DE3619544A1 - Einkreis-kernkraftanlage zur stromerzeugung mit einem helium-gekuehlten hochtemperaturreaktor - Google Patents

Einkreis-kernkraftanlage zur stromerzeugung mit einem helium-gekuehlten hochtemperaturreaktor

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einkreis-Kernkraftanlage zur Strom­ erzeugung mit einem Helium-gekühlten Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen, mit einem aus Gasturbine und zwei­ stufigem Verdichter bestehenden Gasturbosatz, mit aus Kühlern, Zwischenkühlern und Rekuperator bestehenden, wärmetauschenden Apparaten sowie mit gasführenden Leitungen zwischen den Kreis­ laufkomponenten.
Eine derartige Kernkraftanlage ist beispielsweise aus den DE-PS 22 41 426 und 24 04 843 bekannt. Bei den hier beschriebenen An­ lagen befindet sich der Gasturbosatz in einem horizontalen Stol­ len unterhalb des Hochtemperaturreaktors, welcher in der zentra­ len Kaverne eines Spannbetondruckbehälters installiert ist. Die wärmetauschenden Apparate sind in vertikalen Schächten unterge­ bracht, die auf einem Teilkreis um die zentrale Kaverne angeord­ net sind. Die bekannten Einkreis-Kernkraftanlagen sind für eine höhere Leistung konzipiert und haben trotz ihres kompakten Auf­ baus einen großen Platzbedarf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage mit den eingangs beschriebenen Merkmalen so auszugestalten, daß sie für eine Leistung von 1 bis 5 MWe geeignet ist und wenig Raum bean­ sprucht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.
Die beiden Druckbehälter sind vorzugsweise zylinderförmig ausge­ führt und aus Stahl gefertigt. Die den Reaktorkern bildenden ku­ gelförmigen Brennelemente verbleiben bis zu ihrem Endabbrand in dem Hochtemperaturreaktor. Gute Verwendungsmöglichkeiten der er­ findungsgemäßen Anlage sind besonders dann gegeben, wenn nur ei­ ne auf einen bestimmten Zeitraum begrenzte Stromerzeugung gefor­ dert wird.
Durch die kompakte Anordnung ist die Anlage gegen Einwirkungen von außen, wie z. B. Erdbeben, auslegbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung zu entnehmen.
Die Figur läßt einen unteren Druckbehälter 1 sowie einen oberen Druckbehälter 2 erkennen, die beide aus Stahl gefertigt und lös­ bar miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine Flanschverbindung 3.
In dem unteren Druckbehälter 1 ist ein Helium-gekühlter Hochtem­ peraturreaktor 4 installiert, dessen Kern 13 aus kugelförmigen Brennelementen besteht und von unten nach oben von dem Helium durchströmt wird. Der Druckbehälter 1 enthält ebenfalls Helium das unter gleichem Druck steht wie das Kühlgas. Unterhalb des Hochtemperaturreaktors 4 befindet sich ein Kaltgassammelraum 5; oberhalb des Reaktors ist ein Heißgassammelraum 6 vorgesehen.
In dem oberen Druckbehälter 2 sind alle übrigen Kreislaufkompo­ nenten untergebracht. Beide Druckbehälter 1 und 2 sind durch einen Zwischenflansch 21 gasdicht voneinander getrennt und für vollen Druck ausgelegt. Die Kreislaufkomponenten umfassen eine Gasturbine 7, einen zweistufigen Verdichter - ND-Verdichter 8 und HD-Verdichter 9 - sowie wärmetauschende Apparate, die aus einem oder mehreren Kühler(n) 10, einem oder mehreren Zwischen­ kühler(n) 11 und einem Rekuperator 12 bestehen. Gasturbine 7, ND-Verdichter 8 und HD-Verdichter 9 sitzen auf einer Welle 14, die mit einem Generator 15 gekoppelt ist. Alle diese Komponen­ ten sind entweder trocken- oder magnetgelagert.
Der Generator 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls innerhalb des Druckbehälters 2 angeordnet. Als Alternative hier­ zu kann der Generator 15 auch in einem gesonderten, auf den Druckbehälter 2 aufgesetzten Behälter vorgesehen sein (nicht dargestellt). Vorzugsweise wird ein hochtouriger Generator ohne vorgeschaltetes Getriebe verwendet. Der Druckbehälter 2 ist mit einem Schutzgas - z.B. Helium oder Stickstoff - gefüllt.
Wie die Figur zeigt, sind die Gasturbine 7, die Kühler 10, der ND-Verdichter 8, die Zwischenkühler 11 und der HD-Verdichter 9 übereinander angeordnet, wobei sie sich in einer Flucht mit dem Hochtemperaturreaktor 4 befinden. Der Rekuperator 12 nimmt eine seitliche Position ein, wobei er "auf Lücke" zwischen der Gastur­ bine 7 und den Kühlern 10 steht. Er ist durch eine annähernd ho­ rizontale Gasleitung 16 mit dem Austritt der Gasturbine 7 verbun­ den. Durch eine ähnliche Gasleitung 17 ist er an die dem ND-Ver­ dichter 8 vorgeschalteten Kühler 10 angeschlossen.
Der Eintritt der Gasturbine 7 steht über eine Gasführung 18 mit dem Heißgassammelraum 6 in Verbindung. In der Gasführung 18 ist eine gasdichte Verbindungsstelle vorgesehen, die durch eine Schiebeverbindung 22 realisiert ist. An den Kaltgassammelraum 5 ist eine vertikale Gasleitung 20 angeschlossen, die mit dem Aus­ gang der Hochdruckseite des Rekuperators 12 verbunden ist. Alter­ nativ kann die kaltgasführende Gasleitung 20 innerhalb des unte­ ren Druckbehälters 1 entfallen. Das Kaltgas wird dann direkt in den Druckbehälter 1 eingeleitet, in dem es zu dem Kaltgassammel­ raum 5 strömt (nicht dargestellt). Bei dieser Ausführungsform ist an der Eintrittsstelle der Gasleitung 20 in den Druckbehälter 1 ebenfalls eine Schiebeverbindung vorgesehen.
Eine weitere, abgewinkelte Gasleitung 19 verbindet den Ausgang des HD-Verdichters 9 mit dem Eingang der Hochdruckseite das Re­ kuperators 12.
Im folgenden wird der Kreislauf des Primärgases durch die Anlage zusammenhängend beschrieben.
Das aus dem Reaktorkern 13 austretende erhitzte Helium gelangt über den Heißgassammelraum 6 und die Gasführung 18 in die Gas­ turbine 7, wo das Helium entspannt wird. Anschließend durch­ strömt es die Gasleitung 16 und mantelseitig den Rekuperator 12, wobei es das in den Bündelrohren strömende kalte Helium hohen Druckes erwärmt. Danach gelangt es durch die Gasleitung 17 zu den Kühlern 10. In den Kühlern 10 wird das Helium weiter abgekühlt und tritt dann in den ND-Verdichter 8 ein. Nach sei­ ner Verdichtung und abermaligen Abkühlung in den Zwischenküh­ lern 11, die dem HD-Verdichter 9 vorgeschaltet sind, wird das Helium im letztgenannten Verdichter weiter komprimiert und ge­ langt schließlich durch die Gasleitung 19 zurück in den Reku­ perator 12. Hier wird es auf die Bündelrohre verteilt und von dem Niederdruckgas erwärmt. Darauf wird das Helium durch die Gasleitung 20 zu dem Kaltgassammelraum 5 geführt, und der Kreis­ lauf beginnt erneut.
Die Nachwärmeabfuhr erfolgt bei abgeschalteter Anlage durch Naturkonvektion über die Kühler 10. Abschaltung und Regelung wird mit Absorberstäben vorgenommen, die in einem den Kern 13 seitlich umgebenden Reflektor verfahren werden (nicht darge­ stellt).

Claims (8)

1. Einkreis-Kernkraftanlage zur Stromerzeugung mit einem He­ lium-gekühlten Hochtemperaturreaktor mit kugelförmigen Brennelementen, mit einem aus Gasturbine und zweistufigem Verdichter bestehenden Gasturbosatz, mit aus Kühlern, Zwi­ schenkühlern und Rekuperator bestehenden wärmetauschenden Apparaten sowie mit gasführenden Leitungen zwischen den Kreislaufkomponenten, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • a) die Anlage ist in zwei übereinander angeordneten, lösbar miteinander verbundenen Druckbehältern (1, 2) untergebracht, die gasdicht voneinander getrennt sind;
  • b) der untere, mit Primärgas beaufschlagte Druckbehäl­ ter (1) enthält den Hochtemperaturreaktor (4);
  • c) in dem oberen, mit einem Schutzgas gefüllten Druck­ behälter (2) sind die übrigen Kreislaufkomponenten installiert;
  • d) Gasturbine (7), Kühler (10), ND-Verdichter (8), Zwi­ schenkühler (11), HD-Verdichter (9) und Generator (15) sind in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet, wobei sie mit dem Hochtemperaturreaktor (4) fluchten;
  • e) der Rekuperator (12) befindet sich seitlich von den übrigen Kreislaufkomponenten in einer derartigen Po­ sition, daß er durch annähernd horizontal geführte Gasleitungen (16, 17) mit der Gasturbine (7) und den Kühlern (10) verbunden sein kann;
  • f) das Helium strömt von unten nach oben durch den Hoch­ temperaturreaktor (4) und wird durch eine Gasführung (18) unmittelbar dem Gasturbinen-Eintritt zugeleitet.
2. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Generator (15) innerhalb des oberen Druckbehälters (2) angeordnet ist.
3. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Generator in einem eigenen, auf den obe­ ren Druckbehälter aufgesetzten Behälter installiert ißt.
4. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gasturbosatz (7, 8, 9) trocken- oder magnetgelagert ist.
5. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (15) hochtourig und ohne Vorschaltgetriebe ausgeführt ist und daß er eine Magnetla­ gerung aufweist.
6. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schutzgas für den oberen Druckbehälter (2) Helium verwendet wird.
7. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schutzgas für den oberen Druckbehälter (2) Stickstoff verwendet wird.
8. Einkreis-Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nachwärme durch Naturkonvektion über die Kühler (10) abgeführt wird.
DE19863619544 1986-06-13 1986-06-13 Einkreis-kernkraftanlage zur stromerzeugung mit einem helium-gekuehlten hochtemperaturreaktor Granted DE3619544A1 (de)

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