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Regel- und Abschalteinrichtung für einen Hoch-
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temperatur-Kernreaktor.
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Die Erfindung betrifft eine Regel- und Abschalteinrichtung für einen
in einem Stahl-Druckbehälter angeordneten Hochtemperatur-Kernreaktor, insbesondere
Hochtemperatur-Kleinreaktor, mit im wesentlichen vertikal verlaufenden Absorberkanälen,
in die Absorberelemente einbringbar oder ausbringbar sind.
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Eine bekannte Einrichtung dieser art weist Absorberelemente in Form
von Stäben auf, die zur Regelung oder zur Abschaltung von unten in den Reaktor eingebracht
oder nach unten aus gebracht werden müssen. Dies erfordert entsprechend viel Platz
im Bereich unterhalb des Reaktors und zudem ist der Aufwand für den Antrieb der
Stäbe beachtlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, die verringerten Bauaufwand und geringen Platzbedarf erfordert.
Darüberhinaus soll die Einrichtung einfach herzustellen und den betrieblichen Anforderungen
voll gewachsen sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun erfindungsgemäß
darin,
daß die oberen Endbereiche und die unteren Endbereiche der Absorberkanäle durch
Rohre, die im Innenraum des Druckbehälters verlaufen, miteinander verbunden sind,
in denen die Absorberelemente in Form von Absorberkugeln untergebracht und gesteuert
oben in die Absorberkanäle einbringbar und unten ausbringbar sind. Durch die Ausbildung
der Absorberelemente als Absorberkugeln und durch deren Führung in Rohren ist der
Bauaufwand verringert, die Anordnung der Rohre innerhalb des Druckbehälters in vorhandenen
Hohlräumen oder Zwischenräumen ermöglicht den Aufbau der Einrichtung ohne zusätzlichen
Platzbedarf.
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Vorteilhafte und empfehlenswerte Weiterbildungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 einen axialen vertikalen Längsschnitt durch
einen in einem Druckbehälter angeordneten Kernreaktor mit erfindungsgemäßer Regel-
und Abschalteinrichtung, 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 Figur 2 in vergrößerter Darstellung,
die
Fig. 4 und 5, 6 und 7, 8 und 9 die einzelnen Arbeitsstellungen des Gegenstands der
Fig. 2 in vereinfachter Darstellung, Fig. 10 den rechten Bereich X des Gegenstands
der Fig. 1 als Einzelheit und in größerer Darstellung, wobei der Bereich in der
Höhe verkürzt dargestellt ist.
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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.
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GemäR Fig. 1 weist der Stahl-Druckbehälter 16 einen unteren zylindrischen
Teil 18, einen oberen zylindrischen Teil 20 sowie ein gewölbtes Deckelteil 22 auf.
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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
kurz ausgeführt ist. Für die Aufstellung weist der Druckbehälter Füße 208 auf.
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Der untere Teil 18 des Druckbehälters dient zur Aufnahme eines Hochtemperatur-Kernreaktors
26, während in dem oberen Teil 20 als Wärmetauscher zwei Dampferzeuger 28 und ebenso
viele Kühlgasgebläse 30 untergebracht sind.
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Die Kühlgasgebläse sind hierbei mit Hilfe eines Zwischenbodens 32
auf einen im Bereich des Flansches 24 umlaufenden inneren Vorsprunges 34 des Deckelteils
gelagert.
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Der Hochtemperatur-KeF nreaktor 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 16 im Bereich des unteren Korbbogens 52 aus dem
Druckbehälter geführt ist.
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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.
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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 Bodenplatte 48 ist ein Kaltgassammelraum
66 angeordnet, der durch eine Vielzahl von Bohrungen oder Kanälen 68 des
Bodenteils
56 sowie des Bodenreflektors 46 mit der - -Schüttung 40 von Brennelementen in Verbindung
steht. Im Deckenreflektor 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.
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An den Heißgassammelraum 72 sind die Wärmetauscher bzw.
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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.
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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.
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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.
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Im Seitenreflektor 44 ist eine Vielzahl von im wesentlichen vertikal
verlaufenden Absorberkanälen 82 angeordnet. Jeder dieser Absorberkanäle geht vom
Kaltgassammelraum 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.
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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 Ranalstückes
90 ist geringer als der Querschnitt des Absorberkanals 82, 86, er ist vorzugsweise
identisch mit dem Querschnitt des Kanalstückes 88.
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Für die Abschaltung des Hochtemperatur-Kernreaktors sowie für dessen
Regelung ist eine Regel- und Abschalteinrichtung sowie eine zweite Abschalteinrichtung
vorgesehen, wobei die Absorberkanäle Bestandteile jeder dieser Einrichtungen sind.
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Die Regel- und Abschalteinrichtung umfaßt weiterhin Rohre 92, von
denen jeweils eines das untere Ende mit dem oberen Ende eines Absorberkanals 82
verbindet.
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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.
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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.
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In der zweiten Teilstrecke 98 ist eine Zufuhrstelle 108 für die Zufuhr
von Gas zum Fördern der ersten Absorberkugeln in der dritten Teilstrecke nach oben
vorgesehen.
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Als Gas wird hierbei Kühlgas benutzt und durch eine Rohrleitung 110
mit zwischengeschaltetem Regelventil 112 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.
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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.
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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.
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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.
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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
erste Absorberkugel im Bereich dieser Aussparungen
130 zwischen den Stiften 126 durchfallen kann.
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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 rechts drückt. Vorzugsweise sind zwei ineinander angeordnete Schraubenfedern
vorhanden.
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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
werden.
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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.
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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
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 äuf dem unteren Sperrkörper 120 gelagert
ist. Aus Fig. 5 erkennt man hierbei, daß sich das vordere Ende des unteren Absperrkörpers
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.
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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 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.
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Sind beide Magnetspulen 152, 154 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
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.
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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.
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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
fuhrende dritte Teilstrecke 100 anschließt.
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In die erste Teilstrecke 94 ist eine Kugelbremse 160 eingefügt. Diese
weist ein Gehäuse 162 auf, welches die Teilstrecke 94 bereichsweise unter Bildung
eines Zwischenraums 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
von Brenngas vorgesehen.
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Unterhalb der Kugelbremse 160 ist in der Teilstrecke 94 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 180 den Magnetanker nach links drückt und somit den
zweiten Sperrkörper 172 in den Innenraum der Rohr-Teilstrecke 94 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.
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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.
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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.
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Schließlich ist in der Teilstrecke 104 noch ein Kugelzähler 192 angeordnet,
der die Anzahl der durchlaufenden Kugeln meßtechnisch erfaßt.
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Die zweite Abschalteinrichtung der Kernreaktoranlage weist einen zylindrischen
stehenden Kugelbehälter 194 auf, der im Bereich der Dampferzeuger 28 oberhalb des
Ker nreaktors im Innenraum 76 angeordnet ist (Fig. 1).
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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).
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Während des Betriebs sind die Kühlgasgebläse 30 eingeschaltet und
das Kühlgas, z. B. Helium, strömt mit einem Betriebsdruck von ca. 70 bar durch die
Schüttung 40 der Brennelemente nach oben, wobei es sich auf ungefähr 7000 Celsius
erhitzt. Nach dem Durchtritt durch den Deckenreflektor 42 mit Hilfe der Bohrungen
70 gelangt es in
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. 2500 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.
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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 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. 2 bis 9 beschrieben.
Während des Eindringens der ersten Absorberkugeln 106 in den Absorberkanal 82 hat
der
zweite Dosierer 170 die erste Teilstrecke 94 abgesperrt, so
daR 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 102 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.
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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 88 in den Heißgassammelraum
82 entweicht. Hierbei kann das Kanalstück 88 geringeren Querschnitt als der Absrber-
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).
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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 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.
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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).
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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
fallend ist (Fig. 1).
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Sollte der Druck des Kühlgases bzw. die Druckdifferenz zwischen Kaltgassammelraum
66 und Ansaugstutzen 74 für den Transport der zweiten Absorberkugeln nicht ausreichen,
so kann in die Rohrleitung 110 ein Zusatzgebläse zur Druckerhöhung eingeschaltet
sein.
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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 lOmm 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.
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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 100 MW mit Hilfe von Dampfturbinen und elektrischen Generatoren erzeugt werden
kann.
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Wie sich aus dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt, wird
durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine betriebssichere, kompakte Regel- und
Abschalteinrichtung mit wenig Aufwand geschaffen, die hohe Funktionssicherheit aufweist.
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Diese ist im wesentlichen darin begründet, daß die Absorberkugeln
durch Schwerkraft in die Absorberkanäle eingebracht werden und daher eine Abschaltung
immer möglich ist.
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