DE2460165A1

DE2460165A1 - Kernenergieanlage mit geschlossenem arbeitsgaskreislauf

Info

Publication number: DE2460165A1
Application number: DE19742460165
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Foerster; Peter Quell; Berthold Sack
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1974-12-19
Publication date: 1976-06-24
Also published as: FR2295538A1; DE2460165B2; DE2460165C3; US4120750A; JPS5186689A; FR2295538B1; GB1506480A

Description

Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Kernenergieanlage mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernenergieanlage mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf, bei der ein das Arbeitsgas erhitzender Kernreaktor über parallel geschaltete Gasleitungen mit mehreren, elektrische Energie erzeugenden Turbosätzen und mit den Turbosätzen nachgeschalteten Kreislaufkomponenten verbunden ist.

Kernenergieanlagen mit parallel geschalteten, geschlossenen Arbeitsgaskreisläufen sind bekannt. Bei dieser sogenannten Mehrloopbauweise wird angestrebt, die insbesondere in Hochtemperaturreaktoren aufheizbaren Gasmengen in mehrere Arbeitsgasströme zu unterteilen, um in der Anlage Kreislaufkomponenten einsetzen zu können, die für kleinere Gasmengen bestimmt sind und die in konventioneller Bauweise herstellbar sind. Kreislaufkomponenten dieser Art verringern nicht nur die Gesamtkosten, die für den Aufbau von Kernenergieanlagen erforderlich sind; sie ermöglichen auch eine wirtschaftlichere Betriebsweise.

Aus der DT-OS 2 241 426 ist ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf bekannt, bei dem innerhalb des den Kernreaktor umgebenden Spannbetonbehälters mehrere parallel geschaltete Kreislaufkomponenten angeordnet sind. Jedoch wird das im Kernreaktor erhitzte Arbeitsgas einem einzigen in einem gesonderten Raum unterhalb des Kernreaktors angeordneten Turbosatz zugeleitet, aus dem es dann nach Abgabe seiner Energie in parallel geschaltete Wärmeübertrager abströmt. Nachteilig ist bei dieser Kernenergieanlage, daß bei einer notwendigen Reparatur des Turbo-

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Satzes die gesamte Anlage stillgelegt werden muß. Nachteilig ist außerdem, daß infolge der Anordnung des Turbosatzes unterhalb des Kernreaktors sowie durch den Einsatz der Wärmeübertrager innerhalb des den Kernreaktor umgebenden Spannbetonbehälters das Führen der Gasleitungen erschwert wird und ein verhältnismäßig großer, von Spannbeton umbauter Raum entsteht, der die Kosten bei der Erstellung der Anlage erheblich erhöht.

Des weiteren ist aus der DT-OS 1 764 249 eine Kernenergieanlage mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf bekannt, bei der das Arbeitsgas in mehreren Loops geführt wird, wobei jeder Loop sowohl einen Turbosatz als auch die dem jeweiligen Turbosatz zugeordneten weiteren Kreislaufkomponenten aufweist. Der Vorteil, der bei dieser Kernenergieanlage durch das Aufteilen der erhitzten Arbeitsgasmenge auf mehrere, parallel geschaltete Gaskreisläufe erreicht wird, muß durch eine erhebliche Vergrößerung des Volumens des Spannbetonbehälters, in dem der Kernreaktor und alle zum Arbeitsgaskreislauf gehörenden Komponenten untergebracht sind, und durch erforderliche, verhältnismäßig lange Arbeitsgasleitungen erkauft werden. Nachteilig ist bei dieser Kernenergieanlage außerdem, daß die Kreislaufkomponenten bei eventuell erforderlicher Reparatur nur schwer zugänglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Kernenergieanlage mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf zu schaffen, bei der im Arbeitsgaskreislauf relativ zur Leistungserzeugung des Kernreaktors verhältsnismäßig kleine, einfach herausteilende und zu handhabende Kreislaufkomponenten einsetzbar sind und bei der erforderliche Reparaturen der Kreislaufkomponenten ohne Schwierigkeiten und ohne den Betriebsablauf der Kernenergieanlage insgesamt stören zu müssen, durchgeführt werden können.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Kernenergieanlage der oben bezeichneten Art dadurch gelöst, daß je ein Turbosatz und die dem Turbosatz zugeordneten Kreis lauf !component en in einer gemeinsamen Baueinheit eingesetzt sind und die Baueinheiten etwa sternförmig um den Kernreaktor herum angeordnet sind, wobei jede der Baueinheiten je einen Anschluß für eine das Arbeitsgas nach Erhitzung aus dem Kernreaktor abführende Heißgasleitung und einen Anschluß für eine das Arbeitsgas nach Durchlauf der Kreislaufkomponenten dem Kernreaktor zuführende Kaltgasleitung aufweist. Die Zusammenfassung je eines Turbosatzes und zugehöriger Kreislaufkomponenten zu einer Baueinheit und die Verwendung einer großen Anzahl von Baueinheiten ermöglicht in vorteilhafter Weise einen wirtschaftlichen Betrieb von Kernenergieanlagen. Das Ankoppeln der Baueinheiten an den Kernreaktor wird dadurch, daß zwischen Kernreaktor und jeder Baueinheit jeweils nur Heißgas- und Kaltgasleitungen vorgesehen sind, erheblich vereinfacht. Dies wirkt sich kostensparend sowohl beim Aufbau von Kernenergieanlagen aus, da nach dem Aufbau der Kernenergieanlage vorgefertigte Baueinheiten angeschlossen werden können, als auch während des Betriebes der Anlage. Vorteilhaft ist ferner, daß die relativ hohe Anzahl von um den Kernreaktor herum angeordneten Baueinheiten das Abschalten und den Ausbau einer reparaturbedürftigen Baueinheit ohne erhebliche Störungen des Betriebsablaufes der Kernenergieanlage zuläßt .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest eine der Baueinheiten als Reserveeinheit ausgebildet ist, die unmittelbar als Ersatz bei Versagen von Komponenten einer Baueinheit einsetzbar ist. Es lassen sich so auch während, des Betriebes der Kernenergieanlage regelmäßige Routineinspektionen durchführen.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kernenergieanlage besteht darin, daß die Baueinheiten in horizontaler Lage angeordnet sind. So entsteht eine Kernenergieanlage von geringer Bauhöhe, was konstruktive Erleichterungen für den Bau der Anlage bedeutet und die Errichtung eines flachen, die Kernenergieanlage nach außen abschirmenden, schalenförmigen Sicherheitsbehälters ermöglicht, der wegen seiner günstigeren Belastbarkeit im Falle äußerer Einwirkungen aus Sicherheitsgründen von großem Vorteil ist.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der sternförmig um den Kernreaktor herum angeordneten erfindungsgemäßen Baueinheiten besteht darin, daß sowohl der Anschluß für die Heißgasleitung als auch der Anschluß für die Kaltgasleitung auf der dem Kernrektor zugewandten Stirnseite jeder Baueinheit vorgesehen ist.

Eine Verbesserung der Sicherheit der Kernenergieanlage wird dadurch erreicht, daß jede Baueinheit in einer im Reaktordruckbehälter vorgesehenen gesonderten Kammer angeordnet ist. Dabei dienen die Wände der Kammern als Splitterschutz im Falle des Berstens von Kreislaufkomponenten der Baueinheiten. Eine gleichzeitig kostensparende Bauweise ist dann erzielbar, wenn zur Aufnahme je einer Baueinheit um den Reaktordruckbehälter herum Kammern aus einfachem Beton angeordnet sind. Das Volumen des aus hochwertigem Werkstoff, wie Spannbeton, bestehenden Reaktordruckbehälters wird hierdurch erheblich reduziert.

Die Kosten einer Kernenergieanlage gemäß der Erfindung sind insbesondere dann niedrig, wenn für die in den Baueinheiten einzusetzenden Komponenten des Arbeitsgaskreislaufes Serienteile verwendbar sind. Da die erfindungsgemäße Kernenergieanlage den An-

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Schluß einer großen Anzahl von um den Kernreaktor herum angeordneten Baueinheiten erlaubt, ist der Einsatz solcher mit geringem Kostenaufwand zu erstellenden Komponenten des Arbeitsgaskreislaufes ohne weiteres möglich. Vorteilhaft ist ferner, daß durch die große Anzahl der Baueinheiten eine ausreichende Redundanz vorhanden ist, so daß ein besonderes Nachwärmeabfuhrsystem für den Abschaltprozeß des Kernreaktors bei der erfindungsgemäßen Kernenergieanlage entbehrlich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Komplettierung der Baueinheiten vorgesehen, daß jede Baueinheit einen mit dem Turbosatz verbundenen Generator aufweist.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Längsschnitt einer Kernenergieanlage mit schalenförmigem Sicherbehälter

Fig. 2 Querschnitt der Kernenergieanlage nach Fig. 1

Fig. 3 Längsschnitt einer Kernenergieanlage in integrierter Bauweise.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, befindet sich im Zentrum der Kernenergieanlage ein von einem Reaktordruckbehälter 1 umgebener Kernreaktor 2. Das im Kernreaktor 2 erhitzte Arbeitsgas wird in mehreren Loops über parallel geschaltete Gasleitungen in geschlossenem Arbeitsgaskreislauf geführt. In jeden Loop

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sind je ein Turbosatz 3 zur Erzeugung elektrischer Energie und weitere, dem Arbeitsgaskreislauf entsprechende Kreislaufkomponenten 4, wie rekuperative Wärmeübertrager und Kühler, eingesetzt. Jedem Turbosatz 3 strömt das Arbeitsgas in Heißgasleitungen 5 zu. Kaltgasleitungen 6 sind für die Rückleitung des Arbeitsgases zum Kernreaktor 2 vorgesehen. Sowohl die Heibgasleitungen 5 als auch die Kaltgasleitungen 6 sind durch den Reaktordruckbehälter 1 hindurchgeführt. Die Turbosätze 3 und die Kreislaufkomponenten 4 je eines Loops sind gemeinsam in Baueinheiten 7 untergebracht, die jeweils einen Anschluß 8 zu einer der Heißgasleitungen 5 und einen Anschluß 9 für eine der Kaltgasleitungen 6 aufweisen. In der Zeichnung sind die Baueinheiten 7 zur Vereinfachung als geschlossene Räume dargestellt,

Zonen wobei mit strichlinierten Begrenzungslinien angedeutet werden, in denen jeweils ein Turbosatz 3 oder Kreislaufkomponenten 4 eingebaut sind. In zweckmäßiger Weise sind in den Baueinheiten 7 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auch von den Turbosätzen 3 angetriebene Generatoren Io untergebracht. Die in den Figuren dargestellten Zonen sind jedoch rein schematisch gewählt, bei realen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Baueinheiten sind Turbosatz, Kreislaufkomponenten und Generator nach raumsparenden Gesichtspunkten angeordnet.

Die Baueinheiten 7 sind um den Kernreaktor 2 herum sternförmig angeordnet. Diese Anordnung erlaubt den Anschluß einer verhältnismäßig großen Anzahl von einzelnen Baueinheiten 7 in raumsparender Weise. Im Ausführungsbeispiel sind 14 Baueinheiten eingesetzt. Die Baueinheiten 7 sind horizontal neben dem Reaktordruckbehälter 1 angeordnet, was eine niedrige Bauhöhe für die Kernenergieanlage ermöglicht. Jede Baueinheit 7 ist in einer ge-

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sonderten Kammer 11 eingesetzt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bestehen die Kammern 11 aus einfachem Beton, der als Splitterschutz dient.

Der besondere Vorzug der erfindungsgemäßen Kernenergieanlage besteht darin, daß die einzelnen Baueinheiten 7 in kurzer Zeit an- und abkuppelbar sind. Die Anschlüsse 8,9 der Baueinheiten 7 weisen Absperrorgane 12 auf. Ein Ausbau der Baueinheiten ist notwendig, wenn eine der in den Baueinheiten eingesetzten Komponenten ausfällt und/oder reparaturbedürftig ist. Für diesen Fall ist eine der Baueinheiten 7 als Reserveeinheit 7 a vorgesehen. Die Reserveeinheit 7a wird angeschlossen, wenn eine der Baueinheiten versagt. Für den Ausbau der reparaturbedürftigen Baueinheit ist innerhalb der Kernenergieanlage ein Umlaufkran 13 installiert. Nach Abheben einer Deckplatte 14 werden die reparaturbedürftigen Baueinheiten 7 vom Umlaufkran 13 aus den Kammern 11 zu einer Schleuse 15 transportiert, durch die sie in einen Reparaturraum 16 hindurchgeführt werden. Im Reparaturraum 16 sind zweckmäßigerweise intakte Baueinheiten als zusätzliche Reserveeinheiten gelagert. Die horizontale Anordnung der Baueinheiten 7 um den Kernreaktor 2 herum erlaubt, den Reaktordruckbehälter 1 nahe über dem Fundament eines die Kernenergieanlage nach außen abschließenden Sicherheitsbehälters 17 zu installieren, was auch für den 'Fall eines Erdbebens Sicherheit gewährleistet. Der Sicherheitsbehälters 17 ist mit einer Erdaufschüttung abgedeckt. Im Sicherheitsbehälter 17 sind unterhalb der Kammern 11 weitere Kammern für Gasspeicher 18 und für Hilfssysteme 19 der Kernenergieanlage, wie Regelanlage, Belüftungseinrichtung, vorgesehen.

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Eine Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Kernenergieanlage in integrierter Bauweise ist in Fig. 3 dargestellt. Die gleichfalls horizontal gelagerten Baueinheiten 7 sind in gesonderten Kammern 2o des aus Spannbeton bestehenden Reaktordruckbehält ters 1 einschiebbar angeordnet. Die Baueinheiten 7 sind an ihren Enden kegelstumpfartig geformt und hier an den Anschlüssen 8,9 für die Heißgasleitung 5 und die Kaltgasleitung 6 versehen. Der Anschluß der Baueinheiten 7 erfolgt jeweils in begehbaren Räumen 21. Die Anschlüsse 8,9 für die Heißgasleitungen und Kaltgasleitungen 5j6 weisedHeweils entweder ein Absperrorgan 12 oder auch zwei hintereinanderliegende Absperrorgane auf.

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Claims

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1.)Kernenergieanlage mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf,. bei der ein das Arbeitsgas erhitzender Kernreaktor über parallel geschaltete Gasleitungen mit mehreren, elektrische Energie erzeugenden Turbosätzen und mit den Turbosätzen nachgeschalteten Kreislaufkomponenten verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß
je ein Turbosatz (3) und die dem Turbosatz zugeordneten Kreislaufkomponenten (4) in einer gemeinsamen Baueinheit (7) eingesetzt sind und die Baueinheiten (7) etwa sternförmig um den Kernreaktor (2) herum angeordnet sind, wobei jede der Baueinheiten (7) je einen Anschluß (8)
für eine das Arbeitsgas nach Erhitzung aus dem Kernreaktor abführende Heißgasleitung (5) und einen Anschluß (9) für eine das Arbeitsgas nach Durchlauf der Kreislaufkomponenten dem Kernreaktor zuführende Kaltgasleitung (6) aufweist.

2. Kernenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch g e k en η ζ e i ehne t, daß zumindest eine der Baueinheiten als Reserveeinheit (7a) ausgebildet ist.

3. Kernenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheiten (7) in horizontaler Lage angeordnet sind.

4. Kernenergieanlage, nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Anschluß (8) für die Heißgasleitung (5) als auch der Anschluß (9) für die

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Kaltgasleitung (6) auf der dem Kernreaktor zugewandten Stirnseite jeder Baueinheit (7) vorgesehen ist.

5. Kernenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Baueinheit (7) in einer im Reaktordruckbehälter (1) vorgesehenen gesonderten Kammer (2o) angeordnet ist.

6. Kernenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme je einer Baueinheit (7) um den Reaktordruckbehälter (1) herum Kammern (11) aus einfachem Beton angeordnet sind.

7. Kernenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Baueinheit (7) einen mit dem Turbosatz (3) verbundenen Generator (lo) aufweist.

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