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Zylindrischer Spannbetondruckbehälter
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Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Spannbetondruckbehälter
mit einer Kaverne für einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor und einer Reihe von
Pods für wärmetauschende Apparate.
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Bekanntlich muß jeder Kernreaktor - ganz unabhängig von dem jeweiligen
Reaktortyp - zur Abschirmung der bei der Kernspaltung im Reaktorkern erzeugten Strahlung
mit einer für schädigende Strahlen undurchlässigen Umhüllung umgeben sein.
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Weiterhin müssen unter Überdruck arbeitende Reaktoren, d.h.
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diejenigen Reaktoren, bei denen die Kühlung mittels eines unter Überdruck
stehenden (meist gasförmigen) Kühlmittels erfolgt, in eine vollkommen dichte und
druckfeste Hülle eineschlossen sein, den sogenannten Druckbehälter. Es ist Stand
der Technik, den Strahlenschutzmantel und den Druckbehälter zu einer dichten und
zugleich druckfesten Ummantelung zusammenzufassen, die die Aufgaben sowohl des biologischen
Strahlenschutzes als auch des vollständigen, den inneren Überdruck aufnehmenden
Abschlusses des Kernreaktors übernimmt. Diese Ummantelung ist aus Beton hergestellt,
in dem zur Erhöhung der Druckfestigkeit und der Dichtigkeit mit Hilfe von Spanngliedern
im wesentlichen nach innen gerichtete Vorspannungen erzeugt werden, die größer sind
als die durch den Überdruck des im Inneren vorhandenen Kühlmittels erzeugten Spannungen.
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Bei sogenannten integrierten Kernreaktoranlagen sind außer dem Kernreaktor
auch die wärmetauschenden Apparate wie Dampferzeuger und Nachwärmeabfuhrsysteme
innerhalb des Spannbetondruckbehälters angeordnet. Diese können mit dem Kernreaktor
in einer gemeinsamen Kaverne untergebracht sein, wie es beispielsweise bei dem THTR-300-MWe-Kraftwerk
der Fall ist. Ein weiterer Spannbetondruckbehälter in Ein-Kavernen-Bauweise ist
aus der Offenlegungsschrift 1 709 155 bekannt.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Kernreaktor in einer im
Zentrum des Druckbelllilters herin<l3icicn Kaverne zu installieren und die wärmetauschenden
Apparate in sich
in Längsrichtung durch die Druckbehälterwandung
erstreckenden Ausnehmungen, sogenannten Pods, unterzubringen, die rings um die Reaktorkaverne
angeordnet sind. Spannbetondruckbehälter dieses Typs sind in den Offenlegungsschriften
15 39 887 und 16 84 651 beschrieben.
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Bekannt ist auch die Verwendung derartiger Spannbetondruckbehälter
für Kernkraftwerke, die einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor und mindestens
einen aus Turbine, Verdichter und wärmetauschenden Apparaten bestehenden Wärmenutzungskreislauf
umfassen. Die wärmetauschenden Apparate (Rekuperator, Vorkühler und gegebenenfalls
Zwischenkühler) sind in den oben beschriebenen Pods angeordnet, während der Gasturbosatz
(oder die GasturbosRtze) in einem horizontalen Stollen unterhalb des Reaktorkerns
installiert ist. In den Offenlegungsschriften 24 04 843, 24 54 451 und 25 18 357
sind Kernkraftwerke dieser Art dargestellt.
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Die in den bekannten Spannbetondruckbehälterl befindli.chen Pods können
auch zur Aufnahme von Komponenten einer Prozeßwärmeanlage dienen, die mittels des
Kühlgases eines Hochtemperatlrreaktors beheizte Reaktionskammern aufweist. So ist
in der Offenlegungsschrift 24 55 507 eine Prozeßwärmeanlage zur Erzeugung von Wasserstoff
beschrieben, bei der eine Anzahl von Röhrenspaltöfen und diesen nachgeschalteten
Dampferzeugern in dem den Hochtemperaturreaktor umschließenden Spannbetondruckbehälter
integriert und in Pods angeordnet ist, die sich auf einem Teilkreis um die Reaktorkaverne
befinden.
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Bei allen beschriebenen Kernkraftwerken weist die zentrale Kaverne
für den Kernreaktor eine dem zylindrischen Spannbetondruckb-hälter angepaßte Form
auf; d.h. sie besitzt
einen kreisrunden Querschnitt. Der Durchmesser
der Kaverne ist - neben dem Durchmesser der Pods und der Breite der Betonstege,
die zwischen der Kaverne und den Pods sowie zwischen den Pods und dem Außenmantel
des Druckbehälters vorhanden sein müssen, - maßgeblich für die Größe des Spannbetondruckbehälters.
Dieser stellt bei integrierten Kernreaktoranlagen ein sehr kostenträchtiges Bauteil
dar, das zudem eine lange Errichtungszeit erfordert. Es ist daher schon vorgeschlagen
worden, das benötigte Behältervolumen auf zwei oder mehrere Behälter aufzuteilen,
wobei jeder Behälter für sich vorgespannt ist und alle Behälter zusammen durch weitere
Spannkabel zu einer Einheit verbunden sind. Eine derartige Druckbehälteranordnung
ist aus der Offenlegungsschrift 1 684 594 bekannt.
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Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen,
der die Aufgabe zugrunde legt, Herstellungszeit und Baukosten für einen eingangs
beschriebenen Spannbetondruckbehälter wesentlich herabzusetz(n.
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Die Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß der Kern
des Hochtemperaturreaktors und die Reaktorkaverne im Grundriß ellipsenförmig oder
annähernd ellipsenförmig ausgebildet sind und daß die Pods für die wärmetauschenden
Apparate in den Bereichen des Spannbetondruckbehlters angeordnet sind, die sich
zwischen den schwach gekrümmten Wandteilen der Reaktorkaverne und der Außenfläche
des Spannbetondruckbehälters erstrecken.
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Bei dem erfindungsgemäßen Spannbetondruckbehälter ist der Durchmesser
der Reaktorkaverne in Richtung der kleinen Ellipsenachse gegenüber einer Reaktorkaverne
mit kreisrundem Querschnitt wesentlich verkleinert. Werden die Pods für die wärmetauschenden
Apparate, die bei den bekannten
Druckbehältern gleichmäßig um die
Druckbehälterachse angeordnet sind, in die beiden Bereiche des Druckbehälters verlegt,
die an die schwach gekrümmten Wandteile der Reaktorkaverne angrenzen, so kann -
trotz Durchmesservergrößerung der Reaktorkaverne in Richtung ihrer großen Ellipsenachse
-der Radius des Spannbetondruckbehälters beträchtlich verkürzt werden. Das mit der
Erfindung angestrebte Ergebnis - nämlich Baukosten und Herstellungszeit für den
Spannbetondruckbehälter herabzusetzen - ist somit bei dem vorgeschlagenen Spannbetondruckbehälter
gewährleistet. Die Verkleinerung des Druckbehälterdurchmessers führt überdies dazu,
daß auch das Reaktorschutzgebäude kleiner gehalten werden kann, wodurch sich eine
weitere Verbilligung der gesamten Kernreaktoranlage ergibt.
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Besonders vorteilhaft in Herstellung und Kosten ist der erfindungsgemäße
Spannbetondruckbehälter, wenn die Lage der Pods für die Wärmetauscher so nahe wie
möglich nach der folgenden Beziehung festgelegt ist: a=b+c+d.
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Hierin sind a und b der große bzw. kleine Ellipsenradius der Reaktorkaverne,
c bedeutet den Durchmesser der Pods, und mit d ist der (kürzeste) Abstand eines
Pods von der Reaktorkaverne bezeichnet.
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Es können zwei oder vier wärmetauschende Apparate, z.B.
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Dampferzeuger, in dem Spannbetondruckbehälter vorgesehen sein.
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Die zugehörigen Pods liegen im ersten Fall atif der Vcrl.ingerung
<1er Itlcincll ElliI,sciiUclisc, wobei sie durch <lie fleaktorkaverne getrennt
sind. Im zweiten Fall, also bei vier Dampferzeugern, sind in den beiden flereirhen
zwischen der schwach gekrümmten Reaktorkaverne und der Druckbehälteraußenwand jeweils
zwei
Pods symmetrisch zu der verlängerten kleinen Ellipsenachse angeordnet. Es ist auch
möglich, den erfindungsgemäßen Spannbetondruckbehälter für eine Kernreaktoranlage
mit drei Dampferzeugern zu verwenden. In diesem Fall befindet sich ein Dampferzeuger-Pod
auf der nach der einen Seite verlängerten kleinen Ellipsenachse, während die beiden
anderen Pods symmetrisch zu der nach der anderen Seite verlängerten kleinen Ellipsenachse
liegen.
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Bei entsprechender Abwandlung des Erfindungsgedankens läßt sich mit
den gleichen Vorteilen auch ein zylindrischer Spannbetondruckbehälter realisieren,
der nur eine Ausnehmung aufweist, d.h. bei dem in einer Kaverne sowohl der Reaktorkern
als auch die wärmetauschenden Apparate installiert sind. Gemäß der Erfindung ist
diese Kaverne in Grundriß kreisförmig ausgebildet, der Reaktorkern dagegen besitzt
einen ellipsenförmigen oder annähernd ellipsenförrnigen Querschnitt.
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Die wärmetauscenden Apparate sind bei diesem Druckbehältertyp in den
Kavernenbereichen angeordnet, die den schwach gekrümmten Oberflächenteilen des Reaktorkerns
anliegen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Spannbetondruckbehalters
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 einen Querschnitt
durch einen Spannbetondruckbehälter mit vier großen Pods, Fig. 2 cinen Längsscllnitt
nacli der Linie II - II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch
einen Spannbetondruckbehälter in Ein-Kavernen-Bauweise und Fig. 4 einen Längsschnitt
nach der Linie IV - IV der Fig. 3.
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Die Figuren 1 und 2 lassen einen zylindrischen Spannbetondruckbehälter
1 für eine Kernkraftanlage erkennen, der einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
und eine Reihe von wärmetauschenden Apparaten umfaßt. Der Kern 2 des Hochtemperaturreaktors
ist in einer Kaverne 3 mit ellipsenförmigem Querschnitt installiert und weist einen
dem Kavernenquerschnitt angepaßten Grundriß auf. In den beiden Bereichen 4, die
sich zwischen den schwach gekrümmten Wandteilen 5 der Kaverne 3 und der Außenfläche
des Spannbetondruckbehälters 1 erstrecken, sind jeweils zwei große Pods 6 vorgesehen.
In diesen sind vier Dampferzeuger angeordnet (nicht dargestellt).
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In vier weiteren, kleinen Pods 7 ist ein aus vier Kühlern und Gebläsen
bestehendes Nachwärmeabfuhrsystem untergebracht, das so ausgelegt ist, daß jeder
Kühler zog der anfallenden Nachwärme abfiihren kann (nicht gezeigt).
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FUr einen Hochtemperaturreaktor von 1160 MWe Leistung hat der Spannbetondruckbehälter
beispielsweise einen Durchmesser von 27 m, und die Kaverne 3 besitzt einen großen
Ellipsenradius a von 9,0 m und einen kleinen Ellipsenradius b von 3,3 m.
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Die großen Pods 6 haben einen Durchmesser c von 5,2m, und die beiden
in dem gleichen Bereich 4 befindlichen Pods weisen einen Abstand von 2,5m voneinander
auf. Der kürzeste Abstand d jedes Pods 6 von der Kaverne 3 beträgt bei diesem Beispiel
ebenfalls 2,5 m. Ein gleich großer Abstand e (2,5m) ist zwischen den großen Pods
6 und der Außenfläche des Spannbetondruckbehälters 1 sowie (in Verlängerung der
großen Ellipsenachse) zwischen der Kaverne 3 und der Außenfläche des
Spannbetondruckbehälter
1 vorhanden. Die weiter oben erwähnte Beziehung a=b+c+d ist bei diesem Spannbetondruckbehälter
gewahrt; d.h. der Spannbetondruckbehälter 1 ist in Bezug auf Größe und Anordnung
der Kaverne 3 und der Pods 6 optimal ausgelegt.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Kernkraftanlage mit einem Spannbetondruckbehälter
8 in Ein-Kavernen-Bauweise. Die Kaverne 9 weist einen kreisförmigen Grundriß auf,
während der Reaktorkern 10 oval ausgebildet ist. In dem Raum zwischen der Wandung
der Reaktorkaverne 9 und dem Reaktorkern 10 sind Dampferzeuger 11 und die Teile
12 eines Nachwärmeabfuhrsystems installiert. Erstere befinden sich in den Bereichen
13 der Kaverne 9, die den schwach gekrümmten Oberflächenteilen 14 des Reaktorkerns
10 anliegen.
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L e e r s e i t e