DE1177752B

DE1177752B - Gasgekuehlter Kernreaktor mit einem geschlossenen Primaerkreislauf

Info

Publication number: DE1177752B
Application number: DEB65616A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Oettl; Dr Juergen Binckebanck; Dr Rer Nat Oskar Machnig
Original assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Current assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Priority date: 1962-01-23
Filing date: 1962-01-23
Publication date: 1964-09-10
Also published as: GB969152A

Description

Gasgekühlter Kernreaktor mit einem geschlossenen Primärkreislauf Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasgekühlten Kernreaktor mit einem geschlossenen Primärkreislauf, in dem von Sekundärkühlmittel durchströmte Wärmeaustauscherheizflächen mit Vorwärmer-, Verdampfer- und überhitzerteilen angeordnet sind.
Bei Kernreaktoranlagen verwendet man im Falle von Hochtemperaturanlagen mit besonderem Vorteil Gase als Kühlmedium. Dabei haben Edelgase, wie z. B. Helium oder Neon, noch den Vorteil, daß sie selbst nicht radioaktiv werden. Dieses Kühlgas wird durch das Reaktorcore geleitet, nimmt dort Wärme auf und wird anschließend den Wärmeaustauscherheizflächen zugeleitet, in denen es seine Wärme an ein oder mehrere sekundäre Wärmeübertragungsmedien abgibt. Diese sekundären Wärmeübertragungsmedien werden sodann z. B. einer Dampf- oder Gasturbine zugeleitet. Bei den bekannten Kernreaktoranlagen unterscheidet man zwei verschiedene Anordnungen. Bei der sogenannten »Einbehälterbauweise« ist die gesamte Wärmeaustauscheranordnung, bestehend aus überhitzer, Dampferzeugerteil und Vorwärmer, jeweils mit Ein- und Austrittssammelrohren mit dem Reaktor in einem gemeinsamen Druckgefäß untergebracht. Bei der sogenannten »Zweibehälterbauweise« ist die gesamte Wärmeaustauscheranordnung getrennt von dem eigentlichen Reaktor untergebracht. Derartige Anlagen sind als »Calder-Hall-Typ« beschrieben. Beide Anordnungen haben bezüglich der Betriebssicherheit jedoch Nachteile.
Bei der Anordnung der »Einbehälterbauweise« ergeben sich Gefahren durch das Auftreten eines Rohrreißers, d. h. einer Beschädigung an einem der Wärmetauscherrohre. Infolge eines Rohrreißers tritt das Sekundärmittel, z. B. Wasser, in den Primärkreis ein. Hierdurch entsteht ein Druckanstieg in dem Reaktorbehälter und damit eine zusätzliche Druckbelastung des Gefäßes. Eine weitere Folge besteht in der Verminderung der zu dem Verbraucher, z. B. einer Dampfturbine, strömenden Dampfmenge.
Bei der Anordnung in der »Zweibehälterbauweise« ergeben sich besondere Schwierigkeiten hinsichtlich der Gasführung. Bei Hochtemperatur-Reaktoren liegen die Gasaustrittstemperaturen bei etwa 850° C. Bei diesen Temperaturen bereitet die Auslegung der Rohrleitungen beträchtliche Schwierigkeiten.
Hinzu kommt noch, daß bei Reaktoren mit Gaskühlung das Kühlgas unter einem relativ hohen Druck stehen muß, was zu weiteren Schwierigkeiten bezüglich der Rohrleitungen und der Druckgefäße führt. Bei dieser Bauweise kommt außerdem ein erheblich höherer Aufwand für die Abschirmung hinzu, da das die Behälter mit den Wärmetauschern durchströmende Kühlgas gasförmige Spaltprodukte mit sich führt und somit hoch radioaktiv ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor der eingangs genannten Art, der aus einem den Reaktorkern enthaltenden Hauptgefäß sowie aus einem oder mehreren Nebengefäßen besteht, die mit dem Hauptgefäß durch Rohrleitungen verbunden sind und in denen Wärmeaustauscherheizfiächen angeordnet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, durch welche die Nachteile der obengenannten Bauarten vermieden oder zumindest stark reduziert werden und durch die die Sicherheit der Anlage bedeutend erhöht wird. Diese Auf-P a be wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Wärmeaustauscherheizffächen des überhitzerteiles im Hauptgefäß angeordnet ist.
Bei dieser Anordnung läßt sich, wenn nur 10% der Gesamtheizfläche in dem Raum oberhalb des Reaktors angeordnet sind, die Gastemperatur am Austritt dieses Hauptgefäßes um etwa 250° C senken. Selbst eine Anordnung von nur 5 % der Heizfläche bewirkt eine Herabsetzung der Gastemperatur um etwa 150° C. Bei dieser Anordnung ist selbst im Falle eines Rohrreißers beim überhitzer kein Wassereintritt möglich, andererseits können die Rohrleitungen, da sie nun Gase niederer Temperatur führen, sicher verlegt werden.
In Fortführung dieses Gedankens können zu dem überhitzer auch noch Teile des Verdampfers in den Reaktorbehälter eingebaut werden. Durch diese Maßnahme tritt eine weitere wirksame Temperatursenkung des Primärkühlmittels ein, während im Falle eines Rohrreißers nur ein geringer Wassereinbruch zu befürchten ist. Je nach dem Reaktortyp und den zu erwartenden Gasaustrittstemperaturen wird man entscheiden, ob nur der überhitzer (damit kein Wassereinbruch bei Rohrreißern) oder auch noch Teile des Verdampfers (geringer Wassereinbruch bei wirksamer Temperatursenkung) mit in den Reaktorbehälter eingesetzt werden. Bei der Anwendung von Zwischenüberhitzung für Dampfturbinenprozesse wird man den Zwischenüberhitzer mit in den Reaktorbehälter nehmen, da bei dieser Anlage ein Wassereinbruch ausgeschlossen ist. Handelt es sich bei dem Hochtemperatur-Kernreaktor um eine Anordnung, die auf Grund ihrer Auslegung einen größeren Wassereinbruch verträgt, so können auch noch Teile des Vorwärmers mit in den Reaktorbehälter genommen werden. Dieses hat eine sehr starke Temperatursenkung zur Folge.
Die Anordnung zeigt, daß man durch die Anordnung der nur dampfführenden Rohre im Reaktorgefäß das Eintreten von Flüssigkeiten in den Primärkreislauf und damit in den Reaktor überhaupt vermeiden kann. Dabei läßt sich für die wenigen Heizflächen im Reaktorbehälter durch besondere Prüfungsmethoden die Wahrscheinlichkeit von Fehlerstellen weitgehendst vermindern. Da außerdem bekannt ist, daß Materialschäden bei Dampferzeugern vorzugsweise an bestimmten Stellen auftreten, z. B. in der Verdampfungszone, kann man durch Herausnahme dieser Heizflächen aus dem Reaktorbehälter eine relativ hohe Sicherheit erreichen.
Gegenüber der sogenannten Zwei- oder Mehrbehälterbauweise tritt eine erhebliche Ersparnis an Material und Sicherheitsmaßnahmen ein, da die Temperatur des Kühlmittels, wie bereits beschrieben, entsprechend abgesenkt worden ist und damit die Gasdurchführungen und Rohrleitungen in einem beherrschbaren mittleren Temperaturbereich liegen. Eine weitere Ersparnis an Abschirmmaterial ergibt sich gegenüber der Zwei- oder Mehrbehälterbauweise, was zu einer Verbilligung der Anordnung führt.
In dem in der Zeichnung gezeigten Diagramm ist der Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Heizfläche dargestellt. In diesem Diagramm gibt die Kurve @ den Temperaturverlauf des Primärkühlmittels wieder, die Kurve /3 den des Sekundärkühlmittels. Der auf der Temperaturskala (Ordinate) eingetragene Abschnitt a gibt die Temperatursenkung des Primärkühlmittels im Reaktorgefäß an, der Abschnitt b die Temperatursenkung des Primärkühlmittels in dem Gefäß außerhalb des Reaktors, d. h. in dem zweiten Gefäß. Der Abschnitt 1 gibt die Heizflächen (Abszisse) im Rektorgefäß an, während der Abschnitt 11 die Heizfläche in dem zweiten, außerhalb des Reaktors gelegenen Gefäß wiedergibt. Schließlich sind in dem Diagramm noch die Heizflächen 1 des Vorwärmers, 2 des Verdampfers und 3 des überhitzers wiedergegeben.
Bei diesem Diagramm ist angenommen, daß ein Teil der überhitzerheizflächen in dem Reaktorgefäß angeordnet ist, während die restlichen Heizflächen in einem oder mehreren weiteren Druckgefäßen liegen.

Claims

Patentansprüche: L. Gasgekühlter Kernreaktor mit einem geschlossenen Primärkreislauf, in dem von Sekundärkühlmittel durchströmte Wärmeaustauscherheizflächen mit Vorwärmer-, Verdampfer- und Überhitzerteilen angeordnet sind, bestehend aus einem den Reaktorkern enthaltenden Hauptgefäß und einem oder mehreren mit diesem durch Rohrleitungen verbundenen Nebengefäßen, in denen Wärmeaustauscherheizflächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Wärmeaustauscherheizflächen des überhitzerteiles im Hauptgefäß angeordnet ist.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Wärmeaustauscherheizflächen des überhitzers noch Teile der Wärmeaustauscherheizflächen des Verdampfers im Hauptgefäß angeordnet sind. 3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von Zwischenüberhitzung der Zwischenüberhitzerteil zusätzlich im Hauptgefäß untergebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1053 683, 1049 984; »Nucleonics«; Vol. 14, 1956, Nr.
3, S. 35.