DE3731908A1 - Kernkraftwerk mit hochtemperaturreaktor und dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Kernkraftwerk mit Hochtemperaturreaktor und Dampferzeuger, wobei der Hochtemperatur­ reaktor in einem Reaktordruckbehälter aus Gußeisen oder Gußstahl, insbes. aus sphärolithischem Gußeisen, angeordnet und der Reaktor­ druckbehälter von einem Kavernenbehälter umgeben ist, wobei ferner­ hin dieser Kavernenbehälter eine Kühleinrichtung für die Nachwärme­ abfuhr aufweist, der Wärmetauscher angehören. Der Dampferzeuger bildet die Hauptwärmesenke. Das Kernkraftwerk mag im übrigen auf verschiedene Weise gestaltet sein und funktionieren. Insbes. han­ delt es sich um ein Kernkraftwerk mit einem sogenannten Kugelhaufen­ reaktor (vgl. DE-OS 30 16 402).

Die (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Kernkraftwerke, die nicht für hohe Leistung ausgelegt sind (z. B. für 200 MWth) sind durch günstige Temperaturverläufe bei Ausfall der Hauptwärme­ senke ausgezeichnet. An der Oberfläche des Reaktordruckbehälters treten im Störfall maximal 340°C auf. Ein innenliegendes Kühlsystem ist daher zumeist nicht vorgesehen. Die Nachwärme kann über bei Normalbetrieb mitlaufende Flächenkühler in dem Kavernenbehälter abgeführt werden. Allerdings gehören zu dieser Kühleinrichtung Kühl­ mittelpumpen und andere aktive Bauteile wie Ventile und dergleichen.

Diese aktiven Bauteile bedingen ein Ausfallrisiko, welches durch mehrfache Redundanz reduziert werden muß. Nichtsdestoweniger bleibt ein probalistisches Problem. Im übrigen ist die Nachwärmeabfuhr verbesserungsbedürftig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Kernkraftwerk bezüglich der Nachwärmeabfuhr zu ver­ bessern und mit einem deterministisch ausfallsicheren Nachwärme­ abfuhrsystem auszurüsten.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Reaktor­ druckbehälter reaktorseitig und über seinen Umfang verteilt eine Mehrzahl von unten und oben offenen, im wesentlichen vertikalen Konvektionskanälen aufweist, durch die in der Kaverne vorhandene Luft konvektionsgetrieben aufsteigt, die in einem Ringraum zwischen Reaktordruckbehälteraußenwand sowie Kavernenbehälterinnenwand wie­ der abfällt, und daß die Kühleinrichtung des Kavernenbehälters re­ aktordruckbehälterseitig über ihren Umfang verteilt eine Mehrzahl von unten und oben offenen, im wesentlichen vertikalen Wasserküh­ lungskanälen aufweist, die im Naturumlauf mit den Wärmetauschern in Verbindung stehen. Das läßt sich in baulicher Hinsicht besonders einfach verwirklichen, wenn die Konvektionskanäle in Schalen aus Gußeisen oder Gußstahl angeordnet sind, die innenseitig gegen den im übrigen nach statischen und festigkeitsmäßigen Regeln aufgebau­ ten Reaktordruckbehälter gesetzt sind. Dabei besteht die Möglichkeit, die Konvektionskanäle in den Schalen als oberflächenoffene Kanäle auszuführen, und zwar so, daß sie von der zugeordneten Reaktor­ druckbehälterwand, gegen die die Schalen gesetzt sind, abgeschlos­ sen sind. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch gießtechnische Einfachheit aus. Um in der Kavernenbehälterwand gute Wärmeüber­ gangsverhältnisse sicherzustellen, lehrt die Erfindung, daß die Was­ serkühlungskanäle eingepaßte Rohrleitungen, z. B. Kupferrohrleitun­ gen oder Leitungen aus Edelstahl, aufweisen. Der Kavernenbehälter ist nach bevorzugter Ausführungsform aus Gußeisen oder Gußstahl, vorzugsweise aus sphärolithischem Gußeisen, aufgebaut und weist Auskammerungen auf, die mit Beton ausgefüllt sind.

Die erreichten Vorteile sind hauptsächlich darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Kernkraftwerk die Überführung der Nachwärme vom Reaktordruckbehälter auf den Kavernenbehälter wesentlich verbes­ sert ist, und zwar durch Anordnungen und Gestaltungen, die keiner­ lei aktive Komponenten benötigen. Tatsächlich gibt die Luft, die in den Konvektionskanälen aufsteigt, ihre Wärme an die Kavernenbe­ hälterinnenwand ab, wenn sie in dem Ringraum zwischen Reaktor­ druckbehälteraußenwand und Reaktorinnenwand wieder abfällt. Hier führt die Wasserkühlung die Wärme ab. Auch die Wärmestrahlung, die von dem Reaktordruckbehälter abgeht, wird von der Wasserküh­ lung aufgenommen. Im Ergebnis erreicht man eine beachtliche sicher­ heitstechnische Verbesserung. Es versteht sich, daß die Wasserküh­ lung einen Außenanschluß außerhalb des Containments aufweisen kann, so daß bei einem Störfall von außen Kühlwasser zugeführt und die Nachwärmeabfuhr intensiver erfolgen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kernkraft­ werk,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab einen Horizontalschnitt durch die Wand des Reaktordruckbe­ hälters eines erfindungsgemäßen Kernkraftwerkes,

Fig. 3 entsprechend der Fig. 2 einen Schnitt durch die Wand des Kavernenbehälters und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 3.

Das in der Fig. 1 dargestellte Kernkraftwerk ist mit einem Hochtem­ peraturreaktor H und mit einem Dampferzeuger D ausgerüstet. Diese befinden sich in entsprechenden zylindrischen Behältern. Der Hoch­ temperaturreaktor H ist in einem Reaktordruckbehälter 1 aus Gußei­ sen oder Gußstahl, insbes. aus sphärolithischem Gußeisen, angeord­ net. Der Reaktordruckbehälter 1 ist von einem weiteren Behälter, dem sogenannten Kavernenbehälter 2 umgeben. Dieser Kavernenbehäl­ ter 2 weist eine Kühleinrichtung 3 für die Nachwärmeabfuhr auf. Der Kühleinrichtung gehören Wärmetauscher 4 an. - Der Dampferzeu­ ger D befindet sich in einem weiteren, geeigneten Behälter 5 und ist über das Leitungsaggregat 6 mit dem Hochtemperaturreaktor H bzw. dem Reaktordruckbehälter 1 verbunden.

Der Reaktordruckbehälter 1 ist reaktorseitig und über seinen Umfang verteilt mit einer Mehrzahl von unten und oben offenen, im wesent­ lichen vertikalen Konvektionskanälen 7 ausgerüstet. Die Anordnung ist so getroffen, daß durch die Konvektionskanäle 7 die in der Ka­ verne vorhandene Luft konvektionsgetrieben aufsteigt. Sie fällt in einem Ringraum 8 zwischen Reaktordruckbehälteraußenwand und Ka­ vernenbehälterinnenwand wieder ab, wie in der Fig. 1 durch Pfeile angedeutet wurde. In bezug auf die Anordnung dieser Konvektions­ kanäle 7 wird im übrigen auf die Fig. 2 Bezug genommen. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 3 bzw. 1 und 4 entnimmt man, daß die Kühleinrichtung des Kavernenbehälters 2 reaktordruck­ behälterseitig über ihren Umfang verteilt eine Mehrzahl von unten und oben offenen, im wesentlichen vertikalen Wasserkühlungskanälen 9 aufweist, die im Naturumlauf mit den Wärmetauschern 4 in Verbin­ dung stehen. - Überraschenderweise liegen beim Betrieb eines gat­ tungsgemäßen Kernkraftwerkes die Temperaturverhältnisse im Reaktor­ druckbehälter und in der Kaverne sowie in dem Wasserkühlsystem so, daß die beschriebenen Umläufe als Naturumläufe ohne aktive Ele­ mente intensiv arbeiten und folglich die Nachwärmeabfuhr wesentlich verbessern. Sie arbeiten aber auch bei Normalbetrieb.

Die Konvektionskanäle 7 sind in Schalen 10 aus Gußeisen oder Guß­ stahl angeordnet, die innenseitig gegen den im übrigen nach stati­ schen und festigkeitsmäßigen Regeln aufgebauten Reaktordruckbehäl­ ter 1 gesetzt sind. Die Konvektionskanäle 7 in den Schalen sind im Ausführungsbeispiel oberflächenoffene Kanäle und von der zugeord­ neten Wand des Reaktordruckbehälters, gegen die die Schalen 10 ge­ setzt sind, abgeschlossen. Die Wasserkühlungskanäle 9 besitzen im Ausführungsbeispiel eingepreßte Rohrleitungen 11, z. B. Kupferrohr­ leitungen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Der Kavernenbehäl­ ter 2 selbst besteht aus Gußeisen oder Gußstahl, vorzugsweise aus sphärolithischem Gußeisen. Er weist in seiner Wandung Auskammerun­ gen 12 auf, die mit Beton ausgefüllt sind.

Es versteht sich, daß Bauwerke wie die beschriebenen, wenn sie aus Gußeisen oder Gußstahl hergestellt werden, im allgemeinen aus mehreren Elementen zusammengesetzt und zusammengespannt werden (vgl. DE-OS 24 33 521, DE-OS 28 16 389). In der Fig. 1 erkennt man Wülste 13, die umlaufende Spannstähle aufnehmen. In der Fig. 2 erkennt man außerdem Kanäle 14, in denen vertikale Spannbündel 15 angeordnet sind. ln den Fig. 3 und 4 erkennt man Öffnungen 16 zum Anordnen einer nicht gezeichneten Ringbewehrung.

Claims (5)

1. Kernkraftwerk mit Hochtemperaturreaktor und Dampferzeuger,
wobei der Hochtemperaturreaktor in einem Reaktordruckbehäl­ ter aus Gußeisen oder Gußstahl, insbes. aus sphärolithischem Gußeisen, angeordnet und der Reaktordruckbehälter von einem Kavernenbehälter umgeben ist,
wobei fernerhin dieser Kavernenbehälter eine Kühleinrichtung für die Nachwärmeabfuhr aufweist, der Wärmetauscher angehören, da­ durch gekennzeichnet, daß der Reaktordruck­ behälter (1) reaktorseitig und über seinen Umfang verteilt eine Mehr­ zahl von unten und oben offenen, im wesentlichen vertikalen Kon­ vektionskanälen (7) aufweist,
durch die in der Kaverne vorhandene Luft konvektionsgetrie­ ben aufsteigt, die in einem Ringraum (8) zwischen Reaktor­ druckbehälteraußenwand sowie Kavernenbehälterinnenwand wie­ der abfällt,
und daß die Kühleinrichtung (3) des Kavernenbehälters (2) reaktor­ druckbehälterseitig über ihren Umfang verteilt eine Mehrzahl von unten und oben offenen, im wesentlichen vertikalen Wasserkühlungs­ kanälen (9) aufweist, die im Naturumlauf mit den Wärmetauschern (4) in Verbindung stehen.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektionskanäle (7) in Schalen (10) aus Gußeisen oder Gußstahl angeordnet sind, die innenseitig gegen den im übrigen nach stati­ schen und festigkeitsmäßigen Regeln aufgebauten Reaktordruckbehäl­ ter (1) gesetzt sind.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektionskanäle (7) in den Schalen (10) als oberflächenoffene Kanäle ausgeführt und von der zugeordneten Wand des Reaktordruck­ behälters (1) abgeschlossen sind.

4. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wasserkühlungskanäle (9) eingepreßte Rohrleitun­ gen (11), z. B. Kupferrohrleitungen, aufweisen.

5. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kavernenbehälter (2) aus Gußeisen oder Gußstahl, vorzugsweise aus sphärolithischem Gußeisen, aufgebaut ist und Aus­ kammerungen (12) aufweist, die mit Beton ausgefüllt sind.