DE2411039C2 - Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärme - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärmc. dessen Energie an einen Sekundärkreis lauf abgegeben wird und bei dem ein Hochtemperaturreaktor, wärmetauschende Apparate und Gebläse sowie die das Gas führenden Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten in einem Spannbetonbehälter (Einbehälterbauweise) untergebracht sind, wobei der Gaskühlkreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche Stränge unterteilt ist. die je in Hintereinanderschaltung einen Wärmetauscher, ein Gebläse sowie gasführende Leitungen umfassen, und wobei alle Komponenten symmetrisch um den Hochtemperaturreaktor angeordnet sind.

Es ist bekannt. Kernkraftwerke mit geschlossenem Gasturbinenkreislauf in integrierter Bauweise herzustel len, bei denen sich außer dem Reaktorkern auch eine Gasturbine, ein Verdichter und wärmetauschende Apparate innerhalb des Spannbetonbehälters befinden. So wird in der Offenlegungsschrift 20 62 934 ein gasgekühlter Kernreaktor beschrieben, bei dem die Gasturbine in einem Hohlraum an der Wandung des den Reaktorkern umgebenden Druckbehälter unterge-

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bracht ist. Eine weitere Kernreaktoranlage in integrierter Bauweise ist in der Offenlegungsschrift 17 64 249 dargestellt, bei der der Kernreaktor und alle Komponenten des Gasturbinenkreislaufs in dicht beabstandeten parallelen und vertikalen Bohrungen innerhalb c>s Betondrjekbehälters von eußen zugänglich angeordnet und Durchlaßwege für das Kühlmedium sowohl in der Wand des Druckbehälter als auch zwischen den einzelnen Bohrungen vorgesehen sind.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die wärmetauscliciiutii Apparate in radial um die Spannbetonbehälter-Achse angeordneten senkrechten Schächten und den Gasturbosatz in einem horizontalen Stollen unterhalb des Reaktorkerns unterzubringen und den gesamten Krhlkreislauf nach dem Gasturbosatz in js mehrere gleichgroße Teilströme aufzuteilen. Alle Teilströme werden durch Stichleitungen gesonderten Ringsegmentkanälen zugeführt, die je eine Gruppe der wärmetauschenden Apparate verbinden.

Eine Kernkraftanlage mit geschlossenem Gasturbincnkreisiauf in nichtintegrierter Bauweise {Gasturbine und Verdichter befinden sich außerhalb cüs Reaktordruckbehälters) ist in der Offenlegungsschrift 10 73 648 gezeigt.

Bei allen genannten Anlagen bestehen die wärmetausehenden Apparate aus mindestens einem Rekuperator und der gleichen Anzahl von Kühlern, die verschiedene Funktionen in dem Gasturbinenkreislauf zu erfüllen haben. Der Rekuperator dient dazu, mit Hilfe des noch heißen Abgases der Gasturbine das von dem Kompressor kommende verdichtete kalte Gas des gleichen Kreislaufs wieder aufzuheizen, bevor es zu dem Reaktorkern zurückgeleitet wird. Der Rekuperator überträgt also Wärme innerhalb des Primärkreislaufs. Der Kühler kühlt das aus dem Rekuperator austretende, bereits abgekühlte Gas noch weiter herunter auf die zum Eintritt in den Verdichter erforderliche Temperatur. Dabei wird die Wärme des Gases an in einem Sekundärkreis umlaufendes Wasser abgegeben.

Wie be.eits erwähnt, weisen einige der genannten Anlagen einen voll in einem Spannbetonbehälter integrierten Gaskühlkreislauf auf. und eine solche integrierte Bauweise bildet auch einen der Ausgangspunkte der vorliegenden Erfindung. Es besteht jedoch ein grundlegender Unterschied zwischen dem Gegenstand der Erfindung und den oekannten Anlagen: während bei den letzteren die im Reaktorkern erzeugte Energie zum Antrieb einer Gasturbine und zur anschließenden Stromerzeugung ausgenutzt wird, wird beim Erfindungsgegenstand die vom Kühlgas aufge- so nommene Energie an einen Sekundärkreislauf abgegeben und zur Erzeugung von Prozeßwärme verwendet. Ein derartiger Verwendungszweck einer Kernreaktoranlage setzt eine genügend hohe Kernaustrittstemperatur des Kühlgases voraus, die etwa bei 950⁰C. mindestens jedoch bei 850°C liegen muß. Bei diesen hohen Temperaturen tritt eine Anzahl von Problemen auf. zu deren Lösung tier genannte Stand der Technik nicht beitragen kann.

Bekannt ist es nuch, bei Kernkraftwerken in integrierter Bauweise tnit geschlossenem Gaskühlkreislauf, dessen Energie über Wärmetauscher an einen Sekundärkreislauf abgegeben wird, den Gaskühlkreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche Stränge zu unterteilen, die je ii¹ Hintereinanderschaltung einen Wärmetauscher (Dampferzeuger), ein Gebläse und die zur Gasführung erf( derlichen Leitungen enthalten. Eine derartige Anlage", bei der die Dampferzeuger und Gebläse symmetrisch um einen Hochtemperaturreaktor angeordnet sind, ist in »'Energie Nucieuire % Sept. 1968, Seite 337, sowie in den »Proceedings of ihc 3. United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Genf, Sept. 1964, P/536, Seiten 344— 350, beschrieben. Es handelt sich hierbei Um den THTR-300-MWe, bei dem Kühlgasajstrittstemperaturen von 750° C (maximal 850° C) erzielt werden. Diese Temperaturen reichen nicht aus, um eine für die Weiterverwendung in chemischen Prozessen genügend große Wärmemenge auf ein in dem Sekundärkreis umlaufendes Medium zu übertragen.

Einen weiteren Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bilden die Auslegeschrift 15 39 917 und die Offenlegungsschrift 23 21 179, in denen ebenfalls ein mit Helium gekühlter Hochtemperaturreaktor dargesteilt ist. Die in dem Reaktorkern erzeugte Wärme wird auch hier über Dampferzeuger, denen Gebläse nachgeschaltet sind, an einen Sekundärkreislauf abgegeben. Die Kernaustrittstemperaturen des H"'^;.ums liegen bei 750 bis 800° C. Die Dampferzeuger -and Gebläse sind ebenfalls in dem Spannbetonbehälter integriert; sie befinden sich in vertikalen Schächten (Pods) in der Behälterwandung. Dies hat den Vorteil, düß diese Komoonenten nicht unmittelbar der Strahlung des Reaktorkerns ausgesetzt sind.

Wie aus der Offenlegungsschrift 23 21 179 bekannt, kann das Gebläse — je nach der Strömungsrichtung des Heliums durch den Dampferzeuger — direkt oberhalb oder unterhalb des Dampferzeugers in den gleichen Schacht wie dieser installiert sein derart, daß es sich am kalten Ende des Dampferzeugers befindet. In diesem Falle kann das relativ kalte Helium — da es höheren Druck als das durch den Dampferzeuger strömende Helium hat und bei einem Leck im Dampferzeugermantel kein heißes Gas an die Schachtwandung gelangen kann — auf seinem Weg zurück zum Reaktorkern teilweise durch den vertikalen Schach' geführt sein, wobei es als Mantelstrom die mit hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile kühlt.

Der genannte Stand der Technik bildet die Ausgangslage für die vorliegende Erfindung, mit der die Aufgabe zu lösen war, ein wirtschaftliches Konzept für ein Kernkraftwerk der eingangs beschriebenen Bauart zu entwickeln, mit dem Kernaustrittstemperaturen des Kühlgases von mehr als 850° C erreicht werden können, ohne daß die Zeitstandfestigkeit der Gesamtanlage begrenzt werden muß.

Wie bereits erwähnt, tritt bei den geforderten hohen Temperaturen eine Vielzahl von Problemen auf, die mit Isolierungs- und Werkstofffragen zusammenhängen. Eines dieser Probleme ist z. B. die Auswahl eires gee-gneten Werkstoffes für die wärmetauschenden Apparate, die einer Gaseintrir.stemperatur von 950°C (mindestens 850°C) ausgesetzt sind. Nach heutigem Wissenstand gibt es noch keine Werkstoffe, die einer derartig hohen Temperatur hinreichend lange standhalten (die Lebensdauer der Anlage wird mit 30 Jahren angesetzt). Für Jen Gasaustrittsbereich der wärmetauschenden Apparate treten diese Schwierigkeiten nicht auf, da die Austrittstemperatur wesentlich niedriger liegt.

Ein weiteres Problem bildet die Wärmeisolierung der mit hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile des Gasküliikreislaufs vvie del Gasführungen.

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmetauscher in einen Hochtemperatur- und einen Niedertemperaturtei! auf-

geteilt sind, daß die Wärmetauscher in an sich bekannter Weise in vertikalen Schachten (Pods) ausbaubar installiert sind, daß die Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Teile jeder Wärmetauschereinheit in getrennten Schächten und die Gebläse in an sich bekannter Weise unmittelbar unter den Niedertemperatur-Teilen angeordnet sind und daß die Rückführung des relativ kalten Gases von den Gebläsen zu dem Hochtemperaturreaktor in ebenfalls an sich bekannter Weise teilweise durch die vertikalen Schächte (Pods) erfolgt, wobei in ebenfalls bekannter Weise das Gas als Mantelstrom um die hochtemperaturbeaufschlagten Bauteile geführt ist.

Der gesamte Primärkreislauf ist, wie an sich bekannt, aus einer Anzahl von gleichen Kreislaufsträngen zusammengesetzt, die nur über den Hochtemperaturreaktor miteinander gekoppelt sind. Die Wärmetauscher jedes Stranges sind in einen Hochtemperatur- und einen NicdcrtstTicerat'T-T"'' »ι·ίσ«·«ρίΙι· Hahpr können beide Teile entsprechend den an sie gestellten Anforderungen optimal ausgelegt werden, und beide Teile sind für sich allein ausbaubar, da sie in gesonderten Schächten untergebracht sind.

In dem Hochtemperatur-Wärmetauscher liegen die Gastemperaturen über 600⁰C. so daß für dieses Bauteil nur sehr teure Werkstoffe verwendet werden können. Da bei einer Betriebsdauer von 30 Jahren selbst diese Werkstoffe keine hinreichende Zeitstandfestigkeit aufweisen, muß der Hochtemperatur-Wärmetauscher in bestimmten Zeitabständen erneuert werden. Aufgrund seiner besonderen Anordnung kann er leicht nach oben ausgebaut werden und braucht nicht auf die volle Lebensdauer der Gesamtanlage ausgelegt sein.

Im unteren Temperaturbereich der Wärmetauschereinheit treten keine Werkstoffprobleme auf, und der Niedertemperatur-Wärmetauscher kann daher aus billigeren Werkstoffen und mit kleineren Wandstärken hergestellt und für die gesamte Lebensdauer der Anlage ausgelegt sein. Hierdurch ergeben sich bedeutende wirtschaftliche Vorteile. Auch dieser Wärmetauscher-Teil kann nach oben ausgebaut werden.

Beide Wärmetauscher-Teile sind als Gegenströmer in Boxenbauweise konzipiert; beim Ausbau wird jedoch jeder Wärmetauscher-Teil als eine Einheit behandelt.

Der Ausbau der relativ leichten Gebläse, die jeweils unterhalb der Niedertemperatur-Wärmetauscher angeordnet sind, erfolgt nach unten. Somit kann jede Komponente für sich ausgebaut werden.

Über den Sekundärkreis, an den die Energie des Primärkreislaufes in den Wärmetauschern abgegeben wird, ist der P-imärkreis jedes Stranges an außerhalb des Spannbetonbehälters und eines des Spannbetonbehälter umgebenden Sicherheitsbehälters gelegene Prozeß- und Dampfturbinenkreisläufe angekoppelt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch nur auf den innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordneten Teil der Gesamtanlage, so daß auf eine Beschreibung der Prozeß- und Dampfturbinenkreisläufe verzichtet werden kann.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß für das erfindungsgemäße Kernkraftwerk eine hohe Betriebssicherheit gegeben ist, da es über mehrere, nur über den Reaktor gekoppelte Primärkreislaufstränge und ebensoviele unabhängige Sekundärkreisläufe verfügt.

Die Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Teile aller Wärmetauschereinheiten sind innerhalb des Spannbetonbehälters in Höhe des Reaktorkerns installiert so daß sie untereinander parallel liegen. Auf diese Weise ist es möglich, die das heiße Gas führenden Leitungen kurz zu halten und die am Beton auftretenden Wärmebelastungen 7.11 reduzieren. So sind alle gasführenden Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen vertikalen Schächten (Pods) sowie zwischen dem zentral in einer Kaverne angeordneten Hochtemperaturreaktor und den Pods, die die Hochtemperatur-Wärmetauscher enthalten, geradlinig und horizontal ausgeführt; d. h. sie stellen die kürzeste Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten dar.

Die Heißgasführung vom Hochtemperaturreaktor zu den Hochtemperatur-Wärmetauschern erfolgt in Leitungen, die radial unten aus der Reaktorkaverne austreten und unterhalb der Hochtemperatur-Wärmetauscher in die zugehö'igen Schächte einmünden.

Oberhalb jedes Hochtemperatur-Wärmetauschers führt eine Gasleitung zu dem diesem Wärmetauscher-Teil nachgeschalteten Niedertemperatur-Wärmetauscher. die als koaxiale Leitung ausgeführt ist. Das unten aus dem Kernreaktor austretende erhitzte Kühlgas gelangt zunächst durch die radialen Heißgasführungen von unten in die Hochtemperatur-Wärmetauscher, umströmt die Rohre des Sekundärkreislaufes und tritt — auf eine mittlere Temperatur abgekühlt — oben aus den Hochtemperatur-Wärmetauschern aus, um durch die inneren Rohre der koaxialen Leitungen von oben in die Niedertemperatur-Wärmetauscher einzutreten. Hier "trömt es mantelseitig (um die Wärmetauscherrohre) nach unten, kühlt sich dabei weiter ab und wird anschließend in den nachgeschalteten Gebläsen verdichtet.

Die Rückführung des Kühlgases von den Gebläsen zum Hochtemperaturreaktor erfolgt bei jedem Kreislaufstrang zunächst in zwei Teilströmen, die sich in einem oberhalb jedes Hochtemperatur-Wärmetauschers befindlichen Rau::*· wieder vereinigen und gemeinsam durch je eine radial zum Reaktorkern verlaufende Leitung zu einem Gassammeiraum oberhalb des Kerns geführt werden.

Von dem Gebläse aus wird der eine der beiden Teilströme jedes Stranges durch eine Verbindungsleitung zwischen den eine Wärmetauschereinheit umfassenden Schächten geführt und gelangt durch einen Ringspalt zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher und dem zugehörigen Schacht in den oben erwähnten Raum, in dem es sich mit dem anderen Teilstrom vereinigt. Dieser strömt zunächst in einem Ringspalt zwischen dem Niedertemperatur-Wärmetauscher und dem zugehörigen Schacht nach oben und wird dann durch das äußere Rohr der koaxialen Leitung ebenfalls in den genannten Raum geführt.

Durch diese Art der Gasleitung von den einzelnen Gebläsen zum Reaktor wird erreicht, daß das relativ kalte Gas auf seinem Weg zum Reaktor alle mit hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile innerhalb der Schächte umströmt und die Probleme der Wärmeisolierung erheblich reduziert werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das sich auf eine thermische Leistung des Kernkraftwerks von 2000 MW bezieht, besteht der Primärkreislauf aus vier gleichen Strängen, deren Wärmetauschereinheiten um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetonbehälter untergebracht sind. Die Schächte der vier Hochtemperatur-Wärmetauscher und die Schächte für die vier Niedertemperatur-Wärmetauscher liegen dabei auf einem Kreis mit verschiedenen Radien.

Alle vertikalen Schächte (Pods) sind oben und unten durch Deckel druckfest und gasdicht abgeschlossen.

Zum Ausbau der einzelnen Komponenten wird der betreffende Deckel entfernt, und die Wärmetauscher-Teile bzw. Gebläse können — nach Abtrennung der entsprechenden Gasleitungen — als Ganzes nach oben bzw. unten ausgebaut werden.

Durch einen Teil der genannten Deckel sind vorteilhaft die Leitungen des Sekundärkreislaufs verlegt. In den Wärmetauschereinheiten strömt das Gas der Jekundärkreisläufe innerhalb der Rohre. Es wird zunächst in den Niedertemperatur-Wärmetauschern, die es von unten nach oben durchströmt, auf eine Zwischentemperatur gebracht und anscnließend, bevor es wieder aus dem Spannbetonbehälter geleitet wird, in den Hochtemperatur-Wärmetauschern auf seine höchste Temperatur erhitzt. Diese durchströmt es von oben nach unten.

Es ist vorteilhaft, die zur Aufnahme der Komponenten im Spannbetonbehälter vorgesehenen vertikalen Schachte sowie die Reaktorkaverne und die Gasführungen iTiii gasdichten Siähiiiiicfn auszukleiden. Aurireiende Druckbelastungen werden vom Beton aufgenommen, und um unzulässig hohe Temperaturen im Beton zu vermeiden, sind die Liner betonseitig mit Wasser gekühlt und auf der Innenseite mit einer thermischen Isolierung versehen. Da in den Ringspalten zwischen den Wärmetauscher-Teilen und den isolierten Stahllinern relativ kaltes Reaktoreintrittsgas strömt, wird das Isolierungsp^rohlem erheblich reduziert.

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

F . g. 1 einen Horizontalschnitt nach der Linie l-l der Fig. 2,

Fig.2 einen Vertikalschnitt nach der Linie M-II der Fig. I.

F i g. 3 eine Vertikalschnitt-Abwicklung und F i g. 4 das Schema eines Primärkreislaufs.

Die F i g. 1 und 2 lassen 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 berstsicherer Spannbetonbehälter 3 angeordnet, der einen heliumgekühlten Hochtemperaturreaktor 4 aus blockförmigen Brenn- und Reflektorelementen sowie die übrigen Hauptkreislaufkomponenten (wärmetauschende Apparate, Gebläse, Gasführungen) umfaßt, die weiter unten beschrieben werden. 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 (Fig.2) nur ein als Haupthebezug dienender Rundlaufkran 5 gezeigt, der in einer Ebene unterhalb des Beginns der Kugelkalotte 2 bewegbar angeordnet ist Sein Arbeitsradius ist so groß, daß mit ihm alle im Sicherheitsbehälter 1 befindlichen Komponenten ausgebaut werden können.

Der Hochtemperaturreaktor 4 ist in einer Kaverne 6 eingebaut Ober dem Reaktorkern ist ein Sammelraum 7 zur Aufnahme des in den Reaktor eintretenden kalten Heliums zu erkennen. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns ist eine Säulenhalle 8 vorgesehen, in der das aus dem Kern austretende erhitzte Helium gesammelt wird. Ober vier radialsymmetrische Eintrittsund ebenso viele Austrittsstutzen ist der Kernreaktor 4 mit den übrigen Hauptkreisläufen verbunden.

Auf einem Kreis um die Reaktorkaverne 6 sind um 90° zueinander versetzt vier senkrechte Schächte (Pods)

9, 10, H, 12 angeordnet, und parallel zu diesen befinden sich vier weitere Pods 13, 14, 15, 16, die ebenfalls symmetrisch, aber auf einem Kreis mit größerem Radius um die Kaverne 6 angeordnet sind. Diese großen

Durchbrüche, die ebenso wie die Reaktorkaverne 6 von

wassergekühlten und wärmeisolierten Stahllinern 17 umgeben sind, weisen als Abschluß berstsichere Deckel 18 auf, die redundant befestigt sind.

In jedem der vier Schächte 9,10,11,12 ist in Höhe des

ίο Reaktorkerns ein Hochtemperatur-Wärmetauscher 31 angeordnet, der Teil einer je aus Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Teil bestehenden Wärmetauschereinheit ist. Die zugehörigen und den Hochtemperatur-Wärmetauschern 31 jeweils nachgeschalteten Nieder- temperatur-Wärmetauscher 32 befinden sich in den senkrechten Schächten 13, 14, 15, 16, wobei die eine Einheit bildenden Wärmetauscher-Teile jeweils in benachbarten Schächten ausbaubar installiert sind. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist unterhalb jedes Niedertempe ratur-Wärmetauschers 32 in jedem der Schächte 13,14, 15, 16 ein Gebläse 33 vorgesehen, das aus einem einstufigen Axialgebläse besteht. Auch diese Komponenten können leicht ausgebaut werden, und zwar nach unten.

Die senkrechten Schächte 9,10,11,12 stehen je durch eine radial verlaufende Heißgasführung 19 mit den Austrittsstutzen des Kernreaktors 4 in Verbindung. Über vier weitere radiale Gasleitungen 20 sind diese Schächte an die zum Gassammeiraum 7 führenden Reaktoreintrittsstutzen angeschlossen. Oberhalb der Gasleitungen 20 führt von jedem der senkrechten Schächte 9, 10, 11, 12 eine Verbindungsleitung 21 zu demjenigen der Pods 13,14,15,16 der den zugehörigen Niedertemperatur-Wärmetauscher enthält. Diese Lei tungen sind koaxial ausgebildet. Unterhalb der Heißgas führungen 19 besitzt jeder der senkrechten Schächte 9,

10, 11, 12 eine weitere Verbindungsleitung 22 zu dem gleichen Pod.

Die gesamte Anlage ist damit in vier gleiche Stränge

unterteilt, die über dem Kernreaktor 4 gekoppelt sind und je einen Hochtemperatur- 31, einen Niedertemperatur-Wärmetauscher 32, ein Gebläse 33 und die entsprechenden Gasleitungen umfassen. Vier weitere senkrechte Schächte 23, 24, 25, 26, die auf einem Kreis mit kleinerem Radius als die Schächte 9, 10,11,12 und ebenfalls um 90° versetzt angeordnet sind, dienen zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems 27, das nicht im einzelnen dargestellt ist. Es steht jeweils über zwei radiale Gasführungen 28, 29 mit dem Kernreaktor 4 in Verbindung und ist in der Lage, pro Schacht 50% der Nachzerfallswärme abzuführen.

Die Sekundärkreisläufe, in denen ebenfalls Helium umgewälzt wird, sind in umgekehrter Strömungsrichtung wie die Primärkreisläufe geführt, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist Durch in den Deckeln 18 der Schächte 13, 14, 15,16 verlegte Leitungen 30 gelangt das kalte Gas zunächst in diese Schächte und wird — auf mehrere kleinere Leitungen aufgeteilt — in der Randzone der Niedertemperatur-Wärmetauscher 32 nach unten ge führt und tritt dort durch Verteilerköpfe in die Rohrbündel 34 der Wärmetauscher 32 ein. Ober Sammlerköpfe und Verbindungsleitungen 35 wird das auf eine Zwischentemperatur erwärmte Helium sodann zu den Hochtemperatur-Wärmetauschern 31 geführt, die es in den Rohrbündeln 36 von oben nach unten durchströmt In Gasleitungen 37 wird das heiße Sekundärgas schließlich aus dem Spannbetonbehälter 3 herausgeführt und seiner weiteren Verwendung zueelei-

tet.

Im folgenden wird anhand der Fig. 4 und auch der übrigen Zeichnungen der Strömungsweg des Primärgases durch den Reaktor und einen der vier gleichartigen Kreislaufstränge beschrieben. Das kalte Helium tritt zunächst mit 410⁰C und 39,9 bar in den Sammelraum 7 über dem Reaktorkern ein, durchströmt den Reaktorkern von oben nach unten, wobei es sich erhitzt, und wird in der Säulenhalle 8 gesammelt. Über die vier Reaktoraustrittsstutzen wird es dann auf die vier parallelen Kreislaufstränge autgeteilt. Mit 95O⁰C und 39,1 bar gelangt das Helium in die Heißgasführung 19 und tritt von unten in den Hochtemperatur-Wärmetauscher 31 ein. Hier kühlt es sich durch das in den Rohrbündeln 36 entgegenströmende Helium des betreffenden Sekundärkreislaufs auf eine mittlere Temperatur ab. Durch die koaxiale Verbindungsleitung 21, die es im inneren Rohr durchströmt, wird das Primärgas zu dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 32 geführt, in den es mit 700⁰C und 38,9 bar eintritt. Der Wärmetauscher 32 wird ebenfalls mantelseitig, jedoch von oben nach unten durchströmt. Dabei kühlt sich das Gas durch das entgegenströmende Sekundärkreis-Helium weiter ab und verläßt den Niedertemperatur-Wärmetauscher mil 400°C und 38,6 bar. In dem sich an den Wärmetauscher-Teil 32 anschließenden Gebläse 33 wird das Gas auf den höchsten Kreislaufdruck von 40 bar verdichtet; seine Tempera!:;; beträfet jetzt 408⁰C.

Die Rückführung vom Gebläse 33 zum Kernreaktor 4 erfolgt in zwei Teilströmen. Der halbe Massenstrom gelangt durch die Verbindungsleitung 22 in einen der senkrechten Schächte 9,10,11,12, beispielsweise in den Schacht 9, und wird in einem Ringspalt 38 zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 31 und dem Stahlliner 17 des Schachtes 9 nach oben in einen Raum 39 geführt.

ίο Der andere Teilstrom wird zunächst durch einen Ringspalt 40 zwischen dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 32 und dem Stahlliner 17 eines der Schächte 13, 14,15,16,16 (ζ. B. des Schachtes 13, wenn die Schächte 9 und 13 zusammengehörende Wärmetauscher-Teile

is umfassen) nach oben geführt und gelangt zu der koaxialen Verbindungsleitung 21, die es als äußerer Gasstrom durchströmt. In dem Raum 39 oberhalb des Hochtemperatur-Wärmetauschers 31 vereinigen sich beide Massenströme und treten dann dutch die radiale Gasleitung 20 und den Reaktoreintrittsstutzpn wieder in den Sammelraum 7 ein.

Das Sekundär-Helium, das mit 250⁰C und 423 bar in den Niedertemperatur-Wärmetauscher 32 eingeleitet wird, verläßt den Hochtemperatur-Wärmetauscher 31 mit900^cCund40bar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kernkraftwerk mit geschlossenem Gasköhlkreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärme, dessen Energie an einen Sekundärkreislauf abgegeben wird und bei dem ein Hochtemperaturreaktor, wärmetauschende Apparate und Gebläse sowie die das Gas führenden Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten in einem Spannbetonbehälter (Einbehälterbauweise) untergebracht sind, wobei der Gas- kühlkreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche Stränge unterteilt ist, die je in Hintereinanderschaltung einen Wärmetauscher, ein Gebläse sowie gasführende Leitungen umfassen, und wobei alle Komponenten symmetrisch um den Hochtempera- is turreaktor angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher in einen Hochtemperatur- (31) und einen Niedertemperaturteil (32) aufgeteilt sind, daß die Wärmetauscher in an sich bekannter Weise in vertikalen Schächten (Pods) (9,10,11,12,13,14,15,16) ausbaubar installiert sind, daß die Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Teile (31, 32) jeder Wärmetauschereinheit in getrennten Schächten und die Gebläse (33) in an sich bekannter Weise unmittelbar unter den Niedertemperatur-Teilen (32) angeordnet sind und daß die Rückführung des relativ kälten Gases von den Gebläsen (33) zu dem Hochtemperaturreaktor (4) in ebenfalls an sich bekannter Weise teilweise durch die vertikalen Schächte (Pods) (9, 10, 11, 12, 13, 14, IS, 16) erfolgt, wobei in ebenfalls bekannter Weise das Gas als Mantelstrom um die hochtemperaturbeaufschlagten Bauteile geführ '.st.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hoct emperatur- (31) und Niedertemperatur-Teile (32) jeder Wärmetauschereinheit innerhalb des Spannbetonbehälters (3) in Höhe des Reaktorkerns installiert sind.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasausführenden Verbindungsleitungen (19, 20, 21, 22) zwischen den ein/einen vertikalen Schächten (Pods) (9,10, 11,12, 13, 14, 15, 16) sowie zwischen dem zentral in eittor Kaverne (6) angeordneten Hochtemperaturreaktor (4) und den die Hochtemperatur-Wärmetauscher (31) enthaltenden Schächten (9,10,11,12) geradlinig und horizontal ausgeführt sind.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (19) zur Führung des den Hochtemperaturreaktor (4) verlassenden W Heißgases radial unten aus der Reaktorkaverne (6) austreten und unterhalb der Hochtemperatur-Wärmetauscher (31) in die zugehörigen vertikalen Schächte (9,10,11,12) eintreten.

5. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen 1,2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die gasführenden Verbindungsleitungen (21) zwischen den hintereinandergeschalteten und eine Wärmetauschereinheit bildenden Hochtemperatur (31) und Niedertemperatur-Teilen (32) oberhalb der Hochtemperatur- Wärmelauseher (31) aus den zugehörigen vertikalen Schächten (9, 10, 11, 12) austreten und als koaxiale Leitungen ausgeführt sind.

6. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen I und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des abgekühlten und von den Gebläsen (33) verdichteten Gases zum Reaktor (4) bei jedem Kreislaufstrang zunächst in /wet Teilströmcn erfolgt und daß zur gemeinsamen Werterführung der beiden Teilströme in einen oberhalb des Reaktors (4) befindlichen Gassammeiraum (7) jeweils eine radial von dem einen Hochtemperatur-Wärmetauscher (31) enthaltenen Schacht (9, 10, 11 oder 12) zum Reaktor (4) laufende Verbindungsleitung (20) vorgesehen ist

7. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, das der eine der beiden Teilströme jedes Stranges durch eine Verhindungsleitung (22) zwischen den eine Wärmetauschereinheit umfassenden Schächten (9, 10, 11 oder 12; 13, 14, 15 oder 16) und anschließend durch einen Ringspalt (38) zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher (31) und dem zugehörigen Schacht (9) nach oben geführt und der andere Teilstrom durch einen Ringspalt (40) zwischen dem Niedertemperatur Wärmetauscher (32) und dem zugehörigen Schacht (13) ebenfalls nach oben und darauf durch die koaxial ausgeführte Verbindungsleitung (21) zwischen den beiden vertikalen Schächten (9 und 13) geleitet ist

8. Kernkraftwerk nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß vier Wärmetauschereinheiten (31, 32) vorgesehen sind, die um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetonbehälter (3) angeordnet sind.

9. Kernkraftwerk nach Anspiiich 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Schächte (Pods) (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) oben und unten durch Deckel (18) druckfest und gasdicht abgeschlossen sind.

10. Kernkraftwerk nach den Ansprüchen 1 und 9. dadurch gekennzeichnet daß die Leitungen (30,37) des Sekundärkreislaufs durch einen Teil der Deckel (18) verlegt sind.

11. Kernkraftwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die zur Aufnahme der Komponenten vorgesehenen Hohlräume im Spannbetonbehälter (3) mit gasdichten Siahlünern (17) ausgekleidet sind.die außen mit Wassergekühlt und innen mit einem Temperaturschutz versehen sind.