DE2445553C3 - Einrichtung zum Abführen der Restwärme aus einem Natrium-gekühlten schnellen Brutreaktor - Google Patents
Einrichtung zum Abführen der Restwärme aus einem Natrium-gekühlten schnellen BrutreaktorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abführen
der Restwärme aus einem Natrium-gekühlten schnellen Brutreaktor mit den Gatlungsmerkmaien des Patentanspruchs
1l
Zürn wirksamen Abführen der fläch dem Abschälten
eines Kernreaktors sich noch entwickelnden Restwärme sind verschiedene Kühlsysteme bekannt, die aus
Sicherheitsgründen in der Regel aus gesonderten Kühlkreisläufen mit eigenen Umwälzeinrichtungen
bestehen. Bei einem Notkühlsystem der angegebenen Gattung (DE-AS 11 15 846) ist in den gemeinsamen
Wärmetauscher für den primären und den sekundären Kühlkreis ein zusätzlicher Wärmetauscher eines gesonderten
Notkühlkreises vorgeschaltet Dieser zusätzliche Wärmetauscher ist am oberen Ende des gemeinsamen
Zwischenwärmetauschers der Hauptkühlkreise angeordnet, wodurch sich ein großer Höhenunterschied
zwischen dem Schwerpunkt des Kernreaktors und dem Schwerpunkt des zusätzlichen Wärmetauschers für
einen intensiven natürlichen Kühlmittelumlauf im Primärkreis bei Ausfall der Umwälzpumpen ergibt Der
Wärmetauscher des nur zur Notkühlung bei Ausfall der Umwälzpumpen verwendeten Hilfskühlkreises kann als
Oberhitzer ausgebildet sein, so daß bei wirksam werdender Notkühlung die Möglichkeit einer Hochdruck'^amnfeP7eu<Tunor
besteht
Bei einem anderen bekannten Notkühlsystem (DE-OS 19 37 627) wird zur Intensivierung des natürlichen
Umlaufes von flüssigem Natrium im Reaktor unmittelbar oberhalb des Reaktorkerns ein inertes Gas
eingeblasen, das gleichzeitig als Schutzgas dient und aus dem Schutzraum oberhalb des flüssigen Natriums
kontinuierlich durch ein Gebläse abgesaugt wird. Die Aufsteigbewegung der Gasbläschen intensiviert die
Umlaufströmung des flüssigen Natriums im Primärkreis. Durch entsprechende Steuerung der Verdichterleistung
kann die Natriumströmung im Primärkreis an unterschiedliche Betriebszustände angepaßt werden.
Ferner ist es bei einer Dampfturbinenanlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor bekannt (GB-PS
10 71 893), das Gebläse des primären Gaskühlkreises direkt durch eine Dampfturbine anzutreiben, die in
einem vom Hauptkreis der Anlage gesonderten Hilfskreis angeordnet ist. Da die Leistungsaufnahme des
Gebläses im primären Gaskühlkreis wesentlich geringer als die Leistungsfähigkeit der Anlage ist und dem
Hauptdampfkreis keine Leistung zum Antrieb des Gebläses entzogen werden soll, ist der als Verdampfer
und/oder Überhitzer ausgebildete Wärmetauscher des Hilfskreises dem g< neinsamen Wärmetauscher für den
primären und den sekundären Kühlkreis nachgeschaltet. Die Betriebsparameter. Druck und Temperatur im
Hilfskreis, liegen erheblich unter denen im Hauptkreis, so daß auch weniger hochwertige Materialien eingesetzt
werden können. Die Dampfturbine im Hilfskreis ist direkt mit dem Gebläse des Primärkreises gekoppelt
und kann die Umwälzpumpen der beiden sekundären Dampfkreise offensichtlich nicht antreiben. Diese
bekannte Anlage ist zur Notkühlung eines Reaktors ungeeignet, da in einem solchen Fall der Hilfskreis zur
Abführung der gesamten Restwärme aufgrund seiner Zweckbestimmung nicht ausgelegt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Notkühlung für Natrium-gekühlte schnelle Brutreaktoren zu schaffen.
die bei vergleichsweise geringen Gesamtabmessungen eine Wirksame Abführung der nach Abschalten des
Reaktors verbleibenden und sich weiter entwickelnden Restwärme ermöglicht und deren Leistungsfähigkeit
mit den abzuführenden Wärmemengen selbsttätig zu- bzw, abnimmt.
Diese Aufgäbe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei größer
werdenden Resiwärmemengen erfolgt gemäß der
553
Erfindung eine intensivere Erwärmung des gasförmigen Kühlmittels im Hilfskühlkreis, was zu einer entsprechend
vergrößerten Leistungsabgabe der Turbine und zu einer entsprechend gesteigerten Verdichterleistung
führt Damit wird auch der Gasumlauf im Hilfskreis intensiviert, was wiederum eine erhöhte Wärmeabfuhr
im Wärmetauscher zur Folge hat. Da es sich bei der Gasturbine und dem Verdichter um artgleiche Strömungsmaschinen
handelt, ist ihre mechanische Koppelung ohne weiteres möglich.
Eine weitere Rückkopplung der Leistungsaufnahme des Hilfskreises und damit eine weiter intensivierte
Wärmeabfuhr durch die Einrichtung gemäß der Erfindung kann durch Vorsehen eines Lüfters erreicht
werden, der den als Luftkühler ausgebildeten Wärmetauscher
im Hilfskreis mit einem Kühlluftstrom beaufschlagt Der Luftkühler kann jedoch auch durch
einen natürlichen Luftstrom oder durch eine Flüssigkeit gekühlt werden (Unteranspruch 2 bzw. 3).
Eine weiter verbesserte Selbstregelung der Einrichtung wird durch die Maßnshn-eis des Unteranspruchs4
erreicht, nämlich durch die mechanische Kopplung der Gasturbine mit einem Genera ,.or, der in ein gesondertes
Netz zum Antrieb der verschiedenen elektrischen Aggregate in den einzelnen Kühlkreisen einspeist.
Das Gas des sekundären Hilfskreises ist vorzugsweise von inertem Schutzgas im Reaktor verschieden, damit
das Auffinden von Leckagen erleichtert wird. Bei der Verwendung von Argon als Reaktorschutzgas wird z. B.
Helium im Hilfskreis eingesetzt, das gegenüber Natrium, Luft und Wasser chemisch inert ist und die
Brandgefahr im Reaktorraum vermindert.
Eine weitere Möglichkeit zur Leistungssteuerung des Hilfskühlkreises besteht darin, bei Bedarf zusätzliches
hochgespanntes Gas in den Hilfskreis einzuspeisen, was einen Druckanstieg und damit auch eine gesteigerte
Wärmeaufnahmefähigkeit des Gases bewirkt
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.
Flüssiges ! !atrium umströmt den in einem Druckbehälter
4 angeordneten Reaktorkern in einem Primärkreis und fließt in Richtung der Pfeile I über einen
Zwischenwärmetauscher 8 und eine Umwälzpumpe 10 in den Druckbehälter 4 zurück. In der Praxis werden
mehrere parallele Kreislaufsysteme vorgesehen, von denen in d\_r Zeichnung nur eines dargestellt ist Die
Primärkreisläufe können bei sog. Topfreaktoren vollständig innerhalb des Druckbehälter 4 angeordnet sein.
Im Zwischenwärmetauscher 8 sind Wärmetauscherrohre 12 angeordnet, Jie zusammen mit einem
Dampferzeuger 16, einer Umwälzpumpe 18 und entsprecher.den Verbindungsleitungen einen sekundären
Nat'iumkühlkreis II bilden. In diesen Sekundärkühlkreis strömt das flüssige Natrium in der durch die Pfeile
angegebenen Richtung. Der Dampferzeuger 16 weist Rohrschlangen einer normalen Dampfkraftanlage auf.
Zur Abführung der Restwärme dient ein geschlossener Hilfskreis 22 mit einem inerten Gas als Kühlmedium. Im
Zwischenwärmetauscher 8 sind stromauf der Wärmetauscherrohre 12 des sekundären Natriumkreises Il
weitere Wärmetauscherrohre 24 des Hilfskreises 22 angeordnet^ die über eine Leitung 28 mit einer
Gasturbine 26 verbünden sind. Der Niederdrückseite der Gasturbine 26 ist ein Luftkühler 30 mit Kühlrohren
29 nachgeschaltet, dessen Gehäuse32 in einen Kamin 34 mündet und der vom Kühlluftstrom eines Gebläses 36
beaufschlagt wird. Aus dem Luftkühler strömt das entspannte und gekühlte Inertgas in einen Kompressor
38, der von einer Welle 40 der Turbine 26 angetrieben
wird und dessen Hochdruckseite über eine Leitung 42 mit dem Einlaß der Wärmetauscherrohre 24 verbunden
ist Die Turbine 26 treibt einen Generator 44 an, der ein
ίο gesondertes Netz sowie den Gebläsemotor über
Verbindungsleitungen 46 speist Der Endwärmetauscher des Hilfskreises 22: III kann auch ein Luftkühier mit
natürlicher Belüftung sein. Statt Luft als Kühlmittel kann ferner ein beliebiges Fluid verwendet werden, z. B.
Flußwasser, Meerwasser oder das luftgekühlte Wasser geschlossener Kühlkreise.
Die Turbine 26 kann auch das Gebläse 36 unmittelbar über ihre Turbinenwelle 40 und ein nicht dargestelltes
Getriebe antreiben und darüber hinaus mechanisch oder elektrisch auch die Umwälzpumpen *5, 18 der beiden
Kauptkühikrcise und die Pumpe für die Haupt- und
Hilfswasserversorgung des Dampferzeugers 16 antreiben.
Das Kühlmittel im Hilfskreis 22; III ist ein insbesondere gegenüber flüssigem Natrium inertes Gas,
wie z. B. Helium, Argon, Stickstoff usw. Vorzugsweise ist dieses Kühlgas gegenüber dem Schutzgas des
Reaktors verschieden.
Das im Zwischenwärmetauscher 8 hochgespannte Heizgas aus den Wärmetauscherrohren 24 wird in der
Turbine 26 zumindest teilweise entspannt beim Durchströmen der Wärmetauscherrohre 29 im Luftkühler
30 heruntergekühlt und anschließend im Kompressor 38 verdichtet bevor es wieder in die Wärmetauscherrohre
24 in Richtung der dargestellten Pfeile zurückgeführt wird.
In der Zeichnung bedeuten die Punkte G2 bis Gs
jeweils die Schwerpunkte der Wärmetausch"r 12, *9,24
und 29 und der Punkt C] den Schwerpunkt des Reaktorkerns 2. Durch entsprechende Anordnung
hab· η die Punkte Gi, G2, c\ jeweils zunehmende
Höhen, um einen natürlichen Umlauf in den Hauptkühlkreisen zu erhalten. Auch die Wärmetauscherrohre 24
und 29 sind so angeordnet, daß die Schwerpunkte Gi, Cl
und G5 auf zunehmenden Höhen liegen, damit auch im
Hilfskühlkreis ein natürlicher Umlauf erhalten wird. Wichtig ist, daß der Schwerpunkt Gt, der Wärmetauscherrohre
24 im Zwischenwärmetauscher 8 erheblich über dem Schwerpunkt (/<
liegt, damit der Naturumlauf des Natriums im Primärkreis unter allen Umständen
gewährleistet bleibt, öei Verwendung eines Wasserkühlers
als Endwärmetauscher im Hilfskühlkreis kann sein Schwerpunkt C5 wegen der unabhängigen Wirkung der
Gasturbine niedriger gelegt werden.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung ermöglicht eine Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Reaktoranlage,
wobei auch bei voller Leistung der Anlage die sekundären Hilfskreise mit wirtschaftlich vertretbarem
Aufwand ständig i . Betrieb gehalten werden können, was insbesondere durch das vom Generator gespeiste
Stromnetz und den jederzeit möglichen unabhängigen Antrieb der einzelnen Aggregate des Hilfskreises sowie
der beiden Hauptkühlkreise erreicht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Einrichtung zum Abführen der Restwärme aus einem mit flüssigem Natrium gekühlten Kernreaktor
mit schnellen Neutronen, bei dem von mehreren Kühlkreisreihen jede einen primären Natriumkühlkreis
umfaßt, dessen Natrium als Kühlmedium die Wärme an das Natrium eines sekundären Natriumkreises
über einen Zwischenwärmetauscher überträgt, wobei dieser sekundäre Natriumkreis seine
Wärme an einen tertiären Wasser-Dampf-Kreis abgibt, in den mindestens eine Dampfturbine
eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühlkreisreihe zusätzlich einen Hilfskreis
(III) enthält, daß in dem Hilfskreis (III) in an sich bekannter Weise ein chemisch inertes Gas zirkuliert
und daß der Hilfskreis (III) im Zwischenwärmetauscher (8) dem Natrium des Primärkreises (I) Wärme
entzieht, wobei dieser zusätzliche Hilfskreis (III) mindestens tiüe mit dem inerten Gas beaufschlagte
Turbine (26; JS), deren Ausgangsleistung die Mitte! zur Regelung der Kühlleistung steuert, sowie einen
Endwärmetauscher (29,30) aufweist
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder sekundäre Hilfskreis (III) ein
Bündel Wärmetauscherrohre (24) enthält, die in dem primären Natriumumlauf (I) vor dem Rohrbündel
(12) für das Natrium des sekundären Kreises (II) angeordnet sind.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Hilfskreis
(III) hinter dem Auslaß seines Wärmetauscher-Rohrbündels (24) in Serie zumindest eine Gasturbine
(26), einen End-Wärmetauscher f3ö) und einen von der Turbine angetriebenen Komp. essor (38) enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der End-Wärmetauscher (29, 30) des
Sekundären Hilfskreises (III) ein mit Luft unter natürlichem Zug gekühlter Kühler ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet,
daß der End-Wärmetauscher (29, 30) des sekundären Hilfskreises (III) ein luftgekühlter
Kühler (30) mit Zwangsbelüftung (Lüfter 36) ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der End-Wärmetauscher (29, 30) ein mit Wasser gekühlter Kühler ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (26)
auch einen elektrischen Generator (44) antreibt, der in einem besonderen Netz (46) den Lüfter (36) des
zwangsbelüfteten Kühlers (30) oder die Wasserpumpe des mit Wassergekühlten Kühlers speist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (26)
auch zumindest eine der Pumpen (10) für das Prjmärkreis-Natrium, zumindest eine der Pumpen
(18)fürdasSekundär-Natrium und auch eine der den
Dampferzeuger des Reaktors speisenden Hauptoder HiIFs- Wasserpumpen antreibt.
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