DE2028736A1

DE2028736A1 - Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlkreislauf

Info

Publication number: DE2028736A1
Application number: DE19702028736
Authority: DE
Inventors: Wilfried Oberehrendingen Zimmermann Max Untersiggenthal Stracke, (Schweiz) M
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-03-09
Filing date: 1970-06-11
Publication date: 1971-09-30
Also published as: CH512808A; FR2081784B1; NL7103025A; FR2081784A1; GB1339958A; BE763837A; US3788944A

Description

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Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlkreislauf,

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlkreislauf, welches mindestens einen Hochtemperaturreaktor In einem BetondruckgefäsSj, einen ©asturfoinensatz mit Wärmetauscher, Kompressor, Vor- und Zwischenkühler, und das Treibgas führende Leitungen zwischen den Maschinen bzw, Apparaten und dem Heaktordruckgefäss umfasst·

An Kernkraftwerksanlagen werden sehr grosse Anforderungen bezüglich der Sicherheit der einzelnen Bauteile gestellt, da schon bei geringen Schaden eine radioaktive Verseuchung oder Bestrahlung der Umgebung zu befürchten ist. Es ist daher notwendig die Anlage in der Weise abzuschirmen, dass ein grosstmöglicher Strahlungsschutz und ein Schutz gegen Austritt des Druckgases erreicht wird, um eine Umgebungsverseuaehung auszuschliessen. -

Es sind durch Kernenergie betriebene Kernkraftwerksanlagen bekannt, die diesen Anforderungen Rechnung tragen^ wobei die Turbine und die im Gaskreislauf angeordneten Maschinen und Apparate

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zusammen mit dem Reaktorkern in einem aus einem Stück bestehenden Betondruckgefäss untergebracht sind, da diese Betondruckgefässe als hinreichend sieher in der Reaktortechnik aufgefasst werden»*

Eine andere Aiisführungsform zeichnet sich durch einen sogenannten teilintegrierten Einbau der Turbine und der Hilfsaggregate aus, wobei die hochdruckführenden Maschinen und Apparateteile in das Betondruckgefäss für den Reaktorkern einbezogen werden, während die Miederdruckstufen der Arbeitsmaschinen und Apparate mit Druckgehäusen aus Stahl versehen sind.

Beide Lösungen weisen gemeinsam den Nachteil auf, dass der technische Aufbau der Besehickungs- und der Regelungseinrichtungen des Beaktorkernes äusserst kompliziert wird, was durch die räumliche Begrenzung begründet; ±£t. Äusserdem ist durch die Lage der Maschinen und Apparte zum Reaktorkern eine Beeinträchtigung der Zugänglichkeit gegeben.

Weiters ist durch die unterschiedlichen festigkeitsmässigen Anforderungen a» das Reaktordruckgefäss einerseits und an die Masehinen- und Apparateteile andererseits von vorneherein eine Differenz bei der Bemessung der Querschnitte des Betondruckgefässes zu erwarten.

Bei Anwendung der integrierten Lösung werden die Wandstärken des BetondruckgefMsses in einer Weise tiberhöht, dass eine wirtschaft-

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lieh unzumutbare Belastung entsteht»

Bei den oben angeführten Lösungen ergibt'sich daher, dass eine Optimierung des· die gesamten Maschinen, Apparate und den Reaktorkern umfassenden Druckgefässes sowohl technisch*als aueh wirtschaftlich nicht einwandfrei durchführbar»- ist. Ferner wird durch den Einbau der Maschinen und Apparate in die Wandung des den Reaktorkern umschilessenden Druckgefässes die homogene Vorspannung des Betons auf ein Minimum herabgesetzte

Bei der teilintegrierten Lösung ergibt sich der Nachteil, dass neben dem Betondruckgefäss für den Reaktorkern un-d die Hochdruckteile der Maschinen, noch ein druck- und explosionssicheres Behältnis errichtet werden muss, welches als ^1läussere Barriere" bekannt ist« Dieses umschliesst den ausserhalb des Druckgefässes liegenden Maschinen- und Apparateteil und das Druckbehältnis des Kernes selbst, wodurch eine eventuelle Freisetzung ausgeschlossen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun darin zu sehen, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und den einfachen technischen Aufbau von explosionssicheren und strahlungssicheren Gehausen einer Kernenergieanlage zu gewährleisten«

Die Aufgabe nach der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Maschinen, Apparate und Leitungen in einem vom Betondruekgefäss des Reaktorkernes abgetrennten aus vorgespanntem Beton gebilde-

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ten Masehinenblock untergebracht sind, und zwischen dem Maschinenblock und dem Reaktordruckgefäss nur eine explosions- und strahlungssichere öaszufuhr- und nur eine GasabfuhrVerbindungsleitung besteht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Maschinenblock untergebrachten Aussengehäuse der Maschinen und Apparate und der Leitungen als verlorene Schalung dienen und direkt mit Beton am Aufstellungsort umgössen werden.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der klaren Trennung des Reaktordruckgefässes vom Maschinen- und Apparateblock, wodurch sich der einfache Aufbau eines homogen vorgespannten Betondruckgefässes für den Reaktorkern ohne Schwierigkeiten verwirklichen lässt.

Damit wird es weiter möglich, das Reaktordruckgefäss nur den Anforderungen des Reaktorkernes anzupassen, woraus geringere Wandstärken resultieren und neben der technischen Vereinfachung auch ein wirtschaftlicher Vorteil erreicht wird.

Ferner ist der abgetrennte Maschinenblock nach den Erfordernissen der Apparate und Maschinen auslegbar, wodurch die Führung der Leitungsstränge übersichtlicher gestaltet wird und ausserdem kürzere Leitungen zwischen den einzelnen Apparaten und Maschinen verwirk-

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licht werden können. Ein anderen? Vorteil ist" darin zu sehen, dass die dem Verschleiss unterliegenden Teile und auch solche die einer Wartung bedürfen in einfacher Meise zugänglich und austauschbar sind.

Dieser Vorteil wird vor allem dann zur Geltung kommen, wenn aus Gründen der Strahlung den im Reaktordruckgefäss angeordneten Kreis· laufkomponenten nicht nahegekommen werden darf.

" Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Schema des geschlossenen Gaskreislaufes Fig. 2 einen Schnitt durch das Reaktordruekgefäss und den Maschinenblock.

Das in Fig. 1 dargestellte Schaltungsschema des Gaskreislaufes zeigt einen Hochtemperaturreaktor 1 dessen Gasraum mit einer Gasturbine 2 über die Leitung 3 verbunden ist. Von der Gasturbine 2 W führt eine Leitung 4 zum Re kuperat !wärmetauscher 5, dem ein Vorkühler 6 angeschlossen ist. Der Vorkühler 6 wird beispielsweise mit Druckwasser zur Kühlung bespeist. Der Gasstrom wird an- schliessend Über die Druckleitung 7 den Kompressorstufen 8*9,10-.: zugeführt, wobei zwischen den einzelnen Druckstufen (8 und 9# sowie 9 und 10) Zwischenkühler 11 vorgesehen sind. Nach dem Hoelidruckkompressor 10 wird das Kühlgas über die Leitung 12 dem Wärmetauscher 5 rückgeführt und nach Drucklauf desselben tä&er die Leitung Ij5 dem Hochtemperaturreaktor 1 wieder zugeleitet.

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Zwischen den Zuführungsleitungen 13 bzw. Abführungsleitungen 3 des Kühlgases vom Hochtemperaturreaktor 1 ist zur Restwärmeabfuhr edn Hotaggregat,. bestehend aus einer Gasturbine 14, einem Kühler 15, und einem Kompressor 16 in einer Bypassleitung 17 untergebracht.

Zur Regulierung der Temperatur,dem Druck und der Gasmenge des Kühlgaskreislaufes sind noch mehrere Umgehungsleitungen vorgesehen, welche jedoch wegen der Uebersichtlichkeit des Schemas nicht dargestellt wurden. Einzig die Druckpegel-Regulierungsbehälter 18, welche in einem weiteren Bypass 19 angeordnet sind, wurden wegen der räumlichen Anordnung in das Schaltschema aufgenommen. Die zur Regulierung notwendigen Ventile wurden gleichfalls der Einfachheit halber weggelassen.

Fig. 2. zeigt ein Ausführungsbeispiel,einer nach dem Schaltschema aufgebauten Kernkraftanlage im Schnitt, wobei der Maschinenblock 20 und das Reaktördruckgefäss 21 als Hauptteile erkennbar sind. Der Gasraumwdes Kernreaktors 1 wird über die Gasabfuhrleitung 3 mit der Turbine 2 verbunden, welche im Maschinenblock 20 im Aufnahraerohr 22 untergebracht ist. Das Aufnahmerohr 22 wird vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass es einerseits als Leitschaufelträger und Dichthaut für die Gasturbine 2, und andererseits als Schaltung für den Ausguss des Maschinenblockes 20 mit Beton dient.

Nach der Energieabgabe in der Turbine 2 gelangt das Gas über die

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Verbindungs leitungen 4 zum V/ arme tauscher 5·' Dieser ist in mehrere Sektionen 5 unterteilt, wobei die Vorkühlerteile 6 den einzelnen Sektionen direkt nachgeschaltet sind. Das Mantelrohr 23 der Wärmetauscher 5 "und Vorkühler 6 bildet gleichfalls wie bei der Gasturbine 2 und bei den Kompressorstufen 8,9,10 die Dicht haut der Aggregate und die Schalung für den mit Beton auszugiessenden Maschinenblock 20.

Nach der Wärmeabgabe des Gases in den Wärmetauscher 5 und Vor-) kühlem 6, wird der Gasdruck mittels der Kompressorstufen 8,9, 10 wi eder erhöht und durch den im Mantelrohr 27 untergebrachten Zwischenkühler 11 zumindest ein Teil der erhöhten Temperatur reduziert. Die Kompressorstufen 8,9»1O sind im gleichen Aufnahmerohr 22 wie die Gasturbine angeordnet,' sodass durch die Zusammenfassung der Arbeitsmaschinen eine einfachere Regulierung ermöglicht, und der Austausch bzw. die Zugänglichkeit wesentlich verbessert wird.

Das Kühlgas wird nachfolgend über die Sammelleitungen 24 yon den ™ einzelnen Wärmetauschersektionen 5 durch die Gaszuführ-Verbindungsleitung 15 neuerlich in den Kernreaktor 1 eingebracht.

Zwischen der Gasabfuhrleitung 3 vom Kernreaktor 1 und der Gaszufuhrleitung 13 zum Kernreaktor 1 ist durch Sperrventile oder ähnliche Einrichtungen ein abtrennbares Notwärme-Abfuhrsystem 14, 15*16 angeordnet. Dieses Notwärme-Abfuhrsystem ist in gleicher Weise wie der Hauptkreislauf in den Maschinenblock 20 eingebaut,

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und besteht aus einem Turbinen- 14 und Kopmpressorsatz 1.6, und einem dazwischangeBchalteten geteilten Kühler 15, der in separaten Aufnahmerohren'3, angeordnet ist. In den Aufnahmerohren26 sind der Kompressor 16 und die Gasturbine 14, des Notwärmeabführungssystems untergebracht·

Die Druckpegel-Regulierungsbehälter 18 sind in einem Mantelrohr 28 vorgesehen, welches über die Leitungen 19 mit dem Kompressor aufnahmerohr 22 und dem Mantelrohr 23 des Wärmetauschers 5 in Verbindung steht.

Die Gasabfuhr-3 bzw, Gaszufuhrleitung 13, welche die einzige Verbindung zwischen Reaktor-Druckgefäss 21 und Maschinenblock darstellen, muss in einer gegen Strahlung abgeschirmten und ge·*· gen Gasaustritt schützenden Bauweise ausgestaltet werden. Dabei kann in einfacher Weise, wie in FIg, 2 gezeigt, derart vorgegangen werden, dass die Rohre 3 und 13 mit Betonteilen 29 ummantelt werden, und somit eine strahlungssichere und eine Explosion ausschliessende umhüllung erreicht wird.

Um diesen Anforderungen weiter gerecht zu werden, ist die Notwendigkeit gegeben die nicht dargestellten Verschlüsse der einzelnen Aufnahmeröhre 22,23_?25-;28 in doppeIschaliger Bauweise auszuführen, wobei iii beikiini^ter Weise Doppeldeckel zur Anwendung gelangen.

Die Verblndungieitungen 3 und 13 zwischen Reaktordruckgefäss 21

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und Maschinenblock 20 können auch in einer anderem Lösung ausgebildet werden. Dies kann beispielsweise durch ein doppeischaliges Gehäuse aus Stahl erreicht werden, wobei das Aussen- und Innengehäuse dehnfähig ausgebildet sind·

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Verbindungsieituogen vom Reaktordruckgefass 21 zum Masehinenbloek 20 durcii die gemein·* same Bodenplatte oder durch das gemeinsame Fundament zu führen·

Claims

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Patentansprüche

,\ Kernfcraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf, welches mindestens einen hochtemperaturreaktor in einem Betondruckgefäss, einen Gasturbinensatz mit Wärmetauscher, Kompressor,Vor- und Zwischenkühlern, und das Treibgas führende Leitungen zwischen den Maschinen bzw. Apparaten und den Reaktorkern umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinen, Apparate und Leitungen in einem vom Betondruckgefäss(2l)des Reaktorkernes (1) abgetrennten aus vorgespanntem Beton gebildeten Maschinenblock (20) untergebracht sind, und zwischen dem Maschinenblock (20) und dem Betondruckgefäss (21) nur eine explosions- und strahlungssichere Gaszufuhr. (13)- und nur eine Gasabfuhr-Verbindunfsleitung (3) besteht.
2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr (13)- bzw. die Gasabfuhr-Verbindungsleitung (3) aus einem drucksicheren Innengehäuse und einem explosionssicheren Aussengehäuse mit Dehnungsausgleich besteht.
3· Kernkraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Gaszufuhr(13)- bzw. die Gasabfuhr-Verbindungsleltung (3) aus einem dehnfähigen betonummantelten Rohr besteht.
4. Kernkraftwerksanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Maschinenblock (20) untergebrachten

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Aussengehäuse der Maschinen, Apparate und Leitungen als verlorene Schalung dienen, und direkt mit Beton am Aufstellungsort umgössen werden.
5. Kernkraftwerksanlage nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nachwärmeabfuhr-System (14.- I7) und/oder ein Druckpegelregulierungs-System (18) samt Ventilen im Maschinenblock (20) angeordnet sind.
6. Kernkraftwerksanlage nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussengehäuse der Gasturbine (2) und/oder des Kompressors (8-10) als Aufnahmerohr (22) für die Schaufelträger derselben ausgebildet ist« .
7. Kernkraftwerksanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (3,13) durch eine gemeinsame Fundamentplatte des Maschinenblockes (20) und des Reaktordruckgefässes (21) geführt werden.

Aktfe ngesellschaft Brown, Boveri & Cie*

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