DE3204813C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Kernkraftwerk ist z. B. aus der DE-OS 24 11 039 bereits bekannt.

Es ist bekannt, Kernkraftwerke mit geschlossenem Kühlgaskreis­ lauf zur Erzeugung von Prozeßwärme einzusetzen und die im Reaktorkern gewonnene Wärme über einen Wärmetauscher zunächst auf einen Zwischenkreislauf zu übertragen. Ein für derartige Zwecke geeigneter Wärmetauscher, der in den Druckbehälter des Kernreaktors integriert ist, wird beispielsweise in der DE-OS 26 50 922 beschrieben. Wird als Reaktorkühlmittel He­ lium verwendet, so wird für den Zwischenkreislauf ebenfalls Helium eingesetzt.

Bei einem weiteren Kernkraftwerk zur Erzeugung von Prozeß­ wärme, die über He/He-Wärmetauscher aus dem Kühlgaskreislauf ausgekoppelt wird, sind mehrere parallelgeschaltete Wärmenut­ zungskreisläufe vorgesehen, deren Komponenten - Wärmetauscher und Gebläse - sämtlich in dem Spannbetondruckbehälter des Kernreaktors untergebracht sind. Die Wärmetauscher dieses in der DE-OS 24 11 039 beschriebenen Kernkraftwerks sind jeweils in einen Hochtemperaturteil und einen Niedertemperaturteil unterteilt, und für beide Wärmetauscherteile sind gesonderte vertikale Schächte in dem Spannbetondruckbehälter vorgesehen. Das Gebläse jedes Wärmenutzungskreislaufs ist unmittelbar un­ ter dem Niedertemperaturteil des Wärmetauschers dieses Kreis­ laufs angeordnet.

Stand der Technik ist ferner eine Prozeßwärmeanlage zur Er­ zeugung von Synthesegas, bei der eine Anzahl von Reaktions­ kammern mit der in einem Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärme beheizt wird. Die Reaktionskammern sowie diesen nachge­ schaltete Dampferzeuger und Gebläse sind in den Spannbeton­ druckbehälter des Hochtemperaturreaktors integriert. Je eine Reaktionskammer, z. B. ein Röhrenspaltofen, ein Dampferzeuger und ein Gebläse bilden einen Wärmenutzungskreislauf. Alle Komponenten sind ausbaubar in vertikalen Schächten instal­ liert, wobei die Gebläse jeweils direkt unter den Dampferzeu­ gern angeordnet sind.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Kernkraftwerk der eingangs beschriebenen Art die Komponenten des Kühlgaskreislaufs so­ wie die Kühlgaswege so anzuordnen, daß alle Wärmetauscher und Heißgas führenden Leitungen unter äußerem Überdruck ste­ hen, die Komponenten gut zugänglich sind und sich eine ein­ fache Gasführung ergibt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Kernkraftwerk nach Anspruch 1 gelöst.

Das Kernkraftwerk gemäß der Erfindung weist den Vorteil auf, daß für vier Wärmetauscher jeweils nur ein Gebläse vorhanden ist und daß Verteileinrichtungen für das Heißgas nicht erfor­ derlich sind. Durch die Anordnung der Gebläse an den "kalten Enden" der Wärmetauscher sowie durch die Rückführung des kal­ ten verdichteten Kühlgases außen an den Wärmetauschern und Heißgaskanälen entlang wird dafür Sorge getragen, daß diese Komponenten unter äußerem Überdruck stehen. Dieser Umstand er­ möglicht es, bei den genannten Komponenten Schiebeverbindungen zu verwenden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Kernkraftwerkes schematisch dargestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Kernkraftwerk nach der Linie I-I der Fig. 3,

Fig. 2 einen zweiten Längsschnitt durch das Kern­ kraftwerk nach der Linie II-II der Fig. 3,

Fig. 3 die Draufsicht auf ein Teilstück des Kern­ kraftwerkes, das zwei Kreislaufstränge ent­ hält.

In einem zylindrischen Spannbetondruckbehälter 1 ist in einer Kaverne 2 ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor 3 ange­ ordnet, dessen aus kugelförmigen Brennelementen bestehender Kern 4 allseitig von einem Graphitreflektor 5 umgeben ist. Decken- und Bodenreflektor weisen Durchtrittsöffnungen für das von oben nach unten strömende Helium auf. Oberhalb des Deckreflektors ist ein Kaltgassammelraum 6 vorgesehen. Un­ terhalb des Bodenreflektors wird das heiße Helium in einem Heißgassammelraum 7 gesammelt, an den sich mehrere radiale Heißgaskanäle 8 anschließen.

Der Reflektor 5 ist von einem thermischen Schild aus Metall umgeben, der aus Deckenschild 9, Seitenschild 10 und Boden­ schild 11 besteht. Dabei wird zwischen dem Seitenschild 10 und dem seitlichen Teil des Reflektors 5 ein Ringraum 12 ge­ bildet. Zwischen dem thermischen Bodenschild 11 und einer unterhalb diesem angeordneten Reaktorbodenplatte 14 ist ein freier Raum 13 vorgesehen. Die Reaktorbodenplatte 14 weist eine Anzahl von Durchbrüchen für das Kühlgas auf.

Der Heliumkreislauf ist in mehrere parallele Kreislaufstränge unterteilt, die jeweils einen Heißgaskanal 8 und zwei He/He- Wärmetauscher 15 enthalten, welche parallel von dem heißen Helium durchströmt werden. Die Wärmetauscher 15 sind ausbau­ bar in von oben zugänglichen vertikalen Schächten 16 unterge­ bracht. Ihre Zuleitungen 17 und Ableitungen 18 für das im Gegenstrom geführte Sekundärhelium sind durch die Abschlußdeckel 19 der Schächte 16 verlegt. Jeder Heißgaska­ nal 8 bildet mit einem ihn umgebenden ringförmigen Kanal 20, der als Kaltgaskanal dient, eine koaxiale Gasführung. Die Kaltgaskanäle treten direkt in die Reaktorkaverne 2 ein.

Die Schächte 16 jedes Kreislaufstranges liegen in fast radia­ ler Richtung nebeneinander, wie die Fig. 3 erkennen läßt. Genauer gesagt, ist ihre Anordnung so getroffen, daß jeweils ein zwischen den Schächten zweier benachbarter Kreislaufsträn­ ge befindlicher weiterer Schacht 21 von allen vier Schächten 16 den gleichen Abstand aufweist. Dieser nur von unten zugäng­ liche Schacht dient der Aufnahme eines Gebläses 22, das im unteren Teil des Schachtes 21 installiert ist. Die Gebläse 22 sind jeweils zwei Kreislaufsträngen mit je zwei Wärmetau­ schern 15 zugeordnet.

Die innenliegenden Schächte 16 a der Wärmetauscher 15 wie auch die außenliegenden Schächte 16 b dieser Komponenten sind je­ weils auf dem gleichen Teilkreis um die Druckbehälterachse angeordnet. Auf einem weiteren Teilkreis um die Druckbehälter­ achse sind noch vier vertikale Schächte 23 vorgesehen (in der Fig. 3 ist nur einer dargestellt), in denen jeweils ein Ge­ bläse und ein Kühler untergebracht sind. Diese bilden zusam­ men das Nachwärmeabfuhrsystem des Kernkraftwerkes (nicht ge­ zeigt).

Die beiden Schächte 16 a und 16 b jedes Kreislaufstranges sind an ihrem unteren Ende durch eine gerade, koaxiale Gasführung verbunden, deren äußerer Kanal 24 direkt in die beiden Schächte einmündet, während ihr innerer Kanal 25 an die bei­ den Wärmetauscher 15 angeschlossen ist. Der jeweils im Schacht 16 a befindliche Wärmetauscher 15 ist zudem unmittel­ bar an den Heißgaskanal 8 dieses Kreislaufstranges ange­ schlossen. Der Wärmetauscher 15 im Schacht 16 b wird durch den inneren Kanal 25 im Heißgas beaufschlagt. Beide Wärme­ tauscher werden von unten nach oben von dem Heißgas durch­ strömt.

Der obere Teil jedes Schachtes 21 für eines der Gebläse 22 ist im Durchmesser verengt. In diesem Teil ist eine vertika­ le Gasführung 26 verlegt, die an das jeweilige Gebläse 22 an­ geschlossen ist. Sie bildet mit einem sie umgebenden ringför­ migen Kanal 27 eine Koaxialleitung. Der Kanal 27 dient der Rückführung des verdichteten Kaltgases. Er steht in Verbin­ dung mit vier einfachen geraden Gasführungen 29, die oben in den Schacht 16 jedes der vier dem Gebläse 22 zugeordneten Wärmetauscher 15 eintreten. Vier weitere einfache Gasführun­ gen 28, die oberhalb der Gasführungen 29 angeordnet sind, verbinden die oberen Enden dieser vier Wärmetauscher mit der vertikalen Gasführung 26 und leiten somit das in den Wärme­ tauschern 15 abgekühlte Helium dem Gebläse 22 zu.

In allen Schächten 16 ist im Bereich zwischen den Einmündungs­ stellen der beiden Gasführungen 28 und 29 eine Dichtung 30 eingebaut, die das Ausströmen verdichteten Gases in den obe­ ren Schachtteil verhindert.

Im folgenden wird die Führung des durch Pfeile dargestellten Kühlgasstromes durch das Kernkraftwerk im Zusammenhang beschrieben.

Das von oben in den Reaktorkern 4 eintretende Helium heizt sich beim Durchströmen der Brennelementschüttung auf, wird in dem Heißgassammelraum 7 gesammelt und verteilt sich dann durch die Heißgaskanäle 8 auf die einzelnen parallelgeschal­ teten Kreislaufstränge. In jedem Kreislaufstrang findet dann nochmals eine Aufteilung auf die beiden Wärmetauscher 15 die­ ses Stranges statt, wobei das Helium zu dem außenliegenden Wärmetauscher durch den inneren Kanal 25 gelangt. In den Wärmetauschern 15 strömt das heiße Helium nach oben, gibt da­ bei seine Wärmeenergie an das Sekundärhelium ab und tritt dann durch die Gasführungen 28 in die vertikale Gasführung 26 des zugehörigen Gebläses 22 ein.

Nach seiner Verdichtung in den Gebläsen 22 strömt das kalte Helium außen an der Gasführung 26 entlang durch den ringför­ migen Kanal 27, teilt sich jeweils auf die vier angeschlosse­ nen Gasführungen 29 auf und wird in die Schächte 16 zurück­ geleitet. In den Schächten 16 strömt das verdichtete Helium außen an den Wärmetauschern 15 entlang nach unten. Die Wärme­ tauscher stehen also unter äußerem Überdruck. Daher können - wie aus Fig. 1 ersichtlich - bei den Wärmetauschern Schiebeverbindungen eingesetzt werden. Das gleiche gilt auch für die Heißgaskanäle 8 und die inneren Kanäle 25.

Aus den Wärmetauscherschächten 16 a gelangt das Kaltgas direkt in die Kaltgaskanäle 20; das aus den Schächten 16 b austreten­ de Gas wird erst durch die äußeren Kanäle 24 geführt, bevor es ebenfalls in die Kaltgaskanäle 20 eintritt.

In der Reaktorkaverne 2 vereinigen sich die Teilströme aller Kreislaufstränge wieder. Das Kaltgas wird zunächst durch die Durchbrüche in der Reaktorbodenplatte 14 in den Raum 13 geleitet. Hier strömt es an dem thermischen Bodenschild 11 entlang, den es dabei kühlt. In dem Ringraum 12 zwischen Sei­ tenreflektor und thermischem Seitenschild 10 wird das Kaltgas nach oben geführt. Dabei wird auch der Seitenschild mit dem Kalt­ gas gekühlt. Anschließend tritt es in den Kaltgassammelraum 6 ein. Durch die Durchtrittsöffnungen in dem Deckenreflektor gelangt das Helium schließlich wieder in die Brennelementschüttung.

Claims (4)

1. Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlgaskreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärme, bei dem die in einem Hochtemperaturreaktor (3) ge­ wonnene Wärme von dem Kühlgas über mehrere Wärmetauscher (15) auf ein Sekundärmedium übertragen wird, der Hochtemperaturreaktor (3) in einer zentralen Kaverne (2) eines zylindrischen Spannbetondruck­ behälters (1) angeordnet ist, die Wärmetauscher (15) ausbaubar je in ei­ nem von oben zugänglichen vertikalen Schacht (16) installiert und den Wärmetauschern nachgeschaltete Gebläse (22) ebenfalls ausbaubar in eigenen vertikalen Schächten (21) angeordnet sind und bei dem mehrere radiale Heißgaskanäle (8), die die Wärmetauscher mit heißem Kühlgas versorgen, an einen unterhalb des Reaktorkerns (4) befind­ lichen Heißgassammelraum (7) angeschlossen sind und das kalte Kühl­ gas auf dem Weg von den Gebläsen (22) zurück zum Reaktorkern (4) als Mantelstrom um alle Wärmetauscher und Heißgaskanäle geführt ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) jeweils zwei gleichartige Wärmetauscher (15), die an einen gemeinsamen Heißgaskanal (8) angeschlossen sind und paral­ lel von dem heißen Kühlgas durchströmt werden, bilden ei­ nen Kreislaufstrang;
• b) die beiden Wärmetauscher (15) jedes Kreislaufstranges sind in Schächten (16 a, 16 b) angeordnet, die in fast radialer Richtung nebeneinanderliegen;
• c) die beiden einem Kreislaufstrang zugeordneten Schächte (16 a, 16 b) sind jeweils an ihrem unteren Ende durch eine gerade koaxiale Gasführung verbunden, deren äußerer, Kalt­ gas führender Kanal (24) direkt in die Schächte (16 a, 16 b) einmündet und deren innerer, mit Heißgas beaufschlagter Kanal (25) an die beiden Wärmetauscher des Kreislaufstran­ ges angeschlossen ist;
• d) die vier Wärmetauscher (15) je zweier benachbarter Kreis­ laufstränge sind an ein gemeinsames Gebläse (22) ange­ schlossen, wobei der das Gebläse (22) aufnehmende Schacht (21) derart zwischen den vier Schächten (16 a, 16 b) für die Wärmetauscher (15) angeordnet ist, daß er zu ihnen den gleichen Abstand aufweist.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß alle innenliegenden Wärmetauscherschächte (16 a) und alle außenliegenden Wärmetauscherschächte (16 b) je­ weils auf einem Teilkreis um die Druckbehälterachse an­ geordnet sind.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schacht (21) für jedes Gebläse (22) eine an das Gebläse (22) angeschlossene und sich bis an das obere Schachtende erstreckende vertikale Gasführung (26) installiert ist, die mit einem sie umgebenden ringförmi­ gen Kanal (27) eine Koaxialleitung bildet, und daß das im Gebläse (22) verdichtete Kaltgas durch den ringförmi­ gen Kanal (27) geführt wird.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende jedes Wärmetauschers (15) durch eine gerade Gasführung (28) mit der vertikalen Gasführung (26) des zugehörigen Gebläses (22) verbunden ist und daß eine weitere, unterhalb der ersten angeordnete gerade Gasfüh­ rung (29) den Schacht (16) jedes Wärmetauschers (15) mit dem ringförmigen Kanal (27) im Schacht (21) des zugehö­ rigen Gebläses (22) verbindet.