Druckhalter für Kernreaktoranlagen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckhalter für Kernreaktoranlagen, bestehend aus einem teilweise mit Wasser gefüllten Druckkessel, darin eingesetzten wahlweise zu- und abschaltbaren elektri schen Heizelementen sowie Sprühdüsen zur gesteuerten Kondensation und damit Druckeinstellung des erzeugten Dampfes.
Solche an sich bekannte Druckhalter sind mit Abbla- seventilen zum Abblasen von Dampf, wenn die Wirkung der Sprühung nicht mehr ausreicht, versehen.
In Fig. 1 ist ein derartiger Druckhalter in Verbindung mit den wesentlichsten Teilen einer Kernreaktoranlage schematisch dargestellt. Der Reaktor selbst befindet sich innerhalb des Druckkessels 1. Über die Leitung 3 wird kaltes Speisewasser zu- und über die Leitung 2 heisses Druckwasser abgeführt. Dieser Kühlwasserkreislauf schliesst sich über den Wärmetauscher 5 und die Pumpe 7. Da ein Sieden des Wassers innerhalb des Druckgefäs- ses 1, also des Reaktors, unter allen Umständen vermie den werden muss, ist es nötig, einen entsprechend hohen Druck aufzubringen. Dies geschieht mit Hilfe des Druck halters 4, der mit der heissen Seite 2 der Kühlwasserlei tung direkt in Verbindung steht.
Durch teilweises Ver dampfen des Wassers mit Hilfe elektrischer Heizelemente 42 baut sich in diesem Druckkessel ein einstellbarer Dampfdruck auf, der sich dem ganzen übrigen System mitteilt und darin somit ein Sieden mit Sicherheit vermei det. In diesem schematisch dargestellten Kühlmittelkreis- lauf sind lediglich noch auf der Sekundärseite die Turbine 6 mit dem angeschlossenen Generator zu erwäh nen, die mit dem im Wärmetauscher 5 gebildeten Dampf betrieben wird.
Bei der Ausbildung derartiger Druckhalter muss dafür Sorge getragen werden, dass die elektrischen Heizelemente stets vom Wasser bedeckt sind. Sie werden daher üblicherweise, wie in der Fig. 1 dargestellt, nur in der untersten Zone des Druckhalters angeordnet. Mit grösser werdenden Reaktorleistungen werden aber immer grössere Anforderungen an die Druckhalterleistung ge stellt, die normalerweise nur durch eine entsprechende Vergrösserung des Druckhalterkessels und entsprechen der Vermehrung der elektrischen Heizelemente erfüllt werden kann. Damit ist aber eine höchst unerwünschte Verteuerung des Druckhalterkessels verbunden, ganz abgesehen von dem damit sich bildenden toten Raum, der nicht praktisch genutzt werden kann.
Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfin dung vermieden. Nach dieser sich die Heizelemente bis zur maximalen Wasserstandshöhe verteilt im Druckkessel eingebaut, jedoch nur bis zur Höhe des jeweiligen Wasserstandes einschaltbar. Diese Anordnung hat nicht nur den Vorteil, dass mit herkömmlichen Druckkessel- grössen gearbeitet werden kann, vielmehr ergibt sich infolge der verhältnismässig kleinen Wassermengc eine sehr rasche Dampfbildungsmöglichkeit, was für die Druckregelung grosser Reaktoren von besonderer Be deutung ist.
Bei Druckhaltern herkömmlicher Bauart war prak tisch ein Trockengehen der Heizelemente aufgrund ihrer Anordnung am tiefsten Punkt des Druckhalters unmög lich. Bei dem durch die vorliegende Erfindung vorge schlagenen Aufbau des Druckhalters, bei dem nur jene Heizelemente beheizt werden, die sich unter der Wasser oberfläche befinden, sind Massnahmen notwendig, um das Trockengehen einzelner Heizelemente mit Sicherheit zu vermeiden. Es sind für diese Sicherung zwei Einrich tungen vorgesehen, damit beim Nichtfunktionieren der einen wenigstens die andere anspricht und damit einer Zerstörung von Heizelementen mit Sicherheit vorgebeugt wird.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Druckhalters gemäss dieser Erfindung einschliesslich dieser Sicherungsvorrichtungen, wobei die Fig.2 einen Längsschnitt und die Fig. 3 einen Querschnitt in Höhe der Linie 111-III von Fig. 2 darstellt. Der Druckhalter 4 besteht aus dem Druckkessel 41 sowie den Heizelemen- ten 42, die in einzelnen Etagen, a, b, c usw. z.B. radial zur Achse des Druckhalterkessels angeordnet sind. Der maxi male Wasserspiegel ist mit 45 gekennzeichnet.
Im Dampfraum des Kessels sind eine oder mehrere Düsen 46 für die gesteuerte Kondensation und damit Druckeinstel lung des erzeugten Dampfes angeordnet, die gemäss Fig. 1 mit der Kühlwasserzuführungsleitung 3 in Verbin dung stehen. Jede einzelne Etage von Heizelementen 42a bzw. 42b usw. ist, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, gemeinsam einschaltbar.
Zur Sicherung der Heizelemente vor dem Trockengehen ist eine Wasserstandsmesseinrich- tung vorgesehen, bestehend z.B. aus dem nichtferroma- gnetischen Rohr 43, in dem ein ferromagnetischer Schwimmer entsprechend der Wasserhöhe des Druckhal ters frei nach oben oder unten bewegt wird. Ausserhalb dieses Rohres 43 ist eine Messeinrichtung 44 angeordnet, die beispielsweise aus magnetisch bewegbaren Kontakten besteht. Die Zahl dieser Kontakte entspricht der Anzahl der Ebenen der Heizelemente und ist diesen auch räumlich in entsprechender Weise zugeordnet.
Diese durch die Magnetschwimmer betätigbaren Kontakte sor gen für eine Unterbrechung der Stromzuführungsleitun- gen 80 für die Heizelemente der zugehörigen Ebene mit Hilfe der Kontakte 81, im dargestellten Falle des Kontak tes 81a für die Heizelementebene 42a.. Dieser Schaltkon takt 81a muss selbstverständlich in an sich bekannter Weise mit einer Selbsthalteeinrichtung versehen sein, wenn z.B. der Schwimmer tiefer sinkt und ebenfalls die nächste Heizelementebene abschaltet.
Sollte diese Ein richtung aus irgendeinem Grunde einmal nicht richtig funktionieren, so sorgt gemäss Fig. 3 eine Hilfseinrich tung dafür, dass dennoch die Stromzuführungsleitung 8 unterbrochen wird. Diese Hilfseinrichtung besteht z.B. aus zwei gegeneinander geschalteten Thermoelementen 83, die einmal die Temperatur der Kesselwandung und zum anderen die Temperatur der äusseren oder inneren Teile des Heizelementes messen. Solange die Heizelement- ebene vom Wasser bedeckt ist, wird an diesen beiden Messpunkten ein bestimmter Temperaturunterschied vor handen sein.
Dies ändert sich jedoch sofort, wenn der Wasserspiegel unterhalb diese Heizelementebene abzusin ken beginnt. Der dann auftretende grössere Temperatur- und damit Spannungsunterschied an den Thermoelemen- ten wird mit Hilfe eines Verstärkers 84 zur Unterbre chung der Kontaktbrücke 82a und damit der Stromver sorgungsleitung 8 ausgenützt. Auch in diesem Falle ist in dem Verstärker 84 eine Einrichtung zur Selbsthalterung vorgesehen.
Selbstverständlich wird der Schaltzustand der Ener gieversorgungsleitung 8 auf einem Anzeigegerät sichtbar gemacht, das hier nicht näher dargestellt ist. Beim Wiederansteigen des Wassers im Druckhalterbehälter sprechen die Magnetschalter der einzelnen Heizelement ebene ein zweites Mal an und machen damit die Unterbrechung der betreffenden Energieversorgungslei tung 8 wieder rückgängig. Gleichzeitig wird damit auch die Selbsthalterung der thermischen Heizelementüberwa- chung wieder unterbrochen, so dass die betreffende Heizelementebene nunmehr wieder einschaltbar ist.
Diese Einschaltung hängt natürlich nicht von der Wasserstands höhe ab, sondern lediglich von den regeltechnischen Bedürfnissen der gesamten Reaktoranlage.
Selbstverständlich könnten noch andere Sicherheits einrichtungen gegen eine irrtümliche Einschaltung nicht im Wasser eingetauchter elektrischer Heizelemente vor gesehen werden. Durch diesen Aufbau eines Druckhal ters ist es somit möglich, bei gleichem Druckhaltevolu- men im Vergleich zu dem bisherigen Stand der Technik eine wesentlich grössere Anzahl von Heizelementen un terzubringen, bei gleichzeitiger Verbesserung der Druck regeleigenschaften. Die kürzeren Druckregelzeiten wer den insbesondere dadurch ermöglicht, dass dicht unter halb der Wasseroberfläche - wo das Wasser sicher die höchste Temperatur hat - geheizt wird und der Dampf sofort in den Dampfraum oberhalb des Wasserspiegels 45 gelangt.