DE3404572A1

DE3404572A1 - In einer unterirdischen kaverne angeordnetes kernkraftwerk mit einem ht-kleinreaktor

Info

Publication number: DE3404572A1
Application number: DE19843404572
Authority: DE
Inventors: Peter 6900 Heidelberg Hobrecker; Fritz Dipl.-Ing. 6834 Ketsch Schmiedel; Josef Dipl.-Ing. Dr. 7521 Hambrücken Schöning; Helmut 6806 Viernheim Winkenbach
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1985-08-14
Also published as: US4661311A; DE3404572C2; JPS60183581A

Description

Q/Π/C70 HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH *~ "

Köln

Int. Nr. 8 4 0 2 Mannheim, 06.02.84

In einer unterirdischen Kaverne angeordnetes Kernkraftwerk mit einem HT-Kleinreaktor

Die Erfindung betrifft ein in einer unterirdischen Kaverne ange- ,4 ordnetes Kernkraftwerk mit einem HT-Kleinreaktor, dessen Kern ;-aus kugelförmigen Betriebselementen besteht, die mehrfach den Kern durchlaufen, mit einem stählernen Reaktordruckbehälter, in dem der HT-Kleinreaktor und ein wärmetauschender Apparat installiert sind, und mit einer Beschickungsanlage für die Zugabe und Entnahme der Betriebselemente.

Ein Kernkraftwerk dieser Bauart ist in der deutschen Patentanmeldung P 33 35 451.0 beschrieben. Bei diesem Kernkraftwerk sind sämtliche Komponenten des Primärkreises wie auch die Regel- und Abschalteinrichtungen innerhalb des stählernen Reaktordruckbehälters derart angeordnet, daß sie von oben montierbar und demontierbar sind. Hierdurch wird eine wirtschaftliche unterirdische Bauweise möglich. Unterhalb des Kleinreaktors ist mindestens ein Abzugsrohr für die Entnahme der kugelförmigen Brennelemente vorgesehen.

Ein weiteres Kernkraftwerk mit einem HT-Kleinreaktor, das für den Einbau in eine unterirdische Kaverne geeignet ist, wird in der deutschen Patentanmeldung P 33 45 113.3 beschrieben. Auch hier werden die von oben zugegebenen kugelförmigen Brennelemente mit Hilfe einer Entnahmevorrichtung am Boden der Schüttung abgezogen.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Kernkraftwerk der eingangs beschriebenen Bauart die Beschickungsanlage für den HT-Kleinreaktor so auszubilden, daß der Zugang von oben zu den Komponenten des Primärkreises nicht behindert ist; außerdem soll die Beschickungsanlage möglichst wenig Platz beanspruchen.

Bekannt sind Beschickungsanlagen für Kernreaktoren mittlerer Leistung mit kugelförmigen Brennelementen, die nach dem Baukastenprinzip konstruiert sind und für die Zugabe, Entnahme, Verteilung und Aussortierung der Brennelemente durch Antriebe bewegbare Funktionsteile enthalten. Die Funktionsteile weisen Bohrungen für den Kugeldurchtritt auf und sind in einen Block oder eine Platte eingesetzt, der oder die mit Anschlußbohrungen für die Kugeln versehen ist. Derartige Beschickungsanlagen sind in dem GM 6 753 677, der AS 15 89 532 und der OS 23 57 426 dargestellt. In welcher Weise die Zugabe der Brennelemente in den Reaktorkern vorgenommen wird, ist in diesen Druckschriften nicht offenbart.

Zum Stand der Technik gehört noch die PS 1 281 046, die ebenfalls die Beschickungsanlage eines sogenannten Kugelhaufenreaktors mittlerer Leistung betrifft. Die Entnahme- und Sortiereinrichtung für die Brennstoffkugeln befindet sich unterhalb des Reaktorkerns. Sie enthält eine Meßanlage, in der die Kugeln auf ihren Abbrandzustand untersucht werden. Je nach dem Meßergebnis werden die Kugeln in den Reaktorkern zurückgefördert oder aus dem Brennelementkreislauf ausgeschieden. Die Zugabe frischer Brennelemente erfolgt durch ein Zugaberohr von oben, wodurch sich bei dem Ein- und Ausbau von Primärkreiskomponenten Schwierigkeiten ergeben.

Gemäß der Erfindung wird die obengenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß unterhalb des Reaktordruckbehälters in an sich bekannter Weise ein unterteilter Beschickungsraum vorgesehen ist, in ■ dem eine aus Abzugs-, Abbrandmeß- und Sortiereinrichtung bestehende Entnahmevorrichtung sowie eine Fördereinrichtung installiert sind, daß außerhalb der unterirdischen Kaverne eine Zugabevorrichtung für frische Betriebselemente und ein Sammelbehälter für verbrauchte Betriebselemente angeordnet sind, die durch senkrechte Rohre, welche in an sich bekannter Weise außerhalb des Reaktordruckbehälters verlegt sind, mit dem unteren Teil der Beschickungsanlage verbunden sind, daß die Fördereinrichtung einen Einschleusblock zum Einschleusen frischer Betriebselemente aus der Zugabevorrichtung sowie teilweise abgebrannter, in der Abbrandmeßanlage aussortierter Betriebselemente aufweist und durch eine senkrechte Steigleitung mit einer Verteileinrichtung für den Reaktorkern verbunden ist, die oberhalb des Reaktorkerns außerhalb des Reaktordruckbehälters und seitlich von diesem vorgesehen ist, und daß die Abbrandmeßanlage durch eine weitere Leitung mit einem Ausschleusblock für die verbrauchten Betriebselemente in Verbindung steht, der seinerseits mit dem senkrechten Rohr des Sammelbehälters verbunden ist.

Bei dem Kernkraftwerk gemäß der Erfindung werden also frische Betriebselemente nicht unmittelbar von oben in den Reaktorkern eingegeben, sondern sie werden außerhalb des Reaktordruckbehälters in den unteren Teil der Beschickungsanlage transportiert und in der gleichen Leitung wie die teilweise abgebrannten Betriebselemente zu der Verteileinrichtung gefördert, von der aus sie seitlich in den Reaktordruckbehälter eingespeist werden. Somit ist ein ungehinderter Zugang von oben zu den Primärkreiskomponenten gegeben.

Um zu verhindern, daß die frischen Betriebselemente beim Transport durch das senkrechte Rohr beim Aufprall beschädigt werden, ist gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung vorgesehen, daß in dem Rohr ständig eine Säule von Betriebselementen ansteht. Die große Fallhöhe kann sich daher auch ohne das Vorhandensein einer Bremseinrichtung nicht ungünstig auf die Betriebselemente auswirken.

Die gestellte Aufgabe kann auch in anderer Weise als in der eben beschriebenen gelöst werden. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Alternative ist dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Reaktordruckbehälters in an sich bekannter Weise ein unterteilter Beschickungsraum vorgesehen ist, in dem eine Zugabevorrichtung für frische Betriebselemente und ein Sammelbehälter für verbrauchte Betriebselemente sowie eine aus Abzugs-, Abbrandmeß- und Sortiereinrichtung bestehende Entnahmevorrichtung und eine Fördereinrichtung installiert sind, daß der Beschickungsraum durch einen horizontalen Kanal sowie einen senkrechten Schacht zugänglich ist, daß die Fördereinrichtung einen Einschleusblock zum Einschleusen frischer Betriebselemente aus der Zugabevorrichtung sowie teilweise abgebrannter, in der Abbrandmeßanlage aussortierter Betriebselemente aufweist und durch eine senkrechte Steigleitung mit einer Verteileinrichtung für den Reaktorkern verbunden ist, die oberhalb des Reaktorkerns außerhalb des Reaktordruckbehälters und seitlich von diesem vorgesehen ist, und daß die Abbrandmeßanlage durch eine weitere Leitung mit einem Ausschleusblock für die verbrauchten Betriebselemente in Verbindung steht, der seinerseits durch eine Leitung mit dem Sammelbehälter verbunden ist.

Die Betriebselemente eines HT-Kleinreaktors (mit einer Leistung von 100 bis 200 MWe) bestehen zur Hälfte aus Brennstoffelementen und zur, Hälfte aus reinen Graphitelementen, sogenannten Blind-

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elementen (wenn man von der Phase der Erstbeschickung absieht, in der auch Absorberelemente zugegeben werden). Da sich der Verbrauch der Graphitelemente mit der Abbrandmeßanlage nicht ermitteln läßt, wird - um größeren Aufwand zu vermeiden - in einer Weiterentwicklung der Erfindung vorgeschlagen, die Graphitelemente nach einer Betriebszeit von (n-1) Jahren beim betriebsmäßigen Umwälzen der Kernfüllung vollständig durch frische Graphitelemente zu ersetzen. Unter η wird hierbei die Standzeit der Graphitelemente in Jahren verstanden. Unter den in einem Kleinreaktor vorliegenden Bedingungen beträgt sie 10 Jahre. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist zwar die Menge der zugesetz- %

ten frischen Graphitelemente doppelt so groß wie die der tatsächlich verbrauchten; es ist aber trotzdem noch ein Kostenvorteil vorhanden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Kernkraftwerks gemäß der Erfindung schematisch dargestellt; d.h. für die Erfindung unwesentliche Teile sind weggelassen. Die Figur zeigt das Kernkraftwerk im Längsschnitt.

In dem Erdboden 1 ist eine Kaverne 2 eingelassen, in der ein Kernkraftwerk 3 angeordnet ist. Dieses besteht aus einem HT-Kleinreaktor 4 mit einer Leistung von 100 MWe und einem (nicht gezeigten) Dampferzeuger, der zusammen mit dem Kleinreaktor 4 in einem stählernen Reaktordruckbehälter 5 installiert ist. Der Reaktordruckbehälter 5 hat einen zylindrischen Querschnitt und ist in seinem oberen Teil 5a (der den Dampferzeuger aufnimmt) , eingezogen. Auf den gewölbten Deckel 6 des Teils 5a sind zwei Umwälzgebläse 7 für das Kühlgas aufgesetzt.

Der Kern des HT-Kleinreaktors 4 wird von kugelförmigen Betriebselementen (Brennstoff- und reinen Graphitelementen) gebildet, die den Kern mehrfach durchlaufen. Unterhalb des Reaktordruckbe-

hälters ist ein in mehrere Kammern unterteilter Beschickungsraum 8 vorgesehen. An diesen Beschickungsraum schließt sich seitlich ein horizontaler Kanal 9 an, der mit einem (nicht gezeigten) senkrechten Schacht in Verbindung steht.

Die Zugabe und Entnahme der Betriebselemente erfolgt mittels einer Beschickungsanlage, die im wesentlichen aus einem oberen und einem unteren Teil besteht.

Der obere Teil umfaßt eine Zugabevorrichtung 10 für frische Betriebselemente sowie einen Sammelbehälter 11 für verbrauchte Betriebselemente, die beide in einem abgeschirmten Gebäude 12 untergebracht sind, das sich neben der Kaverne 2 auf der Erdoberfläche befindet.

Den unteren Teil bildet einmal eine Entnahmevorrichtung, die aus einer Abzugseinrichtung 13, einer Abbrandmeßanlage 14 und einer Sortiereinrichtung 15 besteht. Diese Einrichtungen sind in dem Beschickungsraum 8, also unterhalb des Reaktordruckbehälters 5, installiert. Zum anderen gehört zum unteren Teil der Beschikkungsanlage eine Fördereinrichtung 16, die ebenfalls in einer der Kammern des Beschickungsraumes 8 untergebracht ist.

Die Abzugseinrichtung 13 weist zwei Kugelabzugsrohre mit je einem Vereinzelner auf; mit der Sortiereinrichtung 15 werden Kugelbruchstücke und Schrott aussortiert. In der Abbrandmeßeinrichtung 14 wird der Abbrandzustand der Betriebselemente festgestellt, der dafür maßgebend ist, ob die Betriebselemente aus dem Kreislauf ausgeschieden oder dem Reaktorkern wieder zugeleitet werden.

Von der Zugabevorrichtung 10 und dem Sammelbehälter 11 führt je ein senkrechtes Rohr 17 bzw. 18 außen an dem Reaktordruckbehälter 5 entlang zum unteren Teil der Beschickungsanlage.

Das senkrechte Rohr 17 verbindet die Zugabevorrichtung 10 mit einem Einschleusblock 19, der Teil der Fördereinrichtung 16 ist. In den Einschleusblock 19 tritt auch eine von der Abbrandmeßanlage 14 kommende Leitung 20 ein, durch die noch verwendbare Betriebselemente ebenfalls in die Fördereinrichtung 16 eingespeist werden.

Von einem Förderblock 21 aus werden alle eingespeisten Betriebselemente über ein Rohr 22 und einen Vereinzelner 23 zu einer senkrechten Steigleitung 24 transportiert, in der die Betriebselemente nach oben gefördert und einer Verteileinrichtung 25 zugeführt werden. Diese befindet sich oberhalb des Reaktorkerns außerhalb des Reaktordruckbehälters 5, und zwar im Bereich des Übergangs zu dem eingezogenen Teil 5a. Über die Verteileinrichtung 25 erfolgt das Einbringen der Betriebselemente in den Reaktorkern, und zwar durch Leitungen 26.

Um die frischen Betriebselemente beim Transport durch das senkrechte Rohr 17 vor mechanischen Schäden zu bewahren, steht in diesem Rohr ständig eine Kugelsäule an.

Die in der Abbrandmeßeinrichtung 14 als nicht wiederverwendbar ermittelten Betriebselemente gelangen durch eine Leitung 27 in einen Ausschleusblock 28, von dem aus sie durch ein Rohr 29 zu dem senkrechten Rohr 18 transportiert werden. In diesem werden sie nach oben zu dem Sammelbehälter 11 gefördert.

Claims

Patentansprüche:

/1,. In einer unterirdischen Kaverne angeordnetes Kernkraftwerk ^' mit einem HT-Kleinreaktor, dessen Kern aus kugelförmigen Betriebselementen besteht, die mehrfach den Kern durchlaufen, mit einem stählernen Reaktordruckbehälter, in dem der HT-Kleinreaktor und ein wärmetausehender Apparat installiert sind, und mit einer Beschickungsanlage für die Zugabe und Entnahme der Betriebselemente, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Reaktordruckbehälters (5) in an sich bekannter Weise ein unterteilter Beschickungsraum (8) vorgesehen ist, in dem eine aus Abzugs- (13), Abbrandmeß- (14) und Sortiereinrichtung (15) bestehende Entnahmevorrichtung sowie eine Fördereinrichtung (16) installiert sind, daß außerhalb der unterirdischen Kaverne (2) eine Zugabevorrichtung (10) für frische Betriebselemente und ein Sammelbehälter (11) für verbrauchte Betriebselemente angeordnet sind, die durch senkrechte Rohre (17, 18), welche in an sich bekannter Weise außerhalb des Reaktordruckbehälters(5) verlegt sind, mit dem unteren Teil der Beschickungsanlage verbunden sind, daß die Fördereinrichtung (16) einen Einschleusblock (19) zum Einschleusen frischer Betriebselemente aus der Zugabevorrichtung (10) sowie teilweise abgebrannten, in der Abbrandmeßanlage (14) aussortierter Betriebselemente aufweist und durch eine senkrechte Steigleitung (24) mit einer Verteileinrichtung (25) für den Reaktorkern verbunden ist, die oberhalb des Reaktorkerns außerhalb des Reaktordruckbehälters (5) und seitlich von diesem vorgesehen ist, und daß die Abbrandmeßanlage (14) durch eine weitere

Leitung (27) rait einem Ausschleusblock (28) für die verbrauchten Betriebselemente in Verbindung steht, der seinerseits mit dem senkrechten Rohr (18) des Sammelbehälters (11) verbunden ist.
2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit der Zugabevorrichtung (10) verbundenen senkrechten Rohr (17) ständig eine Säule von Betriebselementen ansteht.
3. In einer unterirdischen Kaverne angeordnetes Kernkraftwerk mit einem HT-Kleinreaktor, dessen Kern aus kugelförmigen Betriebselementen besteht, die mehrfach den Kern durchlaufen, mit einem stählernen Reaktordruckbehälter, in dem der HT-Kleinreaktor und ein wärmetauschender Apparat installiert sind, und mit einer Beschickungsanlage für die Zugabe und Entnahme der Betriebselemente, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Reaktordruckbehälters in an sich bekannter Weise ein unterteilter Beschickungsraum vorgesehen ist, in dem eine Zugabevorrichtung für frische Betriebselemente und ein Sammelbehälter für verbrauchte Betriebselemente sowie eine aus Abzugs-, Abbrandmeß- und Sortiereinrichtung bestehende Entnahmevorrichtung und eine Fördereinrichtung installiert sind, daß der Beschickungsraum durch einen horizontalen Kanal sowie einen senkrechten Schacht zugänglich ist, daß die Fördereinrichtung einen Einschleusblock zum Einschleusen frischer Betriebselemente aus der Zugabevorrichtung sowie teilweise abgebrannter, in der Abbrandmeßanlage aussortierter Betriebselemente aufweist und durch eine senkrechte Steigleitung mit einer Verteileinrichtung für den Reaktorkern verbunden ist, die oberhalb des Reaktorkerns außerhalb des Reaktordruckbehälters und seitlich von diesem vorgesehen ist, und daß die Abbrandmeßanla-

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ge durch eine weitere Leitung mit einem Ausschleusblock für die verbrauchten Betriebselemente in Verbindung steht, der seinerseits durch eine Leitung mit dem Sammelbehälter verbunden ist.

Verfahren zum Beschicken eines Kernkraftwerks nach Anspruch 1 oder 3 mit Betriebselementen, die zur Hälfte aus Brennstoffelementen und zur Hälfte aus reinen Graphitelementen mit einer Standzeit von η Jahren bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitelemente nach einer Betriebszeit von (n-1) Jahren beim betriebsmäßigen Umwälzen der Kernfüllung vollständig durch frische Graphitelemente ersetzt werden.

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