DE1204346B

DE1204346B - Notabschalteinrichtung fuer Atomkernreaktoren

Info

Publication number: DE1204346B
Application number: DES74872A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Kumpf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-07-18
Filing date: 1961-07-18
Publication date: 1965-11-04

Description

Notabschalteinrichtung für Atomkernreaktoren Jeder Atomreaktor muß aus Sicherheitsgründen mit Einrichtungen versehen sein, mit deren Hilfe die Kettenreaktion beim Auftreten anormaler Betriebszustände, wie z. B. bei plötzlichen Leistungsexkursionen, mit möglichst geringem Zeitverzug abgestoppt werden kann. Für derartige Notabschaltungen sind üblicherweise besondere Absorberstäbe vorgesehen, die durch einen besonderen Mechanismus im Gefahrenfalle in den Kernbereich des Reaktors eingeschoben werden. Diese Stäbe besitzen zusammen mit ihrer Antriebseinrichtung eine verhältnismäßig große Masse, so daß es schwierig ist, sie in der notwendig kurzen Zeit in den Reaktor zu befördern. Eine andere Möglichkeit zur Schnellabschaltung besteht darin, innerhalb eines Druckrohres des Reaktors eine Patrone mit hochkomprimiertem absorbierendem Gas anzuordnen. Diese Patrone ist mit einer Schmelzungssicherung versehen, die im Gefahrenfall durch die übermäßig starke Erhitzung des um sie herum angeordneten Spaltstoffes zum Schmelzen kommt, so daß das unter Druck stehende absorbierende Gas in den Raum des Druckrohres ausströmt und durch Neutronenabsorption die Kettenreaktion zum Stillstand bringt. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß sie von außen nicht beeinflußbar ist und automatisch auf die Brennstofftemperatur anspricht, wenn also unter Umständen der Gefahrenfall noch nicht gegeben ist bzw. wenn es noch möglich ist, mit Hilfe der normalen Regelstäbe den Reaktor abzuschalten. Es ist ferner bekannt, stark absorbierende Flüssigkeiten unter hohem Druck außerhalb des Reaktors zu speichern und sie im Gefahrenfall durch entsprechende Ventile ins Reaktorinnere zu treiben.
Es besteht hier jedoch- die Gefahr, daß die Absorberflüssigkeit, die üblicherweise sehr lange unbenutzt bleibt, durch Temperaturbeeinflussung vom Reaktor her über undichte Ventile teilweise ausdampft oder sonst ihre Zusammensetzung verändert, die Absperrorgane zusetzt oder durch etwaige Undichtheiten in diesen in .den Reaktor gelangt und somit den Betrieb desselben empfindlich stört.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und bezieht sich auf eine Notabschalteinrichtung für Atomkernreaktoren mit einem außerhalb des den Reaktorkern enthaltenden Druckgefäßes angeordneten Vorratsbehälter, der mit einem neutronenabsorbierenden strömungsfähigen Material gefüllt ist und die Mittel enthält, die im Notfall automatisch eine Verbindung zwischen dem Inneren des Vorratsbehälters und dem Inneren des Reaktordruckgefäßes herstellen. Erfindungsgemäß ist der dünnwandige, patronenähnliche Vorratsbehälter mit einer Sollbruchstelle versehen und innerhalb eines fingerhutartigen Druckrohres, das mit Hilfe eines Anschlußflansches auf das Druckgefäß direkt aufgesetzt ist, unter Verwendung einer kolbenringartigen Abdichtung an dem dem Druckgefäß zugewandten Ende des Vorratsbehälters federnd eingesetzt. Außerdem ist innerhalb dieses Druckrohres zwischen dem Vorratsbehälter und der Flanschverbindung gegenüber der Sollbruchstelle eine starre, dornartige Durchstoßeinrichtung vorgesehen und führt von .dem durch das fingerhutartige Druckrohr, die kolbenringartige Abdichtung und die Wand des Vorratsbehälters begrenzten Raum eine Rohrleitung unter Zwischenschaltung eines Ventils zu einer ein Druckgas enthaltenden Flasche.
Eine derartige Notabschalteinrichtung ist, da sie außerhalb des Reaktorgefäßes angeordnet ist, besonders leicht zu überwachen, sie ist einfach in ihrem Aufbau und damit zuverlässig in ihrer Wirkung. Diese setzt im Vergleich zu anderen außerhalb des Reaktorkernes angeordneten Einrichtungen praktisch ohne jede zeitliche Verzögerung ein.
Ein Beispiel für eine -derartige Notabschalteinrichtung wird in der Figur dargestellt. Darin ist ein Ausschnitt des Reaktordruckkessels mit dem durchbrochenen Flansch mit 1 und das leicht abnehmbare fingerhutartigeDruckrohr mit 2 bezeichnet. Dieses ist über die Leitung 3 unter Zwischenschaltung eines einfachen Ventils 4 mit der Druckgas enthaltenden Flasche 5 verbunden. Im Inneren des Druckrohres befindet sich der das Absorbermedium 1® enthaltende patronenähnliche Hohlkörper 6. Dieser ist gegen die Wandung des Druckrohres 2 durch den kolbenartigen Ring 7 abgedichtet, der durch eine Feder 8 zusammen mit dem patronenähnlichen Hohlkörper nach oben gedrückt wird. Am unteren Ende ist eine dornartige Durchstoßeinrichtung 9 in das Druckrohr eingesetzt. Damit bei Temperaturschwankungen der dünnwandige patronenähnliche Hohlkörper 6 nicht zerreißt, sind Ausdehnungsabschnitte, z. B. in Foren eines Faltenbalges 61 vorgesehen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun kurz folgende: Bei Eintreten eines Gefahrenfalles wird das Ventil 4 z. B. fernbetätigt geöffnet, so daß das in der Druckflasche 5 befindliche Gas, das unter wesentlich höherem Druck steht als der Innenraum des Reaktors, in den Fingerhut 2 gelangt und en patronenähnlichen Hohlkörper, der z. B. auch aus Kunststoff bestehen kann, nach unten drückt, so daß er durch die dornartige Durchstoßeinrichtung 9 aufgerissen wird. Der sehr dünnwandige Hohlkörper wird dadurch weiterhin so zusammengedrückt, daß sich fast sein ganzer Inhalt in den vom Moderator erfüllten Raum des Reaktors ergießt. Das Absorbermedium besteht dabei aus einer Flüssigkeit, einem sandartigen Granulat oder insbesondere auch aus einer breiartigen Masse. Letztere ist besonders günstig, da durch sie eine wesentlich höhere Dichte des absorbierenden Stoffes möglich ist. Der Hohlkörper 6 besitzt an seinem unteren Ende eine Membran als Sollbruchstelle und auch sonst nur eine sehr dünne Wandstärke, so daß er durch den Gasdruck zusammengepreßt wird. Damit der absorbierende Inhalt auch restlos herausgepreßt wird, ist es zweckmäßig, diesen Hohlkörper z. B. faltenbalgähnlich zu gestalten oder ihm einen ovalen Querschnitt zu geben. Er kann dadurch entweder von oben nach unten oder von beiden Seiten gleichmäßig und vollständig zusammengedrückt werden. Zur Verkürzung der Ausströmzeit des Absorbermediums ist es zweckmäßig, die Öffnung der Bodenmembran des Hohlkörpers durch die dornartige Einrichtung 9 so groß wie möglich zu machen, also z. B. diese Durchstoßeinrichtung zusätzlich noch mit zwei gekreuzten Schneiden zu versehen.
Eine derartige Notabschalteinrichtung hat gegenüber den bekannten den Vorteil, daß das Absorbermedium unmittelbar vor dem Reaktorkesseleintritt gespeichert ist und daher eine äußerst kurze Einspritz-bzw. Ausströmzeit erreicht werden kann. Außerdem können die sonst üblichen mehrfachen Ventilsicherungen bzw. Füll- und Reinigungsleitungen vermieden werden, da das Absorbermedium während seiner Bereitschaftsstellung in einem dichten Hohlkörper eingeschlossen ist. Gleichfalls wird eine Verunreinigung des Absorbermittels durch eventuell leicht undichte Absperrorgane ausgeschlossen. Der sehr einfache konstruktive Aufbau einer solchen Einrichtung gewährleistet außerdem auf Grund seiner geringen Störanfälligkeit ein Höchstmaß an Betriebssicherheit für den ganzen Reaktor.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Vielmehr sind auch noch andere konstruktive Lösungen denkbar, die auf den gleichen Funktionsprinzipien aufgebaut sind. Dabei kann es zweckmäßig sein, das Absorbermedium zur besseren Verteilung im Reaktorraum direkt in die Kühlmittel- bzw. Moderatorströmung einzuspritzen.

Claims

Patentansprüche: 1. Notabschalteinrichtung für Atomkernreaktoren mit einem außerhalb des den Reaktorkern enthaltenden Druckgefäßes angeordneten Vorratsbehälter, der mit einem neutronenabsorbierenden strömungsfähigen Material gefüllt ist, und mit Mitteln, die im Notfall automatisch eine Verbindung zwischen dem Inneren des Vorratsbehälters und dem Inneren des Reaktordruckgefäßesherstellen,dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige, patronenähnliche Vorratsbehälter mit einer Sollbruchstelle versehen und innerhalb eines fingerhutartigen Druckrohres, das mit Hilfe eines Anschlußflansches auf das Druckgefäß direkt aufgesetzt ist, unter Verwendung einer kolbenringartigen Abdichtung an dem dem Druckgefäß zugewandten Ende des Vorratsbehälters federnd eingesetzt ist, daß innerhalb dieses Druckrohres zwischen dem Vorratsbehälter und der Flanschverbindung gegenüber der Sollbruchstelle eine starre dornartige Durchstoßeinrichtung vorgesehen ist und daß von dem durch das fingerhutartige Druckrohr, die kolbenringartige Abdichtung und die Wand des Vorratsbehälters begrenzten Raum eine Rohrleitung unter Zwischenschaltung eines Ventils zu einer ein Druckgas enthaltenden Flasche führt.
2. Notabschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter die Gestalt eines Faltenbalges hat.
3. Notabschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß der Vorratsbehälter einen ovalen Querschnitt hat. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1083 948; Nucleonics, 1955, August, S. 30 bis 33; A. W. K r a m e r, Boiling Water Reactors, 1958, S.307.