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Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor mit einer
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Schüttung kugelförmiger Brennelemente und direkt in die Schüttung
einfahrbaren Absorberstäben Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente, die von oben nach unten von dem
Kühlgas durchströmt wird, und mit direkt in die Schüttung einfahrbaren Absorberstäben,
die aus zwei koaxial zueinander angeordneten Hüllrohren aus Stahl und einem gasdicht
von den beiden Hüllrohren umschlossenen Absorberteil bestehen, wobei durch den zentralen
Innenraum der Absorberstäbe ein Kühlgasstrom geleitet wird.
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Es ist bekannt, die Regelung bzw. Abschaltung von sogenannten Kugelhaufenreaktoren
mit Hilfe von Absorberstäben vorzunehmen, die ohne eine besondere Führung wie Rohre,
Nasen oder dgl. direkt in die Brennelement-Schüttung eingefahren werden.
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Wie in der DE-OS 12 63 939 beschrieben, bestehen derartige Absorberstäbe
aus einer äußeren Stahlumhüllung, dem neutronenabsorbierenden Material und einem
inneren Tragrohr, das die Tragfunktion und die Kraftübertragung bei Stabbewegungen
in der Brennelement-Schüttung übernimmt. Zur Kühlung der Absorberstäbe wird ein
Teilstrom des Kühlgases aus dem Bereich oberhalb der Spaltzone durch das Innere
der Tragrohre geleitet, der durch Öffnungen in den Stabspitzen wieder austritt.
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Die äußere Umhüllung jedes Absorberstabes wird direkt von dem durch
die Brennelement-Schüttung strömenden Kühlgas benetzt und ist somit einer höheren
Temperatur ausgesetzt als das Tragrohr. Infolge der Wärmeproduktion in den Absorberstäben
durch Neutronen- und t -Einfang liegt die Temperatur der äußeren Umhüllung grundsätzlich
über der des umgebenden Kühlgases in der Brennelement-Schüttung. Der Einsatz der
bekannten Stabkonstruktion ist daher durch die Temperaturgrenzwerte des verwendeten
Hüllrohrmaterials auf Kernreaktoren mit mäßig hohen Kernaustrittstemperaturen (ca.
7500C) beschränkt.
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Bei Verwendung der bekannten Absorberstäbe in Kernreaktoren mit höheren
Kernaustrittstemperaturen des Kühlgases (ca. 8500 bis 9500C) müßten die zulässigen
Stabeinfahrtiefen reduziert werden, wodurch sich erhebliche Einschränkungen bei
der Realisierung verfahrenstechnisch einfacher Abschaltkonzepte ergeben würden.
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Bei Kernreaktoren mit blockförmigen Brennelementen ist es bekannt,
die Außenfläche der Absorberstäbe mit Hilfe des umlaufenden Kühlmittels zu kühlen.
Die Absorberstäbe sind bei diesen Kernreaktoren verschiebbar in vertikalen, den
Reaktorkern durchsetzenden Führungsrohren angeordnet, die fest installiert sind.
Die Führungsrohre sind ständig strömungsmäßig parallel zu den in dem Reaktorkern
befindlichen Kühlkanälen geschaltet und werden in ihrer ganzen Länge von dem Kühlmittel
durchströmt. In den DE-AS 11 21 240 und 12 48 823 sind derartige Absorberstabkühleinrichtungen
beschrieben.
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Aus der DE-OS 18 03 067 ist eine weitere Anordnung zur Kühlung von
Regelelementen bekannt, die ebenfalls in fest angeordneten Führungsrohren bewegt
werden. Die Führungsrohre weisen einen
hexagonalen Querschnitt
auf, und in jedem Führungsrohr ist ein Bündel von Absorberstäben installiert, das
von einer Umhüllung mit ebenfalls hexagonalem Querschnitt umgeben ist.
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Das gas- oder dampfförmige Kühlmittel wird zunächst in einem Spalt
zwischen der Umhüllung und dem Führungsrohr nach oben geleitet, tritt oben in das
Bündel der Absorberstäbe ein und strömt dann zwischen den Absorberstäben des Bündels
nach unten.
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Zum Stand der Technik gehört ferner die Kühlung einer Regelgruppe
für einen Kernreaktor, bei der eine aus Brennstoffelementen und eine aus Absorberelementen
gebildete Sektion untereinander in einem Gehäuse angeordnet sind, das in einer fest
in der Spaltzone installierten Hülse verschiebbar ist. Das Kühlmittel durchströmt
nacheinander die Sektion der Brennstoff- und der Absorberlemente sowie den ringförmigen
Spalt zwischen dem bewegbaren Gehäuse und der ortsfesten Hülse, wie in der DE-PS
24 23 027 dargestellt. Um den thermischen Wirkungsgrad des Kernreaktors zu erhöhen,
wird ein Teil des Kühlmittelstromes nach Durchtritt durch die Sektion der Brennstoffelemente
aus dem bewegbaren Gehäuse abgeleitet und dem ringförmigen Spalt um dieses Gehäuse
zugeführt.
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Von diesem Stand der Technik wird bei der Erfindung ausgegangen, wobei
ihr die Aufgabe zugrunde liegt, einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor der eingangs
beschriebenen Bauart so auszugestalten, daß die thermische Belastung der Absorberstäbe
erheblich reduziert wird, um den Einsatz dieser Stäbe auch bei Kernreaktoren höherer
Leistung zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß um
jeden Absorberstab ein zusätzliches Hüllrohr aus Stahl angeordnet ist, wobei zwischen
dem zusätzlichen (äußeren) Hüllrohr und dem mittleren Hüllrohr ein Ringspalt vorgesehen
ist, und daß durch diesen Ringspalt ebenfalls ein Kühlgasstrom geführt wird.
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Wie bei dem bekannten Absorberstab für Kugelhaufenreaktoren wird das
Absorbermaterial gasdicht von zwei Hüllrohren umschlossen, von denen das innere
Hüllrohr mit Hilfe des den zentralen Innenraum durchströmenden Kühlgases gekühlt
wird. Das den Absorberteil außen umgebende Hüllrohr -im.folgenden mittleres Hüllrohr
genannt - wird gemäß der Erfindung durch den Kühlgasstrom gekühlt, der in dem Ringspalt
zwischen diesem Hüllrohr und dem zusätzlichen Hüllrohr - dem äußeren Hüllrohr -nach
unten geführt wird. Beide Kühlgasstrome durchströmen den Absorberstab auf Grund
der treibenden Druckdifferenz der nach unten gerichteten Hauptkühlgasströmung im
Reaktorkern. Die im Absorberteil des Stabes erzeugte Wärme wird radial zu den beiden
Kühlgasströmen abgeleitet und bewirkt eine geringe Aufheizung dieser Gasströme bei
ihrem Durchgang durch den Stab.
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Es ist vorteilhaft, für die Kühlung der Absorberstäbe einen Teil des
Kühlgasstromes zu verwenden, der durch die Brennelement-Schüttung geführt wird.
Dieser Teilstrom wird oberhalb der Brennelement-Schüttung abgezweigt und sowohl
durch den zentralen Innenraum der Absorberstäbe als auch durch den Ring spalt dieser
Stäbe geführt. Der Teilstrom wird also einem Bereich entnommen, in dem relativ niedrige
Kühlgastemperaturen herrschen.Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Gas zur
Kühlung der Absorberstäbe von außen zuzuspeisen, d. h. einem Gasspeicher zu entnehmen.
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Dieses Gas wird ebenfalls oben in die zentralen Innenräume und die
Ringspalte der Absorberstäbe eingeleitet.
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Der durch den Ringspalt strömende Kühlgasstrom kühlt auch das
äußere
Hüllrohr, dessen Temperatur somit zwischen der Gastemperatur in dem Ringspalt und
der Temperatur des die Brennelement-Schüttung durchströmenden Kühlgases liegt. Die
Temperatur des äußeren Hüllrohres ist daher grundsätzlich niedriger als diejenige
des Kühlgases im Reaktorkern in der Umgebung des Absorberstabes. Bei geeigneter
Parameterwahl lassen sich somit hinreichend niedrige Materialtemperaturen des inneren
und auch des äußeren Hüllrohres erreichen. Es ist daher möglich, die erfindungsgemäß
ausgebildeten Absorberstäbe auch bei Hochtemperaturreaktoren mit hohen Kühlgasaustrittstemperaturen
zum Einsatz zu bringen, beispielsweise bei mit Gasturbomaschinen gekoppelten Kernreaktoren.
Bei derartigen Kernreaktoranlagen mit geschlossenem Kühlgaskreislauf (Einkreisanlagen)
erreicht die Gastemperatur im Reaktorkern bereits in 1,50 m Tiefe Werte von 750
bis 8000C, da das Kühlgas mit einer Temperatur in den Reaktorkern eintritt, die
um ca. 2000C höher liegt als die Kühlgaseintrittstemperatur bei sogenannten Zweikreisanlagen.
Die angegebenen Werte gelten für den Fall, daß bei einer solchen Einkreisanlage
ein Beschickungsverfahren angewandt wird, bei dem die Brennelemente nach einmaligem
Durchlauf durch den Reaktorkern den gewünschten Endabbrandzustand erreicht haben
(was auf Grund der sich einstellenden Leistungsdichteverteilung zu einem steilen
Anstieg der Kühlgastemperatur im oberen Drittel des Reaktorkerns führt).
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Zweckmäßigerweise sind zwischen dem äußeren und dem mittleren Hüllrohr
jedes Absorberstabes radiale Führungsrippen angeordnet, deren Größe und Anzahl in
gewissen Grenzen variabel sind.
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Sie dienen gleichzeitig zur Verbesserung der Wärmeübertragung vom
äußeren oder mittleren Hüllrohr oder beiden Hüllrohren an das Kühlgas. Je nach vorgesehener
Einsatzart und Betriebsweise der Absorberstäbe hat in Verbindung mit der Breite
des Ringspaltes eine Optimierung der Größe und Anzahl der Führungsrippen zu erfolgen,
da eine Veränderung der Geometrie starken Einfluß auf die Strömungsverhältnisse
in dem Ringspalt und damit auch auf die Wärmeübergangsverhältnisse hat.
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Die Tragfunktion kann für jeden Absorberstab gemeinsam von mehreren
der drei Hüllrohre oder auch von einem Hüllrohr allein übernommen werden, was sich
je nach den gestellten Anforderungen und nach übergeordneten konstruktiven Gesichtspunkten
richtet. Vorzugsweise besitzt jedoch das äußere Hüllrohr keine tragende Funktion,
sondern es trennt lediglich den Kühlgasteilstrom, der der Kühlung des Absorberstabes
dient, von dem Hauptkühlgasstrom. Das die Tragfunktion übernehmende Hüllrohr weist
diesem Zweck entsprechende Abmessungen auf.
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Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäß ausgebildeten Absorberstäbe
auch bei Gasturbinenanlagen mit geschlossenem Gaskreislauf eingesetzt werden, die
als Wärmequelle einen Hochtemperaturreaktor haben. Eine solche Gasturbinenanlage
ist beispielsweise aus der DE-OS 26 39 877 bekannt. Sie besteht aus dem Kernreaktor,
der in der mit einem Liner ausgekleideten Kaverne eines Druckbehälters untergebracht
ist, mindestens einer Turbine mit HD- und gegebenenfalls ND-Verdichter sowie einer
Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenenfalls Zwischenkühlern. Die genannten
Kreislaufkomponenten sind im gleichen Druckbehälter wie der Kernreaktor installiert.
Der Liner der den Kernreaktor enthaltenden Kaverne wird bei dieser Anlage mit Kreislaufgas
niedriger Temperatur - im folgenden Kaltgas genannt - gekühlt, wobei das gesamte
aus dem HD-Verdichter austretende Gas vor seinem Eintritt in die Rekuperatoren an
der Oberfläche des Liners vorbeigeleitet wird. Die Temperatur dieses "Kaltgases"
beträgt ca. 110.°C.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird bei
einer derartigen Anlage ein Teil des Kaltgases durch die zentralen Innenräume und
die Ringspalte der Absorberstäbe geführt.
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Das Kaltgas wird in an sich bekannter Weise nach Austritt aus dem
HD-Verdichter in einer Gasleitung, die koaxial zu der seitlich unten aus dem Kernreaktor
austretenden Heißgasleitung verläuft, in die Reaktorkaverne geführt und strömt in
einem Ringraum zwischen dem thermischen Seitenschild und dem Liner nach oben. Darauf
gelangt es in einen zwischen dem thermischen Deckenschild und dem Liner befindlichen
Raum, von dem aus das Kaltgas den einzelnen Absorberstäben zugeleitet wird.
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Die Absorberstäbe weisen vorteilhafterweise in ihrem oberen Teil um
den Umfang verteilt eine Anzahl von Schlitzen für den Kühlgaseintritt auf, und an
ihrem unteren Ende sind weitere Schlitze für den Kühlgasaustritt vorgesehen. Sind
die Absorberstäbe unten konisch zugespitzt, so befinden sich die Schlitze für den
Austritt des Kühlgases aus dem zentralen Innenraum direkt in der Stabspitze.
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Steht bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturreaktor Kaltgas von
ca. 1100C zur Kühlung der Absorberstäbe zur Verfügung, so ist vorteilhafterweise
an jedem Absorberstab eine Einrichtung zur Steuerung des Kaltgaseintritts in Abhängigkeit
von der Einfahrtiefe des Absorberstabes in die Brennelement-Schüttung vorgesehen.
Diese Maßnahme verfolgt den Zweck, die auf Grund der Verschlechterung des Rekuperator-Austauschgrades
unvermeidbaren (wenn auch nur geringen) Wirkungsgradeinbußen so niedrig wie möglich
zu halten. Gemäß der Erfindung wird daher Kaltgas nur im Bedarfsfall, d. h. wenn
die Absorberstabspitzen sich unterhalb einer konstanten Einfahrtiefe in der Brennelement-Schüttung
befinden, in die Absorberstäbe eingeleitet. Auf diese Weise wird eine ständige Bypaß-Strömung
des Kaltgases in den Reaktorkern vermieden.
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Die Steuereinrichtung kann als Schiebersteuerung ausgebildet sein,
bei der der Absorberstab selbst die Funktion des Schiebers übernimmt. Mittels einer
entsprechend angebrachten Dichtung wird erreicht, daß der Kaltgasstrom erst ab einer
bestimmten Einfahrtiefe in den Absorberstab eintreten kann.
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Eine weitere Dichtung verhindert das ständige Einströmen des Kaltgases
außen an den Absorberstäben entlang in den Reaktorkern Die Steuereinrichtung kann
auch aus einer verstellbaren Kühlgasdrossel bestehen. Diese ist zweckmäßigerweise
innerhalb des von dem Kavernen-Liner und dem thermischen Deckenschild begrenzten
Raumes um den jeweiligen Absorberstab angeordnet.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Hochtemperaturreaktor
mit geschlossenem Gaskreislauf und an den Reaktor angekoppelter Gasturbine schematisch
dargestellt. Es handelt sich hier um eine 1-Loop-Anlage mit Zwischenkühlung und
zwei Heißgasleitungen; die Schaltung der wärmetauschenden Apparate ist ebenfalls
zweisträngig ausgeführt. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Horizontalschnitt
nach der Linie I - I der Fig. 2, Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie II
- II der Fig. 1, Fig. 3 einen einzelnen Absorberstab im Vertikalschnitt, Fig. 4
einen Abschnitt eines anderen Absorberstabes, ebenfalls im Vertikalschnitt, vergrößert
dargestellt, Fig. 5 einen Horizontalschnitt nach der Linie V - V der Fig. 4,
Fig.
6 einen Absorberstab mit einer Steuereinrichtung für den Kühlgaseintritt, Fig. 7
einen Absorberstab mit einer anderen Steuereinrichtung für den Kühlgaseintritt,
Fig. 8 eine weitere Variante dieser Steuereinrichtung.
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Die Figuren 1 und 2 lassen einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen,
der zylindrisch ausgeführt und zentral im Inneren eines (nicht dargestellten) ebenfalls
zylindrischen Sicherheitsbehälters aus Stahlbeton angeordnet ist. Innerhalb des
Spannbetondruckbehälters 1 sind ein Hochtemperaturreaktor 2 und die weiteren Komponenten
des Primär- oder Kühlgaskreislaufs untergebracht. Diese umfassen einen Gasturbosatz
sowie je zwei Rekuperatoren, Vorkühler und Zwischenkühler.
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Der Hochtemperaturreaktor 2, der in einer Kaverne 3 eingebaut ist,
ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor ausgeführt, dessen Brennelemente
kugelförmig ausgebildet sind.
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Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum
4 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten Gases. Über dem Reaktorkern
ist ein Warmgassammelraum 5 vorgesehen, der das aus dem Hauptkreislauf zurückströmende
Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet wird. Der Reaktorkern ist
von einem zylindrisch ausgebildeten thermischen Schild 6 sowie einem thermischen
Deckenschild 6 a umgeben.
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Die Kaverne 3 weist zur Abdichtung einen Liner 7 auf, der reaktorseitig
keine Wärmeschutzeinrichtung wie Isolierung oder Kühlsystem besitzt. Zwischen dem
thermischen Schild 6 und dem Liner 7 befindet sich ein Ringraum 8. Ein weiterer
Raum 8 a
ist zwischen dem thermischen Deckenschild 6 a und dem
Liner 7 vorgesehen.
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Durch die Decke des Spannbetonbehälters 1 erstrecken sich Panzerrohre
30, in denen Absorberstäbe 31 bewegbar angeordnet sind, die unmittelbar in die Schüttung
der kugelförmigen Brennelemente eingefahren werden. Durch ein Zugaberohr 32 können
die Brennelemente in den Hochtemperaturreaktor 2 eingegeben werden. Die Entfernung
der Brennelemente aus dem Kern erfolgt durch ein Abzugsrohr 33. In den Figuren 3,
4 und 5 sind die Absorberstäbe 31 genauer dargestellt.
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Durch zwei seitlich unten an dem Hochtemperaturreaktor 2 angebrachte
Austrittsstutzen 9 und ebensoviele seitlich oben angebrachte Eintrittsstutzen 10
ist der Hochtemperaturreaktor 2 mit den übrigen Komponenten des Hauptkreislaufes
verbunden.
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Senkrecht unter dem Hochtemperaturreaktor 2 ist ein horizontaler Stollen
11 in dem Spannbetondruckbehälter 1 gearbeitet, in dem in getrennten Gehäusen eine
einwellige Gasturbine 12, ein ND-Verdichter 13 und ein HD-Verdichter 14 installiert
sind. Die Verdichter sitzen mit der Gasturbine auf einer gemeinsamen Welle. Ein
(nicht dargestellter) Generator, der im Sicherheitsbehälter aufgestellt ist, ist
mit der Gasturbine 12 gekoppelt.
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Zwei vertikale Gasführungsstollen 15 erstrecken sich seitlich neben
der Gasturbine 12 nach oben bis in Höhe des Bodens des Reaktorkerns, und in jedem
dieser Gasführungsstollen ist eine Heißgasleitung 16 installiert. Jede Heißgasleitung
16 ist mit einem der Reaktoraustrittsstutzen 9 und mit
einem Turbineneintrittsstutzen
verbunden. Im oberen Teil des Spannbetondruckbehälters 1 befinden sich zwei weitere
vertikale Gasführungsstollen 17, die jeweils mit einem der Gasführungsstollen 15
fluchten. In ihnen ist je eine Waringasleitung 18 angeordnet, und jede Warmgasleitung
18 ist an einen der beiden Reaktoteintrittsstutzen 10 angeschlossen.
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Auf einem Teilkreis um die Reaktorkaverne 3 sind sechs vertikale Pods
19 vorgesehen, die mit berstsicheren Deckeln 20 abgeschlossen sind. Die Pods 19
dienen zur Aufnahme der wärmetauschenden Apparate, wobei in symmetrischer Anordnung
zu dem Turbinenstollen 11 zwei Rekuperatoren 21, zwei Vorkühler 22 und zwei Zwischenkühler
23 untergebracht sind. Alle wärmetauschenden Apparate sind in gleicher Höhe wie
die Reaktorkaverne 3 installiert. Außer den Pods 19 sind noch drei weitere vertikale
Pods 29 vorhanden, die zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems dienen.
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In Höhe des Turbinenstollens sind in dem Spannbetondruckbehälter 1
mehrere horizontale Gasführungen vorgesehen, die die wärmetauschenden Apparate eines
Stranges miteinander bzw.
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mit dem Gasturbosatz verbinden. Der Gasleitung zwischen Rekuperator
und Vorkühler jedes Stranges dient eine Gasführung 24, während die Verbindung zwischen
den beiden Rekuperatoren 21 und den Turbinenaustrittsstutzen jeweils durch eine
Gasführung 25 hergestellt ist. Von den Vorkühlern 22 zu den beiden Eintrittsstutzen
des ND-Verdichters 13 wird das Gas jeweils durch eine Gasführung 26 geleitet, und
zwischen den ND-Verdichter-Ausgängen und den beiden Zwischenkühlern 23 ist jeweils
eine Gasführung 27 vorgesehen. Auf einer etwas tieferen Ebene befinden sich noch
zwei Gasführungen 28, die die
beiden Zwischenkühler 23 mit den
Eingängen des HD-Verdichters verbinden.
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Von dem HD-Verdichter 14 zu den beiden Rekuperatoren 21 wird das Gas
auf einem großen Teil seines Strömungsweges durch die vertikalen Gasführungsstollen
15 und 17 geleitet, wobei -es außen an den Heißgasleitungen 16 und den Warmgasleitungen
18 entlangströmt, die als koaxiale Gasführungen ausgebildet sind.
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Auf seinem Weg von dem Gasführungsstollen 15 zu dem Gasführungsstollen
17 wird das Gas, das eine Temperatur von ca. 1100C aufweist, koaxial zu den Reaktoraustrittsstutzen
9 in die'Reaktorkaverne 3 geführt und tritt hier in den Ringraum 8 zwischen dem
thermischen Schild 6 und dem Liner 7 ein. In diesem Ringraum strömt es nach oben
in den Raum 8 a, wobei es den Liner 7 im Bereich des Ringraumes 8 und des Raumes
8 a kühlt.
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Gemäß der Erfindung wird ein Teil des Kaltgases in die Absorberstäbe
31 eingeleitet, die es von oben nach unten in einem zentralen Innenraum 40 und einem
Ringspalt 41 durchströmt, wie in der Fig. 3 dargestellt ist. Darauf tritt das Kaltgas
am unteren Ende der Absorberstäbe 31 wieder aus und vermischt sich mit dem Hauptkühlgasstrom,
der die Schüttung der kugelförmigen Brennelemente durchströmt.
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Die Fig. 3 zeigt einen einzelnen Absorberstab 31, der zylinderförmig
ausgebildet ist und eine kegelstumpfartige Spitze 34 besitzt. Diese weist eine der
Form der Brennelemente angepaßte Ausnehmung 35 auf. Der Absorberstab 31 besteht
aus drei koaxial zueinander angeordneten Hüllrohren aus Stahl, von denen das innere
Hüllrohr 36 und das mittlere Hüllrohr 37 gasdicht ein Absorberteil 39 (B4C) umschließen.
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Das innere Hüllrohr 36 stellt das Tragrohr dar, das die
Tragfunktion
und die Kraftübertragung bei Stabbewegungen übernimmt. Es besitzt eine entsprechende
Wanddicke. In seinem Inneren ist ein freier Raum 40 vorgesehen. Zwischen dem mittleren
Hüllrohr 37 und dem äußeren Hüllrohr 38 befindet sich ein Ringspalt 41. An dem mittleren
Hüllrohr 37 sind Kühlrippen 42 angebracht, die sich in den Ringspalt 41 hinein erstrecken.
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Im oberen Teil des Absorberstabes 31 sind mehrere Schlitze für den
Eintritt des kalten Kühlgases vorhanden (hier nicht dargestellt.) Die Stabspitze
34 besitzt Austrittsöffnungen 43, die mit dem Innenraum 40 in Verbindung stehen.
Weitere Schlitze 44 für den Kaltgasaustritt sind in dem unteren Ende des äußeren
Hüllrohres 38 vorgesehen.
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Ein Teil des den Raum 8 a (vgl. Fig. 2) durchströmenden Kaltgases
wird abgezweigt und in jeden der Absorberstäbe 31 eingeleitet. In der Fig. 3 ist
der Strömungsweg des Kaltgases durch den Absorberstab 31 durch Pfeile angedeutet.
Das durch den Innenraum 40 strömende Kaltgas kühlt das innere Hüllrohr 36, während
das mittlere Hüllrohr 37 und das äußere Hüllrohr 38 von dem durch den Ringspalt
41 strömenden Kaltgas gekühlt werden.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen ausschnittsweise eine Variante des Absorberstabes
31. Auch dieser Absorberstab weist drei koaxial zueinander angeordnete Hüllrohre
auf; die Tragfunktion wird hier jedoch von dem äußeren Hüllrohr 47 übernommen, das
gegenüber dem Hüllrohr des eben beschriebenen Absorberstabs eine größere Wanddicke
besitzt. Das innere Hüllrohr 45 und das mittlere Hüllrohr 46 umgeben gasdicht das
aus B4C bestehende Absorberteil 48. Das oben in den Absorberstab eindringende
Kaltgas
durchströmt auch hier einen freien Innenraum 49 und einen zwischen mittlerem und
äußerem Hüllrohr befindlichen Ringspalt 50. In dem Ringspalt 50 sind Führungsrippen
51 angeordnet, die den Abstand zwischen den beiden Hüllrohren 46 und 47 konstant
halten und die Wärmeübertragung verbessern.
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Die in dem Absorberteil 48 erzeugte Wärme wird durch die beiden Kühlgasströme
radial nach innen und nach außen abgeleitet, wobei sich die Kühlgasströme geringfügig
aufheizen. In der Fig. 4 ist der Temperaturverlauf durch die Absorberstabwand schematisch
dargestellt. Wie daraus ersichtlich, liegt die Temperatur des äußeren Hüllrohres
47 zwischen der des Kühlgases in dem Reaktorkern und derjenigen des Kühlgases in
dem Ringspalt 50; d. h. sie nimmt grundsätzlich einen Wert an, der niedriger als
die Kern-Temperatur in der Umgebung des Absorberstabes 31 ist.
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Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen drei Ausführungsvarianten einer Steuereinrichtung
52 zur Regelung des Saltgaseintritts in einen Absorberstab 31 in Abhängigkeit von
seiner Einfahrtiefe in die Schüttung 53 der kugelförmigen Brennelemente 54. Der
Absorberstab 31 ist bewegbar in dem Panzerrohr 30 angeordnet, das in der Decke des
Spannbetondruckbehälters 1 installiert ist, wie bei Fig. 1 und 2 beschrieben.
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Das Kaltgas steht in dem Raum 8 a zwischen dem Liner 7 und dem thermischen
Deckenschild 6 a an. Zwischen dem thermischen Deckenschild 6 a und dem Deckenreflektor
55 befindet sich der Warmgassammelraum 5, von dem aus Kühlgas von 4680C durch nicht
gezeigte öffnungen in dem Deckenreflektor 55 in die Brennelement-Schüttung 53 eintritt.
Der Absorberstab 31 weist
in seinem oberen Teil auf seinen Umfang
verteilt eine Reihe von Eintrittsschlitzen 56 für das Kaltgas auf. Die Austrittsschlitze
43, 44 sind in der Stabspitze 34 vorgesehen. Der Absorberstab 31 wird mittels eines
Antriebs 57 bewegt, der innerhalb eines Antriebszylinders 58 angeordnet ist . Der
Antrieb 57 arbeitet pneumatisch.
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Bei dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten Absorberstab 31 ist die Steuereinrichtung
52- als Schiebersteuerung ausgebildet, bei welcher der Stab selbst die Funktion
des Schiebers übernimmt. An einer Verlängerung des Antriebszylinders 58 ist eine
Dichtung 59 vorgesehen, die bewirkt, daß das Kaltgas erst ab einer bestimmten Einfahrtiefe
des Stabes in die Brennelement-Schüttung 53 in die Eintrittsschlitze 56 des Absorberstabes
31 einströmen kann. Die Position der Dichtung 59 wird von den Eintrittsschlitzen
56 bestimmt, die bei höchster Stabstellung nicht innerhalb des Antriebszylinders
58 liegen dürfen.
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Innerhalb des Raumes 8 a, aus dem das Kaltgas abgeleitet wird, ist
um den Absorberstab 31 ein Zylinder 60 angeordnet, der mit Schlitzen 61 für den
Kaltgasdurchtritt versehen ist. Um einen ständigen Bypaß des Kaltgases in die Brennelement-Schüttung
53 zu verhindern, ist eine Absperrung des von dem Zylinder 60 umschlossenen Raumes
zur Schüttung 53 und zum Warmgassammelraum 5 hin erforderlich.
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Bei dem in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist-zu diesem
Zweck einmal innerhalb des Deckenreflektors 55 eine Dichtung 62 vorgesehen, und
zum anderen befindet sich in dem Warmgassammelraum ein weiterer um den Absorberstab
31 angeordneter
Zylinder 63.
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Die Fig. 7 zeigt eine andere Lösung zur Verhinderung eines Kaltgas-Bypasses
in die Brennelement-Schüttung 53. Hier weist der Antriebszylinder eine Verlängerung
64 auf, die bis in den Deckenreflektor 55 hinein fortgeführt ist, wobei sie dicht
an dem in dem thermischen Seitenschild 6 a befindlichen Durchbruch für den Absorberstab
31 anliegt. Am unteren Ende der Verlängerung 64 ist innen eine Dichtung 65 angeordnet.
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Bei dem in der Fig. 8 dargestellten Absorberstab 31 besteht die Steuereinrichtung
52 aus einer verstellbaren Kühlgasdrossel 66, die innerhalb des den Absorberstab
31 umgebenden Zylinders 60 installiert ist. Ihre Betätigung erfolgt in Abhängigkeit
von der Einfahrtiefe des Absorberstabes 31. Es tritt also nur dann Kaltgas in den
von dem Zylinder 60 umschlossenen Raum ein, wenn die Absorberstabspitze 34 eine
vorgegebene Tiefe erreicht hat. Eine Abdichtung zur Brennelement-Schüttung 53 hin
ist hier daher nicht erforderlich. Der Warmgassammelraum 5 wird durch einen um den
Absorberstab 31 angeordneten Zylinder 63 gegen das Kaltgas abgesperrt. In der Fig.
8 ist auf der linken Seite des Absorberstabes 31 die Kühlgasdrossel 66 in geöffnetem
Zustand dargestellt; rechts neben dem Absorberstab 31 wird die geschlossene Kühlgasdrossel
66 gezeigt.