DE3534423A1 - Kernreaktoranlage mit einem ht-kleinreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einem HT- Kleinreaktor, der von unten nach oben von einem Kühlgas durch­ strömt wird, mit einem im Kühlgaskreislauf angeordneten und oberhalb des HT-Kleinreaktors befindlichen Wärmenutzungssystem, mit einem den HT-Kleinreaktor und das Wärmenutzungssystem um­ schließenden stehenden zylindrischen Druckbehälter, mit dem Wärmenutzungssystem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Kühl­ gasgebläsen und mit verschiedenartigen Abschalteinrichtungen.

Eine derartige Kernreaktoranlage ist beispielsweise aus den DE-OS 31 41 892 und 32 12 264 sowie aus der DE-OS 33 45 133 be­ kannt. In allen Fällen wird die Anlage von einem Druckbehälter aus Stahl umschlossen. In den beiden erstgenannten DE-OS han­ delt es sich um einen mehrteiligen versagenssicheren Stahl­ druckbehälter in Form eines Zylinders, dessen unterer Teil den HT-Kleinreaktor und dessen oberer Teil das Wärmenutzungssystem (z.B. einen Dampferzeuger oder einen Röhrenspaltofen) aufnimmt. Der in der DE-OS 33 45 133 beschriebene Stahldruckbehälter ist in seinem oberen, einen Dampferzeuger enthaltenden Teil einge­ zogen. Die Kühlgasgebläse sind bei beiden Anlagen außerhalb des Stahldruckbehälters angeordnet.

Bei einer weiteren Kernreaktoranlage mit einem HT-Kleinreaktor und einem Dampferzeuger sind diese beiden Komponenten von einem doppelten gasdichten Stahldruckbehälter umgeben, der den siche­ ren Einschluß von freigesetzten Spaltprodukten gewährleistet (AVR-Anlage).

Bei den genannten Kernreaktoranlagen mit einem Druckbehälter aus Stahl ist es erforderlich, wiederkehrende Prüfungen an dem Druck­ behälter vorzunehmen. Diese lassen sich jedoch nur bei abgeschal­ tetem Kernreaktor durchführen, was eine Verringerung der Verfüg­ barkeit zur Folge hat. Von Nachteil ist auch, daß infolge hoher Strahlung der Zugang zu Komponenten, die einer Wartung bedürfen, nur bedingt gegeben ist und daß in dem Stahldruckbehälter ein Temperaturtransient vorhanden ist. Zudem müssen die genannten Kernreaktoranlagen mit einem zusätzlichen biologischen Schild ausgestattet sein.

Stand der Technik ist es, bei Kernreaktoranlagen mit einem Kern­ reaktor höherer Leistung den Kernreaktor und das Wärmenutzungs­ system in einem vorgespannten Betondruckbehälter anzuordnen. Derartige Spannbetondruckbehälter sind beispielsweise in den DE-OS 16 84 617 und 21 00 438 sowie in der DE-AS 18 10 663 be­ schrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kernreaktoranla­ ge der eingangs geschilderten Bauart so auszugestalten, daß die weiter oben angegebenen Nachteile der bekannten Anlagen vermie­ den werden. Gleichzeitig sollen die Baukosten für die genannten Anlagen gesenkt werden.

Erfindungsgemäß ist die Lösung der gestellten Aufgabe durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:

• a) als Druckbehälter wird in an sich bekannter Weise ein durch axiale Spannkabel und Umfangsspannelemente vorge­ spannter Betondruckbehälter verwendet;
• b) der Spannbetondruckbehälter weist in ebenfalls an sich bekannter Weise oben einen abnehmbaren Behälterabschluß auf, der den gesamten Querschnitt des Behälterinnenrau­ mes zugänglich macht;
• c) der Spannbetondruckbehälter ist - wie ebenfalls an sich bekannt - mit einem Stahlliner ausgekleidet und weist ein an dem Stahlliner angebrachtes Kühlsystem auf;
• d) in der Wand des Spannbetondruckbehälters sind in seinem oberhalb des HT-Kleinreaktors befindlichen Bereich meh­ rere radiale und mit Deckeln verschlossene Durchbrüche vorgesehen, in denen Teile der Abschalteinrichtungen sowie die Kühlgasgebläse untergebracht sind.

Die Verwendung eines Spannbetondruckbehälters für die eingangs beschriebene Kernreaktoranlage ist mit einer Reihe von Vortei­ len behaftet. So sind mit der Abschaltung des Kernreaktors ver­ bundene wiederkehrende Prüfungen an dem Druckbehälter nicht er­ forderlich, so daß die Verfügbarkeit der Kernreaktoranlage ver­ bessert wird.

Zudem kann auf einen biologischen Schild verzichtet werden, wo­ durch sich einmal ein geringerer Platzbedarf und zum anderen niedrigere Baukosten ergeben.

Das an dem Stahlliner angebrachte Kühlsystem führt die in dem Stahlliner und der Wand des Spannbetondruckbehälters anfallen­ de Wärme ab, so daß ein äußeres Kühlsystem überflüssig wird.

Da die Strahlenbelastung wesentlich geringer ist, sind Komponen­ ten, an denen Wartungs- und Reparaturarbeiten vorgenommen werden müssen, besser zugänglich. Zu diesen Komponenten gehören z.B. Antriebsvorrichtungen für Abschalteinrichtungen, Kühlgasgebläse, Teile der Beschickungsanlage und Reaktorinstrumentierungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen sowie der folgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispie­ le im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entneh­ men. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Kernreak­ toranlage gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Kernreak­ toranlage gemäß der Erfindung, von der nur der obere Teil dargestellt ist,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Kernreak­ toranlage gemäß der Erfindung, ebenfalls nur den oberen Teil zeigend.

Die Fig. 1 und 2 lassen einen stehenden zylindrischen Beton­ druckbehälter 1 erkennen, der mit einem Stahlliner 2 ausgeklei­ det ist. An dem Stahlliner 2 ist - in dem Behälterbeton einge­ bettet - ein aus vielen Rohren bestehendes Kühlsystem 3 ange­ bracht. Das Kühlsystem 3 kann an einen mit Wasser unter Atmo­ sphärendruck gefüllten Hochbehälter angeschlossen sein und im Naturumlauf betrieben werden (nicht dargestellt).

Der Betondruckbehälter 1 ist oben mit einem auf die Stirnfläche der Behälterwand aufgesetzten hutförmigen Endstück 4 aus Beton abgeschlossen. Der gesamte Betondruckbehälter 1 sowie auch das hutförmige Endstück 4 sind in axialer Richtung durch Spannkabel 5 vorgespannt, die auch das Endstück 4 niederhalten. Auf seinem Umfang trägt der Betondruckbehälter eine Wickelvorspannung 6; das hutförmige Endstück 4 weist ebenfalls eine Wickelvorspan­ nung 7 auf.

In der Stoßfuge 8 zwischen dem hutförmigen Endstück 4 und dem vorgespannten Betondruckbehälter 1 ist eine aus zwei hinterein­ andergeschalteten Dichtungen bestehende Doppeldichtung 10 ange­ ordnet. Der Zwischenraum 11 zwischen den beiden Dichtungen wird auf Leckage überwacht. Durch die Hutform des Endstückes 4 ergibt sich eine symmetrische Flanschverbindung; d.h. es werden an der Dichtfläche keine Schubkräfte übertragen.

In dem unteren Teil des Betondruckbehälters 1 ist ein HT-Klein­ reaktor 12 installiert, dessen Kern 13 aus kugelförmigen Brenn­ elementen von unten nach oben von einem Kühlgas durchströmt wird. Der Kern 13 ist allseitig von einem Graphitreflektor 14 umgeben, dessen Decken- und Bodenteil Durchlässe für das Kühlgas aufwei­ sen.

Im oberen Teil des Betondruckbehälters 1 befindet sich ein Wär­ menutzungssystem, in diesem Fall ein Dampferzeuger 15, der von unten nach oben von dem in dem Kern 13 aufgeheizten Kühlgas durchströmt wird. Das Kühlgas gibt dabei seine Wärme an das den Dampferzeuger 15 in umgekehrter Richtung durchströmende Speise­ wasser ab. Für die Speisewasser- und Frischdampfleitungen 16 (die sehr schematisch dargestellt sind) ist in dem Betondruck­ behälter 1 eine Durchführung 17 vorgesehen.

In Höhe des unteren Endes des Dampferzeugers 15 sind in der Wand des Betondruckbehälters 1 zwei je mit einem Deckel 19 verschlos­ sene Durchbrüche 18 vorhanden, in denen je ein Kühlgasgebläse 20 installiert ist. Die beiden Kühlgasgebläse 20, die dem Dampfer­ zeuger 15 nachgeschaltet sind, sind je durch eine Ansaugleitung 21 mit einem nach unten durch einen Boden 22 abgeschlossenen Ringraum 23 verbunden, der den Dampferzeuger 15 umgibt. Das in den Kühlgasgebläsen 20 verdichtete Kühlgas wird in einen zwei­ ten Ringraum 24 gefördert, der den HT-Kleinreaktor umschließt.

Oberhalb der Durchbrüche 20 sind in zwei verschiedenen horizon­ talen Ebenen weitere Durchbrüche 25 bzw. 26 in der Wand des Be­ tondruckbehälters 1 vorgesehen, die ebenfalls mit Deckeln 27 bzw. 28 abgeschlossen sind. In den oberen Durchbrüchen 25 sind die Antriebsvorrichtungen einer ersten Abschalteinrichtung 29 angeordnet, die eine große Anzahl von in den seitlichen Teil des Graphitreflektors 14 einfahrbaren Absorberstäben 31 umfaßt. (Vgl. hierzu auch Fig. 2). Eine zweite Abschalteinrichtung 32 besteht aus kleinen Absorberkugeln, die ebenfalls in den seit­ lichen Teil des Graphitreflektors 14 eingebracht werden können, aus Speicherbehältern 33 für die Absorberkugeln und aus den er­ forderlichen Zuleitungen 34 (nur angedeutet).

Der vorgespannte Betondruckbehälter 1 ist auf einem Betonfunda­ ment 35 aufgestellt, wobei er sich auf Biegestützen 36 abstützt, die in das Betonfundament 35 eingelassen sind. Diese Art der Be­ festigung des vorgespannten Betondruckbehälters trägt zur Erdbe­ bensicherung der Kernreaktoranlage bei.

In den Fig. 3 und 4 sind für gleiche Details die gleichen Bezugsziffern verwendet wie in den Fig. 1 und 2.

Bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante wird der Behälterabschluß von einem in die Behälteröffnung eingesetzten Betondeckel 37 gebildet, der auf einer in der Behälteröffnung vorgesehenen Schulter 38 aufliegt. Mittels einer Anzahl von auf dem oberen Betondeckelrand angeordneten Pendelstützen 39 wird der Betondeckel 37 gegen die Schulter 38 gepreßt. Die Pendel­ stützen 39 sind zur Achse des Betondruckbehälters 1 geneigt und wirken auf eine ringartige Fläche 40 des Betondeckels 37, die in der Senkrechten zur Druckrichtung der Pendelstützen 39 liegt.

Das in der Fig. 4 wiedergegebene Ausführungsbeispiel weist als Behälterabschluß einen auf die Behälteröffnung aufgesetzten Be­ tondeckel 41 auf, auf dessen Umfang eine Wickelvorspannung 42 aufgebracht ist. Zur Befestigung des Betondeckels 41 auf dem Betondruckbehälter 1 sind Halteorgane 43 vorgesehen, z.B. im oberen Behälterteil verankerte kurze Spannelemente. Der leich­ teren Handhabung wegen kann der Betondeckel 41 aus mehreren übereinander angeordneten Scheiben zusammengefügt sein (nicht dargestellt).

Claims (10)

1. Kernreaktoranlage mit einem HT-Kleinreaktor, der von unten nach oben von einem Kühlgas durchströmt wird, mit einem im Kühlgaskreislauf angeordneten und oberhalb des HT-Kleinre­ aktors befindlichen Wärmenutzungssystem, mit einem den HT- Kleinreaktor und das Wärmenutzungssystem umschließenden stehenden zylindrischen Druckbehälter, mit dem Wärmenut­ zungssystem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Kühlgas­ gebläsen und mit verschiedenartigen Abschalteinrichtungen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) als Druckbehälter wird in an sich bekannter Weise ein durch axiale Spannkabel (5) und Umfangsspannelemente (6) vorgespannter Betondruckbehälter (1) verwendet;
• b) der Spannbetondruckbehälter (1) weist in ebenfalls an sich bekannter Weise oben einen abnehmbaren Behälter­ abschluß (4; 37; 41) auf, der den gesamten Querschnitt des Behälterinnenraums zugänglich macht;
• c) der Spannbetondruckbehälter (1) ist - wie ebenfalls an sich bekannt - mit einem Stahlliner (2) ausgeklei­ det und weist ein an dem Stahlliner (2) angebrachtes Kühlsystem (3) auf;
• d) in der Wand des Spannbetondruckbehälters (1) sind in seinem oberhalb des HT-Kleinreaktors (12) befindlichen Bereich mehrere radiale und mit Deckeln (19, 27, 28) verschlossene Durchbrüche (18, 25, 26) vorgesehen, in denen Teile der Abschalteinrichtungen (29, 32) sowie die Kühlgasgebläse (20) untergebracht sind.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterabschluß aus einem auf die Stirnfläche der Behälterwand aufgesetzten hutförmigen Endstück (4) aus Be­ ton besteht, das mittels der axialen Spannkabel (5) des Spannbetondruckbehälters (1) vorgespannt und niedergehal­ ten wird und auf seinem Umfang eine Wickelvorspannung (7) aufweist, und daß in der Stoßfuge (8) zwischen Behälter­ wand und hutförmigem Endstück (4) eine Doppeldichtung (10) angeordnet ist, deren Zwischenraum (11) auf Leckage über­ wacht wird.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterabschluß aus einem in die Behälteröffnung eingesetzten Betondeckel (37) besteht, der mittels zur Druckbehälterachse geneigter Pendelstützen (39) gegen ei­ ne oben in der Behälteröffnung vorgesehene Schulter (38) gepreßt wird.

4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterabschluß aus einem auf die Behälteröffnung aufgesetzten Betondeckel (41) besteht, der mittels Halte­ organen (43) niedergehalten wird und auf seinem Umfang ei­ ne Wickelvorspannung (42) aufweist.

5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgesetzte Betondeckel aus mehreren Scheiben zu­ sammengefügt ist.

6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe des unteren Endes des Wärme­ nutzungssystems (15) zwei diametral angeordnete Durchbrü­ che (18) in der Wand des Spannbetondruckbehälters (1) an­ geordnet sind, in denen je ein Kühlgasgebläse (20) instal­ liert ist.

7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Durchbrüche (18) für die Kühlgasgebläse (20) in der Wand des Spannbetondruckbehälters (1) eine Vielzahl von auf gleicher Höhe liegenden Durchbrüchen (25) vorgesehen ist, in denen die Antriebsvorrichtungen (30) einer ersten, aus diesen Antriebsvorrichtungen (30) und in den HT-Kleinreaktor (12) einfahrbaren Absorberstäben (31) bestehenden Abschalteinrichtung (29) angeordnet sind.

8. Kernreaktoranlage nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Durchbrüchen (18) für die Kühlgasgebläse (20) und den Durchbrüchen (25) für die An­ triebsvorrichtung (30) der ersten Abschalteinrichtung (29) mindestens ein weiterer Durchbruch (26) vorgesehen ist, der einen Speicherbehälter (33) einer zweiten, aus minde­ stens einem solcher Speicherbehälter (33) und in den HT- Kleinreaktor (12) einbringbaren Absorberkugeln bestehenden Abschalteinrichtung (32) aufnimmt.

9. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Stahlliner angebrachte Kühlsystem im Natur­ umlauf betrieben wird und an ein mit Wasser unter Atmo­ sphärendruck gefüllten Hochbehälter angeschlossen ist, aus dem die anfallende Wärme durch ein zweites Kühlsystem nach außen abgeführt wird.

10. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbetondruckbehälter (1) mit Hilfe von Biege­ stützen (36) an einem Fundament (35) aus Beton befestigt ist.