DE2241426C3

DE2241426C3 - Kernkraftwerk mit geschlossenem, mehrsträngig ausgeführtem Gaskühlkreislauf

Info

Publication number: DE2241426C3
Application number: DE2241426A
Authority: DE
Inventors: Erhard 6806 Viernheim Arndt; Nikolaus Dipl.-Ing. 6941 Unterflockenbach Brodmann; Horst 6944 Hemsbach-Entenweide Roeser
Original assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1980-12-04
Also published as: FR2197209A1; US4050984A; DE2241426B2; FR2197209B1; DE2241426A1; JPS4959219A; JPS5783500U; GB1442157A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit geschlossenem, mehrsträngig ausgeführtem Gaskühlkreislauf, bei dem ein Hochtemperaturreaklor, ein aus einer Leistungsturbine und einem Kompressor bestehender, horizontal angeordneter Gasturbosalz, wärmetauschende Apparate, bestehend aus Rekuperatoren, Vor- und Zwischenkühlern, sowie die das Gas führenden Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten in einem Spannbetondruckbehälter untergebracht und die wärmelauschenden Apparate in einer Anzahl von auf einem Teilkreis um die Druckbehälterachse angeordneten senkrechten Schächten (Pods) installiert sind.

Derartige Anlagen bieten offensichtliche Vorteile

^v> gegenüber Kernenergieanlagen eines anderen bekannten Typs, bei dem die Energie in einem Sekundärkreislauf abgegeben wird, da sie mit den Vorteilen der Gasturbinen die Einfachheit und gute Leistung von [jiikreisanlagen verbinden. Üurch die Anordnung von

W Kernreaktor und Gasturbosatz samt den zugehörigen Kreislaufkoniponenten in einem gemeinsamen Druckbehälter (integrierte Bauweise) werden besondere Verbindungselemente zwischen den einzelnen Aktivgas führenden Anlageteilen vermieden, was sich gerade

^r>5 beim Bau und Betrieb von Hochtemperaturreaktor^! sehr günstig auswirkt. Die integrierte Bauweise wird daher bei einer ganzen Reihe spezieller Kernenergieanlagen bevorzugt.
So zeigt beispielsweise die deutsche Auslegeschrift

ω) 11 56 903 eine Kraftmaschinenanlage der eingangs beschriebenen Art, die für Fahrzeuge verwendet werden soll und daher einen sehr kompakten Aufbau aufweist. Die Turbine und der Verdichter sind hier an zwei einander gegenüberliegenden Stirnflächen des

^b"> Reaktorkerns angeordnet, wobei die durch den Reaktorkern führende gemeinsame Welle als Hohlwelle ausgebildet ist und die Zwischenkühler in dem Ringraum zwischen dem Reaktorkern und der Druckbe-

hälterwand untergebracht sind. Bei dieser gedrängten Bauweise wird davon ausgegangen, daß die zu verwendende Turbine keine Wartung benötigt, und es wird daher auf die Ausbaubarkeit der Turbine und der anderen Kreislaufkomponenten verzichtet.

Einen ähnlichen Aufbau zeigt der in der Offenlegungsschrift 20 05 208 offenbarte Kernreaktor, nur ist hier noch innerhalb des DruckbehäJters ein an seinen Stirnseiten offener Druckmantel vorgesehen, der von der Druckbehälter-Innenwand derart beabstandet ist, daß in dem so gebildeten Raum die Wärmetauscher untergebracht werden können.

In der deutschen Offenlegungsschrift 20 28 736 wird ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf beschrieben. Hier handelt es sich um ein Kraftwerk in Zweibehälterbauweise, bei dem die Gasturbine und die im Gaskreislauf angeordneten Maschinen und Apparate in einem vom Betondruckbehälter abgetrennten, aus vorgespanntem Beton gebildeten Maschinenblock untergebracht sind, um einen einfacheren Aufbau der Beschickungs- und Regeleinrichtung zu erreichen.

In der gleichen Weise ist auch der in der deutschen .Auslegeschrift 16 14 610offenbarte Beiondruckbehälter aufgebaut, der zwei geschlossene druckdichte Räume aufweist, von denen der eine den Reaktor aufnimmt und der andere als Maschinenkammer dient. Das Arbeitsmedium wird in Leitungen, die die Trennwand zwischen den beiden druckdichten Räumen durchdringen, vom Reaktor zur Turbine und vom Verdichter wieder zurück in einen Ringraum unterhalb des Reaktorkerns geführt. Diese sogenannte Iglu-Bauweise ist technisch schwei zu realisieren, und die Kernkraftanlage ist auf Grund des Anordnungsprinzips sehr unwirtschaftlich.

In der Offenlegungsschrift 20 62 934 ist ebenfalls ein gasgekühlter Kernreaktor in integrierter Bauweise dargestellt, bei dem die Gasturbine in einem Hohlraum in der Wandung des den Reaktorkern umgebenden Druckbehälters untergebracht ist. Durch eine Bypaßvorrinhtung kann ein Teil des dem Reaktorkern zugeführten kalten Kühlgases an dem Reaktorkern vorbeigeleitet und direkt mit dem aus dem Reaktorkern austretenden heißen Kühlgas gemischt werden.

Eine weitere Kernreaktoranlage in integrierter Bauweise ist in der deutschen Offenlegungsschrift 17 64 249 beschrieben, die in zwei verschiedenen Varianten ausgeführt ist. Bei beiden Varianten sind die wärmetauschenden Apparate in um den Kernreaktor angeordneten senkrechten Schächten installiert. In einem dritten solchen Schacht sind untereinander in vertikaler Lage ein dreistufiger Kompressor und eine Antriebsturbine für den Kompressor (als 2. Turbinenstufe bezeichnet) untergebracht, die auf einer gemeinsamen Welle sitzen. Die an einen Generator gekoppelte Leistungsturbine (als !.Turbinenstufe bezeichnet) ist in horizontaler Lage eingebaut, und zwar in einem unterhalb des Reaktorboden-Niveaus angeordneten Stollen. Die wärmetauschenden Apparate sind nicht mehrsträngig ausgeführt; der Rekuperator ist jedoch in zwei Teilkomponenten aufgeteilt, die hintereinander geschaltet und in zwei gesonrWten vertikalen Schächten installiert sind. Dies< ...·.. Jurch zwei koaxial ausgebildete Leitungen miteinander verbunden.

Die erste Variante der bekannten Kernreaktoranlage umfaßt einen Wärmenulzungskreislauf oder Loop der eben beschriebenen Art. Bei der zweiten Variante sind drei Wärmenutzungskreisläufe oder Loops vorgesehen, von denen jeder so aufgebaut ist wie derjenige der ersten Variante. Es findet hier also eine Aufteilung des aus dem Reaktor austretenden Gasstromes auf drei Leistungsturbinen mit angeschlossenem Kreislauf statt. Die bekannte Anlage benötigt sowohl in der Ein-Loopals auch in der Drei-Loop-Ausführung einen relativ großen Druckbehälter, da das Kühlgas große Strömungswege zurücklegen muß. Es wird zum größten Teil durch vertikale Leitungen geführt, an die sich unmittelbar eine Reihe von horizontalen Stichleitungen anschließt.

ίο Schließlich sei noch auf die britische Patentschrift 7 99 212 hingewiesen, die eine Wärmekraftanlage mit einem Kernreaktor und einem geschlossenen Kühlgaskreislauf betrifft, in dem eine den L'mwälzverdichter antreibende Turbine und ein Wärmetauscher liegen. Die von dem Kühlgas aus dem Kernreaktor abgeführte Wäi me wird in dem Wärmetauscher an ein Sekundärkreismedium abgegeben und erst dann zur Leistungserzeugung verwendet Vor Eintritt in den Wärmetauscher wird das Kühlgas zunächst durch die Antriebsturbine für den Umwälzverdichter geführt Turbine und Umwäizverdichter sind in horizontaler Lage in einer Kaverne unterhalb des Kernreaktors angeordnet.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, bei einem Kernkraftwerk mit geschlossenem, mehrsträngig ausgeführtem Gaskühlkreislauf der eingangs beschriebenen Bauart durch die besondere Anordnung der Komponenten und der die Komponenten verbindenden Gasleitung die Dimension

■io des Spannbetondruckbehälters so gering wie möglich zu halten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Gasturbosatz in einem Stollen unterhalb des Reaktors ausbaubar angeordnet ist. daß jeweils ein Rekuperator und ein diesem nachgeschalteter Vorkühler über- oder untereinander in einem der senkrechten Schächte installiert sind, daß zu jedem der Stränge die gleiche Anzahl von Rekuperatoren und Vorkühlern gehört und jedem Strang drei horizontale Ringsegment-

■Ό kanäle zugeordnet sind, wobei in jedem Strang dem ersten Ringsegmentkanal über eine Stichleitung von der Leistungsturbine kommendes Abgas zugeführt und das Gas gleichmäßig auf die parallel verteilten Rekuperatoren verteilt wird, durch den zweiten Ringsegmentkanal, der durch eine Stichleitung mit dem Kompressor verbunden ist, kaltes verdichtetes Gas zu den Rohrbündeln der Rekuperatoren geführt wird und der dritte Ringsegmentkanal das aus den Vorkühlern austretende kalte Gas sammelt, und daß die kalten Gasströme der

μ beiden Stränge durch eine vertikal verlaufende Hauptsammeileitung zu dem Kompressor geleitet werden.

Gemäß der Erfindung werden also in jedem Strang mehrere Wärmetauscher-Einheiten (eine Wärmetauscher-Einheil umfaßt einen Rekuperator und einen Vorkühler) von einem ringsegmentartigen Leitungssystem versorgt, wobei dieses Prinzip sowohl bei d;r Zuführung des Turbinenabgases zu den Rekuperatoren als auch bei der Zuleitung des kalten, verdichteten Gases zu den Rohrbündeln der Rekuperatoren sowie

bo auch bei der Wegführung des kalten Gases aus den Vorkühlern verfolgt wird. Kurze Stichleitungen verbinden die Ringsegmentkanäle mit den entsprechenden Ausgängen des Gasturbosatzes. Auf diese Art wird eine optimale Aufteilung erreicht, die es ermöglicht, mit

<>5 einer geringen Anzahl und einer geringen Länge der Rohrleitungen auszukommen, was sich sehr positiv auf die Dimensionen des Spannbetondruckbehälters auswirkt. Das aus der Turbine austretende heiße Nieder-

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druckgas durchströmt die parallel in Gruppen geschalteten Rekuperatoren mantelseitig sämtlich von unten nach oben; die gleiche Strömungsrichtung wird auch in den oberhalb der Rekuperatoren angeordneten Vorkühlern beibehalten, die das Gas auf die Eintrittstemperatur des Kompressors rückkühlen.

Die Anordnung der einzelnen Komponenten ist so gewählt, daß sie bei jeder gewünschten Leistungssteigerung beibehalten werden kann; d. h. die Extrapolation auf größere oder kleinere Leistungseinheiten ist ohne Schwierigkeiten möglich, was bei der Entwicklung von neuen Kernreaktoren von großer Bedeutung ist.

Der Gasturbosatz ist ausbaubar in einem Stollen angeordnet, der in einem solchen Abstand von dem Kernreaktor verläuft, daß eine ausreichende Abschirmung des Turbosatzes gegen die Neutronenstrahlung gewährleistet ist. Für den Ein- und Ausbau des Torbosatzes ist eine sogenannte Einschubbauweise vorgesehen.

Der Gasturbosatz ist vorzugsweise einwellig ausgeführt, da eine einwellige Anlage gegenüber einer Mehrwellenanlage entscheidende Vorteile aufweist; ihr Betriebs- und Regelverhalten ist gut überschaubar und erprobt; es ist nur eine Wellendichtung durch den Spannbetonbehälter erforderlich, und überdies sind die Kosten einer Einwellenanlage niedriger. Der Gasturbosatz ist starr mit dem Generator gekoppelt.

Das vom Kernreaktor kommende heiße Gas wird zunächst einem Sammelraum zugeleitet und strömt dann über vertikale Heißgasleitungen direkt den Turbineneintrittsstutzen zu.

Um den Wirkungsgrad des Kernkraftwerks zu erhöhen, kann in dem Hauptkreislauf ein Zwischenkühlersystem vorgesehen sein, das zweckmäßigerweise in den senkrechten Schächten unterhalb der Rekuperatoren untergebracht ist. Die Zwischenkühler sind — wie die Rekuperatoren und Vorkühler — in Gruppen zusammengefaßt, wobei jede Gruppe einem Strang zugeordnet und durch einen Ringsegmentkanal verbunden ist Jeder der Ringsegmentkanäle ist durch eine kurze Stichleilung an den Niederdruckteil des zweistufig ausgeführten Kompressors angeschlossen. Das aus den Zwischenkühlern austretende Gas wird von weiteren Ringsegmentkanälen aufgenommen, die jeweils die Zwischenkühler jedes Stranges ausgangsseitig verbinden und das Gas über eine Stichleitung zur Hochdruckstufe des Kompressors weiterleiten.

In den Bündelrohren der Rekuperatoren wird das Hochdruckgas durch das mantelseitig durch die Rekuperatoren strömende Niederdruckgas vorgewärmt. Durch radial geführte Leitungen gelangt das Gas schließlich zurück in den Reaktor-Kaltgassammelraum.

Vorteilhaft ist bei einer Leistungsgröße von beispielsweise 1000 MW der Gaskühlkreislauf zweisträngig ausgeführt, wobei jeweils drei Rekuperatoren und drei Vorkühler zu einem von einem Ringsegmentkanal versorgten Strang gehören. Diese Zahl stellt im Hinblick auf die erforderlichen Querschnitte der Gasleitungen und die dafür benötigten Leitungswege die optimale Lösung dar. Die wärmetauschenden Apparate der beiden Stränge sind symmetrisch zueinander und zum Kernreaktor angeordnet.

Wenn eine Kernkraftanlage dieser Leistungsgröße mit Zwischenkühlern ausgerüstet werden soll, so genügt es, vier Zwischenkühler vorzusehen, von denen je zwei zu einem Strang gehören, also durch einen gaszuführenden und einen gasabführenden Ringsegmentkanal verbunden sind.

Wie bereits abgedeutet, dienen die Zwischenkühler der Verbesserung des Wirkungsgrades der Anlage. Es sind jedoch auch Kernkraftanlagen denkbar, bei denen durch Weglassen der Zwischenkühler bewußt eine Verschlechterung des Wirkungsgrades hingenommen wird, um eine Reihe von anderen Vorteilen dafür einzutauschen. Die wesentlichsten Vorteile sind im folgenden kurz zusammengefaßt: eine erhebliche

ίο Verkürzung des Spannbetonbehälters, der Wegfall von teueren Anlageteilen (außer den Zwischenkühlern selbst noch Panzerrohre, Gasführungen und ausbautechnische Einrichtungen), eine Verkleinerung des Kühlsystems und die Verringerung der Kreislaufdruck-Verluste. Bei einer solchen Kernkraftanlage wird der aus dem Kompressor austretende Gasstrom unmittelbar durch Zuführungsleiiungen den betreffenden Ringsegmentkanälen der Rekuperatoren zugeteilt.
Vorteilhaft ist innerhalb des Spannbetonbehälters auch ein Nachwärmeabfuhr-System vorgesehen, das in an sich bekannter Weise aus einem Gebläse mit oder ohne Rekuperator und einem Kühler besteht. Dieses vom Hauptkreislauf unabhängige Notkühlsystem sichert bei der hier vorgesehenen Einwellen-Gasturbinenanlage die Abfuhr der Reaktorwärme bei Ausfall des Gasturbosatzes, in Stillstandszeiten und bei Störfällen. Das Nachwärmeabfuhr-System kann beispielsweise in einem senkrechten Schacht untergebracht sein.

Für die Regelung des einwelligen Gasturbosatzes ist neben einer Bypaß- und einer Füllmengenregelung ein Frequenzregelsystem vorgesehen, das zur Stützung der Frequenz des Gasturbosatzes im Hinblick auf die Schwankungen des Netzes dient. Das Frequenzregelsystem umfaßt mehrere Gasspeicherbehälter, die vorteilhaft in einigen der senkrechten Schächte untergebracht sind. Durch diese Anordnung ergeben sich besonders kurze Leitungen für das Gas, das zwischen den Speicherbehältern und dem Hauptkreislauf in jeder erforderlichen Folge hin und her strömt.

Weitere Vorteile dieser besonderen Anordnung sind die schnelle Verfügbarkeit der Gasmenge und ihre hohe Sicherheit und Kompaktheit.

Zweckmäßigerweise sind auch sämtliche Hauptkreislaufarmaturen innerhalb des Spannbetonbehälters untergebracht, wodurch die Sicherheit und Kompaktheit der Anlage noch gesteigert werden. Dabei ist die Anordnung der Armaturen so gewählt, daß sie von außen zugänglich sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Kernkraftwerkes gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 die gesamte Anlage im Längsschnitt,
Fig.2 die Kreislaufschaltung des Hauptkreislaufes und

F i g. 3 eine Darstellung der im Spannbetonbehälter integrierten Anlagenteile.

Die F i g. 1 läßt einen druckfesten Sicherheitsbehälter 1 aus Stahlbeton erkennen, der zylindrisch ausgeführt ist und als oberen Abschluß eine Kugelkalotte 2 aufweist.

Zentral im Inneren des Sicherheitsbehälters 1 ist ein ebenfalls zylindrischer Spannbetonbehälter 3 angeordnet, der ein Hochtemperaturreaktor 4 sowie die weiter unten ausführlicher beschriebenen Hauptkreislaufkomponenten umfaßt. Innerhalb des Sicherheitsbehälters 1 sind auch alle Aktivgas führenden Hilfseinrichtungen sowie die für den Ausbau der Hauptkreislaufkomponenten erforderlichen Vorrichtungen untergebracht. Von diesen ist in der Zeichnung nur ein als Haupthebezeug

dienender Rundlaufkran 5 gezeigt, der in einer Ebene unterhalb des Beginns der Kugelkalotte bewegbar angeordnet ist Sein Arbeitsradius isf so groß, daß mit ihm alle im Sicherheitsbehälter 1 befindlichen Komponenten ausgebaut werden können.

Der Hochtemperaturreaktor 4 ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Kugelhaufenreaktor ausgeführt, was durch einen im Boden des Reaktorkerns vorgesehenen Kegel 6 und ein sich an diesen anschließendes Kugelabzugsrohr 7 sowie durch einen hängenden Deckenreflektor 8 angedeutet ist. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum 9 zur Aufnahme des aus der Kugelschüttung austretenden erhitzten Gases.

Senkrecht unter dem Hochtemperaturreaktor 4 und in hinreichendem Abstand von diesem, um eine sichere Abschirmung zu gewährleisten, ist ein horizontaler Stollen in den Spannbetonbehälter 3 gearbeitet, in dem eine einwellige Gasturbine 10 sowie ein Hochdruck- und ein Niederdruckkompressor 11, 12 untergebracht sind, die mit der Gasturbine 10 auf einer gemeinsamen Welle 13 sitzen. Ein Generator 14, der in einer zylindrischen Ausnehmung des Sicherheitsbehälters 1 ausbaubar angeordnet ist, ist starr mit der Gasturbine 10 gekoppelt Dieser Sachverhalt ist der F i g. 2 zu entnehmen. Der Einbau der Turbine 10 wurde in der sogenannten Einschubbauweise vorgenommen. Vom Heißgassammelraum 9 führen zwei vertikal angeordnete Heißgasleitungen 23 über zwei Heißgasarmaturen 24 direkt zu den vier Turbineneintrittsstutzen 25, wie aus F i g. 3 erkennbar.

Rund um die Achse des Spannbetonbehälters 3 sind in symmetrischer Anordnung zueinander acht senkrechte Schächte oder Pods 15,16... 22 vorgesehen, die — wie aus der Fig.3 ersichtlich — mit einem hinreichenden Abstand zum Rand den Spannbetonbehälter 3 auf seiner gesamten Länge durchqueren. In sechs dieser Schächte — und zwar in den Schächten 15,16... 20 — ist in Höhe des Kernreaktors je ein Rekuperator 26 untergebracht, und jedem Rekuperator ist ein Vorkühler 27 nachgeschaltet, der oberhalb von ersterem im gleichen Schacht angeordnet ist Die in den senkrechten Schächten 15,16, 17 befindlichen Rekuperatoren sind durch einen Ringsegmentkanal 28 miteinander verbunden, während ein zweiter Ringsegmentkanal 29 die Verbindung der Rekuperatoren in den Stollen 18, 19, 20 hergegesteilt. Beide Ringsegmentkanäle 28, 29 sind mit dem Turbinenaustritt durch je eine Stichleitung 30 bzw. 31 verbunden, wodurch der gesamte Kühlkreislauf nach der Gasturbine 10 in zwei gleiche Teilströme aufgeteilt wird. Diesem Prinzip entsprechend sind auch die Ausgänge der Vorkühler 27 durch zwei Ringsegmentkanäle 32,33 derart verbunden, daß zwei Gruppen mit je drei Vorkühlern gebildet werden. Die Ringsegmentkanäle 32,33 münden in eine Hauptsammelleitung 34, die vertikal nach unten zum Niederdruck-Kompressor-Eingang 35 führt, wie in der F i g. 1 dargestellt.

Die Kernkraftanlage kann zur Verbesserung ihres Wirkungsgrades mit vier Zwischenkühlern 36 ausgerüstet sein, die zweckmäßig unterhalb der Rekuperatoren 26 in den senkrechten Schächten angeordnet sind, beispielsweise in den Schächten 15,16, 19 und 20. Auch die Zwischenkühler 36 sind zu zwei Einheiten zusammengefaßt, wobei jede Einheit durch einen Ringsegmentkanal 37 bzw. 38 verbunden ist und beide Kanäle über eine Stichleitung 39 bzw. 40 an den Ausgang des Niederdruck-Kompressors 12 angeschlossen sind. Zur Sammlung des aus den Zwischenkühlern 36 austretenden Gases sind zwei weitere Ringsegmentkanäle 41, 42 vorgesehen, die je zwei Zwischenkühler verbinden und an eine Stichleitung 43 bzw. 44 angeschlossen sind, die beide zum Eingang des Hochdruck-Kompressors 11 führen. Zur Weiterleitung des verdichteten Gases zu den Rekuperatoren 26 dienen zwei Stichleitungen 45,46, in die je eine Kaltgasarmatur 47 bzw. 48 eingebaut ist. Die Verteilung des Gases auf die beiden Gruppen erfolgt abermals durch zwei Ringsegmentkanäle 49, 50, die die Rohrbündel von je drei der Rekuperatoren 26 mit Hochdruckgas versorgen. Sechs radial geführte Leitungen 51 —56 bringen das vorgewärmte Gas schließlich wieder zurück in einen Kaltgassammelraum 57 des Hochtemperaturreaktors 4. Bevor das Gas wieder in den Reaktorkern eintritt, strömt es zwischen dem thermischen Schild und dem Reflektoraufbau entlang, wobei es diese Bauteile kühlt (nicht dargestellt). Durch den Deckenreflektor 8 gelangt das kalte Gas schließlich in den Raum oberhalb des Kugelhaufens und dringt sodann in den Kugelhaufen ein.

In den senkrechten Schächten 21 und 22 ist in gleicher Höhe mit den Zwischenkühlern 36 ein an sich bekanntes Nachwärmeabfuhr-System 58 untergebracht, das sich aus Gebläse, Rekuperator und Kühler zusammensetzt. Da das Nachwärmeabfuhr-System nicht Gegenstand der Erfindung ist, sind diese Komponenten nicht im einzelnen dargestellt. Das System 58 entnimmt heißes Gas aus einer Heißgasleitung 59, kühlt es in dem Rekuperator auf ca. 450° C und anschließend in dem Kühler auf ca. 50° C ab und bewirkt durch das Gebläse eine Druckerhöhung bei einem Temperaturanstieg auf ca. 70° C Durch ein Zentralrohr strömt das verdichtete Gas wieder dem Rekuperator zu, in dem es auf 400° C aufgeheizt und durch eine Rohrleitung 60 dem Kernreaktor 4 kaltgasseitig wieder zugeführt wird.

Da nicht alle der senkrechten Schächte 15 .. 22 für die Hauptkreislaufkomponenten benötigt werden, können in den verbleibenden freien Räumen die für den Reaktorbetrieb erforderlichen Hilfssysteme untergebracht werden. So kann beispielsweise in den Stollen 17 und 18 je ein Gasspeicherbehälter vorgesehen sein, der als Frequenzbehälter fungiert; d. h. zur Stützung der Frequenz der Gasturbine 10 wird eine bestimmte Gasmenge zwischen den (nicht dargestellten) Frequenzregelbehähern und dem Hauptkreislauf hin- und hergeschickt Dabei wird das Druckgefälle zwischen Hoch- und Mitteldruck des Hauptkreislaufes für den Regelvorgang ausgenutzt

Zu dem Hauptkühlkreislauf gehört noch ein als geschlossener Kühlwasserkreislauf ausgebildetes Rückkühlsystem, das die Aufgabe hat, die Veriustwärme des gesamten Kernkraftwerks über Trockenkühltürme an die Atmosphäre abzuführen. Das Rückkühlsystem ist in zwei Einheiten aufgeteilt, die je 50% der Leistung übernehmen. Es sind zwei gleichartige Kühlwasserkreisläufe vorgesehen, die ihre Wärme je an einen Trockenkühlturm abgeben.

In der Fig. 2 ist der Haupt- oder Turbinenkreislauf einschließlich des Nachwärmeabfuhr-Systems noch einmal ausführlich dargestellt wobei für die einzelnen Komponenten die gleichen Bezugsziffern verwendet wurden wie bei den F i g. 1 und 3.

Der Arbeitsprozeß des Hauptkreislaufes verläuft zwischen einem obersten Prozeßdruck von 64,3 bar und einem untersten von 193 bar; die Prozeßtemperatur bewegt sich zwischen einer oberen Grenze von 850°C und einer unteren Grenze von 30°C. Auf der

Heißgasseite strömt das Gas mit 850⁰C und 60 bar direkt aus dem Heißgassammelraum 9 über die beiden Heißgasarmaturen 24 den vier Eintrittsstutzen 25 der Gasturbine 10 zu.

In der Turbine 10 wird das Arbeitsgas auf 20,7 bar entspannt und tritt mit einer Temperatur von 494°C durch die Stichleitungen 30,31 und die Ringsegmentkanäle 28, 29 in die Rekuperatoren 26 ein, die es mantelseitig durchströmt. Dabei wird es mit dem kalten, auf der Hochdruckseite der Rekuperatoren 26 strömenden Gas auf die unterste Prozeßtemperatur von 30⁰C rückgekühlt und durch die Ringsegmentkanäle 32, 33 gesammelt, bevor es über die Hauptsammelleitung 34 dem Eingang 35 des Niederdruckkompressors 12 zugeleitet wird.

!m Niederdruckkompressor 12 wird das Arbeitsgas auf einen Prozeßdruck von 64,3 bar angehoben und mit einer Temperatur von 125,6° C über die Stichleitungen 39, 40 und die Ringsegmentkanäle 37, 38 den Zwischenkühlern 36 mantelseitig zugeführt Dort wird das Gas wieder auf 30°C heruntergekühlt, durchströmt dann nach der Sammlung in den Ringsegmentkanälen 41, 42 die Stichleitungen 43, 44 und tritt mit einem Prozeßdruck von 35,8 bar in den Hochdruckkompressor 11 ein. Hier wird das Arbeitsgas auf den maximalen Prozeßdruck von 64,3 bar angehoben und über die Stichleitungen 45,46 sowie die Kaltgasarmaturen 47,48

to zu den Ringsegmentkanälen 49, 50 geführt, die es mit einer Temperatur von 125,6°C auf die Rohrbündel der Rekuperatoren 26 verteilen. Mit der von der Niederdruckseite der Rekuperatoren zugeführten Wärme wird das Hochdruckgas anschließend auf eine Temperatur von 455,2⁰C gebracht, wonach es durch die radial geführten Leitungen 51—56 unmittelbar dem Kaltgassammelraum 57 des Hochtemperaturreaktors 4 zugeleitet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Kernkraftwerk mit geschlossenem, mehrsträngig ausgeführtem Gaskühlkreislauf, bei dem ein Hochtemperaturreaktor, ein aus einer Leistungsturbine und einem Kompressor bestehender, horizontal angeordneter Gasturbosatz, wärmetauschende Apparate, bestehend aus Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenenfalls Zwischenkühlern, sowie die das Gas führenden Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten in einem Spannbetondruckbehälter untergebracht und die wärmetauschenden Apparate in einer Anzahl von auf einem Teilkreis um die Druckbehälterachse angeordneten senkrechten Schächten (Pods) installiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasturbosatz (10, 11, 12) in einem Stollen unterhalb des Reaktors (4) ausbaubar angeordnet ist, daß jeweils ein Rekuperator (26) und ein diesem nachgeschalteter Vorkühler (27) über- oder untereinander in einem der senkrechten Schachte (15 ... 20) installiert sind, daß zu jedem der Stränge die gleiche Anzahl von Rekuperatoren (26) und Vorkühlern (27) gehört und jedem Strang drei horizontale Ringsegmentkanäle (28, 32,49 bzw. 29, 33,50) zugeordnet sind, wobei in jedem Strang dem ersten Ringsegmentkanal (28 bzw. 29) über eine Stichleitung (30 bzw. 31) von der Leistungsturbine (10) kommendes Abgas zugeführt und das Gas gleichmäßig auf die parallel durchströmten Rekuperatoren (26) verteilt wird, durch den zweiten Ringsegmentkanal (49 bzw. 50), der durch eine Stichleitung (45 bzw. 46) mit dem Kompressor (11,12) verbunden ist, kaltes verdichtetes Gas zu den Rohrbündeln der Rekuperatoren (26) geführt wird und der dritte Ringsegmentkanal (32 bzw 33) das aus den Vorkühlern (27) austretende kalte Gas sammelt, und daß die kalten Gasströme der beiden Stränge durch eine vertikal verlaufende Hauptsammelleilung (34) zu dem Kompressor (11, 12) geleitet werden.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Gasturbosalz (10, 11, 12) einwellig ausgeführt und starr mit dem Generator (14) gekoppelt ist.

3 Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erforderliche Zwischenkühler (36) in den senkrechten Schächten (15 ... 20) unterhalb der Rekuperatoren (26) angeordnet sind.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkühler (36) jedes Stranges durch einen Ringsegmentkanal (37 bzw. 38) verbunden sind und jeder der Ringsegmentkanäle (37, 38) an eine von dem Niederdruckteil (12) des zweistufig ausgeführten Kompressors (11, 12) kommende Stiihleitung (39 bzw. 40) angeschlossen ist.

5. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rückführung des Gases aus der· Zwischenkühlern (36) zu dem Hochdruckteil (11) des zweistufig ausgeführten Kompressors (11, 12) für jeden Strang ebenfalls ein Ringsegmentkanal (41 bzw. 42) sowie eine Suchleilung (43 bzw. 44) vorgesehen ist, die von dem zugehörigen Ringsegmentkanal (41 bzw. 42) mit Gas versorgt wird.

6. Kernkraftwerk nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Rekuperatoren (26) und Vorkühler (27) zweisträngig ausgeführt ist, wobei jeweils drei Rekuperatoren (26) und Vorkühler (27) zu einem Strang gehörer und die wärmetauschenden Apparafe der beiden Stränge symmetrisch zueinander i:nd zu dem Kernrekator (4) angeordnet sind.

7. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen 3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß vier Zwischenkühler (36) vorgesehen sind, von denen jeweils zwei an ein**— gaszuführenden Ringsegmentkanal (37 bzw. 38). an einem gasabführenden Ringsegmentkanal (41 bzw. 42) angeschlossen sind.

8. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Spannbetondruckbehälters (3) ein in an sich bekannter Weise aus einem Gebläse mit oder ohne Rekuperator und einem Kühler bestehendes Nachwärmeabfuhrsystem (58) vorgesehen ist.

9. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einigen der senkrecht angeordneten Schächte (15 ... 20) im Spannbetondruckbehälter (3) mehrere Gasspeicherbehälter zur Frequenzregelung des Gasturbosatzes (10, 11, 12) untergebracht sind.

10. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle erforderlichen Hauptkreislaufarmaturen (24, 47, 48) im Spannbetondruckbehälter (3) zugänglich angeordnet sind.