DE3534424A1 - 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 Druckbehälter, mit dem Wärmenutzungssy­ stem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Kühlgasgebläsen und mit verschiedenartigen Abschalteinrichtungen.

Eine derartige Kernreaktoranlage ist beispielsweise aus der DE-OS 32 12 264 sowie aus der DE-OS 33 45 133 bekannt. In bei­ den Fällen wird die Anlage von einem Druckbehälter aus Stahl umschlossen. In der erstgenannten DE-OS handelt es sich um ei­ nen mehrteiligen versagenssicheren Stahldruckbehälter in Form eines Zylinders, dessen unterer Teil den HT-Kleinreaktor und dessen oberer Teil das Wärmenutzungssystem (z.B. einen Dampf­ erzeuger oder einen Röhrenspaltofen) aufnimmt. Der in der DE-OS 33 45 133 beschriebene Stahldruckbehälter ist in seinem oberen, einen Dampferzeuger enthaltenden Teil eingezogen. Die Kühlgas­ gebläse sind bei beiden Anlagen außerhalb des Stahldruckbehäl­ ters angeordnet.

Bei einer weiteren Kernreaktoranlage mit einem HT-Kleinreaktor und einem Dampferzeuger sind diese beiden Komponenten von ei­ nem doppelten gasdichten Stahldruckbehälter umgeben, der den sicheren Einschluß von freigesetzten Spaltprodukten gewährlei­ stet (AVR-Anlage).

Bei den genannten Kernreaktoranlagen mit einem Druckbehälter aus Stahl ist es erforderlich, wiederkehrende Prüfungen an dem Druckbehälter vorzunehmen. Diese lassen sich jedoch nur bei ab­ geschaltetem Kernreaktor durchführen, was eine Verringerung der Verfügbarkeit zur Folge hat.

Stand der Technik ist es, bei Kernreaktoranlagen mit einem Kern­ reaktor höherer Leistung den Kernreaktor und das Wärmenutzungs­ system in einem vorgespannten metallischen Druckbehälter anzu­ ordnen. Ein solcher Druckbehälter, beispielsweise aus zusammen­ gespannten vorgefertigten Gußeisenelementen, ist in der DE-AS 16 39 394 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kernreaktoranla­ ge der eingangs beschriebenen Bauweise so auszugestalten, daß wiederkehrende Prüfungen nicht erforderlich sind, so daß sich gegenüber den bekannten Anlagen mit einem HT-Kleinreaktor eine erhöhte Verfügbarkeit erzielen läßt.

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

• a) als Druckbehälter wird in an sich bekannter Weise ein durch axiale Spannkabel und Umfangsspannelemente vorge­ spannter Gußdruckbehälter verwendet;
• b) der Gußdruckbehälter besteht in ebenfalls an sich bekann­ ter Weise aus einzelnen einteiligen Schüssen in Form von Zylinderringen sowie aus einem oberen und einem unteren Abschlußteil;
• c) in den Stoßfugen aneinandergrenzender Behälterteile sind Doppeldichtungen angeordnet, deren Zwischenräume auf Leck­ age überwacht werden.

Die Anwendung des Vorspannprinzips bei einem metallischen Druck­ behälter für die eingangs beschriebene Kernreaktoranlage ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden. Durch die vorgespannte Bau­ weise sind mit der Abschaltung des Kernreaktors verbundene wie­ derkehrende Prüfungen nicht erforderlich, so daß die Verfügbar­ keit der Kernreaktoranlage verbessert wird. Zudem ergibt sich gegenüber einem Stahldruckbehälter eine kürzere Bauzeit des vor­ geschlagenen Druckbehälters, die gleichzeitig zu einer Reduzie­ rung der Baukosten führt. Eine vorlaufende Bestellzeit von Schmiedeteilen für den Druckbehälter entfällt hier. Eine dichte Auskleidung (Liner) ist für den erfindungsgemäßen Gußdruckbehäl­ ter nicht erforderlich, da der Gußdruckbehälter aus einteiligen Schüssen in Form von Zylinderringen hergestellt ist, die unter­ einander gut abgedichtet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung,

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

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und mit weiteren Einzelheiten.

Die Figuren lassen einen stehenden zylindrischen Gußdruckbehäl­ ter 1 erkennen, der aus einteiligen Schüssen in Form von Zylin­ derringen 2, einem oberen Abschlußteil 3 und einem unteren Ab­ schlußteil 4 besteht. Die beiden Abschlußteile 3 und 4 werden von einteiligen hutförmigen Endstücken gebildet. Der gesamte Gußdruckbehälter 1 ist in axialer Richtung durch Spannkabel 5 vorgespannt. Auf ihrem Umfang tragen die Zylinderringe 2 eine Wickelvorspannung 6; die Abschlußteile 3 und 4 weisen ebenfalls eine Wickelvorspannung 7 auf.

Die axiale Vorspannung wird nach dem Einbau der Anlagekomponen­ ten aufgebracht, so daß eine besondere Behälterabschlußvorrich­ tung entfallen kann. Es ist aber auch möglich, den Gußdruckbe­ hälter 1 oben mit einem abnehmbaren Deckel aus Gußmaterial zu verschließen. Dieser Deckel kann auf den obersten Zylinderring 2 aufgesetzt oder in die Öffnung des Gußdruckbehälters 1 einge­ setzt sein. Die Verwendung eines Stahldeckels mit Durchflußbe­ grenzung ist ebenfalls möglich.

In den Stoßfugen 8 aneinandergrenzender Zylinderringe 2 sowie in den Stoßfugen 9 zwischen dem obersten Zylinderring und dem oberen Abschlußteil 3 bzw. zwischen dem untersten Zylinderring und dem unteren Abschlußteil 4 ist je eine aus zwei hintereinan­ dergeschalteten Dichtringen bestehende Doppeldichtung 10 ange­ ordnet. Der Zwischenraum 11 zwischen den beiden Dichtringen je­ der Doppeldichtung 10 wird auf Leckage überwacht. Da das obere und das untere Abschlußteil 3, 4 hutförmig ausgebildet sind, werden an ihren Dichtflächen keine Schubkräfte übertragen.

In dem unteren Teil des Gußdruckbehälters 1 ist ein HT-Kleinre­ aktor 12 installiert, dessen Kern 13 aus kugelförmigen Brennele­ menten von unten nach oben von einem Kühlgas durchströmt wird. Der Kern 13 ist allseitig von einem Graphitreflektor 14 umge­ ben, dessen Decken- und Bodenteil Durchlässe für das Kühlgas aufweisen.

Im oberen Teil des Gußdruckbehälters 1 befindet sich ein Wärme­ nutzungssystem, 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 in umgekehrter Richtung durchströmende Speisewas­ ser ab. Für die Speisewasser- und Frischdampfleitungen 16 (die sehr schematisch dargestellt sind) ist in dem Gußdruckbehälter 1 eine Durchführung 17 vorgesehen.

In Höhe des unteren Endes des Dampferzeugers 15 sind in der Wand des Gußdruckbehälters 1 zwei je mit einem Deckel 19 verschlosse­ ne 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 zweiten Ringraum 24 gefördert, der den HT-Kleinreaktor 12 umschließt.

Oberhalb der Durchbrüche 20 sind in zwei verschiedenen horizon­ talen Ebenen weitere Durchbrüche 25 bzw. 26 in der Wand des Guß­ druckbehälters 1 vorgesehen, die ebenfalls mit Deckeln 27 bzw. 28 abgeschlossen sind. In den oberen Durchbrüchen 25 sind die Antriebsvorrichtungen 30 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 Gußdruckbehälter 1 kann wahlweise als Warm-Konzept oder als Kalt-Konzept ausgeführt sein. In dem hier beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel ist er als Kalt-Konzept realisiert, wie in der Fig. 3 dargestellt. Auf die Zylinderringe 2 ist innen eine thermische Isolierung 35 aufgebracht. Zur Abfuhr der durch die thermische Isolierung 35 hindurchgehenden Wärme ist ein Rohrsy­ stem 36 vorgesehen. Das Rohrsystem 36 ist in einem Ringraum 37 angeordnet. Als Alternative hierzu ist auch die Verlegung eines Rohrsystems innerhalb der Wand des Gußdruckbehälters 1 möglich.

Ist der Gußdruckbehälter 1 als Warm-Konzept ausgeführt, so wird die Wärme aus der thermisch nichtisolierten Behälterwand durch eine Lüftung oder durch ein in der Behälterwand installiertes Kühlsystem abgeführt (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 Druckbehälter, mit dem Wärmenutzungssystem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Kühlgasgebläsen 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, 7) vorgespannter Gußdruckbehälter (1) verwendet;
• b) der Gußdruckbehälter (1) besteht in ebenfalls an sich bekannter Weise aus einzelnen einteiligen Schüssen in Form von Zylinderringen (2) sowie aus einem oberen (3) und einem unteren Abschlußteil (4);
• c) in den Stoßfugen (8, 9) aneinandergrenzender Behälter­ teile (2, 3, 4) sind Doppeldichtungen (10) angeordnet, deren Zwischenräume (11) auf Leckage überwacht werden.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschlußteile (3, 4) von einteiligen hutför­ migen Endstücken gebildet werden, die in axialer Richtung mit dem zylindrischen Behälterteil verspannt sind und auf ihrem Umfang eine Wickelvorspannung (7) aufweisen.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Abschlußteil von einem auf den obersten Zy­ linderring aufgesetzten Deckel gebildet wird, der auf sei­ nem Umfang eine Wickelvorspannung aufweist und durch Halte­ elemente niedergehalten wird.

4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Abschlußteil aus einem in die Druckbehälter­ öffnung eingesetzten Deckel besteht, der mittels elasti­ scher, zur Behälterachse geneigter Pendelstützen gegen ei­ ne in dem obersten Zylinderring vorgesehene Schulter ge­ preßt wird.

5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zylinderringe (2) innen eine thermische Isolie­ rung (35) aufgebracht ist und daß ein Rohrsystem (36) zur Abfuhr der durch die Isolierung (35) hindurchtretenden Wär­ me aus dem Gußdruckbehälter (1) vorgesehen ist.

6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (36) in einem zwischen der thermischen Isolierung (35) und der Behälterwand befindlichen Ringraum (37) angeordnet ist.

7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem innerhalb der Wand der Zylinderringe vorgesehen ist.

8. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußdruckbehälter innen ohne thermische Isolierung ausgeführt ist und daß für die Abfuhr der Wärme aus der Behälterwand ein in dieser Wand angeordnetes Kühlsystem vorgesehen ist.

9. Kernreaktoranlage nach einem oder mehreren der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußdruckbe­ hälter (1) in seinem oberhalb des HT-Kleinreaktors (12) befindlichen zylindrischen Teil mehrere mit Deckeln (19, 27, 28) verschlossene Durchbrüche (18, 25, 26) aufweist.

10. Kernreaktoranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche für die Unterbringung von Reaktorkom­ ponenten wie den Kühlgasgebläsen (20) und den Abschaltein­ richtungen (29, 32) vorgesehen sind.