DE2321179A1

DE2321179A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2321179A1
Application number: DE2321179A
Authority: DE
Inventors: Zephyr Tilliette
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1973-11-08
Also published as: CH571262A5; FR2182648B1; JPS5710399B2; JPS4941795A; FR2182648A1; ES414108A1; BE798323A; GB1389174A; US3909351A; IT984489B

Description

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DR. HANS ULRICH MAY

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TEUEQRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN TELEFON CO8113 80 36 82

CP 451/1162 München, ²⁶· ^AP^{ril 19}?³

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B 4508.3 PG

Commissariat ä 1·Energie Atomique in Paris / Frankreich

Kernreaktor.

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren, besonders gasgekühlte und vor allem sogenannte Hochtemperaturreaktoren, bei denen der aus der Anordnung prismatischer Brennelemente oder Kugeln in einem Behälter bestehende Kern durch eine senkrechte absteigende Strömung eines gasförmigen Kühlmediums, besonders Helium, gekühlt wird. Die Erfindung ist auch für andere Reaktortypen verwendbar, besonders mit schnellen Neutronen arbeitende Kernreaktoren, die durch Kohlendioxid oder Helium gekühlt sind.

Es sind verschiedene Ausführungsformen für derartige Kernreaktoren bekannt, welche zum Schutz einen kastenförmigen druckfesten dickwandigen Behälter aus Beton aufweisen, der die Umgebung vor den von den Brennelementen des Kerns ausgesandten Strahlen schützt. Dieser Kern ist im Inneren einer'in der senkrechten Achse des Behälters angeordneten· Hauptkammer angeordnet, die durch zu den Seiten hin verlaufende Leitungen mit einer Anordnung von

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zylindrischen senkrechten Zellen verbunden ist, welche durch den Behälter führen und rings um seine Achse gleichmäßig verteilt sind. Für jede Zelle sind zwei Leitungen vorgesehen, von denen^die eine unter dem Kern und die andere oberhalb des Kerns in der Hauptkammer münden. Diese Leitungen dienen jeweils als Sammel- ' leitungen für das Kühlmedium oder Primärmedium, und zwar nimmt die untere Leitung das vom Kern kommende heiße Medium auf, während die -obere Leitung das gleiche Medium nach Abkühlung in die Hauptkammer zurückführt. Zu diesem Zweck enthält jeder Hohlraum auf im wesentlichen dem gleichen senkrechten Niveau wie der Kern einen Dampferzeuger für ein vom Primärmedium verschiedenes Sekundärmedium, gewöhnlich Wasser, das in Wärmetauscherrohren strömt, deren Außenwand mit dem Primärmedium in Berührung steht. Der Kreislauf des Primärmediums durch das Rohrbündel des Dampferzeugers erfolgt mittels eines Gebläses, das entweder unter oder häufiger

über diesem Dampferzeuger angeordnet ist und das Primärmdium am Ausgang des Dampferzeugers absaugt und dieses abgekühlte Primärmedium zum Reaktorkern zurückführt.

Es ist anerkannt, daß diese bekannte Anordnung den Vorteil einer erheblichen Anpassungsfähigkeit an Betriebsbedxngungen aufweist und einen Ausbau des Dampferzeugers und zugehörigen Gebläses von den Enden der Zelle her ermöglicht, die normalerweise durch dicht schließende Platten oder Deckel verschlossen sind. Diese Anordnung führt auch zu einer Gesamtkonstruktion des kastenförmigen Behälters, die in gewissem Grad sowohl für eine Extrapolierung für höhere Leistungen als auch für eine Gesamtverringerung der Investitionskosten günstig ist, da das-Volumen des Betonbehälters und besonders seine Höhe,bei sonst gleichen Bedingungen weniger groß als bei anderen bekannten Ausbildungen

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sind, wo beispielsweise die Dampferzeuger unmittelbar unter dem Kern in der Hauptkammer angeordnet sind. Dagegen weist diese Ausbildung auch gewisse Nachteile auf. Um nämlich in den Rohren des Dampferzeugers einen von unten nach oben aufsteigenden Kreislauf des Sekundärmediums zu erhalten, was besonders günstig ist und der normalen Verdampfungsrichtung dieses Mediums entspricht, und das Primärmedium in Gegenstrom zu führen, muß letzteres einen Nebenweg um ein in- der Zelle rings um den Dampferzeuger angeordnetes Leitblech durchlaufen, damit das von der unteren Sammelleitung mit seiner Höchsttemperatur kommende Primärmedium den Dampferzeuger von oben nach unten und nicht im Gegensinn durchströmt. Da die Einheiten bei dieser Ausbildung unvermeidbar eine erhebliche Größe haben, eignet sich diese Lösung auch nicht für eine automatische Regelung des Reaktorbetriebs bei geringer oder sehr geringer Belastung und erfordert schließlich außer den die Dampferzeuger enthaltenden Zellen weitere Kammern oder Zellen für den Einbau von Notkühlsystemen, welche im Fall von Unfällen oder Schäden am Hauptkreis des Primärmediums die Restleistung abführen. Der Gesamtaufbau der Anlage ist daher kompliziert.

Durch die Erfindung soll nun ein Kernreaktor der oben erwähnten Art geschaffen werden, der die wesentlichen Vorteile der bekannten Ausbildungen, jedoch ohne deren Nachteile aufweist, besonders-hinsichtlich der Ausbildung und Anordnung der Dampferζeuger-Gebläseeinheiten in den die Kernkammer umgebenden und mit dieser verbundenen Zellen. Die Erfindung soll ferner weitere besondere Vorteile vor allem im Bereich der hohen Leistungen bei wesentlich verbesserter Betriebssicherheit und hohem Wirkungsgrad liefern.

Diese Aufgabe wird durch einen Kernreaktor der betrachteten Art

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gelöst, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Zelle zwei übereinander und im wesentlichen symmetrisch beiderseits der das heiße Primärmedium von der Reaktorkammer der Zelle zuführenden Sammelleitung angeordnete Dampferzeuger-Gebläseeinheiten aufweist, deren Gebläse jeweils am oberen und unteren Ende der Zelle angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform fördert das am unteren Ende der Zelle angebrachte Gebläse das Primärmedium nach seinem Durchgang durch den zugehörigen Dampferzeuger der gleichen Einheit in einen zwischen diesem Dampferzeuger und der Innenwand der Zelle liegenden Ringraum.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung steht der Ringraum, durch den das von dem am unteren Ende der Zelle angebrachten Gebläse zugeführte Primärmedium strömt, mit einer'die Sammelleitung für das heiße Primärmedium umgebenden Leitung in Verbindung. Diese Leitung führt durch den zwischen dem Umfang des Kerns des Reaktors und der Wand des Behälters liegenden Bereich zum oberen Teil der Hauptkammer oberhalb des Kerns und mündet dort im wesentlichen in der Höhe der Sammelleitung, welche kaltes Primärmedium vom oberen Teil der - Zelle zuführt.

Bei einer anderen Ausführungsform steht der Ringraum in der Zelle mit einem entsprechenden, zwischen der Wand der Zelle und dem Dampferzeuger der oberen Einheit ausgebildeten Ringraum in Verbindung, so daß das in diesen beiden Ringräumen strömende Primärmedium sich mit dem Primärmedium mischt, das von dem am oberen Ende der Zelle angebrachten Gebläse gefördert wird, bevor dieses in die Sammelleitung für kaltes Primärmedium gelangt. Vorzugsweise weist jeder Dampferzeuger einen Wärmetauscher auf,

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der aus einem Rohrbündel besteht, das mit einer Leitung oder, einer Nebensammelleitung zur Zuleitung des flüssigen Sekundärmediums und mit einer Leitung oder Nebensammelleitung zur Abführung des Dampfes dieses Mediums verbunden sind. Diese Leitungen oder Nebensammelleitungen sind senkrecht um das zum Dampferzeuger gehörende Gebläse jeder Einheit angeordnet. Vorzugsweise ist die Sekundärmediumdampfableitung jedes Dampferzeugers mit einer Energiegewinnungsanlage verbunden, die einen Turbogenerator oder zwei Turbogeneratoren, von denen der eine mit den unteren Wärmetauschern der Zellen und der andere mit den oberen Wärmetauschern verbunden ist, oder mehrere getrennte, parallel arbeitende Turbogeneratoren aufweist, wobei die Nominalleistung der Wärmetauscher beliebig verteilt sein kann.

Schließlich bilden·bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die beiden Dampferzeuger-Gebläse-Einheiten jeder Zelle mit den Sammelleitungen für das heiße und kalte Primärmedium zwei parallel arbeitende getrennte Kreise oder Schleifen, wobei das am oberen Ende der Zelle angebrachte Gebläse und gegebenenfalls das am unteren Ende angebrachte Gebläse eine Absperr- und aerodynamische Regelvorrichtung aufweisen, um zu verhindern, daß beim Stillstand der oberen Dampferzeuger- Gebläse-Einheit das Primärmedium im stillgesetzten Kreis in umgekehrter Richtung strömt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsformen erläutert durch die folgende Beschreibung mehrerer Beispiele. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigen: Fig. 1 schematisch einen senkrechten Schnitt eines Kernreaktors mit Zellen, die gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Dampferzeuger-Gebläse-Einheiten ausgerüstet sind;

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Pig. 2 einen Schnitt in größerem Maßstab einer Zelle des gleichen Reaktors mit einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt einer Einzelheit einer Abwandlung für die Ausbildung der Sammelleitung des Primärmediums.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Kernreaktor 1 vom Typ Hochtemperaturreaktor, der Helium als Primärkühlmittel benutzt. Dieser Kernreaktor besteht im wesentlichen aus einem dickwandigen Betonbehälter 2, der eine druckfeste Abschirmung bildet und innen im wesentlichen in seiner senkrechten Achse eine Hauptkammer 3 aufweist, in welcher der Kern oder aktive Teil 4 des Reaktors angeordnet ist. Der-auf einem Traggerüst 5 ruhende Kern besteht aus einer Anordnung von im allgemeinen prismatischen Brennelementen 6, deren Ausbildung im einzelnen jedoch für die Erfindung nicht unmittelbar von Bedeutung ist. Besonders kann der Kern des Reaktors in ebenfalls bekannter Weise auch aus in einer entsprechenden Hülle enthaltenen Kugeln bestehen. In der Hauptkammer 3 strömt das Primärkühlmedium von oben nach unten durch den Kern, ,wie schematisch durch die Pfeile 7 angegeben. Gemäß einer ebenfalls für derartige Kernreaktoren üblichen Ausbildung ist die Hauptkammer 3 von einer Anordnung zylindrischer Zellen 8 mit senkrechter Achse umgeben, von denen nur eine Zelle 8 in der Zeichnung gezeigt ist. Diese ' Zellen sind rings um den Kern entweder regelmäßig oder in einer anderen sorgfältig festgelegten Weise verteilt. Die Zellen 8 dienen zur Aufnahme der Dampferzeuger-Gebläse-Einheiten für den Wärmetausch zwischen dem Primär- und Sekundärmedium und dem Kreislauf des Primärkühlmediums. Zu diesem Zweck steht jede Zelle 8 mit der den Kern enthaltenden Hauptkammer 3 durch zwei Leitungen 9 und 10 in Verbindung, die am oberen und unteren Ende der Hauptkammer 3 angeordnet sind. Die als Sammelleitung für das durch den

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Kern geströmte heiße Medium dienende Leitung 9 mündet im wesentlichen in der Mitte der Zelle 8. Die Sammelleitung 10 für das abgehühlte Primärmedium geht vom oberen Ende der Zelle aus und mündet oberhalb des Kerns 4 in der Hauptkammer 3. In Fig. 1 sind schließlich ganz schematisch bestimmte übliche Einrichtungen gezeigt, die für den Betrieb des Reaktors erforderlich sind, beispielsweise eine Reihe senkrechter Kanäle 11, durch die der obere Teil der Hauptkammer 3 mit der Oberseite des Behälters -2 in Verbindung steht, besonders zum Einführen von Brennelementen in den Kern oder Entnehmen derselben aus dem Kern mittels einer nicht gezeigten Lademaschine, die auf einer Bühne 12 über dem Behälter verschiebbar ist. An seinem unteren Ende weist der gleiche Behälter unter der Hauptkammer 3 eine Kammer 13 zur Aufnahme von Behältern 14 auf, wo aus dem Kern entnommene bestrahlte Brennelemente gelagert werden. Die Kammer 13 kann auch dazu dienen, diese Brennelemente zu entnehmen und einer getrennten Anlage zur Behandlung von bestrahlten Brennelementen zuzuführen. Im letztgenannten Fall erfolgt die Lagerung des Brennstoffs mittels senkrechter Kanäle 15». die in der Wand des Behälters vorgesehen sind. In der Kammer 13 können auch die Arbeitsgänge der Aufnahme und Herrichtung neuer Brennelemente vorgenommen werden. Die Verbindung zwischen der Kammer 13 und entweder der über der Bühne 12 verschiebbaren Lademaschine oder den Brennstofflagereinrichtungen oder senkrechten Kanälen 15 erfolgt beispielsweise über die ganze Höhe des Behälters durch Verbindungskanäle 16, die gegebenenfalls auch zur Lagerung von Brennstoffelementen oder anderen Teilen dienen können.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab Einzelheiten der Ausführungsform und Ausbildung eine der rings um die Hauptkammer 3 des Reaktors

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angeordneten Zellen 8. Erfindungsgemäß enthält jede dieser Zellen 8 zwei praktisch gleiche Dampferzeuger-Gebläse-Aggregate, die jedoch gegebenenfalls auch sowohl hinsichtlich ihrer Wärmeleistungen wie der praktischen Ausbildung ihrer Bestandteile verschieden sein können. Diese beiden Aggregate sind so übereinander angeordnet, daß sie zueinander bezüglich der Achse der Sammelleitung 9 symmetisch sind, die das nach seinem Durchgang durch den Kern heiße Primärmedium vom unteren Teil der Hauptkammer 3 der betrachteten Zelle zuführt. Das erste Dampferzeuger-Gebläse-Aggregat 17 ist im unteren Teil der Zelle 8 unterhalb der Höhe des Kerns 4 angeordnet und besteht aus einem Wärmetauscher 18 üblicher Bauweise und einem am unteren Ende der Zelle unter dem Wärmetauscher angebrachten Gebläse 19. Der Wärmetauscher 18 besteht aus einem Rohrbündel, in dem ein Sekundärmedium, im allgemeinen Wasser, strömt und enthält vorzugsweise keinen Dampfzwischenüberhitzungskreis. Bei einer möglichen Bauweise ist das Gebläse 19 auf einer Armatur 20 montiert, die als Durchflußbegrenzer und Neutronenschutz dient. Durch diese Armatur 20 sind die Leitungen 21 und 22 geführt, von denen die Leitung 21 das flüssige Sekundärmedium den Rohren des Wärmetauschers 18 zuführt und die Leitung 22 den durch Wärmetausch mit dem von der Sammelleitung 9 herkommenden heißen Primärmedium erzeugten Dampf abführt. Das Primärmedium strömt so über den kürzesten Weg im Wärmetauscher 18 von oben nach unten, während das Sekundärmedium in den Rohren von unten nach oben, das heißt in der normalen Verdampfungsrichtung strömt. Eine Verschlußhaube 23 dichtet den-Primärkreis gegenüber der Umgebung des Behälters ab und weist Öffnungen auf, durch welche die Leitungen 21 und 22 dicht durch die Wand der Primärkammer geführt sind. Durch vollständige oder teilweise Abnahme der

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Haube ist das Gebläse 19 zugänglich. Es sei bemerkt, daß es auch unabhängig von der Armatur 20 leicht vom unteren Ende der Zelle her ausgebaut werden kann, um den Zugang zum Wärmetauscher 18 zu ermöglichen, der seinerseits ausbaubar ist und durch das Ende der Zelle in den entsprechenden Teil der Kammer 13 überführt werden kann.

In der Zeichnung ist der Kreislauf des Primärmediums im Kern sowie anschließend in den Generator-Gebläse-Aggregaten in der Zelle 8 durch die Pfeile 7 angegeben. Wie ersichtlich strömt das im oberen Teil der Hauptkammer 3 oberhalb des Kerns vorhandene Primärmedium gemäß dem Pfeil 7a durch den Kern, darauf durch die Sammelleitung 9 und verteilt sich dann in der Zelle 8 auf zwei Teilströme, von denen der eine gemäß Pfeil 7b zum Wärmetauscher 18 und Gebläse 19 verläuft. Dieser Teil des Primärmediums durchströmt dann gemäß den Pfeilen 7c das Rohrbündel des Wärmetauschers,wo es sich abkühlt und das Sekundärmedium verdampft, worauf es gemäß den Pfeilen 7d vom Rotor des Gebläses 19 angesaugt und in einen Ringraum 24 gefördert wird, der zwischen dem Außenmantel des Dampferzeugers 18 und einem die Innenwand der Zelle 8 bildenden Futter 26 ausgebildet ist. Am oberen Ende dieses Ringraums 24 gelangt das abgekühlte Primärmedium gemäß den Pfeilen 7e hinter die Sammelleitung 9, wo es sich im betrachteten Beispiel in zwei Teilströme, 7f- und 7f₂ teilt. Der Teilstrom 7f., gelangt in einen rings um die Sammelleitung 9 ausgebildeten Ringraum 27 und steigt von dort gemäß den Pfeilen 7g in einem Spalt 28 auf, der zwischen dem Kern 4 und der ihm gegenüber liegenden Behälterwand ausgebildet ist, und gelangt gemäß Pfeil 7h in den oberen Teil der Hauptkammer 3, wo er sich mit dem durch die Sammelleitung 10 in die Hauptkammer zurückgeführten abgekühlten Primärmedium vereinigt.

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Der zweite Teilstrom 7i des durch die Leitung 9 in die Zelle 8 geführten heißen Primärmediums strömt durch das zweite, über dem ersten angeordnete Dampferzeüger-Gebläse-Aggregat 29. Dieses weist wie das oben beschriebene übereinander einen Wärmetauscher 30 und ein Gebläse 31 auf, welche praktisch gleich dem Wärmetauscher 18 und Gebläse 19 und symmetrisch zu diesen auf der anderen Seite der Achse der Sammelleitung 9 angeordnet sind. Der durch dieses zweite Aggregat strömende Teil des heißen Primärmediums geht gemäß den Pfeilen 7j durch die Rohrbündel des Wärmetauschers 30, die mit den Leitungen 32 und 33 verbunden sind, welche diesem Wärmetauscher das flüssige Sekundärmedium zuführen und den erzeugten Dampf abführen. Das aus dem Wärmetauscher 30 austretende abgekühlte Primärmedium wird gemäß den Pfeilen 7k in das Gebläse 31 gesaugt und von diesem gemäß dem Pfeil 71 in die obere Sammelleitung 10 gefördert, wo es sich mit dem Teil des gleichen Mediums vereinigt, der vom Gebläse 19 her durch den Ringraum 24 und gemäß dem Pfeil 7^₂ geströmt ist, also nicht in den Bereich 27 abgelenkt wurde. In diesem zweiten Aggregat 29 verläuft die Strömung des Primärmediums im Gegensatz zu der im ersten Aggregat von unten nach oben, was erfordert, daß das Sekundärmedium im Wärmetauscher 30 durch entsprechende Lage der Leitungen 32 und 33 und wegen des erforderlichen Gegenstroms von oben nach unten, also umgekehrt zur normalen Verdampfungsrichtung strömt. Diese an sich störende Bedingung, die jedoch nur die Hälfte des Durchsatzes des Primärmediums betrifft, führt jedoch nicht zu wesentlichen Nachteilen und wird weitgehend kompensiert durch die symmetrische Montage der beiden Aggregate, den einfachen Stromver-

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Bauweise des Dampferzeugers sowie

durch die weiter unten erläuterte Möglichkeit, die beiden Aggregate nur für erhebliche Lastfaktoren des Kernreaktors zu benutzen, wäh-

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rend bei geringen Leistungen nur das untere Aggregat jeder Zelle in Betrieb genommen wird. Im letzteren Fall ist das Gebläse 31 vorteilhafterweise mit einer Verschlußvorrichtung 34 versehen, um im Fall der Außerbetriebsetzung des entsprechenden Aggregats einen Kreislauf des Primärmediums in umgekehrter Richtung, von der Haupt-Tcammer 3 durch die Sammelleitung 10 zu vermeiden.

Diese Vorrichtung kann auch für aerodynamische Regulierungen dienen, die für einen befriedigenden Parallelbetrieb der beiden Aggregate 17 und 29 nützlich sind. Das untere Wärmetauscher-Gebläse-Aggregat kann ebenfalls Verschlußvorrichtungen oder Vorrichtungen zur Regelung des Durchflusses des Primärmediums aufweisen.

Bei der oben genauer beschriebenen Ausführungsform wird das Primärmedium, das von dem im unteren Teil der Zelle 9 angebrachten Gebläse 1 9 zurückgefördert wird, mindestens teilweise um die Sammelleitung 9 des heißen Mediums herum zurückgeführt. Bei einer anderen, schematisch in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der zur teilweisen Rückführung des abgekühlten Primärmediums dienende Ringraum 27 nicht vorgesehen und durch ein Element 35 verschlossen. Das vom Gebläse geförderte Primärmedium steigt im Raum 24 zwischen dem Mantel 25 des Wärmetauschers 18 und dem Futter 26 der Zelle 8 und anschließend in einen entsprechenden Raum 36 zwischen dem Wärmetauscher 30 und dem gleichen Futter auf, so daß sich das gesamte vom Gebläse 19 geförderte Medium mit dem vom Gebläse 31 geförderten Primärmedium vermischt, bevor beide gemeinsam durch die obere Sammelleitung 10 in die Hauptkammer 3 zurückströmen. In den beiden vorangehenden Beispielen ist die Sammelleitung 9 mit im wesentlichen waagerechter Achse gezeigt. Bei der in Fig. 3 gezeigten Abwandlung ist diese Sammelleitung etwas geneigt, wodurch in bestimmten Fällen die Ge-

samthöhe der beiden in jeder der Zellen.8 untergebrachten Dampferzeuger-Gebläse-Aggregate und gegebenenfalls die Höhe des Behälters 2 verringert werden kann. In allen Fällen bilden die Zellen zwei getrennte Kreise oder Schleifen für das Primärmedium, die parallel und gleichzeitig oder getrennt in Betrieb sind, je nach der abzuführenden thermischen Leistung.

Die erfindungsgemäßen Ausbildungen bringen zahlreiche Vorteile und vervollständigen die Vorteile, welche dieser Reaktortyp und Behälterbauweise an sich aufweisen. Letztere ergeben sich aus der zentralen Hauptkammef und seitlichen zylindrischen Zellen mit senkrechten Achsen, welche die Anlagen (Wärmetauscher und Gebläse) für den Wärmetausch zwischen dem Primärmedium und dem Sekundärmedium enthalten, nämlich leichter Ausbau dieser Ausrüstungen, Begrenzung des Gesamtvolumens des Behälters, einfache Herstellung, Verwendung der unter dem Reaktor angeordneten Kammer zur Lagerung oder vorzugsweise Konditionierung des Brennstoffs, wobei dann die Lagerung im Behälter selbst erfolgt, Leitungen für den Durchgang von Flüssigkeit und Dampf des Sekundärmediums in unmittelbarer Nachbarschaft des Gebläses. Die Ausbildung dieser Ausrüstungen als zwei übereinander und symmetrisch angeordnete Dampferzeuger*-Gebläse-Aggregate verbessert jedoch noch erheblich die Nutzungsmöglichkeiten dieser Art von Kernreaktor. An erster Stelle und hinsichtlich der äußeren Bauteile des Reaktors ermöglichen diese Maßnahmen bei gleichen Reaktorleistungen die Verwendung eines noch geringer dimensionierten Betonbehälters, besonders eine gewisse Verringerung seines Durchmessers, wodurch dieser Behälter weniger schwer, damit einfacher und weniger kompliziert herzustellen ist. Besonders können der Durchmesser und die Zahl der Zellen gegenüber den bisheri-

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gen Ausführungen erheblich verringert werden, wodurch der Beton besser ausgenutzt werden kann. Die Zahl dieser Zellen ist in jedem Fall kleiner als die bei den üblichen Bauweisen erforderliche, da jede Zelle nicht nur ein sondern zwei Dampferzeuger-Gebläse-Aggregate enthält. Ebenso sind die Zahl der Sammelleitungen für das heiße Primärmedium sowie das von diesem Medium eingenommene Volumen ebenfalls verringert, da eine einzige Sammelleitung von verringerter Länge genügt, um jede Zelle und in dieser zwei getrennte Dampferzeuger zu versorgen. Diese Ausbildungen ermöglichen gleichzeitig einen größeren Abstand in der Ebene der Sammelleitungen und dor durch sie mit der Hauptkammer des Reaktors verbundenen Zellen, wodurch am unteren Ende des Behälters die zu dessen Stützung erforderlichen Auflager einfacher angeordnet werden können. Die Fundamente können leichter ausgebildet werden, da die Verringerung des Gewichts des Reaktors bei weitem eine gewisse Vergrößerung der Höhe der Pfosten oder Stützmauern kompensiert.

Für die Herstellung der Schleifen oder Kreisläufe für das Primärmedium bringen die Maßnahmen der Erfindung ebenfalls zahlreiche Vorteile. Besonders führt die Erhöhung der Zahl der Wärmetauscher und zugehörigen Gebläse zu einer wesentlichen Verringerung des Gesamtgewichts dieser Elemente und eignet sich besonders für einen Betrieb bei sehr geringen Leistungen. In diesem Fall können die im oberen Teil der Zellen vorgesehenen Aggregate ohne Schwierigkeiten- stillgesetzt und nur die unteren Aggregate benutzt werden, die infolge ihrer Anordnung unter dem Kern und ihrer Verbindung mit der Sammelleitung für das heiße Primärmedium einen Kreislauf dieses Primärmediums von oben nach unten und infolgedessen einen Kreislauf des Sekundärmediums von unten nach oben, das heißt in der natürlichen Verdampfungsrichtung des Sekundärmediums aufwei-

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sen. Die Arbeitsweise der unteren Aggregate in den Zellen gewährleistet eine erhebliche Stabilität des Betriebs und ein befriedigendes Verhalten selbst bei Übergangszuständen und ermöglicht die Herabsetzung, der zulässigen Mindestbetriebsleistung auf einen verhältnismäßig sehr geringen Wert.

Die vorgesehenen Maßnahmen bieten gleichfalls die Möglichkeit, besondere, in üblichen Kernreaktoren vorgesehene Notkühlkreisläufe wegzulassen. Die unteren Wärmetauscher-Gebläse-Aggregate der verschiedenen die Kernkammer umgebenden Zellen sind infolge ihrer Konzeption, ihrer Anpassungsfähigkeit im Betrieb, ihrer günstigen Eigenschaften bei Übergangsbetriebszuständen sowie aufgrund der Auswirkungen der natürlichen Konvektion geeignet, unmittelbar diese Aufgabe zu übernehmen. Außerdem können die mit den Wärmetauschern zusammenwirkenden Gebläse infolge ihrer verhältnismäßig geringen Größe mit besser angepaßten Notantriebsvorrichtungen ausgerüstet und so ausgebildet werden, daß sie auch bei überhöhter Geschwindigkeit arbeiten, wobei der Dauerbetrieb der unteren Aggregate außerdem bestimmte Beanspruchungen vermeidet, die sonst bei der Inbetriebnahme und plötzlichem Außerbetriebsetzen unvermeidbar sind.

Die Erfindung ermöglicht ferner _{ die mit dem Reaktor zusammenwirkenden Anlagen zur Energiegewinnung in verschiedener Weise auszulegen. Diese Anlage kann entweder einen einzigen Turbogenerator oder zwei Turbogeneratorgruppen aufweisen, von denen der eine mit der Reihe der unteren Kühlkreisläufe und der andere mit der Reihe der oberen Kühlkreisläufe verbunden sind. Besonders kann man entweder zwei Aggregate von ähnlicher Leistung vorsehen, die von einem, den beiden Dampferzeuger-Gebläse-Aggregaten der Gesamtheit der Zellen gemeinsamen Dampfkreis gespeist, sind, oder zwei ge-

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trennte Kreise vorsehen, von denen der eine mit den oberen Wärmetauschern und der andere mit den unteren Wärmetauschern verbunden sind, sowie schließlich ein Hauptaggregat großer Leistung und ein oder mehrere Aggregate wesentlich geringerer Leistung vorsehen, die von einem Teil der unteren Wärmetauscher gespeist sind, wobei die vom Reaktor abgegebene Leistung nach Belieben zwischen den verschiedenen oberen und unteren Aggregaten der Zellen aufgeteilt werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich noch aus den vorgesehenen Maßnahmen besonders durch den direkten Durchfluß des heißen Primärmediums durch das Rohrbündel in den Wärmetauschern und die Rückführung des gleichen abgekühlten Primärmediums unter Überdruck in einem mit der Behälterwand in Berührung stehenden Raum, entweder in jeder Zelle oder in der Hauptkammer des Kerns, was besonders günstig ist, um diese Wände bei tiefer Temperatur zu halten und ihre Ausdehnungsunterschiede und die der mit ihnen verbundenen Bauteile zu begrenzen. Die Ausbildung des unteren Teils jeder Zelle kann leicht so vorgenommen werden, daß besonders für den'Wärmetauscher des unte-» ren Aggregats eine direkte Auflage in einem Bereich von kaltem, unter überdruck stehenden Medium vorgesehen ist, während die Auf- hängung des Wärmetauschers des oberen Aggregats ebenfalls in einem Bereich von unter Überdruck stehendem abgekühlten Primärmedium keine besonderen Probleme bietet. Außerdem führt die Gestaltung der Wärmetauscher, die vorzugsweise keinen inneren Dampfzwischenübererhitzungskreis aufweisen, zu minimalen Druckverlusten des Primärmediums, besonders bei seinem Durchgang durch die Zellen, da dabei keinerlei Umkehrung der Strömungsrichtung erforderlich ist. Dabei erfolgt die Verdampfung des Sekundärmediums im Wärme-

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tauscher des unteren Aggregats in-der normalen Richtung und nur im Wärmetauscher des oberen Aggregats in umgekehrter Richtung.

Insgesamt ergibt sich für den Kernreaktor eine größere Zuverlässigkeit, verbesserte Anpassungsfähigkeit im Betrieb und vor allem bessere Möglichkeit der Extrapolation zu sehr hohen Leistungen, wobei die Betriebskosten in stark verringertem Maß ansteigen«

Schließlich ermöglichen die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Lagerung und Konditionierung im Inneren des Schutzbehälters selbst, was abgesehen von erheblichen Vorteilen im Hinblick auf die Sicherheit zu einer wesentlichen Vereinfachung und Verringerung der Abmessungen des Betriebsgebäudes des Reaktors führt. Außerdem bildet auch die Tatsache, daß die Verschiebungsebene der schweren Ausrüstungen des Reaktors, z.B. der Wärmetauscher und Lademaschinen, in die Nähe des Bodens zurückgebracht wird, einen weiteren wesentlichen Vorteil.

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Claims

Patentansprüche

(λ .jKernreaktor, besonders Hochtemperatur-Kernreaktor, mit einem gegen den Druck eines Primärmediums festen Schutzbehälter, der in einer Hauptkammer den Reaktorkern enthält und rings um die Hauptkammer verteilt eine Anordnung senkrechter zylindrischer, durch den Behälter führende Zellen aufweist, von denen jede mit der Hauptkammer durch zwei Sammelleitungen für das Primärmedium in Verbindung steht, das von oben nach unten durch den Reaktorkern strömt, wobei die Sammelleitung für das abgekühlte Primärmedium in der Hauptkammer oberhalb des Kerns mündet und die Sammelleitung für das heiße Primärmedium im wesentlichen in der Mitte der Höhe jeder Zelle mündet, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (8) zwei übereinander und im wesentlichen symmetrisch beiderseits der das heiße Primärmedium von der Hauptkammer (3) des Reaktors der Zelle zuführenden Sammelleitung (9) angeordnete Dampferzeuger-Gebläse-Aggregate (18, 19, 29) enthält und die Gebläse (19, 31) der beiden Aggregate jeweils am unteren und oberen Ende der Zelle (8) angebracht sind·
2. Kernreaktor,nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am unteren Ende der Zelle (8) angebrachte Gebläse (19) das Primärmedium nach dessen Durchgang durch den zugehörigen Dampferzeuger (18) des gleichen Aggregats in einen zwischen diesem Dampferzeuger (18) und der Innenwand (26) der Zelle (8) ausgebildeten Ringraum (24) fördert.
3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (24) der von dem vom Gebläse (19) am unteren Ende der Zelle (8)

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herkommenden Primärmedium durchströmt wird, mit einem die Sammelleitung (9) für das heiße Primärmedium umgebenden Kanal (27) in Verbindung steht, der seinerseits durch den Bereich (28) zwischen dem Umfang des Kerns (4) des Reaktors und der Wand des Behälters (2) mit dem oberen Teil der Hauptkammer (3) oberhalb des Kerns und im wesentlichen in der Höhe der Einmündung der Sammelleitung (lO) für das vom oberen Teil der Zelle (8) kommende abgekühlte Primärmedium in Verbindung steht.
4. Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (24) in der Zelle (8) mit einem entsprechenden. Ringraum (36), der zwischen der' Zellenwand und dem Dampferzeuger (30) des oberen Aggregats (29) ausgebildet ist, in Verbindung steht und das in diesen Ringräumen strömende Primärmedium sich vor dem Eintritt in die Sammelleitung (10) für das abgekühlte Primärmedium mit dem Primärmedium mischt, das von dem am oberen Ende der Zelle (8) angebrachten Gebläse (31) gefördert wird.
5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dampferzeuger (18, 30) einen Wärmetauscher aufweist, der aus einem Rohrbündel besteht, das mit einer Leitung oder Nebensammelleitung (21, 32) zur Zuleitung eines flüssigen Sekundärmediums und einer Leitung oder Nebensammelleitung (22, 33) zur Ableitung des Dampfes des Sekundärmediums verbunden ist, wobei diese Leitungen oder Nebensammelleitungen senkrecht rings um das zum Dampferzeuger (18, 30) gehörende Gebläse (19, 31) jedes Aggregats (17, 29) angeordnet sind.
6. Kernreaktor nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärmediumdampfableitung (22, 33) jedes Dampferzeugers (18, 30) mit einer Energiegewinnungsanlage verbunden ist, die einen Turboge-

nerator oder zwei Turbogeneratoren, von denen der eine mit den unteren Wärmetauschern (18) der Zellen (8) und der andere mit den oberen Wärmetauschern (30) der Zellen verbunden ist, aufweist, oder mit mehreren parallel arbeitenden getrennten Turbogeneratoren verbunden ist, wobei die Nominalleistung der Wärmetauscher beliebig verteilt sein lcann.
7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dampferzeuger-Gebläse-Aggregate (17, 29) jeder Zelle (8) mit den Sammelleitungen (9_f 10) für das heiße und abgekühlte Primärmedium zwei getrennte parallel arbeitende Kreisläufe bilden und das am oberen Ende der Zelle (8) angebrachte Gebläse (31) und gegebenenfalls das am unteren Ende der Zelle angebrachte Gebläse (19) eine Verschluß- und aerodynamische Steuervorrichtung (34) aufweisen, um beim Stillstand des oberen Dampferzeuger-Gebläse-Aggregats (29) eine Strömung des Primärmediuirts in umgekehrter Richtung in dem außer Betrieb gesetzten Kreis zu verhindern.
8. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis ?, dadurch gekennzeichnet, daß er im Behälter (2) unter der Heuptkammer (3) eine ' zur Lagerung und/oder Konditionierung von Kernbrennstoffelementen des Kern des Reaktors dienende Kammer (13) aufweist.

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