DE3642542C2

DE3642542C2 -

Info

Publication number: DE3642542C2
Application number: DE3642542A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr.-Ing. 7521 Hambruecken De Schoening; Winfried Dipl.-Ing. 6940 Gorxheimertal De Wachholz; Ulrich Dipl.-Ing. 6940 Weinheim De Weicht
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1986-12-12
Publication date: 1991-09-26
Also published as: US4842810A; DE3642542A1; JPS63151894A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernkraftwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kernkraftwerk gehört durch die DE 36 21 516 A1 zum Stand der Technik. Es hat eine Leistungsgröße von 50 bis 300 MWth, und die aus ihm mittels mehrerer Zwischenkreisläufe ausgekoppelte Wärme dient nur der Versorgung eines Fernwärmenetzes; d. h., das Kernkraftwerk ist als Heizwerk konzipiert. In jedem Zwischenkreislauf sind außerhalb des Spannbetondruckbehälters ein Zwischenwärmetauscher sowie eine Umwälzpumpe angeordnet. Jedem Zwischenkreislauf ist ein Hilfskreislauf parallelgeschaltet, der bei Normalbetrieb abgesperrt ist und in dem sich ein Rückkühlsystem befindet. Dieses umfaßt u. a. einen mit Wasser gefüllten Hochbehälter, der mit einer weiteren Wärmesenke verbunden ist. Die Hilfskreisläufe und die Rückkühlsysteme dienen der Nachwärmeabfuhr bei Störfällen.

In der DE 35 34 423 A1, die eine Kernkraftanlage mit einem HT-Kleinreaktor betrifft, wird vorgeschlagen, das Linerkühlsytem des den HT-Kleinreaktor aufnehmenden, aus Spannbeton hergestellten Druckbehälters an einen mit Wasser unter Atmosphärendruck gefüllten Hochbehälter anzuschließen, so daß das Linerkühlsystem im Naturumlauf betrieben werden kann.

Stand der Technik ist auch die DE 34 35 255 A1, die ebenfalls ein Kernkraftwerk mit einem HT-Kleinreaktor betrifft, der hier jedoch in einem Stahldruckbehälter angeordnet ist. Die Abfuhr der Nachwärme erfolgt über spezielle Nachwärmetauscher, die kühlwasserseitig jeweils mit einem externen, geodätisch höher liegenden Rückkühlwärmetauscher verbunden sind.

Von dem im Vorhergehenden genannten Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kernkraftwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Leistung von 100 bis 500 MWth und vornehmlich zur Stromerzeugung zu schaffen, bei dem auch bei extremen Störfällen die Nachwärme inhärent sicher abgeführt, eine Freisetzung von Radioaktivität ausgeschlossen ist und das mit geringer Bauhöhe wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die entsprechenden Einrichtungen zur Nachwärmeabfuhr - Aus nutzung der Naturkonvektion in Verbindung mit dem Linerkühlsy stem - weist das vorgeschlagene Kernkraftwerk einen passiv siche ren Hochtemperaturreaktor auf, so daß auch bei extremen Störfäl len eine Evakuierung und Umsiedlung der in der Umgebung ansässi gen Bevölkerung unterbleiben kann. Ein solcher Störfall liegt z.B. vor, wenn die Wärmetauscher oder die Umwälzgebläse ausfal len. Dann wird - bei Reaktor unter Druck - die Nachwärme allein durch das Linerkühlsystem über Naturkonvektion abgeführt, wobei der Wasservorrat des angeschlossenen Hochbehälters so bemessen ist, daß - durch Ausdampfen des Behälters - eine mehrtägige Nach wärmeabfuhr aufrechterhalten werden kann. Zusätzlich ist noch die Möglichkeit vorhanden, Wasser in den Hochbehälter und damit in das Linerkühlsystem einzuspeisen. Tritt in einem der genannten Störfälle noch der Verlust des Kühlmittels ein, so wird die Nach wärme durch Leitung und Strahlung zu dem Linerkühlsystem transpor tiert.

Auch bei Ausfall sämtlicher Möglichkeiten der Nachwärmeabfuhr bleibt die Radioaktivität sicher eingeschlossen, und zwar durch die Integrität des Spannbetondruckbehälters selbst bei hypothe tischen Störfällen.

Ein Vorteil der Erfindung muß auch darin gesehen werden, daß ein Kapitalverlustrisiko bei dem erfindungsgemäßen Kernkraftwerk nicht gegeben ist.

Weiterhin wirkt sich vorteilhaft aus, daß als Reaktordruckbehäl ter ein Spannbetondruckbehälter zum Einsatz kommt anstelle eines bei dieser Leistungsgröße des Reaktors üblicherweise verwendeten Stahldruckbehälters. Vor allem für solche Länder, die nicht in der Lage sind, große Stahlbehälter zu fertigen oder über weite Wegstrecken zu transportieren, ist daher das erfindungsgemäße Kernkraftwerk von Interesse. Außerdem können bei dem Kernkraft werk viele aus dem THTR-300 MWe bekannte Bauteile verwendet wer den, so daß kein Aufwand für Neuentwicklungen getrieben werden muß.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü chen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung zu entnehmen.

Die Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Kernkraftwerk ge mäß der Erfindung.

Wie die Figur erkennen läßt, ist außermittig in der Kaverne 2 ei nes Spannbetondruckbehälters 1 ein Hochtemperaturreaktor 3 in stalliert, dessen Kern aus einer Schüttung kugelförmiger Brenn elemente besteht. Die Schüttung wird von oben nach unten von He lium als Kühlmittel durchströmt. Sie ist allseitig von einem Gra phitreflektor 4 umgeben, der seinerseits mit Abstand von einem thermischen Schild 5 umschlossen ist.

Unterhalb des Bodenreflektors befindet sich ein Heißgassammelraum 6, und zwischen dem Deckenreflektor und dem oberen thermischen Schild ist ein Kaltgasraum 7 vorgesehen, der auf erhöhte Tempera turen (500-600°C) ausgelegt ist (um bei Nachwärmeabfuhrbetrieb in bestimmten Fällen eine Umkehr der Strömungsrichtung zu gestat ten). Das kalte, verdichtete Helium tritt durch Öffnungen in dem thermischen Schild 5 in einen von diesem Schild und dem seitlichen Graphitreflektor 4 gebildeten Ringraum 8, in dem es nach oben zu dem Kaltgasraum 7 strömt.

Für die Regelung und Abschaltung verfügt der Hochtemperaturreak tor 3 über zwei verschiedene Systeme. Das eine System besteht aus direkt in die Brennelementschüttung einfahrbaren Kernstäben 9, die für die Langzeitabschaltung (mit kalt unterkritischem Kern) vorge sehen sind. Sie befinden sich normalerweise in weit ausgefahrener Position. Das zweite System dient der Regelung und Schnellabschal tung. Es umfaßt Reflektorstäbe 10, d.h. in Bohrungen des seitli chen Graphitreflektors 4 bewegbare Absorberstäbe. Sie werden - so weit möglich - auch zur Langzeitabschaltung eingesetzt.

In der Kaverne 2 sind mindestens zwei im Heliumkreislauf liegende Wärmetauscher 11 angeordnet (von denen nur einer dargestellt ist). Sie werden mit Abwärtsverdampfung betrieben. Jedem Wärmetauscher 11 ist ein Umwälzgebläse 12 nachgeschaltet, das in senkrechter Stellung in einer in dem Spannbetondruckbehälter 1 vorgesehenen Durchdringung 13 installiert ist. Alle Durchdringungen 13 sind mit einem Behälterabschluß 14 versehen.

An jeden Wärmetauscher 11 schließt sich sekundärseitig ein Wasser- Dampf-Kreislauf zur Stromerzeugung an. Es sind hier nur die Spei sewasserzuführung 15 und die Frischdampfleitung 16 des einen Wär metauschers dargestellt. In der Speisewasserzuführung 15 befindet sich eine Einrichtung 17 zum Nachspeisen von Wasser. Jeder Wärme tauscher 11 ist zugleich für die betriebliche Wärmeauskopplung und für die Abfuhr von Nachwärme vorgesehen. Um auch Naturkonvek tion ausnutzen zu können, sind die Wärmetauscher 11, die parallel zu dem Hochtemperaturreaktor 3 angeordnet sind, in bezug auf die sen in der Höhe nach oben versetzt.

Die Kaverne 2 des Spannbetondruckbehälters 1 ist mit einem metal lischen Liner 18 ausgekleidet, auf dem eine Wärmeisolierung 19 an gebracht ist. An dem Liner 18 ist - in dem Behälterbeton eingebet tet - ein aus vielen Rohren bestehendes Kühlsystem 20 angeschweißt, das über einen externen Kreislauf 21 an einen mit Wasser gefüllten Hochbehälter 22 angeschlossen ist. Mit Hilfe einer Nachspeiseein richtung 23 kann dem externen Kreislauf 21 und damit auch dem Li nerkühlsystem 20 Wasser zugeführt werden.

Der Hochbehälter 22 ist über einen Rückkühlkreislauf 24 mit einer weiteren (nicht dargestellten) Wärmesenke verbunden. Außerdem weist er ein Abblaseventil 25 auf.

Die Kühlgasströmung bei Normalbetrieb wurde bereits beschrieben: abwärts durch den Kern, aufwärts durch die Wärmetauscher 11 zu den Umwälzgebläsen 12. Diese Strömungsrichtung wird auch bei ord nungsgemäßem Nachwärmeabfuhrbetrieb beibehalten, wenn nämlich die Wärmetauscher 11 und die Umwälzgebläse 12 zur Verfügung stehen. Da mindestens zwei Wärmetauscher 11 vorgesehen sind, ist die Ver fügbarkeit hinreichend groß. Die Nachwärme wird sowohl bei Reak tor unter Druck wie auch bei drucklosem Reaktor sicher abgeführt.

Fallen die Umwälzgebläse 12 aus, so wird bei Reaktor unter Druck die Nachwärme durch Naturkonvektion - also unter Strömungsumkehr an die Wärmetauscher 11 abgeführt. Stehen die Wärmetauscher 11 nicht zur Verfügung, so erfolgt die Abfuhr der Nachwärme bei Re aktor unter Druck durch Naturkonvektion über das Linerkühlsystem 20, das entsprechend ausgelegt ist. Der in dem angeschlossenen Hochbehälter 22 vorhandene Wasservorrat reicht aus, um die Nach wärmeabfuhr mehrere Tage lang aufrechtzuerhalten.

Fallen die Umwälzgebläse 12 und/oder die Wärmetauscher 11 bei drucklosem Reaktor aus, so wird - wie bereits erwähnt - die Nach wärme durch Leitung und Strahlung an das Linerkühlsystem 20 abge geben.

Claims

1. Kernkraftwerk mit einem zylindrischen Spannbe tondruckbehälter,

a) der eine mit einem Liner (18) ausgekleidete Kaverne (2) aufweist,
b) mit einem außermittig in der Kaverne (2) angeordneten Hochtemperaturreaktor (3), dessen Kern von einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildet wird,
c) mit mindestens zwei in der Kaverne angeordneten Wärmetauschern (11) und ebenso vielen diesen nachgeschalteten Umwälzgebläsen (12),
d) wobei die Wärmetauscher (11) parallel zueinander neben dem Hochtemperaturreaktor (3) installiert, in Bezug auf den Hochtemperaturreaktor in der Höhe nach oben versetzt und zugleich für die betriebliche Wärmeauskopplung und für die Abfuhr von Nachwärme vorgesehen sind,
e) sowie mit einem Linerkühlsystem (20) und eine innen am Spannbetonbehälter (1) angebrachte Wärmeisolierung (19), die auch für die Abfuhr der Nachwärme ausgelegt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) jeder Wärmetauscher (11) sekundärseitig Teil eines Wasser-Dampf-Kreislaufs zur Stromerzeugung ist,
g) das Linerkühlsystem (20) über einen externen Kreislauf (21) an einen mit Wasser gefüllten Hochbehälter angeschlossen ist, der über einen Rückkühlkreislauf (24) mit einer Wärmesenke verbunden ist,
h) und daß eine Nachspeiseeinrichtung (23) vorgesehen ist, mit der über den externen Kreislauf (21) Kühlwasser in das Linerkühlsystem (20) eingespeist werden kann.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

i) für jeden Wärmetauscher (11) eine externe Einrichtung (17) zum Einspeisen von Speisewasser vorgesehen ist.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

j) die Leistung des Kernkraftwerks bei unveränderter Grundkonzeption allein durch eine Vergrößerung des Reaktionskerns und Vervielfachung der Wärmetauscher/ Gebläseeinheiten (11/12) gesteigert wird.