DE102018003431A1

DE102018003431A1 - Turbinen-Pumpen-Kühlung

Info

Publication number: DE102018003431A1
Application number: DE102018003431.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2018-10-31
Also published as: DE202017002223U1

Abstract

Heutige Atomkraftwerke weisen im Wesentlichen ein redundantes Notkühlkonzept über mehrere separate elektrisch angetriebene Pumpen auf, die von Notstromaggregaten versorgt werden.Die elektromotorisch angetriebenen Pumpen haben im Wesentlichen die Aufgabe bei Ausfall der Hauptkühlmittelpumpen die Kühlung über ein zweites redundantes Kühlkonzept sicherzustellen. Dadurch soll eine Kernschmelze durch Überhitzung des Reaktors vermieden werden.Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die Anforderungen durch heutige redundante Kühlsysteme insbesondere bei Naturkatastrophen oder menschlicher Fehlsteuerung nicht erfüllt werden können.Dieses Problem wird den Schutzansprüchen 1-6 aufgeführten Merkmalen gelöst.Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Notkühlung über den mit Pressluft vorgespannten Wassertank (20) auch bei totalem Stromausfall aller Notstromaggregate für einen ausreichenden Zeitraum erhalten bleibt. Im Anschluß versorgt die Werksfeuerwehr durch ihre Fahrzeugpumpen die Turbinenpumpen mit eigenem hydraulischem Fluid. Dadurch ist die Kühlung des Reaktors stets sichergestellt. Zur Erhöhung der Standsicherheit kann der Wassertank auch unter der Erde angebracht sein. Die Verrohrung des Wassertanks ist konstruktiv (z.B. Dehnbögen) so ausgelegt, das Erschütterungen und Erdverformungen die Funktion der Versorgungsleitungen gegen Leckage sicherstellt. Die Erwärmung des Druckantriebswassers der Feuerwehr oder Katastrophenfahrzeuge zur Turbine wird z.B. durch einen Kühlturm sichergestellt.

Description

Atomkraftwerke sind heute wichtiger Bestandteil der Energieversorgung. Weltweit wird die Anzahl der Atomkraftwerke durch steigenden Energiebedarf weiter zunehmen, auch wenn regenerative Energien stark gefördert werden. Bei der nuklearen Stromerzeugung ist ein zentrales Thema die Kühlung des Rektors mit den Brennstäben sowie der Abklingbecken. Ein Ausfall des Kühlsystems durch technisches Versagen, Sabotage oder Naturkatastrophen hat fatale Folgen für Umwelt, Mensch und Tiere. Deshalb gilt es den GAU eines Atomkraftwerkes durch bestmögliche Sicherheitstechnik zu minimieren. Aktuell wird der Kühlbedarf durch mehrere redundante elektrisch angetrieben Pumpen mit Notstrom sichergestellt.
In Atomkraftwerken kommt es trotz hoher Sicherheitsstandards immer wieder zu großen Havarien. Diese haben ihren Ursprung in technischem versagen, Sabotage oder Naturgewalten. Die größten super GAUs gab es bisher durch manipulieren von Sicherheitssystemen (Tschernobyl) oder durch Naturkatastrophen (Fukushima) In beiden Fällen konnte die Notfallkühlung nicht aufrecht gehalten werden. Ein Kernthema zukünftiger Atomkraftwerke ist die Sicherheitsstandards für die Notkühlung durch voll redundante Systeme sicherer zu gestalten.
Der im Schutzanspruch 1-6 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, das die neuen Anforderungen durch herkömmliche Sicherheitssysteme nicht zu erreichen sind. Um die Notfallkühlung von Reaktoren auch in Extremsituationen aufrecht zu erhalten ist deshalb ein neues Redundanzkonzept notwendig.
Dieses Problem wird durch den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Notkühlung kritischer Komponenten bei Atomkraftwerken auch in Extremsituationen stets verfügbar ist. Ein ähnliches redundantes System wird heute in Sprinkleranlagen und bei Feuerwehren als Turbinen-Pumpe zur Schmutzwasserförderung eingesetzt. Der Synergieeffekt beider Techniken ergibt erfindungsgemäß das neue schutzfähige Sicherheitskonzept. Durch die Speicherung von Energie in Form von Druckluft in einem Behälter mit einem angeschlossenen Wasserstank mit z.B. Frostschutzmitteln kann dieser Energiespeicher im Notfall abgerufen werden. Das ausströmende Wasser (Treibwasserstrom) treibt mit hohem Druck eine Turbine an. Die Turbine treibt das Notfallkühlsystem des Reaktors und / oder der Nachkühlbecken an. Diese Notfallkühlung ist auf die Zeit begrenzt, die eine Werksfeuerwehr bis zum Einsatzort benötigt. Diese übernimmt mit ihren Fahrzeugpumpen den hydraulischen Antrieb der Turbine-Pump-Kühlung des Reaktors um die Kühlung kritischer Bauteile sicherzustellen. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausführung die hermetische Trennung des radioaktiven Kühlmittels vom Antriebsfluid der Turbine (n).
Der im Schutzanspruch 2 aufgeführten Merkmale wird das Problem gelöst, das der Elektromotor für die Notfallkühlung beim Einschalten nicht die Turbine mitschleppen muß.
Der im Schutzanspruch 3 aufgeführten Merkmale wird das Problem der Konformität gelöst. Alle Feuerwehren nutzen Lände spezifisch den gleichen Anschlussstandard für Ihre Wasserförderung.
Der im Schutzanspruch 4 aufgeführten Merkmale wird das Problem gelöst, dass das Antriebs-Wasser vom Energiespeicher oder der Feuerwehr automatisch funktionsrichtig zu der Turbine geführt wird.
Der im Schutzanspruch 5 aufgeführten Merkmale wird das Problem gelöst, dass das Wasser im Vorratskühlbecken wahlweise durch einen Kühlturm zur Abkühlung des Treibmediums geführt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist hier, dass das System auch bei komplettem Energieausfall noch funktionsfähig ist, da es sich hier um ein mechanisches robustes redundantes fail-save Konzept handelt.
Die Ausführung der Erfindung wird mit Anhand der 1 - 5 erläutert.

1 Schnitt Vorne ->Turbinen-Pumpen-Kühlung
2 Schnitt, Seite -> Turbinen-Pumpen-Kühlung
3 ISO, mit Boden -> Turbinen-Pumpen-Kühlung
4 ISO, ohne Boden -> Turbinen-Pumpen-Kühlung
5 ISO, Vorne -> Turbinen-Pumpen-Kühlung, Direktantrieb, Ausführung ohne Elektromotor

Bezugszeichenliste

(1): Reaktorkuppel
(2): Kühlkreislauf
(3): Notfallpumpe
(4): Pumpensauganschluß
(5): Fundament
(6): Maschinenträger
(7): Wellenschutz
(8): Wellenverbinder
(9): Elektromotor
(10): Freilauf
(11): Druckluftversorgungsleitung Thermostatventil
(12): Turbine
(13): Turbinenausgangsverteiler
(14): Druckkesselverteilungsleitung
(15): Auffangbecken
(16): Saugleitung
(17): Turbinenausflussrohr
(18): Rückschlagventil
(19): Ständer
(20): Wassertank
(21): Entlüftung
(22): Pegelsensor
(23): Drucklufttank
(24): Drucktankanschluß
(25): Drucksensor
(26): Rückschlagventil
(27): Kompressorleitung
(28): Druckluftsteuerleitung
(29): Kompressor
(30): Druckminderer
(31): Verteiler
(32): Verbinder
(33): Schaltventil
(34): Verbindungsrohr
(35): Absperrventil
(36): Kupplung
(37): Turbinenzuleitung

Claims

Turbine als Antrieb für Notfallkühlung Dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine (12) über einen Elektromotor (9) die Notfallpumpe (3) antreibt. Das Wasser des Wassertanks (20) und der Druckluft aus dem Drucklufttank (23) dienen als Energielieferant zum redundanten Pumpenbetrieb im Fall eines totalen Stromausfalls.
Freilauf Dadurch gekennzeichnet, das ein Freilauf (10) beim Betrieb durch der Notfallpumpe (3) mit Elektromotor (9) die Turbine (12) trennt. Vorteilhaft wird hierdurch eine Leistungseinbuße an der Notfallpumpe (9) vermieden. Ein unnötiger Verschleiß der Turbine (12) wird so vorteilhaft ausgeschlossen.
Feuerwehr Norm Kupplung Dadurch gekennzeichnet, das die Versorgungsanschlüsse (13), (14), (16), (37) der Turbine (12) zum Betrieb durch die Feuerwehr eine genormte Kupplung (36), z.B. eine Storz-Kupplung hinter dem Absperrventil (35)verwenden.
Rückschlagventil Dadurch gekennzeichnet, das ein Rückschlagventil (18) in der Turbinenzuleitung (37) und ein weiteres Rückschlagventil (18) im Turbinenausgangsverteiler (13) angebracht ist. Die Rückschlagventile (18) verhindern einen ungewollten Rückfluss des Antriebmediums während des Feuerwehrbetriebs in den Wassertank (20) oder in das Auffangbecken (15).
Auffangbecken mit Kühlanschluss Dadurch gekennzeichnet, das dass Fördermedium aus dem Auffangbecken (15) während des Feuerwehrbetriebs wahlweise bei Eigenerwärmung durch eine umschaltbare oder stufenlos regelbare Bypassleitung in ein Kühlsystem, z.B. einen Kühlturm geleitet wird.
Schaltventil für Auslösefunktion Dadurch gekennzeichnet, das dass Schaltventil (33) als pneumatisch vorgespanntes fail-save Ventil ausgeführt ist.