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DRUCKBEHÄLTERANOEDNUNG FÜR EINE
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KERNREAKTONANLAGB Die Erfindung betrifft eine Druckbehälteranerdnung
für eine Kernreaktoranlage mit einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor und einer
Anzahl von wärmetauschenden Komponenten sowie mit horizontalen Gaskauälen zur Verbindung
des Hochtemperaturreaktors mit den wärmetauschenden Komponenten, wobei der Hochtemperaturreaktor
in einem vorgespannten zylindrischen Druckbehälter (Reaktorbehälter) untergebracht
ist und für jede der wärmetauschenden Komponenten ein gesonderter vorgespannter
zylindrischer Druckbehälter (Komponentenbchälter) vorgesehen ist.
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Bisher wurde für kernreaktoranlagen vorwiegend eine vollintegrierte
Ausführung in Betracht gezogen, bei welcher der Hocbtemperaturreaktor und die Primärkreislaufkomponenten,
wie z.B. Röhrenspaltöfe oder Dampferzeuger, in einem gemeinsamen vorgespannten Betondruckbehälter
angeordnet sind. Will man von dem Betondruckbobälter zu einem vorgospannten Goßdruckbehälter
übergehen, um vor allem die Bauzeit der Anlage zu verkürzen, so ergeben sich bei
der integrierten Bauweise schr hohe Decken für den Druckbehälter. Dies erfordert
einen großen Einsatz an Chßeisengewicht und ist mit hohen Kosten verbunden.
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Sollen Kernreaktoranlagen mit Prinärtreislaufkompenent gi@@erer Abmessungen
gehaut werden, so wird die Beistellung des benêt@@ten Druckbenalters immer senwieriger
und unwirtschaitlicher. Es ist daher vorgeschlagen worden, den Hochtemperaturreaktor
und die Primarkreislaufkomponenten in getrennten Druckbehältern zu installieren
(Satellitenbauweiso). Hierbei alnd die Druckbehälter für die Komponenten auf einem
Teilkreis um den Reaktordruckbehälter angeordnet.
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Durch zwei horizontale Gasführungen ist der Hochtempe- -raturreaktor
jeweils mit einer Komponente vertunden. 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 r;sit erhöhtem Aufwand zu realisieren.
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So ist aus der Offenlegungsschrift 23 26 907 eine Kernreaktoranlage
bekannt, deren kernreakter in einem Hochdruckbehälter untergebracht ist, der seinerseits
von einem zylindrischen Betongebäude umgeben ist. Zwei mit dem Reaktordruckbehälter
durch Doppel leitungen verbundene Dampferzeuger sind jeweils in einer durch Spannstähle
vorgespannten Berstsicherung aus Beton angeordnet. Die Berstsicherungen sind je
auf einem Betonzylinder aufgesetzt.
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Die beiden Betonzylinder sind Teil des zylindrischen Betongebäudes
und dienen der Aufnahme voii Antriebsmotoren für die kühlmittel-Umwälzpumpen.
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Zum Stand der Technik gehört fcrncr ein Spannbetondruckbehälter für
Kerukraftwerke, bei dem das benötigte Behältervolumen auf zwei oder mehrere Bchälter
aufgeteilt ist, wobei jeder Behälter fttr sich vorgespannt ist. und allc lJehälter
durch Vertegung weiterer Spannkabel gemeinsam vorgespannt und zu einer Einlicit
Verbunden rrind. Wie in der Offenlegungsschrift 16 84 r,94 dargestellt, ist cjn
zentral angeordaeter größerer Behälter zur Aufnahme des Kerureaktors bestimmt, während
in vier kleineren, um den zentralen Behälter gruppierten Behältern die Primärkreistaufkomponenten
wie Wärmetauscher und Kohlmittelumwätzeiurichtungen instailleit sein können. In
dem zeutralen Bchalter 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 Hochtemperaturrcaktor
mit den Dampferzeuger-Druckbehälter durch berstsichere Verbindungskanäle verbunden
ist, die unter diesen Druckbehältern angeordnet sind. Auf diese Weise wird zwar
eine Schwächung der zylindrischen Wandteile der Druckbehälter vcrmieden, aber dieser
Vorteil muß durch erhöhten Aufwand erkauft werden, da die Verbindungskanäle genügend
redundant vorgespannt sein müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Empfindung ist es, eine Druckbchälteranordnung
der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, bei der die Komponentenbehältcr auf
einfache Weise berstsicher mit dem Reaktorbehälter verbunden sind. Ferner soll es
möglich sein, an einen einmal entwickelten Hochtemperaturreaktor ohne konstruktive
Veränderungen an dem Reaktor verschiedene Komponenten anzuschließen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daX zwischen
der Bodenplattc des Reaktorhehälters und seiner zylindrischen Wandung eine ingförmig
Trägerplattc eingezogen ist, die rilt der Behältermandung mittels vertikaler Spannkabel
verspaniit ist unti iii der die horizentalen Gaskanäle eingearbeitet sind, daf>
die ringiörmige Trägerplatte auf ihrem gesamten Umfang üher die zylindrische Wandung
des Reaktorbehältes hinausragi und in dem Uberkragenden Bereich eine Anzahl von
vertikalen Darchhrüchen nufweist, die auf einem Teilkrcis uin die Reaktorbehälterachse
angeorduet sind und in die die berizentalen Gaskanäle
münden, daß
auf jedem der vertikalen Durchbrüche einer der Kompenentenbehälter aufgesetzt und
mittels vertikalor Spannkabel mit der Trägerplatte verankert ist und daß die Träger
platte in horizontaler Richtung durch eine Wicklung um ihren Umlang vorgespannt
ist.
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Bei der efindungsgemäßen Druckbehälteranordnung ist eiiie bedondeis
stabile und robuste Verbindung zwischen dem zentralen Reaktorbehälter und den Satellitenbehältern
für die wärmetauschenden Komponenten gegeben. Die Bodenplatte des Reaktorbehälters
dient gleichzeitig als Fundamentplatte für die ringförmige Trägerplatte, die sich
entweder solhst trägt oder durch Stützelemente abgestützt ist. Der Reaktorbehälter,
d.h. seine zylindrische Wandung, ist wie eine Glocke auf die ringförmige Trägorplatte
aufgesetzt, in der sich die horizontalen Gaskanäle befinden. Die Zylinderwandung
weist daher keine horizontalen Durchbrüche auf ; ebenso kann bei den Komponentenbehältern
auf horlzontale Durchbrüche verzichtot werden, denii die Zuführtlng und Abführung
des Kühlgases erfolgt von unten einer. Aucll die weiteren Zu--und Ableitungen für
die wärmetauschenden Komponenten (z.B. Speisewasserleitungen und Dampfleitungen)
sind in den vertikalen Durenprüchen der ringförmigen Trägerplatte verlegt. Wird
der in dem Beaktorbebälter installierte Hochtemperaturreaktor mit kagelförmigen
Brennelementen betrieben, so sind durch die Bodenplatte des Reaktorbehälters Abzugsrobre
für die Brennelemente geführt.
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Vertellhafteiweise ist die Eudenplatte des Reaktorbehälters auf einem
Ringfundament aus Bebon aufgesetzst. Dadurch ist es möglich, die wärmetauschenden
Komponenten von unten her ein- bzw. nach unten auszubauen.
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Zur besseren Abstützung der ringförmigen Trägerplatte kana die Bodenplatte
des Reaktorbahälters konsolenartige Fertsätze aufweisen, die jeweils in den Bereich
zwischen zwei der vertikalen Durchbrüche in der ringförmigen Trägerplatte vorgezogen
sind. Bei dieser Ausführung der Bodenplatte ist der zusätzliche Materialverbrauch
relativ gering.
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Eine andere Möglichkeit der Abstützung der ringförmigen Trägerplatte
besteht darin, die Trägerplatte an Spannkabeln aufzuhängen, deren obere Enden an
der Deckenplatte des Raktorbehälters verankert und deren untere Enden an dem überkragenden
Teil der ringförmigen Trägerplatte befestigt sind.
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Bei allen genannten Ausführungsvarlanten sind die vertikalen Durebbrüche
in der ringförmigen Trägerplatte vorteilhafterweise unteu mit Deckein abgeschlossen.
Dadurch werden Montage und Demontage der wärmetauschenden Komponenten erleichtert.
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Die Bodenplatte des Reaktorbehältors kann auch über die zylindrische
Behälterwandung hinaus so weit vergrößert sein, daß ihr Durchmesser dem Durchmesser
der ringförmigen Trägerplatte entspricht. Gleich der ringförmigen Trägerplatte ist
die Bodenplatte durch eine Wicklung um ihren Umfang in horizontaler Richtung vorgespannt.
Die gute Abstützung der rinförmigen Trägerplatte wird hier durch einen Mehrverbrauch
an material bei der Bodenplatte des Reaktorbrhälters erkanft. Gegepenenfalls kann
unter der Bodenpaltte noch eine Fundamentalpl@te aus Besou vorgescheu sein, die
die gesamte Bchälteranerdung trägt und versteift.
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Vorteilbafterweise sind die surch die Komponentenbehälter und die
ringförmige Trägerplatte verlegten vertikalen Spannkabel durch den erweiterten Bereich
der Badenplatte dem Reakterbehälters g@führt, so daß die beiden Trägerplatten
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ringförmige Trägerplatte und Bodenplatte - auch zwischen der vertikalen Durchbrüchen
in axialer Richtung zueinanter verspannt sind.
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Zweckmäßigerweise besitzt die Bodenplatte des Reaktorbchälters ebenfalls
vertikale Durchbrüche, die mit den Durchbrüchen in der ringförmigen Trägerplatte
korrespendieren. Die Deckel zum Verschließen der vertikalen Durchbrüche sind bei
dieser Ausführungsvariante unten an der Bodenplatte angebracht.
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Die Komponentenhehälter können zum Schutz gegen Erschütterungen noch
eine Verankerung aus Spaniikabeln aufweisen.
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Ein Teil dieser Spannkabel ist an dem Reaktorbehälter befestigt, ,
während der andere Teil der Spannkable an der ringförmigen Trägerplatte angreift.
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Als wärmetauschende Komponenten können in den Komponentenbehältern
beispielsweise Dampferzeuger vorgeschen sein, die sekundärseitig an einer Stromorzeugungsanlage
angeschlossen sind. So kann die erfindungsgemäße Druckbehälteranerdnung aus einem
zentralen Reaktorbehälter und sechs Satellitenbehältern für die Dampferzeuger bestehen,
die auf einem Teilkreis symmetrisch um die Achse des Reaktorbehälters augeordnet
sind.
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Auch können die wärmetauschenden Romponenten als Dampierzeuger ausgebildet
sein, die sekundärseitig Beizwärme in Form des erzeugten Damptes ode eines anderen
erwärmten Meizmediums liefern.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die wärmetausehenden Komponcnten
als Lultorhitzer und lufinacherhiezer für dine oder mchrere Deißluftt@@bibehattogen
mit geschles senen kreisläufen auszuführen.
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Es ist vorteilllaft, in einem Teil der Komponentenbehälter ein in
an sich bekannter Weise aus mehreren Gebläsen mit oder ohnc Rekuperator und der
gleieliEn Anzahl von Kühl erz bestehendes Nachwärmeabfuhrsystem ru installieren.
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Dabei sind in jedem der dafür vorgesehenen Komponentenbehälter ein
Gebläse und ein Kühler untergebracht.
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Zum Bau des Reaktorbehälters, der Komponentenbehälter und der ringförmigen
Trägerplatte können Spannboton, Gußmaterial oder and.ere zweckentsprechende Baustoffe
verwendet werden.
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In der Zeichnung sind melarere Ausführungsheispiele de erfindungsgemäßen
Druckbehälteranordnung schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 einen Längsschiiitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Druckbehälteranordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie A - B der Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch
ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie C - n der Fig.3,
Fig. 5 einen Längsschuitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Druchbehälteranordnung,
Fig.6 einen Schnitt nach der 0.j,ile E - F der FiLr.5,
Fig. 7 einen
Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel Fig.8 einen Schnitt nach der
I,inie G - H der Fig. 7, Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausfüiirungsbeispiel
und Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie I - K der Fig. 9.
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Die Figuren 1 und 2 lassen einen vorgespannten zylindrischen Gußdruckbehälter
1 erkennen (im fogenden Reaktorbehälter genallnt), in dem in eiiicr zentralen Kaverne
3 ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor 2 mit kugelförmigen Bronnelementen untergcb)'acht
ist. Die Brennelemeute werden durch Abzugsrohre 4 aus dem Reaktorkern abegezogen.
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Der Reaktorbehälter 1 weist eine Deckenplatte 6, eine Bodenpiatte
7 und eine zylindrische Wandung 8 auf, die durch vertikale Spannkabel 9 miteinander
verspannt sind. Die Bodenpiatte 7 ruht auf einem Hingfundament aus Beton. Die gesamie
Druckbchälteranordnung ist von sinsem Sicherbeitsbehälter 11 umgeben.
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Zwischen. der zylindrischen Wandung 8 und der Bodenplatte 7 des Reaktorbehälters
1 ist eine ringförmig Trägerplatte 12 aus Gußmaterial gezegen (im felgenden Gußplatte
genannt), die mittels der durch die Gußplatte 12 hindurchgeführten vertikalen Sapnnkabel
9 mit dem Reaktorbehälter 1 verspannt ist. Die ringförmige Gußplatte 12 ragt auf
ibrem ganzen Umfang über dit'. zylindrische Lehälterwandung 8 hinaus und weist in
dem überkragen4en Bereich eine Anzahl von vertikalen Durchbrachen 13 auf die auf
einem Teilkreis um
die Reaktorbehälterachse angeordnet sind, Die
vertikalen Durchbrüche 13 sind unten mit Deckeln 14 abgeschlossen.
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In der ringförmigen Gußplatte 12 sind radiale Heißgasleitungen 5 eingesrbeitet,
die in die vertikalen Durchbrüche 13 münden. Dabei verbindet je eine Meißgasleitung
5 einen im Inneren des Reaktorbenälters 1 unterhalb des Hochtemperaturreaktors 2
befindlichen Reißgassammelraum 15 mit einem der vertikalen Durchbrüche 13.
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Auf jedem der vertikalen Durchbrüche 13 ist ein Komponentenbehälter
16 aufgesetzt, der zylindrisch ausgebildet und als vorgespannter Gußdruckbehälter
ausgeführt ist. Mittels vertikaler Spannkabel 17 ist jeder Komponentenbehälter 16
mit der ringförmigen Gußplatte 12 verspannt. Die Vorspannung in herizontaler Richtung
wird sowchl bei dem Reaktorbehälter 1 als auch bei den Komponentenbehältern 16 durch
eine nnl den Umfang der betreffenden Bchälter gelegte Wicklung 18 bewirkt. Eine
ebensolche Wicklung 19 um ihren Umfang weist auch die ringförmige Gußplatte 12 auf.
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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, sind in der ringförmigen Gußplatte
12 zehn vertikale Durchbrüche 13 vorgesehen, tivnon ebensoviele Komponentenbehälter
16 zugeordnet sind. Die Behälter 16 sind in zwei unterschiedlichen Größen ausgeführt,
je nach den wärmetauschenden Komponenten, die sie aufzunehmen hahen. So sind in
den größeren Komponentehehältern 16a Dampfenzeuger 20 installiert, die sekundärseitig
an einer (nicht dargestellten) Stromerzeugungsanlage angeschlossen sind. In vier
kleineren Komponentenbehältern 16b ist ein Nachwärmeabfuhrsystem 21 untergebracht,
das in an sich bekannter Weise aus vier Gebläsen mit oder ohne Rekuperator und der
gleichen Anzahl von Kühl@@n bastcht, wobei in jedem Komponentenbehälter 16b ein
Gebläse und ein Kühler angeordnet sind (nicht dargestellt). Die Antriebe 22 (Elektromotoren)
für
die Gebläse sinC j.weils a;f den Komponentenbehältern 1Gb aufgesetzt, wie in der
Fig. 1 angedeutet. Auf den Komponentenbehältern 16a sind Gebläse 23 installiert,
die im Heliumkrelalauf jeweils den Demplerzeugern 20 nachgeschaltet sind.
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Sie werden durch Antriche 24 in Gang gesetzt.
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Die Zu- und Ableitung des Heliums zu den wärmetauschenden Komponenten
2( und 21 erfolgt durch die radialen Heißgasleitungen 5 und vertikalen Druchbrüche
13, die als koaxiale Gasführungen ausgebildet sind, in deren äußeren Leitungsteile
das kalte hellum von den wärmetauschenden Komponenten 20 und 21 zu dem Hochtemperaturreaktor
2 zurückgeführt wird (nicht dargestellt).
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In dcn weiteren Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezuge
ziffern bezeichnet wie in den Figuren 1 und 2. Dic wärmetauschenden Komponenten
20 uiid 21 sind in diesen Figurep nicht mehr eingezeichnet.
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Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Druckbehälteranordnung
erfährt die ringförmige Gußplatte 12 eine zusätzliche Abstützung durch die besondere
Ausbildung der Bodenplatte 25 des Reaktorbehälters 1. Die Bodenplatte 25 weist konsolenartige
Fortsätze 2fi auf, die jeweils in den Bereich zwischen zwei der vertikalen Durchbrüche
13 in der ringförmigen Gußplatte 12 vorgezogen sind.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine andere möglichkeit der Abstützung
der ringförmigen Gußplatte 12. Diese ist an Spannkabeln 27 aufgchangr, deren obere
Enden 27a an der Deckenplatie 6 des Reaktorbehalters 1 verankert sind. Die unteren
Bnden 27b der Spannkabei 27 sind an dem überkragenden Teil der ringförmigen Gußplatte
12 befestigt. Die Spannkabel 27 sind über den gesamten Umfang der Gnßplatte 12 verteilt.
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In der Figuren 7 und 8 ist dargestellt, in welcflcr Weise die Komponentenbellälter
16 zusätzlich bgestützt werden können, um sie vor Erschütterungen zu schützen. An
jedem Komponentenbehälter 16 sind oben zwei Spannkabel 33 a befestigt, die am unteren
Teil des Reaktorbehältcrs 1 angebracht sind. Durch zwei weitere Spannkabel 33 b,
die ebcnfalls oben an ihm verankert sind, ist jeder Komponentenbehälter 16 gegen
die ringförmige Gußplatte 12 abgestützt.
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Bei der in den Figuren 9 und 10 gezeigten Druckbehälteranordnung ist
die Bodenplatte 28 des Rcaktorbehälters 1 iiber die zylindrische Wandung 8 hinaus
vergrößert, und zwar in einem solchen iilaße, daß-ihr Durchmesser mit dem Durchmesser
der ringförmigen Fußplatte 12 übereinstimmt. Sie weist in dem erweiterten Bereich
eine gleiche Anzahl von vertikalen Durchbntcben 29 auf wie die ringförmige Fußplatte
12, und die Durchbräche 13 und 29 korrespondieren miteinander. Die vertikalen Durchbrdche
29 sind unten mit Deckeln 30 abgeschlossen. Um den Umfang der Bodenplatte 28 it
eine herizontale Wicklung 31. gelegt. In vertikaler Richtung ist die Bodenplatte
28 in ihrem erweiterten Bereich durch Spannkabel 32 vorgespannt, die auch durch
die ringförmige Gußplatte 1.2 und die Komponentenbehälter 16 geführt sind.