DE3446101C2

DE3446101C2 -

Info

Publication number: DE3446101C2
Application number: DE3446101A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Dr. 7521 Hambruecken De Schoening; Claus Dipl.-Ing. Dr. 6702 Bad Duerkheim De Elter
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1991-08-08
Also published as: US4713213A; JPS61145490A; DE3446101A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einem gasgekühlten HT-Kleinreaktor, dessen aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildeter Kern von unten nach oben von Kühlgas durchströmt wird, mit einem im Kühlgasstrom angeordneten He/He-Wärmetauscher, der ober halb des HT-Kleinreaktors installiert ist und dem zwei Umwälzgebläse nachgeschaltet sind und mit einem in Strö mungsrichtung hinter dem He/He-Wärmetauscher installier ten Nachwärmetauscher, wobei die Kernreaktoranlage in einem Stahldruckbehälter angeordnet ist.

Eine derartige Kernreaktoranlage ist aus der DE 32 12 264 A1 bekannt. Der He/He-Wärmetauscher ist dort wegen des koaxial zu ihm angeordneten Hilfskühlers zur Wärmeabfuhr in seiner Radialausdehnung beschränkt, so daß die Leistung des He/He-Wärmetauschers durch ent sprechend große Längenausdehnung erreicht werden muß. Diese Längenausdehnung erfordert eine entsprechende Länge des Stahldruckbehälters, was wiederum die Höhe des Reaktorgebäudes beeinflußt.

Weiterhin ist aus der DE 34 35 255 A1 eine Kernreaktor anlage bekannt, bei der das Wärmenutzungssystem aus einem Dampferzeuger besteht, der von oben nach unten von Heißgas durchströmt wird.

Es stellt sich die Aufgabe, eine Kernreaktoranlage der eingangs genannten Art anzugeben, die zu einer kompakten Bauweise mit reduzierter Druckbehälterhöhe führt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Kombination folgen der Merkmale:

a) der He/He-Wärmetauscher besteht aus zwei separaten, konzentrisch angeordneten und hintereinanderge schalteten Helixbündeln unterschiedlicher Länge, wobei sich nur das innere, längere Helixbündel bis zu einem Heißgassammelraum erstreckt;
b) der Nachwärmetauscher ist ringförmig ausgebildet und umgibt unterhalb des äußeren Helixbündels das innere Helixbündel konzentrisch;
c) zwischen dem Nachwärmetauscher und dem äußeren Helixbündel sind an dem Stahldruckbehälter seitlich mehrere Stutzen für den Eintritt des sekundären Heliums angebracht, die zu einem Ringsammler füh ren, welcher durch Leitungen mit den Heizflächen rohren des äußeren Helixbündels verbunden ist;
d) oberhalb des äußeren Helixbündels ist ein weiterer Ringsammler für das sekundäre Helium vorgesehen, der über Leitungen mit den Heizflächenrohren des inneren Helixbündels in Verbindung steht.

Der koaxial ausgebildete He/He-Wärmetauscher führt zu einer Reduzierung der Bauhöhe. Die Anordnung des ersten Ringsammlers für das Sekundärhelium zwischen dem äußeren Helixbündel und dem Nachwärmetauscher unterstützt die kompakte Bauweise. Mit dem zweiten Ringsammler gelingt eine Erhöhung des Wirkungsgrades, weil das darin gesam melte Sekundärhelium vor seiner Weiterleitung zum inne ren Helixbündel durch die im oberen Stahldruckbehälter teil vorhandene Umlenkströmung des Primärheliums eine weitere Erwärmung erfährt.

In vorteilhafter Weise weist der Stahldruckbehälter einen mittleren eingezogenen Teil und einen wieder erwei terten oberen Teil auf, wobei der letztere das äußere Helixbündel sowie den Nachwärmetauscher aufnimmt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die beiden Umwälzgebläse im Bereich des mittleren eingezogenen Behäl terteils seitlich an dem Stahldruckbehälter angeordnet und gegen den Stahldruckbehälter abgeschirmt, wodurch die durch die Erweiterung des Stahldruckbehälters gewon nene Einschnürung zur Unterbringung der Umwälzgebläse genutzt wird.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und einer schemati schen Zeichnung wird die erfindungsgemäße Kernreaktoranlage beschrieben.

Die Figur läßt einen Stahldruckbehälter 1 erkennen, der einen zylindrischen Querschnitt hat, in seinem mittleren Teil 1a eingezogen ist und sich in seinem oberen Teil 1b wieder erweitert. In dem Hauptteil, dem unteren Teil, ist ein HT-Kleinreaktor 2 installiert, dessen Kern 3 von einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildet wird. Die Schüttung ist allseitig von einem Graphitreflektor 4 umgeben. Die Brennelemente werden durch vier Kugelabzugsrohre 5 aus dem Kern 3 entnommen; ihre Zugabe er folgt von oben (nicht dargestellt). Das Kühlgas - primäres He lium - strömt von unten nach oben durch die Brennelementschüt tung. Oberhalb des Deckenteils 4a des Graphitreflektors 4 be findet sich ein Heißgassammelraum 6. Unter dem Kern 3 ist ein Kaltgassammelraum 7 vorgesehen.

Um den eingezogenen Teil 1a des Stahldruckbehälters 1 ist auf einem Teilkreis mit kleinerem Durchmesser als der Stahldruckbehälter 1 eine Anzahl von Absorberstäben 8 zum Abschalten und Regeln des HT-Kleinreaktors 2 angeordnet, die in den Graphitre flektor 4 einfahrbar sind. Ebenfalls in diesem Druckbehälterbe reich sind außen an dem Stahldruckbehälter 1 Vorratsbehälter 9 für kleine Absorberkugeln angebracht; die Absorberkugeln, die durch Leitungen 10 in den Kern 3 eingebracht und durch die Ku gelabzugsrohre 5 wieder abgezogen werden, stellen ein zweites Abschaltsystem für den HT-Kleinreaktor dar.

In dem mittleren Teil 1a und dem oberen Teil 1b des Stahldruck behälters 1 ist ein Wärmenutzungssystem untergebracht, im vor liegenden Fall ein He/He-Wärmetauscher 11. Er besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei separaten ringförmigen Helixbündeln 12 und 13, die konzentrisch angeordnet und hintereinandergeschal tet sind. Die beiden Helixbündel 12 und 13 weisen unterschiedli che Längen auf, wobei sich das innere, längere Helixbündel 12 bis zu dem Heißgassammelraum 6 erstreckt und das kürzere, äußere Helixbündel 13 von dem Druckbehälter 1b aufgenommen wird.

Das primäre heiße Helium strömt von dem Heißgassammelraum 6 aus von unten in das Helixbündel 12 ein und wird außen an den Bündel rohren entlang nach oben geführt, wobei es seine Wärme an das durch die Bündelrohre strömende sekundäre Helium abgibt. Am obe ren Ende des inneren Helixbündels 12 wird das primäre Helium um gelenkt und tritt von oben in das äußere Helixbündel 13 ein, in welchem es sich weiter abkühlt.

Durch einen zwischen dem Stahldruckbehälter 1 und dem Wärmetau schermantel befindlichen Ringkanal 14 sowie über einen zwischen dem Stahldruckbehälter 1 und dem Graphitreflektor 4 vorgesehenen Ringspalt 15 wird das kalte primäre Helium zum Boden des Stahl druckbehälters 1 geführt, an welchem außen zwei parallelgeschal tete Umwälzgebläse 16 angebracht sind. Die Umwälzgebläse 16 för dern das kalte Helium zurück in den Kaltgassammelraum 7.

In dem oberen Behälterteil 1b ist unterhalb des äußeren Helixbündels 13 ein ringförmig ausgebildeter Nachwärmetauscher 17 in stalliert, der primärseitig dem äußeren Helixbündel 13 nachge schaltet ist und bei Normalbetrieb daher im Kaltgasstrom liegt. Er ist konzentrisch auf dem inneren Helixbündel 12 angeordnet. Der Nachwärmetauscher 17 kann auch in zwei Systeme unterteilt sein, die mit gesonderten Speisewasserzuleitungen 18a bzw. 18b sowie Abführungsleitungen 19a bzw. 19b ausgerüstet sind.

Für die Zuleitung des sekundärseitigen Heliums zu dem He/He-Wärmetauscher 11 sind an dem oberen Behälterteil 1b zwischen dem Nachwärmetauscher 17 und dem äußeren Helixbündel 13 seitlich mehrere Stutzen 20 angebracht, die an einen Ringsammler 21 an geschlossen sind. Von dem Ringsammler 21 aus führen Leitungen 22 zu den Heizflächenrohren des äußeren Helixbündels 13.

Oberhalb des äußeren Helixbündels 13 ist ein weiterer Ringsamm ler 23 vorgesehen, in dem das durch das mantelseitig entgegen strömende heiße primäre Helium erwärmte sekundäre Helium gesam melt und sodann - über Leitungen 24 - den Heizflächenrohren des inneren Helixbündels 12 zugeleitet wird. In diesen Rohren strömt das Gas nach unten und gelangt zu einem Austrittssammler 25. An diesen ist ein zentral durch das innere Helixbündel 12 verleg tes Rohr 26 angeschlossen, das oben aus dem Stahldruckbehälter 1 austritt. Durch das Rohr 26 wird das heiße sekundäre Helium ab geführt und darauf der jeweiligen Bedarfsstelle zugeleitet.

Claims

1. Kernreaktoranlage mit einem gasgekühlten HT- Kleinreaktor (2), dessen aus einer Schüttung kugelförmi ger Brennelemente gebildeter Kern von unten nach oben von Kühlgas durchströmt wird, mit einem im Kühlgasstrom angeordneten He/He-Wärmetauscher (11), der oberhalb des HT-Kleinreaktors installiert ist und dem zwei Umwälzgebläse (16) nachgeschaltet sind und mit einem in Strö mungsrichtung hinter dem He/He-Wärmetauscher installier ten Nachwärmetauscher (17), wobei die Kernreaktoranlage in einem Stahldruckbehälter (1) angeordnet ist, gekenn zeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) der He/He-Wärmetauscher (11) besteht aus zwei sepa raten, konzentrisch angeordneten und hintereinanderge schalteten Helixbündeln (12, 13) unterschiedli cher Länge, wobei sich nur das innere, längere He lixbündel (12) bis zu einem Heißgassammelraum (6) erstreckt;
b) der Nachwärmetauscher (17) ist ringförmig ausgebildet und umgibt unterhalb des äußeren Helixbündels (13) das innere Helixbündel (12) konzentrisch;
c) zwischen dem Nachwärmetauscher (17) und dem äußeren Helixbündel (13) sind an dem Stahldruckbehälter (1) seitlich mehrere Stutzen (20) für den Eintritt des sekundären Heliums angebracht, die zu einem Ring sammler (21) führen, welcher durch Leitungen (22) mit den Heizflächenrohren des äußeren Helixbündels (13) verbunden ist;
d) oberhalb des äußeren Helixbündels (13) ist ein wei terer Ringsammler (23) für das sekundäre Helium vorgesehen, der über Leitungen (24) mit den Heiz flächenrohren des inneren Helixbündels (12) in Ver bindung steht.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stahldruckbehälter (1) einen mitt leren eingezogenen Teil (10) und einen wieder erweiter ten oberen Teil (1b) aufweist, wobei der letztere das äußere Helixbündel (13) sowie den Nachwärmetauscher (17) aufnimmt.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die beiden Umwälzgebläse (16) im Bereich des mittleren eingezogenen Behälterteils (10) seitlich an dem Stahldruckbehälter (1) angeordnet und gegen den Stahldruckbehälter abgeschirmt sind.