DE3210382C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinen-Kraftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Gasturbinen-Kraftanlage ist zum Beispiel aus der DE-OS 30 27 507 - Elter, Schöning & Stracke - bereits bekannt.

Der der Erfindung zugrunde liegende Stand der Technik ist in den DE-OS 24 54 451, 26 39 877, 28 28 975 und 30 27 507 be­ schrieben.

Die DE-OS 24 54 451 zeigt ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlgaskreislauf in integrierter Bauweise, bei dem mehrere jeweils aus einem Gasturbosatz und wärmetauschenden Apparaten bestehende Wärmenutzungskreisläufe parallelgeschaltet sind. Die Gasturbosätze ind in horizontalen Stollen untergebracht, während alle wärmetauschenden Apparate in vertikalen Schäch­ ten um die Reaktorkaverne installiert sind. Jedem Wärmenut­ zungskreislauf ist ein weiterer, vertikaler Schacht zugeordnet, in dem eine Heißgas- und eine Warmgasleitung verlegt sind und durch den von dem HD-Verdichter kommendes Kaltgas geleitet wird.

Die in der DE-OS 26 39 877 dargestellte Anlage besteht aus einem Kernreaktor, der in der mit einem Liner ausgeklei­ deten Kaverne eine Spannbetondruckbehälters untergebracht ist, mindestens einer Gasturbine mit HD- und ND-Verdichter und einer Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenen­ falls Zwischenkühlern. Diese Kreislaufkomponenten sind eben­ falls in dem Spannbetondruckbehälter installiert. Der Liner der Reaktorkaverne wird mit Kreislaufgas niedriger Tempera­ tur (Kaltgas) gekühlt, wobei das gesamte aus dem HD-Verdich­ ter austretende Gas vor seinem Eintritt in die Rekuperatoren durch einen Ringraum zwischen dem Liner und dem thermischen Seitenschild geführt wird. Die Zuleitung des Kaltgases zu dem Ringraum erfolgt durch Gasführungsschächte, die jeweils zusammen mit einer der den Reaktorkern und die Turbine ver­ bindenden Heißgasleitungen eine koaxiale Gasführung bilden.

In der DE-OS 28 28 975 wird ein mit einem Gasturbosatz gekop­ pelter Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen beschrieben, bei dem der Liner der Reaktorkaverne ebenfalls mit von dem Verdichter kommendem Kaltgas gekühlt wird. Ein Teilstrom dieses Kaltgases wird zur Kühlung der Absorberstäbe verwendet, die unmittelbar in die Brennelementschüttung ein­ gefahren werden. Zu diesem Zweck wird das Kaltgas aus dem über dem thermischen Deckenschild befindlichen Kaltgassammelraum durch Schlitze in die Absorberstäbe eingeleitet, die es durch in den Stabspitzen vorgesehene Schlitze wieder verläßt. Darauf vermischt sich dieser Kaltgasstrom mit dem Kühlgasstrom, der die Brennelementschüttung durchsetzt.

In der DE-OS 30 27 507 ist ebenfalls ein Kernkraftwerk mit an den Kernreaktor angekoppeltem Gasturbosatz in integrierter Bauweise dargestellt, bei dem zur Kühlung des Kavernenliners das von dem Verdichter kommende Kaltgas durch einen Ringraum zwischen dem thermischen Seitenschild und der Kavernenwand ge­ führt wird. Hierbei wird nicht nur der Kavernenliner, sondern auch der thermische Seitenschild gekühlt, der aus Gußmaterial gefertigt ist. Um eine gleichmäßige Umströmung des thermischen Seitenschildes mit Kaltgas zu erreichen, ist der horizontale Stollen für den Gasturbosatz durch mehrere Gasführungen mit dem Ringraum zwischen der Kavernenwand und dem thermischen Seitenschild verbunden, durch die ein Kaltgas-Bypaß unten in die Reaktorkaverne geleitet wird.

Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinen-Kraftan­ lage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch eine besondere Führung des Kaltgases sicherzustellen, daß sowohl bei Normal­ betrieb als auch bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb die zulässigen Werkstofftemperaturen der Reaktoreinbauten und des Liners nicht überschritten werden.

Die erfindungsgemäße Gasturbinenkern-Kraftanlage zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus, die im folgenden aufge­ führt werden:
die Kühlung des thermischen Decken-, Seiten- und Bodenschildes, des Kavernenliners, der Absorberstäbe sowie der Heißgas- und Warmgasleitungen ist in allen Betriebszuständen der Anlage ge­ währleistet;
die Reaktorkaverne wird nicht mit Warmgas beaufschlagt;
die zur Turbine führenden Heißgasleitungen werden auf ihrer ganzen Länge mit Kaltgas gekühlt;
die Bypaßströmungen zu den Rekuperatoren sind so gering wie möglich gehalten;
unter dem thermischen Bodenschild befindet sich ein Sammelraum für Kaltgas;
im Kreislauf der Hauptströme sind keine Absperrorgane wie Rück­ schlagklappen vorgesehen;
bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb findet in den Warmgasleitungen bzw. auf der Hochdruckseite der Rekuperatoren keine Strömungsumkehr statt;

Strömungsumkehr tritt bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb in den Heiß­ gasleitungen und auf der Niederdruckseite der Rekuperatoren, Vorkühler und Zwischenkühler ein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Bei Normalbetrieb strömt das aus den horizontalen Bypaßlei­ tungen in die Schächte der Hilfskühlsysteme eintretende Kalt­ gas in diesen Schächten nach oben (wobei ein Teil in die ho­ rizontalen Stollen für die Heißgasleitungen eintritt) und ge­ langt durch den definierten Spalt der Rückschlagklappen der oberen Gebläse in die oberen Hilfskühler. Beim Durchströmen der oberen Hilfskühler werden diese Kühler gekühlt. Danach kommt das erwärmte Gas durch die Heißgasleitungen in den zwi­ schen thermischem Bodenschild und Bodenreflektor des Kernreak­ tors befindlichen Heißgassammelraum, in dem es sich mit dem aus der Brennelementschüttung austretenden Heißgas mischt.

Vorteilhafterweise können den oberen und den unteren Hilfs­ kühlsystemen unterschiedliche Aufgaben des Nachwärmeabfuhr- Betriebes zugewiesen werden. So können die unteren Hilfskühl­ systeme bei solchen Störfällen, bei denen die Primärgasfüh­ rung intakt ist, kein Wassereinbruch und kein Druckentla­ stungsstörfall vorliegt, für eine dosierte Abfuhr der Nach­ wärme eingesetzt werden. Die oberen Hilfskühlsysteme können so ausgelegt sein, daß der Kernreaktor im Druckentlastungs­ störfall ausreichend gekühlt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Gasturbinen-Kernkraftanlage mit zwei Hilfskreisläufen sche­ matisch dargestellt, wobei die für die Erfindung unwesentli­ chen Komponenten wie Verdichter, Vor- und Zwischenkühler und die zu diesen führenden Gasleitungen nicht wiedergegeben sind. Die Figuren zeigen im einzelnen

Fig. 1 die Kernkraftanlage im Längsschnitt mit dem Strö­ mungsverlauf des Kühlgases bei Normalbetrieb,

Fig. 2 die Kernkraftanlage mit dem Strömungsverlauf bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb über die unteren Hilfs­ kühlsysteme (erster Hilfskreislauf),

Fig. 3 die Kernkraftanlage mit dem Strömungsverlauf bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb über die oberen Hilfs­ kühlsysteme (zweiter Hilfskreislauf).

Die Figuren lassen einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der zylindrisch ausgeführt ist und eine zentrale Kaverne 3 aufweist, die mit einem metallischen Liner 2 ausgekleidet ist. Ein in der Kaverne 3 installierter Hochtemperaturreak­ tor 4 ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor ausgeführt, dessen Brennelemente kugelförmig ausgebildet sind, von oben zugegeben und durch Kugelabzugsrohre 6 aus der Schüt­ tung 5 der Brennelemente abgezogen werden. Unterhalb des Re­ aktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum 7 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten Heliums. Über dem Re­ aktorkern ist ein Warmgassammelraum 8 vorgesehen, der das aus dem Kreislauf zurückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet wird.

Die Brennelementschüttung 5 ist allseitig von einem Graphit­ reflektor umschlossen, der sich aus einem Deckenreflektor 9, einem Bodenreflektor 10 und einem zylindrischen Seitenreflek­ tor 11 zusammensetzt. Der Seitenreflektor ist mit Abstand von einem thermischen Seitenschild 12 aus Gußmaterial umgeben. Zwischen dem thermischen Seitenschild 12 und der Wand der Ka­ verne 3 befindet sich ein Ringraum 13.

Der Bodenreflektor 10 stützt sich (über mehrere Bodenlagen) auf einem thermischen Bodenschild 14 ab, der auf in dem Spann­ betondruckbehälter 1 verankerten Stützsäulen 15 ruht. Der Bo­ denschild 14 schließt direkt an den thermischen Seitenschild 12 an. Unterhalb des Bodenschildes 14 ist ein Kaltgassammel­ raum 16 vorgesehen. In dem thermischen Seitenschild 12 befin­ den sich vertikale Kühlgaskanäle 17, die mit dem Kaltgassam­ melraum 16 in Verbindung stehen.

Mit seinem oberen Ende ist der thermische Seitenschild 12 an einen thermischen Deckenschild 18 angeschlossen, der horizon­ tale Kühlgaskanäle 19 und vertikale Kühlgaskanäle 20 aufweist. Letztere treten in einen oberhalb des Deckenschildes 18 befind­ lichen Sammelraum 21 ein. Die horizontalen Kühlgaskanäle 19 stehen mit einem Ringsammler 22 am oberen Ende des thermischen Seitenschildes 12 in Verbindung.

Durch die Decke des Spannbetondruckbehälters 1 und den ther­ mischen Deckenschild 18 erstrecken sich Panzerrohre, in denen Absorberstäbe 23 bewegbar angeordnet sind, die durch den Dec­ kenreflektor 9 unmittelbar in die Brennelementschüttung 5 ein­ gefahren werden. Im oberen Teil der Absorberstäbe 23 sind Schlitze für den Eintritt kalten Kühlgases vorgesehen, die mit im Inneren der Absorberstäbe befindlichen vertikalen Kanälen in Verbindung stehen.

Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 sind auch die weite­ ren Komponenten des Heliumkreislaufs untergebracht. Diese um­ fassen einen in einem horizontalen Stollen 24 installierten Gasturbosatz, bestehend aus einer Turbine 25 und einem (nicht gezeigten) ND- und HD-Verdichter, sowie je zwei Rekuperatoren 26, Vorkühlern und Zwischenkühlern, die jeweils in einem ver­ tikalen Schacht 27 untergebracht sind. In der Zeichnung ist nur einer der Rekuperatoren 26, also nur ein Kreislaufstrang, gezeigt.

In vier weiteren vertikalen Schächten 28 sind für die Abfuhr der Nachwärme in Störfällen mehrere Hilfskühlsysteme 29 in­ stalliert, die jeweils einen Hilfskühler 30 und ein Gebläse 31 umfassen. In der Zeichnung ist nur ein Schacht 28 gezeigt, in dem zwei Hilfskühlsysteme 29 übereinander angeordnet sind. Bei dem oberen System 29 a befindet sich das Gebläse 31 ober­ halb des Hilfskühlers 30; es weist eine Rückschlagklappe 32 mit einem definierten Bypaß auf. Bei dem unteren Hilfskühl­ system 29 b ist das Gebläse 31 unter dem Hilfskühler 30 an­ geordnet; die Rückschlagklappe 33 dieses Gebläses ist in Schließstellung völlig dicht. Zwischen den beiden Hilfskühl­ systemen 29 a und 29 b ist ein beide Systeme dicht verbinden­ der Gasleitmantel 48 installiert.

Jedem Kreislaufstrang ist ein vertikaler Gasführungsschacht 34 zugeordnet, der oben und unten je durch einen demontierbaren Deckel 35 abgeschlossen ist und auch als Ausbauschacht Verwen­ dung findet. Zwei horizontale Stollen 36 und 37 verbinden den Gasführungsschacht 34 mit der Kaverne 3. Ein dritter horizon­ taler Stollen 38 steht mit dem Stollen 24 für die Turbine 25 in Verbindung, und ein weiterer horizontaler Stollen 39 führt zu dem Schacht 27 des Rekuperators 26. Im Bereich zwischen den Stollen 36 und 37 ist in dem Gasführungsschacht 34 ein Strö­ mungsbegrenzer 40 vorgesehen.

In dem Stollen 37, dem unteren Teilstück des Gasführungsschach­ tes 34 und dem Stollen 38 ist in jedem Kreislaufstrang eine Heißgasleitung 41 verlegt, die den Heißgassammelraum 7 mit ei­ nem Eintrittsstutzen der Turbine 25 verbindet. Die Heißgaslei­ tung 41 bildet mit den genannten Stollen und dem Teilstück des Gasführungsschachtes 34 jeweils eine Koaxialleitung, bei der heißes Gas durch den inneren Leitungsteil und kaltes Gas durch den äußeren Leitungsteil geführt wird. Die Heißgasleitung 41 ist mittels eines Flansches 42 an dem Seitenreflektor 11 befe­ stigt und durch den thermischen Seitenschild 12 verlegt. Im Bereich des thermischen Seitenschildes 12 und des Ringraumes 13 ist um jede Heißgasleitung 41 ein Gasführungsmantel 43 ange­ ordnet, innerhalb von dem aus dem Stollen 37 austretendes Gas bis direkt an den Flansch 42 geführt, dort umgelenkt und au­ ßen an dem Gasführungsmantel 43 entlang in den Ringraum 13 ge­ leitet wird.

Jeder Kreislaufstrang weist eine Warmgasleitung 44 auf, die jeweils in dem Stollen 36, einem oberen Teilstück des Gasfüh­ rungsschachtes 34 und dem Stollen 39 verlegt und Teil einer Koaxialleitung ist. Auf der einen Seite ist sie mit dem Warm­ gassammelraum 8 verbunden; auf der anderen Seite schließt sie an den Rekuperator 26 an. Der Stollen 39 steht mit dem Vertei­ ler des Rekuperators 26 in Verbindung.

Von den vertikalen Schächten 28 für die Hilfskühlsysteme 29 a und 29 b führt jeweils ein horizontaler Stollen 45 in die Ka­ verne 3, in dem eine Heißgasleitung 47 installiert ist, die ebenfalls an dem Seitenreflektor 11 mittels eines Flansches 49 befestigt und von einem Gasführungsmantel 50 umgeben ist. Der Gasführungsmantel 50 ist ähnlich gestaltet wie der Gasführungs­ mantel 43 im Hauptkreislauf. Die Heißgasleitung 47 endet mit einem offenen Rohrkrümmer in dem zwischen den beiden Hilfskühl­ systemen 29 a und 29 b befindlichen Gasleitmantel 48. Zusammen mit dem Stollen 45 bildet sie eine Koaxialleitung.

Der Reaktorkern besitzt vier Kugelabzugsrohre 6, die durch den Bodenreflektor 10 und den thermischen Bodenschild 14 nach un­ ten aus dem Reaktor herausgeführt sind. Im Bereich des Spann­ betondruckbehälterbodens ist jedes Kugelabzugsrohr 6 koaxial von einem Kanal 51 umgeben, der in den Kaltgassammelraum 16 einmündet. Zu jedem der Kanäle 51 führt von dem Turbinenstol­ len 24 eine horizontale Stichleitung 52. In Nähe der Anschluß­ stellen der Stichleitungen 52 an den Turbinenstollen 24 ist in diesen Leitungen jeweils ein Strömungsbegrenzer 53 instal­ liert.

Die horizontalen Stichleitungen 52 setzen sich quasi hinter den Kanälen 51 fort, und zwar durch horizontale Bypaßleitun­ gen 54, die jeweils einen der Kanäle 51 mit einem der verti­ kalen Schächte 28 für die Hilfskühlsysteme 29 verbinden. In Nähe jedes Schachtes 28 ist eine vertikale Stichleitung 55 vorgesehen, die von der jeweiligen Bypaßleitung 54 abzweigt und direkt in den horizontalen Stollen 45 für die betreffende Heißgasleitung 47 einmündet.

Im folgenden wird der Kreislauf des Heliums durch die erfin­ dungsgemäße Anlage bei Normalbetrieb beschrieben, und zwar anhand des einen dargestellten Kreislaufstranges (Fig. 1). Die gestrichelten Pfeile verkörpern die Heißgasströmung, die durchgezogenen Pfeile die Kaltgasströmung und die strichpunk­ tierten Pfeile die Warmgasströmung.

Aus dem Heißgassammelraum 7 strömt das erhitzte Gas durch die Heißgasleitung 41 zur Turbine 25, entspannt sich und wird zur Niederdruckseite des Rekuperators 26 geführt. Dort wird es von dem Kaltgas hohen Druckes heruntergekühlt, tritt in den Vorkühler ein und gelangt dann in den ND-Verdichter. Nach ei­ ner ersten Verdichtung passiert das Kaltgas einen Zwischen­ kühler und wird dann in dem HD-Verdichter auf den maximalen Prozeßdruck angehoben.

Der Hauptstrom des Hochdruck-Kaltgases tritt aus dem HD-Ver­ dichter in den Stollen 38 ein, durchströmt diesen und den Gas­ führungsschacht 34, wobei er an der Heißgasleitung 41 ent­ langgeführt und durch den Strömungsbegrenzer 40 geleitet wird, und gelangt an der Warmgasleitung 44 vorbei durch den Stollen 39 zur Hochdruckseite des Rekuperators 26. Auf die einzelnen Bündelrohre des Rekuperators 26 verteilt, strömt das Helium nach unten und nimmt von dem mantelseitig entgegenströmenden Turbinenabgas Wärme auf. Nach Umlenkung wird das Helium nun­ mehr als Warmgas der Warmgasleitung 44 zugeführt, in der es in den Warmgassammelraum 8 zurückgeleitet wird. Durch Schlit­ ze in dem Deckenreflektor 9 gelangt das Helium schließlich wieder in die Brennelementschüttung 5.

Zur Kühlung der Reaktoreinbauten werden mehrere Nebenströme des Kaltgases auf folgende Weise durch die Anlage geführt.

Ein erster Nebenstrom tritt aus dem Gasführungsschacht 34 in den horizontalen Stollen 37 ein, wobei er die Heißgasleitung 41 umströmt, und gelangt in dem Gasführungsmantel 43 bis an den Flansch 42, wo er umgelenkt wird. Außen an dem Gasfüh­ rungsmantel 43 entlang kommt dieser Nebenstrom in den Ring­ raum 13, strömt in diesem nach oben und tritt in den hori­ zontalen Stollen 36 ein. In diesem umströmt er die Warmgas­ leitung 44 und vereinigt sich dann in dem Gasführungsschacht 34 wieder mit dem Hauptstrom des Kaltgases.

Ein zweiter Nebenstrom des Kaltgases tritt aus dem Turbinen­ stollen 24 durch die Strömungsbegrenzer 53 in die horizonta­ len Stichleitungen 52 ein, gelangt in die koaxialen Kanäle 51 und strömt in diesen zu dem Kaltgassammelraum 16 unter dem thermischen Bodenschild 14. Darauf strömt dieser Nebenstrom durch die Kühlgaskanäle 17 des thermischen Seitenschildes 12 zu dem Ringsammler 22, von dem aus das Kaltgas in die hori­ zontalen Kühlgaskanäle 19 des thermischen Deckenschildes 18 eintritt. Durch die vertikalen Kühlgaskanäle 20 gelangt die­ ser Nebenstrom in den Sammelraum 21 und vereinigt sich im oberen Teil des Ringraumes 13 mit dem ersten Nebenstrom.

Innerhalb des thermischen Deckenschildes 18 zweigt sich ein kleiner Teil von dem eben beschriebenen Nebenstrom ab und tritt durch die weiter oben erwähnten Schlitze in das Innere der Absorberstäbe 23 ein. Die Absorberstäbe 23 werden bis zu den Stabspitzen durchströmt, worauf dieser Bypaß innerhalb der Stäbe zurückgeführt wird und durch entsprechend ange­ brachte Schlitze in den Raum oberhalb der Brennelementschüt­ tung 5 austritt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schlit­ ze so anzuordnen, daß der Kaltgasbypaß erst im Bereich des Sammelraumes 21 aus den Absorberstäben 23 austritt. In dem Sammelraum 21 vermischt sich das Kaltgas des Bypasses wieder mit dem zweiten Nebenstrom.

Ein dritter Nebenstrom des Kaltgases tritt zunächst ebenfalls aus dem Turbinenstollen 24 durch die Strömungsbegrenzer 53 in die horizontalen Stichleitungen 52 ein, strömt jedoch dann durch die horizontalen Bypaßleitungen 54 zu den Schächten 28 der Hilfskühlsysteme 29. Ein kleiner Teil dieses Nebenstromes wird durch die vertikalen Stichleitungen 55 in die Stollen 45 geführt, wo er die jeweilige Heißgasleitung 47 umströmt.

Der größere Teil dieses Nebenstromes strömt jeweils in dem Schacht 28 nach oben und verzweigt sich an der Einmündungs­ stelle des Stollens 45: ein Teilstrom tritt in den Stollen 45 ein, in dem er sich mit dem aus der Stichleitung 55 kommenden Kaltgas vermischt; der andere Teilstrom strömt bis zu dem Ge­ bläse 31 des Hilfskühlsystems 29 a und tritt durch den defi­ nierten Spalt der Rückschlagklappe 32 in den oberen Hilfsküh­ ler 30 ein. Darauf gelangt dieser erwähnte Teilstrom in den Gasleitmantel 48 und von dort in die Heißgasleitung 47, in der er zum Heißgassammelraum 7 geführt wird.

Das in den Stollen 45 eingeströmte Kaltgas kommt zunächst in den Gasführungsmantel 50, kühlt den Anschlußflansch 49 der Heißgasleitung 47 und wird, wie bei der Heißgasleitung 41 be­ schrieben, in den Ringraum 13 geleitet. In diesem Ringraum strömt es nach oben, um mit den anderen Nebenströmen verei­ nigt in den Stollen 36 einzutreten. Im Gasführungsschacht 34 erfolgt dann die Vereinigung mit dem Hauptstrom.

In der Fig. 2 ist der Strömungsverlauf des Heliums in einem Störfall gezeigt, in dem die Nachwärmeabfuhr nur durch die unteren Hilfskühlsysteme 29 b erfolgt; von diesem ersten Hilfs­ kreislauf ist nur ein Strang dargestellt. Die Rückschlagklap­ pe 33 des Hilfskühlsystems 29 b ist geöffnet; die Rückschlag­ klappe 32 des Hilfskühlsystems 29 a bleibt mit dem definierten Spalt geschlossen.

Das Heißgas tritt aus dem Heißgassammelraum 7 in die Heißgas­ leitung 47, durchströmt den unteren Hilfskühler 30, wobei es sich abkühlt, und wird in dem unteren Gebläse 31 komprimiert. Von dem nunmehr kalten Helium wird ein Teilstrom durch den Schacht 28 nach oben geführt, tritt zum Teil in den horizon­ talen Stollen 45 ein und gelangt zum Teil durch den definier­ ten Bypaß der Rückschlagklappe 32 in den oberen Hilfskühler 29 a. Dieser letztere Strom wird nach Durchströmen des Hilfs­ kühlers 29 a in dem Gasleitmantel 48 dem Heißgas wieder bei­ gemischt.

Ein anderer Teilstrom des kalten Heliums tritt in die hori­ zontale Bypaßleitung 54 ein, in der ein kleiner Bypaß in die vertikale Stichleitung 55 abgezweigt wird; dieser gelangt in den horizontalen Stollen 45. Wie in der Fig. 1 beschrieben, werden durch diesen Bypaßstrom die Heißgasleitung 47 und der Flansch 49 gekühlt, worauf das kalte Helium in den Ringraum 13 nach oben strömt. Der übrige Teilstrom kommt zum Teil in den koaxialen Kanal 51, zum Teil tritt er in den Turbinen­ stollen 24 ein. Das in dem koaxialen Kanal 51 nach oben strö­ mende kalte Helium wird dann auf dem gleichen Wege weiterge­ führt wie bei Normalbetrieb, nämlich durch den Kaltgassammel­ raum 16, den Seitenreflektor 11 und den Deckenreflektor 9, in welchem ein kleiner Bypaß für die Absorberstäbe 23 abge­ zweigt wird.

Das in den Turbinenstollen 24 eingetretene Kaltgas gelangt zum Teil in den Hochdruckverdichter, zum Teil in den horizon­ talen Stollen 38, von dem aus es wie der Hauptstrom und der erste Nebenstrom bei Normalbetrieb geführt wird und zur Hoch­ druckseite des Rekuperators 26 gelangt. Der in den Hochdruck­ verdichter eingetretene Kaltgasbypaß durchströmt den Zwi­ schenkühler, den Niederdruckverdichter, den Vorkühler und die Niederdruckseite des Rekuperators 26 im umgekehrten Sinne wie bei Normalbetrieb und wird dann durch die Heißgasleitung 41 zu dem Heißgassammelraum 7 geführt.

Die Fig. 3 zeigt den Strömungsverlauf des Heliums in dem Fall, daß nur das obere Hilfskühlsystem 29 a zur Nachwärmeab­ fuhr eingesetzt wird. Hierbei ist die Rückschlagklappe 32 des Hilfskühlsystems 29 a geöffnet, während die Rückschlag­ klappe 33 des Hilfskühlsystems 29 b dicht geschlossen bleibt. Das aus dem Heißgassammelraum 7 austretende Heißgas strömt durch die Heißgasleitung 47 in den Gasleitmantel 48, wird hier umgelenkt und tritt unten in den oberen Hilfskühler 30 ein. Darauf gelangt das nun abgekühlte Gas durch die Rückschlag­ klappe 32 und das obere Gebläse 31 in den Schacht 28, in dem es nach unten strömt. An der Eintrittsstelle des horizontalen Stollens 45 verzweigt sich das Kaltgas; ein Teilstrom wird direkt in den Gasführungsmantel 50 geleitet, der andere Teil­ strom verläßt den Schacht 28 erst durch die horizontale By­ paßleitung 54. Der weitere Strömungsverlauf der Kaltgasströme gleicht dem der Fig. 2.

In beiden Beispielen der Nachwärmeabfuhr werden die Kaltgas­ ströme, nachdem sie den Rekuperator 26 in "normaler" Richtung durchströmt und sich aufgewärmt haben, als Warmgas durch die Warmgasleitung 44 in den Warmgassammelraum 8 geführt.

Claims (7)

1. Gasturbinen-Kernkraftanlage mit geschlossenem Gaskreis­ lauf, bestehend aus:

• a) einem in der zentralen Kaverne (3) eines zylindrischen Spannbetondruckbehälters (1) untergebrachten Kugelhau­ fen-Kernreaktor (4) als Wärmequelle,
• b) einem in einem horizontalen Stollen (24) unterhalb der Reaktorkaverne (3) installierten Gasturbosatz aus Turbine (25), HD- und ND-Verdichter,
• c) in vertikalen Schächten (27) des Spannbetondruckbehäl­ ters (1) angeordneten wärmetauschenden Apparaten wie Rekuperatoren (26), Vorkühlern, Zwischenkühlern und Hilfskühlsystemen,
• d) mehreren jeweils einem Rekuperator (26) zugeordneten, der Führung des Kaltgases von dem HD-Verdichter zu den Rekuperatoren (26) dienenden vertikalen Gasführungs­ schächten (34), die je durch zwei horizontale Stollen (36, 37) mit der Reaktorkaverne (3) und zwei weitere horizontale Stollen (38, 39) mit dem Turbinenstollen (24) und dem Schacht (27) des Rekuperators (26) ver­ bunden sind,
• e) mehreren als Koaxialleitungen ausgebildeten Heißgas­ leitungen (41), die in den beiden unteren horizontalen Stollen (37, 38) und den Gasführungsschächten (34) verlegt sind,
• f) mehreren ebenfalls als Koaxialleitungen ausgebildeten Warmgasleitungen (44), die in den beiden oberen hori­ zontalen Stollen (36, 39) und den Gasführungsschächten (34) verlegt sind,
• g) mehreren Kugelabzugsrohren (6) für die Brennelemente,
• h) einem den Kernreaktor (4) allseitig umgebenden thermi­ schen Schild (12, 14, 18) und einem Ringraum (13) zwischen dem thermischen Seitenschild (12) und der mit einem Liner (2) ausgekleideten Kavernenwand, in den außen an den Heißgasleitungen (41) entlanggeführtes Kaltgas geleitet wird, das nach Durchströmen des Ring­ raumes (13) außen an den Warmgasleitungen (44) entlang in die Gasführungsschächte (34) zurückgeführt wird,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• i) an den Turbinenstollen (24) sind mehrere horizontale Stichleitungen (52) angeschlossen, die jeweils in einen jedes Kugelabzugsroht (6) koaxial umgebenden Kanal (51) einmünden;
• k) durch die horizontalen Stichleitungen (52) und die Kanäle (51) wird ein Teil des von dem HD-Verdichter kommenden Kaltgases zu einem unterhalb des thermischen Bodenschilds (14) vorgesehenen Sammelraum (16) ge­ führt;
• l) in dem thermischen Seitenschild (12) sind mit dem Sammelraum (16) in Verbindung stehende vertikale Kühl­ gaskanäle (17) vorgesehen, an die ein am oberen Ende des thermischen Seitenschilds (12) befindlicher Ring­ sammler (22) für das Kaltgas angeschlossen ist;
• m) der thermische Deckenschild (18) ist mit horizontalen (19) und vertikalen Kühlgaskanälen (20) versehen, die in einen mit dem Ringraum (13) verbundenen Sammelraum (21) oberhalb dieses Schilds münden;
• n) an die Kanäle (51) sind horizontale Bypaßleitungen (54) angeschlossen, durch welche ein Teil des Kaltga­ ses in die vertikalen Schächte (28) für die Hilfskühl­ systeme (29) strömt, die über horizontale Stollen (45), welche die Heißgasleitungen (47) für die Hilfs­ kühlsysteme (29) enthalten, mit dem Ringraum (13) verbunden sind.

2. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• o) daß alle Heißgasleitungen (41, 47) an den Seitenre­ flektor (11) des Kernreaktors (4) angeflanscht sind,
• p) und daß im Bereich des thermischen Seitenschildes (12) und des Ringraumes (13) um jede Heißgasleitung (41 bzw. 47) ein Gasführungsmantel (43 bzw. 50) in den betreffenden horizontalen Stollen (37 bzw. 45) an­ geordnet ist, innerhalb von dem das durch den Stollen (37 bzw. 45) strömende Kaltgas bis an den Anschluß­ flansch (42 bzw. 49) der Heißgasleitung (41 bzw. 47) geführt und außerhalb von welchem das Kaltgas darauf zu dem Ringraum (13) geleitet wird.

3. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• q) daß von den horizontalen Bypaßleitungen (54), die zu den Schächten (28) der Hilfskühlsysteme (29) führen, jeweils eine vertikale Stichleitung (55) zu einem der horizontalen Stollen (45) für die Heißgasleitungen (47) der Hilfskühlsysteme (29) geführt ist.

4. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• r) daß in jedem vertikalen Gasführungsschacht (34) in dem Teilstück zwischen dem unteren horizontalen Stollen (36) für die Warmgasleitung (44) und dem oberen hori­ zontalen Stollen (37) für die Heißgasleitung (41) ein Strömungsbegrenzer (40) angeordnet ist.

5. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• s) daß hinter den Anschlußstellen der horizontalen Stich­ leitungen (52) an dem Turbinenstollen (24) jeweils ein Strömungsbegrenzer (53) in diesen Stichleitungen in­ stalliert ist.

6. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• t) daß wenigstens in einigen der vertikalen Schächte (28) der Hilfskühlsysteme (29) jeweils zwei der aus einem Hilfskühler (30) und einem Gebläse (31) bestehenden Hilfskühlsysteme (29) beidseitig der gemeinsamen Heiß­ gasleitung (47) übereinander angeordnet sind, wobei bei dem oberen System (29 a) das Gebläse (31) oberhalb des Hilfskühlers (30) und bei dem unteren System (29 b) unterhalb des Hilfskühlers (30) installiert ist,
• u) und daß beide Gebläse (31) mit einer Rückschlagklappe (32 bzw. 33) ausgerüstet sind, die bei Normalbetrieb bei dem unteren Gebläse (31) dicht geschlossen ist, aber bei dem oberen Gebläse (31) einen definierten Spalt aufweist.