DE2639877A1

DE2639877A1 - Gasturbinen-kraftanlage mit geschlossenem gaskreislauf

Info

Publication number: DE2639877A1
Application number: DE19762639877
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl Ing Haferkamp; Alija Dipl Ing Hodzic; Karl-Uwe Dipl Ing Schneider
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1976-09-04
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DE2639877C2; US4175001A

Description

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HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Ilansaring 53-57

5000 Köln

Gasturbinen-Kraftanlage mit geschlossenem Gaskreislauf

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinen-Kraftanlage mit geschlossenem Gaskreislauf, bei der ein Kernreaktor als Wärmequelle, mindestens ein aus Turbine, HD- und KD-Verdichter bestehender Gasturbosatz sowie aus Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenenfalls Zwischenkühlern bestehende wärmetauschende Apparate gemeinsam innerhalb eines Reaktordruckbehälters angeordnet sind, wobei der von einem thermischen Schild um-

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INSPECTED

gebene Kernreaktor in einer mit einem Liner ausgekleideten Reaktorkaverne installiert und mit mindestens einer Heißgasleitung und einer Kaltgasleitung verbunden ist. Eine derartige Anlage bietet den Vorteil, daß nur die erzeugte mechanische oder elektrische Leistung und das nicht mit verseuchtem Gas in Berührung gekommene Kühlwasser aus dem Reaktordruckbehälter herausgeführt werden muß. Der Raum ausserhalb des Reaktordruckbehälters ist somit praktisch vor verseuchtem Gas geschützt, und sein Innenraum wird optimal ausgenutzt. Durch die integrierte Bauweise werden besondere Verbindungselemente zwischen den einzelnen Aktivgas führenden Anlageteilen vermieden, was sich gerade beim Bau und Betrieb von Hochtemperaturreaktoren sehr günstig aus\^irkt. Eine solche Gasturbinen-Kraftanlage ist z.B. in den deutschen Offenlegungsschriften 24 04 843 und 24 54 451 beschrieben.

Es ist bekannt, die Reaktordruckbehälter derartiger Anlagen zur Abdichtung mit einem Liner aus Stahlblech zu versehen. Um die Wandung des Reaktordruckbehälters, der aus Spannbeton oder Gußdruck hergestellt sein kann, vor der hohen Temperatur des Kühlgases zu schützen, wird der Liner auf seiner inneren Oberfläche mit einer thermischen Isolation ausgerüstet. Gleichzeitig wird auf der Außenseite des Liners (druckbehälterseitig) ein von Wasser durchflossenes Kühlsystem angeordnet, um auch den Liner vor zu großer thermischer Belastung zu bewahren. Bei dieser Anordnung wird zwar die innenliegende Isolationsschicht von dem Kühlgas durchdrungen, die Linerhaut bleibt jedoch kalt (kalter Liner). Diese Bauweise hat den Kachteil, daß die eigentliche Dichthaut durch die innenliegende Wärmeisolation verdeckt und somit für eine Inspektion nicht zugänglich ist. Zur Überwindung dieses Nachteils sind Lösungsvorschläge bekannt geworden, bei denen

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der Liner dem heißen Reaktorkühlmittel direkt ausgesetzt und die thermische Isolation zwischen dem Liner und der Wandung des Reaktordruckbehälters angeordnet ist. So wird in der Offenlegungsschrift 22 3G 026 ein "heißer Liner" beschrieben, der aus hochwarmfestern Material gefertigt ist und dessen zwischen dem Liner und dem Spannbetonmantel befindliche Wärmedämmschicht kraftschlüssig an letzterem anliegt. Im Bereich der Wärmedämmschicht ist ein Kühlsystem vorgesehen, das die Temperatur auf eine für den Spannbeton zulässige Höhe absenkt.

Aus der Offenlegungsschrift 23 58 142 ist ein weiteres Wärmedämmsystem mit "heißem Liner" bekannt, bei dem außer einem ersten, eine dichte Metallhaut bildenden Liner, der ungekühlt ist, ein zweiter Liner vorgesehen ist, der als Schalung für den Spannbeton dient und auf seiner Außenseite Kühlrohre trägt. Zwischen den beiden Linern ist eine thermische Isolierung angeordnet.

Zum Stand der Technik gehört ferner gemäß der Offenlegungsschrift 23 42 262 ein Kühlsystem für den Spannbetonbehälter eines gasgekühlten Kernreaktors, das aus mindestens zwei ineinanderliegenden Liner-Schutzhüllen mit an diesen angeschweißten Rohren besteht, die von einem Kühlmittel durchströmt werden. Die Rohre der einzelnen Liner-Schutzhüllen sind im Kühlmittelweg von außen nach innen hintereinandergeschaltet, und der Zwischenraum zwischen den Liner-Schutzhüllen ist mit thermischem Isoliermaterial ausgefüllt. Als Kühlmittel dienen auf möglichst tiefe Temperaturen herabgekühlte Teilströme des Reaktorkühlgases, die nach Aufnahme der Verlustwärme dem Hauptgasstrom vor dem Eintritt in den Reaktorkern wieder zugesetzt werden. Die Kühlgasteilströme treten in den äußeren Liner mit einer Temperatur 0 C ein, und die hierzu erforderliche Kälte wird in Absorptionsanlagen (mit-

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tels Abwärme des Gesamtprozesses) erzeugt. Zur Förderung der durch die Liner strömenden Kühlgasmengen kann mittels eines Ililfsgebläses eine Druckerhöhung gegenüber dem Druck des Hauptgasstromes am Reaktor-Eintritt vorgenommen werden. Dieses Kühlsystem hat den Vorteil, daß beim Undichtwerden von Liner-Rohren (infolge Erdbeben oder anderer Großstörungen) kein Kühlwasser in das Reaktorinnere treten kann. Ferner wird die in den Liner-Rohren anfallende Verlustwärme zurückgewonnen. Allerdings werden zusätzliche Bauteile wie Absorptionsanlagen und Hilfsgebläse benötigt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 806 471 ist es schließlich noch bekannt, ein in einem Spannbetonbehälter befindliches zylindrisches Gehäuse, in dem ein Gasturbosatz und wärmetauschende Apparate angeordnet sind, durch in Rohren an der Gehäusewand strömendes Wasser zu kühlen, das auch durch den Vorkühler und den Zwischenkühler fließt. Die Kühlung der Heißgasleitung kann mit einem Teilstrom des Reaktorkühlmittels erfolgen, der von einem Punkt im Kompressor des Gasturbosatzes abgezapft wird. Dieser Teilstrom wird durch kleine Ringkammern geleitet, die an der inneren Oberfläche der Heißgasleitung vorgesehen sind.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, bei einer Gasturbinen-Kraftanlage der eingangs beschriebenen Art den Reaktordruckbehälter mit einem heißen Liner auszustatten und durch besondere Maßnahmen den Wärmeschutz für den Reaktordruckbehälter zu verbessern, ohne daß dadurch erhöhte Anlagenkosten entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlung der dem Kühlmittel des Kernreaktors zugewandten Lineroberfläche der Reaktorkaverne mit Kreislaufgas niedriger Temperatur ohne zusätzliche externe Abkühlung erfolgt, wobei das gesamte aus dem HD-Verdich-

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ter austretende Gas vor seinem Eintritt in die Rekuperatoren an der Lineroberfläehe vorbeigeleitet wird. Gemäß der Erfindung beaufschlagt das Kreislaufgas, z.B. Helium, den Liner, der auf seiner Innenseite weder eine Isolierung noch ein Kühlsystem besitzt, direkt mit Temperaturen von 100 bis 140⁰C. Diese Temperaturen werden in der Anlage selbst erzeugtj zusätzliche Bauteile wie Absorptionsanlagen sind hier also nicht erforderlich.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das von dem IID-Yerdiehter kommende Gas in einer koaxial zu der seitlich unten aus dem Kernrealetor austretenden Heißgasleitung verlaufenden Gasleitung in die Reaktorkaverne geführt und strömt in einem Ringraum zwischen dem thermischen Schild und dem Liner nach oben. Darauf verläßt das erwärmte Gas die Reaktorkaverne durch eine zweite Gasleitung, die koaxial zu der seitlich oben in den Kernreaktor einmündenden Kaltgasleitung verläuft, und wird zu den Rekuperatoren geführt.

Bei einer Gasturbinen-Kraftanlage, deren wärmetauschende Apparate in vertikalen Ausnehmungen in der Reaktordruckbehälterwandung angeordnet sind, kann der Wärmeschutz des Reaktordruckbehälters in vorteilhafter Weise noch dadurch verbessert werden, daß die Rekuperatoren ebenfalls mit Kreislaufgas, welches niedrige Temperatur besitzt, beaufschlagt werden, wobei das HD-Gas in einem Ringraum zwischen dem Mantel der Rekuperatoren und der Dichthaut der Ausnehmungen entlanggeführt wird. Diese Maßnahme ermöglicht eine gute Kühlung des Reaktordruckbehälters in der Umgebung der Rekuperatoren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Liner der Reaktorkaverne in an sich bekannter lieise behälterseitig mit einer thermischen Isolation und einem Kühlsystem ausgerüstet. Durch diese zusätzliche Maßnahme kann ein noch besserer Wär-

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meschutz des Reaktordruckbehälters erzielt werden. Um Kosten zu sparen, braucht nicht der gesamte Liner der Reaktorkaverne mit Isolation und Kühlsystem versehen zu sein, sondern dieses Wärmeschutzsystem ist nur an solchen Stellen des Liners angebracht, die eine hohe Temperatur aufweisen.

Beispielsweise ist das Kühlsystem des Liners an dem Hauptkühlsystem angeschlossen, d.h. es steht mit der Sekundärseite der im Primär- oder Gaskreislauf befindlichen Vorkühler in Verbindung. Der Keislauf des Kühlwassers kann so gestaltet sein, daß es zunächst die Sekundärseite der primärseitig vom Kühlgas durchströmten Vorkühler durchfließt, ehe es in das Kühlsystem des Liners eintritt.

Sind wie oben bereits erwähnt, die wärmetauschenden Apparate der erfindungsgemäßen Gasturbinen-Kraftanlage in vertikalen Ausnehmungen der Reaktordruckbehälterwandung installiert,

so ist es vorteilhaft, die Vorkühler und Zwischenkühler mantelsei tig mit Kühlwasser zu beaufschlagen, das in einem Ringraum zwischen dem Mantel der Vorkühler und Zwischenkühler und der Dichthaut der Ausnehmungen entlanggeleitet wird. Diese Maßnahme führt ebenfalls zur Absenkung der Temperatur der Reaktordruckbehälterwandung in der Umgebung der Ausnehmungen.

Das Kühlsystem für den Liner der Reaktorkaverne kann, braucht aber nicht an diesem Kühlsystem angeschlossen sein.

Die Gasturbinen-Kraftanlage gemäß der Erfindung kann mit einem an sich bekannten Nachwärmeabfuhrsystem ausgerüstet

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sein, das aus mehreren Kühlern und Gebläsen besteht. Jeweils ein Kühler und ein Gebläse sind übereinander in einer Ausnehmung in der Druckbehälterwandung installiert. Im Stand-by-Betrieb wird das gesamte Nachwärmeabfuhrsystem zweckmäßigerweise von einem Bypaß kalten HD-Gases durchströmt, wobei der kalte Gasstrom jeweils vom Boden der Ausnehmungen zwischen der Dichthaut der Ausnehmungen und dem Mantel jeder Einheit Kühler-Gebläse nach oben zu den Gebläsen hochgeführt wird und dann die Kühler von oben nach unten durchströmt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Gasturbinen-Kraftanlage gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar handelt es sich hier um eine 1-Loop-Anlage mit Zwischenkühlung und zwei Heißgasleitungen; die Schaltung der wärmetauschenden Apparate ist ebenfalls zweisträngig ausgeführt. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt nach der Linie C-D der Fig.2 durch die erfindungsgemäße Anlage,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie A-B der Fig.l,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Liner der Reaktorkaverne mit thermischer Isolierung und Kühlsystem,

Fig. 4 das Kühlsystem eines Vorkühlers einer weiteren Kernkraftanlage.

Die Figuren 1 und 2 lassen einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der zylindrisch ausgeführt und zentral im Innern eines (nicht dargestellten) ebenfalls zylindrischen Sicherheitsbehälters aus Stahlbeton angeordnet ist. Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 sind ein Hochtemperaturreaktor 2 und die weiteren Komponenten des Primär- oder Kühlgaskreislaufs untergebracht, die aus einer Turbine, einem HD- und

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einem ND-Verdichter und den värmetausehenden Apparaten bestehen. Wie weiter unten noch beschrieben wird, ist die Schaltung der wärmetauschenden Apparate zweistrangig ausgeführt, wobei zu jedem Strang ein Rekuperator, ein Vorkühler und ein Zwischenkühler gehören.

Der Hochtemperaturreaktor 2, der in einer Kaverne 3 eingebaut ist, ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor ausgeführt, dessen Brennelemente kugel- oder blockförmig ausgebildet sein können. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum 4 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten Gases. Über dem Reaktorkern ist ein Kaltgassammelraum 5 vorgesehen, der das aus dem Hauptkreislauf zurückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet wird. Der Reaktorkern ist von einem zylindrisch ausgebildeten thermischen Schild 6 umgeben, und die Kaverne 3 weist zur Abdichtung einen Liner 7 auf, der reaktorseitig keine Wärmeschutzeinrichtung wie Isolierung oder Kühlsystem besitzt. Zwischen dem thermischen Schild 6 und dem Liner 7 befindet sich ein Ringraum 8. Durch zwei seitlich unten an dem Hochtemperaturreaktor 2 angebrachte Austrittsstutzen 9 und ebensoviele seitlich oben angebrachte Eintrittstutzen 10 ist der Hochtemperaturreaktor 2 mit den übrigen Komponenten des Hauptkreislaufes verbunden. Senkrecht unter dem Hochtemperaturreaktor 2 ist ein horizontaler Stollen 11 in den Spannbetondruckbehälter 1 gearbeitet, in der in getrennten Gehäusen eine einwellige Gasturbine 12, ein ND-Verdichter 13 und ein HD-Verdichter 14 installiert sind. Die Verdichter sitzen mit der Gasturbine auf einer gemeinsamen Welle. Ein (nicht dargestellter) Generator, der im Sicherheitsbehälter aufgestellt ist, ist mit der Gasturbine 12 gekoppelt. Gasturbine und Verdichter besitzen für jeden Gasführungsanschluß jeweils zwei sich gegenüberliegende

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Stutzen, die horizontal angeordnet sind.

Zwei vertikale Gasführungsstollen 15 erstrecken sich seitlich neben der Gasturbine 12 nach oben bis in Höhe des Bodens des Reaktorkerns, und in jedem dieser Gasführungsstollen ist eine Heißgasleitung 16 installiert. Jede Heißgasleitung 16 ist mit einem der Reaktoraustrittsstutzen 9 und mit einem der beiden Turbineneintrittsstutzen verbunden. Im oberen Teil des Spannbetondruckbehälters 1 befinden sich zwei weitere vertikale Gasführungsstollen 17, die jeweils mit einem der Gasführungsstollen 15 fluchten. In ihnen ist je eine Kaltgasleitung 18 angeordnet, und jede Kaltgasleitung 18 ist an einen der beiden Reaktoreintrittsstutzen 10 angeschlossen.

Auf einem Teilkreis um die Reaktorkaverne 3 sind sechs vertikale Pods 19 vorgesehen, die mit berstsicheren Deckeln 20 abgeschlossen sind. Die Pods 19 dienen zur Aufnahme der wärmetauschenden Apparate, wobei in symmetrischer Anordnung zu dem Turbinenstollen 11 zwei Rekuperatoren 21, zwei Vorkühler

22 und zwei Zwischenkühler 23 untergebracht sind. Alle wärmetauschenden Apparate sind in gleicher Höhe wie die Reaktorkaverne 3 installiert. Die beiden Rekuperatoren 21 sind in Boxenkonstruktion und als Gegenströmer ausgeführt; das HD-Gas, dessen Anschluß oben vorgesehen ist, wird durch das Innere der Rohre geleitet. Die Vorkühler 22 und Zwischenkühler

23 sind ebenfalls in Boxenkonstruktion ausgeführt und werden im Gegenstrom betrieben. Das in den Rohren fließende Wasser tritt unten in die Kühler ein. Alle wärmetauschenden Apparate sind von einen Druckmantel 33 umgeben, der Ein- und Austrittsströme trennt.

In Höhe des Turbinenstollens sind in dem Spannbetondruckbehälter 1 mehrere horizontale Gasführungen vorgesehen, die die wärmetauschenden Apparate eines Stranges miteinander bzw.

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mit dem Gasturbosatz verbinden. Der Gasleitung zwischen Rekuperator und Vorkühler jedes Stranges dient eine Gasführung 24, während die Verbindung zwischen den beiden Rekuperatoren 21 und den Turbinenaustrittsstutzen jeweils durch eine Gasführung 25 hergestellt ist. Von den Vorkühlern 22 zu den beiden Eintrittsstutzen des ND-Verdichters 13 wird das Gas jeweils durch eine Gasführung 26 geleitet, und zwischen den ND-Verdichter-Ausgängen und den beiden Zwischenkühlern 23 ist jeweils eine Gasführung 27 vorgesehen. Auf einer etwas tieferen Ebene befinden sich noch zwei Gasführungen 28, die die beiden Zwischenkühler 23 mit den Eingängen des HD-Verdichters verbinden. Von dem HD-Verdichter 14 zu den beiden Rekuperatoren 21 wird das Gas auf einem großen Teil seines Strömungsweges durch die vertikalen Gasführungsstollen 15 und 17 geleitet, wobei es außen an den Heißgasleitungen 16 und den Kaltgasleitungen 18 entlangströmt, die als koaxiale Gasführungen ausgebildet sind. Auf seinem Weg von dem Gasführungsstollen 15 zu dem Gasführungsstollen 17 wird das Gas koaxial zu den Reaktoraustrittsstutzen 9 in die Reaktorkaverne 3 geführt und tritt hier in den Ringraum 8 zwischen dem thermischen Schild 6 und dem Liner 7 ein. Während es in diesem Ringraum nach oben strömt, kühlt es den Liner 7, der zusätzlich mit einem Wärmeschutzsystem für den Spannbetondruckbehälter 1 ausgerüstet ist (siehe Figur 3). Am oberen Ende der Gasführungsstollen 17 ist jeweils eine horizontale, koaxial ausgebildete Verbindungsleitung 29 zu einem der beiden Pods 19 vorgesehen, in denen die Rekuperatoren 21 installiert sind. Oberhalb der beiden Rekuperatoren ist jeweils ein gleichzeitig als Tragboden dienender Verteiler 30 angeordnet, durch den das Gas auf die Rohre 31 verteilt wird. Die Rückführung des Gases nach oben

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erfolgt in einem Zentralrohr (nicht dargestellt). Die innere Leitung 32 der horizontalen Verbindungsleitungen 29 ist jeweils mit einer der beiden Kaltgasleitungen 18 verbunden .

Alle Ausnehmungen im Spannbetondruckbehälter 1 sind mit einer Dichthaut aus Stahl ausgekleidet. Im Bereich der koaxialen Gasführungen in den Gasführungsstollen 15 und 17 und der Verbindungsleitungen 32 treten an den Dichthäuten nur geringe Temperaturbelastungen auf, da heiße bzw. warme Gasströme jeweils von kälteren Gasströmen umgeben sind. Außer den sechs vertikalen Pods für die wärmetauschenden Apparate sind im Spannbetondruckbehälter 1 noch drei weitere vertikale Pods 34 vorgesehen, die auf einem kleineren Teilkreis als die erstgenannten liegen. Sie dienen zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems, das in an sich bekannter Weise aus Kühlern 35 und Gebläsen 36 besteht. Jeweils ein Kühler 35 und ein Gebläse 36 sind in* einem der Pods 34 übereinander installiert. Durch eine Gasleitung 37, die koaxial ausgebildet ist, stehen die Einheiten Kühler-Gebläse jeweils mit dem Hochtemperaturreaktor 2 in Verbindung. Im Stand-by-Betrieb werden die Einheiten Kühler-Gebläse von einem Bypaß kalten HD-Gases durchströmt, wie in der Figur 2 durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Der kalte Gasstrom wird vom Boden jedes Pods 34 in einem Ringraum zwischen der Dichthaut des Pods und dem Kühlermantel nach oben geführt, tritt in das Gebläse 36 ein und strömt durch den Kühler 35 wieder nach unten. Im Betriebsfall des Nachwärmeabfuhrsystems kehrt sich die Strömungsrichtung um, wobei der Eintritt des Gases in den Reaktorkern durch gesonderte Öffnungen im Deckenbereich des thermischen Schildes 6 erfolgt (nicht dargestellt). Im folgenden soll noch einmal der Haupt- oder Turbinenkreislauf zusammenhängend erläutert werden, wobei sich die Be-

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Schreibung jeweils auf einen der beiden identischen und parallelgeschalteten Wärmetauscherstränge bezieht. Der Arbeitsprozeß verläuft zwischen einem obersten Prozeßdruck von 72,9 bar und einem untersten von 22,9 bar; die Prozeßtemperatur bewegt sich zwischen einer oberen Grenze von 850⁰C und einer unteren Grenze von 20⁰C. Auf der Heißgasseite strömt das Gas mit 850⁰C und 70 bar direkt aus dem Heißgassamme1raum 4 über die koaxialen Heißgasleitungen 16 den beiden Eintrittsstutzen der Gasturbine 12 zu. In der Gasturbine 12 wird das Arbeitsgas auf 24,14 bar entspannt und tritt mit einer Temperatur von 502,5⁰C durch die Gasführung 25 seitlich von unten in den Rekuperator 21 ein, den es von unten nach oben durchströmt. Dabei wird es mit dem kalten, auf der Hochdruckseite des Rekuperators 21 entgegenströmenden Gas auf 147,7°C heruntergekühlt. Unterhalb des Verteilers 30 wird der Gasstrom um 180° umgeleitet und zwischen dem Mantel des Rekuperators 21 und der Dichthaut des Pods 19 zum Podboden zurückgeführt. Durch die Gasführung 24 gelangt das Gas zu dem Vorkühler 22, strömt von unten nach oben zwischen der Dichthaut dieses Pods und dem Mantel des Vorkühlers 22 und tritt nach einer Umlenkung von 180 in den Vorkühler ein, den es mantelseitig von oben nach unten durchströmt. Hier wird das Gas auf die unterste Prozeßtemperatur von 20⁰C rückgekühlt, bevor es durch die Gasführung 26 dem Eingang des ND-Verdichters 13 zugeleitet wird. Nach Austritt aus dem ND-Verdichter wird das Gas mit 41,2 bar durch die Gasführung 27 dem Zwischenkühler 23 zugeleitet, den es in gleicher Weise wie den Vorkühler 22 durchströmt und mit einer Temperatur von 20⁰C verläßt. Durch die Gasführung 28 gelangt das Gas zu dem Eintritt des HD-Verdichters 14, in dem es auf den maximalen Prozeßdruck von 72,9 bar angehoben wird. Am Austritt des HD-Verdichters

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14 wird das Arbeitsgas hinter dem Diffusor um 180⁰C umgelenkt und umströmt die gesamte Maschine. Darauf tritt es in den vertikalen Gasführungsstollen 15 ein, in dem es aussen an der Heißgasleitung 16 entlang nach oben strömt. Mit einer Temperatur von 100° bis 140⁰C wird es dann durch den Ringraum 8 in der Reaktorkaverne 3 nach oben geführt, wobei es den Liner 7 mit dieser Temperatur direkt beaufschlagt.

Aus dem Ringraum 8 gelangt das kalte HD-Gas durch den Gasführungsstollen 17 und die Verbindungsleitung 29 in den Rekuperator 21, wobei es außen an der Kaltgasleitung 18 entlangströmt. In dem Rekuperator 21 wird es von dem Verteiler 30 auf die einzelnen Rohre 31 verteilt. Beim Durchströmen der Rohre 31 von oben nach unten erwärmt sich das Arbeitsgas durch das mantelseitig entgegenströmende Turbinenabgas In einem (nicht dargestellten) Zentralrohr wird es sodann nach oben geleitet und verläßt den Rekuperator 21 durch die innere Leitung 32 der koaxialen Verbindungsleitung 29. Über die Kaltgasleitung 18 und den Reaktoreintrittsstutzen 10 gelangt das Gas schließlich in den Kaltgassammelraum 5 des Hochtemperaturreaktors 2.

In der Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Spannbetondruckbehälters 1 mit dem Liner 7 und dessen Kühlsystem 38 gezeigt. Dieses besteht aus einer Anzahl von Kühlrohren, die betonseitig in einer wärmedämmenden Schicht 39 verlegt sind. An dieser Schicht ist der Liner 7 mittels Verankerungen 40 befestigt. In dem Spannbetondruckbehälter 1 sind axial verlaufende Spannkabel angeordnet,und um den Umfang des Behälters ist eine Ringspannbewehrung 42 vorgesehen. Ferner sind in der Fig. 3 der thermische Schild 6 in der Kaverne 3 und der Ringraum 8 zu erkennen.

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Die Fig. 4 zeigt einen Vorkühler 43 einer weiteren Kernkraftanlage mit einem Kühlsystem, das an das Kühlsystem des Liners 7 angeschlossen ist. Auch dieser Vorkühler ist innerhalb eines in dem Spannbetondruckbehälter 1 befindlichen Pods 19 installiert» Die Zuführung des von einem Rekuperator kommenden Heliums erfolgt von oben über die äussere Leitung 44 einer koaxialen Gasführung, durch deren innere Leitung 45 das Gas wieder aus dem Vorkühler 43 abgeführt und einem Verdichter zugeführt wird, wie durch Pfeile angedeutet. Das Kühlwasser tritt von unten in den Vorkühler 43 ein und durchströmt ihn in der durch die schwarzen Pfeile angegebenen Weise. Dabei wird es nach Durchgang durch den Vorküiiler 43 in einem Bingraum 46 entlanggeführt, der von dem Druckmantel 33 des Vorkühlers und der Dichthaut 47 des Pods 19 begrenzt wird. Über Leitungen 48 ist der Ringraum 46 mit dem Kühlsystem 38 des Liners 7 verbunden.

In ähnlicher Weise kann auch das Kühlsystem eines Rekuperators ausgestaltet sein; nur strömt hier durch den Ringraum zwischen dem Mantel 33 des Rekuperators und der Dichthaut 47 des Pods 19 nicht Kühlwasser, sondern Helium niedriger Temperatur, das dem Primärkreislauf entnommen wird (nicht dargestellt).

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Claims

Patentansprüche

( I)J Gasturbinen-Kraftanlage mit geschlossenem Gaskreislauf, bei der ein Kernreaktor als Wärmequelle, mindestens ein aus Turbine, HD- und ND-Verdichter bestehender Gasturbosatz sowie aus Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenenfalls Zwischenkühlern bestehende wärmetauschende Apparate gemeinsam innerhalb eines Reaktordruckbehälters angeordnet sind, wobei der von einem thermischen Schild umgebene Kernreaktor in einer mit einem Liner ausgekleideten Reaktorkaverne installiert und mit mindestens einer Heißgasleitung und einer Kaltgasleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der dem Kühlmittel des Kernreaktors (2) zugewandten Lineroberfläche (7) der Reaktorkaverne (3) mit Kreislaufgas niedriger Temperatur ohne zusätzliche externe Abkühlung erfolgt, wobei das gesamte aus dem HD-Verdichter (14) austretende Gas vor seinem Eintritt in die Rekuperatoren (21) an der Lineroberfläche (7) vorbeigeleitet wird.
2) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem HD-Verdichter (14) kommende Gas in einer koaxial zu der seitlich unten aus dem Kernreaktor (2) austretenden Heißgasleitung (16) verlaufenden Gasleitung (15) in die Reaktorkaverne (3) geführt wird und in einem Ringraum (8) zwischen dem thermischen Schild (6) und dem Liner (7) nach oben strömt und daß das Gas darauf in einer koaxial zu der seitlich oben in den Kernreaktor (2) einmündenden Kaltgasleitung (18)

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verlaufenden Gasleitung (17) aus der Reaktorkaverne (3) geführt wird.
3) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die wärmetauschenden Apparate in vertikalen Ausnehmungen in der Reaktordruckbehälterwandung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekuperatoren (21) zur Kühlung der Druckbehälterwandung in ihrer Umgebung ebenfalls mit Kreislaufgas niedriger Temperatur beaufschlagt werden, wobei das HD-Gas in einem Ringraum zwischen dem Mantel (33) der Rekuperatoren (21) und der Dichthaut (47) der Ausnehmungen (19) entlanggeführt wird.
4) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß der Liner (7) der Reaktorkaverne (3) behälterseitig in an sich bekannter Weise mit einer thermischen Isolation (39) und einem Kühlsystem (38) versehen ist.
5) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Liner (7) der Reaktorkaverne (3) nur an Stellen mit hoher Temperatur mit einer thermischen Isolation (39) und einem Kühlsystem (38) versehen ist.
6) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Liner-Kühlsystem (38) an der Sekundärseite der im Primärkreislauf befindlichen Vorkühler (43) angeschlossen ist.
7) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 4,5 oder 6, bei dem

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die wärmetauschenden Apparate in vertikalen Ausnehmungen in der Reaktordruckbehälterwandung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkühler (43) und Zwischenkühler zur Kühlung der Druckbehälterwandung (1) mit Kühlwasser beaufschlagt werden, das in einem Ringraum (46) zwischen dem Mantel (33) der Vorkühler (43) bzw. Zwischenkühler und der Dichthaut (47) der Ausnehmungen (19) entlanggeführt wird.
8) Gasturbinen-Kraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage mit einem aus mehreren Kühlern (35) und Gebläsen (36) bestehenden Nachwärmeabfuhrsystem ausgerüstet ist, wobei jeweils ein Kühler (35) und ein Gebläse (36) in einer Ausnehmung (34) in der Reaktordruckbehälterwandung (1) übereinander installiert sind und im Stand-by-Betrieb von einem Bypaßstrom kalten HD-Gases durchströmt werden.

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