DE4029151C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gasgekühlte Kernreaktoranlage, deren Reaktorkern von einem Boden-, Seiten- und Deckenreflektor umgeben und von oben nach unten von einem Kühlgas durchflossen ist, wobei der Deckenreflektor von Kühlgasbohrungen durchsetzt ist, mit we­ nigstens einem Dampferzeuger und einem ihm zugeordneten Gebläse zum Zwangsumlauf des Kühlgases und mit einem Wärmetauscher zur Ab­ fuhr der Nachwärme, der oberhalb des Deckenreflektors angeordnet ist.

Eine derartige Kernreaktoranlage ist aus der DE 30 25 336 A1 be­ kannt. Der dort vorgesehene Wärmetauscher für die Abfuhr der Nach­ wärme ist seitlich versetzt oberhalb des Deckenreflektors angeord­ net. Über ein Gebläse wird ein Gasstrom aus dem mittleren Kernbe­ reich seitlich abgezogen und durch den Wärmetauscher geleitet. Nach dem Verlassen des Wärmetauschers gelangt der Gasstrom von ei­ ner Kaltgaskammer wieder in den Kern. Bei einem durch den Ausfall des Gebläses verursachten Störfall müßte der Wärmeübergang an den Wärmetauscher durch Naturkonvektion erfolgen. Wegen der hohen Strömungsverluste in den Leitungen und Gasführungen durch die vielen Umlenkungen und Drosselungen im Primärkreis ist eine Strömung durch Naturzug nicht aus­ reichend sichergestellt. Ferner werden die metallischen Strukturbauteile auf dem langen Gaswege durch die bei diesen Vorgängen entstehenden hohen Temperaturen sehr stark belastet, was zu einer Verringerung der Lebensdau­ er führen kann.

Es stellt sich die Aufgabe eine Kernreaktoranlage der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Nachwärmeab­ fuhr allein auf Naturzugbasis durchführt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindumgsgemäß dadurch, daß der Wärmrtauscher mit seiner dem Deckenreflektor zugewandten Stirnseite einen Zentralbereich des Deckenreflektors sowie die diesem Zentralbereich zugeordneten Kühlgasboh­ rungen übergreift und daß der Wärmetauscher von seiner dem Deckenreflektor abgewandten Seite aus mit Kaltgas oder von seiner dem Deckenreflektor zugewandten Seite aus mit Heißgas durchströmbar ist.

Im Normalbetrieb der Kernreaktoranlage strömt ein Teil des Kaltgases durch den Wärmetauscher und gelangt von hier aus über die vom Querschnitt des Wärmetauschers ab­ gedeckten Kühlgasbohrungem zum Reaktorkern. Der restli­ che Teil des Kaltgases strömt durch die nicht vom Wärme­ tauscher abgedeckten Kühlgasbohrungen des Deckenreflek­ tors in den Reaktorkern.

Bei einem durch einen Gebläse- und/oder Damferzeugeraus­ fall hervorgerufenen Störfall wird der Wärmetauscher von unten her mit dem heißen Gas aus der Kernmitte in einer Art Kamineffekt durchströmt. Das heiße Gas gibt seine Wärme an den mit dem Medium Wasser ausgestatteten Sekun­ därkreis ab. Das nunmehr abgekühlte Gas strömt durch die vom Wärmetauscher nicht abgedeckten Kühlgasröhre des Deckenreflektors in die äußere Kernregion zurück. Der Kamineffekt schafft zusammen mit dem kurzen Strömungs­ pfad einen stabilen Naturzug-Kühlkreislauf mit geringen Strömungsverlusten. Zusätzliche metallische Gasführungen sind nicht erforderlich.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht ein der Gasführung dienender Mantel des Wärmetauschers aus dem keramischen Werkstoff des Deckenreflektors, so daß keine erhöhten Temperaturen an metallischen Strukturen auftre­ ten.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Fig. 1 und 2 wird die erfindungsgemäße Kernreaktoran­ lage beschrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckbehälter mit einem darin angeordneten Reaktorkern und einem Wärmetauscher und

Fig. 2 eine Darstellung des Gasumlaufs bei einer Na­ turumlauf-Nachwärmeabfuhr.

Die Fig. 1 zeigt einen mit 1 angedeuteten Druckbehälter einer gasgekühlten Kernreaktoranlage, in dessen Kaverne 2 ein aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildeter Reaktorkern 3 angeordnet ist. Der Reaktorkern ruht auf einem Bodenreflektor 4, der von einem Abzugs­ rohr 5 für die kugelförmigen Brennelemente durchsetzt ist. Ferner wird der Reaktorkern von einem Seitenreflek­ tor 6 umfaßt und nach oben durch einen Deckenreflektor 7 abgeschlossen. Der Deckenreflektor weist eine Vielzahl von Kühlgasbohrungen 8, 8a auf, die zur Einleitung des Kaltgases in den Reaktorkern dienen. Das Kaltgas durch­ strömt unter Erwärmung den Reaktorkern und tritt als Heißgas durch Bohrungen des Bodenreflektors 4 in einen Heißgas-Sammelraum 10 ein. Über eine Leitung 11 gelangt das Heißgas zu einem Dampferzeuger 12 und verläßt diesen als Kaltgas um mit Hilfe des Gebläses 13 den Kreislauf erneut zu beginnen.

Ein zentraler Bereich der Oberseite des Deckenreflektors 7 und damit die in diesem Zentralbereich angeordneten Kühlgasbohrungen 8 ist bzw. sind von einer Stirnseite eines Wärmetauschers 14 übergriffen. Der Mantel 15 des Wärmetauschers stellt eine Verlängerung der keramischen Bausteine 16 des Deckenreflektors dar. Das wärmetau­ schende Bauteil 17 des Wärmetauschers besteht aus einem mit Wasser beaufschlagbaren Röhrensystem 18, an dem im Normalbetrieb der Kernreaktoranlage das über eine mit 19 angedeutete Verteileinrichtung herangeführte Kaltgas vorbeiströmt und durch die Kühlgasbohrungen 8 des vom Wärmetauscher übergriffenen Zentralbereichs in den Reak­ torkern 3 gelangt. Der restliche Kaltgasstrom gelangt über die nicht vom Wärmetauscher übergriffenen Kühlgas­ bohrungen 8a in den Reaktorkern. Da beim Normalbetrieb des Kernreaktors durch das Röhrensystem 18 Wasser mit der Temperatur des Kaltgases fließt, findet beim Vorbei­ strömen des Kaltgases an dem Röhrensystem 18 keine wär­ metauschende Wirkung statt, so daß der Normalbetrieb des Kernreaktors durch die unmittelbare Anordnung des Wärme­ tauschers 14 auf der Oberseite des Deckenreflektors 7 nicht gestört ist.

Tritt durch den Ausfall des Dampferzeugers oder des Ge­ bläses ein zum Abschalten des Kernreaktors führender Störfall auf, so ist der Zwangsumlauf des Kaltgases un­ terbrochen. Der Wärmetauscher wirkt kaminartig als Na­ turzug für das in der Kernmitte angesammelte Heißgas. Beim Durchströmen des Wärmetauschers gibt das heiße Gas seine Wärme an das Wasser des Röhrensystems 18 ab. Das nach dem Verlassen des Wärmetauschers abgekühlte Gas setzt seinen Naturumlauf fort, indem es durch die nicht vom Wärmetauscher übergriffenen Kühlgasrohre 8a in die radial betrachtet äußeren Zonen des Reaktorkerns ein­ dringt und nach seiner Erwärmung wieder in den Naturzug des Wärmetauschers gerät.

In der Fig. 2 ist der Nachwärmeabfuhrkreislauf schema­ tisch dargestellt. Das heiße Gas aus der Kernmitte strömt in Pfeilrichtung 20 durch die Kühlgasbohrungen 8. Der Pfeil 21 deutet die Durchflußrichtung des Gases im Wärmetauscher 14 an. Oberhalb des Wärmetauschers strömt das nunmehr abgekühlte Gas nach einer durch die Decke des Druckbehälters 1 unterstützte Umlenkung in Pfeil­ richtung 22 durch die Kühlgasbohrungen 8a in die Randbe­ reiche des Reaktorkerns.

Claims (2)

1. Gasgekühlte Kernreaktoranlage, deren Reaktorkern (3) von einem Boden- (4), Seiten- (6) und Deckenreflek­ tor (7) umgeben und von oben nach unten von einem Kühl­ gas durchflossen ist, wobei der Deckenreflektor von Kühlgasbohrungen (8, 8a) durchsetzt ist, mit wenigstens einem Dampferzeuger (12) und einem demselben zugeordne­ ten Gebläse (13) zum Zwangsumlauf des Kühlgases und mit einem Wärmetauscher (14) zur Abfuhr der Nachwärme, der ober­ halb des Deckenreflektors (7) angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (14) mit seiner dem Deckenreflektor zugewandten Stirnseite einen Zentralbereich des Deckenreflektors sowie die diesem Zentralbereich zugeordneten Kühlgasbohrungen (8) über­ greift und daß der Wärmetauscher (14) von seiner dem Deckenreflektor (7) abgewandten Seite aus mit Kaltgas oder von seiner dem Deckenreflektor zugewandten Seite aus mit Heißgas durchströmbar ist.

2. Gasgekühlte Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Gasführung dienender Mantel (15) des Wärmetauschers (14) aus dem Werkstoff des Deckenreflektors besteht.