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Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente mit direkt in die Schüttung einfahrbaren
gasgekühlten Absorberstäben, deren Kühlgaszufuhr im oberen Bereich des Absorberstabes
erfolgt und die drei ineinander angeordnete Hüllrohre aus Stahl aufweisen, von denen
zwei Hüllrohre den Absorberteil gasdicht umschließen und mindestens eines der drei
Hüllrohre als Tragrohr ausgebildet ist, wobei zwischen dem äußeren und dem mittleren
Hüllrohr ein Ringspalt vorgesehen und der zentrale Innenraum des Absorberstabes
für den Durchtritt von Kühlgasen frei ist.
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Es ist bekannt, die Regelung bzw. Abschaltung von sogenannten Kugelhaufenreaktoren
mit Hilfe von Absorberstäben vorzunehmen, die ohne eine besondere Führung wie Rohre,
Nasen oder dergleichen direkt in die Brennelementschüttung eingefahren werden.
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Aus der DE-OS 28 28 975 ist ein gasgekühlter Hochtemperaturreaktor
mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelmente und direkt in die Schüttung einfahrbarer
Absorberstäbe bekannt.
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Jeder der hier zum Einsatz kommenden Absorberstäbe ist zylinderförmig
ausgebildet und weist eine kegelstumpfartige Spitze auf. Diese besitzt eine der
Form der Brennelemente angepaßt Ausnehmung. Der Absorberstab besteht aus drei koaxial
zueinander angeordneten Hüllrohren aus Stahl von denen das innere und das mittlere
Hüllrohr gasdicht den Absorberteil umschließen.
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Das äußere oder das innere Hüllrohr sind hierbei als Tragrohr ausgebildet.
Eines dieser beiden Rohre übernimmt in diesem Fall die Tragfunktion und die Kraftübertragung
bei Stabbewegungen. Es besitzt eine entsprechende Wanddicke. Zwischen dem mittleren
und äußeren Hüllrohr befindet sich ein Ringspalt.
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Am mittleren Hüllrohr sind Kühlrippen angebracht, die sich in den
Ringspalt hinein erstrecken. Im oberen Teil des Absorberstabes sind mehrere Schlitze
für den Eintritt des Kühlgases vorgesehen. Die Stabspitze besitzt Austrittsöffnungen,
die mit dem Inneren, des inneren Hüllrohres in Verbindung stehen.
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Weitere Schlitze für den Kühlgasaustritt sind am unteren Ende des
äußeren Hüllrohres vorgesehen. Ein Teil des aus dem Kaltgasbereich kommenden Gasstromes
wird abgezweigt und in jeden der Absorberstäbe eingeleitet. Das im oberen Bereich
des Absorberstabes eintretende Kühlgas wird in zwei Gasströme aufgeteilt. Eine gewisse
Gasmenge wird durch das Innere des inneren Hüllrohres und die andere Gasmenge durch
den zwischen dem äußeren und dem mittleren Hüllrohr gebildeten Ringspalt geleitet.
Die gesamte Gasmenge tritt durch die oben erwähnten Schlitze an der Spitze des Absorberstabes
wieder aus.
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Aus der DE-OS 12 63 939 sind ebenfalls Absorberstäbe bekannt.
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Diese weisen eine äußere Stahlumhüllung, das Neutronen absorbierende
Material und ein inneres Tragrohr auf, das die Tragfunktion und die Kraftübertragung
bei Startbewegungen in der Brennelementschüttung übernimmt. Zur Kühlung der Absorberstäbe
wird
ein Teilstrom des Kühlgases aus dem Bereich oberhalb der Spaltzone durch das Innere
der Tragrohre geleitet, der durch Öffnungen in den Stabspitzen wieder austritt.
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Die äußere Umhüllung jedes Absorberstabes wird direkt von dem durch
die Brennelement-Schüttung strömenden Kühlgas(benetzt und ist somit einer höheren
Temperatur ausgesetzt als das Tragrohr. Infolge der Wärmeproduktion in den Absorberstäben
durch Neutronen- und Gamma-Einfang liegt die Temperatur der äußeren Umhüllung grundsätzlich
über der des umgebenden Kühlgases in der Brennelementschüttung. Der Einsatz der
bekannten Stabkonstruktion ist daher durch die Temperaturgrenzwerte des verwendeten
Hüllrohrmaterials auf Kernreaktoren mit mäßig hohen Kernaustrittstemperaturen (ca.
7500 C) beschränkt. Bei Verwendung der bekannten Absorberstäbe in Kernreaktoren
mit höheren Kernaustrittstemperaturen des Kühlgases (ca. 850" bis 950" C) müssen
die zulässigen Stabeinfahrtiefen reduziert werden, wodurch sich erhebliche Einschränkungen
bei der Realisierung verfahrenstechnisch einfacher Abschaltkonzepte ergeben würden.
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Bei Kernreaktoren mit blockförmigen Brennelementen ist es bekannt,
die Außenfläche der Absorberstäbe mit Hilfe des umlaufenden-Kühlmittels zu kühlen.
Die Absorberstäbe sind bei diesen Kernreaktoren verschiebbar in vertikalen, den
Reaktorkern durchsetzenden Führungsrohren angeordnet, die fest installiert sind.
Die Führungsrohre sind ständig strömungsmäßig parallel zu den in dem Reaktorkern
befindlichen Kühlkanälen geschaltet und werden in ihrer:-ganzen Länge von dem Kühlmittel
durchströmt. In den DE-AS 11 21 240 und 12 48 823 sind derartige Absorberstabkühleinrichtungen
beschrieben.
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Aus der DE-OS 18 03 067 ist eine weitere Anordnung zur Kühlung von
Regelungselementen bekannt, die ebenfalls in fest angeordneten Führungsrohren bewegt
werden. Die Führungsrohre weisen einen hexagonalen Querschnitt auf. In
jedem
Führungsrohr ist ein Bündel von Absorberstäben installiert, das von der Umhüllung
mit ebenfalls hexagonalem Querschnitt umgeben ist. Das gas- oder dampfförmige Kühlmittel
wird zunächst in einem Spalt zwischen der Umhüllung und dem Führungsrohr nach oben
geleitet, tritt in das Bündel der Absorberstäbe ein und strömt zwischen den Absorberstäben
des Bündels nach unten.
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Zum Stand der Technik gehört ferner die Kühlung einer Regelgruppe
für einen Kernreaktor, bei der eine aus Brennstoffelementen und eine aus Absorberelementen
gebildete Sektion untereinander in einem Gehäuse angeordnet sind, daß in einer fest
in der Spaltzone installierten Hülse verschiebbar ist. Das Kühlmittel durchströmt
nacheinander die Sektion der Brennstoff- und der Absorberelemente sowie den ringförmigen
Spalt zwischen dem bewegbaren Gehäuse und der ortsfesten Hülse, wie in der DE-PS
24 23 027 dargestellt. Um den thermischen Wirkungsgrad des Kernreaktors zu erhöhen,
wird ein Teil des Kühlmittelstromes nach Durchtritt durch die Sektion der Brennstoffelemente
aus dem bewegbaren Gehäuse abgeleitet und dem ringförmigen Spalt um dieses Gehäuse
zugeführt.
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Von diesem Stand der Technik wird bei der Erfindung ausgegangen, wobei
ihr die Aufgabe zugrunde liegt, einen Absorberstab für einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
der eingangs genannten Art so zu schaffen, daß die Ausbildung einer hohen Temperaturdifferenz
und das Auftreten von Materialspannungen längs des Absorberstabes und in der Spitze
des Absorberstabes unterbunden werden.
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Die Aufgabe wird bei dem Absorberstab der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß der Weg des Kühlgasstromes in den Absorberstab von oben durch Eintrittsöffnungen
entlang des einen den Absorberteil umschließenden Hüllrohres bis zum unteren Ende
des Absorberteiles geführt und entlang des anderen
den Absorberteil
umschließenden Hüllrohres bis zu den in einer vorgebbaren Mindesthöhe über der Spitze
des Absorberstabes angeordneten Austrittsöffnungen geleitet ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Kühlgasstrom von
oben durch den Innenraum des Hüllrohres entlang dessen Innenwand bis zur Spitze
des Absorberstabes geführt, dort umgelenkt und im Ringspalt zwischen dem mittleren
und dem äußeren Hüllrohr bis zu den Austrittsöffnungen geleitet.
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In vorteilhafter Weise sind für den Austritt des so geleiteten Kühlgasstromes
vom Ringspalt ausgehende, das äußere Hüllrohr durchsetzende Austrittsöffnungen vorgesehen.
Diese sind mindestens in einer Ebene rund um den Ringspalt angeordnet.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Kühlgasstrom
von oben in dem Ringspalt zwischen dem äußeren und dem mittleren Hüllrohr bis zur
Spitze des Absorberstabes geführt, dort umgelenkt und innerhalb des inneren Hüllrohres
bis zu den Austrittsöffnungen geleitet.
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In vorteilhafter Weise sind für den Austritt des so geführten Kühlgasstromes
von innerhalb des inneren Hüllrohres aus rundum mehrere nach außen führende, die
drei Hüllrohre durchsetzende, gegen den Absorberteil und den Ringspalt hermetisch
abgetrennte Austrittsöffnungen nach außen geführt. Die Austrittsöffnungen sind in
mindestens einer Ebene rund um das innere Hüllrohr angeordnet.
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In vorteilhafter Weise liegen die Austrittsöffnungen für den durch
den Absorberstab geführten Kühlgasstrom im oberen Teilbereich des Absorberstabes.
Es ist auch möglich, jedoch nicht unbedingt erforderlich, die Austrittsöffnungen
über dem Absorberteil, d.h. oberhalb des inneren und mittleren Hüllrohres anzuordnen.
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In vorteilhafter Weise werden die Austrittsöffnungen für den Kühlgasstrom
so angeordnet, daß sie bei voll in die Brennelementschüttung eingefahrenen Absorberstab
oberhalb der Kugelhaufenoberfläche positioniert sind. Die Umlenkung des Kühlgasstromes
an der Spitze des Absorberstabes und dessen Austritt am Zylindermantel in einer
Entfernung von einigen Metern oberhalb der Stabspitze bringt mehrere Vorteile mit
sich. Als eine der wesentlichsten Verbesserungen ist die Tatsache anzusehen, daß
eine stetige Materialverteilung an der Spitze des Absorberstabes gewährleistet wird.
Da die Austrittsöffnungen weiter oben liegen, kommt es zu keinen Durchbrüchen und
somit wird die Bildung von Spannungsspitzen durch Kerben vermieden. Ferner treten
dadurch an der Spitze des Absorberstabes nur sehr geringe Temperaturdifferenzen
auf, wodurch es zur Ausbildung von nur sehr geringen Wärmespannungen kommen kann.
Der durch den Absorberstab geleitete Kühlgasstrom kann aus dem Kaltgasbereich abgeleitet
sein.
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Ferner ist es auch möglich, durch den Absorberstab geleiteten Kühlgasstrom
einem mit Fremdgas gefüllten Gasspeicher zu entnehmen.
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Die für den Austritt des Gasstromes im Bereich des Zylindermantels
des Absorberstabes vorgesehenen Austrittsöffnungen sind als Schlitze ausgebildet.
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In vorteilhafter Weise wird die Tragfunktion von dem äußeren Hüllrohr
des Absorberstabes übernommen, das als spezielles Tragrohr ausgebildet ist. Zu diesem
Zweck weist er die hierfür erforderlichen Abmessungen auf.
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Der durch den Absorberstab geleitete Kühlgasstrom kann also auf zwei
unterschiedlichen Wegen bis zur Spitze des Absorberstabes geführt, dort umgelenkt
und zu den Austrittsöffnungen nach oben zurückgeführt werden. Der Kühlgasstrom wird
jedoch
in beiden Fällen beidseitig des Absorberteils vorbei geleitet.
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Die im Absorberteil erzeugte Wärme wird radial zu diesem Kühlgasstrom
hin abgeleitet. Der an den Austrittsöffnungen des Absorberstabes austretende Gasstrom
wird dem Warmgasbereich zugeführt. Der vor oder nach der Umlenkung an der Spitze
des Absorberstabes durch den Ringspalt zwischen dem äußeren und dem mittleren Rohr
strömende Kühlgasstrom kühlt auch das äußere Hüllrohr, dessen Temperatur somit zwischen
der Gastemperatur in dem Ringspalt und der Temperatur des die Brennelementschüttung
durchströmenden Kühlgases liegt. Die Temperatur des äußeren Hüllrohres ist daher
grundsätzlich niedriger als diejenige des Kühlgases im Reaktorkern in der Umgebung
des Absorberstabes. Bei geeigneter Parameterwahl lassen sich somit hinreichend niedrige
Materialtemperaturen aller Hüllrohre erreichen. Es ist daher möglich die erfindungsgemäß
ausgebildeten Absorberstäbe auch bei Hochtemperaturreaktoren mit hohen Kühlgasaustrittstemperaturen
zur Anwendung zu bringen. Insbesondere können sie in mit Gasturbomaschinen gekoppelten
Kernreaktoren eingesetzt werden. Bei derartigen Kernreaktoranlagen mit geschlossenem
Kühlgaskreislauf (Einkreisanlagen) erreicht die Gastemperatur im Reaktorkern bereits
in 1,5 m Tiefe Werte von 750" bis 800" C, da das Kühlgas mit einer Temperatur in
den Reaktorkern eintritt, die um ca. 200° C höher liegt als die Kühlgaseintrittstemperatur
bei sogenannten Zweikreisanlagen. Die angegebenen Werte gelten für den Fall, daß
bei einer solchen Einkreisanlage ein Beschickungsverfahren angewandt wird, bei dem
die Brennelemente nach einmaligen Durchlauf durch den Reaktorkern den gewünschten
Endabbrandzustand erreicht haben (was aufgrund der sich einstellenden Leistungsdichteverteilung
zu einem steilen Anstieg der Kühlgastemperatur im oberen Drittel des Reaktorkerns
führt). Eine solche Gasturbinenanlage ist aus der DE-OS 26 39 877 bekannt. Sie besteht
aus dem Kernreaktor, der in der mit einem Liner ausgekleideten Kaverne eines Druckbehälters
untergebracht ist, mindestens einer Turbine mit HD- und gegebenenfalls ND-Verdichter
sowie einer Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und
gegebenenfalls
Zwischenkühlern. Die genannten Kreislaufkomponenten sind im gleichen Druckbehälter
wie der Kernreaktor installiert. Der Liner der den Kernreaktor enthaltenen Kaverne
wird bei dieser Anlage mit Kreislaufgas niedriger Temperatur - im folgenden Kaltgas
genannt - gekühlt, wobei das gesamte aus dem HD-Verdichter austretende Gas vor seinem
Eintritt in die Rekuperatoren an der Oberfläche des Liners vorbei geleitet wird.
Die Temperatur dieses Kaltgases beträgt ca. 110° C.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird der
durch die Absorberstäbe zu leitende Kühlgasstrom aus diesem Kaltgasbereich abgeleitet.
Das Kaltgas wird in an sich bekannter Weise nach Austritt aus dem ED-Verdichter
in einer Gasleitung, die koaxial zu der seitlich unten aus dem Kernreaktor austretenden
Heißgasleitung verläuft, in die Reaktorkaverne geführt und strömt in einem Ringraum
zwischen dem thermischen Seitenschild und dem Liner nach oben. Darauf gelangt es
in einen zwischen dem thermischen Deckschild und dem Liner befindlichen Raum, von
dem aus das Kaltgas den einzelnen Absorberstäben zugeleitet wird. Die Absorberstäbe
weisen in ihrem oberen Teil rundum eine Anzahl von Schlitzen für den Kühlgaseintritt
auf.
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Die Absorberstäbe können so ausgebildet werden, daß ihnen für ihre
Kühlung auch ein Fremdgas zugeleitet werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert und
der mit ihr erzielbare Fortschritt dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Absorberstab im Längsschnitt mit Austrittsöffnungen
für den Kühlgasstrom im äußeren Hüllrohr;
Fig. 2 eine Variante
des in Fig. 1 gezeigten Absorberstabes; Fig. 3 einen Absorberstab im Längsschnitt
mit Austrittsöffnungen für den Kühlgasstrom, die vom innersten Hüllrohr nach außen
geführt sind; Fig. 4 eine Variante des in Fig. 3 gezeigten Absorberstabes; Fig.
5 einen Quschnitt durch einen Hochtemperaturreaktor; Fig. 6 einen Längsschnitt nach
der Linie II-II durch den in Fig. 5 gezeigten Hochtemperaturreaktor; Fig. 7 einen
einzelnen im Reaktor angeordneten Absorberstab im Längsschnitt; Fig. 8 den in Fig.
7 dargestellten Absorberstab in ausgefahrener Position.
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Der in Fig. 1 dargestellte Absorberstab 1 umfaßt im wesentlichen drei
zylindrische Hüllrohre 2, 3 und 4, einen Absorberteil 5 und eine Spitze 6. Die drei
Hüllrohre sind bei diesem Ausführungsbeispiel aus Stahl gefertigt. Ihre Durchmesser
sind so gewählt, daß sie koaxial zueinander angeordnet werden können. Dabei ist
das Hüllrohr 2 ganz außen das Hüllrohr 3 in der Mitte und das Hüllrohr 4 ganz innen
angeordnet. Das Hüllrohr 2 übernimmt bei diesem Absorberstab die Trage funktion.
Selbstverständlich kann auch eines der anderen Hüllrohre 3, 4 als Tragrohr ausgebildet
werden. Aus diesem Grunde sind seine Wände entsprechend dick ausgebildet. An seinem
unteren Ende ist die Spitze 6 angesetzt insbesondere angeschweißt. Die Spitze 6
besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Hüllrohre 2, 3 und 4. Die
Länge des äußeren
Hüllrohres 2 ist so gewählt, daß es die in seinem
Inneren angeordneten Hüllrohre 3 und 4 um einige Zentimeter überragt.
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Wie bereits erwähnt sind im Inneren des Hüllrohres 2 die beiden Hüllrohre
3 und 4 angeordnet. Der Durchmesser des mittleren Hüllrohres 3 ist so gewählt, daß
zwischen ihm und dem äußeren Hüllrohr 2 ein Ringspalt 7 besteht. Dieser Ringspalt
ist für die Führung des Kühlgasstromes vorgesehen. Der Durchmesser des inneren Hüllrohres
4 ist ebenfalls so gewählt, daß zwischen ihm und dem mittleren Hüllrohr ein Zwischenraum
8 gebildet wird. In diesem zylindrischen Zwischenraum 8 ist der zylinderförmig ausgebildete
Absorberteil 5 angeordnet. Der Zwischenraum 8 ist am unteren Ende beispielsweise
durch eine Ringscheibe 9 verschlossen. Diese ist an den unteren Enden der beiden
Hüllrohre 3 und 4 befestigt. Das obere Ende des Hüllrohres 3 ist nach innen umgebogen
und am oberen Ende des Hüllrohres 4 befestigt. Damit ist der zylindrische Zwischenraum
8, indem sich der Absorberteil 5 befindet vollständig gasdicht umschlossen. Das
obere Ende des Hüllrohres 4 kann über eine Halterung (hier nicht mehr dargestellt)
am oberen Ende des Absorberstabes 1 befestigt werden. Das Innere des Hüllrohres
4 bleibt im wesentlichen frei. Lediglich in seiner Längsachse ist eine, das obere
Ende des Absorberstabes 1 mit der Spitze 6 verbindende, stabähnliche Halterung 10
angeordnet.
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Zwischen der Spitze 6 und den unteren Enden der Hüllrohre 3 und a
besteht ebenfalls ein Zwischenraum, der mindestens so breit wie der Ringspalt 7
ist.
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Im oberen Bereich des Absorberstabes 1 sind als Schlitze ausgebildete
Eintrittsöffnungen für das Kühlgas (hier nicht dargestellt) vorgesehen. Dieser Kühlgasstrom
wird von dort in das Innere des Hüllrohres 4 geleitet.
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Im oberen Bereich des Absorberstabes 1 sind vorzugsweise als Schlitze
ausgebildete Öffnungen 12 für den Austritt des Gasstromes vorgesehen. Die Schlitze
durchsetzen das äußere3 Hüllrohr 2. Sie sind in einer Ebene rund um das Hüllrohr
angeordnet.
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Der von oben in den Innenraum 11 des Hüllrohres 4 geleitete Kühlgasstrom
strömt aufgrund der vorherrschenden Druckdifferenz durch das Innere des Hüllrohres
4 entlang des Absorberteils 5 hindurch bis zur Spitze 6 des Absorberstabes. Dort
wird der Kühlgasstrom umgelenkt. Es strömt jetzt in den Ringspalt 7 und gelangt
zwischen dem mittleren und äußeren Hüllrohr zu den Austrittsschlitzen 12. Dadurch
wird die andere Seite des Absorberteils im unteren und mittleren Bereich ebenfalls
gekühlt. Das Kühlgas tritt durch die Austrittsschlitze wieder aus dem Absorberstab
aus.
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Fig. 2 zeigt einen weiteren Absorberstab, der mit dem in Fig.
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gezeigten und in der dazugehörigen Beschreibung erläuterten Absorberstab
1 nahezu baugleich ist. Bei dieser Ausführungsform des Absorberstabes sind lediglich
die Austrittsschlitze 12 über dem oberen Ende des Absorberteiles 5, insbesondere
über dem oberen Ende des Hüllrohres 3 angeordnet. Es handelt sich auch hierbei wiederum
um Schlitze 12, die das Hüllrohr 2 durchsetzen . Sie sind in einer Ebene rund um
das Hüllrohr 2 angeordnet. Ihre Anzahl richtet sich vorzugsweise nach der Menge
und der Geschwindigkeit mit der das Kühlgas aus dem Absorberstab austreten soll.
Das Kühlgas selbst wird auch bei diesem Absorberstab oben über Eintrittsschlitze
13 (hier nicht dargestellt) in den Innenraum 11 des Hüllrohres 4 geleitet.
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Der Gasstrom wird auch hierbei bis zur Spitze 6 entlang des Absorberteiles
5 geleitet. An der Spitze 6 wird der Kühlgasstrom umgeleitet und strömt entlang
des Ringspaltes 7 aufgrund der vorherrschenden Druckdifferenz bis zu den Austrittsschlitzen
12 oberhalb des Hüllrohres 3.
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Die Anordnung der Austrittsschlitze 12 über dem oberen Ende des Absorberteiles
5 ist ebenfalls möglich, jedoch nicht unbedingt notwendig. Vielmehr reicht es für
die Kühlung des Absorberstabes aus, wenn die Austrittsschlitze 12 zwar im oberen
Bereich des Absorberstabes 1 jedoch noch im Bereich des Absorberteiles 5 angeordnet
werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Ein optimale Kühlungswirkung wird dann
erreicht, wenn die Austrittschlitze 12 für den Kühlgasstrom in einer solchen Höhe
über der Spitze 6 angeordnet werden, daß sie sich bei in die Brennelementschüttung
eingefahrenem Absorberstab oberhalb der Kugelhaufenoberfläche befinden.
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Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Absorberstab. Dieser ist im wesentlichen
wie der in Fig.l dargestellte Absorberstabaufgebaut. Lediglich wird hierbei der
durch die am oberen Ende des Absorberstabes befindlichen Eintrittsschlitze 13 (hier
nicht dargestellt) einströmende Kühlgasstrom in den Ringspalt 7 zwischen dem äußeren
Hüllrohr 2 und dem mittleren Hüllrohr 3eingeleitet. Der Kühlgasstrom wird entlang
dieses Ringspaltes 7 zur Kühlung des Absorberteiles 5, das auf einer Seite durch
das Hüllrohr 3 begrenzt wird, bis zur Spitze 6 des Absorberstabes geführt. Dort
wird der Kühlgasstrom umgelenkt und ion das Innere des inneren Hüllrohres 4 geleitet.
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Das Kühlgas strömt entlang des Hüllrohres 4, das die zweite Seite
des Absorberteiles 5 begrenzt, wieder nach oben bis es die Austrittsschlitze 12
erreicht hat. Die für den Austritt des Kühlgases vorgesehenen Austrittsschlitze
12 sind auch hierbei im oberen Bereich des Absorberstabes 1 vorgesehen Die Austrittsschlitze
12 sind vom Inneren des Hüllrohres 4 aus nach außen geführt. Sie durchsetzen sowohl
alle drei Hüllrohre 2, 3 und 4 sowie den Absorberteil 5 und den Ringspalt 7.
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Alle Austrittsschlitze 12 sind gegen den Absorberteil und den Ringspalt
hermetisch verschlossen. Die Austrittsschlitze 12 sind im Inneren des Hüllrohres
4 rundum in einer Ebene liegend angeordnet. Ihre Anzahl und ihre Größe richtet sich
nach der Menge und der Geschwindigkeit des auszutretenden Gasstromes.
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Fig. 4 zeigt eine Variante des in Fig 3 dargestellten Absorberstabes.
Hierbei sind die Austrittsschlitze 12 über dem Absorberteil 5, insbesondere über
dem oberen Ende des Hüllrohres 3 angeordnet. Die Führung des Kühlgasstromes erfolgt
bei diesem Absorberstab in gleicher Weise wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Stab.
Die Austrittsschlitze 12 gehen auch hierbei vom Inneren des Hüllrohres 4 aus und
durchsetzen den Ringspalt 7 sowie das äußere Hüllrohr 2. Die Anordnung der Austrittsschlitze
über dem Absorberteil 5 ist auch bei dieser Führung des Kühlgasstromes nicht unbedingt
erforderlich. Es wird bereits eine ausreichende Kühlung des Absorberstabes erreicht,
wenn die Austrittsschlitze 12 wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Absorberstab in
der oberen Hälfte des Stabes, jedoch noch im Bereich des Absorberteils 5 angeordnet
werden. Es sollte jedoch auch hierbei darauf geachtet werden, daß sich die Schlitze
bei eingefahrenem Stab über der Brennelementschüttung befinden.
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Der oben beschriebene Absorberstab kommt vorzugsweise in dem, in Fig.
5 und 7 dargestellten Hochtemperaturreaktor zum Einsatz. Die Figuren 5 und 6 lassen
einen Spannbetondruckbehälter 21 erkennen, der zylindrisch ausgeführt und zentral
im Inneren eines ebenfalls zylindrischen Sicherheitsbehälters aus Stahlbeton angeordnet
ist. Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 21 sind ein Hochtemperaturreaktor 22
und die weiteren Komponenten des Primär- oder Kühlgaskreislaufes untergebracht.
Diese umfassen einen Gasturbosatz sowie je zwei Rekuperatoren, Vorkühler und Zwischenkühler.
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Der Hochtemperaturreaktor 22, der in einer Kaverne 23 eingebaut ist,
ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor ausgeführt, dessen Brennelemente
kugelförmig ausgebildet sind. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns befindet sich
ein Heißgassammelraum 24 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten Gases.
Über dem Reaktorkern
ist ein Warmgassammelraum 25 vorgesehen, der
das aus dem Hauptkreislauf rückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern
zugeleitet wird. Der Reaktorkern ist von einem zylindrisch ausgebildeten thermischen
Schild 26 sowie thermischen Deckenschild 26A umgeben.
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Die Kaverne 23 weist zur Abdichtung einen Liner 27 auf, der reaktorseitig
keine Wärmeschutzeinrichtung sowie Isolierung oder Kühlsystem besitzt. Zwischen
dem thermischen Schild 26 und dem Liner 27 befindet sich ein Ringraum 28. Ein weiterer
Raum 28A ist zwischen dem thermischen Deckenschild 26A und dem Liner 27 vorgesehen.
Durch die Decke des Spannbetonbehälters 21 erstrecken sich Panzerrohre 40, in denen
die erfindungsgemäßen Absorberstäbe 1 bewegbar angeordnet sind.
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Diese können unmittelbar in die Schüttung der kugelförmigen Brennelemente
eingefahren werden. Durch ein Zugaberohr 52 können die Brennelemente in den Hochtemperaturreaktor
22 eingegeben werden. Die Entfernung der Brennelemente aus dem Kern erfolgt durch
ein Abzugsrohr 53. In den Fig. 7 und 8 ist ein im Hochtemperaturreaktor angeordneter
Absorberstab 1 genauer dargestellt.
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Durch zwei seitlich unten am Hochtemperaturreaktor 22 angebrachte
Austrittsstutzen 29 und ebenso viele seitlich oben angebrachte Eintrittsstutzen
20 ist der Hochtemperaturreaktor 22 mit den übrigen Komponenten des Hauptkreislaufes
verbunden. Senkrecht unter dem Hochtemperaturreaktor 22 ist ein horizontaler Stollen
31 in den Spannbetondruckbehälter 21 gearbeitet, indem in getrennten Gehäusen eine
einwellige Gasturbine 32 ein ND-Verdichter 33 und HD-Verstärker 3a installiert sind.
Die Verdichter sitzen mit der Gasturbine auf einer gemeinsamen Welle. Ein (nicht
dargestellter) Generator, der im Sicherheitsbehälter aufgestellt ist, ist mit der
Gasturbine 32 gekoppelt.
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Zwei vertikale Gasführungsstollen 35 erstrecken sich seitlich neben
der Gasturbine 32 nach oben bis in die Höhe des
Reaktorkernbodens.
In jedem dieser Gasführungsstollen ist eine Heißgasleitung 36 installiert. Jede
Heißgasleitung 36 ist mit einem der Reaktoraustrittsstutzen 29 und mit einem Turbineneintrittsstutzen
verbunden. Im oberen Teil des Spannbetondruckbehälters 31 befinden sich zwei weitere
vertikale Gasführungsstollen 37, die jeweils mit einem der Gasführungsstollen 35
fluchten. In ihnen ist je eine Warmgasleitung 38 angeordnet. Jede der Warmgasleitungen
38 ist an einen der beiden Reaktoreintrittsstutzen 30 angeschlossen.
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Auf einem Teilkreis um die Reaktorkaverne 23 sind sechs vertikale
Pods 39 vorgesehen, die mit berstsicheren Deckeln 40 abgeschlossen sind. Die Pods
39 dienen zur Aufnahem der wärmetauschenden Apparate, wobei in symmetrischer Anordnung
zu dem Turbinenstollen 31 zwei Rekuperatoren 41, zwei Vorkühler 42 und zwei Zwischenkühler
43 untergebracht sind.
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Alle wärmetauschenden Apparate sind in gleicher Höhe wie die Reaktorkaverne
23 installiert. Außer den Pods 39 sind noch drei weitere vertikale Pods 49 vorhanden,
die zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems dienen.
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In Höhe des Turbinenstollens sind in dem Spannbetondruckbehälter 21
mehrere horizontale Gasführungen vorgesehen, die die wärmetauschenden Apparate eines
Stranges miteinander bzw. mit dem Gasturbosatz verbinden. Als Gasleitung zwischen
Rekuperator und Vorkühler eines jeden Stranges dient eine Gasführung 44, während
die Verbindung zwischen den beiden Rekuperatoren 41 und den Turbinenaustrittsstutzen
jeweils durch eine Gasführung 45 hergestellt ist.
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Von den Vorkühlern 42 zu den beiden Eintrittsstutzen des ND-Verdichters
33 wird das Gas jeweils durch eine Gasführung 46 geleitet. Zwischen den ND-Verdichterausgängen
und den beiden Zwischenkühlern 43 ist jeweils eine Gasführung 47 vorgesehen. Auf
einer etwas tieferen Ebene befinden sich noch zwei Gasführungen 48, die die beiden
Zwischenkühler 43 mit den Eingängen des HD-Verdichters verbinden.
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Von dem HD-Verdichter 34 zu den beiden Rekuperatoren 41 wird das Gas
auf einem großen Teil seines Strömungsweges durch die vertikalen Gasführungsstollen
35 und 37 geleitet, wobei es außen an den Heißgasleitungen 36 und den Warmgasleitungen
38 entlangströmt, die als koaxiale Gasführungen ausgebildet sind. Auf seinem Weg
von dem Gasführungsstollen 35 zu dem Gasführungsstollen 37 wird das Gas, das eine
Temperatur von ca. 110° aufweist, koaxial zu den Reaktoraustrittsstutzen 29 in die
Reaktorkaverne 23 geführt und tritt hier in den Ringraum 28 zwischen dem thermischen
Schild 26 und dem Liner 27 ein. In diesem Ringraum strömt es nach oben in den Raum
28A wobei es den Liner 27 im Bereich des Ringraumes 28 und Raumes 28A kühlt. Gemäß
der Erfindung wird ein Teil des in dem Raum 28A zwischen dem Liner 27 und thermischen
Deckenschild 26A befindlichen Kaltgases, das wie bereits erwähnt eine Temperatur
von ca. 110° C aufweist, als Kühlgasstrom in die Absorberstäbe 1 eingeleitet.
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Fig. 7 und 8 zeigen einen Teilschnitt durch den Spannbetonbehälter
21 den Liner 27, das thermische Deckenschild 26A den Deckenreflektor 60 und die
Brennelementschüttung 63. In den Fig. 7 und 8 ist zusätzlich ein in den Spannbetonbehälter
eingelassenes Panzerrohr 40 ebenfalls im Längs schnitt zu sehen. In diesem Panzerrohr
40 ist ein Absorberstab beweglich angeordnet. Die Bewegung des Absorberstabes erfolgt
über bekannte Vorrichtungen, die hier nicht näher erläutert werden. Der Absorberstab
1 kann innerhalb des Panzerrohres 40 vertikal nach oben und unten verfahren werden.
Der obere Bereich des Absorberstabes 1 weist Eintrittsschlitze 13 für das aus dem
Raum 28A kommende Kaltgas auf. Innerhalb des Raumes 28A aus dem das Kaltgas abgeleitet
wird, ist um den Absorberstab 1 ein Zylinder 61 angeordnet, der an das untere Ende
des Panzerrohres 40 gasdicht anschließt. Dieser Zylinder steht mit seinem unteren
Ende auf dem thermischen
Deckenschild 26A auf. Eine spezielle Dichtung
(hier nicht näher dargestellt) zwischen dem thermischen Deckenschild 26A und dem
Absorberstab 1 verhindert, daß das in dem Zylinder 61 befindliche Kaltgas in den
Raum 65 unter dem thermischen Schild strömen kann, in dem sich Warmgas von etwa
4680 C befindet. Der in Fig. 7 dargestellte Absorberstab ist bis zu seiner maximalen
Einfahrtiefe in die Brennelementschüttung 63 eingefahren. Die für den Austritt des
durch den Absorberstab 1 geleiteten Kühlgasstromes vorgesehenen Austrittsöffnungen
12 befinden sich über der Brennelementschüttung 63. Wie bereits in den Beschreibungen
zu den Fig. 1 bis 4 erläutert wird ein Kühlgasstrom in die Eintrittsschlitze 13
des Absorberstabes geleitet. Der Kühlgasstrom wird aus dem das kaltgasbeinhaltenden
Raum 28A abgeleitet. Das Kaltgas strömt durch die Eintrittsschlitze 13 aufgrund
der vorhandenen Druckdifferenz in das Innere des Absorberstabes. Je nach Ausbildung
desselben wird das Kühlgas entweder entlang des Ringspaltes zwischen dem äußeren
und dem mittleren Hüllrohr oder innerhalb des inneren Hüllrohres bis zur Spitze
6 des Absorberstabes geleitet. Dort wird der Kühlgasstrom umgelenkt. Je nach Bauart
des Absorberstabes erfolgt die Rückleitung des Kühlgases zu den im oberen Bereich
des Stabes befindlichen Austrittsschlitzen 12 entweder durch das innere Hüllrohr
4 oder den Ringspalt 7. Das den Absorberstab kühlende Gas tritt dann oberhalb der
Brennelementschüttung aus.
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In Fig. 8 ist ein Absorberstab dargestellt, der fast vollständig aus
der Brennelementschüttung 63 ausgefahren ist.
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bei Wie Fig. 8 weiter zeigt, ist es auch/dieser Stellung des Absorberstabes
möglich, den Kühlgasstrom aus dem Kaltgasbereich des Raumes 28A abzuleiten. Die
für den Austritt des Kühlgases aus dem Absorberstab 1 vorgesehenen Austrittsschlitze
12 befinden sich bei dieser Stellung des Absorberstabes im Bereich des das Warmgas
beinhaltenden Raumes 65.
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Dieser Raum 65 ist zum Kaltgasraum hin verschlossen, während er über
Öffnungen 66 mit dem Bereich über der Brennelementschüttung 63 in Verbindung steht.
Zwischen dem Absorberstab 1 und dem Raum 65 bestehen keinerlei Trennvorrichtungen.
Das aus den Austrittsschlitzen 12 des Absorberstabes 1 ausströmende Kühlgas wird
somit direkt in den Warmgasbereich des Raumes 65 geleitet.
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Selbstverständlich ist es auch möglich den Kühlgasstrom für den Absorberstab
1 aus dem Warmgasbereich abzuleiten. Ebenso kann der Absorberstab 1 auch so ausgebildet
und gehaltert werden, daß bei voll in die Schüttung eingefahrenem Absorberstab,
die Austrittsschlitze 12 für das Kühlgas innerhalb der Schüttung liegen.