um während des Notkühlbetriebes zu vermeiden, daß durch die Ringspalte
14 Kühlgas unzulässig hoher Temperatur aus dem Hauptraum 1 in die Motoren
8
und den Nebenraum 7 gelangt, ist zusätzlich die Leitung
23 vorgesehen, durch welche in diesem Falle eine geringe Kühlgasmenge von
den Notgebläsen 10
zu den Gebläsemotoren 8 strömt und dort als Sperrgas
wirkt. Dieses Sperrgas strömt teilweise durch die Ringspalte 18 in den Querkanal
16 und den Hauptraum 1 und teilweise durch die Motoren 8 und
Gebläse 9 in den Nebenraum 7. Aus dem Nebenraum 7
saugen die
Notgebläse 10 die auf diese Weise eingetretene Gasmenge über den Reiniger
12 ab; die Gasreinigung ist demnach auch während des Notkühlbetriebes in Betrieb.
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Während des Normalbetriebes herrscht im Nebenraum 7 ein um
die Druckabfälle des Verbindungskan,als 17, der Kühler 11 und des
Gasreinigers 12 niedrigerer Druck. Um ein überströmen heißen Gases durch die Düsen
21, die Leitungen 20, die Notgebläse 10 und den Gasreiniger 12 in den Nebenraum
7 während des Normalbetriebes zu vermeiden, werden die Düsen 21 und die Wände
des Spaltes 22 so ausgebildet, daß durch das im Spalt 22 strömende Kühlmittel in
den Düsen 21 ein Sog entsteht, der etwas größer als die Druckdifferenz zwischen
Haupt- und Nebenraum ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch während des
Normalbetriebes in den Leitungen 20 ein geringer Gasstrom in Richtung auf den Hauptraum
fließt. Durch geeignete Abstimmung der Fördercharakteristik der Laufräder
15 und 9 sowie der Düsen 21 aufeinander läßt sich darüber hinaus erreichen,
daß dieses Gleichgewicht auch bei Drehzahländerungen der Hauptgebläse, z. B. bei
Teillast, erhalten bleibt. Eine weitere Möglichkeit, den Gasstrom in der Leitung
20 während des Normalbetriebes zu beeinflussen, bietet der während dieses Betriebszustandes
sich einstellende Gasstrom von der Verbindungsleitung 19 über die Leitung
23 in Leitung 20 durch entsprechende düsenförmige Ausbildung des Einmündungspunktes
24.
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Eine Sicherung des Nebenraumes 7 vor überstrÖ-mendem heißem
Gas kann zusätzlich noch dadurch erfolgen, daß in die Leitung 20 ein oder mehrere
Kühler
25 zwischen Einmündungspunkt 24 und Notgebläse
10 eingebaut werden. Während des Notkühlbetriebes dienen diese Kühler
25 zusammen mit den Kühlem 11 dann außerdem zur Reaktorkühlung. Der
Kühlwasserstrom wird dabei durch außerhalb des Druckbehälters 2 angeordnete, gut
zugängliche, verstellbare Schieber entsprechend eingestellt. In den Kühlgasleitungen
werden die gewünschten Strömungsverhältnisse durch fest eingestellte Drosseln oder
Blenden 26
erreicht.
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Die beschriebene Schaltung kann für besondere Verhältnisse in verschiedener
Weise abgewandelt werden. So kann z. B. der in, der Abbildung dargestellte Gasreiniger
12 auch, wie strichpun#ktiert gezeichnet, unmittelbar vor die Gebläse
9 geschaltet werden. Die Hilfsg#bläse 9 können, ähnlich wie die Notgebläse
10,
mit einem eigenen Antriebsmotor ausgerüstet und ebenfalls hintereinandergeschaltet
werden. Beide Hilfsgebläse 9 versorgen dann beide Motoren 8 mit Kühlgas.
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Auch bei Verwendung von jeweils nur einem Haupt-, Hilfs- und Notgebläse
kann die Reaktoranlage mit der beschriebenen Schaltung sicher betrieben werden.
Bei Ausfall einer Komponente müßte dann allerdings der Reaktor stillgesetzt werden,
damit die Notkühlung noch gewährleistet ist.
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Die Schaltung kann für bestimmte Aufgaben selbstverständlich auch
mit zusätzlichen Schiebern oder Klappen kombiniert werden. Beispielsweise kann das
überströmen von heißem Gas aus dem Hauptraum 1
in den Nebenraum
7 über die Düsen 21 und Leitung 20 während des Normalbetriebes auch durch
eine in die Leitung 20 eingeschaltete Rückschlagklappe 27
verhindert werden.