DE2611063A1

DE2611063A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2611063A1
Application number: DE19762611063
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Ing Schwarz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-16
Filing date: 1976-03-16
Publication date: 1978-01-19

Description

ttKernreaktor"
Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren mit einem wärmeerzeugende Brennelemente bzw0 Brennstoff enthaltenden, vom Kühlmittel eines Primärkreises durchströmten Core in einem Druckbehälter, sowie mit weiteren zugehörigen Einbauten.
Bei allen Reaktortypen ergibt sich bei großvolumigen Cores innerhalb von Druckbehältern das Problem, daß entweder die Corehöhe und/oder der Coredurchmesser groß zu wählen sind.
Hohe Cores bedingen große hydraulische Verluste und große Kühlmittelumwälzaggregate, flache Cores mit entsprechend größerem Durchmesser bedingen größere Druckbehälterdurchmesser und -wandstärken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die verschiedenartigen Kernreaktortypen mit den eingangs aufgeführten Merkmalen ein neues Grundkonzept vorzuschlagen, das es erlaubt, große Reaktorkern-Volumina in Druckbehältern so unterzubringen, daß sowohl der Druckabfall des Primärkühlmittels im Core als auch der Durchmesser des Druckbehälters klein gehalten werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Symmetrie-Längsachse des vorzugsweise zylindrischen Druckbehälters im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmittels im Core verläuft.
Die Erfindung ist wegen ihres Grundgedankens auf alle Reaktortypen, die einen Druckbehälter besitzen, anwendbar, unabhängig von der Art und Form des Brennstoffs, der Wahl des Moderators und des Kühlmittels oder anderer kennzeichnender Eigenschaften.
Da sich die weitreichenden Auswirkungen und Möglichkeiten der Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags anhand zeichnerischer Darstellungen besonders gut verdeutlichen lassen, werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen (Fig. 1 bis 11) einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele im Grundkonzept erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 Längsschnitt durch liegenden Druckbehälter mit stehendem Core; Fig. 2 Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; Fig.3 Darstellung entsprechend Fig. 2 mit verkürzten Steuerstäben; Fig. 4 Darstellung entsprechend Fig. 2 mit von zwei Seiten einfahrenden Steuerstäben; Fig.5 Darstellung entsprechend Fig. 2 mit Steuerstabführungen, die aus dem Druckbehälter herausragen; Fig. 6 Darstellung entsprechend Fig. 1 mit Brennelementwechsel ohne Coreausbau; Fig.77 Darstellung entsprechend Fig0 1 mit Coreausbau zum Brennelementwechsel; Fig, 8 Längsschnitt durch liegenden Druckbehälter mit schematischer Darstellung der integrierten Bauweise; Fig 9 Verbindung zweier Druckbehälterteilstücke durch einen Kanal und eine zusätzliche Verklammerung; Fig. 10 Schnitt entlang der Linie X - X in Fig. 9; und Fig. 11 Möglichkeiten des Zugangs zu den Stirnflächen, die durch Behälterteilung geschaffen wurden.
Das erfindungsgemäße Grundprinzip ist in Fig. 1 und 2 dargestellt0 Gemäß Fig. 1 ist ein zylindrischer Druckbehälter 1 beispielsweise liegend angeordnet, d.h. seine Symmetrie-Längsachse 2 verläuft im wesentlichen horizontal. Vorzugsweise wird für den Druckbehälter eine zylindrische Form gewählt, da sie für die Herstellung die einfachste Form bedeutet und gleichzeitig bezüglich der aufzunehmenden Drucke optimale Festigkeitseigenschaften besitzt.
Der Raum 3 ist von Prozeßmedien und Einbauten ausgefüllt, die je nach Reaktortyp unterschiedlich gestaltet und hier daher nicht dargestellt sind. Das Core (Reaktorkern) 4 des Kernreaktors ist im Druckbehälter 1 erfindungsgemäß so angeordnet, daß die Strömungsrichtung 5 des die Wärme aus dem Core abführenden Kiihlmittels im wesentlichen senkrecht zur Symmetrie-Längsachse 2 des Druckbehälters verläuft.
Dem in Fig. 2 dargestellten Schnitt durch das Grundschema gemäß Fig. 1 ist die zylindrische Form des Druckbehälters 1 zu entnehmen, wobei im dargestellten Beispiel das Core Quaderform besitzt.
Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Druckbehälterdurchmesser mit abnehmender Corehöhe kleiner wird - im Gegensatz zu den bisherigen Reaktortypen - , ergibt sich eine überraschend einfache Lösung des Problems.
Bei der Übertragung des Grundprinzips auf die bekannten Reaktortypen kann es erforderlich werden, über oder unter dem Core 4 Einbauten unterzubringen, die den Druckbehälterdurchmesser etwas vergrößern, was sich jedoch, wie im folgenden näher ausgeführt wird, leicht begrenzen läßt.
Zu den wesentlich höhenbestimmenden Einbauten gehören in der Regel die Steuerstäbe, die fast stets parallel zu der durch den Kühlmittelfluß bestimmten Ausrichtung des Cores einfahren und dann in ihrer Länge in etwa der aktiven Corehöhe entsprechen. Mit Verringerung der Corehöhe werden nun solche Steuerstäbe ebenfalls kürzer. Darüber hinaus können die Steuerstäbe etwas kürzer gewählt werden als die aktive: Höhe der Brennelemente, insbesondere am Corerand (bezogen auf einen Querschnitt durch den Druckbehälter), ohne daß hierdurch ein nennenswerter Anteil an negativer Reaktivität verloren ginge. Mit einer Stabverkürzung am Rand ist eine Anpassung an die vom Druckbehälter vorgegebene Wölbung gut möglich. Dies ist schematisch in Fig0 3 dargestellt, in der zusätzlich zu den auch in Fig. 2 dargestellten Komponenten Druckbehälter 1 und Core 4 die verkürzten Steuer-.
stäbe 6 eingezeichnet sind.
Weitere Höhe ließe sich sparen durch Einfahren von teillangen (eventuell zusätzlich am Rand gekürzten) Steuerstäben von zwei Seiten (von oben und unten) in das Core, was analog Fig. 3 in Fig. 4 dargestellt ist.
Schließlich kann der Einfluß der Steuerstäbe auf den Druckbehälterdurchmesser auf praktisch Null verringert werden, wenn die Steuerstabführungsrohre teilweise aus dem Druokbehälter herausragen (siehe Fig. 5); in diesem Fall sind jedoch besondere sioherheitstechnische Konstruktionen zum Schutz der FUhrungsrohre gegen Binwirkungen von außen und gegen die Fortpflanzung eines Schadens von einem der Füngsrohre auf die übrigen notwendig; vor allem ist eine stabile Konstruktion gegen Stabauswurf vorzusehen, wenn letzterer verhindert werden muß und nicht durch andere Mechanismen - z.B. Selbsthemmung - verhindert werden kann.
Eine weitere Möglichkeit, an Steuerstab-Höhe zu sparen, ergibt sich aus der Verwendung flexibler, z.B. kettenförmiger Absorber, die z.B. mit Schwerkraft in das Core einfallen oder in das Core hineingezogen werden0 Schließlich sind auch flüssige Absorber zu betrachten, wobei gemäß bekannter Vorschläge die Absorberflüssigkeit in dafür vorgesehene Rohre oder in das Kühlmittel eingespritzt wird.
Die Anordnung anderer Einbauten (z.B. Kühlmittelführung, Wasser-Dampf-Trennung, Reflektor) werden bei den unten angeführten Anwendungen der Erfindung auf bestimmte Reaktortypen beispielsweise behandelt, da diese Einbauten wesentlich stärker als die Steuerstäbe vom jeweiligen Reaktortyp abhängen, Ein weiteres allgemeines Problem mit einem möglichen Einfluß auf die Höhe der Konstruktion innerhalb des Druckbehälters und damit auf dessen Durchmesser ist der Wechsel bündelförmiger oder prismatischer Brennelemente.
Ein direkter Transport durch die Zylinderwand des Druckbehälters ist meist nicht praktikabel, da die Zylinderwand aus statischen Gründen nicht geöffnet und auch nicht vollständig von einer großen Zahl mittlerer Öffnungen durchsetzt werden sollte. Nur bei Reaktortypen mit relativ weit auseinanderliegenden Brennelementen liegt eine Beschickung durch die Zylinderwand hindurch im Bereich des Machbaren0 Die Brennelemente müssen also in der Regel innerhalb des Druckbehälters aus dem Core herausgezogen und seitlich verschoben werden, vorzugsweise bis zu einer (von wenigen) Öffnungen in der Stirnseite des Druckbehälters; eine oder wenige mittelgroße Öffnungen wären auch im Zylindermantel tolerierbar. Die Brennelemente können nach oben, aber auch nach unten ausgebaut werden, nachdem etwaige störende Einbauten entfernt worden sind.
Die notwendige Ausbauhöhe wird nun durch die Länge der Brennelemente bestimmt; diese können durch eine geeignete Querteilung so kurz gemacht werden, wie konstruktiv erwünscht (Ausnahme: Entlüftete Gasbrüter-Brennstäbe). Die Brennelementunterteilung ist bei mehreren Reaktortypen üblich und wurde auch bei älteren Leichtwasserreaktoren - unter Inkaufnahme lokaler Leistungsspitzen - bereits angewandt.
Der Ausbau nach oben ist schematisch in Fig. 6 wiedergegeben, die den Druckbehälter 1 und das Core 4 wie Fig. 1 im Längsschnitt zeigt. Zusätzlich dargestellt ist die Unterteilung des Cores in Brennelemente 7, der Transportweg 8 der Brennelemente durch den von Einbauten-befreiten Raum zum Stopfen 9 in der Stirnseite des Druckbehälters 1 (alternativ zu einem Stopfen 11 in der Zylinderwand).
Der Brennelementwechsel kann vom Prinzip her einfacher durchgeführt werden, wenn das ganze Gore aus dem Druckbehälter herausgezogen wird. Diese Lösung bietet sich besonders für Leichtwasserreaktoren an, da der Deckel des Druckbehälters hier am leichtesten zu lösen ist, ohnehin irgendwelche Einbauten zu entfernen wären, das Core in einem Brennelementwechselbecken gut im Naturumlauf gekuhltund abgeschirmt werden kann, und da Leichtwasser ohne weiteres mit der Luft über einem solchen Becken in Berührung kommen kann, Mit dem Ziehen des Cores läßt sich demnach die Ausbauhöhe im Druckbehälter auf den Wert Null vermindern0 Der Vorgang ist schematisch und beispielhaft in Fig. 7 dargestellt, die wieder den Druckbehälter 1 im Längs schnitt zeigt. Der rechte Deckel 12 des Druckbehälters 1 wird gelöst und innerhalb des Brennelementwechselbeckens 13 nach rechts gefahren. Anschließend wird das Gerüst 14 in die Position zur Aufnahme des Cores gefahren und das Core 4 herausgezogen0 Die übrigen Einbauten 15 verbleiben im Druckbehälter. Die hier ungeteilten Brennelemente 7 lassen sich nun leicht ziehen (Weg 8) und zu einer Lagerposition verfahren.
Ohne irgendwelche Maßnahmen wird die Ausbauhöhe Null beim Kugelhaufenreaktor (siehe Anwendungsbeispiel unten) und beim homogenen Reaktor erreicht, die also diesbezüglich besondere Vorteile aufweisen.
Abschließend sei festgestellt, daß der Durchmesser des Druckbehälters in Abhängigkeit vom Reaktortyp und vom konstruktiven Aufwand kleiner, gleich oder nur wenig größer gemacht werden kann als bei koaxialer Bauweise von Core und Druckbehälter, wobei die Vorteile für die erfindungsgemäße Bauweise mit wachsendem Corevolumen zunehmen.
In jedem Fall ermöglicht die erfindungagem§ße Bauweise bei großen Cores eine beträchtliche Coreabflachung, Diese Verkleinert die hydraulischen Druckverluste im Core-erheblioh und damit auch die Leistung der Aggregate für die KUh2iaiftelumwälzung (Senkung der Anlagekosten, Verbesserung des Wirkungsgrades). Durch geringe Druckdifferenzen werden ferner die von den Einbauten aufzunehmenden Kräfte vermindert.
Von wesentlich größerer wirtschaftlicher Bedeutung ist die Möglichkeit, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung ein vorzugsweise stehendes Core in einem liegenden Druckbehälter unterzubringen und damit die Montageprobleme erheblich zu vereinfachen: Reaktoren mit stehenden Druckbehältern sind mit zunehmenden Abmessungen und zunehmender Komplexität der Einbauten immer langwieriger und im Ablauf immer weniger flexibel zu montieren. Zum Beispiel sind bei großen gasgekühlten Reaktoren nacheinander Druckbehältersockel. -böden und -zylinderschüsse, die aus vielen Einzelteilen zusammengesetzten Einbauten und der Druckbehälterdeckel zu erstellen, mit geringer Möglichkeit der Vormontage, Parallelmontage und Vertauschung der Reihenfolge von Montagevorgängen (Flexibilität).
Mit einer liegenden Bauweise des Druckbehälters ist es dagegen möglich, größere Teile des Druckbehälters und sämtliche Einbauten vorzumontieren;-die vormontierten Druckbehälterdeckel und -zylinderschüsse sowie Einbauten werden dann horizontal zusammengeschoben; abschließend werden die zahlenmäßig geringen vormontierten Einheiten miteinander verbunden. Dabei können beispielsweise Druckbehälterdeckel und -zylinderschüsse mit senkrechter Achse vormontiert, teilweise vorgespannt und dann in die liegende Position gekippt werden. Mit einer derartigen Montage kann die Montagezeit erheblich verkürzt werden.
Darüber hinaus wird das Montagerisiko weitgehend eliminiert, da der kritische Pfad mit Hilfe der weitgehenden Vormontage sehr flexibel geworden- ist. Insgesamt wird die Montagezeit die Lieferzeit der terminführendenKomponente nur wenig überschreiten.
Von großer betrieblicher Bedeutung ist darüber hinaus, daß durch Umkehr des Montageprozesses alle Einbauten vollständig und einfach ausgebaut werden können, was besonders bei den bisherigen gasgekühlten Reaktoren mit stehendem Druckbehälter nicht der Fall ist. Nunmehr ist eine vollständige Austauschbarkeit und Reparierbarkeit gewährleistet - womit das Risiko einer vorzeitigen Stilllegung des Kernkraftwerks entsprechend gemindert wird.
Vorauszusetzen ist hierfür die prinzipielle Lösbarkeit der Druckbehälterdeckel.
Die hier erstmals vorgeschlagene Verbindung von liegendem Druckbehälter und stehendem Core nutzt die überwiegenden Vorteile der stehenden Coreanordnungwie: Möglichkeit des Siedens (bei Siedewasserreaktoren mit leichtem Wasser, schwerem Wasser oder Graphit als Moderator); Möglichkeit des Kugelfließens (beim Kugelhaufenreaktor); Einfallen von Abschaltstäben mit Schwerkraft (bei den übrigen Reaktortypen); leichtere Handhabung von Brennelementen; Vermeiden des Durchbiegens langer Brennelementstäbe etc.; Die erfindungsgemäße Anordnung verbindet also in einfacher Weise die diversen Vorteile eines stehenden Cores mit den montagetechnischen Vorteilen des liegenden Druckbehälters.
Der liegende Druckbehälter und der Grundgedanke senkrecht aufeinander stehender Achsen von Core und Druckbehälter lassen sich auch durch ein quer liegendes Core verwirklichen. Eine solche Anordnung könnte beispielsweise bei einem Druckschwerwasserreaktor mit waagerechter Beschickung und vorzugsweise senkrechtem Einfall von Steuerstäben angewendet werden Neben den montagetechnischen Vorteilen hat der liegende Druckbehälter den Vorteil der niedrigen Bauhöhe, Zum anderen wird eine gegebenenfalls behördlich erzwungene unterirdische Bauweise von Kernkraftwgrken mit liegendem Druckbehälter wesentlich wirtschaftlicher als mit stehendem auszuführen sein. Ferner ist als sicherheitstechnischer Vorteil des liegenden Druckbehälters zu erwähnen, daß das Problem des Absturzes des Druckbehälterdeckels bei Öffnungs-und Schließungsvorgängen nicht mehr existiert (vgl. Deckel 12 in Fig. 7)o Von überragender wirtschaftlicher und sicherheitstechnischer Bedeutung der liegenden Druckbehälter-Bauweise ist die Möglichkeit, dem Core nachgeschaltete Aggregate wie Wärmetauscher oder Turbinen mit geringem Aufwand in den Druckbehälter zu integrieren. Hier ist der Stand der Technik wie folgt: Die meisten ausgeführten und projektierten Reaktortypen mit stehendem Core und sämtliohe Reaktortypen mit liegendem Core sind nicht integriert, d.h. das Core ist mit nachgeschalteten Aggregaten über druckführende Primärkühlmittelleitungenverbunden. Dies hat vor allem sicherheitstechnische Nachteile: Rohrleitungsbrüche sind nur mit erheblichem Aufwand zu beherrschen. Für die Rohrleitungen selbst und für Abstützungen treten zusätzliche Kosten auf. Außerdem kann die nichtintegrierte Bauweise technologische Probleme auswerfen, z.B. wenn sehr heißes Gas aus dem Druckbehälter herauszuführen sind. Schließlioh können bei Schiffsreaktoren auch noch Platzgründe für eine Integration sprechen, In den Fällen, in denen bisher Primärkreise integriert worden sind, wurden die Druckbehälter stehend ausgeführt oder projektiertO Zur bekannten integrierten Bauweise gehören die Reaktoren, bei denen das Core über oder unter dem Dampferzeuger angeordnet ist, wie z.B. die gasgekühlten Reaktoren Bugey, Fort St. Vrain und AVR; bei einer weiteren bekannten integrierten Bauweise befinden sich die Primärwärmetauscher in einem Ringraum um das Core, wozu mehrere gasgekühlte Reaktoren der Magnox- und AGR-Baulinien und der THTR-300 sowie ein Natriumbrüterkonzept gehören; schließlich ist auch eine integrierte Bauweise mit Primärwärmetauschern in speziellen Kavernen rund um das Core (nPod Boiler") bekannt, die bei den übrigen AGR (Advanced Gas Cooled Reactor) ausgeführt wird. (Die als Sternbauweise vorgeschlagene Variante ist als halbintegriert einzustufen.) Mit den drei genannten Bauarten sind die ausgeführten integrierten Bauweisen erschöpfend dargestellt.
Die Anordnung von Core und Dampferzeuger übereinander führt zu schlanken, geometrisch einfachen Druckgefäßen, einem leicht vom Core abschirmbaren, großen Raum für die Dampferzeuger (mit entsprechender Gestaltungsfreiheit) und zu einer einfachen Xühlmittelführung0 Trotz aller Vorteile wird diese Bauweise bei neueren, großen gasgekühlten Reaktoren nicht mehr ausgeführt oder projektiert, da bei größeren Reaktoren die Dampferzeuger unten angeordnet werden müssen und von dort-praktisch nicht ausbaubar sind; außerdem ist die Montage besonders schwierig (von unten) oder besonders langwierig (alles von oben); schließlich ist die Stützkonstruktion für das oben angeordnete Core sehr aufwendig.
Demgegenüber wird bei der Ringbauweise der Durchmesser des Druckbehälters stark vergrößert, und zwar einmal durch den Ringraum selbst, zum anderen durch eine verstärkte Abschirmung, die bei nicht ausbaubaren Dampferzeugern (englische Bauweise) zur Sicherung der Begehbarkeit notwendig ist; bei ausbaubaren Dampferzeugern (Bauweise THTR) wird der Ringraum selbst sehr viel breiter, unter anderem aufgrund der notwendigen Stege zwischen den Dampferzeuger-Durchdnngungen im Druckbehälterdeckel.
Die Durchmesservergrößerung führt dazu, daß das Optimum des Systemdruckes zu kleineren Werten hin verschoben wird, mit entsprechender Verschlechterung der Wärmeübertragung (unter anderem größere Dampferzeuger) und mit größeren hydraulischen Verlusten (unter anderem größere Aggregate für die Kühlmittelumwälzung). Der Ringraum setzt der Gestaltung der Dampferzeuger enge Grenzen, was diese wesentliche Komponente verteuert.
Ähnliches gilt für die Pod-Bauweise. Der Durchmesser ist auch hier größer als bei der Anordnung "Core über Dampferzeuger11, wenn auch nicht so groß wie bei der Ringbauweise.
Der geringere Durchmesser-Zuwachs wird allerdings durch eine erhebliche Komplizierung des Druckbehälters und seiner gasdichten Auskleidung (Liner) erkauft.
Demgegenüberhrlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine Uberraschand einfache Integration, indem der liegende Druckbehälter verlängert und die dem Core nachgeschalteten Aggregate (Dampferzeuger, Turbine etc.) neben dem Core angeordnet werden. Hierbei bleiben die Vorteile des flachen, meist stehenden Cores und dessen einfache Montage (Demontage) erhalten0 Die Montagevorteile werden in einfacher Weise auf die nachgeschalteten Aggregate ausgedehnt (die vormontierten Core-Einbauten werden z.B.
von einer Seite in den liegenden Druckbehälter-Zylinder geschoben, die vormontierten nachgeschalteten Aggregate von der anderen Seite). DieEinfachheit der Montage und die Möglichkeit der Demontage ist jeder der drei beschriebenen Integrationsbauweisen weit überlegen -was größte Auswirkungen hat auf die Wirtschaftlichkeit der Errichtung wie auch auf die Erhaltung der Anlage für den Fall einer unvorhergesehenen Reparatur an schwierig zugänglicher Stelle.
Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Integration alle Vorteile der Anordnung "Core über Dampferzeuger" ohne einen einzigen Nachteil dieser Anordnung. Zu den Vorteilen sei folgendes näher ausgeführt: Der Durchmesser des Druckbehälters nimmt mit der Integration nicht zu; damit kann - gegenüber Ring- und Pod-Bauweisen - der Systemdruck höher gewählt werden, was zu durchweg kleineren Aggregaten (Dampferzeuger, Verdichter etc0) und zu einem höheren Wirkungsgrad führt( der Druckbehälter besitzt die denkbar einfachste Form, was sich auf Herstellungskosten und -zeit gUnstig auswirkt; seine innere Oberfläche ist nicht nur einfach, sondern auch nennenswert kleiner als bei der heute vorherrschenden Pod-Bauweise, was wiederum kosten- und zeitsparend ist; die Abschirmung zwischen Core und nachgeschalteten Aggregaten kann beliebig dickwandig gestaltet werden, wobei sich der Durchmesser des Druckbehälters nicht ändert; die verstärkt abzuschirmende Fläche ist zudem nur so groß wie der Querschnitt des Druckbehälters - und nicht so groß wie der gesamte Zylindermantel der Core-Einbauten wie bei der Ringbauweise. Wenn zusätzlich für eine geringe Kontamination gesorgt wird, kann der Raum mit den nachgeschalteten Aggregaten begehbar gemacht werden.
Für die räumliche Gestaltung des Zugangs ist die liegende Bauweise wiederum sehr vorteilhaft; für die nachgeschalteten Aggregate steht ein großer geschlossener zylinderförmiger Raum zur Verfügung, der dem Konstrukteur große Gestaltungsfreiheit läßt, unter anderem ist hiermit die Konstruktion eines wesentlich einfacheren und schneller herzustellenden Dampferzeugers (im Vergleich zur Ring- oder Pod-Bauweise) möglich; die Anordnung der nachgeschalteten Aggregate neben dem Core hat schließlich den Vorteil, daß die Kühlmittelführung sich auf einen (oder sehr wenige) Kanäle beschränkt, wodurch eine entsprechende Senkung der Anlagekosten zu erwarten ist.
Das Prinzip der hier beschriebenen liegenden Integration ist schematisch in Fig. 8 dargestellt, wobei wieder wie in Fig. 1 der Druckbehälter 1 im Längs schnitt gezeichnet ist. Hierin sind integriert: Das Core mit allen zugehörigen Einbauten 16, die nachgeschalteten Aggregate 17, die Abschirmung 18 (die der Begehbarkeit des Bereiches 17 dient), sowie die zahlenmäßig geringen Kühlmittelleitungen 19.
In Fig. 8 sind ferner zwei Varianten der Ausbildung stirnseitiger Verschlußdeckel gezeigt. Dabei wird der Deckel 21 in das rohrförmige Endteil des Druckbehälters 1 als innenliegender, durch die annähernd zylinderförmige Fläche 22 begrenzter Verschluß eingesetzt; im Falle vorgespannter Druckbehälter braucht für ein Öffnen nur die radiale Vorspannung im Deckelbereich gelöst zu werden. Demgegenüber besitzt der Deckel 12 eine umlaufende Ansatzfläche 23, die der Stirnfläche des zylindrischen Druckbehälters 1 angepaßt ist; hier ist bei vorgespanntem Druckbehälter die axiale Vorspannung zu lösen, bei Stahldruckgefäßen mit Deckelflanschen die Deckelschrauben. Bei dieser Deckelkonstruktion ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Unterkante des Deckels auf gleicher Ebene mit der Unterkante des Druckbehälters liegt, so daß das Zusammenfügen besonders einfach mit Hilfe geeigneter, unterzusetzender Fahrzeuge auf fluchtender Flurhöhe vorgenommen werden kann (vgl. Fig0 7t. Gegenüber der nicht integrierten Bauweise hat die integrierte Bauweise allgemein sicherheitstechnische Vorteile, die für die verschiedenen Reaktrotypen unterschiedlich zu quantifizieren wären. Hier sei nur etwas näher auf die Hauptkühlmittelleitungen eingegangen, die nunmehr kaum noch Druckdifferenzen auszuhalten haben; ihre Wandstärke kann entsprechend dünner und ihr Querschnitt entsprechend größer gewählt werden; letzteres hat wieder positive Wirkungen auf Druckverlust (Kühlmittelumwälzleistung) und Erosion. Von besonderen Vorteil sind diese Gegebenheiten für Heißgasleitungen, die nunmehr keramisch ausgeführt werden können. Damit entfällt eine der wesentlichen technologischen Schwierigkeiten für die TemperaturerhEhung von Hochtemperaturreaktoren.
Solche höheren Temperaturen können z.B. genutzt werden für Prozesse, die bei diesen Temperaturen ablaufen; höhere Aufwärmspannen im Core, damit geringere Druckverluste und kleinere Umwälzverdichter; höhere Temperaturdifferenzen im Dampferzeuger und damit kleinere Dampferzeugerflächen etc..
Die hier genannten allgemeinen Vorteile der Integration lassen sich jedoch nur nutzen, wenn die Integration technisch und wirtschaftlich realisierbar ist. Bei sehr großen und komplexen Systemen (wie die Verbindung eines 3000 MW-Hochtemperaturreaktors mit einer Heliumturbinenanlage oder mit einer Prozeßwärmenutzung über einen Zwischenkreislauf) wird die Grenze der Realisierbarkeit in stehender Druckbehälterbauweise erreicht oder überschritten. Selbst in solchen Fällen ist eine "liegende Integration" immer noch leicht möglich - und zwar durch einfache Verlängerung des Druckbehälters.
Eine immer länger werdende aDruckbehälterrijhre " kann allerdings unhandlich werden, und zwar einmal bezüglich der Montage (und Demontage), zum anderen bezüglich der Unterbringung größerer Durchführungen und öfter zu revidierender Aggregate wie Umwälzverdichter; solche Durchführungen und Aggregate werden zweckmäßigerweise in den Stirnseiten des Druckbehälters untergebracht, deren Oberflächen-Anteil mit zunehmender Druckbehälterlänge jedoch abnimmt. Größere Durchdringungen durch die Zylinderwand des Druckbehälters sind hinsichtlich der Statik problematisch, insbesondere bei vorgespannten Behältern (wenig Platz zwischen normal angeordneten Spannkabeln).
Das Problem kann durch eine organische und wiederum sehr einfache Weiterentwicklung der bisher beschriebenen Merkmale dadurch gelöst werden, daß der liegende Druckbehälter aus mindestens zwei Teilstücken besteht, die jeweils durch mindestens einen Kühlmittel- und/oder sonstige Versorgungsleitungen aufnehmenden Kanal mit gegenüber den Druckbehälter-Teilstücken geringeren Durchmesser miteinander verbunden sind0 Durch diese Maßnahme lassen sich beliebig viele Teilstücke aneinandersetzen und beliebig viele zusätzliche Stirnflächen schaffen. Ferner lassen sich Druckbehälterteile unterschiedlichen Durchmessers miteinander verbinden, was wiederum einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Gestaltung der eingeschlossenen Aggregate bietet. Als Sonderausführung ist die direkte, stirnseitige Verbindung zweier Druckbehälterteile unterschiedlichen Durchmessers anzusehen.
Die Anordnung Druckbehälterteil-Verbindungskanal-Druckbehälterteil ist der nicht integrierten Bauweise äußerlich ähnlich, besitzt ihr gegenüber jedoch wesentlich neue und fortschrittliche Merkmale. Wichtigstes Merkmal ist, daß der Verbindungskanal so sicher ausgelegt werden kann, wie ein Druckbehälter. Wesentliche Voraussetzung hierfür ist zunächst die liegende Bauweise, die eine gerade stirnseitige Verbindung benachbarter Druckbehälterteile ermöglicht.(Bei stehenden Druckbehältern ist Ähnliches nur zu erreichen, wenn sie übereinander angeordnet wären, was statische Probleme aufwirft; auch die Überbrückung der unteren Öffnung des oberen Behälters wäre sehr schwierig auszuführen, besonders wenn Heißgas hindurchgeführt werden soll). Auf der Stirnseite von Behältern können große Öffnungen - wie für den Verbindungskanal - relativ leicht geschaffen werden (in Gegensatz zum Zylindermantel); dies gilt insbesondere für vorgespannte Druckbehälter, die beim Einschluß großer Volumina bevorzugt verwendet werden.
Soweit eine der Aufgaben des Verbindungskanals, nämlich neue Stirnflächen zu schaffen, nicht beeinträchtigt wird, kann der Durchmesser des Kanals beliebig groß und damit biegesteif gemacht werden; ist sein Außendurchmesser z.B.
halb so groß wie der Innendurchmesser der verbundenen Druckbehälterteile, so bleiben immer noch 3/4 der Stirnflächen für andere Zwecke frei. Führt man den Verbindungskanal außerdem noch wie einen Druckbehälter aus (z.B.
ebenfalls vorgespannt - als gerader Zylinder ist der Kanal leicht vorspannbar), so ist die Versagenswahrscheinlichkeit erheblich vermindert. Das Schwingungsverhalten der Behälterteile bei Erdbeben oder anderen Erschütterungen ist durch eine zusätzliche Verklammerung der Behälterteile zu beherrschen: Beispielsweise könnte man axial fluchtend gelagerte Behälterteile (annähernd) gleichen Durchmessers mit durchgehenden Balken im Zylindermantelbereich untereinander verbinden und mit (vorzugsweise in diesen Balken geführten) Axialkabeln verspannen; zur Erleichterung eventuell erwtinsohter Lösbarkeit können die Axialkabel - abwechselnd von dem einen und dem anderen Behälterteil kommend - an einem im Zwischenraum angeordneten Ring angreifen.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es also, den Verbindungskanal so sicher auszulegen, daß ein Versagen ausgeschlossen ist, was gegenüber nicht integrierten Bauweisen einen erheblichen Fortschritt darstellt. Von der Definition her wäre ein solches System als ein integrierter Behälter mit einer Einschnürung (gegebenenfalls mehreren)anzusehen.
Ein großer Querschnitt des Verbindungskanals ist ebenfalls von Vorteil für hindurchzurührende Leitungen (wenig Druckverlust und Erosion). Zur Trennung von Behälter- und Leitungsfunktion des Verbindungskanals können alle Medien in gesonderten Leitungen geführt werden. Der Raum zwischen diesen Leitungen und der Kanalinnenwand würde dann durch ein weitgehend stagnierendes Medium gefüllt, womit der Verbindungskanal auch in dieser Hinsicht mit den übrigen Behälterwandungen gleichgestellt würde.
Das Prinzip des geteilten aber dennoch als berstsicher anzunehmenden Behälters ist schematisch in Fig. 9 und 10 dargestellt. Die beiden Behälterteilstücke 24 und 25 werden über einen Kanal großen Querschnitts 26 miteinander verbunden und über die Balken im Zylindermantelbereich 27 axial verspannt. Zur Veranschaulichung der Anordnung von Kanal 26 und Balken 27 ist in Fig. 10 ein Schnitt entlang der Linie X - X in Fig. 9 wiedergegeben.
Die durch die Teilung des liegenden Behälters entstehenden Stirnflächen müssen zugänglich sein; z.B. muß ausreichend Platz vorhanden sein für die Zuführung und Abführung von Prozeßgasleitungen, Wasser- und Dampfleitungen etc., für den Ausbau und Einbau von Umwälzverdichtern usf. Hierfür muB genügend Platz zwischen den erwähnten Verklammerungen der Druckbehälterteile vorhanden sein, ferner muß der Verbindungskanal eine ausreichende Länge besitzen. Für größere Ausbauvorgänge kann der Kanal verlängert oder - vorzugsweise -lösbar gestaltet werden. Nach einem solchen Lösungsvorgang muß zumindest einer der Behälterteile versohiebbar oder verdrehbar sein. Alternativ kann der Verbindungskanal mit den Deckeln fest verbunden werden, wobei nach Lösen eines Deckels das betreffende Druckbehälterteil (gegebenenfalls auch das andere mitsamt Verbindungskanal und Deckel) weggeschoben wird.
Grundsätzlich ist auch eine z.B. um 90 oder 1800 gekrUmmte Ausführung des Verbindungskanals nicht auszuschließen, wobei die Behälterteile übereck bzw. nebeneinander oder übereinander angeordnet wären. Man würde jedoch in der Regel wahrscheinlich mehr an Sicherheit verlieren, als man hierdurch an Zugänglichkeit gewinnt.
Die verschiedenen Möglichkeiten des Zugangs zu den Stirnflächen sind schematisch in Fig. 11 dargestellt. In Fig.
11a werden die Behälterteilstücke 24 und 25 durch Lösen von Deckeln an den Deckelfläohen 22 oder 23 (vgl. Fig. 8) oder durch Lösen des Kanals, beispielsweise in der Mitte an der Fläche 28, voneinander getrennt; durch vorzugsweise axiales Verschieben in Pfeilrichtung 29, gegebenenfalls auch durch seitliches Verschieben in Pfeilrichtung 31 oder Verschwenken in Pfeilrichtung 32 lassen sich die Teilstücke voneinander abrücken.
Die beschriebene Verbindung der Behälterteilstücke 24 und 25 durch lange oder gekrümmte Kanäle 26 sind in Fig. lib, 11c und lid wiedergegeben.
Faßt man den Erfindungsgedanken in seinem Grundkonzept mit Vörzugsausführungen zusammen, so läßt er sich wie folgt kennzeichnen: Reaktorcore in einem Druckbehälter, mit senkrecht aufeinanderstehenden Achsen (hydraulische Vorteile bei großen Cores; vorzugsweise als stehendes Core in liegendem Druckbehälter (Vorteile stehender Cores verbunden mit großen montagetechnischen Vorteilen des liegenden Druckbehälters); Verlängerung des liegenden Druckbehälters zur Integration nachgeschalteter Aggregate (VoF teile der Integration verbunden mit guter Montierbarkeit und Zugänglichkeit, schlanker, einfacher Bauform und großem Raum für die Einbauten); Integration großer komplexer Systeme in sehr langem, gegebenenfalls geteilten und yerspannten Druckbehälter (erstmals mögliche Verwirklichung unter Erhaltung aller vorgenannten Vorteile)0 Diese Erfindungsmerkmale lassen sich ganz oder teilweise auf alle in Druckbehältern unterzubringenden Reaktortypen anwenden. Aus der Fülle der möglichen Anwendungen, konstruktiven Ausgestaltungen, Schaltungen und Prozesse werden nachstehend einige Beispiele anhand der weiteren zeichnerischen Darstellungen zur Erläuterung der Einzelheiten der Erfindung näher beschrieben0 Es zeigen: Figo 12 Querschnitt durch einen Siedewasserreaktor in einem liegenden Druckbehälter mit von unten einfahrenden Steuerstäben; Fig. 13 Darstellung gemäß Fige 12 mit im wesentlichen von oben einfahrenden Steuerstäben; Fig. 14 Wasser-Dampf-Trennung und oben angeordneter Steuerstab, Aufsicht; Fig. 15 Längsschnitt durch einen Kugelhaufenreaktor in einem liegenden Druckbehälter; Fig. 16 Schnitt entlang der Linie XVI - XVI in Fig. 15; Fig. 17 Schnitt entlang der Linie XVII - XVII in Fig. 15; Fig. 18 8 Längsschnitt durch einen Hochtemperaturreaktor mit prismatischen Brennelementen mit einem Dampferzeuger in einem liegenden Druckbehälter; Fig. 19 Schnitt entlang der Linie XIX - XIX in Fig. 18; Fig. 20 Schnitt entlang der Linie XX - XX in Fig0 18; Fig. 21 Schaffung eines nicht verkleinerbaren Querschnitts zwischen sechseckigen Brennelementen; Fig. 22 Längs schnitt durch eine Heliumturbinenanlage in einem liegenden Druckbehälter; Fig. 23 Schnitt entlang Linie XXIII - XXIII in Fig. 22; Fig, 24 Schaltschema für den in Fig. 22 und 23 dargestellten Kreislauf; Fig0 25 Längsschnitt durch zwei Druckbehälterteilstücke mit Verbindungskanal entsprechend Fig. 9, mit schematischer Darstellung einer Prozeßwärmenutzung über einen integrierten Zwischenkreislauf; Fi. 26 Schaltschema zu Fig. 25; Fig. 27 Längsschnitt durch einen Gasgekühlten Brutreaktor in einem liegenden Druckbehälter; und Fig. 28 Schnitt entlang der Linie XXVIII - XXVIII in Fig. 27.
Es sei ausdrücklich festgestellt, daß es sich hier um Beispiele handelt, die sinngemäß in praktisch beliebiger Vielfalt modifiziert werden können. Im Zusammenhang mit dem in Fig. 12 und 13 im Querschnitt dargestellten Siedewasserreaktor (mit dem Core 4 im Druckbehälter 1), lassen sich die mit der Erfindung erzielbaren hydraulischen Vorteile besonders augenfällig erläutern. Mit der Abflachung des Cores wird der Druckverlust des Kühlmittels stark vermindert, so daß entweder Naturumlauf möglich ist oder für den erforderlichen Umlauf Wasserstrahlpumpen 33 ausreichen, die ausschließlich mit Speisewasser angetrieben werden. Bei der bisherigen Anwendung von Wasserstrahlpumpen mußte ein Teil des umlaufenden Wassers aus dem Druckgefäß entnommen und nach Druckerhöhung in einer externen Pumpe den Wasserstrahlpumpen im Druckgefäß zugeführt werden0 Für die Unterbringung der Einbauten in den Räumen 34 und 35 sind mehrere konstruktive Lösungen denkbar, wozu hier einige Beispiele gegeben seien. In Fig. 12 werden die Steuerstäbe in konventioneller Weise von unten aus Raum 34 eingefahren; die Steuerstäbe sind besonders am Rand etwas verkürzt, um Höhe zu sparen (vgl. Fig. 3)o Im Einbautenraum 35 wird lediglich eine Grobtrennung von Dampf und Wasser vorgenommen. Hierbei ist die mit der Core-Abflachung verbundene, von oben gesehen größere Coreoberfläche von großem Vorteil, In Fig. 13 werden die Steuerstäbe von oben aus Raum 35 eingefahren. Die Steuerstäbe sind gegenüber der bisherigen kreuzförmigen Ausbildung flach zu gestalten und quer zur Druckgefäßachse anzuordnen, um das Abströmen des Wassers zum Rande hin zu ermöglichen. Diese Anordnung hat folgende Vorteile gegenüber Fig. 12: Einfallen der Steuerstäbe unter Schwerkraft (anstatt wie bisher üblich mit hydraulischem Antrieb); höhere Steigschächte, die den Wasser-Dampf-Umlauf fördern, die Wasser-Dampf-Trennung erleichtern und die größere Unterschiede im Wasserstand 36 zulassen (leichtere Regelung); mehr Platz für einen Brennelementausbau nach oben.
Zur Regelung eines Siedewasserreaktors ist es vorteilhaft, Regelgifte von unten in das Core einzufahren; hierzu können teillange Steuerstäbe, die von oben in den unteren Einbautenraum 34 ausgefahren werden können oder zusätzliche, im Raum 34 angeordnete kurze Regelstäbe verwendet werden (wenn letztere auch zum Abschalten verwendet werden, könnte sogar an der Länge der oberen Stäbe gespart werden, vgl.
Fig. 4), Bei der Wasser-Dampf-Trennung besteht bei beiden Varianten (Fig. 12 und 13) die Gefahr, daß Dampf in der zum Corerand hin zunehmenden Querströmung 37 mitgerissen wird. Um dies zu verhindern, erhalten die Brennelemente Steigschächte, die sich von dem quadratischen Brennelementquerschnitt zu einem vorzugsweise tropfenförmigen Querschnitt verjüngen; nach einer - gegebenenfalls drallunterstützten -Grobtrennung von Dampf und Wasser öffnet sich der Steigschacht zum Corerand hin, um das Wasser austreten zu lassen0 Fig. 14 zeigt eine Aufsicht von oben auf einen solchen Steigschacht 39 im Querstrom 37; darunter ist die quadratische Kontur 41 des Brennelementes erkennbar, die allmählich in die tropfenförmige Kontur 39 übergeht. Der außerdem dargestellte flache Steuerstab 42 in einer Stabführung 43 ist nur auf Fig. 13 zu beziehen.
Der aus dem Steigschacht tretende feuchte Dampf tritt über einige Umlenkungen, die die Wasserabscheidung begünstigen, in den Frischdampfkanal 38 (Fig. 12 und 13).
Der Dampf wird an der Stirnseite der Druckbehälter schließlich von restlichen Wassertröpfchen befreit (getrocknet).
Für den Brennelementwechsel sind sowohl bei Fig. 12 als auch bei Fig.13 die im Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 diskutierten Gesichtspunkte maßgeblich, wobei - insbesondere bei Fig. 12 auch ein Ausbau nach unten zu betrachten ist.
Je nach gewählter Methode müssen alle Brennelemente oder nur die Brennelemente am Rand oder keine Brennelemente in ihrer Länge geteilt werden.
Beim Druckwasserreaktor gilt das zum Siedewasserreaktor gesagte mit folgenden Vereinfachungen: Die Steuerstäbe werden stets von oben eingefahren, auch zum Regler. Eine Wasser-Dampf-Trennung entfällt.
Vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten für liegende Druckwasserreaktoren sind dort zu sehen, wo es auf niedrige Bauhöhe ankommt, beispielsweise im Schiffsbau oder bei unterirdischer Bauweise in stadtnahen Heiz(kraft)werken.
Fig. 15 und 16 zeigen eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines stehenden Reaktorcores in einem liegenden Druckbehälter. Bei diesem beispiel handelt es sich um einen gasgekühlten Kugelhaufenreaktor, dessen Wirkungsweise grundsätzlich bekannt ist und daher hier nicht näher erläutert zu werden braucht.
Wie aus Fig. 15 und 16 hervorgeht, ist im liegenden Druckbehälter 1 das Core 4 derart untergebracht, daß Abschirmung und Isolierung 44 in ihrer Form der Innenwandung des Druckbehälters angepaßt, also in ihrem Außenmantel zylindrisch geformt sind. Innerhalb der Abschirmung und Isolierung befindet sich der Reflektor 45, der das eigentliche Core in Form des Kugelhaufens 4 umschließt.
Im Boden des Reflektors sind Abzugstrichter 46 für die Brennelementkugeln vorgesehen, die in Abzugsrohre 47 miinden (in Fig. 15 auf den mittleren senkrechten Schnitt durch den Druckbehälter 1 hineinprojiziert, vgl. Fig. 16)o Vorzugsweise ist jeder Abzugstrichter 46 aus vier annähernd quadratischen, ebenen Platten gebildet, die zum zugehörigen Abzugsrohr 47 geneigt verlaufen. Die Zugabe von Kugeln erfolgt über oberhalb des Cores vorgesehene Zuführrohre 48, die sich durch den oberen Teil des Druckbehälters 1, der Abschirmung und Isolierung-44 sowie des Reflektors 45 bis in den sich über dem Kugelhaufen 4 befindenden sogenannten Kaltgasraum 49 erstrecken.
Untehalb des Reflektorbodens befindet sich ein Heißgas sammelraum 51, von dem aus das erhitzte Kühlgas, vorzugsweise Helium, über einen Heißgaskanal abgeführt wird0 Letzterer durchdringt in Form von gelochten Abschirmblöcken den unteren, stirnseitigen Teil des Reflektors 45, der Abschirmung 44 und der zusätzlichen stirnseitigen Abschirmung 18 (vgl. Fig. 8).
Von diesen nachgeschalteten Aggregaten wird das abgekühlte Kühlgas über zwei stirnseitig seitlich in die zusätzliche Abschirmung 18 mündenden Kaltgaskanäle 53 (hier versetzt gezeichnet) zurückgeführt. Das Gas strömt in viertelkreisförmigen Kanälen zwischen der zusätzlichen Abschirmung 18 und dem stirnseitigen Teil der Abschirmung und Isolierung 44 nach oben in den Sammelraum 54, von dort in den Kaltgasraum 49 zur homogenen Verteilung über die Oberfläche des Kugelhaufens, Die beschriebene Gasführung ist in Fig0 17 als Schnitt XVII - XVII durch Fig. 15 dargestellt.
Im Raum 55 zwischen der Abschirmung und Isolierung 44 und der Stirnseite bzw. dem Verschlußdeckel des Druckbehälters 1 befinden sich mehrere Nachwärmeabfuhr-Aggregate 56.
Dieses Ausführungsbeispiel macht die Vorteile der Erfindung außerordentlich deutlich. So ist zunächst eine optimale Raumausnutzung durch Ausnutzung der Kreissegmente zwischen dem annähernd quaderförmigen Core 4 und dem Druckbehälter 1 für die Kalt- und Heißgasführung gegeben.
Darüber hinaus wird kein Platz für den Ausbau von Brennelementen oder für Steuerstäbe (siehe unten) benötigt, so daß gegenüber der Bauweise mit stehendem Druckbehälter eine Coreabflachung und Durchmesserverkleinerung erreicht wird, z.B, habe ein Core von 450 m3 bei liegender Bauweise die Abmessungen: 4,5 m Höhe 8 m Breite durchmesserbestimmende Diagonale : 9,2 m 12,5 m Länge bei stehender Bauweise 5,5 m Höhe (4,5 m) 10,2 m Durchmesse n no Das heißt, in diesem Beispiel werden 1 m Corehöhe und 1 m Druckbehälterdurchmesser gespart; bei gleicher Coreabflachung im stehenden Druckbehälter würde die Durchmesserdifferenz 2,1 m (Klammerwerte) betragen. Durch die Coreabflachung wird der Druckverlust über das Core um 452b vermindert; mit einer dank des geringen Durchmessers wirtschaftlich sinnvollen Anhebung des Systemdruckes vermindert sich der Druckverlust noch mehr.
Bei liegender Bauweise kann eine selbsttragende Uberwölbung des Cores mit Reflektor 45 sowie Abschirmung und Isolierung 44 sehr platzsparend ausgeführt werden (bei stehender Bauweise würd die Gewölbehöhe die Druckbehälterhöhe vergrößern)0 Die selbsttragende Deckenkonstruktion hat den großen Vorteil, daß die Einbauten komplett vormontiert und als eine Einheit in den Druckbehälter eingeschoben werden können0 Bei der Ausführung des THTR 300 ist dagegen die Deckenkonstruktion mit Stangen am Deckenliner aufgehängt. Die Stangen sind zudem metallisch, was die Gefahr mit sich bringt, daß sie bei einem - für die Brennelemente weitgehend unschädlichen - Aussetzen der Kühlung versagen. Die hier beschriebene selbsttragende Deckenkonstruktion hat dagegen den zusätzlichen Vorteil, daß sie leicht vollkeramisch (hochtemperaturbeständig) ausgeführt werden kann.
Im einzelnen kann die selbsttragende Konstruktion wie folgt aufgebaut werden (vgl. Fig. 16): Eine halbzylinderförmige Stahlwanne 57 wird mit Profileisen außen versteift und auf der unteren Wand des Druckbehälters gelagert, Die unteren keramischen Einbauten (Abschirmung und Isolierung 44 sowie Reflektor 45) werden säulenförmig auf Konsolen 58, die an der Wanne befestigt sind, aufgebaut, Die oberen keramischen Einbauten werden wie ein Tunnelgewölbe auf die Säulenkonstruktion gelagert; der notwendige Gewölbedruck wird durch dünne Bleche 59 aufgebracht, die mit Scharnieren 61 an der Wanne befestigt sind, sich um das Gewölbe legen und mit Federn 62 auf Zug gespannt werden. Das Gewölbe kann grundsätzlich einlagig oder mehrlagig ausgeführt werden: Bei einlagiger Bauweise werden verschiedene Werkstoffe des inneren und äußeren Reflektors, der Abschirmung und der Isolierung in geeigneter Größe durchgehend zu einem Stein 63 verbunden, der vorzugsweise außen trägt und nach innen durch radiale Spalte von den Nachbarsteinen getrennt ist (nur bei sehr großen Temperaturerhöhungen auf der Innenseite könnten sich die Spalte schließen und die Steine eventuell auf der Innenseite tragen). Bei mehrlagiger Bauweise würden stets die innersten Steine 64 tragen; in allen folgenden äußeren Lagen 65 müssen radiale Spalte frei bleiben, um eine Druckübertragung auf die innersten Steine 64 zu ermöglichen. Durch geeignete Dübel und Federn wird die Stabilität der ganzen Anordnung gewährleistet (insbesondere die Addition von Spalten vermieden).
Wie bereits erwähnt, sind in den Einbauten 44 die Abschirmung und die Isolierung zusammengefaßt. Im Gegensatz hierzu ist bei allen isolierten Reaktoren die Isolierung auf der Innenseite des Druckbehälters 1 angebracht, was stets zeitraubende Montage auf der Baustelle, zum Teil auf dem kritischen Terminpfad, bedingt. Die Verlegung der Isolierung auf oder in die Einbauten 44 unterstützt den Erfindungsgedanken der weitgehenden Vormontage wie auch den der Demontage zum Zwecke der Reparatur - beispielsweise des Liners (innere Dichthaut 66 des Druckbehälters 1) - in hervorragender Weise. Darüberhinaus ist es nunmehr möglich, die Wandung des Druckbehälters 1 kalt zu halten, indem das Medium zwischen Druckbehälter 1 bzw.
Dichthaut 66 und den Einbauten 44 in kompakten Wärmetauschern gekühlt wird. Bisher wurde hierfür stets eine die ganze Innenfläche des Druckbehälters 1 überziehende Linerkühlung verwendet. Als solche kompakte Wärmetauscher können die ohnehin vorhandenen mit hoher Funktionssicherheit und Redundanz ausgelegten Nachwärmeabfuhraggregate 56 verwendet werden, womit der Zweck der Kühlung in einfachster Weise ohne zusätzliche Aggregate erreicht wird0 (Das hier Gesagte gilt nicht für heißgehende Druckbehälter, die bekannterweise für gasgekühlte Reaktoren erwogen werden, jedoch noch eine größere Zahl von Problemen aufweisen).
Neben diesen Vorteilen, die sich für verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgedankens (flaches Core, schnelle Montage) ergeben, sind noch eine Reihe spezifischer Vorteile zu nennen: Die liegende Bauweise des Druckbehälters erlaubt eine günstige Einführung der Corestäbe 67 von der Seite her, wodurch die benötigte Kraft zum Einfahren wesentlich geringer wird als beim Eindringen von Steuerstäben in den Kugelhaufen von oben0 Bei großen Kugelhaufen mit einmaligem Kugeldurchgang und entsprechend geringer Haufenauflockerung werden bekanntlich wegen der Einfahrschwierigkeiten unter anderem komplizierte korkenzieherförmige Steuerstäbe erwogen. Das Einfahren von der Seite her wäre dagegen mit wesentlich einfacher geformten, eventuell glatten bleistiftförmigen Stäben möglich, die außerdem entsprechend einfacher anzutreiben sind. Die Steuerstabdurchführungen durch den Zylindermantel des Druckbehälters (wie auch die Durchführungen für Kugelzugabe und -entnahme) haben kleine Durchmesser, so daß sie gut zwischen den Spannkabeln unterzubringen sind. Weitere Fragen wie die des Stabantriebs, der Druckbehälterabdichtung im Bereich des Stabdurchtritts, der Verhinderung des Stabauswurfs, des Nachrollens und Wie#lerausstoßens von Kugeln, des Hochbiegens des Stabes beim Einfahren etc. können konstruktiv gelöst werden, ohne daß dies hier im einzelnen dargelegt werden muß.
Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bauweise ist der rechteckige Grundriß des Corebodens, der in annähernd quadratische Kugelfließregionen eingeteilt werden kann, z.B. in sechs Trichter a 4 x 4 m. Wenn jeder Trichter 46 in der zuvor erwähnten Weise aus quadratischen Teilplatten, die diagonal zum Abzug hin geneigt angeordnet werden, besteht, wird damit die steilste Böschung bei längstem Weg geschaffen, so daß bereits hierdurch eine positive Auswirkung auf die Gleichmäßigkeit des Kugelfließverhaltens erreicht wird, wobei gleichzeiteig die Herstellung der Bodenfläche wesentlich vereinfacht werden kann.
Die Fig0 18, 19 und 20 sind im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15, 16 und 17 zu sehen, wobei sich die in den Fig. 18 bis 20 dargestellte Möglichkeit von dem Ausführungsbeispiel eines Kugelhaufenreaktors dadurch unterscheidet, daß nunmehr der Hochtemperaturreaktor mit blockförmigen Brennelementen beschickt ist und andererseits eine Integration nachgeschalteter Aggregate im Druckbehälter hier dargestellt ist. Das Core 4 ist vom Reflektor 45 sowie der Abschirmung und Isolierung 44 umgeben und stehend im Druckbehälter 1 untergebracht. Wie aus Fig. 19 hervorgeht, sind Abschirmung, Isolierung und Reflektor im wesentlichen der Zylinderform des Behälters 1 angepaßt; sie sind im oberen Teil abgeflacht, so daß oberhalb des Cores ein sichelförmiger Raum 68 entsteht, der der Gasführung und dem Brennelementwechsel dient. Dieser Raum 68 erstreckt sich axial über die Länge des Cores sowie der Einbauten 44 und 45 und weist im Querschnitt eine der Innenwand des Behälters 1, gegen die er durch eine Isolierung 69 abgegrenzt ist, angepaßte Kreisbogenform auf, während die Grundfläche durch die oben flach gestaltete Abschirmung 44 bestimmt wird. Unterhalb des Cores 4 befindet sich ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 ein Heißgassammelraum 51, der in bereits beschriebener Weise in einen Heißgaskahal 52 übergeht.
Der obere Raum 68 ist in der bereits im Zusammenhang mit Fig. 15 und 17 beschriebenen Weise durch die zusätzliche Abschirmung 18 hindurch mit dem die nachgeschalteten Aggregate aufnehmenden Raum verbunden, d.h.
er erhält das Kühlgas von dort über die in Fig0 18 wie in Fig. 15 versetzt dargestellten Kaltgaskanäle 53.
Von oben erstrecken sich durch den Behälter 1, den oberen Raum 68 sowie die Abschirmung, Isolierung 44 und den Reflektor 45 mehrere Steuerstäbe 71 bis in den Bereich des Cores 4.
Im coreseitigen Deckel des Druckbehälters 1 ist mindestens eine verschließbare Öffnung 72 vorgesehen, die dem beschleunigten Wechsel von Brennelementen dient.
Dieser Behälterdeckel weist außerdem im unteren Bereich mehrere Durchdringungen auf, in denen NachwärmeabSuhrverdichter 73 untergebracht sind, die mit Nachwärmeabfuhr-ärmetauschern 56 in Verbindung stehen, die ihrerseits heißes Gas über einen Kanal 74 aus dem oberen Raum 68 ansaugen. Verdichter 73 und Kanal 74 sind übrigens sinngemäß auf Fig. 15 übertragbar (dort aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt).
Auf der dem Reaktor gegenüberliegenden Seiteder zusätzlichen Abschirmung 18 befindet sich der Raum für die nachgeschalteten Aggregate, und zwar im dargestellten Beispiel für einen Überhitzer 75 - eventuell mit Zwischenüberhitzer - , für einen Verdampfer und Vorwärmer 76 sowie für in den stirnseitigen Verschlußdeckel eingelassene Verdichter 77, die seitlich vom mittleren senkrechten Schnitt durch den Deckel angeordnet sind und zur Verdeutlichung in die Schnittebene projiziert wurden. In der Schnittebene werden in diesem Beispiel die H20-Zu- und -Abführleitungen angeordnet.
Wie aus Fig. 20 hervorgeht, die einen Querschnitt durch den die nachgeschalteten Aggregate enthaltenden Teilraum des Behälters 1 darstellt, werden die sich durch die Einbauten - beim dargestellten Querschnitt sind dies Verdampfer und Vorwärmer 76 - ergebenden sichelförmigen Teilräume zwischen den quaderförmigen Blockaggregaten und der Innenwand des Druckbehälters 1 ausserordentlich vorteilhaft genutzt. So werden die seitlichen Sichelräume für die Kaltgasführung von den Verdichtern 77 aus als Kaltgaskanäle 53 verwendet, während der obere Sichelraum 78 für die Gas führung vom Überhitzer 75 zum Verdampfer 76 und der untere Sichelraum 79 als Kaltgasführung zu den Verdickfern 77 hin dient.
Die Beschickung kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch die Stirnseite des Druckbehälters erfolgen, was erhebliche Vorteile mit sich bringt. So wird dadurch eine große Zahl mittelgroßer Öffnungen im zylindrischen Mantel des Druckgefäßes vermieden, gleichzeitig aber eine seitliche Beschickung erreicht, die ein leichtes Einfahren über die Stirnseiten ermöglicht und durch den großen Hohlraum 68 über der Abschirmung 44 (deshalb vorzugsweise fluchtende Lage der Öffnung(en) 72 mit dem Raum 68) die Beschickung von der Seite her bis über das Core in einfacher Weise zulässt.
Für die Funktionen: Transport von Geräten und Brennelementen von aussen nach innen und umgekehrt, Transport innerhalb des Raumes 68, Heben und Senken der verschiedenen Elemente und deren teilweise Zwischenlagerung ist eine Fülle von mono- und multifunktionalen Geräten und Gerätekombinationen möglich. Z.B. könnten die Funktionen durch zwei Fließbänder (für den Weg hinein und hinaus), mehrere von einer Schiene operierde Greifer und mehrere einfache Hebegeräte, die sich auf dem Boden des Raumes 68 abstützen, erfüllt werden.
Durch eine möglichst hohe Zahl parallel mit möglichst kurzen Hüben arbeitender, möglichst einfacher Geräte kann der Brennelementwechsel sehr beschleunigt werden. Auch die geringe Zahl zu öffnender Durchdringungen des Druckbehälters (hier z. B. 2 für die Fließbänder plus 1 für die Greiferschiene) wirkt zeitsparend.
Die notwendige Unterkritikalität während der vielen Parallelen Wechselvorgänge wird dadurch erhalten, daß die Steuerstäbe nicht mehr gezogen werden. Der Verzicht auf Steuerausbau beschleunigt den Brennelementwechsel zusätzlich.
Diese Maßnahme ist z. B. dadurch zu verwirklichen, daß die Steuerstäbe nicht mehr in eine Brennelementsäule, sondern zwischen den Säulen einfahren. Wie in einem solchen Fall der notwendige Querschnitt für den Durchtritt der Steuerstäbe unter allen Umständen auf einfache Weise freigehalten werden kann, zeigt Fig. 21: Dort sind die einander gegenüberliegenden Ecken dreier sechseckiger Brennelemente 81 gerade abgeschnitten, so daß ein dreieckiger freier Querschnitt 82 entsteht. Da der Abstand einer Spitze dieses Dreiecks von seiner zugehörigen Basis bei Jeder denkbaren seitlichen Verschiebung der Brennelemente erhalten bleibt, kann der Querschnitt niemals verkleinert werden. Dies wird durch Vergleich von Fig. 21 a mit Fig. 21 b veranschaulicht.
Durch die Beschleunigung des Brennelementwechsels wird der folgende umständliche, aber sonst sehr vorteilhafte Brennelementwechsel erstmals in annehmbarer Zeit möglich: Entnahme aller Brennelemente der untersten Lage(en), entsprechendes Absenken aller darüber befindlichen Brennelemente und Einbringen neuer Brennelemente in die oberste(n) Lage(n). Mit diesem Schichtweisen Brennelementwechsel kann bekanntermaßen die maximale Brennelementtemperatur stark abgesenkt werden, die Zahl unterschiedlicher Brennelezite kann erheblich vermindert werden, der Abbrand wird vergleichmäßigt, der Spaltstoffbedarf wird etwas vermindert, schließlich kann die Kühlgasdrosselung zur unterschiedlichen Verteilung des Kühlgases auf Brennelementsäulen unterschiedlichen Alters entfallen (damit vermindert sich die Leistung des Umwälzverdichters).
Hauptvorteil dieses Ausführungsbeispieles ist, daß die Erfindungsgedanken flaches Core, einfache Montage und Integration hier besonders leicht zu verwirklichen sind. Ausserdem ist der durch die Erfindung gegebene wirtschaftliche Nutzen bei diesem Ausführungsbeispiel besonders groß.
In den Fig. 22 und 23 ist eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung auf die nachgeschalteten Aggregate dargestellt, und zwar handelt es sich dabei um eine einem Hochtemperatur-Reaktor nachzuschaltende Heliumturbine, die mit den zugehörigen Wärmetauschern voll integriert in einem liegenden Druckbehälter untergebracht ist. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, umschließt der Druckbehälter 1, der zur Vereinfachung in Fig. 22 zum Reaktorteil hin gebrochen dargestellt ist, die koaxial angeordnete Turbine 83, die mit Helium betrieben wird, das als Heißgas vom Hochtemperatur-Reaktor durch den Kanal 84 der Turbine 83 zugeführt wird. Der Turbine nachgeschaltet ist der ebenfalls koaxial angeordnete Kompressor 85, dem dann der koaxial angeordnete Generator 86 folgt, der ganz, teilweise oder auch gar nicht im Druckbehälter 1 integriert angeordnet werden kann.
Um die Turbine 83 sowie den Kompressor 85 herum ist ein Splitterschutz 87 vorgesehen,- der die ringförmig um die Turbine und den Kompressor erfindungsgemäß angeordneten Räume und Aggregate, die dann nach ausin hin vom Zylinderteil des Behälters 1 umgeben sind, schützt. So sind im Bereich des Kompressors 85 gemäß der Schnittdarstellung nach Fig. 23 sternförmig mit der dort dargestellten Leitungsführung abwechselnd mehrere Rekuperatoren 88 und Kühler 89 angeordnet. Die nicht im Schnitt XXIII - XXIII liegenden Verbindungen der Aggregate 88 > 89 / 89 > 85 / 85 i88 sind in Fig. 23 auf diesen Schnitt projiziert worden.
Von den Rekuperatoren 88 strömt Gas mit Reaktoreintrittstemperatur zum Reaktor zurück" die zugehörigen Gasleitungen werden im Ringraum zwischen dem Splitterschutz 87 um Turbine 83 und dem Druckbehälter 1 nach oben geführt. In Fig. 22 ist lediglich der oberste Gasrückführungskanal 91 dargestellt.
Das zu den Fig. 22 und 23 gehörende Schaltschema ist in Fig. 24 dargestellt und bedarf keiner näheren Erläuterungen, da die in den Fig. 22 und 23 verwendeten Bezugszeichen hier eingetragen sind. Dieses erleichtert es auch, den Weg des Gases zu verfolgen, der zusätzlich als Linie 92 in Fig. 22 eingetragen worden ist.
Die vorstehende Beschreibung der Anordnung der im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Heliumturbine für einen Hochtemperatur-Reaktor zeigt die enorme Vereinfachung, die sich gegenüber bekannten Vorschlägen ergibt. Die Achsen der Turbinen-, Kompressor- und Generatorwellen fallen mit der Druckgefäßachse zusammen, was eine kompakte Bauweise bedeutet und gleichzeitig zu einem äusserst schlanken Druckgefäß führt. Ferner lassen sich die Abmessungen des Turbokompressors, der Wärmetauscher etc. weiter verkleinern, da sich das Druckniveau wegen der schlanken Bauweise gegenüber bisherigen Heliumturbinenkonzepten anheben lässt. Damixer hinaus strömt das Gas auf sehr kurzen Wegen, nämlich vom Heißgaskanal zur Turbine, von dieser direkt zum Rekuperator, von dort äus direkt zum Kühler, der wiederum direkt mit dem Verdichter verbunden ist, von dem aus das Gas direkt zum Rektor strömen kann, von wo aus es in einer nur unwesentlich längeren Leitung zum Reaktor zurückgelangt. Damit erweist sich der Erfindungsgedanke des liegenden Druckbehälters gerade bei diesem Konzept als besonders fruchtbar, da es bei allen bisherigen integrierten und nicht integrierten Vorschlägen keinen in seiner Einfachheit und wirkungsvollen Zuordnung vergleichbaren Turbokompressor mit Wämnetauschem gibto Für die Unterbringung noch größerer und verzweigter Systeme bietet sich im Rahmen der Erfindung die im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebene Behälterteilung an.
Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 25 in Form eines Blockschemas wiedergegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Druckbehälter-Teilstücke 24 und 25 wie in Fig. 9 axial fluchtend hintereinander angeordnet und durch den Kanal 26 als Zwischenstück miteinander verbunden.
Im Teilstück 24 ist in diesem Beispiel ein Hochtemperaturreaktor-Core (einschließlich aller zugehörigen Einbauten) 93 mit einem in geeigneter Weise angeschlossenen Zwischenwärmetauscher 94 untergebracht, während sich im Teilstück 25 ein Methanspal-t-Wärmetauscher 95 und ein Dampferzeuger 96 befindet0 Das zugehörige Schaltbild ist in Fig. 26 dargestellt: Die im Reaktor 93 erzeugte Wärme wird über den Primärkühlkreis 97, in dem vorzugsweise Helium mit Hilfe eines Primärverdichters 98 umgewälzt wird, dem Zwischenwärmetauscher 94 zugeführt und von dort über einen ebenfalls vorzugsweise mit Helium betriebenen Zwischenkreislauf 99, der einen Zwischenkreisverdichter 101 aufweist, sowohl dem Prozeßwärmetauscher 95 - im vorliegenden Fall ein Methanspalt-Wånnetauscher- als auch dem Dampferzeuger 96 zugeführt. Die chemische Formeln für den Methanspaltprozeß sind in Fig. 26 für die zugehörigen Leitungen angegeben.
Die erfindungsgemäße t'Integration mit Druckbehälteraufteilung" eröffnet insbesondere für dieses Ausführungsbeispiel baulich erhebliche Vereinfachungen; so können Prozeg-und Wasser-Dampf-Durchdringungen, Primärverdichter 98 und Zwischenkreisverdichter 101 in den äußeren oder in den durch die Aufteilung des Druckbehälters zusätzlich geschaffenen Stirnflächen untergebracht werden.
Hinsichtlich der Druckgefälle und damit unter Umständen verbundener Leckschwierigkeiten ergeben sich vorteilhbfte Verhältnisse, wenn die Drucke im Primärkreis, im Zwischenkreis und im Druckbehälter annähernd gleichgehalten werden. Die durch die Erfindung ermöglichte Vollintegration und der erwähnte Druckausgleich erleichtern zum einen die Auslegung der Heißgassammler; bei herkömmlichen Systemen, die aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht mehr voll integrierbar sind, müssen die Heißgassammler im Falle eines Leitungsbruches gleichzeitig den Systemdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre halten und entsprechend ausgelegt werden. Zum anderen brauchen auch die Heißgasführungen sowohl vom Core 93 zum Zwischenwärmetauscher 94 als auch vom Zwischenwärmetauscher 94 zum Prozeßwärmetauscher 95 keine wesentlichen Druckhalte-und Dichtheitsanforderungen mehr zu erfüllen. Damit ist eine erhebliche technologische Erleichterung in der Ausführung dieser Komponenten verbunden; so können z.B.
weitgehend oder ausschließlich keramische Werkstoffe verwendet werden. In gleicher Richtung wirkt die bereits erwähnte Möglichkeit, die Querschnitte der Gasführung groß zu bemessen und damit die Erosion gering zu halten. Schließlich erleichtern die geringen Druckdifferenzen, die aufgrund der Integration auch bei Störfällen gegeben sind, die keramische Ausführung (des Hochtemperaturteils) des Zwischenwärmetauschers 94.
Von besonderer Bedeutung ist die Vollintegration schließlich im Hinblick auf Sicherheitsventile in der Heißgas führung, deren Notwendigkeit zur Zeit diskutiert wird.
Heißgasventile sind technologisch nicht oder nur äußerst schwierig zu verwirklichen. Mit der Vollintegration wird die Frage einfach dadurch gelöst, daß Heißgasventile nicht mehr notwendig sind.
Die Ausführbarkeit bisheriger Konzepte für Prozeßwärmeanlagen mit Zwischenkreislauf in der heute üblichen Größe (3000 MW) kann zwar nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden, jedoch bringt der durch die Erfindung gegebene Fortschritt erstmals ein solches System in den Bereich technisch und wirtschaftlich sinnvoller Realisierbarkeit.
Um die Breite der Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung zu veranschaulichen, sei abschließend die Anordnung eines stehenden Gasbrüters in einem liegenden Druckgefäß gemäß Fig. 27 und 28 dargestellt.
Fig. 27 und 28 zeigen innerhalb des Druckbehälters 1 das relativ kleine Core 4 das von einer starken Abschirmung 102 umgeben ist. Wegen der Kleinheit des Cores und des ohnehin gegebenen Platzbedarfs für die integrierten nachgeschalteten Aggregate (nicht dargestellt) macht es wenig aus, wenn über dem Core -4 ein großer Ausbauraum 103 für den Ausbau der praktisch nicht teilbaren Brennelemente (höchstens der obere Brutmantel könnte abgetrennt werden) freigehalten wird. Eine gewisse Einsparung an Höhe läßt sich jedoch realisieren, wenn man den Deckenteil der Abschirmung 102 verschieblich gestaltet (hier nicht dargestellt). In diesem Beispiel würde der Brennelementwechsel nach Entfernung des Stopfens 104 mit einem Hebe- und Schwenkapparat 105 durch die Stopfenöffnung und die fluchtende Druckgefäßöffnung 72 erfolgt (vgl0 Fig0 18)o Das Kühlgas kommt von den nachgeschalteten Aggregaten und wird durch die seitlich angeordneten Kaltgaskanäle 106 (Fig. 28) dem Core/von unten zugeführt; das Heißgas strömt durch den Ausbauraum 103 (Fig. 27) und den zentralen Heißgaskanal 107 wieder den nachgeschalteten Aggregaten zu. Da ein gasgekühlter Brüter mit absoluter Sicherheit unterbrechungslos gekühlt werden muß, sind zwei unabhängige redundante Nachwärmeabfuhrsysteme zu installieren. Hiervon wird ein System zweckmäßigerweise im Bereich der nachgeschalteten Aggregate untergebracht, das zweite gegenüber im Raum 108. Die Gaszuführung zum letzteren System könnte über die Stirnseite (ähnlich Leitung 74 in Fig. 18) oder seitlich durch die Heißgasleitungen 109 in Fig0 28 erfolgen.
Die Steuerstäbe werden von unten eingefahren (hier nicht dargestellt). Neben dem hier dargestellten stehenden Konzept des Gasbrüters ist auch ein hängendes Konzept bekannt; für dieses Konzept gelten Fig. 27 und 28 in gleicher Weise, wenn man die Darstellungen um 1800 dreht.
Hauptvorteil der hier beschriebenen Anordnung ist der (trotz der großen Ausbauhöhe) geringe Durchmesser des Druckbehälters - im Vergleich zur durchweg vorgeschlagenen Pod-Bauweise. Der geringe Durchmesser erlaubt einen hohen Systemdruck, der für die Wärmeabfuhr aus dem Gasbrütercore mit dessen außerordentlich hoher Leistungsdichte besonders vorteilhaft ist.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: (y)Kernreaktor mit einem wärmeerzeugende Brennelemente bzw.

Brennstoffe enthaltenden, vom Kühlmittel eines Primärkreises durchströmten Core innerhalb eines Druckbehälters, sowie mit weiteren zugehörigen Einbauten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Symmetrielängsachse des vorzugsweise zylindrxchenDruckbehälters im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmittels im Core verläuft.
2. Reaktor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Symmetrielängsachse des Druckbehälters horizontal verläuft.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Core im wesentlichen vertikal verläuft.
4. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß außer dem Core auch nachgeschaltete Aggregate, insbesondere Promär- und gegebenenfalls Zwischenwärmetauscher, Turbinen und dgl. im Druckbehälter angeordnet sind.
5. Reaktor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die nachgeschalteten Aggregate neben dem Core aigeordnet sind.
6. Reaktor nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die nachgeschalteten Aggregate durch eine ausreichende Abschirmung zwischen dem Core und diesen Aggregaten sowie durch eine entsprechend geringe Kontamination begehbar sind.
7. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druckbehälter mit mindestens einem lösbaren Deckel versehen ist.
8. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druckbehälter aus mehreren Teilstücken unterschiedlichen Durchmessers besteht, von denen mindestens zwei an ihrer Strnseite direkt miteinander verbunden sind.
9. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druckbehälter aus mindestens zwei Teilstücken gleichen oder unterschidlichen Durchmessers besteht, die jeweils durch einen Kühlmittel- und/oder sonstige Versorgungsleitungen aufnehmenden Kanal mit gegenüber den Druckbehälter-Teilstücken geringerem Durchmesser miteinander verbunden sind.
10. Reaktor nach Anspruch 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen lösbaren Kanal oder mit dem Kanal verbundene lösbare Deckel, verknüpft mit der Verschiebbarkeit und/oder Verdrehbarkeit mindestens eines der voneinander gelösten Behälterteilstücke.
11. Reaktor nach Anspruch 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen langen geraden oder durch einen gekrümmten Kanal, dessen Länge bzw. Krümmung ohne Lösen der stirnseitigen Deckel oder des Kanals den Zugang zum Behälter durch die durch den Kanal verbundenen Stirnflächen zuläßt.
12. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h selbsttragende Ausführung der Einbauten und nachgeschalteten Aggregate.
13. Reaktor nach Anspruch 12, insbesondere Reaktor mit kaltgehendem Druckbehälter, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Isolierung des Primärkreislaufs von der Druckbehälterwand abgerückt ist und mit den Einbauten verbunden oder selbsttragend ausgeführt ist.
14. Reaktor nach Anspruch 12 und 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Medium zwischen Druckbehälter und Isolierung in Wärmetauschern gekühlt wird.
15. Reaktor nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Wärmetauscher vorhandene Nachwärmeabfuhraggregate benutzt werden.
16. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche1 bis 15, insbesondere Kugelhaufenreaktor, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine selbsttragende Überwölbung des Cores.
17. Reaktor nach Anspruch 16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine einlagige Ausführung der Uberwölbung.
18. Reaktor nach Anspruch 16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine mehrlagige Ausführung der Uberwölbung.
19. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels ins Core einfahrenden, in den Druckbehälter integrierten Steuerstäbe kürzer sind als die aktive Corehöhe, insbesondere Corerand, bezogen auf den Druckbehälterquerschnitt.
20. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels ins Core einfahrenden, in den Druckbehälter integrierten Steuerstäbe von zwei Seiten in das Core einfahren.
21. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels ins Core einfahrenden Steuerstäbe in ausgefahrener Stellung aus dem Druckbehälter teilweise herausragen.
22. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß anstelle der Steuerstäbe und ihrer Antriebsstangen ganz oder teilweise flexible Elemente eingesetzt werden.
23. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß anstelle der Steuerstäbe Steuerabsorber in flüssiger Form vorliegt.
24. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 und 19 bis 23, insbesondere Siedewasserreaktor, g e -k e nn z e i c h n e t d u r c h oberhalb des Cores angeordnete Steuerstäbe.
25. Reaktor nach Anspruch 24, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h flache Steuerstäbe, die quer zur Druckbehälterachse angeordnet sind.
26. Reaktor nach Anspruch 24, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h teillange nach unten aus dem Core herausfahrbare Regelstäbe oder dunihkurze,von unten in das Core einfahrineRegelstäbe.
27. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, insbesondere Kugelhaufenreaktor, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerstäbe quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels in das Core einfahren.
28. Reaktor nach einem oder meheren der Ansprüche 1 bis 23, insbesondere Hochtemperatur-Reaktor mit prismatischen Brennelementen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Steuerabsorber zwischen den Brennelementen eingebracht wird.
29. Reaktor nach Anspruch 28, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h sechseckige Brennelemente, deren gegenüber liegende Ecken gerade abgeschnitten sind, zur Schaffung eines dreieckigen freien Raumes für die Steuerabsorber, der durch seitliche Bewegung der Brennelemente nicht verkleinert werden kann.
30. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i 0 h n e t , daß bündelförmige oder prismatische Brennelemente nach Ausbau etwaiger störender Einbauten nach einer Seite hin in einen Ausbauraum zwischen Core und Druckbehälterwand ausgebaut werden.
31. Reaktor nach Anspruch 30, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Brennelemente quergeteilt sind.
32. Reaktor nach Anspruch 30 oder 31, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Brennelementwechsel durch mindestens eine Öffnung in der Stirnseite des Druckbehälters erfolgt.
33. Reaktor nach Anspruch 31 oder 32, insbesondere Hochtemperatur-Reaktor mit prismatischen Brennelementen, d a d u r c h g e k e n n z e i 0 h n e t , daß mehrere Brennelementwechselgeräte mit den gleichen Aufgaben gleichzeitig direkt in einem Hohlraum über dem Core eingesetzt werden.
34. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 oder 27, insbesondere Kugelhaufenreaktor, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen Coreboden mit rechteckigem Grundriß, der in annähernd quadratische Kugelfließregionen mit je einem Abzugstrichter eingeteilt ist.
35. Reaktor nach Anspruch 34, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß jeder Abzugstrichter aus vier annähernd quadratischen ebenen, zum Abzugsrohr geneigt verlaufenden Platten besteht.
36. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das ganze Core zum Zwecke des Brennelementweehsels aus dem Druckbehälter gezogen wird.
37. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, 19 bis 26, 30 bis 33 oder 36, insbesondere Siedewasserreaktor, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h im Naturumlauf erfolgende Kühlung.
38. Reaktor nacn einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, 19 bis 26, 30 bis 33 sowie 36, insbesondere Siedewasserreaktor, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ausschließlich mit Speisewasser angiriebene Wasserstrahlpumpen zur Umwälzung des Kühlmittels.
39. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, 19 bis 26, 30 bis 33, 36 bis 38, insbesondere Siedewasserreaktor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Wasser-Dampf-Trennung in den Wasserquerstrom strömungsgünstig durchdringenden Steigschächten erfolgt, die zur Wasserabflußseite hin geöffnet sind.
40. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, 27 bis 36, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Integration einer Gasturbinenanlage, wobei ggf. der Generator nicht oder nur teilweise integriert ist.
41. Reaktor nach Anspruch 40, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Druckbehälter und die Welle von Gasturbine, Verdichter und Generator koaxial angeordnet sind, und db die integrierten, rotierenden Teile von einem Splitterschutz umgeben sind.
42. Reaktor nach Anspruch 41, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Rekuperatoren und Kühler zwischen Druckbehälterwand und Splitter schutz ringförmig angeordnet sind.