DE3210382C2 - - Google Patents
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- DE3210382C2 DE3210382C2 DE3210382A DE3210382A DE3210382C2 DE 3210382 C2 DE3210382 C2 DE 3210382C2 DE 3210382 A DE3210382 A DE 3210382A DE 3210382 A DE3210382 A DE 3210382A DE 3210382 C2 DE3210382 C2 DE 3210382C2
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
- G21C1/32—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core
- G21C1/328—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core wherein the prime mover is also disposed in the vessel
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
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- G21C1/06—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
- G21C1/07—Pebble-bed reactors; Reactors with granular fuel
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gasturbinen-Kraftanlage
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Gasturbinen-Kraftanlage ist zum
Beispiel aus der DE-OS 30 27 507 - Elter, Schöning &
Stracke - bereits bekannt.
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 be
schrieben.
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.
Die Gasturbosätze ind in horizontalen Stollen untergebracht,
während alle wärmetauschenden Apparate in vertikalen Schäch
ten um die Reaktorkaverne installiert sind. Jedem Wärmenut
zungskreislauf 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.
Die in der DE-OS 26 39 877 dargestellte Anlage besteht
aus einem Kernreaktor, der in der mit einem Liner ausgeklei
deten Kaverne eine Spannbetondruckbehälters untergebracht
ist, mindestens einer Gasturbine mit HD- und ND-Verdichter
und einer Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenen
falls Zwischenkühlern. Diese Kreislaufkomponenten sind eben
falls in dem Spannbetondruckbehälter installiert. Der Liner
der Reaktorkaverne wird mit Kreislaufgas niedriger Tempera
tur (Kaltgas) gekühlt, wobei das gesamte aus dem HD-Verdich
ter 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 ver
bindenden Heißgasleitungen eine koaxiale Gasführung bilden.
In der DE-OS 28 28 975 wird ein mit einem Gasturbosatz gekop
pelter 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 ein
gefahren werden. Zu diesem Zweck wird das Kaltgas aus dem über
dem thermischen Deckenschild befindlichen Kaltgassammelraum
durch Schlitze in die Absorberstäbe eingeleitet, die es durch
in den Stabspitzen vorgesehene Schlitze wieder verläßt. Darauf
vermischt sich dieser Kaltgasstrom mit dem Kühlgasstrom, der
die Brennelementschüttung durchsetzt.
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 ge
führt 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.
Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Er
findung die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinen-Kraftan
lage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch eine besondere
Führung des Kaltgases sicherzustellen, daß sowohl bei Normal
betrieb als auch bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb die zulässigen
Werkstofftemperaturen der Reaktoreinbauten und des Liners
nicht überschritten werden.
Die erfindungsgemäße Gasturbinenkern-Kraftanlage zeichnet sich
durch eine Reihe von Vorteilen aus, die im folgenden aufge
führt werden:
die Kühlung des thermischen Decken-, Seiten- und Bodenschildes, des Kavernenliners, der Absorberstäbe sowie der Heißgas- und Warmgasleitungen ist in allen Betriebszuständen der Anlage ge währleistet;
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 Rück schlagklappen vorgesehen;
bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb findet in den Warmgasleitungen bzw. auf der Hochdruckseite der Rekuperatoren keine Strömungsumkehr statt;
die Kühlung des thermischen Decken-, Seiten- und Bodenschildes, des Kavernenliners, der Absorberstäbe sowie der Heißgas- und Warmgasleitungen ist in allen Betriebszuständen der Anlage ge währleistet;
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 Rück schlagklappen vorgesehen;
bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb findet in den Warmgasleitungen bzw. auf der Hochdruckseite der Rekuperatoren keine Strömungsumkehr statt;
Strömungsumkehr tritt bei Nachwärmeabfuhr-Betrieb in den Heiß
gasleitungen und auf der Niederdruckseite der Rekuperatoren,
Vorkühler und Zwischenkühler ein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Bei Normalbetrieb strömt das aus den horizontalen Bypaßlei
tungen in die Schächte der Hilfskühlsysteme eintretende Kalt
gas in diesen Schächten nach oben (wobei ein Teil in die ho
rizontalen Stollen für die Heißgasleitungen eintritt) und ge
langt 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 zwi
schen thermischem Bodenschild und Bodenreflektor des Kernreak
tors befindlichen Heißgassammelraum, in dem es sich mit dem
aus der Brennelementschüttung austretenden Heißgas mischt.
Vorteilhafterweise können den oberen und den unteren Hilfs
kühlsystemen unterschiedliche Aufgaben des Nachwärmeabfuhr-
Betriebes zugewiesen werden. So können die unteren Hilfskühl
systeme bei solchen Störfällen, bei denen die Primärgasfüh
rung intakt ist, kein Wassereinbruch und kein Druckentla
stungsstörfall vorliegt, für eine dosierte Abfuhr der Nach
wärme eingesetzt werden. Die oberen Hilfskühlsysteme können
so ausgelegt sein, daß der Kernreaktor im Druckentlastungs
störfall ausreichend gekühlt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge
mäßen Gasturbinen-Kernkraftanlage mit zwei Hilfskreisläufen sche
matisch dargestellt, wobei die für die Erfindung unwesentli
chen Komponenten wie Verdichter, Vor- und Zwischenkühler und
die zu diesen führenden Gasleitungen nicht wiedergegeben sind.
Die Figuren zeigen im einzelnen
Fig. 1 die Kernkraftanlage im Längsschnitt mit dem Strö
mungsverlauf des Kühlgases bei Normalbetrieb,
Fig. 2 die Kernkraftanlage mit dem Strömungsverlauf bei
Nachwärmeabfuhr-Betrieb über die unteren Hilfs
kühlsysteme (erster Hilfskreislauf),
Fig. 3 die Kernkraftanlage mit dem Strömungsverlauf bei
Nachwärmeabfuhr-Betrieb über die oberen Hilfs
kühlsysteme (zweiter Hilfskreislauf).
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 Hochtemperaturreak
tor 4 ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor
ausgeführt, dessen Brennelemente kugelförmig ausgebildet sind,
von oben zugegeben und durch Kugelabzugsrohre 6 aus der Schüt
tung 5 der Brennelemente abgezogen werden. Unterhalb des Re
aktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum 7 zur Aufnahme
des aus dem Kern austretenden erhitzten Heliums. Über dem Re
aktorkern ist ein Warmgassammelraum 8 vorgesehen, der das aus
dem Kreislauf zurückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder
dem Reaktorkern zugeleitet wird.
Die Brennelementschüttung 5 ist allseitig von einem Graphit
reflektor umschlossen, der sich aus einem Deckenreflektor 9,
einem Bodenreflektor 10 und einem zylindrischen Seitenreflek
tor 11 zusammensetzt. Der Seitenreflektor ist mit Abstand von
einem thermischen Seitenschild 12 aus Gußmaterial umgeben.
Zwischen dem thermischen Seitenschild 12 und der Wand der Ka
verne 3 befindet sich ein Ringraum 13.
Der Bodenreflektor 10 stützt sich (über mehrere Bodenlagen)
auf einem thermischen Bodenschild 14 ab, der auf in dem Spann
betondruckbehälter 1 verankerten Stützsäulen 15 ruht. Der Bo
denschild 14 schließt direkt an den thermischen Seitenschild
12 an. Unterhalb des Bodenschildes 14 ist ein Kaltgassammel
raum 16 vorgesehen. In dem thermischen Seitenschild 12 befin
den sich vertikale Kühlgaskanäle 17, die mit dem Kaltgassam
melraum 16 in Verbindung stehen.
Mit seinem oberen Ende ist der thermische Seitenschild 12 an
einen thermischen Deckenschild 18 angeschlossen, der horizon
tale Kühlgaskanäle 19 und vertikale Kühlgaskanäle 20 aufweist.
Letztere treten in einen oberhalb des Deckenschildes 18 befind
lichen Sammelraum 21 ein. Die horizontalen Kühlgaskanäle 19
stehen mit einem Ringsammler 22 am oberen Ende des thermischen
Seitenschildes 12 in Verbindung.
Durch die Decke des Spannbetondruckbehälters 1 und den ther
mischen Deckenschild 18 erstrecken sich Panzerrohre, in denen
Absorberstäbe 23 bewegbar angeordnet sind, die durch den Dec
kenreflektor 9 unmittelbar in die Brennelementschüttung 5 ein
gefahren 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.
Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 sind auch die weite
ren Komponenten des Heliumkreislaufs untergebracht. Diese um
fassen 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 ver
tikalen Schacht 27 untergebracht sind. In der Zeichnung ist
nur einer der Rekuperatoren 26, also nur ein Kreislaufstrang,
gezeigt.
In vier weiteren vertikalen Schächten 28 sind für die Abfuhr
der Nachwärme in Störfällen mehrere Hilfskühlsysteme 29 in
stalliert, 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.
Bei dem oberen System 29 a befindet sich das Gebläse 31 ober
halb des Hilfskühlers 30; es weist eine Rückschlagklappe 32
mit einem definierten Bypaß auf. Bei dem unteren Hilfskühl
system 29 b ist das Gebläse 31 unter dem Hilfskühler 30 an
geordnet; die Rückschlagklappe 33 dieses Gebläses ist in
Schließstellung völlig dicht. Zwischen den beiden Hilfskühl
systemen 29 a und 29 b ist ein beide Systeme dicht verbinden
der Gasleitmantel 48 installiert.
Jedem Kreislaufstrang ist ein vertikaler Gasführungsschacht 34
zugeordnet, der oben und unten je durch einen demontierbaren
Deckel 35 abgeschlossen ist und auch als Ausbauschacht Verwen
dung findet. Zwei horizontale Stollen 36 und 37 verbinden den
Gasführungsschacht 34 mit der Kaverne 3. Ein dritter horizon
taler 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 Strö
mungsbegrenzer 40 vorgesehen.
In dem Stollen 37, dem unteren Teilstück des Gasführungsschach
tes 34 und dem Stollen 38 ist in jedem Kreislaufstrang eine
Heißgasleitung 41 verlegt, die den Heißgassammelraum 7 mit ei
nem Eintrittsstutzen der Turbine 25 verbindet. Die Heißgaslei
tung 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 befe
stigt 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 ange
ordnet, innerhalb von dem aus dem Stollen 37 austretendes Gas
bis direkt an den Flansch 42 geführt, dort umgelenkt und au
ßen an dem Gasführungsmantel 43 entlang in den Ringraum 13 ge
leitet wird.
Jeder Kreislaufstrang weist eine Warmgasleitung 44 auf, die
jeweils in dem Stollen 36, einem oberen Teilstück des Gasfüh
rungsschachtes 34 und dem Stollen 39 verlegt und Teil einer
Koaxialleitung ist. Auf der einen Seite ist sie mit dem Warm
gassammelraum 8 verbunden; auf der anderen Seite schließt sie
an den Rekuperator 26 an. Der Stollen 39 steht mit dem Vertei
ler des Rekuperators 26 in Verbindung.
Von den vertikalen Schächten 28 für die Hilfskühlsysteme 29 a
und 29 b führt jeweils ein horizontaler Stollen 45 in die Ka
verne 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 Gasführungs
mantel 43 im Hauptkreislauf. Die Heißgasleitung 47 endet mit
einem offenen Rohrkrümmer in dem zwischen den beiden Hilfskühl
systemen 29 a und 29 b befindlichen Gasleitmantel 48. Zusammen
mit dem Stollen 45 bildet sie eine Koaxialleitung.
Der Reaktorkern besitzt vier Kugelabzugsrohre 6, die durch den
Bodenreflektor 10 und den thermischen Bodenschild 14 nach un
ten aus dem Reaktor herausgeführt sind. Im Bereich des Spann
betondruckbehälterbodens ist jedes Kugelabzugsrohr 6 koaxial
von einem Kanal 51 umgeben, der in den Kaltgassammelraum 16
einmündet. Zu jedem der Kanäle 51 führt von dem Turbinenstol
len 24 eine horizontale Stichleitung 52. In Nähe der Anschluß
stellen der Stichleitungen 52 an den Turbinenstollen 24 ist
in diesen Leitungen jeweils ein Strömungsbegrenzer 53 instal
liert.
Die horizontalen Stichleitungen 52 setzen sich quasi hinter
den Kanälen 51 fort, und zwar durch horizontale Bypaßleitun
gen 54, die jeweils einen der Kanäle 51 mit einem der verti
kalen 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.
Im folgenden wird der Kreislauf des Heliums durch die erfin
dungsgemäße Anlage bei Normalbetrieb beschrieben, und zwar
anhand des einen dargestellten Kreislaufstranges (Fig. 1).
Die gestrichelten Pfeile verkörpern die Heißgasströmung, die
durchgezogenen Pfeile die Kaltgasströmung und die strichpunk
tierten Pfeile die Warmgasströmung.
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 ei
ner ersten Verdichtung passiert das Kaltgas einen Zwischen
kühler und wird dann in dem HD-Verdichter auf den maximalen
Prozeßdruck angehoben.
Der Hauptstrom des Hochdruck-Kaltgases tritt aus dem HD-Ver
dichter in den Stollen 38 ein, durchströmt diesen und den Gas
führungsschacht 34, wobei er an der Heißgasleitung 41 ent
langgeführt 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 nun
mehr als Warmgas der Warmgasleitung 44 zugeführt, in der es
in den Warmgassammelraum 8 zurückgeleitet wird. Durch Schlit
ze in dem Deckenreflektor 9 gelangt das Helium schließlich
wieder in die Brennelementschüttung 5.
Zur Kühlung der Reaktoreinbauten werden mehrere Nebenströme
des Kaltgases auf folgende Weise durch die Anlage geführt.
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 Gasfüh
rungsmantel 43 entlang kommt dieser Nebenstrom in den Ring
raum 13, strömt in diesem nach oben und tritt in den hori
zontalen Stollen 36 ein. In diesem umströmt er die Warmgas
leitung 44 und vereinigt sich dann in dem Gasführungsschacht
34 wieder mit dem Hauptstrom des Kaltgases.
Ein zweiter Nebenstrom des Kaltgases tritt aus dem Turbinen
stollen 24 durch die Strömungsbegrenzer 53 in die horizonta
len Stichleitungen 52 ein, gelangt in die koaxialen Kanäle 51
und strömt in diesen zu dem Kaltgassammelraum 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 hori
zontalen Kühlgaskanäle 19 des thermischen Deckenschildes 18
eintritt. Durch die vertikalen Kühlgaskanäle 20 gelangt die
ser Nebenstrom in den Sammelraum 21 und vereinigt sich im
oberen Teil des Ringraumes 13 mit dem ersten Nebenstrom.
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 ange
brachte Schlitze in den Raum oberhalb der Brennelementschüt
tung 5 austritt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schlit
ze so anzuordnen, daß der Kaltgasbypaß erst im Bereich des
Sammelraumes 21 aus den Absorberstäben 23 austritt. In dem
Sammelraum 21 vermischt sich das Kaltgas des Bypasses wieder
mit dem zweiten Nebenstrom.
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.
Der größere Teil dieses Nebenstromes strömt jeweils in dem
Schacht 28 nach oben und verzweigt sich an der Einmündungs
stelle 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 Ge
bläse 31 des Hilfskühlsystems 29 a und tritt durch den defi
nierten Spalt der Rückschlagklappe 32 in den oberen Hilfsküh
ler 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.
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 be
schrieben, in den Ringraum 13 geleitet. In diesem Ringraum
strömt es nach oben, um mit den anderen Nebenströmen verei
nigt in den Stollen 36 einzutreten. Im Gasführungsschacht 34
erfolgt dann die Vereinigung mit dem Hauptstrom.
In der Fig. 2 ist der Strömungsverlauf des Heliums in einem
Störfall gezeigt, in dem die Nachwärmeabfuhr nur durch die
unteren Hilfskühlsysteme 29 b erfolgt; von diesem ersten Hilfs
kreislauf ist nur ein Strang dargestellt. Die Rückschlagklap
pe 33 des Hilfskühlsystems 29 b ist geöffnet; die Rückschlag
klappe 32 des Hilfskühlsystems 29 a bleibt mit dem definierten
Spalt geschlossen.
Das Heißgas tritt aus dem Heißgassammelraum 7 in die Heißgas
leitung 47, durchströmt den unteren Hilfskühler 30, wobei es
sich abkühlt, und wird in dem unteren Gebläse 31 komprimiert.
Von dem nunmehr kalten Helium wird ein Teilstrom durch den
Schacht 28 nach oben geführt, tritt zum Teil in den horizon
talen Stollen 45 ein und gelangt zum Teil durch den definier
ten Bypaß der Rückschlagklappe 32 in den oberen Hilfskühler
29 a. Dieser letztere Strom wird nach Durchströmen des Hilfs
kühlers 29 a in dem Gasleitmantel 48 dem Heißgas wieder bei
gemischt.
Ein anderer Teilstrom des kalten Heliums tritt in die hori
zontale 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 Fig. 1 beschrieben,
werden durch diesen Bypaßstrom die Heißgasleitung 47 und der
Flansch 49 gekühlt, worauf das kalte Helium in den Ringraum
13 nach oben strömt. Der übrige Teilstrom kommt zum Teil in
den koaxialen Kanal 51, zum Teil tritt er in den Turbinen
stollen 24 ein. Das in dem koaxialen Kanal 51 nach oben strö
mende kalte Helium wird dann auf dem gleichen Wege weiterge
führt wie bei Normalbetrieb, nämlich durch den Kaltgassammel
raum 16, den Seitenreflektor 11 und den Deckenreflektor 9,
in welchem ein kleiner Bypaß für die Absorberstäbe 23 abge
zweigt wird.
Das in den Turbinenstollen 24 eingetretene Kaltgas gelangt
zum Teil in den Hochdruckverdichter, zum Teil in den horizon
talen Stollen 38, von dem aus es wie der Hauptstrom und der
erste Nebenstrom bei Normalbetrieb geführt wird und zur Hoch
druckseite des Rekuperators 26 gelangt. Der in den Hochdruck
verdichter eingetretene Kaltgasbypaß durchströmt den Zwi
schenkühler, 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.
Die Fig. 3 zeigt den Strömungsverlauf des Heliums in dem
Fall, daß nur das obere Hilfskühlsystem 29 a zur Nachwärmeab
fuhr eingesetzt wird. Hierbei ist die Rückschlagklappe 32
des Hilfskühlsystems 29 a geöffnet, während die Rückschlag
klappe 33 des Hilfskühlsystems 29 b dicht geschlossen bleibt.
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.
Darauf gelangt das nun abgekühlte Gas durch die Rückschlag
klappe 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 Teil
strom verläßt den Schacht 28 erst durch die horizontale By
paßleitung 54. Der weitere Strömungsverlauf der Kaltgasströme
gleicht dem der Fig. 2.
In beiden Beispielen der Nachwärmeabfuhr werden die Kaltgas
ströme, nachdem sie den Rekuperator 26 in "normaler" Richtung
durchströmt und sich aufgewärmt haben, als Warmgas durch die
Warmgasleitung 44 in den Warmgassammelraum 8 geführt.
Claims (7)
1. Gasturbinen-Kernkraftanlage mit geschlossenem Gaskreis
lauf, bestehend aus:
- a) einem in der zentralen Kaverne (3) eines zylindrischen Spannbetondruckbehälters (1) untergebrachten Kugelhau fen-Kernreaktor (4) als Wärmequelle,
- b) einem in einem horizontalen Stollen (24) unterhalb der Reaktorkaverne (3) installierten Gasturbosatz aus Turbine (25), HD- und ND-Verdichter,
- c) in vertikalen Schächten (27) des Spannbetondruckbehäl ters (1) angeordneten wärmetauschenden Apparaten wie Rekuperatoren (26), Vorkühlern, Zwischenkühlern und Hilfskühlsystemen,
- d) mehreren jeweils einem Rekuperator (26) zugeordneten, der Führung des Kaltgases von dem HD-Verdichter zu den Rekuperatoren (26) dienenden vertikalen Gasführungs schächten (34), die je durch zwei horizontale Stollen (36, 37) mit der Reaktorkaverne (3) und zwei weitere horizontale Stollen (38, 39) mit dem Turbinenstollen (24) und dem Schacht (27) des Rekuperators (26) ver bunden sind,
- e) mehreren als Koaxialleitungen ausgebildeten Heißgas leitungen (41), die in den beiden unteren horizontalen Stollen (37, 38) und den Gasführungsschächten (34) verlegt sind,
- f) mehreren ebenfalls als Koaxialleitungen ausgebildeten Warmgasleitungen (44), die in den beiden oberen hori zontalen Stollen (36, 39) und den Gasführungsschächten (34) verlegt sind,
- g) mehreren Kugelabzugsrohren (6) für die Brennelemente,
- h) einem den Kernreaktor (4) allseitig umgebenden thermi schen Schild (12, 14, 18) und einem Ringraum (13) zwischen dem thermischen Seitenschild (12) und der mit einem Liner (2) ausgekleideten Kavernenwand, in den außen an den Heißgasleitungen (41) entlanggeführtes Kaltgas geleitet wird, das nach Durchströmen des Ring raumes (13) außen an den Warmgasleitungen (44) entlang in die Gasführungsschächte (34) zurückgeführt wird,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- i) an den Turbinenstollen (24) sind mehrere horizontale Stichleitungen (52) angeschlossen, die jeweils in einen jedes Kugelabzugsroht (6) koaxial umgebenden Kanal (51) einmünden;
- k) durch die horizontalen Stichleitungen (52) und die Kanäle (51) wird ein Teil des von dem HD-Verdichter kommenden Kaltgases zu einem unterhalb des thermischen Bodenschilds (14) vorgesehenen Sammelraum (16) ge führt;
- l) in dem thermischen Seitenschild (12) sind mit dem Sammelraum (16) in Verbindung stehende vertikale Kühl gaskanäle (17) vorgesehen, an die ein am oberen Ende des thermischen Seitenschilds (12) befindlicher Ring sammler (22) für das Kaltgas angeschlossen ist;
- m) der thermische Deckenschild (18) ist mit horizontalen (19) und vertikalen Kühlgaskanälen (20) versehen, die in einen mit dem Ringraum (13) verbundenen Sammelraum (21) oberhalb dieses Schilds münden;
- n) an die Kanäle (51) sind horizontale Bypaßleitungen (54) angeschlossen, durch welche ein Teil des Kaltga ses in die vertikalen Schächte (28) für die Hilfskühl systeme (29) strömt, die über horizontale Stollen (45), welche die Heißgasleitungen (47) für die Hilfs kühlsysteme (29) enthalten, mit dem Ringraum (13) verbunden sind.
2. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- o) daß alle Heißgasleitungen (41, 47) an den Seitenre flektor (11) des Kernreaktors (4) angeflanscht sind,
- p) und daß im Bereich des thermischen Seitenschildes (12) und des Ringraumes (13) um jede Heißgasleitung (41 bzw. 47) ein Gasführungsmantel (43 bzw. 50) in den betreffenden horizontalen Stollen (37 bzw. 45) an geordnet ist, innerhalb von dem das durch den Stollen (37 bzw. 45) strömende Kaltgas bis an den Anschluß flansch (42 bzw. 49) der Heißgasleitung (41 bzw. 47) geführt und außerhalb von welchem das Kaltgas darauf zu dem Ringraum (13) geleitet wird.
3. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- q) daß von den horizontalen Bypaßleitungen (54), die zu den Schächten (28) der Hilfskühlsysteme (29) führen, jeweils eine vertikale Stichleitung (55) zu einem der horizontalen Stollen (45) für die Heißgasleitungen (47) der Hilfskühlsysteme (29) geführt ist.
4. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- r) daß in jedem vertikalen Gasführungsschacht (34) in dem Teilstück zwischen dem unteren horizontalen Stollen (36) für die Warmgasleitung (44) und dem oberen hori zontalen Stollen (37) für die Heißgasleitung (41) ein Strömungsbegrenzer (40) angeordnet ist.
5. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- s) daß hinter den Anschlußstellen der horizontalen Stich leitungen (52) an dem Turbinenstollen (24) jeweils ein Strömungsbegrenzer (53) in diesen Stichleitungen in stalliert ist.
6. Gasturbinen-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- t) daß wenigstens in einigen der vertikalen Schächte (28) der Hilfskühlsysteme (29) jeweils zwei der aus einem Hilfskühler (30) und einem Gebläse (31) bestehenden Hilfskühlsysteme (29) beidseitig der gemeinsamen Heiß gasleitung (47) übereinander angeordnet sind, wobei bei dem oberen System (29 a) das Gebläse (31) oberhalb des Hilfskühlers (30) und bei dem unteren System (29 b) unterhalb des Hilfskühlers (30) installiert ist,
- u) und daß beide Gebläse (31) mit einer Rückschlagklappe (32 bzw. 33) ausgerüstet sind, die bei Normalbetrieb bei dem unteren Gebläse (31) dicht geschlossen ist, aber bei dem oberen Gebläse (31) einen definierten Spalt aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19823210382 DE3210382A1 (de) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | Gasturbinen-kraftanlage mit geschlossenem gaskreislauf auf einem kugelhaufen-kernreaktor als waermequelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823210382 DE3210382A1 (de) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | Gasturbinen-kraftanlage mit geschlossenem gaskreislauf auf einem kugelhaufen-kernreaktor als waermequelle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3210382A1 DE3210382A1 (de) | 1983-10-06 |
DE3210382C2 true DE3210382C2 (de) | 1988-12-29 |
Family
ID=6158910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823210382 Granted DE3210382A1 (de) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | Gasturbinen-kraftanlage mit geschlossenem gaskreislauf auf einem kugelhaufen-kernreaktor als waermequelle |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3300782A1 (de) * | 1983-01-12 | 1984-07-12 | Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 5000 Köln | Gasturbinen-kraftanlage mit geschlossenem gaskreislauf |
DE3418527A1 (de) * | 1984-05-18 | 1986-01-02 | Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 4600 Dortmund | In einem zylindrischen spannbetondruckbehaelter angeordnete kernreaktoranlage mit einem gasgekuehlten kernreaktor |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2454451A1 (de) * | 1974-11-16 | 1976-05-20 | Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh | Kernkraftwerk mit geschlossenem gaskuehlkreislauf, das mehrere gleiche waermenutzungskreislaeufe umfasst |
DE2639877A1 (de) * | 1976-09-04 | 1978-03-09 | Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh | Gasturbinen-kraftanlage mit geschlossenem gaskreislauf |
DE2828975A1 (de) * | 1978-07-01 | 1980-01-17 | Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh | Gasgekuehlter hochtemperaturreaktor mit einer schuettung kugelfoermiger brennelemente und direkt in die schuettung einfahrbaren absorberstaeben |
DE3027507A1 (de) * | 1980-07-19 | 1982-02-25 | Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 5000 Köln | Mit einem gasturbosatz gekoppelter gasgekuehlter hochtemperaturreaktor |
-
1982
- 1982-03-20 DE DE19823210382 patent/DE3210382A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3210382A1 (de) | 1983-10-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GMBH, 4600 DORTMUND, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |