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Kernreaktoranlage mit einem gasgekühlten Hochtemperatur-
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reaktor mit block- oder kugelförmigen Brennelementen Die Erfindung
betrifft eine Kernreaktoranlage, bestehend aus einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
mit block-oder kugelförmigen Brennelementen, aus mehreren Hauptgebläsen zur Umwälzung
des Kühlgases, aus einer Anzahl von Primärkreislaufkomponenten und Heißgasleitungen
zur Verbindung dieser Komponenten mit dem Hochtemperaturreaktor sowie aus einem
berstsicheren vorgespannten Druckbehälter für den Hochtemperaturreaktor und mehreren
vorgespannten Druckbehältern für die Primärkreislaufkomponenten.
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Bisher wurde für derartige Anlagen vorwiegend eine vollintegrierte
Ausführung in Betracht gezogen, bei welcher der Hochtemperaturreaktor, die Hauptgebläse
und die Primärkreislaufkomponenten,wie z.B. Dampferzeuger,in einem vorgespannten
Betondruckbehälter angeordnet sind. Will man von dem Betondruckbehälter zu einem
vorgespannten Gußdruckbehälter übergehen, um vor allem die Bauzeit der Anlage zu
verkürzen, so ergeben sich bei der integrierten Bauweise sehr hohe Decken für den
Druckbehälter. Dies erfordert einen großen Einsatz an Gußeisengewicht und ist mit
hohen Kosten verbunden0 Sollen Kernreaktoranlage mit Primärkreislaufkomponenten
größerer Abmessungen gebaut werden, so wird die Herstellung des benötigten Druckbehälters
immer unwirtschaftlicher. Es ist daher vorgeschlagen worden, den Hochtemperaturreaktor
und die Primärkreislaufkomponenten in getrennten Druckbehältern zu installieren.
Hierbei sind die Druckbehälter für die Komponenten auf einem Teilkreis um den Reaktordruckbehälter
angeordnet. Durch zwei horizontale Gasführungen ist der Hochtemperaturreaktor jeweils
mit einer Komponente verbunden. Diese Gasführungen setzen eine Anzahl von großen
Durchbrüchen in der Zylinderwandung der vorgespannten Druckbehälter voraus, wodurch
die Festigkeit besonders des Reaktordruckbehälters stark geschwächt wird. Eine derartige
aufgelöste Bauweise ist daher nur mit erhöhtem Aufwand zu realisieren.
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So ist aus dor deutschen Patentschrift 1 464 939 eine Kernreaktoranlage
bekannt, bei der sowohl für den Reaktor selbst als auch für die um ihn herum angeordneten
Wärmetauscher je eine Druckschale aus Spannbeton vorgesehen ist. Die mit
horizontalen
Durchbrüchen versehenen Druckschalen nehmen jedoch lediglich den Notkühldruck auf.
Der Kernreaktor ist daher in einem innerhalb der Spannbeton-Druckschale befindlichen
Hochdruckbehälter installiert, und die Wärmetauscher sind von weiteren Druckbehältern
umgeben, die ebenfalls in den betreffenden Spannbeton-Druckschalen angeordnet sind.
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Zum Stand der Technik gehört ferner ein Spannbetondruckbehälter für
Kernkraftwerke, bei dem das benötigte Behältervolumen auf zwei oder mehrere Behälter
aufgeteilt ist, wobei jeder Behälter für sich vorgespannt ist und alle Behälter
durch Verlegung weiterer Spannkabel gemeinsam vorgespannt und zu einer Einheit verbunden
sind. Wie in der Offenlegungsschrift 16 84 594 dargestellt, ist ein zentral angeordneter
größerer Behälter zur Aufnahme des Kernreaktors bestimmt, während in vier kleineren,
um den zentralen Behälter gruppierten Behälterhdie Primärkreislaufkomponenten wie
Wärmetauscher und Kühlmittelumwälzeinrichtungen installiert sein können. In dem
zentralen Behälter und den äußeren Behältern sind horizontale Durchbrüche für die
Kühlgasführung vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag kann eine Kernreaktoranlage in aufgelöster
Bauweise so ausgestaltet sein, daß der Druckbehälter für den Hochtemperaturreaktor
mit den Dampferzeuger-Druckbehältern durch berstsichere Verbindungskanäle verbunden
ist, die unter diesen Druckbehältern angeordnet sind.
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Auf diese Weise wird zwar eine Schwächung der zylindrischen Wandteile
der Druckbehälter vermieden, aber dieser Vorteil muß durch erhöhten Aufwand erkauft
werden, da die Verbindungskanälo genügend redundant vorgespannt sein müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernreaktoranlage
der
oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Nachteile der genannten Anlagen
nicht gegeben sind.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Druckbehälter
für die Primärkreislaufkomponenten (Komponentenbehälter) unterhalb des Druckbehälters
für den Hochtemperaturreaktor (Reaktorbehälter) angeordnet und an diesem aufgehängt
sind, wobei die Komponentenbehälter mittels einer lösbaren Verspannvorrichtung an
dem von einer Stützkonstruktion getragenen Reaktorbehälter angekoppelt sind, und
daß die Heißgasleitungen vertikal angeordnet und jeweils als kürzeste Verbindung
zwischen den Komponentenbehältern und dem Reaktorbehälter ausgeführt sind.
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Alle vorhandenen Druckbehälter, also sowohl die Komponentenbehälter
als auch der Reaktorbehälter, können aus Spannbeton oder vorgespannten Guß- oder
Stahlwerkstoffen hergestellt sein. Es kann aber auch eine gemischte Bauweise angewandt
werden; z.B.
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kann der Reaktorbehälter als vorgespannter Betondruckbehälter ausgeführt
sein, während die Komponenten in vorgespannten oder nicht vorgespannten Guß- oder
Stahldruckbehältern untergebracht sind.
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Zwischen den Komponentenbehältern und dem Reaktorbehälter sind keine
zusätzlichen Verbindungsleitungen erforderlich, da die Deckel der Komponentenbehälter
unmittelbar an den Boden des Reaktorbehälters stoßen. Dies ermöglicht auch eine
ungestörte Spannkabelführung bei allen Druckbehältern.
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Das von dem Hochtemperaturreaktor kommende heiße Gas wird auf kürzestem
Wege und ohne Umlenkung zu den Komponenten geleitet, in denen eino ideale Gasführung
verwirklicht werden kann. Dies bedeutet eine Verringerung des Bauvolumens der erfindungsgemaßen
Kornreaktoranlage gegenüber einer Anlage mit
seitlich angeordneten
Komponentenbehältern. Durch den Wegfall von horizontalen Durchbrüchen in den Druckbehältern
ergeben sich zudem niedrige Höhen für die in den Druckbehältern befindlichen Kavernen,
die zur Aufnahme des Hochtemperaturreaktors bzw. der Komponenten bestimmt sind,
so daß auch die Höhen der Druckbehälter niedriger gehalten sein können.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kernreaktoranlage ist
noch darin zu erblicken, daß ein Reißen der Gasführungen zwischen den einzelnen
Druckbehältern ausgeschlossen werden kann.
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Vorteilhafterweise sind die Heißgasleitungen als koaxiale Gasführungen
ausgebildet, wobei das kalte Gas als äußerer Gasstrom von den Komponenten zu dem
Hochtemperaturreaktor zurückgeleitet wird. Um die Komponentenbehälter von dem Reaktorbehälter
abkoppeln zu können, weisen alle Heißgasleitungen eine Trennstelle auf und sind
ausbaubar ausgebildet.
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Es ist zweckmäßig, die Komponentenbehälter auf einem Teilkreis um
die nach unten verlängerte Achse des Reaktorbehälters anzuordnen. Der Reaktorbehälter
kann auf einer Anzahl von Betonpfeilern abgestützt sein, die sich ebenfalls auf
einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse des Reaktorbehälters befinden.
Die Betonpfeiler sind dabei jeweils auf Lücke zwischen die Komponentenbehälter gesetzt.
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Die Form der Betonpfeiler kann den Platzverhältnissen weitgehend angepaßt
werden0 Vorteilhafterweise sind die Komponentenbehälter oben mit einem vorgespannten
Deckel abgeschlossen, der als Kupplungsring
ausgebildet ist, durch
den jeweils die Heißgasleitung verlegt ist. Außerdem sind in jedem Deckel die Versorgungs-
und Entsorgungsleitungen für die zugehörige Komponente untergebracht.
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Die oberen Deckel können zusätzlich als Aufhängungspunkte für die
in den Komponentenbehältern zu installierenden Komponenten verwendet werden0 Sollen
diese Komponenten ausgebaut werden, so brauchen damit nur die äußeren Verbindungsleitungen
gelöst werden.
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Um einen Ausbau vornehmen zu können, ist es vortelhaft, für jeden
Komponentenbehälter eine Hydraulik vozusehen, mit deren Hilfe der Komponentenbehälter
abgesenkt und seitlich verfahren werden kann. Beim Ausbauvorgang wird zunächst die
Verspannvorrichtung zwischen dem Reaktorbehälter und dem betreffenden Komponentenbehälter
gelöst. Darauf wird der Komponentenbehälter mittels seiner Hydraulik abgesenkt und
seitlich verfahren, und nunmehr kann die auszubauende Komponente zusammen mit dem
oberen Deckel oder Kupplungsring, an dem die Komponente aufgehängt ist, nach oben
aus dem Komponentenbehälter gezogen werden.
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Zweckmäßigerweise ist im Boden unterhalb jedes Komponentenbehälters
ein Ausbauschacht vorgesehen, mit dessen Hilfe der Ausbau kleinerer Einbauten, wie
z.B. der Hauptgebläse, nach unten aus dem Komponentenbehälter vorgenommen werden
kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Kernreaktoranlage
gemäß dor Erfindung schematisch dargestellt, wobei es sich um eine Zweikreis-Stromerzeugungsanlage
mit drei Dampferzeugern handelt. Das gleiche Behältorkonzept
läßt
sich jedoch auch bei anderen, mit einem Hochtemperaturreaktor als Wärmequelle ausgerüsteten
Anlagen anwenden. So können z.B. die Primärkreislaufkomponenten einer Anlage zur
Erzeugung von Prozeßwärme (Röhrenspaltöfen oder He/He-Wärmetauscher) in gemäß der
Erfindung unterhalb des Reaktorbehälters angeordneten Komponentenbehältern installiert
sein.
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Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch
die erfindungsgemäße Kernreaktoranlage nach der Linie C-D der Fig. 1, Fig. 2 einen
Horizontalschnitt durch die Anlage nach der Linie A-B der Fig. 1.
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In der Fig. 1 ist ein zylindrischer Spannbetondruckbehälter 1 zu erkennen,
der einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor 2 umgibt, dessen Kern 3 z.B. von blockförmigen
Brennelementen gebildet wird. Um den Kern 3 ist ein ringförmiger Seitenreflektor
4 angeordnet, und am Boden des Kerns befindet sich ein Bodenreflektor 5, unter dem
ein Heißgassammelraum 6 vorgesehen ist.
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Der Seitenreflektor 4 und die Wand des Spannbetondruckbehälters 1
begrenzen einen Ringraum 7, der der Rückführung des kalten Kühlgases zu einem oberhalb
des Kerns 3 befindlichen Kaltgassammelraum 8 dient.
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An den Heißgassammelraum 6 schließen sich drei Heißgasleitungen 9
an, die vertikal durch den Boden 11 des Spannbetondruckbe hälters 1 verlegt sind.
Sie sind auf dem gleichen Teilkreis um die Druckbehnlterachse 12 angeordnet wie
die Komponenten behälter, wie später noch beschrieben wird. Die Heißgasleitungen
9 sind als koaxiale Gasführungen ausgebildet; d.h. der innere Leitungsteil 9, in
dem das von dem Hochtemperaturreaktor 2 kommende heiße Gas geführt wird, ist von
einem äußeren
ringartigen Leitungsteil 10 umgeben, in dem das kalte
Gas zu dem Reaktor zurückgeleitet wird. Alle drei Heißgasleitungen 9 weisen eine
Trennstelle 13 auf und sind ausbaubar ausgebildet.
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Die äußeren Leitungsteile 10 stehen mit dem Ringraum 7 in Verbindung.
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Der Spannbetondruckbehälter 1 ruht auf drei Betonpfeilern 14, die
auf einem Teilkreis um die nach unten verlängerte Achse 12 des Druckbehälters 1
angeordnet sind. Die Betonpfeiler besitzen einen kegelstumpfartigen Querschnitt,
wie aus Fig. 2 ersichtlich.
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Ebenfalls auf einem Teilkreis um die verlängerte Behälterachse 12
befinden sich drei aus Spannbeton hergestellte Komponentenbehälter 15, die für die
Aufnahme der Primärkreislaufkomponenten - im vorliegenden Falle Dampferzeuger 16
- bestimmt sind. Die Komponentenbehälter 15 sind jeweils auf Lücke zwischen die
Betonpfeiler 14 gesetzt. Der Durchmesser ihres Teilkreises entspricht dem Durchmesser
des Teilkreises, auf dem die Heißgasleitungen 9 angeordnet sind. Mittels einer lösbaren
Verspannvorrichtung 17 sind die Komponentenbehälter 15 an dem Druckbehälter 1 aufgehängt.
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Unterhalb jedes Komponentenbehälters 15 ist im Boden 21, dessen Oberfläche
22 als Fahrbahn ausgebildet ist, ein Ausbauschacht 18 vorgesehen, mit dessen Hilfe
der Ausbau von kleineren Einbauten in dem Komponentenbehälter 15 erleichtert wird.
Neben jedem Komponentenbehälter 15 befindet sich eine Hydraulik 19, die das Absenken
und seitliche Verfahren des Behälters auf der Fahrbahn gestattet. Die Komponentenbehälter
15 sind unten mit einem Deckel 20 abgeschlossen; den oberen Abschluß jedes Behälters
15 bildet ein vorgespannter Deckel 23.
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In den Komponentenbehälter 15 ist jeweils ein Dampferzeuger 16 untergebracht.
Jedem Dampferzeuger 16 ist ein Hauptgebläsen 24 nachgeschaltet, das unter ihm in
dem gleichen Komponentenbehälter installiert ist. Die Dampferzeuger 16 sind an den
vorgespannten Deckeln 23 aufgehängt, die gleichzeitig als Kupplungsringe ausgebildet
sind. In den Deckeln 23 sind für den entsprechenden Dampferzeuger 16 eine Zuführungsleitung
25 für das Medium des Sekundärkreislaufs, im vorliegenden Fall also Wasser, und
eine Abführungsleitung 26 für dieses Medium verlegt. Diese Leitungen lassen sich
leicht lösen, so daß die Demontage der Komponentenbehälter 15 keine Schwierigkeiten
bereitet. Die Heißgasleitungen 9 sind ebenfalls durch die Deckel 23 geführt, wobei
auch hier ein Ringraum für die Rückleitung des von den Dampferzeugern kemmenden
abgekühlten Gases zum Hochtemperaturreaktor 2 vorgesehen ist. Die bereits erwähnten
Trennstellen 13 in den Heißgasleitungen 9 befinden sich etwa auf gleichem Niveau
wie die Stirnflächen der vorgespannten Deckel 23. Nach Lösen der Verspannvorrichtung
17 und Trennen der Heißgasleitungen 9 sowie Lösen der Zu- und Abführungsleitung
25 und 26 läßt sich jeder Komponentenbehälter 15 mittels seiner Hydraulik 19 absenken
und auf der Oberfläche 22 des Bodens 21 seitlich verfahren. Darauf kann der Deckel
23 demontiert und der Dampferzeuger 16 aus dem Komponentenbehälter 15 ausgebaut
werden0
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