DE2454451C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Gas­ kühlkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Kernkraftwerk ist z. B. aus der DE-OS 17 64 249 bereits bekannt.

Eine derartige Anlage bietet den Vorteil, daß nur die erzeugte mechanische oder elektrische Leistung und das nicht mit verseuch­ tem Gas in Berührung gekommene Kühlwasser aus dem Spannbeton­ druckbehälter herausgeführt werden muß. Der Raum außerhalb des Spannbetondruckbehälters ist somit praktisch vollständig vor verseuchtem Gas geschützt, und der Innenraum des Spannbeton­ druckbehälters wird optimal ausgenutzt. Zu letzterem trägt ent­ scheidend bei, daß das erhitzte Arbeitsmittel nicht, wie bei den meisten Kernreaktoren mit geschlossenem Gaskühlkreislauf vorgesehen, nur einem, relativ großem Gasturbosatz zugeführt wird, sondern daß mehrere kleinere Gasturbosätze in dem Spann­ betondruckbehälter angeordnet sind, die über den Kernreaktor gekoppelt sind und jeweils mit den wärmetauschenden Apparaten einen eigenen Wärmenutzungskreislauf (Loop) bilden. Durch die integrierte Bauweise (Anordnung des Kernreaktors, der Gastur­ bosätze und der übrigen Kreislaufkomponenten in einem gemeinsa­ men Druckbehälter) werden besondere Verbindungselemente zwi­ schen den einzelnen aktivgasführenden Anlagenteilen vermieden.

So zeigt die deutsche Offenlegungsschrift 17 64 249 eine Kern­ reaktoranlage der eingangs geschilderten Art, bei der der Kern­ reaktor und die wärmetauschenden Apparate in dicht beabstande­ ten, parallelen, vertikalen Bohrungen innerhalb eines Betondruck­ behälters untergebracht und von außen zugänglich sind. Eine er­ ste Turbinenstufe zum Antreiben eines elektrischen Generators ist in einer horizontalen Sackbohrung installiert, während der Kompressor und eine zweite Turbinenstufe, die den Kompressor antreibt, in einer vertikalen Bohrung angeordnet sind, und zwar in der gleichen Bohrung unmittelbar übereinander. Der Rekupera­ tor ist wegen seiner Größe in zwei Teile unterteilt, die je in einer vertikalen Bohrung untergebracht und hintereinanderge­ schaltet sind. Für das Kühlmedium, z. B. CO₂, sind sowohl in der Wand des Betondruckbehälters als auch in den Räumen zwischen den einzelnen Bohrungen Durchlaßwege vorgesehen. In einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel weist die Kernreaktoranlage drei par­ allele Wärmenutzungskreisläufe (Loops) auf, wobei die Kreisläu­ fe jeweils zwei Turbinenstufen, einen Generator, einen Kompres­ sor und wärmetauschende Apparate umfassen und symmetrisch um den Reaktorkern gruppiert sind. Jeder der drei Rekuperatoren ist wieder in zwei Teile unterteilt. Hierbei hat das Kühlmedium sehr große Strömungswege zurückzulegen. Die gesamte Anlage benötigt einen relativ großen Druckbehälter.

In der deutschen Offenlegungsschrift 17 64 355 ist ebenfalls ein gasgekühlter Kernreaktor in integrierter Bauweise darge­ stellt, bei dem die in einem druckfesten Betonbehälter unterge­ brachten Kreislaufkomponenten durch Kanäle von rohrförmiger Ge­ stalt aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind. Die gesam­ te Anlage besteht aus zwei gleichen, symmetrisch angeordneten Wärmenutzungskreisläufen (Loops), die je auf einer gemeinsamen Welle einen Hochdruck- und einen Niederdruckverdichter sowie eine Gasturbine aufweisen und ferner eine Anzahl von Kühlern und Rekuperatoren besitzen. Die Kühler und Rekuperatoren sind rund um den Kernreaktor in alveolenähnlichen Ausnehmungen der Behälterwand untergebracht, wobei jeder Kühler oberhalb des zu­ gehörigen Rekuperators in der gleichen Ausnehmung wie dieser angeordnet ist. Die beiden Turbinen und die zugehörigen Verdich­ ter sind in einer Kaverne unterhalb des Reaktors installiert, in der sich auch das Gasverteilungssystem für die Rekuperatoren und Kühler befindet. Die Turbinen sind parallel zueinander an­ geordnet.

Eine weitere Kernreaktoranlage der eingangs geschilderten Art ist in der deutschen Auslegeschrift 18 06 471 beschrieben, bei der nicht nur die wärmetauschenden Apparate, sondern auch die aus Kompressorturbine, Nutzleistungsturbine und Kompressoren bestehenden Turbomaschinen in parallelen vertikalen Bohrungen innerhalb des Druckbehälters angeordnet sind. In einem Ausfüh­ rungsbeispiel sind drei Turbomaschinen an den Reaktor als Wär­ mequelle angeschlossen, wobei sie symmetrisch um den Reaktor herum und parallel zu diesem angeordnet sind. Jeder Wärmenut­ zungskreislauf (Loop) ist mit allen zugehörigen Komponenten in ein und derselben vertikalen Bohrung installiert, die mit einem Gehäuse ausgekleidet ist.

Ein Kernkraftwerk mit nur einem Wärmenutzungskreislauf, der je­ doch mehrsträngig ausgeführt ist, ist aus der deutschen Offen­ legungsschrift 22 41 426 bekannt. Bei diesem Kernkraftwerk um­ faßt der Wärmenutzungskreislauf einen unterhalb des Kernreak­ tors in einem horizontalen Stollen installierten Gasturbosatz sowie eine größere Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und ge­ gebenenfalls Zwischenkühlern. Alle wärmetauschenden Apparate sind in senkrechten Schächten (Pods) untergebracht, die symme­ trisch auf einem Teilkreis um die Druckbehälterachse angeord­ net sind. Jeweils ein Rekuperator und ein diesem nachgeschalte­ ter Vorkühler sind unter- oder übereinander in einem der senk­ rechten Schächte installiert. Für die Gasführung zwischen den einzelnen Kreislaufkomponenten sind in jedem Strang drei hori­ zontale Ringsegmentkanäle sowie Stichleitungen vorgesehen. Für das aus den Vorkühlern austretende kalte Gas ist für alle Strän­ ge eine gemeinsame, zu dem Kompressor führende Hauptsammellei­ tung vorgesehen.

Schließlich sei noch die deutsche Offenlegungsschrift 20 62 934 erwähnt, die ebenfalls einen gasgekühlten Kernreaktor mit meh­ reren Turbinenaggregaten offenbart, die über den Kernreaktor gekoppelt und in senkrechten Ausnehmungen der Druckbehälterwan­ dung angeordnet sind. Durch eine Bypaßvorrichtung kann ein Teil des dem Reaktorkern zugeführten kalten Gases an dem Reaktorkern vorbeigeleitet und direkt mit dem aus dem Reaktorkern austre­ tenden heißen Kühlgas gemischt werden.

Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, durch eine kompakte Bau­ weise mit einem möglichst kleinen Druckbehältervolumen auszukom­ men und durch die besondere Anordnung aller Komponenten die Wirtschaftlichkeit eines Kernkraftwerks der eingangs beschriebe­ nen Art zu verbessern sowie seine Sicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Kernkraftwerk nach Anspruch 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Kernkraftwerk wird eine Reihe von Prinzipien verwirklicht, die einen wirtschaftlichen und siche­ ren Betrieb des Kernkraftwerks gewährleisten. So ist der Spann­ betondruckbehälter völlig symmetrisch aufgebaut, und die im Druckbehälter integrierten Anlagenteile wie Gasführungen, wärmetauschende Apparate, Armaturen usw. sind weitgehend für Inspektion, Wartung, Reparatur und Ausbau von außen bzw. nach der Demontage von Behälterabschlüssen zugänglich. Diese gute Zugänglichkeit ergibt sich aus den relativ großen Betonkanälen, die durch die teilweise koaxialen Gasführungen bedingt sind, aus der Ausbildung der vertikalen Gasführungen als Pods und aus zusätzlichen vertikalen Zugangsstollen zu speziellen Punkten der eingebauten Kreislaufkomponenten. Durch die Anordnung meh­ rerer Gasführungssysteme in nur einem Betonkanal ist eine kom­ pakte Bauweise der Wärmenutzungskreisläufe (Loops) möglich, so daß die Abmessungen des Spannbetondruckbehälters relativ klein gehalten werden können. Die Anwendung koaxialer Gasführungen bringt es außerdem mit sich, daß zwischen den koaxialen Gasströ­ men im Normalbetrieb nur kleine Druckdifferenzen auftreten kön­ nen.

Die Anordnung der einzelnen Komponenten ist so gewählt, daß sie bei jeder gewünschten Leistungssteigerung beibehalten werden kann; d. h. der Ausbau auf größere oder kleinere Lei­ stungseinheiten ist ohne Schwierigkeiten möglich.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines Kernkraft­ werks gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt nach der Linie I-I der Fig. 4 durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie II-II der Fig. 4,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Horizontalschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 die Draufsicht auf ein zweites Ausführungs­ beispiel,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 5.

Die Fig. 1 und 2 lassen einen Spannbetondruckbehälter 1 er­ kennen, der zylindrisch ausgeführt und zentral im Inneren eines (nicht dargestellten) ebenfalls zylindrischen Sicherheitsbehäl­ ters aus Stahlbeton angeordnet ist. Innerhalb des Spannbeton­ druckbehälters 1 ist ein Kernreaktor 2 sowie der Hauptkreislauf untergebracht, der aus drei parallelgeschalteten Wärmenutzungs­ kreisläufen (Loops) besteht, die über dem Kernreaktor 2 gekop­ pelt sind. Zu jedem Loop gehören eine Turbine, ein Verdichter, ein Rekuperator und ein Kühler, wie weiter unten noch beschrie­ ben wird. Innerhalb des Sicherheitsbehälters sind auch alle ak­ tivgasführenden Hilfseinrichtungen sowie die für den Ausbau der Hauptkreislaufkomponenten erforderlichen Vorrichtungen unterge­ bracht. Der Kernreaktor 2, der in einer Kaverne 3 eingebaut ist, ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor ausge­ führt, dessen Brennelemente kugel- oder blockförmig ausgebildet sein können. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum 4 zur Aufnahme des aus dem Kern austreten­ den erhitzten Gases. Über dem Reaktorkern ist ein Kaltgassammel­ raum 5 vorgesehen, der das aus dem Hauptkreislauf zurückströmen­ de Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet wird. Durch drei radiale Austrittsstutzen 6 und ebensoviele radiale Eintrittsstutzen 7 ist der Hochtemperaturreaktor 2 mit den drei Loops des Hauptkreislaufes verbunden.

Senkrecht unter dem Hochtemperaturreaktor 2 und in hinreichen­ dem Abstand von diesem, um eine sichere Abschirmung zu gewähr­ leisten, sind drei horizontale Stollen 8 in den Spannbetondruck­ behälter 1 gearbeitet, die sternförmig angeordnet sind und in der vertikalen Mittelachse des Spannbetondruckbehälters 1 zusam­ menstoßen. In jedem der Stollen 8 ist eine einwellige Gasturbine 9 sowie ein Verdichter 10 installiert, der mit der Turbine 9 auf einer gemeinsamen Welle sitzt. Jede Turbine 9 ist mit einem (nicht dargestellten) Generator gekoppelt, der im Sicherheits­ behälter montiert ist. Die sternförmige Anordnung der horizon­ talen Stollen 8 ist besonders gut in der Fig. 3 zu erkennen.

Oberhalb jeder Turbine 9 erstreckt sich ein vertikaler Gasfüh­ rungspod 12, der direkt an den Turbinenstollen 8 angeschlossen ist. Die drei Gasführungspods 12 liegen symmetrisch auf einem Teilkreis um die vertikale Mittelachse des Spannbetondruckbe­ hälters 1. In diesen Pods sind drei Heißgasleitungen 13 verlegt, die je einen Reaktoraustrittsstutzen 6 mit je einer der Gastur­ bine 9 verbinden.

Auf einem Kreis um die Reaktorkaverne 3 sind in symmetrischer Anordnung sechs vertikale Pods 14 vorgesehen, die mit berstsi­ cheren Deckeln 15 abgeschlossen sind. Die vertikalen Pods 14 dienen zur Aufnahme der wärmeaus­ tauschenden Apparate, wobei jedem der drei Loops zwei Pods 14 zugeordnet sind, von denen der eine einen Rekuperator 16 und der andere einen Kühler 17 enthält. Diese beiden Pods liegen jeweils symmetrisch zu den Turbinenstollen 8. Alle Rekuperato­ ren 16 und 17 sind in gleicher Höhe wie die Reaktorkaverne 3 installiert. Die drei Rekuperatoren 16 sind als Gegenströmer ausgeführt; das Hochdruckgas wird durch das Innere der Rohre geleitet. Auch die drei Kühler 17 werden im Gegenstrom betrie­ ben, wobei das Wasser im Rohrinneren fließt.

Im oberen Bereich des Spannbetondruckbehälters 1 sind drei ho­ rizontale Stollen 18 vorgesehen, die jeweils die beiden zu ei­ nem Loop gehörenden vertikalen Pods 14 verbinden und der Gas­ führung zwischen Rekuperator und Kühler jedes Loops dienen. Aus Gründen einer besseren Raumausnutzung sind die horizontalen Stollen 18 abgewinkelt, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist.

Eine weitere Gasleitung 19, die zunächst vertikal und anschlie­ ßend horizontal verläuft, verbindet jede Turbine 9 mit dem Re­ kuperator 16 des gleichen Loops, wobei sie seitlich von unten in den entsprechenden vertikalen Pod 14 eintritt. Die Verbin­ dung vom Kühler 17 zu dem Verdichter 10 jedes Loops wird durch eine weitere Gasleitung 20 hergestellt, die unten aus dem zuge­ hörigen vertikalen Pod 14 austritt, in Verdichterhöhe abgewin­ kelt ist und seitlich in den Verdichter mündet.

Von den Verdichtern 10 zu den Rekuperatoren 16 der drei Loops wird das kalte Gas zum größten Teil durch die vertikalen Pods 12 geführt, die sich oberhalb der Turbine 9 befinden. Hierbei strömt das Gas zunächst außen an den Heißgasleitungen 13 ent­ lang, die als koaxiale Gasführungen ausgebildet sind. Am obe­ ren Ende der Gasführungspods 12 ist jeweils eine horizontale Verbindungsleitung 21 zu einem der drei vertikalen Pods 14 vor­ gesehen, in denen die Rekuperatoren 16 installiert sind. Ober­ halb der Rekuperatoren 16 sind Verteilerköpfe 22 angeordnet, an die sich mehrere kleinere Leitungen 23 anschließen. Diese stehen mit Rekuperator-Boxen-Sammlern 24 in Verbindung, die das Gas auf die Rohre 25 verteilen. Unterhalb jedes Rekupera­ tors 16 ist eine Vielzahl von kleineren Leitungen 26 vorgese­ hen, die die Rekuperator-Boxen-Sammler 27 mit einem Sammelkopf 28 verbinden. An diesen schließt sich eine schräg nach oben führende Gasleitung 29 an, die in den vertikalen Gasführungs­ pod 12 des betreffenden Loops eintritt und als koaxiale Lei­ tung 30 durch diesen Pod verlegt ist. Dabei wird sie von dem kalten Gas umströmt, das vom Verdichter 10 zum zugehörigen Re­ kuperator 16 geführt wird. Die innerhalb des Gasführungspods 12 nach oben geführte Leitung 30 ist an ihrem oberen Ende ge­ krümmt, wodurch die Verbindung mit einem der drei radialen Re­ aktoreintrittsstutzen 7 hergestellt ist. Damit ist der Kreis­ lauf geschlossen.

Die koaxialen Gasführungen sind - wie auch alle anderen Ausneh­ mungen im Spannbetondruckbehälter 1 - von gasdichten Stahlli­ nern umgeben, die mit einem Wärmeschutz versehen sind und mit Wasser gekühlt werden. Im Bereich der koaxialen Gasführungen in den vertikalen Pods 12 treten an den Linern nur geringe Temperaturbelastungen auf, da heiße Gasströme jeweils von kälteren Gasströmen umgeben sind.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind außer den sechs vertikalen Pods 14 für die wärmeaustauschenden Apparate im Spannbeton­ druckbehälter 1 noch drei weitere vertikale Pods 31 vorgesehen, die einen kleineren Durchmesser haben als die Pods 14 und auf einem kleineren Teilkreis liegen. Sie sind auf diesem Teilkreis so angeordnet, daß sie jeweils auf Lücke zwischen den Gasfüh­ rungspods 12 liegen. Sie enden etwa in Höhe der Reaktorkante und dienen zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems 32, das in an sich bekannter Weise aus einem Gebläse, einem Rekupera­ tor und einem Kühler besteht. Da das Nachwärmeabfuhrsystem nicht Gegenstand der Erfindung ist, sind diese Komponenten nicht im einzelnen dargestellt.

Im folgenden soll noch einmal der Haupt- oder Turbinenkreislauf zusammenhängend erläutert werden, wobei sich die Beschreibung jeweils auf einen der drei identischen und parallelgeschalteten Wärmenutzungskreisläufe (Loops) bezieht.

Der Arbeitsprozeß verläuft zwischen einem obersten Prozeßdruck von 63,0 bar und einem untersten von 23,5 bar; die Prozeßtempe­ ratur bewegt sich zwischen einer oberen Grenze von 850°C und einer unteren Grenze von 28°C. Auf der Heißgasseite strömt das Gas mit 850°C und 60,0 bar direkt aus dem Heißgassammelraum 4 über die koaxiale Heißgasleitung 13 der Gasturbine 9 zu. In der Turbine 9 wird das Arbeitsgas auf 23,5 bar entspannt und tritt mit einer Temperatur von 529°C durch die Gasleitung 19 von unten in den Rekuperator 16 ein, den es von unten nach oben mantelseitig durchströmt. Dabei wird es mit dem kalten, auf der Hochdruckseite des Rekuperators 16 strömenden Gas auf ca. 253°C heruntergekühlt. Durch den horizontalen Stollen 18 gelangt das Gas zu dem Kühler 17, den es ebenfalls mantelseitig, aber von oben nach unten durchströmt. Hier wird das Gas auf die unterste Prozeßtemperatur von 28°C rückgekühlt, bevor es durch die Gas­ leitung 20 dem Verdichter 10 zugeleitet wird. Im Verdichter 10 wird das Arbeitsgas auf den maximalen Prozeß­ druck von 63,0 bar angehoben. Darauf tritt das Gas mit einer Temperatur von ca. 202°C in den vertikalen Gasführungspod 12 ein und gelangt durch die horizontale Verbindungsleitung 21 in den Verteilerkopf 22 des Rekuperators 16. Hier wird es zunächst auf die kleineren Leitungen 23 verteilt, ehe es durch die Reku­ perator-Boxen-Sammler 24 auf die Rohre 25 verteilt wird. Beim Durchströmen der Rohre 25 von oben nach unten erwärmt sich das Gas durch das mantelseitig entgegenströmende Turbinenabgas auf eine Temperatur von ca. 485°C.

Von den unteren Rekuperator-Boxen-Sammlern 27 gelangt das warme Gas durch die kleineren Leitungen 26 zum Sammelkopf 28. Anschlie­ ßend tritt es in die schräge Gasleitung 29 ein, in der es zu der im oberen Teil des Gasführungspod 12 verlegten koaxialen Leitung 30 geführt wird. Durch den mit der Leitung 30 verbundenen Reak­ toreintrittsstutzen wird das Gas dann unmittelbar dem Kaltgas­ sammelraum 5 des Kernreaktors wieder zugeführt.

In den Fig. 5, 6 und 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kernkraftwerks dargestellt. Sofern es sich um gleiche Bauteile handelt, werden hier die gleichen Bezugszif­ fern wie bei den Fig. 1 bis 4 verwendet. Auch bei diesem Kernkraftwerk umfaßt der Hauptkreislauf drei parallelgeschaltete Wärmenutzungskreisläufe (Loops), die in ei­ nem Spannbetondruckbehälter 1 untergebracht und über den Kernre­ aktor 2 gekoppelt sind. Zu jedem Loop gehören eine Turbine 9, ein Verdichter 10, ein Rekuperator 16 und ein Kühler 17. Turbi­ ne 9 und Verdichter 10 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 11. Der grundlegende Unterschied zwischen diesem und dem zuerst be­ schriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die drei Tur­ binen 9 nicht in sternförmig angeordneten horizontalen Stollen, sondern in horizontalen Stollen 41 untergebracht sind, die ein gleichseitiges Dreieck bilden, wobei der Mittelpunkt des Drei­ ecks in der vertikalen Mittelachse des Spannbetondruckbehälters 1 liegt. Die Fig. 5 läßt dieses klar erkennen.

Der als Hochtemperaturreaktor ausgeführte Kernreaktor 2 ist in einer Kaverne 3 installiert und besitzt oberhalb des Reaktor­ kerns einen Kaltgassammelraum 5 und unterhalb des Reaktorkerns einen Heißgassammelraum 4. Durch drei radiale Austrittsstutzen 6 ist der Kernreaktor 2 über drei Heißgasleitungen 13 mit den drei Turbinen 9 verbunden. Über drei radiale Eintrittsstutzen 7 wird das Arbeitsgas dem Reaktorkern zugeführt. Die Heißgasleitungen 13, die koaxial ausgebildet sind, verlaufen je in einem vertikalen Gasführungspod 12, der sich jeweils über einer Turbine 9 nach oben erstreckt. Die drei Gasführungspods 12 sind symmetrisch auf einem Teilkreis um die vertikale Mittel­ achse des Spannbetondruckbehälters 1 angeordnet.

Auf einem etwas größeren Teilkreis sind sechs vertikale Pods 14 vorgesehen, die oben mit druckfesten Deckeln 15 abgeschlossen sind. Zu jedem Loop gehören zwei der vertikalen Pods 14, von denen der eine den Rekuperator 16 und der andere den Kühler 17 aufnimmt. Die zu einem Loop gehörenden vertikalen Pods 14 liegen symmetrisch zu dem zum gleichen Loop gehörenden Gasführungspod 12 und genau oberhalb des Turbinenstollens 41 derart, daß die Rekuperatoren und Kühler in gleicher Höhe wie die Reaktorkaver­ ne 3 angeordnet sind. Auf einem kleineren Teilkreis als der der drei Gasführungspods 12 sind drei weitere vertikale Pods 31 mit kleinerem Durchmesser vorgesehen, in denen ein Nachwärmeabfuhrsystem 32 installiert ist. Die drei Pods 31 sind jeweils auf Lücke zwischen den ver­ tikalen Pods 12 angeordnet. Durch zwei Rohrleitungen 33 und 42 ist das Nachwärmeabfuhrsystem 32 mit dem Kernreaktor verbunden. Dieser Sachverhalt ist der Fig. 7 zu entnehmen.

Die jeweils zu einem Loop gehörenden beiden vertikalen Pods 14 sind durch einen abgewinkelten horizontalen Stollen 43 miteinan­ der verbunden, der etwa in Höhe der Rekuperator-Boxen-Sammler 24 des zu dem betreffenden Loop gehörenden Rekuperators 16 ver­ läuft. Durch diese Stollen 43 wird jeweils das Arbeitsgas vom Rekuperator 16 zum Kühler 17 geführt. Eine kurze vertikale Gas­ leitung 44 verbindet jede Turbine 9 mit dem Rekuperator 16 des gleichen Loops, wobei sie unmittelbar von unten in den betref­ fenden vertikalen Pod 14 eintritt. Zur Gasführung zwischen dem Kühler 17 und dem Verdichter 10 jedes Loops ist eine weitere vertikale Gasleitung 45 vorgesehen, die direkt von oben in den Verdichter einmündet. Von den Verdichtern 10 zu den Rekuperatoren 16 der drei Loops wird das kalte Gas zum größten Teil durch die vertikalen Pods 12 geführt, die sich oberhalb der Turbine 9 befinden. Hierbei strömt das Gas zunächst außen an den koaxialen Heißgasleitun­ gen 13 entlang, ehe es durch im oberen Teil der Pods 12 aus­ tretende horizontale Verbindungsleitungen 21 zu den in den Pods 14 installierten Rekuperatoren 16 geführt wird. Die Ver­ bindungsleitungen 21 sind in großen horizontalen Durchbrüchen 46 verlegt, die noch Raum für eine weitere Gasleitung haben.

Durch oberhalb der Rekuperatoren 16 angeordnete Verteilerköpfe 22 wird das kalte Gas den Rekuperator-Boxen-Sammlern 24 zuge­ führt, die das Gas auf die Rohre 25 verteilen, in denen es von oben nach unten strömt. Unterhalb der Rekuperatoren befindet sich eine Anzahl von Rekuperator-Boxen-Sammlern 27, die das Gas aus den einzelnen Rohren wieder zusammenführen. Nach einer Umlenkung um 180° wird das Gas in einem Ringspalt 47 durch die vertikalen Pods 14 wieder nach oben geleitet und tritt in Sam­ melköpfe 48 ein. Diese sind je mit einer Gasleitung 50 verbun­ den, die oberhalb der Verbindungsleitungen 21 in den horizon­ talen Durchbrüchen 46 verlegt sind und in die Gasführungspods 12 einmünden. An die Gasleitungen 50 schließen sich vertikal nach unten führende koaxiale Leitungen 49 an, die außen von dem kalten, von den Verdichtern 10 kommenden Gas umströmt wer­ den. Durch die Verbindung der Leitungen 49 mit den drei Reaktor­ eintrittsstutzen 7 ist der Gaskreislauf dann wieder geschlossen.

Im folgenden soll noch einmal der Weg des Arbeitsgases durch die Kreislaufkomponenten beschrieben werden, wobei die Schilderung sich auf einen der drei Wärmenutzungskreisläufe (Loops) beschränkt.

Aus dem Heißgassammelraum 4 wird das erhitzte Arbeitsgas über den Reaktoraustrittsstutzen 6 durch die Heißgasleitung 13 der Turbine 9 zugeführt, in der es Arbeit leistet und sich dabei entspannt. Durch die kurze vertikale Gasleitung 44 gelangt es unten in den Rekuperator 16, dessen Rohre 25 es umströmt und dabei seine Wärme an das im Gegenstrom in den Rohren 25 geführ­ te kalte Gas abgibt. Durch den horizontalen Stollen 43 tritt das Gas in den Kühler 17 ein, den es ebenfalls mantelseitig, aber von oben nach unten durchströmt, wobei es sich weiter ab­ kühlt. Über die vertikale Gasleitung 45 gelangt das Gas in den Verdichter 10, in dem das Gas auf den maximalen Prozeßdruck ge­ bracht wird. Darauf tritt das Gas in den vertikalen Gasführungs­ pod 12 ein, in dem es zunächst die koaxiale Leitung 49 umströmt. Durch die horizontale Verbindungsleitung 21 wird das kalte Gas zu dem Verteilerkopf 22 des Rekuperators 16 geführt und auf die einzelnen Rekuperator-Boxen-Sammler 24 verteilt, an die sich die Rohre 25 anschließen. Beim Durchströmen der Rohre 25 von oben nach unten nimmt das Gas von dem mantelseitig entgegen­ strömenden Turbinenabgas Wärme auf. Durch die unteren Rekupe­ rator-Boxen-Sammler 27 tritt das Gas wieder aus dem Rekupera­ tor 16 aus, wird um 180° umgelenkt und gelangt durch den Ring­ spalt 47 nach oben zu dem Sammelkopf 48. Über die Gasleitung 50 kommt das Gas schließlich in die koaxiale Leitung 49 in dem Gasführungspod 12, durch die es zu dem Reaktoreintrittsstutzen 7 geleitet wird. Von hier aus tritt es wieder in den Kaltgas­ sammelraum 5 des Kernreaktors 2 ein.

Claims (5)

1. Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf, das drei gleiche, parallelgeschaltete und symmetrisch angeordnete Wärmenutzungskreisläufe (Loops) umfaßt, von denen jeder einen aus Turbine und Verdichter bestehenden Gasturbosatz sowie Apparate für internen und externen Wärmeaustausch aufweist und die über einen Kernreaktor gekoppelt sind, wo­ bei der Kernreaktor in einer im Zentrum eines Spannbeton­ druckbehälters befindlichen Kaverne untergebracht ist, die wärmetauschenden Apparate in vertikalen, auf einem Kreis symmetrisch um die Reaktorkaverne angeordneten Pods in­ stalliert sind, die Gasturbosätze jeweils symmetrisch zur vertikalen Mittelachse des Spannbetondruckbehälters in ei­ nem horizontalen Stollen in einer unterhalb des Kernreak­ tors liegenden Ebene angeordnet sind und wobei die Gasfüh­ rung zwischen den einzelnen Komponenten durch innerhalb des Spannbetondruckbehälters befindliche Ausnehmungen er­ folgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmenutzungs­ kreislauf einen Rekuperator (16) und einen Kühler (17) um­ faßt, die je in einem vertikalen Pod (14) und symmetrisch zu dem den Gasturbosatz (9, 10) enthaltenden horizontalen Stollen (8) (Turbinenstollen) angeordnet sind, daß jeder Wärmenutzungskreislauf einen vertikal nach oben an den Tur­ binenstollen (8) anschließenden, sich bis zur Oberkante des Spannbetondruckbehälters (1) erstreckenden Gasführungspod (12) aufweist, in dem aus dem Verdichter (10) austretendes HD-Kaltgas zu dem Rekuperator (16) geleitet wird und in dem folgende Gasführungskomponenten frei verlegt sind:

• a) eine an ihrem einen Ende an einem Kernreaktor-Aus­ trittsstutzen (6) und an ihrem anderen Ende am Tur­ binen-Eintrittsstutzen angeschlossene Heißgasfüh­ rung (13) und
• b) das vertikale Teilstück einer den Rekuperator (16) mit einem Kernreaktor-Eintrittsstutzen (7) verbin­ denden Warmgasführung (30, 49) zum Transport wie­ dererhitzten Gases,

und daß die Gasführungspods (12) der drei Wärmenutzungs­ kreisläufe auf einem Kreis symmetrisch um die vertikale Mittelachse des Spannbetondruckbehälters (1) angeordnet sind.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Wärmenutzungskreislauf zur Gasführung zwi­ schen Rekuperator (16) und Kühler (17) im oberen Bereich des Spannbetondruckbehälters (1) eine die zugehörigen bei­ den Pods (14) verbindender horizontaler Stollen (18, 43) vorgesehen ist, der abgewickelt ist.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Wärmenutzungskreislauf zur Führung des ent­ spannten Gases von der Turbine (9) zum Rekuperator (16) eine zunächst vertikal nach oben und dann horizontal ge­ führte Gasleitung (19) vorgesehen ist, die unterhalb des Rekuperators (16) seitlich in den zugehörigen Pod (14) mündet.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Wärmenutzungskreislauf unterhalb des Küh­ lers (17) sich an den zugehörigen Pod (14) eine zunächst vertikal, dann horizontal verlaufende Gasführung (20) an­ schließt, die seitlich in den Verdichter (10) eintritt.