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Gasturbinen-Kraftanlage mit geschlossenem
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Gaskreislauf und einem Kugelhaufen-Kernreaktor als Wärmequelle Die
Erfindung betrifft eine Gasturbinen-Kraftanlage mit geschlossenem Gaskreislauf,
bei der ein Kugelhaufen-Kernreaktor als Wärmequelle in der zentralen Kaverne eines
zylindrischen Spannbetondruckbehälters untergebracht und ein aus Turbine, HD- und
ND-Verdichter bestehender Gasturbosatz in einem horizontalen Stollen unterhalb der
Reaktorkaverne installiert ist sowie aus Rekuperatoren, Vorkühlern, Zwischenkühlern
und Hilfskühlsystemen bestehende wärmetauschende Apparate in vertikalen Schächten
des Spannbetondruckbehälters angeordnet sind, mit einem den Kernreaktor allseitig
umgebenden thermischen Schild und einem Ringraum zwischen dem thermischen Seitenschild
und der mit einem Liner ausgekleideten Kavernenwand, durch den von dem HD-Verdichter
kommendes Kreislaufgas niedriger Temperatur (Kaltgas) geführt wird, mit mehreren
als Koaxialleitungen ausgebildeten Heißgasleitungen und Warmgasleitungen, die an
den Kernreaktor angeschlossen sind, sowie mit mehreren Kugelabzugsrohren für die
Brennelemente und mit direkt in die Schüttung der Brennelemente einfahrbaren Absorberstäben,
durch deren Innenraum ein Kühlgasstrom geleitet wird.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Stand der Technik ist in den DE-OS
24 54 451, 26 39 877, 28 28 975 und 30 27 507 beschrieben.
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Die DE-OS 24 54 451 zeigt ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Kühlgaskreislauf
in integrierter Bauweise, bei dem mehrere jeweils aus einem Gasturbosatz und wärmetauschenden
Apparaten bestehende Wärmenutzungskreisläufe parallelgeschaltet sind.
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Die Gasturbosätze sind in horizontalen Stollen untergebracht, während
alle wärmetauschenden Apparate in vertikalen Schächten um die Reaktorkaverne installiert
sind. Jedem Wärmenutzungskreislauf ist ein weiterer vertikaler Schacht zugeordnet,
in dem eine Heißgas- und eine Warmgasleitung verlegt sind und durch den von dem
HD-Verdichter kommendes Kaltgas geleitet wird.
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Die in der DE-OS 26 39 877 dargestellte Kraftanlage besteht aus einem
Kernreaktor, der in der mit einem Liner ausgekleideten Kaverne eines Spannbetondruckbehalters
untergebracht ist, mindestens einer Gasturbine mit HD- und ND-Verdichter und einer
Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenenfalls Zwischenkühlern. Diese Kreislaufkomponenten
sind ebenfalls in dem Spannbetondruckbehälter installiert. Der Liner der Reaktorkaverne
wird mit Kreislaufgas niedriger Temperatur (Kaltgas) gekühlt, wobei das gesamte
aus dem HD-Verdichter austretende Gas vor seinem Eintritt in die Rekuperatoren durch
einen Ringraum zwischen dem Liner und dem thermischen Seitenschild geführt wird.
Die Zuleitung des Kaltgases zu dem Ringraum erfolgt durch Gasführungsschächte, die
jeweils zusammen mit einer der den Reaktorkern und die Turbine verbindenden Heißgasleitungen
eine koaxiale Gasführung bilden.
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In der DE-OS 28 28 975 wird ein mit einem Gasturbosatz gekoppelter
Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen beschrieben, bei dem der
Liner der Reaktorkaverne ebenfalls mit von dem Verdichter kommendem Kaltgas gekühlt
wird. Ein Teilstrom dieses Kaltgases wird zur Kühlung der Absorberstäbe verwendet,
die unmittelbar in die Brennelementschüttung eingefahren werden. Zu diesem Zweck
wird das Kaltgas aus dem über dem thermischen Deckenschild befindlichen Kaltgassammeiraum
durch Schlitze in die Absorterstäbe eingeleitet, die es durch in den Stabspitzen
vorgesehene Schlitze wieder verläßt. Darauf vermischt sich dieser Kaltgasstrom mit
dem Kühlgasstrom, der die Brennelementschüttung durchsetzt.
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In der DE-OS 30 27 507 ist ebenfalls ein Kernkraftwerk mit an den
Kernreaktor angekoppeltem Gasturbosatz in integrierter Bauweise dargestellt, bei
dem zur Kühlung des Kavernenliners das von dem Verdichter kommende Kaltgas durch
einen Ringraum zwischen dem thermischen Seitenschild und der Kavernenwand geführt
wird. Hierbei wird nicht nur der Kavernenliner, sondern auch der thermische Seitenschild
gekühlt, der aus Gußmaterial gefertigt ist. Um eine gleichmäßige Umströmung des
thermischen Seitenschildes mit Kaltgas zu erreichen, ist der horizontale Stollen
für den Gasturbosatz durch mehrere Gasführungen mit dem Ringraum zwischen der Kavernenwand
und dem thermischen Seitenschild verbunden, durch die ein Kaltgas-Bypaß unten in
die Reaktorkaverne geleitet wird.
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Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinen-Kraftanlage des eingangs beschriebenen
Bautyps durch eine besondere Führung des Kaltgases sicherzustellen, daß sowohl bei
Normalbetrieb
als auch bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb die zulässigen
Werkstofftemperaturen der Reaktoreinbauten und des Liners nicht überschritten werden.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedem Rekuperator
in an sich bekannter Weise ein vertikaler Gasführungsschacht zugeordnet ist, der
durch zwei Stollen mit der Reaktorkaverne und je durch einen weiteren horizontalen
Stollen mit dem Turbinenstollen bzw. mit dem Schacht des- Rekuperators verbunden
ist, daß in ebenfalls an sich bekannter Weise jeweils eine Heißgasleitung durch
zwei der horizontalen Stollen und ein Teilstück eines der Gasführungsschächte verlegt
und jeweils eine Warmgasleitung in den beiden anderen horizontalen Stollen und einem
weiteren Teilstück dieses Gasführungsschachtes angeordnet ist, daß das aus dem HD-Verdichter
austretende Kaltgas auf seinem Weg zu den Rekuperatoren in eine der Anzahl der Rekuperatoren
entsprechende Zahl von Hauptströmen und mehrere Nebenströme unterteilt ist, wobei
jeder Hauptstrom zunächst durch den unteren horizontalen Stollen für die Heißgasleitung
in einen der Gasführungsschächte geführt und nach Durchströmen dieses Schachtes
durch den oberen horizontalen Stollen für die Warmgasleitung zu dem zugehörigen
Rekuperator geleitet wird und wobei die Nebenströme auf folgenden Wegen zu den Rekuperatoren
geführt werden: a.) eine erste Gruppe von Nebenströmen spaltet sich in den GasfUhrungsschächten
von den Hauptströmen ab und gelangt durch die oberen horizontalen Stollen für die
Heißgasleitungen in die Reaktorkaverne, wird hier in den Ringraum zwischen thermischem
Seitenschild und Kavernenwand nach oben geleitet und gelangt durch die unteren horizontalen
Stollen
für die Warmgasleitungen, durch ein Teilstück der Gasführungsschächte und durch
die oberen horizontalen Stollen für die Warmgasleitungen zu den Rekuperatoren; b.)
eine zweite Gruppe von Nebenströmen tritt aus dem Turbinenstollen in mehrere horizontale
Stichleitungen ein, die jeweils in einen jedes Kugelabzugsrohr koaxial umgebenden
Kanal einmünden, und strömt durch die genannten koaxialen Kanäle in einen unterhalb
des thermischen Bodenschildes befindlichen Sammelraum, von dem aus die Nebenströme
in vertikale Kühlgaskanäle des thermischen Seitenschildes eintreten; in einem am
oberen Ende des Seitenschildes befindlichen Ring sammler werden die Nebenströme
dieser Gruppe gesammelt, strömen durch horizontale und vertikale Kühlgaskanäle des
thermischen Dekkenschildes in einen zweiten Sammelraum oberhalb dieses Schildes
und vereinigen sich in dem Ring raum zwischen thermischem Seitenschild und Kavernenwand
wieder mit den ersten Nebenströmen; c.) von der eben genannten Gruppe von Nebenströmen
wird innerhalb der horizontalen Kühlgaskanäle des thermischen Deckenschildes eine
Bypaßströmung abgezweigt, die durch Schlitze in die Absorberstäbe eintritt und in
diesen bis zu deren Spitzen geführt wird; dort wird das Kaltgas umgelenkt und tritt
aus den Absorberstäben entweder in den Raum oberhalb der Brennelementschüttung oder
in den zweiten Sammelraum oberhalb des thermischen Deckenschildes ein;
d.)
eine dritte Gruppe von Nebenströmen wird zunächst wie die zweite Gruppe durch die
horizontalen Stichleitungen geleitet, tritt dann aus den koaxialen Kanälen um die
Kugelabzugsrohre in zu den vertikalen Schächten für die Hilfskühlsysteme führende
horizontale Bypaßleitungen ein und strömt in diesen Schächten nach oben; durch horizontale
Stollen, in denen jeweils eine an eines der Hilfskühlsysteme angeschlossene Heißgasleitung
angeordnet ist, gelangen die Nebenströme in den Ringraum zwischen thermischem Seitenschild
und Kavernenwand und vereinigen sich vor dem Eintritt in die Stollen rür die Warmgasleitungen
mit den anderen Nebenströmen.
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Die erfindungsgemäße Gasturbinen-Kraftanlage zeichnet sich durch eine
Reihe von Vorteilen aus, die im folgenden aufgeführt werden: die Kühlung des thermischen
Decken-, Seiten- und Bodenschildes, des Kavernenliners, der Absorberstäbe sowie
der Heißgas- und Warmgasleitungen ist in allen Betriebszuständen der Anlage gewährleistet;
die Reaktorkaverne wird nicht mit Warmgas beaufschlagt; die zur Turbine führenden
Heißgasleitungen werden auf ihrer ganzen Länge mit Kaltgas gekühlt; die Bypaßströmungen
zu den Rekuperatoren sind so gering wie möglich gehalten; unter dem thermischen
Bodenschild befindet sich ein Sammelraum für Kaltgas; im Kreislauf der Hauptströme
sind keine Absperrorgane wie Rückschl agkl appen vorgesehen; bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb
findet in den Warmgasleitungen bzw.
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auf der Hochdruckseite der Rekuperatoren keine Strömungsumkehr statt;
Strömungsumkehr
tritt bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb in den Heißgasleitungen und auf der Niederdruckseite
der Rekuperatoren, Vorkühler und Zwischenkühler ein.
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Die erfindungsgemäße Gasturbinen-Kraftanlage läßt sich noch dadurch
verbessern, daß alle Heißgasleitungen in an sich bekannter Weise an den Seitenreflektor
des Kernreaktors angeflanscht sind und daß im Bereich des thermischen Seitenschildes
und des Ringraumes um jede Heißgasleitung ein Gasführungsmantel in dem betreffenden
horizontalen Stollen angeordnet ist, innerhalb von dem das durch den Stollen strömende
Kaltgas bis an den Anschlußflansch der Heißgasleitung geführt und außerhalb von
welchem das Kaltgas darauf zu dem Ringraum geleitet wird. Auf diese Weise werden
die Anschlußstellen aller zur Turbine führenden und aller zu den Hilfskühlsystemen
führenden Heißgasleitungen an dem Seitenreflektor gekühlt.
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Es kann auch vorteilhaft sein, zwischen den horizontalen Bypaßleitungen,
die zu den Schächten der Hilfskühlsysteme führen, und den horizontalen Stollen für
die Heißgasleitungen der Hilfskühlsysteme jeweils eine vertikale Stichleitung anzuordnen.
Mittels dieser Stichleitungen gelangt ein Teil des Kaltgasstromes unmittelbar in
die genannten Leitungsstollen, die jeweils als Außenkanal einer koaxialen Gasleitung
dienen, deren innerer Strömungsweg von der betreffenden Heißgasleitung gebildet
wird.
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Zweckmäßigerweise befindet sich in jedem ver4.ikalen Gasführungsschacht
in dem Teilstück zwischen dem unteren horizontalen Stollen für die Warmgasleitung
und dem oberen horizontalen für die Heißgasleitung ein Strömungsbegrenzer.
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Weitere Strömungsbegrenzer können in den an den Turbinenstollen angeschlossenen
horizontalen Stichleitungen installiert sein, und zwar unmittelbar an den Anschlußstellen
dieser Leitungen, so daß das in die Kanäle um die Kugelabzugsrohre eintretende Kaltgas
wie auch das durch die horizontalen Bypaßleitungen in die Schächte der Hilfskühlsysteme
strömende Kaltgas diese Strömungsbegrenzer passieren muß.
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Vorteilhafterweise werden die vertikalen Gasführungsschächte als Ausbauschächte
benutzt, zu welchem Zweck sie an ihren oberen und unteren Enden jeweils mit einem
demontierbaren Deckel abgeschlossen sind.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens
in einigen der vertikalen Schächte für die Hilfskühlsysteme jeweils zwei der aus
einem Hilfskühler und einem Gebläse bestehenden Hilfskühlsysteme beidseitig der
gemeinsamen Heißgasleitungen übereinander angeordnet. Dabei befindet sich bei dem
oberen System das Gebläse oberhalb des Hilfskühlers, während bei dem unteren System
das Gebläse unterhalb des Hilfskühlers installiert ist. Beide Gebläse sind mit einer
Rückschlagklappe versehen, die bei Normalbetrieb bei dem unteren Gebläse dicht verschlossen
ist, bei dem oberen Gebläse hingegen einen definierten Spalt aufweist.
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Bei Normalbetrieb strömt das aus den horizontalen Bypaßleitungen in
die Schächte der Hilfskühlsysteme eintretende Kaltgas in diesen Schächten nach oben
(wobei ein Teil in die horizontalen Stollen für die Heißgasleitungen eintritt) und
gelangt durch den definierten Spalt der Rückschlagklappen der oberen Gebläse in
die oberen Hilfskühler. Beim Durchströmen der oberen Hilfskühler werden diese Kühler
gekühlt. Danach
kommt das erwärmte Gas durch die Heißgasleitungen
in den zwischen thermischem Bodenschild und Bodenreflektor des Kernreaktors befindlichen
Heißgassammelraum, in dem es sich mit dem aus der Brennelementschüttung austretenden
Heißgas mischt.
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Vorteilhafterweise können den oberen und den unteren Hilfskühl systemen
unterschiedliche Aufgaben des Nachwärmeabfuhr-Betriebes zugewiesen werden. So können
die unteren Hilfskühlsysteme bei solchen Störfällen, bei denen die Primärgasführung
intakt ist, kein Wassereinbruch und kein Druckentlastungsstörfall vorliegt, für
eine dosierte Abfuhr der Nachwärme eingesetzt werden. Die oberen Hilfskühlsysteme
können so ausgelegt sein, daß der Kernreaktor im Druckentlastungsstörfall ausreichend
gekühlt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Gasturbinen-Kraftanlage mit zwei Hilfskreisläufen schematisch dargestellt, wobei
die für die Erfindung unwesentlichen Komponenten wie Verdichter, Vor- und Zwischenkühler
und die zu diesen führenden Gasleitungen nicht wiedergegeben sind.
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Die Figuren zeigen im einzelnen: Figur 1 die Kraftanlage im Längsschnitt
mit dem Strömungsverlauf des Kühlgases bei Normalbetrieb, Figur 2 die Kraftanlage
mit dem Strömungsverlauf bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb über die unteren Hilfskühlsysteme
(erster Hilfskrei lauf), Figur 3 die Kraftanlage mit dem Strömungsverlauf bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb
über die oberen Hilfskühlsysteme (zweiter Hilfskreislauf).
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Die Figuren lassen einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der zylindrisch
ausgeführt ist und eine zentrale Kaverne 3 aufweist, die mit einem metallischen
Liner 2 ausgekleidet ist. Ein in der Kaverne 3 installierter Hochtemperaturreaktor
4 ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor ausgeführt, dessen Brennelemente
kugelförmig ausgebildet sind, von oben zugegeben und durch Kugelabzugsrohre 6 aus
der Schüttung 5 der Brennelemente abgezogen werden. Unterhalb des Reaktorkerns befindet
sich ein Heißgassammelraum 7 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten
Heliums. Über dem Reaktorkern ist ein Warmgassammelraum 8 vorgesehen, der das aus
dem Kreislauf zurückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet
wird.
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Die Brennelementschüttung 5 ist allseitig von einem Graphitreflektor
umschlossen, der sich aus einem Deckenreflektor 9, einem Bodenreflektor 10 und einem
zylindrischen Seitenreflektor 11 zusammensetzt. Der Seitenreflektor ist mit Abstand
von einem thermischen Seitenschild 12 aus Gußmaterial umgeben.
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Zwischen dem thermischen Seitenschild 12 und der Wand der Kaverne
3 befindet sich ein Ringraum 13.
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Der Bodenreflektor 10 stützt sich (über mehrere Bodenlagen) auf einem
thermischen Bodenschild 14 ab, der auf in dem Spannbetondruckbehälter 1 verankerten
Stützsäulen 15 ruht. Der Bodenschild 14 schließt direkt an den thermischen Seitenschild
12 an. Unterhalb des Bodenschildes 14 ist ein Kaltgassammelraum 16 vorgesehen. In
dem thermischen Seitenschild 12 befinden sich vertikale Kühlgaskanäle 17, die mit
dem Kaltgassammelraum 16 in Verbindung stehen.
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Mit seinem oberen Ende ist der thermische Seitenschild 12 an einen
thermischen Deckenschild 18 angeschlossen, der horizontale Kühlgaskanäle 19 und
vertikale Kühlgaskanäle 20 aufweist.
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Letztere treten in einen oberhalb des Deckenschildes 18 befindlichen
Sammelraum 21 ein. Die horizontalen Kühlgaskanäle 19 stehen mit einem Ringsammler
22 am oberen Ende des thermischen Seitenschildes 12 in Verbindung.
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Durch die Decke des Spannbetondruckbehälters 1 und den thermischen
Deckenschild 18 erstrecken sich Panzerrohre, in denen Absorberstäbe 23 bewegbar
angeordnet sind, die durch den Dekkenreflektor 9 unmittelbar in die Brennelementschüttung
5 eingefahren werden. Im oberen Teil der Absorberstäbe 23 sind Schlitze für den
Eintritt kalten Kühlgases vorgesehen, die mit im Inneren der Absorberstäbe befindlichen
vertikalen Kanälen in Verbindung stehen.
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Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 sind auch die weiteren Komponenten
des Heliumkreislaufs untergebracht. Diese umfassen einen in einem horizontalen Stollen
24 installierten Gasturbosatz, bestehend aus einer Turbine 25 und einem (nicht gezeigten)
ND- und HD-Verdichter, sowie je zwei Rekuperatoren 26, Vorkühlern und Zwischenkühlern,
die jeweils in einem vertikalen Schacht 27 untergebracht sind. In der Zeichnung
ist nur einer der Rekuperatoren 26, also nur ein Kreislaufstrang, gezeigt.
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In vier weiteren vertikalen Schächten 28 sind für die Abfuhr der Nachwärme
in Störfällen mehrere Hilfskühlsysteme 29 installiert, die jeweils einen Hilfskühler
30 und ein Gebläse 31 umfassen. In der Zeichnung ist nur ein Schacht 28 gezeigt,
in
dem zwei Hilfskühlsysteme 29 übereinander angeordnet sind.
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Bei dem oberen System 29a befindet sich das Gebläse 31 oberhalb des
Hilfskühlers 30; es weist eine Rückschlagklappe 32 mit einem definierten Bypaß auf.
Bei dem unteren Hilfskühlsystem 29b ist das Gebläse 31 unter dem Hilfskühler 30
angeordnet; die Rückschlagklappe 33 dieses Gebläses ist in Schließstellung völlig
dicht. Zwischen den beiden Hilfskühlsystemen 29a und 29b ist ein beide Systeme dicht
verbindender Gasleitmantel 48 installiert.
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Jedem Kreislaufstrang ist ein vertikaler Gasführungsschacht 34 zugeordnet,
der oben und unten je durch einen demontierbaren Deckel 35 abgeschlossen ist und
auch als Ausbauschacht Verwendung findet. Zwei horizontale Stollen 36 und 37 verbinden
den Gasführungsschacht 34 mit der Kaverne 3. Ein dritter horizontaler Stollen 38
steht mit dem Stollen 24 für die Turbine 25 in Verbindung, und ein weiterer horizontaler
Stollen 39 führt zu dem Schacht 27 des Rekuperators 26. Im Bereich zwischen den
Stollen 36 und 37 ist in dem Gasführungsschacht 34 ein Strömungsbegrenzer 40 vorgesehen.
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In dem Stollen 37, dem unteren Teilstück des Gasführungsschachtes
34 und dem Stollen 38 ist in jedem Kreislaufstrang eine Heißgasleitung 41 verlegt,
die den Heißgassammelraum 7 mit einem Eintrittsstutzen der Turbine 25 verbindet.
Die Heißgasleitung 41 bildet mit den genannten Stollen und dem Teilstück des Gasführungsschachtes
34 jeweils eine Koaxialleitung, bei der heißes Gas durch den inneren Leitungsteil
und kaltes Gas durch den äußeren Leitungsteil geführt wird. Die Heißgasleitung 41
ist mittels eines Flansches 42 an dem Seitenreflektor 11 befestigt und durch den
thermischen Seitenschild 12 verlegt. Im Bereich des thermischen Seitenschildes 12
und des Ringraumes 13
ist um jede Heißgasleitung 41 ein Gasführungsmantel
43 angeordnet, innerhalb von dem aus dem Stollen 37 austretendes Gas bis direkt
an den Flansch 42 geführt, dort umgelenkt und außen an dem Gasführungsmantel 43
entlang in den Ringraum 13 geleitet wird.
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Jeder Kreislaufstrang weist eine Warmgasleitung 44 auf, die jeweils
in dem Stollen 36, einem oberen Teilstück des Gasführungsschachtes 34 und dem Stollen
39 verlegt und Teil einer Koaxialleitung ist. Auf der einen Seite ist sie mit dem
Warmgassammelraum 8 verbunden; auf der anderen Seite schließt sie an den Rekuperator
26 an. Der Stollen 39 steht mit dem Verteiler des Rekuperators 26 in Verbindung.
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Von den vertikalen Schächten 28 für die Hilfskühlsysteme 29a und 29b
führt jeweils ein horizontaler Stollen 45 in die Kaverne 3, in dem eine Heißgasleitung
47 installiert ist, die ebenfalls an dem Seitenreflektor 11 mittels eines Flansches
49 befestigt und von einem Gasführungsmantel 50 umgeben ist. Der Gasführungsmantel
50 ist ähnlich gestaltet wie der Gasführungsmantel 43 im Hauptkreislauf. Die Heißgasleitung
47 endet mit einem offenen Rohrkrümmer in dem zwischen den beiden Hilfskühlsystemen
29a und 29b befindlichen Gasleitmantel 48. Zusammen mit dem Stollen 45 bildet sie
eine Koaxialleitung.
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Der Reaktorkern besitzt vier Kugelabzugsrohre 6, die durch den Bodenreflektor
10 und den thermischen Bodenschild 14 nach unten aus dem Reaktor herausgeführt sind.
Im Bleich des Spannbetondruckbehältersbodens ist jedes Kugelabzugsrohr 6 koaxial
von einem Kanal 51 umgeben, der in den Kaltgassammelraum 16 einmündet. Zu jedem
der Kanäle 51 führt von dem Turbinenstollen 24 eine horizontale Stichleitung 52.
In Nähe der Anschlußstellen
der Stichleitungen 52 an den Turbinenstollen
24 ist in diesen Leitungen jeweils ein Strömungsbegrenzer 53 installiert.
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Die horizontalen Stichleitungen 52 setzen sich quasi hinter den Kanälen
51 fort, und zwar durch horizontale Bypaßleitungen 54, die jeweils einen der Kanäle
51 mit einem der vertikalen Schächte 28 für die Hilfskühlsysteme 29 verbinden. In
Nähe jedes Schachtes 28 ist eine vertikale Stichleitung 55 vorgesehen, die von der
jeweiligen Bypaßleitung 54 abzweigt und direkt in den horizontalen Stollen 45 für
die betreffende Heißgasleitung 47 einmündet.
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Im folgenden wird der Kreislauf des Heliums durch die erfindungsgemäße
Anlage bei Normalbetrieb beschrieben, und zwar anhand des einen dargestellten Kreislaufstranges
(Figur 1).
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Die gestrichelten Pfeile verkörpern die Heißgasströmung, die durchgezogenen
Pfeile die Kaltgasströmung und die strichpunktierten Pfeile die Warmgasströmung.
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Aus dem Heißgassammelraum 7 strömt das erhitzte Gas durch die Heißgasleitung
41 zur Turbine 25, entspannt sich und wird zur Niederdruckseite des Rekuperators
26 geführt. Dort wird es von dem Kaltgas hohen Druckes heruntergekühlt, tritt in
den Vorkühler ein und gelangt dann in den ND-Verdichter. Nach einer ersten Verdichtung
passiert das Kaltgas einen Zwischenkühler und wird dann in dem HD-Verdichter auf
den maximalen Prozeßdruck angehoben.
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Der Hauptstrom des Hochdruck-Kaltgases tritt aus dem HD-Verdichter
in den Stollen 38 ein, durchströmt diesen und den Gasführungsschacht 34, wobei er
an der Heißgasleitung 41 entlanggeführt
und durch den Strömungsbegrenzer
40 geleitet wird, und gelangt an der Warmgasleitung 44 vorbei durch den Stollen
39 zur Hochdruckseite des Rekuperators 26. Auf die einzelnen Bündelrohre des Rekuperators
26 verteilt, strömt das Helium nach unten und nimmt von dem mantelseitig entgegenströmenden
Turbinenabgas Wärme auf. Nach Umlenkung wird das Helium nunmehr als Warmgas der
Warmgasleitung 44 zugeführt, in der es in den Warmgassammelraum 8 zurückgeleitet
wird. Durch Schlitze in dem Deckenreflektor 9 gelangt das Helium schließlich wieder
in die Brennelementschüttung 5.
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Zur Kühlung der Reaktoreinbauten werden mehrere Nebenströme des Kaltgases
auf folgende Weise durch die Anlage geführt.
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Ein erster Nebenstrom tritt aus dem Gasführungsschacht 34 in den horizontalen
Stollen 37 ein, wobei er die Heißgasleitung 41 umströmt, und gelangt in dem Gasführungsmantel
43 bis an den Flansch 42, wo er umgelenkt wird. Außen an dem Gasführungsmantel 43
entlang kommt dieser Nebenstrom in den Ringraum 13, strömt in diesem nach oben und
tritt in den horizontalen Stollen 36 ein. In diesem umströmt er die Warmgasleitung
44 und vereinigt sich dann in dem Gasführungsschacht 34 wieder mit dem Hauptstrom
des Kaitgases.
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Ein zweiter Nebenstrom des Kaltgases tritt aus dem Turbinenstollen
24 durch die Strömungsbegrenzer 53 in die horizontaken Stichleitungen 52 ein, gelangt
in die koaxialen Kanäle 51 und strömt in diesen zu dem Kaltgassammelrat 16 unter
dem thermischen Bodenschild 14. Darauf strömt dieser Nebenstrom durch die Kühlgaskanäle
17 des thermischen Seitenschildes 12 zu dem Ringsammler 22, von dem aus das Kaltgas
in die horizontalen Kühlgaskanäle 19 des thermischen Deckenschildes 18
eintritt.
Durch die vertikalen Kühlgaskanäle 20 gelangt dieser Nebenstrom in den Sammelraum
21 und vereinigt sich im oberen Teil des Ringraumes 13 mit dem ersten Nebenstrom.
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Innerhalb des thermischen Deckenschildes 18 zweigt sich ein kleiner
Teil von dem eben beschriebenen Nebenstrom ab und tritt durch die weiter oben erwähnten
Schlitze in das Innere der Absorberstäbe 23 ein. Die Absorberstäbe 23 werden bis
zu den Stabspitzen durchströmt, worauf dieser Bypaß innerhalb der Stäbe zurückgeführt
wird und durch entsprechend angebrachte Schlitze in den Raum oberhalb der Brennelementschüttung
5 austritt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schlitze so anzuordnen, daß der
Kaltgasbypaß erst im Bereich des Sammelraumes 21 aus den Abosrberstäben 23 austritt.
In dem Sammelraum 21 vermischt sich das Kaltgas des Bypasses wieder mit dem zweiten
Nebenstrom.
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Ein dritter Nebenstrom des Kaltgases tritt zunächst ebenfalls aus
dem Turbinenstollen 24 durch die Strömungsbegrenzer 53 in die horizontalen Stichleitungen
52 ein, strömt jedoch dann durch die horizontalen Bypaßleitungen 54 zu den Schächten
28 der Hilfskühlsysteme 29. Ein kleiner Teil dieses Nebenstromes wird durch die
vertikalen Stichleitungen 55 in die Stollen 45 geführt, wo er die jeweilige Heißgasleitung
47 umströmt.
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Der größere Teil dieses Nebenstromes strömt jeweils in dem Schacht
28 nach oben und verzweigt sich an der Einmündungsstelle des Stollens 45: ein Teilstrom
tritt in den Stollen 45 ein, in dem er sich mit dem aus der Stichleitung 55 kommenden
Kaltgas vermischt; der andere Teilstrom strömt bis zu dem Gebläse 31 des Hilfskühlsystems
29a und tritt durch den definierten Spalt der Rückschlagklappe 32 in den oberen
Hilfskühler
30 ein. Darauf gelangt dieser erwähnte Teilstrom in
den Gasleitmantel 48 und von dort in die Heißgasleitung 47, in der er zum Heißgassammelraum
7 geführt wird.
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Das in den Stollen 45 eingeströmte Kaltgas kommt zunächst in den Gasführungsmantel
50, kühlt den Anschlußflansch 49 der Heißgasleitung 47 und wird, wie bei der Heißgasleitung
41 beschrieben, in den Ringraum 13 geleitet. In diesem Ringraum strömt es nach oben,
um mit den anderen Nebenströmen vereinigt in den Stollen 36 einzutreten. Im Gasführungsschacht
34 erfolgt dann die Vereinigung mit dem Hauptstrom.
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In der Figur 2 ist der Strömungsverlauf des Heliums in einem Störfall
gezeigt, in dem die Nachwärmeabfuhr nur durch die unteren Hilfskühlsysteme 29b erfolgt;
von diesem ersten Hilfskreislauf ist nur ein Strang dargestellt. Die Rückschlagklappe
33 des Hilfskühlsystems 29b ist geöffnet; die Rückschlagklappe 32 des Hilfskühlsystems
29a bleibt mit dem definierten Spalt geschlossen.
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Das Heißgas tritt aus dem Heißgassammelraum 7 in die Heißgasleitung
47, durchströmt den unteren Hilfskühler 30, wobei es sich abkühlt, und wird in dem
unteren Gebläse 31 komprimiert.
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Von dem nunmehr kalten Helium wird ein Teilstrom durch den Schacht
28 nach oben geführt, tritt zum Teil in den horizontalen Stollen 45 ein und gelangt
zum Teil durch den definierten Bypaß der Rückschlagklappe 32 in den oben Hilfskühler
29a. Dieser letztere Strom wird nach Durchströmen des Hilfskühlers 29a in dem Gasleitmantel
48 dem Heißgas wieder beigemischt.
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Ein anderer Teilstrom des kalten Heliums tritt in die horizontale
Bypaßleitung 54 ein, in der ein kleiner Bypaß in die vertikale Stichleitung 55 abgezweigt
wird; dieser gelangt in den horizontalen Stollen 45. Wie in der Figur 1 beschrieben,
werden durch diesen Bypaßstrom die Heißgasleitung 47 und der Flansch 49 gekühlt,
worauf das kalte Helium in dem Ringraum 13 nach oben strömt. Der übrige Teilstrom
kommt zum Teil in den koaxialen Kanal 51, zum Teil tritt er in den Turbinenstollen
24 ein. Das in dem koaxialen Kanal 51 nach oben strömende kalte Helium wird dann
auf dem gleichen Wege weitergeführt wie bei Normalbetrieb, nämlich durch den Kaltgassammelraum
16, den Seitenreflektor 11 und den Deckenreflektor 9, in welchem ein kleiner Bypaß
für die Absorberstäbe 23 abgezweigt wird.
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Das in den Turbinenstollen 24 eingetretene Raltgas gelangt zum Teil
in den Hochdruckverdichter, zum Teil in den horizontalen Stollen 38, von dem aus
es wie der Hauptstrom und der erste Nebenstrom bei Normalbetrieb geführt wird und
zur Hochdruckseite des Rekuperators 26 gelangt. Der in den Hochdruckverdichter eingetretene
Kaltgasbypaß durchströmt den Zwischenkühler, den Niederdruckverdichter, den Vorkühler
und die Niederdruckseite des Rekuperators 26 im umgekehrten Sinne wie bei Normalbetrieb
und wird dann durch die Heißgasleitung 41 zu dem Heißgassammelraum 7 geführt.
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Die Figur 3 zeigt den Strömungsverlauf des Heliums in dem Fall, daß
nur das obere Hilfskühlsystem 29a zur Nachwärmeabfuhr eingesetzt wird. Hierbei ist
die Rückschlagklappe 32 des Hilfskühlsystems 29a geöffnet, während die Rückschlagklappe
33 des Hilfskühlsystems 29b dicht geschlossen bleibt.
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Das aus dem Heißgassammelraum 7 austretende Heißgas strömt
durch
die Heißgasleitung 47 in den Gasleitmantel 48, wird hier umgelenkt und tritt unten
in den oberen Hilfskühler 30 ein.
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Darauf gelangt das nun abgekühlte Gas durch die Rückschlagklappe 32
und das obere Gebläse 31 in den Schacht 28, in dem es nach unten strömt. An der
Eintrittsstelle des horizontalen Stollens 45 verzweigt sich das Kaltgas; ein Teilstrom
wird direkt in den Gasführungsmantel 50 geleitet, der andere Teilstrom verläßt den
Schacht 28 erst durch die horizontale Bypaßleitung 54. Der weitere Strömungsverlauf
der Kaltgasströme gleicht dem der Figur 2.
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In beiden Beispielen der Nachwärmeabfuhr werden die Kaltgasströme,
nachdem sie den Rekuperator 26 in "normaler Richtung durchströmt und sich aufgewärmt
haben, als Warmgas durch die Warmgasleitung 44 in den Warmgassammelraum 8 geführt.
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