DE3204813C2

DE3204813C2 -

Info

Publication number: DE3204813C2
Application number: DE3204813A
Authority: DE
Inventors: Claus Dr. 6702 Bad Duerkheim De Elter; Josef Dipl.-Ing. Dr. 7251 Hambruecken De Schoening; Heinrich 6804 Ilvesheim De Stach; Wilfried 6836 Oftersheim De Stracke
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1982-02-11
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1989-02-09
Also published as: DE3204813A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Kernkraftwerk ist z. B. aus der DE-OS 24 11 039 bereits bekannt.The invention relates to a nuclear power plant according to the preamble of claim 1. Such a nuclear power plant is e.g. B. from DE-OS 24 11 039 already known.

Es ist bekannt, Kernkraftwerke mit geschlossenem Kühlgaskreis lauf zur Erzeugung von Prozeßwärme einzusetzen und die im Reaktorkern gewonnene Wärme über einen Wärmetauscher zunächst auf einen Zwischenkreislauf zu übertragen. Ein für derartige Zwecke geeigneter Wärmetauscher, der in den Druckbehälter des Kernreaktors integriert ist, wird beispielsweise in der DE-OS 26 50 922 beschrieben. Wird als Reaktorkühlmittel He lium verwendet, so wird für den Zwischenkreislauf ebenfalls Helium eingesetzt. It is known nuclear power plants with a closed cooling gas circuit run to generate process heat and the in Heat initially obtained from the reactor core via a heat exchanger to be transferred to an intermediate circuit. One for such Purpose of suitable heat exchanger, which in the pressure vessel of the Nuclear reactor is integrated, for example in the DE-OS 26 50 922 described. Is used as the reactor coolant He lium is used for the intermediate circuit as well Helium used.

Bei einem weiteren Kernkraftwerk zur Erzeugung von Prozeß wärme, die über He/He-Wärmetauscher aus dem Kühlgaskreislauf ausgekoppelt wird, sind mehrere parallelgeschaltete Wärmenut zungskreisläufe vorgesehen, deren Komponenten - Wärmetauscher und Gebläse - sämtlich in dem Spannbetondruckbehälter des Kernreaktors untergebracht sind. Die Wärmetauscher dieses in der DE-OS 24 11 039 beschriebenen Kernkraftwerks sind jeweils in einen Hochtemperaturteil und einen Niedertemperaturteil unterteilt, und für beide Wärmetauscherteile sind gesonderte vertikale Schächte in dem Spannbetondruckbehälter vorgesehen. Das Gebläse jedes Wärmenutzungskreislaufs ist unmittelbar un ter dem Niedertemperaturteil des Wärmetauschers dieses Kreis laufs angeordnet.At another nuclear power plant to generate a process heat from the cooling gas circuit via He / He heat exchangers is coupled out, there are several heat grooves connected in parallel tion circuits provided, their components - heat exchangers and blowers - all in the prestressed concrete pressure vessel of the Nuclear reactor are housed. The heat exchanger this in the nuclear power plant described in DE-OS 24 11 039 are each into a high temperature part and a low temperature part divided, and for both heat exchanger parts are separate vertical shafts are provided in the prestressed concrete pressure vessel. The fan of each heat use circuit is immediately un ter the low-temperature part of the heat exchanger this circuit arranged.

Stand der Technik ist ferner eine Prozeßwärmeanlage zur Er zeugung von Synthesegas, bei der eine Anzahl von Reaktions kammern mit der in einem Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärme beheizt wird. Die Reaktionskammern sowie diesen nachge schaltete Dampferzeuger und Gebläse sind in den Spannbeton druckbehälter des Hochtemperaturreaktors integriert. Je eine Reaktionskammer, z. B. ein Röhrenspaltofen, ein Dampferzeuger und ein Gebläse bilden einen Wärmenutzungskreislauf. Alle Komponenten sind ausbaubar in vertikalen Schächten instal liert, wobei die Gebläse jeweils direkt unter den Dampferzeu gern angeordnet sind.State of the art is also a process heating system for Er generation of synthesis gas in which a number of reaction chambers with that obtained in a high temperature reactor Heat is heated. The reaction chambers and these nachge switched steam generator and blower are in the prestressed concrete pressure vessel of the high temperature reactor integrated. One per Reaction chamber, e.g. B. a tube cracking furnace, a steam generator and a fan form a heat utilization circuit. All Components can be installed in vertical shafts liert, whereby the blower directly under the steam generator like to be arranged.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Kernkraftwerk der eingangs beschriebenen Art die Komponenten des Kühlgaskreislaufs so wie die Kühlgaswege so anzuordnen, daß alle Wärmetauscher und Heißgas führenden Leitungen unter äußerem Überdruck ste hen, die Komponenten gut zugänglich sind und sich eine ein fache Gasführung ergibt. The invention is based on this prior art based on the task at the beginning of a nuclear power plant described the components of the cooling gas circuit so how to arrange the cooling gas paths so that all heat exchangers and hot gas lines under external pressure hen, the components are easily accessible and one multiple gas flow results.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Kernkraftwerk nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the nuclear power plant according to claim 1.

Das Kernkraftwerk gemäß der Erfindung weist den Vorteil auf, daß für vier Wärmetauscher jeweils nur ein Gebläse vorhanden ist und daß Verteileinrichtungen für das Heißgas nicht erfor derlich sind. Durch die Anordnung der Gebläse an den "kalten Enden" der Wärmetauscher sowie durch die Rückführung des kal ten verdichteten Kühlgases außen an den Wärmetauschern und Heißgaskanälen entlang wird dafür Sorge getragen, daß diese Komponenten unter äußerem Überdruck stehen. Dieser Umstand er möglicht es, bei den genannten Komponenten Schiebeverbindungen zu verwenden. The nuclear power plant according to the invention has the advantage that only one fan is available for four heat exchangers is and that distributors for the hot gas are not required are such. By arranging the blowers on the "cold Ends "of the heat exchanger and by recycling the cal th compressed cooling gas on the outside of the heat exchangers and Hot gas ducts are made to ensure that these Components are under external pressure. This fact he enables sliding connections for the components mentioned to use.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Kernkraftwerkes schematisch dargestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen In the drawing is an embodiment of the Invention modern nuclear power plant shown schematically. The figures show in detail

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Kernkraftwerk nach der Linie I-I der Fig. 3, Fig. 1 shows a longitudinal section through the nuclear power plant according to the line II of Fig. 3,

Fig. 2 einen zweiten Längsschnitt durch das Kern kraftwerk nach der Linie II-II der Fig. 3, Fig. 2 shows a second longitudinal section through the nuclear power plant according to the line II-II of Fig. 3,

Fig. 3 die Draufsicht auf ein Teilstück des Kern kraftwerkes, das zwei Kreislaufstränge ent hält. Fig. 3 is a plan view of a portion of the core power plant that holds two circuit strands ent.

In einem zylindrischen Spannbetondruckbehälter 1 ist in einer Kaverne 2 ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor 3 ange ordnet, dessen aus kugelförmigen Brennelementen bestehender Kern 4 allseitig von einem Graphitreflektor 5 umgeben ist. Decken- und Bodenreflektor weisen Durchtrittsöffnungen für das von oben nach unten strömende Helium auf. Oberhalb des Deckreflektors ist ein Kaltgassammelraum 6 vorgesehen. Un terhalb des Bodenreflektors wird das heiße Helium in einem Heißgassammelraum 7 gesammelt, an den sich mehrere radiale Heißgaskanäle 8 anschließen.In a cylindrical prestressed concrete pressure vessel 1 , a helium-cooled high-temperature reactor 3 is arranged in a cavern 2 , the core 4 of which consists of spherical fuel elements and is surrounded on all sides by a graphite reflector 5 . Ceiling and floor reflectors have openings for the helium flowing from top to bottom. A cold gas collecting space 6 is provided above the cover reflector. Below the floor reflector, the hot helium is collected in a hot gas collecting space 7 , to which a plurality of radial hot gas channels 8 are connected.

Der Reflektor 5 ist von einem thermischen Schild aus Metall umgeben, der aus Deckenschild 9, Seitenschild 10 und Boden schild 11 besteht. Dabei wird zwischen dem Seitenschild 10 und dem seitlichen Teil des Reflektors 5 ein Ringraum 12 ge bildet. Zwischen dem thermischen Bodenschild 11 und einer unterhalb diesem angeordneten Reaktorbodenplatte 14 ist ein freier Raum 13 vorgesehen. Die Reaktorbodenplatte 14 weist eine Anzahl von Durchbrüchen für das Kühlgas auf. The reflector 5 is surrounded by a thermal shield made of metal, which consists of the top plate 9 , side plate 10 and bottom plate 11 . An annular space 12 is formed between the side plate 10 and the lateral part of the reflector 5 . A free space 13 is provided between the thermal base plate 11 and a reactor base plate 14 arranged below it. The reactor base plate 14 has a number of openings for the cooling gas.

Der Heliumkreislauf ist in mehrere parallele Kreislaufstränge unterteilt, die jeweils einen Heißgaskanal 8 und zwei He/He- Wärmetauscher 15 enthalten, welche parallel von dem heißen Helium durchströmt werden. Die Wärmetauscher 15 sind ausbau bar in von oben zugänglichen vertikalen Schächten 16 unterge bracht. Ihre Zuleitungen 17 und Ableitungen 18 für das im Gegenstrom geführte Sekundärhelium sind durch die Abschlußdeckel 19 der Schächte 16 verlegt. Jeder Heißgaska nal 8 bildet mit einem ihn umgebenden ringförmigen Kanal 20, der als Kaltgaskanal dient, eine koaxiale Gasführung. Die Kaltgaskanäle treten direkt in die Reaktorkaverne 2 ein.The helium circuit is divided into several parallel circuit strands, each of which contains a hot gas channel 8 and two He / He heat exchangers 15 , through which the hot helium flows in parallel. The heat exchangers 15 are expanded bar in vertical shafts 16 accessible from above. Their feed lines 17 and leads 18 for the secondary helium guided in counterflow are laid through the end covers 19 of the shafts 16 . Each Heißgaska channel 8 forms with a surrounding annular channel 20 , which serves as a cold gas channel, a coaxial gas flow. The cold gas channels enter directly into the reactor cavern 2 .

Die Schächte 16 jedes Kreislaufstranges liegen in fast radia ler Richtung nebeneinander, wie die Fig. 3 erkennen läßt. Genauer gesagt, ist ihre Anordnung so getroffen, daß jeweils ein zwischen den Schächten zweier benachbarter Kreislaufsträn ge befindlicher weiterer Schacht 21 von allen vier Schächten 16 den gleichen Abstand aufweist. Dieser nur von unten zugäng liche Schacht dient der Aufnahme eines Gebläses 22, das im unteren Teil des Schachtes 21 installiert ist. Die Gebläse 22 sind jeweils zwei Kreislaufsträngen mit je zwei Wärmetau schern 15 zugeordnet.The shafts 16 of each circuit strand lie side by side in an almost radial direction, as can be seen in FIG. 3. More precisely, their arrangement is such that a respective shaft 21 located between the shafts of two adjacent circuit strands is at the same distance from all four shafts 16 . This only accessible from below Liche shaft is used to hold a blower 22 , which is installed in the lower part of the shaft 21 . The blowers 22 are each two circuit strands each with two Wärmetau shears 15 assigned.

Die innenliegenden Schächte 16 a der Wärmetauscher 15 wie auch die außenliegenden Schächte 16 b dieser Komponenten sind je weils auf dem gleichen Teilkreis um die Druckbehälterachse angeordnet. Auf einem weiteren Teilkreis um die Druckbehälter achse sind noch vier vertikale Schächte 23 vorgesehen (in der Fig. 3 ist nur einer dargestellt), in denen jeweils ein Ge bläse und ein Kühler untergebracht sind. Diese bilden zusam men das Nachwärmeabfuhrsystem des Kernkraftwerkes (nicht ge zeigt). The inner shafts 16 a of the heat exchanger 15 as well as the outer shafts 16 b of these components are each arranged on the same pitch circle around the pressure vessel axis. On a further pitch circle around the pressure vessel axis, four vertical shafts 23 are also provided (only one is shown in FIG. 3), in each of which a fan and a cooler are accommodated. Together they form the after-heat dissipation system of the nuclear power plant (not shown).

Die beiden Schächte 16 a und 16 b jedes Kreislaufstranges sind an ihrem unteren Ende durch eine gerade, koaxiale Gasführung verbunden, deren äußerer Kanal 24 direkt in die beiden Schächte einmündet, während ihr innerer Kanal 25 an die bei den Wärmetauscher 15 angeschlossen ist. Der jeweils im Schacht 16 a befindliche Wärmetauscher 15 ist zudem unmittel bar an den Heißgaskanal 8 dieses Kreislaufstranges ange schlossen. Der Wärmetauscher 15 im Schacht 16 b wird durch den inneren Kanal 25 im Heißgas beaufschlagt. Beide Wärme tauscher werden von unten nach oben von dem Heißgas durch strömt.The two shafts 16 a and 16 b of each circuit strand are connected at their lower end by a straight, coaxial gas duct, the outer channel 24 of which opens directly into the two shafts, while its inner channel 25 is connected to the heat exchanger 15 . The heat exchanger 15 located in each shaft 16 a is also connected directly to the hot gas channel 8 of this circuit strand. The heat exchanger 15 in the shaft 16 b is acted upon by the inner channel 25 in the hot gas. Both heat exchangers are flowed through from below by the hot gas.

Der obere Teil jedes Schachtes 21 für eines der Gebläse 22 ist im Durchmesser verengt. In diesem Teil ist eine vertika le Gasführung 26 verlegt, die an das jeweilige Gebläse 22 an geschlossen ist. Sie bildet mit einem sie umgebenden ringför migen Kanal 27 eine Koaxialleitung. Der Kanal 27 dient der Rückführung des verdichteten Kaltgases. Er steht in Verbin dung mit vier einfachen geraden Gasführungen 29, die oben in den Schacht 16 jedes der vier dem Gebläse 22 zugeordneten Wärmetauscher 15 eintreten. Vier weitere einfache Gasführun gen 28, die oberhalb der Gasführungen 29 angeordnet sind, verbinden die oberen Enden dieser vier Wärmetauscher mit der vertikalen Gasführung 26 und leiten somit das in den Wärme tauschern 15 abgekühlte Helium dem Gebläse 22 zu.The upper part of each shaft 21 for one of the blowers 22 is narrowed in diameter. In this part, a vertical gas guide 26 is laid, which is closed to the respective fan 22 . It forms a coaxial line with a ring-shaped channel 27 surrounding it. The channel 27 is used to return the compressed cold gas. It is manure in Verbin with four simple straight gas guides 29, which enter the top of the shaft 16 of each of the four the fan 22 associated heat exchanger 15th Four other simple gas guides 28 , which are arranged above the gas guides 29 , connect the upper ends of these four heat exchangers to the vertical gas guide 26 and thus conduct the helium cooled in the heat exchangers 15 to the blower 22 .

In allen Schächten 16 ist im Bereich zwischen den Einmündungs stellen der beiden Gasführungen 28 und 29 eine Dichtung 30 eingebaut, die das Ausströmen verdichteten Gases in den obe ren Schachtteil verhindert. In all shafts 16 a seal 30 is installed in the area between the confluence of the two gas ducts 28 and 29 , which prevents the outflow of compressed gas into the upper part of the shaft.

Im folgenden wird die Führung des durch Pfeile dargestellten Kühlgasstromes durch das Kernkraftwerk im Zusammenhang beschrieben.The following is the guidance of the arrows Cooling gas flow through the nuclear power plant in the Connection described.

Das von oben in den Reaktorkern 4 eintretende Helium heizt sich beim Durchströmen der Brennelementschüttung auf, wird in dem Heißgassammelraum 7 gesammelt und verteilt sich dann durch die Heißgaskanäle 8 auf die einzelnen parallelgeschal teten Kreislaufstränge. In jedem Kreislaufstrang findet dann nochmals eine Aufteilung auf die beiden Wärmetauscher 15 die ses Stranges statt, wobei das Helium zu dem außenliegenden Wärmetauscher durch den inneren Kanal 25 gelangt. In den Wärmetauschern 15 strömt das heiße Helium nach oben, gibt da bei seine Wärmeenergie an das Sekundärhelium ab und tritt dann durch die Gasführungen 28 in die vertikale Gasführung 26 des zugehörigen Gebläses 22 ein.The helium entering the reactor core 4 from above heats up as it flows through the fuel assembly, is collected in the hot gas collecting space 7 and is then distributed through the hot gas channels 8 to the individual circuit strands which are connected in parallel. In each circuit strand there is then a further division into the two heat exchangers 15 of this strand, the helium reaching the external heat exchanger through the inner channel 25 . The hot helium flows upward in the heat exchangers 15 , releases its thermal energy to the secondary helium, and then enters the vertical gas duct 26 of the associated blower 22 through the gas ducts 28 .

Nach seiner Verdichtung in den Gebläsen 22 strömt das kalte Helium außen an der Gasführung 26 entlang durch den ringför migen Kanal 27, teilt sich jeweils auf die vier angeschlosse nen Gasführungen 29 auf und wird in die Schächte 16 zurück geleitet. In den Schächten 16 strömt das verdichtete Helium außen an den Wärmetauschern 15 entlang nach unten. Die Wärme tauscher stehen also unter äußerem Überdruck. Daher können - wie aus Fig. 1 ersichtlich - bei den Wärmetauschern Schiebeverbindungen eingesetzt werden. Das gleiche gilt auch für die Heißgaskanäle 8 und die inneren Kanäle 25.After its compression in the blowers 22 , the cold helium flows outside along the gas duct 26 through the ring-shaped channel 27 , divides into the four connected gas ducts 29 and is passed back into the shafts 16 . In the shafts 16 , the compressed helium flows downward along the outside along the heat exchangers 15 . The heat exchangers are therefore under external pressure. Therefore, as can be seen from FIG. 1, sliding connections can be used in the heat exchangers. The same also applies to the hot gas channels 8 and the inner channels 25 .

Aus den Wärmetauscherschächten 16 a gelangt das Kaltgas direkt in die Kaltgaskanäle 20; das aus den Schächten 16 b austreten de Gas wird erst durch die äußeren Kanäle 24 geführt, bevor es ebenfalls in die Kaltgaskanäle 20 eintritt. The cold gas passes directly from the heat exchanger shafts 16 a into the cold gas channels 20 ; The gas emerging from the shafts 16 b is only passed through the outer channels 24 before it also enters the cold gas channels 20 .

In der Reaktorkaverne 2 vereinigen sich die Teilströme aller Kreislaufstränge wieder. Das Kaltgas wird zunächst durch die Durchbrüche in der Reaktorbodenplatte 14 in den Raum 13 geleitet. Hier strömt es an dem thermischen Bodenschild 11 entlang, den es dabei kühlt. In dem Ringraum 12 zwischen Sei tenreflektor und thermischem Seitenschild 10 wird das Kaltgas nach oben geführt. Dabei wird auch der Seitenschild mit dem Kalt gas gekühlt. Anschließend tritt es in den Kaltgassammelraum 6 ein. Durch die Durchtrittsöffnungen in dem Deckenreflektor gelangt das Helium schließlich wieder in die Brennelementschüttung.In the reactor cavern 2 , the partial flows of all the circulation strands reunite. The cold gas is first passed through the openings in the reactor base plate 14 into the room 13 . Here it flows along the thermal bottom plate 11 , which it cools. In the annular space 12 between Be tenreflektor and thermal side plate 10 , the cold gas is led upwards. The side plate is also cooled with the cold gas. Then it enters the cold gas collecting space 6 . The helium finally gets back into the fuel element through the openings in the ceiling reflector.

Claims

1. Nuclear power plant with a closed cooling gas circuit for generating process heat, in which the heat obtained in a high-temperature reactor ( 3 ) is transferred from the cooling gas via a plurality of heat exchangers ( 15 ) to a secondary medium, the high-temperature reactor ( 3 ) in a central cavern ( 2 ) a cylindrical prestressed concrete pressure vessel ( 1 ) is arranged, the heat exchangers ( 15 ) can be installed in a vertical shaft ( 16 ) accessible from above and the heat exchangers downstream fans ( 22 ) can also be removed in their own vertical shafts ( 21 ) and are arranged at which are connected to a plurality of radial hot gas channels ( 8 ), which supply the heat exchangers with hot cooling gas, to a hot gas collecting space ( 7 ) located below the reactor core ( 4 ), and the cold cooling gas on the way from the fans ( 22 ) back to the reactor core ( 4 ) as a sheath flow around all heat exchangers and hot gas channels, characterized by the following Characteristics:

a) in each case two identical heat exchangers ( 15 ) which are connected to a common hot gas duct ( 8 ) and through which the hot cooling gas flows in parallel, form a circuit strand;
b) the two heat exchangers ( 15 ) of each circuit strand are arranged in shafts ( 16 a , 16 b) which lie side by side in an almost radial direction;
c) the two shafts assigned to a circuit ( 16 a , 16 b) are each connected at their lower end by a straight coaxial gas duct, the outer, cold gas-carrying channel ( 24 ) opens directly into the shafts ( 16 a , 16 b) and whose inner, hot-gas channel ( 25 ) is connected to the two heat exchangers of the circulation line;
d) the four heat exchangers ( 15 ) each two adjacent circuit strands are connected to a common blower ( 22 ), the blower ( 22 ) receiving shaft ( 21 ) between the four shafts ( 16 a , 16 b) for the Heat exchanger ( 15 ) is arranged so that it is at the same distance from them.

2. Nuclear power plant according to claim 1, characterized in that all internal heat exchanger shafts ( 16 a) and all external heat exchanger shafts ( 16 b) are each arranged on a pitch circle around the pressure vessel axis.

3. Nuclear power plant according to claim 1, characterized in that in the shaft ( 21 ) for each blower ( 22 ) connected to the blower ( 22 ) and extending to the upper end of the shaft vertical gas duct ( 26 ) is installed, with a they surrounding annular channel ( 27 ) forms a coaxial line, and that the cold gas compressed in the blower ( 22 ) is guided through the annular channel ( 27 ).

4. Nuclear power plant according to claim 3, characterized in that the upper end of each heat exchanger ( 15 ) through a straight gas duct ( 28 ) with the vertical gas duct ( 26 ) of the associated blower ( 22 ) is connected and that a further, arranged below the first straight gas guide ( 29 ) connects the shaft ( 16 ) of each heat exchanger ( 15 ) with the annular channel ( 27 ) in the shaft ( 21 ) of the associated blower ( 22 ).