DE3335451A1

DE3335451A1 - Kernreaktoranlage

Info

Publication number: DE3335451A1
Application number: DE19833335451
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1985-04-18
Also published as: US4789519A; JPS6080790A; DE3335451C2

Description

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Köln 27. Sept. 1983

Int.-Nr. 8308 ZPT/P5-Wg/Hl

Kernreaktoranlage

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einem Hochtemperatur-Kleinreaktor und einer Anzahl von Wärmetauschern, insbesondere Dampferzeugern, die oberhalb des Kleinreaktors angeordnet und zusammen mit diesem im Innenraum eines mehrteiligen, stehenden zylindrischen Stahl-Druckbehälters untergebracht sind, wobei die Wärmetauscher von dem im Kleinreaktor erhitzten Kühlgas mit Hilfe von Kühlgasgebläsen von unten nach oben durchströmt sind, mit einer Regel- und Abschalteinrichtung für das Einbringen und/oder Ausbringen von ersten Absorberelementen in von oben nach unten verlaufende Absorberkanäle und mit einer zweiten Abschalteinrichtung für das Einbringen von zweiten Absorberelementen sowie schließlich mit wenigstens einem Abzugsrohr für die Abfuhr der kugelförmigen Brennelemente aus dem KIeinreaktor.

Bei einer bekannten Anlage dieser Art sind die Kühlgasgebläse außen am Mantel des Druckbehälters angeordnet, und erstrecken sich, im Verhältnis zum Durchmesser des Druckbehälters, in radialer Richtung weit nach außen (DE-PS 32 12 266). Ebenso ragen die Regel- und Abschalt-

. Int.-Nr. 8308

einrichtung sowie die zweite Abschalteinrichtung, mit denen Absorberelemente in Form von Absorberstäben unten in den Kleinreaktor eingebracht werden können, weit aus dem Boden des Druckbehälters. Gleiches gilt auch für das Abzugsrohr, mit dem die kugelförmigen Brennelemente aus dem Kleinreaktor entnommen werden können. Obwohl die übrigen Bauelemente oder Komponenten, wie z. B. Kern, Kühlgasführungen, Tragelemente, thermische Schilde, Reflektoren, Dampferzeuger, sowie das Zubehör dieser Komponenten innerhalb des Druckbehälters angeordnet sind und daher von oben montiert, demontiert oder ausgetauscht werden können, ist diese bekannte Ausführungsform zum Aufbau einer unterirdischen Kernreaktoranlage kaum geeignet. Denn die vorgenannten, seitlich und unten aus dem Druckbehälter ragenden und zum Teil nur von unten zugänglichen Komponenten erfordern einen entsprechend großen Aufstellungsraum, so daß die Wirtschaftlichkeit eines unterirdischen Aufbaus der Kernreaktoranlage in Frage gestellt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kernreaktoranlage der eingangs genannten Art anzugeben, die keine oder höchstens unwesentlich über die Peripherie des Druckbehälters ragende Bauteile oder Komponenten aufweist, wobei der Druckbehälter und seine Komponenten vollständig, oder doch zumindest weitgehend, von oben zu montieren und demontieren sind. Darüber hinaus soll die Anlage bei einfachem Aufbau den betrieblichen Belastungen voll gewachsen sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Kernreaktoranlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kühlgebläse vollständig im Innenraum und oberhalb der Wärmetauscher angeordnet sind, daß das Abzugsrohr seitlich aus dem Druckbehälter geführt ist, daß die Regel- und Abschalteinrichtung im Innenraum des Druck-

^Int-^Nr·

behälters angeordnet ist und Rohre aufweist, die jeweils den oberen und unteren Endbereich eines Absorberkanals verbinden und in denen die ersten Absorberelemente in Form von ersten Absorberkugeln untergebracht und ge-S steuert in die Absorberkanäle oben einbringbar und unten entnehmbar sind, und daß die zweite Abschalteinrichtung ebenfalls im Innenraum angeordnet ist und wenigstens einen oberhalb der Absorberkanäle vorgesehenen Kugelbehälter aufweist, in dem die zweiten Absorberelemente in Form von zweiten Absorberkugeln gespeichert und gesteuert in die Absorberkanäle einbringbar sind.

Es sind jetzt sämtliche Komponenten innerhalb des Druckbehälters angeordnet, so daß der Platzbedarf in radialer

ig Richtung und Tiefenrichtung gering und somit eine unterirdische Anordnung wirtschaftlich möglich ist. Darüber hinaus gestattet die erfindungsgemäße Ausbildung die Montage und Demontage des Druckbehälters samt Komponenten sowie den Austausch dieser Komponenten von oben, was die Wirtschaftlichkeit einer unterirdischen Anordnung weiter verbessert. Die Anordnung bzw. der Aufbau von Kühlgebläse, Regel- und Abschalteinrichtung sowie zweiter Abschalteinrichtung innerhalb des Druckbehälters ermöglicht eine weitgehende Ausnutzung des Innenraums mit der Folge eines kompakten Aufbaus bei gleichzeitiger sicherer Funktion dieser Komponenten.

Vorteilhafte und empfehlenswerte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen axialen vertikalen Längsschnitt durch die Kernreaktoranlage bzw. den Druckbehälter, Fig. 2 den Bereich II des Gegenstands der Fig. 1 als

Einzelheit und im axialen Vertikalschnitt

sowie in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Einzelheit III der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung, die Fig. 4 und 5, 6 und 7, 8 und 9 die einzelnen

Arbeitsstellungen des Gegenstands der Fig.

in vereinfachter Darstellung, ■ Fig. 10 den rechten Bereich X des Gegenstands der Fig.

1 als Einzelheit und in größerer Darstellung und

Fig. 11 die unterirdische Anordnung des Druckbehälters

in stark verkleinerter und vereinfachter

Darstellung.

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auch sind in verschiedenen Figuren wiederkehrende Einzelteile nur insoweit mit Bezugszeichen versehen, als dies für das Verständnis erforderlich ist.

Gemäß Fig. 1 weist der Stahl-Druckbehälter 16 einen unteren zylindrischen Teil 18, einen oberen zylindrisehen Teil 20 sowie ein gewölbtes Deckelteil 22 auf. Alle Behälterteile sind durch Flansche 24 miteinander verbunden, wobei die Trennstellen abgedichtet sind und auf Leckage überwacht werden. Das obere Deckelteil 22 sowie der untere Abschluß des unteren Teiles 18 sind als Korbbogenböden ausgeführt, wobei das Deckelteil 22 im Verhältnis zu den anderen Teilen des Druckbehälters 16

₃Q kurz ausgeführt ist. Für die Aufstellung weist der Druckbehälter Füße 208 auf.

Der untere Teil 18 des Druckbehälters dient zur Aufnahme eines Hochtemperatur-Kleinreaktors 26, während in dem oberen Teil 20 als Wärmetauscher zwei Dampferzeuger 28 und ebenso viele Kühlgasgebläse 30 untergebrachts sind.

. Int.-Nr. 8308 jf

-β.

Die Kühlgasgebläse sind hierbei mit Hilfe eines Zwischenbodens 32 auf einen im Bereich des Flansches umlaufenden inneren Vorsprunges 34 des Deckelteils gelagert.

Der Hochtemperatur-Kleinreaktor 26 weist einen Kern 38 auf, der aus einer Schüttung 40 von Brennelementen besteht, die kugelförmig ausgebildet sind. Die Schüttung ist allseitig von einem Graphitreflektor umgeben, der einen Deckenreflektor 42, einen Seitenreflektor 44 und einen Bodenreflektor 46 aufweist. Der Graphitreflektor 42, 44, 46 ist auf einer Bodenplatte 48 abgestützt, die Bestandteil einer Tragkonstruktion ist, und die von dem Abzugsrohr 50 durchdrungen ist. Das Abzugsrohr 50 verläuft im Bereich des Bodenreflektors 46 und der Bodenplatte 48 vertikal und im Zentrum dieser Teile und ist unterhalb der Bodenplatte zur Seite abgebogen, so daß das Abzugsrohr 50 seitlich aus dem Druckbehälter im Bereich des unteren Korbbogens 52 aus dem Druckbe-

2Q halter geführt ist.

Um den Graphitreflektor 42, 44, 46 ist ein thermischer Schild angeordnet, dessen Seitentei 54 mit Abstand zum Seitenreflektor 44 verläuft und diesen durch radial verlaufende, stabförmige Stützen 60 abstützt. Zwischen dem Seitenteil 54 des thermischen Schildes und der Wand des unteren Teiles 18 des Druckbehälters ist ein Ringspalt 60 vorgesehen. Der thermische Schild besteht aus Stahl.

Der plattenförmige Bodenteil 56 des thermischen Schildes, auf dem der Reflektor 42, 44, 46 gelagert ist, ruht auf Biegestützen 64, die auf der Bodenplatte 48 aufgestellt sind. Zwischen dem Bodenteil 56 und der Boden-3g platte 48 ist ein Kaltgassammelraum 66 angeordnet, der durch eine Vielzahl von Bohrungen oder Kanälen 68 des

Int.-Nr. 8308 / *

Bodenteils 56 sowie des Bodenreflektors 46 mit der Schüttung 40 von Brennelementen in Verbindung steht. Im Deokenreflektor 42, der den Kern 38 nach oben abschließt, ist ebenfalls eine größere Anzahl von vertikal verlaufenden Bohrungen oder Kanälen 70 angeordnet, die den Kern 38 mit einem Heißgassammelraum 72 verbinden, der zylinderförmig ausgebildet und am oberen Ende des Deckenreflektors 42 ausgespart ist. Als Kühlgas wird Helium verwendet, das von unten nach oben durch den Reaktorkern 38 geführt wird.

An den Heißgassammelraum 72 sind die Wärmetauscher bzw. Dampferzeuger 28 angeschlossen. Diese bestehen aus vertikal verlaufenden Zylindern, deren untere Heißgasanschlüsse durch den horizontal verlaufenden Deckenteil 58 des thermischen Schildes in den Heißgassammelraum 72 geführt sind. Die Dampferzeuger 28 erstrecken sich in vertikaler Richtung fast über die gesamte Höhe des oberen Teils 20 des Druckbehälters, ihr Gasaustritt ist jeweils über Anschlußstutzen 74 mit der Saugseite der Kühlgasgebläse 30 verbunden. Die Kühlgasgebläse weisen hierbei ebenfalls die Form von vertikalen Zylindern auf, und der Kühlgasaustritt erfolgt am unteren Ende der Kühlgasgebläse in den Innenraum 76 des Druckbehälters.

Hier werden die Kühlgase nach unten geführt, treten in den Ringspalt 62 ein, der die Kühlgase zu dem Kaltgassammelraum 66 führt. Aus diesem treten die Kühlgase dann durch die Bohrungen 68 in den Kern 38 ein, strömen hier unter Erhitzung nach oben und werden anschließend durch die vertikalen Bohrungen oder Kanäle 70 des Deckenreflektors in den Heißgassammelraum 72 geleitet, so daß der Kreislauf geschlossen ist. Der Ringspalt 62 ist zwischen dem Druckbehälter 16 und dem Seitenteil 54 gebildet.

Das Speisewasser für die Dampferzeuger 28 wird durch

Rohrleitungen 78 zugeführt, wogegen der Dampf durch die Rohrleitungen 80 entnommen werden kann. Die Rohrleitungen 78, 80 sind am oberen Endbereich der Dampferzeuger 28 angeordnet und radial durch den Druckbehälter nach außen geführt.

Im Seitenreflektor 44 ist eine Vielzahl von im wesentlichen vertikal verlaufenden Absorberkanälen 82 angeordnet. Jeder dieser Absorberkanäle geht vom Kaltgas-

\q sammelraum 66 aus, durchdringt den Bodenteil 56 des thermischen Schildes und führt vertikal nach oben zu einer Abzweigstelle 84, die im Bereich des Deckenreflektors 42 angeordnet ist. Von der Abzweigstelle 84 führt ein Teilstück 86 des Absorberkanals radial und mit Anstieg nach außen in den Ringspalt 62. Desweiteren ist an die Abzweigstelle 84 ein Kanalstück 88 angeschlossen, das in den Heißgassammelraum 72 mündet und das die vertikale Verlängerung des Absorberkanals 82 darstellt, wobei dieses Kanalstück 88 einen geringeren Querschnitt als der Absorberkanal 82 aufweist. Dieser Querschnitt ist mindestens so gewählt, daß die zweiten Absorberkugeln durchtreten können.

An das Kanalstück 88 ist noch ein zweites Kanalstück 90 angeschlossen, das durch jenen kreisringförmigen Bereich des Deckenreflektors, welcher den Heißgassammelraum 72 umgibt, vertikal nach oben geführt ist. Der Querschnitt des zweiten Kanalstückes 90 ist geringer als der Querschnitt des Absorberkanals 82, 86, er ist vorzugsweise ₃q identisch mit dem Querschnitt des Kanalstückes 88.

Für die Abschaltung des Hochtemperatur-Kleinreaktors sowie für dessen Regelung ist eine'Regel- und Abschalteinrichtung sowie eine zweite Abschalteinrichtung vorgesehen, wobei die Absorberkanäle Bestandteile jeder dieser Einrichtungen sind.

Die Regel- und Abschalteinrichtung umfaßt weiterhin Rohre 92, von denen jeweils eines das untere Ende mit dem oberen Ende eines Absorberkanals 82 verbindet. Obwohl in den Figuren nur ein einziges Rohr 92 samt Zubehör dargestellt ist, sind sämtliche Absorberkanäle mit je einem hier näher beschriebenen Rohr 92 versehen. Hierbei weist jedes Rohr 92, ausgehend vom unteren Anschluß an den Absorberkanal 82, eine nach unten führende erste Teilstrecke 94 auf, die durch einen Rohrbogen 96 mit einer zweiten Teilstrecke 98 verbunden ist, die mit Gefälle radial nach außen in den Bereich des Ringspaltes 62 führt. An diese zweite Teilstrecke schließt sich eine dritte Teilstrecke 100 an, die im Ringspalt 62 vertikal nach oben in den Bereich der Dampferzeuger 28 führt. Durch einen Bogen 102 wird das Rohr 92 hier nach unten umgelenkt und durch eine vierte Teilstrecke 104 nach unten geführt und an das Teilstück 86 des Absorberkanals 82 angeschlossen, so daß der Absorberkanal 82 und das Rohr 92 zu einem Kreislauf zusammengeschaltet sind. Hierbei ist die Lichtweite des Rohres 92 gleich der Lichtweite des Absorberkanals 82; der Durchmesser der ersten Absorberkugeln ist derart auf die lichte Weite des Rohres abgestimmt, daß die Absorberkugeln bei leichter Beweglichkeit innerhalb des Rohres jeweils die lichte Weite des Rohres weitgehend ausfüllen.

In der zweiten Teilstrecke 98 ist eine Zufuhrstelle 108 ₃Q für die Zufuhr von Gas zum Fördern der ersten Absorberkugeln in der dritten Teilstrecke nach oben vorgesehen. Als Gas wird hierbei Kühlgas benutzt und durch eine Rohrleitung 110 mit zwischengeschaltetem Regelventil dem Kaltgassammelraum 66 entnommen. Desweiteren ist in der ersten Teilstrecke eine Kugelbremse und der zweite Dosierer für die Absorberkugeln vorgesehen, näheres wird

hierzu im Zusammenhang mit Fig. 10 ausgeführt.

In der Teilstrecke 104 ist in der Nähe des Anschlusses an das Teilstück 86 des Absorberkanals ein erster Dosierer 116 für die ersten Absorberkugeln 106 in das Rohr 92 eingefügt. Dieser Dosierer 116 ist in Fig. 2 als Einzelheit und in größerem Maßstab dargestellt. Demnach weist der Dosierer einen oberen Sperrkörper 118 sowie einen unteren Sperrkörper 120 auf. Der Abstand dieser Sperrkörper entspricht ungefähr dem Durchmesser der ersten Absorberkugeln 106. Beide Sperrkörper sind quer in die erste Teilstrecke 104 durch einen Antrieb 122 einführbar.

Der obere Sperrkörper 118 weist zwei horizontal nebeneinander angeordnete obere Stifte 124 auf, deren vorderes Ende angespitzt ist, und deren Abstand für das Unterbrechen des Kugelflusses ausreichend ist. Der untere Sperrkörper 120 weist zwei angespitzte horizontal nebeneinander angeordnete untere Stifte 126 auf, deren horizontaler Abstand für das Unterbrechen des Kugelflusses gerade ausreichend ist, das heißt, der Abstand der Stifte 126 ist geringfügig geringer als der Kugeldurchmesser, gleiches gilt für die oberen Stifte.

Sämtliche Stifte sind auf einem scheibenförmigen, gemeinsamen Tragekörper 128 von kreisförmigen Umriß befestigt. Dies ist sehr deutlich aus Fig. 3 zu erkennen, welche eine perspektivische Ansicht des Tragekörpers samt Stifte darstellt.

Die Länge der oberen Stifte 124 ist ungefähr gleich dem Durchmesser der vierten Teilstrecke 104, die Länge der unteren Stifte 126 ist ungefähr doppelt so groß. Die unteren Stifte 126 weisen in jenem Bereich, der unterhalb der oberen Stifte 124 liegt, gegeneinander zeigende Aussparungen 130 auf, die so ausgebildet sind, daß eine

Int.-Nr. 8308 \

erste Absorberkugel im Bereich dieser Aussparungen 130 zwischen den Stiften 126 durchfallen kann.

Der Tragkörper 128 ist durch eine Stange 132 mit einem zylindrischen Magnetanker 134 verbunden. Dieser Magnetanker 134 ist innerhalb einer zylindrischen Büchse 136 geführt, wobei zwischen Magnetanker 134 und dem linken Boden 138 der Büchse eine die Stange 132 umgebende Schraubenfeder 140 eingefügt ist, die den Anker 134 nach ■jO rechts drückt. Vorzugsweise sind zwei ineinander angeordnete Schraubenfedern vorhanden.

Die Büchse 136 ist in einem verschlossenen zylindrischen Gehäuse 142 angeordnet, das durch einen Flansch 144 an einem Flansch 146 des Druckbehälters 16 unter Einfügung einer Dichtung 148 befestigt ist. Die Innenseite dieser Flansche 144, 146 weist eine umlaufende Vertiefung auf, durch welche eine kreisförmige Scheibe 150 befestigt ist, die ihrerseits die Büchse 136 trägt. Im Ringraum 151, der zwischen der Büchse 136 und dem Gehäuse 142 gebildet ist, befinden sich eine erste Magnetspule 152 und axial daneben eine zweite Magnetspule 154. Diese Magnetspulen können durch angedeutete elektrische Leitungen 156 wahlweise mit elektrischem Strom versorgt

je werden.

Die Arbeitsweise des ersten Dosierers ist in den Figuren 4 bis 9 näher dargestellt, wobei die Figuren 4, 6 und 8 jeweils einen vertikalen Längsschnitt durch den Gegenstand der Figur 2 entsprechend der Schnittlinie IV-VIII zeigen, wogegen die Figuren 5, 7 und 9 den Dosierer 116 verkleinert und sehr vereinfacht darstellen.

Wird gemäß Fig. 5 die erste Magnetspule 152 durch Stromzufuhr in Betrieb genommen, wird der Magnetanker 134 in diese erste Magnetspule 152 hineingezogen und in

Int.-Nr. 8308 >t

eine erste Position gebracht, welcher der ersten Stellung der Sperrkörper 118, 120 entspricht. In dieser ersten Stellung ist der obere Sperrkörper 118 außerhalb des Innenraums 158 der Teilstrecke 104, wogegen das vordere Ende des unteren Sperrkörpers 120 sich im Innenraum befindet und den Kugelfluß absperrt, wobei eine der Absorberkugeln 106 unmittelbar auf dem unteren Sperrkörper 120 gelagert ist. Aus Fig. 5 erkennt man hierbei, daß sich das vordere Ende des unteren Absperr-■jO körpers 120 im Innenraum 158 befindet, aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 ist zu ersehen, wie die unterste der Absorberkugeln sich auf den Stiften 126 des Absperrkörpers abstützt.

Wird die erste Magnetspule 152 stromlos gemacht und der zweiten Magnetspule 154 Strom zugeführt, so wird der Magnetanker 134 nach links in die zweite Position gezogen (Fig. 6 und 7)· Hierdurch wird der Sperrkörper nach links bis zum Anschlag in eine zweite Stellung

-₀ verschoben, in welcher der obere Sperrkörper 118 im Innenraum 158 der Teilstrecke 104 des Rohres angeordnet ist. In dieser Stellung befinden sich die Aussparungen 130 der unteren Stifte 126 im Innenraum des Rohres, so daß die unterste der Absorberkugeln 106 durch den unteren Absperrkörper 120 durchtreten und im Innenraum 158 abwärts fallen kann. Fig. 6 zeigt hierbei, wie die Stifte 124, 126 der Absperrkörper den Kugelfluß absperren bzw. die unterste der Absorberkugeln 106 freigeben. Mit den Stellungen 1 und 2 der Absperrkörper kann daher der Kugelfluß dosiert werden.

Sind beide Magnetspulen 152, 15.4 stromlos, so wird der Magnetanker 134 durch die Schraubenfeder 140 gegen einen Anschlag in eine dritte Stellung so weit nach rechts verschoben, daß sich beide Sperrkörper 118, 120 außerhalb des Innenraums 158 befinden und die Absorberkugeln

. Int.-Nr. 8308 «

106 unbehindert durchtreten können, wie dies deutlich aus Fig. 9 zu erkennen ist. Die zugehörige Figur 8 zeigt, daß sich hierbei keinerlei Stifte des Sperrkörpers im Rohrinnenraum befinden. Diese dritte Stellung wird unter anderem dann eingenommen, wenn die Stromversorgung ausfällt und aus Sicherheitsgründen die Absorberkugeln 106 in die Absorberkanäle gebracht werden sollen. Aus Sicherheitsgründen können zwei Schraubenfedern ineinander angeordnet sein.

Aus den Figuren 4, 6 und 8 ist noch zu erkennen, daß die Stifte 124, 128 der Absperrkörper in halbkreisförmigen Ausnehmungen der Teilstrecken 104 geführt sind.

Figur 10 zeigt den Bereich X der Figur 1 als Einzelheit und in größerer Darstellung, es ist somit der Verlauf des Rohres 92 und der Absorberkanäle besser zu erkennen, wobei der Bereich X durch das Weglassen von unwesentlichen Teilen verkürzt dargestellt ist. Man erkennt den vertikalen Absorberkanal 82, an den die erste vertikale Teilstrecke 94 des Rohres 92 angeschlossen ist, die durch einen Rohrbogen 96 in die zweite Teilstrecke 98 übergeht, an welche sich die nach oben über die Absorberkanäle führende dritte Teilstrecke 100 anschließt.

In die erste Teilstrecke 94 ist eine Kugelbremse I60 eingefügt. Diese weist ein Gehäuse 162 auf, welches die Teilstrecke 94 bereichsweise unter Bildung eines Zwi-

3Q schenraums 164 bereichsweise umgibt. Der Zwischenraum 164 ist durch eine Rohrleitung 166 mit dem Kaltgassammelraum 66 verbunden, wobei gegebenenfalls ein Drosselventil eingefügt sein kann. In der Rohrwand der Teilstrecke 94 sind in Längsrichtung des Rohres verlaufende Schlitze 168 angeordnet, die in den Zwischenraum 164 münden. Die Schlitze sind für den Durchtritt

Int.-Nr. 8308 1-3"

von Brenngas vorgesehen.

Unterhalb der Kugelbremse 160 ist in der Teilstrecke ein zweiter Dosierer 170 angeordnet. Dieser weist einen zweiten Sperrkörper 172 auf, der durch eine Stange 174 mit einem Magnetanker 176 verbunden ist. Der Magnetanker ist in einem Gehäuse 178 angeordnet, das an der Außenwand des Druckbehälters 16 dicht befestigt ist. Innerhalb des Gehäuses 178 ist eine ringförmige Magnetspule 180 vorgesehen, in welche der Magnetanker 176 gezogen wird, falls durch die elektrische Zuleitung 182 Strom der Magnetspule zugeführt wird. Zwischen dem rechten Ende 184 des geschlossenen Gehäuses 178 und dem Magnetanker 176 ist mindestens eine Schraubenfeder 186 eingefügt, die bei stromloser Magnetspule 18O den Magnetanker nach links drückt und somit den zweiten Sperrkörper 172 in den Innenraum der Rohr-Teilstrecke bringt, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Der zweite Sperrkörper 172 ist genauso ausgebildet wie der obere Sperrkörper 118 der Fig. 2, ebenso sind die übrigen Teile des zweiten Dosierers 170 entsprechend dem ersten Dosierer 116 gemäß Fig. 2 ausgebildet, so daß sich für den Fachmann weitere Ausführungen erübrigen dürften.

_oe In der zweiten Teilstrecke 98 des Rohres ist die Zufuhrstelle 108 für Gas zur Förderung der ersten Absorberkugeln 106 nach oben vorgesehen. Die Zufuhrstelle 108 ist durch die unter einem spitzen Winkel angeschlossene Rohrleitung 110 mit dem Kaltgasraum 66 verbunden, wobei ein Regelventil 112 eingeschaltet ist, dessen Antrieb 186 am Korbboden 52 dicht befestigt und mit dem Regelventil 112 verbunden ist.

Wie aus Fig. 10 weiter ersehen, ist der Bogen 102, welcher die dritte Teilstrecke 100 mit der vierten Teilstrecke 104 des Rohres 92 verbindet, mit einer

zweiten Kugelbremse 188 mit Schlitzen 168 versehen, die genauso ausgebildet ist wie die Kugelbremse 160. Der Zwischenraum 189 dieser zweiten Kugelbremse, der zwischen dem Rohrbogen 102 und dem Gehäuse 193 gebildet ist, ist durch eine Rohrleitung 190 mit einem Anschlußstutzen 74 der Kühlgasgebläse 30 verbunden (Fig. 1), wobei in die Rohrleitung 190 ein Regelventil eingeschaltet sein kann, dessen Aufbau und Anordnung entsprechend dem Regelventil 112 ausgebildet sein kann. Schließlich ist in der Teilstrecke 104 noch ein Kugelzähler 192 angeordnet, der die Anzahl der durchlaufenden Kugeln meßtechnisch erfaßt.

Die zweite Abschalteinrichtung der Kernreaktoranlage weist einen zylindrischen stehenden Kugelbehälter 194 auf, der im Bereich der Dampferzeuger 28 oberhalb des Kleinreaktors im Innenraum 76 angeordnet ist (Fig. 1). In diesem Kugelbehälter sind die zweiten Absorberkugeln 196 untergebracht, deren Durchmesser wesentlich geringer ist als der Durchmesser der ersten Absorberkugeln. An das untere, sich kegelförmig verjüngende Ende des Kugelbehälters 194 sind unter Zwischenschaltung eines dritten Dosierers 198 Rohrleitungen 200 angeschlossen, die zu den zweiten Kanalstücken 90 führen. Diese zweiten Kanalstücke 90 führen im Deckenreflektor ungefähr vertikal zu jenem Kanalstück 88, das an der Abzweigstelle 84 in den Absorberkanal 82 mündet. Die zweiten Absorberkugeln 196 sind daher in dieselben Absorberkanäle wie die ersten Absorberkugeln einführbar (vergl. auch Fig. 10).

Während des Betriebs sind die Kühlgasgebläse 30 eingeschaltet und das Kühlgas, ζ. Β. Helium, strömt mit einem Betriebsdruck von ca. 70 bar durch die Schüttung 40 der Brennelemente nach oben, wobei es sich auf ungefähr 70Oo Celsius erhitzt. Nach dem Durchtritt durch den Deckenreflektor 42 mit Hilfe der Bohrungen 70 gelangt es in

•M-

den Heißgassammelraum 72, von dem es in das untere Ende der Dampferzeuger 28 einströmt. In den Dampferzeugern strömt das Kühlgas nach oben, wird auf ca. 250O Celsius abgekühlt, und durch die Anschlußstutzen 74 in die Kühlgasgebläse 30 eingesaugt. Das Kühlgas verläßt die Kühlgasgebläse 30 am unteren Ende und gelangt in den Innenraum 76 des oberen Teils 20 des Druckbehälters, strömt hier nach unten und tritt in den Ringspalt 62 ein, welcher zwischen dem Seitenteil 54 des thermischen Schildes und dem unteren Teil 18 des Druckbhehälters gebildet ist. Am unteren Ende des Ringspaltes 62 wird das Kühlgas in den Kaltgassammelraum 66 umgelenkt, von wo es durch die Bohrungen 68 des Bodenreflektors wieder in die Schüttung 40 zu neuem Kreislauf gelangt. Das Speisewasser wird durch die Rohrleitungen 78 den Dampferzeugern zugeführt, der Dampf durch die Rohrleitungen 80 entnommen und zur Verwertung z. B. einer Dampfturbinenanlage zugeführt.

Während des Betriebs befinden sich die zweiten Absorberkugeln 196 im Kugelbehälter 194, die ersten Absorberkugeln sind außerhalb der Absorberkanäle 82 und in den vierten Teilstrecken 104 des Rohres 92 gespeichert, wozu jeweils der erste Dosierer 116 abgesperrt hat gemäß der ersten Stellung nach den Fig. 4 und 5. Sollen jetzt zur Leistungsregelung Absorberkugeln in die Absorberkanäle 82 eingebracht werden, so werden die ersten Absorberkugeln aus der Teilstrecke 104 dosiert und nacheinander in den Absorberkanal 82 eingegeben, wozu der erste

2Q Dosierer 116 abwechselnd in die erste und zweite Stellung durch entsprechendes Erregen der Magnetspulen gebracht wird, so daß die Absorberkugeln durch Schwerkraft in die Absorberkanäle fallen. Dieser Vorgang wurde bereits weiter oben im Zusammenhang mit den Fig.

bis 9 beschrieben. Während des Eindringens der ersten Absorberkugeln 106 in den Absorberkanal 82 hat der

. Int.-Nr. 8308 1r& " " " "

zweite Dosierer 170 die erste Teilstrecke 94 abgesperrt, so daß die ersten Absorberkugeln im Absorberkanal 82 verbleiben. Sollen die ersten Absorberkugeln jetzt aus dem Absorberkanal entfernt werden, so wird die erste Teilstrecke 94 durch öffnen des zweiten Dosierers 170 freigegeben, so daß die Kugeln in die zweite Teilstrecke 98 eintreten. Gleichzeitig wird das Regelventil 112 geöffnet, so daß aus dem Kaltgasraum 66 Kühlgas durch die Rohrleitung 110 unter einem spitzen Winkel in die zweite Teilstrecke 98 eintreten kann. Das mit Druck zuströmende Kühlgas fördert jetzt die ersten Absorberkugeln 106 durch die dritte Teilstrecke 100 nach oben, so daß die ersten Absorberkugeln über den Rohrbogen in die vierte Teilstrecke 104 übertreten. Zur Speicherung der ersten Absorberkugeln in dieser Teilstrecke muß selbstverständlich der erste Dosierer 116 in Sperrstellung sein. Gleiches gilt für den zweiten Dosierer 170, denn durch die Absperrung der ersten Teilstrecke 94 wird ein Zurücktreten der ersten Absorberkugeln 106 in den Absorberkanal 82 verhindert. Unter Umständen kann auf den zweiten Dosierer verzichtet werden, denn die Umlenkung der Absorberkugeln durch den Rohrbogen 96, gegebenenfalls durch einen weiteren Rohrbogen, verhindert weitgehend das Rückwärtsfließen der Absorberkugeln durch die erste Teilstrecke 94 in den Absorberkanal 82.

Um beim Eindringen der ersten Absorberkugeln 106 in den Absorberkanal 82 den Fall der Kugeln zu bremsen, wird Kühlgas durch die Rohrleitung 166 der Kugelbremse 160 zugeführt, von wo es durch die Schlitze 168 in den Innenraum der Teilstrecke 94 und von hier durch den Absorberkanal 82 nach oben entgegen der Fallrichtung der erstem Absorberkugeln strömt und durch das Kanalstück in den Heißgassammelraum 82 entweicht. Hierbei kann das Kanalstück 88 geringeren Querschnitt als der Absorber-

Int.-Nr. 8308 T?

kanal 82 aufweisen oder mit einer Drosselstelle versehen sein, um den Massenstrom des aufwärts strömenden Gases und somit seine Bremswirkung beeinflussen zu können (vergl. Fig. 1 und 10).

Um die in der dritten Teilstrecke 100 nach oben geförderten ersten Absorberkugeln 106 beim Übertritt in die fallende vierte Teilstrecke 104 bremsen zu können, ist im Bereich des Bogens 102 eine zweite Kugelbremse 188

■jQ angeordnet, die genauso aufgebaut ist wie die Kugelbremse 160. Hierbei ist der Innenraum der Kugelbremse durch die Rohrleitung 190 mit dem Ansaugstutzen 74 eines Gebläses 30 verbunden. Hierdurch wird das Fördergas der nach oben führenden Teilstrecke 100 abgesaugt, so daß die Kugeln ohne großen Schwung in die Teilstrecke 104 übertreten und dort gespeichert werden können. Um hierbei die Anzahl der geförderten ersten Absorberkugeln erfassen zu können, ist in der vierten Teilstrecke 104 ein geeigneter Kugelzähler 192 vorgesehen und mit einem nach außen geführten Anschlußteil 195 versehen.

Bei einem Störfall oder bei einer Schnellabschaltung werden die Magnetanker 152 und 154 des ersten Dosierers stromlos gemacht, so daß durch Federkraft der Sperrkörper aus der vierten Teilstrecke 104 gebracht wird mit der Folge, daß die ersten Absorberkugeln 106 undosiert und ungestört in die Absorberkanäle 82 eintreten können (vergl. Fig. 8, 9 und 10).

Die zweite Abschalteinrichtung wird nur im Notfall in Betrieb genommen. Hierzu gibt der dritte Dosierer 198 die Rohrleitungen 200 frei, so daß die zweiten Absorberkugeln 196 durch die zweiten Kanalstücke 90 und die Kanalstücke 88 in die Absorberkanäle 82 durch Schwerkraft eintreten können. Dies ist möglich, da die Verbindung vom Kugelbehälter zu den Absorberkanälen

^zufallend ist (Fig. 1).

Sollte der Druck des Kühlgases bzw. die Druckdifferenz zwischen KaltgassammeIraum 66 und Ansaugstutzen 74 für den Transport der zweiten Absorberkugeln nicht ausreichen, so kann in die Rohrleitung 110 ein Zusatzgebläse zur Druckerhöhung eingeschaltet sein.

Fig. 11 zeigt in sehr vereinfachter und verkleinerter Darstellung die unterirdische Anordnung des Druckbehälters 16. Hierzu ist im Erdreich 202 eine Kaverne 206 ausgehoben und mit einer Auskleidung 204 aus Beton versehen. Hierin ist der Druckbehälter 16 mit Hilfe seiner Füße 208 aufgestellt, wobei zwischen dem Druekbehälter und der Auskleidung ein freier Ringraum 210 vorgesehen ist. Neben der Kaverne 206 ist ein vertikaler Schacht 212 ausgehoben, der ebenfalls mit Beton ausgekleidet ist und der bis zur Sohle des Ringraums 210 führt und dort durch einen begehbaren Kanal 214 mit dem Ringraum 210 verbunden ist. Dieser Schacht 212 sowie der Kanal 214 dient unter anderem zur Wartung der Anlage.

In der Auskleidung 204 und/oder auf der Auskleidung 204 sind Kühlrohre 216 angeordnet, durch die ein Kühlmedium, z.B. Wasser, geführt werden kann. Hierdurch kann Wärme abgeführt werden, die vom Druckbehälter auf die Auskleidung 204 abgestrahlt wird. Diese Wärmeabstrahlung ist bedeutend, da der Druckbehälter 16 nicht mit einer Wärmeisolierung versehen ist. Zusätzlich kann der Druckbehälter durch Luft gekühlt werden, die infolge des thermischen Auftriebes im Ringraum 210 durch den Schacht 212 angesaugt wird. Die vorbeschriebenen Arten der äußeren Kühlung des Druckbehälters sind dann von Bedeutung, wenn die Abfuhr von Wärme oder Nach-Zerfallswärme durch die Wärmetauscher 28 gestört sein sollte.

Die ersten und die zweiten Absorberkugeln sind jeweils untereinander gleich. Hierbei haben die ersten Absorberkugeln, je nach Dimension der Absorberkanäle, einen Durchmesser zwischen 50 und 150mm, die zweiten Absorberkugeln haben einen Durchmesser der kleiner als 15mm, vorzugsweise kleiner als 10mm ist. Mindestdurchmesser 3mm. Die Querschnitte der Rohrleitungen und Bauteile, in denen die zweiten Absorberkugeln geführt sind, sind lediglich mit Rücksicht auf einen einwandfreien Transport dieser Absorberkugeln zu wählen. Die Abstimmung des Durchmessers der ersten Absorberkugeln auf das jeweilige Transport-Rohr 92 gemäß Anspruch 2 hat den Zweck, durch das zugeführte Gas eine Förderung dieser Absorberkugeln erreichen zu können.

Die Leistung eines Hochtemperatur-Kleinreaktors ist so groß, daß durch den erzeugten Dampf eine elektrische Leistung von 30 bis 130 MW, insbesondere von 50 bis MW mit Hilfe von Dampfturbinen und elektrischen Generatoren erzeugt werden kann.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles ergibt, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine Montage und Demontage sämtlicher Einzelteile von oben ermöglicht und der Raumbedarf seitlich und unterhalb des Druckbehälters auf ein Minimum begrenzt bei gleichzeitiger voller Funktionsfähigkeit.

- Leerseite -

Claims

Anspruch e_

MJ Kernreaktoranlage mit einem Hochtemperatur-Kleinreaktor (26) und einer Anzahl von Wärmetauschern (28), insbesondere Dampferzeugern, die oberhalb des Kleinreaktors (26) angeordnet und zusammen mit diesem im Innenraum (76) eines mehrteiligen, stehenden zylindrischen Stahl-Druckbehälters (16) ungebracht sind, wobei die Wärmetauscher von dem im Kleinreaktor (26) erhitzten

-κ Kühlgas mit Hilfe von Kühlgasgebläsen (30) von unten nach oben durchströmt sind, mit einer/Regel- und Abschalteinrichtung für das Einbringen und/oder Ausbringen von ersten Absorberelementen in von oben nach unten verlaufende Absorberkanäle (82), mit einer zweiten Abschalteinrichtung für das Einbringen von zweiten Absorberelementen sowie schließlich mit wenigstens einem Abzugsrohr (50) ffir die Abfuhr der kugelförmigen Brennelemente aus dem Kleinreaktor (26), dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgasgebläse (30) vollständig im Innenraum (76) und oberhalb der Wärmetauscher (28) angeordnet sind, daß das Abzugsrohr (50) seitlich aus

erstedem Druckbehälter (16) geführt ist, daß die/Regel- und Abschalteinrichtung im Innenraum (76) des Druckbehälters angeordnet ist und Rohre (92) aufweist, die jeweils den oberen und unteren Endbereich eines Absorberkanals (82) verbinden und in denen die ersten Absorberelemente in Form von ersten Absorberkugeln (106) untergebracht und gesteuert in die Absorberkanäle (82) oben einbringbar und unten entnehmbar sind und daß die zweite Abschalteinrichtung ebenfalls im Innenraum (76) angeordnet ist und wenigstens einen oberhalb der Absorberkanäle (82)

Int.-Nr. 8308 21" ' "" ""* '"" " """

vorgesehenen Kugelbehälter (194) aufweist, in dem die zweiten Absorberelemente in Form von zweiten Absorberkugeln (196) gespeichert und gesteuert in die Absorberkanäle (82) einbringbar sind.
2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Absorberkugeln (106) lose in den Rohren (92) untergebracht sind, wobei der Durchmesser der ersten Absorberkugeln (106) und die lichte Weite der Rohre (92) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die ersten Absorberkugeln bei leichter Beweglichkeit jeweils die lichte Weite des Rohres (92) weitgehend ausfüllen.
3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (92), ausgehend vom unteren Anschluß an den zugeordneten Absorberkanal (82), eine nach unten gerichtete erste Teilstrecke (94) - aufweist, die durch einen Rohrbogen (96) mit einer zweiten Teilstrecke (98) verbunden ist, die mit Gefälle radial nach außen in den Bereich des Ringspaltes (62) zwischen Kleinreaktor (26) und Druckbehälter (16) verläuft, daß sich an die zweite Teilstrecke (98) eine im Ringspalt (62) bis über den Kleinreaktor (26) nach oben geführte dritte Teilstrecke (100) anschließt, die in eine zum oberen Anschluß des Absorberkanals (82) zurückkehrende fallende vierte Teilstrecke (104) übergeht (Fig. 1 und 10).
4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3» dadurch

gekennzeichnet, daß in der zweiten Teilstrecke (98) eine Zufuhrstelle (I08) für die Zufuhr von Gas zum pneumatischen Fördern der ersten Absorberkugeln (I06) nach oben in die vierte Teilstrecke (104) vorgesehen ist, daß im Übergangsbereich (102) von der dritten (100) zur

^Int-^Nr·

'3*

vierten Teilstrecke (104) sowie in der ersten Teilstrecke (94) je eine pneumatische Kugelbremse (160, 188) angeordnet ist, und daß in die vierte Teilstrecke (104) ein erster Dosierer (116) für die ersten Absorberkugeln in der Nähe der Anschlußstelle an das obere Ende des Absorberkanals (82, 86) eingefügt ist.
5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dosierer (116) zwei mit einem Abstand, der dem Durchmeser der ersten Absorberkugeln (106) etwa gleich ist, übereinander angeordnete Sperrkörper (118, 120) aufweist, die durch mindestens einen Antrieb (122) quer zur Rohr-Teiistrecke (104) in deren Innenraum (158) einführbar sind, wobei zum Unterbrechen des Kugelflusses wenigstens ein Sperrkörper (118, 120), zur Freigabe des Kugelflusses kein Sperrkörper (118, 120) in die Rohr-Teilstrecke (104) eingeführt ist, wogegen zur Dosierung des Kugelflusses der untere Sperrkörper (120) die Teilstecke (104) zunächst absperrt, der obere Sperrkörper (118) dagegen gleichzeitig freigibt und anschließend der obere Sperrkörper (118) absperrt und der untere Sperrkörper (120) die auf ihm ruhende erste Absorberkugel (106) freigibt (Fig. 2 bis 9).
6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß der obere Sperrkörper (118) zwei horizontal nebeneinander angeordnete obere Stifte (124) aufweist, deren Abstand für das Unterbrechen des Kugelflusses ausreichend ist, daß der untere Sperrkörper

(120) zwei nebeneinander angeordnete untere Stifte (126) besitzt, deren horizontaler Abstand für das Unterbrechen des Kugelflusses gerade ausreichend ist, daß die unteren Stifte (126) ungefähr um die lichte Weite der Rohr-Teilstrecke (104) länger sind als die oberen Stifte, daß die unteren Stifte (126) in jenem Bereich, der unterhalb

. Int.-Nr. 8308

der oberen Stifte (124) liegt, gegeneinander zeigende Aussparungen (130) aufweisen, die so ausgebildet sind, daß eine erste Absorberkugel (106) trotz in das Rohr eingeführter unterer Stifte (126) durchtreten kann, und daß die oberen und unteren Stifte (126, 128) auf einem gemeinsamen Tragkörper (128) befestigt sind, der mit dem Antrieb (122) verbunden ist, durch den beide Sperrkörper (118, 120) wahlweise in drei verschiedene Stellungen bringbar sind, wobei in einer ersten Stellung die oberen Stifte (124) außerhalb, die unteren Stifte (126) dagegen mit vollem Querschnitt im Innenraum (158) der Teilstrecke sind (Fig. .4 und 5), in einer zweiten Stellung die oberen Stifte (124) sowie die unteren Stifte (126) mit ihren Aussparungen (130) im Innenraum (158) sind (Fig. 6 und 7) und wobei in einer dritten Stellung die oberen (124) und unteren Stifte (126) außerhalb des Innenraums (158) sind (Fig. 8 und 9)·.
7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (122) einen Magnetanker (134) aufweist, der durch zwei nebeneinander angeordnete Magnetspulen (152, 154) in eine erste und zweite Position bringbar ist, die der ersten und zweiten Stellung der Sperrkörper (118, 120) entsprechen, und der durch die Kraft mindestens einer Schraubenfeder (140) in eine dritte Position bringbar ist, welche der dritten Stellung der Sperrkörper (118, 120) entspricht (Fig. 2).
8. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein zweiter Dosierer (170) für die ersten Absorberkugeln (106) der Kugelbremse (160) nachgeschaltet ist und einen Sperrkörper (172) aufweist, der durch einen zweiten Antrieb (186) in und aus dem Rohrinnenraum bringbar ist.
9· Kernreaktoranlage nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (172) entsprechend dem ersten Sperrkörper (118) gemäß den Ansprüchen 5 bis 7 ausgebildet und mit einem Magnetanker (176) verbunden ist, und mit Hilfe einer Magnetspule (180) in eine Freigabeposition und durch mindestens eine Schraubenfeder (181) in eine Sperrposition bringbar ist (Fig. 10).
10. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbremsen (160, 188) jeweils Schlitze (168) der Wände der Rohre umfassen, durch die ein Gas zur Bremsung des Kugelflusses einführbar und dosiert ist (Fig. 1 und 10).
11. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Absorberkugeln (196) einen wesentlich geringeren Durchmesser als die ersten Absorberkugeln (106) aufweisen.
12. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelbehälter (194) durch fallende Rohrleitungen (200) und unter Zwischenschaltung eines dritten Dosierers (198), der entsprechend dem zweiten Dosierer (170) aufgebaut ist, mit den oberen Enden der Absorberkanäle (82) verbunden sind (Fig. 1).
13. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit unterirdischer Anordnung des Druckbehälters (16), dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (16) in einer vertikalen im Querschnitt kreisförmigen Kaverne (206) des Erdreiches (202), deren Wände eine Auskleidung (204) aus Beton aufweisen, unter Bildung eines Ringraumes (210) versenkt angeordnet ist.
14. Kernreaktoranlage nach Anspruch 13, dadurch

Int.-Nr. 8308

gekennzeichnet, daß die Auskleidung (204) mit Kühlrohren (216) versehen ist, die auf der Oberfläche und/oder in der Auskleidung (204) versenkt angeordnet sind, und daß die Kühlrohre mit einem Kühlmittel beaufschlagbar sind.
15. Kernreaktoranlage nach Anspruch 13 oder 14,

dadurch gekennzeichnet, daß neben der Kaverne (206) wenigstens ein vertikaler Schacht (212) gleichtief im Erdreich (202) vorgesehen und an seinem unteren Ende mit dem Ringraum (210) durch mindestens einen begehbaren Kanal (214) verbunden ist.