DE2038375A1 - Kernkraftwerk - Google Patents

Description

ÜHLDED KIIiGUUh Al'01-iIO. MfEßGY AUl¹HOfH¹Fi"

11, üliarles Il Street, London S.W. 1, England

jfür diese An:^!.lung wird die Priorität aus der britischen i^JfikenbfM!ViQ.\M>.m.· lnr. 5'j4^;j4/G9 vom 6. August 1969 beansprucht

Kernkraftwerk

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JJifj iiiri'iri'juji;·; beziohi, sich auf Kernkraftwerke.

V/oriü ein Kor'nrerikto.r.' a Ln Wärmequelle für das in einer lei,^r3ί;αη,•j.sab^ebeiifJen 'lhirbirie (Leiübuiiys-'l'urbine) zu verwendende Arbeitnmi.Ltel vor-^eselien odex· benutzt wird, ist es üblich, den .Reaktor In Läji^arichbuiiß· der I'urbo-Alternator-Sätüe oder -Generator-Gruppen In einem angrenzenden Gebäude vorzusehen oder unterzubringen. .Bei einigen weiterontwiokelten Konzeptionen ißt; ,jedoch vorge-iKihlagen worden, die l'urbinon und den Reaktorkern in das gleiche botonbauwerk: «inssubrLogon, unl dien kann von Vorteil -noin, innbcsondorfi in 'Jon Pällfin, Ln donon dio Anlage

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mit einem direkten Kreislauf arbeitet, in, welchem Realcfcorlrunlmittel und Arbeitsmedium ein und dasselbe sind. Bei einem- ■ Beispiel-für eine solche Anordnung, das vorgeschlagen-wurde, wird ein gas gekühlt er Reaktorkern in einem gemeinsamen Lchälterbauwerk mit seinen Leistungs-'Tairbinen, deren Abtriebswellen sich durch geeignete gasdichte -Abdichtungen hindurch erstrecken, zum Antrieb von (v/echselstroirO-G-enerctoren untergebracht. Diese Anordnung ist in der britischen Patentschrii't ' 1 Ή4- 172 beschi'ieben; offensichtlich bringt dieses Öystem aber bestimmte Einschränkungen bei der Anordnung, der G-ene-]·-3t or en mit sich und stellt nicht, immer die beste Lösung für einen bestimmten Bedarfsfall dar. ■ .

Zusammenfassung der Erfindung - : -" "

Erfindungsgemäß weist ein Kernkraftwerk zumindest ei^e Leistuiigs-'l'urbine zum Antrieb einer Nutzlast auf, wob ei -lie Turbine in einem Druckbehälter untergebracht wird, der separat oder gesondert ve η demjenigen ist, in "welchem sich o.cr Reaktorkern befindet, der aber über eine -Leitung für die Lieferung von Arbeitsmedium zwischenverbunden ist.

Der Reaktor-Druckbehälter besteht vorzugsweise aus einem Spannbeton-Bauwerk von zylindrischer Form mit Löchern, Aussparungen oder Hohlräumen in der Seitenwand, für die Unterbringung von Reaktorkühlmittel- und Leistungszyklivs-Sübehöi*. Eine Leitungsanlage verbindet eines oder mehrere der Löcher oder Aussparungen-mit dem Druckbehälter, in welchem sich die Leisturigs-'Turbine befindet.

Beschreibung der Zeichnung

Damit die Erfindung deutlich zum Ausdruck gebracht wird.,, wird nunmehr eine sie beispielsweise wiedergebende Ausfiihrungsform anhand der schematischen Zeichnung beschrieben,, und zwar

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i'ijv. 1 eine Plandarstellung eines gas gekühlt en Kernre aktor~£raf twerks,

ϊίίΐ;. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1, während

IFi;;. 3 einen Axialqaersohnitt durch einen der Behälter,

die eine Leistungs-Turbine enthalten, wiedergibt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein Haupt-Spannbet on-l)ruckbehält er 1 von geradzyliiidrischer Form enthält einen gasiCekUhlten Eeaktorkern 2 in seiner zentralen Bohrung oder Aussparung 2a. Innerhalb der zylindrischen Seitenwand des Behälters enthält eine Anzahl von Hohlräumen 3 Leistungs-Kreislau-f-lvubehürteile und dient als Külilmittel-Leistungsanlage. Unterhalb des Haupt-Behälters 1 befindet bzw. befinden sich entweder ein Ddcr, in diesem !«'all, sw ei kleinere Druckbehälter 4, 5, Tvobei ,jeder von diesen eine Leistungs-'furbine 6 aufweist oder enthält, deren Abtriebswelle 7 sich durch eine geeignete Abdichtung in der-. Behälterwand hindurch erstreckt, wo sie einen Wechsels-trou-ü-cnerator α antreibt. Die Behälter 4-, 5 sind jevieilß strukturell getrennt vom Haupt-Behält er 1 vorgesehen, aber v/i ο im-MIe des Behälters 4 in l?ig. 5 dargestellt, geder ist liiic, den Behalter 1 über swei Paare von Leitungen 9, 10 verbunden, durch welche hindurch Arbeitsmedium für die Leistungs-Surbine 5 strömt. Hur ein Paar wird hier beschrieben. Zv/eckmfcLßigerxtfeise verbinden die Leitungen 9, ΊΟ den Behälter 4 mit bestimmten der-Hohlräume 5- in der Wand des Haupt-Behälters 1. Es sei darauf ■ hingewiesen, daß bei der Leistungs-'Ihirbine 6, die sich in einen separaten Behälter befindet, die Position der l^urbinen-Generator-Heilie. oder -Linie durch die Gestaltung; bzw. den Aufbau des Haupt-Behält ers nicht eingeschränkt wird und der Generator in beliebiger Weise angeordnet v/erden kann.

Lei dieser Ausführungsvorm werden swei —kleinere-— zylindrische Druckbehälter 4, 5 mit ihren Längsachsen parallel zueinander und svnnietriGch auf jeder Seite einer horizontalen

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Mttellinie OL angeordnet, die durch die Achse des Ilaupt-Druckbehälters verläuft. In den öfteren Wänden dieser Behälter sind an Positionen oder Stellen, die an den Haupt-Behälter angrenzen, vier Durchlässe 11a - 11d für die Übermittlung von Arbeitsmedium zwischen dem Haupt-Behälter und den kleineren Behältern über Leitungen 9₅ 10 vorhanden. Die Hohlräume 3 sind in zwei Gruppen von je vier, 3a - Jd und 3e - 3h, angeordnet, wobei ,jede Gruppe ,jedem kleineren Behälter 4 bzw. 5 zugeordnet bzw. damit verbunden ist. Die Achsen der Hohlräume liegen auf einem. Kreis konzentrisch mit der Haupt-Behälter-Seitenwand, und ihr Abstand voneinander ist so vorgesehen oder bemessen, daß das äußere Psar 3a, 3d jeder Gruppe nahezu koaxial mit dem äußeren Paar 11a, Hd der vier Löcher in der oberen Wand des angrenzenden darunterliegenden kleineren Druckbehälters liegen und damit über Leitungen 9 kommunizieren bzw. in Verbindung stehen. Tatsächlich können durch Bewegen der Achsen der Behälter 4, 5 seitwärts und der Turbo-Alternator-Welleri weiter auseinander zwei der Löcher in der oberen Wand jedes der Behälter 4, i? präzis koaxial mit zwei der Hohlräume im Haupt-Behälter 1 vorgesehen werden, falls gewünscht. Das innere Paar von Hohlräumen 3b, 3c in jeder Gruppe kann mit den inneren zwei Löchern 11b, 11c in den oberen Wänden von entsprechenden kleineren Behältern über gekrümmte Durchführungen oder Leitungen im Beton und kurze gerade Leitungen 10 verbunden sein. Die Leitungen 9 liefern jeweils heißes Arbeitsmedium nach der Leistungs-'furbine 6 hin, welche in Wirklichkeit ein Paar von Niederdruckturbinen 6a, 6b ist, die Rücken an Rücken auf den gleichen Rotor bzw. Läufer angebracht sind.

Von den Turbinen 6 her wird das Abgas in einen ringförmigen Durchgang 14 und in die Leitungen 10 hinein über die angrenzenden Durchlässe 11b, 11c geleitet, so daß es durch geeignet gekrümmte Leitungen in den Betonhohlräumen 3b (3c), Pig. 2, hindurch einströmen kann. Ferner ist in Fig. 2 in den

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Hohlräumen 3'b, 3c jeweils ein Rekuperativ-Wärineaust atischer 20 des Roiii'-in-iiantel-Tr/p⁰ /°£ ^^ηΘ tube in shell type/ dargestellt, wobei das Abgas entlang der Rohrseite strömt und in den Vorküliler 21 einströmt. Vom letzteren her wird das gekühlte Gas durch eine Durchführung 22 im Beton geleitet, welche den Hohlraum 3b (3c) mit den angrenzenden Hohlräumen 3a (3d) verbindet. J"eder äußere Hohlraum 3a* 3d. weist einen langen zylindrischen Hohlraum mit einem Verschlußstopfen 23 oben auf. In diesem Fall ist der Stopfen hohl ausgebildet und enthält einen Anlaßmotor 24 (oder alternativ eine Anlaßturbine, welche mit Hochdruckgas von einem Gasspeicher her oder einer sonstigen Quelle von Hochdruck-Arbeitsgas her beliefert werden kann), dessen Welle über eine Kupplung 26 gekuppelt werden kann, um Nieder- und Hochdruck-Kompressoren 27, 28 und eine Hochdruckturbine 29 zu beschleunigen, die alle auf einer gemeinsamen Welle oder auf koaxialen Wellen angebracht sind. Ein ringförmiger Zwischenkühler 30 ist der Klarheit wegen

zwischen den Kompressoren angeordnet dargestellt, obwohl er alternativ darüber, darunter oder um die Kompressoren herum vorgesehen werden kann, vorausgesetzt, daß die Gasleitung so vorgesehen wird, daß das Gas durch diese hindurch auf seinem Weg vom Ifiederdruck-Kompressor-Auslaß her nach dem Hochdruck-Kompressor-Einlaß hin geleitet wird. An einer Stelle längs des Hohlraumes angrenzend an den Hochdruck-Kompressor ist die Hohlraumwand abgestuft, so daß eine Schulter oder ein Vorsprung 31 vorgesehen wird, von welcher her die !urbo-Kompressor-Einrichtungen abgestützt werden können. Zu diesem Zweck tragen Streben 32, die sich von der Schulter her erstrecken, das Hochdruck-Kompressorgehäuse, wahrend eine schalenförmige Platte 33 das Hauptdrucklager und Streben 34, (welche isoliert und durch Wasser ader Kühlgas, das innerhalb der Isolierung strömt, gekühlt werden können) für das untere Hoehdruck-Surbinengehäuse 29 -trägt. Die Hoch-

ist von dem Dx-ucklager her in auc!»eichendem

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Abstand hängend angeordnet, um zu ermöglichen, daß Gas, welches vom Eeaktorkern und der Kühlmiitelauslaßkammer l:er (welche sich im dargestellten Beispiel unter dem Kern befindet) ausströmt, über die Leitung 35 im Beton direkt ·in die Turbineneinlaßleitschaufeln einströmt. Die schalenförmig^ Platte dient ferner als Abdichtung zwischen dem Turbineneinlaßgas und dem unter Druck gesetzten, aber verhältnismäßig kühlen Gas, welches durch den Hochdruck-Kompressor geliefert wird. Diese letztere Gasströmung wird reversiert, so daß sie durch eine Singleitung 36 hindurch zurück über die Außenseite des Zwischenkühlers 30 und des Niederdruck-Kompressor-Gehäuses strömt, dann über eine Leitung 37 im Beton nach der Schalenseite des Wärmeaustauschers 20 im Hohlraum 3b (3c) fließt, wo es Wärme im Gegenstrom-Wärmeaustausch mit Nieder— druck-£urbinenabgas aufnimmt, bevor es über Leitung 38 in den Keaktorkern-Raum strömt, während jeder der inneren Hohlräume 3b, 3c, 3f> 3s ^mit der zentralen Bohrung 2a des Hauptbehälters über zumindest eine derartige Leitung 38 verbunden ist. Von diesen Leitungen her strömt das Gas nach oben in den fiingraum zwischen der Außenseite des Beaktorkerns 2 und der Wand der Hauptbehälter-Zentralbohrung, 2a, so daß es die .Reaktor-Einlaßkammer, (iirelche sich bei diesem Beispiel über dem Kern. befindet) erreicht; das Gas strömt dann, nach unten als Kühlmittel durch den Reaktorkern hindurch.

Der Kühlmittelkreislauf durch den Eeaktorkern hindurch ist nicht dargestellt. Das erwärmte Kühlmittel tritt vom Boden des Eeaktorkerns her aus und verläßt die Eeaktorkemauslaßkammer über die Leitung 35 und strömt in die Hochdruckturbine 29 ein, welche die Hock- und -niederdruek-Kompressoren 27_r 28 treibt, wobei jeder der äußeren Hohlräume 3a, 3d, 3e, 3f mit der Heaktorauslaßkammer über zumindest eine Leitung 35verbunden.Üst» ' Das Auslaßgas von der Turbine 29 her strömt direkt über die Leitung 9 uä wird nach der freilaufenden Leistungsturbine S geleitet, welche den Alternator 8 treibt. Das Abgas von der

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I₁ ;r?tur"biii.6 her wird zurück sum -Reaktor über die Leitung 10 .rückü'bermittelt.

Es sei darauf hingewiesen, daß, -wenn sowonl der Hauptbe-Iiälaer1 als adcii die kleineren Behälter 4 und 5, i-¹¹ welchen sich die Hiederdrucktur'bineii 6 befinden, in Spannbeton-Bau-. weise vorgesehen sind, die einzigen !eile des HaupOgaskreis-.laii.'.es, welche nicht gegen plötzlichen Bruch durch Einkesselung in Spannbeton geschützt sind, die Leitungen 9, 10 sind, v»^rolcho den Haupübehälcer 1 mit den kleineren Behältern 4, 5 verbinden. U^. die Konsequenzen eines unvorhergesehenen Ver-Ga..;eii3 einer dieser Leitungen zu beschränken, sowohl im Hin-,blick auf iie Briiekabsenkuiigsrate des Eauptgaskreislaufes als auch in Bez.uj a\ii" nö^liche Schaden an den umstehenden G-ebauden, jiinrichtun,-;en πιχά Personen, ist jede Leirurr; durch einen oder ν ■■ ■ w-^ö. einepi starken SDannbeton-ICra^eri 40 umgeben, w.elcher ei en 3jl::^zA-- ;:vrioclien der Oberseite des kleineren Behälters ('¹I-- oder 5) und der Unterseite des Haupobehälters 1 einnimmt, v.'obc-i nur ein kleiner Zwischenraum 41 zwischen der oberen lindl'läche des Kragens und der Unterseite des Haupt;"behälters ist. ·

Die Leitungen 9ϊ 10 können dadurch entferm: und ersetzt ■•.-.-erden, das tunächs-ö iu^angsu dei:i entsprechenden kleineren Boi'iälter _o'eschai"fen wird, dann eine Hans ehe vt en- bzw. Balg-Abdichtung 42 abmontiere \,^rird und dann die mit Hansen versehene Yerbinduii.^ 43 durch lange Werkzeugs gelöst; wird. Die Leitung 9 kann dann in den kleineren Behälter 4, 5 gezogen werden, in dieseia Stadium kann der Kragen 40 entfernt; werden, indem er seitv;ärts zwischen den Hauptbehälter und den kleineren Behältern 4, 5 verschoben wird. Die Anlagen-Komponenten können durch Ziehen durch die Hohiraumöffnungen hindurch entfernt vier den, nachdem zuerst die entsprechenden. Verschluß-Bauteile entfernt wurden.

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Die tdrfindung" betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Auafiihrunysforni und "bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfiiidunä'smerlanale, die im einseinen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind«

Patent ansprüclie

BAD ORIÖINAL

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Claims (10)

2U38.3 7.h- 70 υ84 Fl/h. 51. Juli 1970 Patentansprüche

1. xCernkraftwerk mit einem einen Kernreaktor aufnehmenden Spannbeton-Druckbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlräume oder Aussparungen in der Wand des Behälters vorgesehen sind und daß ein Kühlmittel-Zirkulator bzw. Umlauffördern und seine Turbine in einem oder mehreren der Hohlräume sitzen, wobei der die Zirkulator-Türbine aufnehmende Hohlraum so angeordnet und ausgebildet ist, daß er mit einem separaten Druckbehälter über eine Leitung verbunden ist, welche Arbeitsmedium nach einer Leistungsturbine im separaten Druckbehälter liefert.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ^elstungsturbinen und ein Alternator, der direkt durch jede Turbine angetrieben wird, vorhanden sind, und daß die Turbo-Alternator-Gruppen parallel zueinander angeordnet sind, und daß separate .Leitungen, die den Iteaktordruckbehälter mit entsprechenden Druckbehältern, in welchen sich die Turbinen für die liieferurw; von Arbeitsmedium befinden, verbinden, vorhanden sind. .

^Jj„ Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .be is tun; -b turbine einen einzelnen Rotor aufweist, welcher zwei Sätze von axialen Strömungschaufeln trägt, die so vorgesehen sind, daß sie Arbeitsmedium von einer gemeinsamen Leitung her empfangen, uie von einem der Hohlräume in der '.Yand des Keaktor-Druckbyhälters her verläuft.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmung von der -uelstungsturbine her nach dem tteaktorbehälter hin über weitere Leitungen rückübermittelt wird.

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5. Kernkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die _jeistungsturbj.nen-Ausströmung in einem Hohlraum in
der ./and des Haktorbehälters vor dem v/iedereintritt in den
Reaktorkern gekühlt wird.

6. ivernkraftwerk nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher in dem Hohlraum zum Kühlen der
Turbinenausströmung vorgesehen ist, wobei der "Wärmeaustauscher über eine Verbindung zugänglich ist, die durch die Leitungen hindurch ermöglicht wird, welche den Leistungsturbinenbehälter mit dem Reaktorbehälter verbinden.

7ο Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitung oder jede Leitung aus vorgespanntem Material
oder Spannbeton besteht.

8ο Kernkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Rohr oder ein Mantel für den Spannbeton aufweist,
wobei die oder jede der besagten Leitungen doppelt umgeben ist.

9. Kermcraftwerk nach Anspruch 8, dadtirch gekennzeichnet, daß das Rohr oder der Mantel aus dem angrenzenden Druckbehälter, welcher die .Leistungsturbine aufweist₉ entfernbar ist.

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10. Kernkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Leitung ein Durchmesser/Länge-Verhältnis nicht größer als eins aufweist.

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