DE1221372B

DE1221372B - Atomkernreaktoranlage

Info

Publication number: DE1221372B
Application number: DES84373A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Jacob Kaegi
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1963-03-20
Filing date: 1963-03-26
Publication date: 1966-07-21
Also published as: US3341421A; BE645404A; GB985647A; CH401281A; NL291393A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/22

Nummer: 1221372

Aktenzeichen: S 84373 VIII c/21 g

Anmeldetag: 26. März 1963

Auslegetag: 21. Juli 1966

Die Erfindung betrifft eine Atomkernreaktoranlage, in welcher Wärme aus dem Reaktor mittels eines gasförmigen Wärmeträgers über einen Wärmeübertrager einem Arbeitsmittel abgegeben wird, wobei der Wärmeträger mindestens im Wärmeübertrager einen höheren Druck aufweist als das Arbeitsmittel.

Bei Atomkernreaktoranlagen mit Wärmeübertragern besteht im allgemeinen die Gefahr einer Undichtheit im Wärmeübertrager. Diese Gefahr ist besonders ausgeprägt bei Anlagen mit gasförmigem Wärmeträger mit höherem Druck als das Arbeitsmittel. In einem solchen Falle besteht nämlich die Gefahr von Übertritt des Wärmeträgers in den Kreislauf des Arbeitsmittels und unter Umständen sogar von dort, z. B. durch die Turbinendichtungen, nach außen. Einem derartigen Austritt von Wärmeträger muß unter anderem schon aus dem Grund mit allen Mitteln entgegengewirkt werden, da die Gefahr der radioaktiven Verseuchung des Arbeitsmittelkreislaufes und der Umgebung der Reaktoranlage besteht.

Es ist in diesem Zusammenhang zur Feststellung von Undichtheiten in gasbeheizten Dampferzeugern von Kernreaktoren bekannt, das Vorhandensein von Gas im Wasserkreislauf durch Massenspektrographen zu bestimmen. Eine derartige Bestimmung erfordert jedoch komplizierte Apparaturen, die für die normalen Betriebsverhältnisse bei Dampferzeugern wenig geeignet sind. Es ist auch bekannt, ein Leck in einem Rohrsystem des Dampferzeugers einer Kernreaktoranlage dadurch festzustellen, daß der aus dem Dampferzeuger austretende Dampf auf seine Radioaktivität überwacht wird. Eine derartige Überwachung ist jedoch schwer durchführbar, da es sich normalerweise um die Feststellung sehr schwacher Aktivitäten handelt, die sich von der Aktivität des Hintergrundes wenig abheben. Zudem ist die dazu erforderliche Apparatur auch verhältnismäßig kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur raschen Feststellung einer Undichtheit im Wärmeübertrager einer Anlage der erwähnten Art, welche einfach, im Betrieb robust und anspruchslos und trotzdem genau ist. Das wird dadurch erreicht, daß in einer von der Arbeitsmittelleitung am Austritt aus dem Wärmeübertrager abzweigenden Leitung ein Kondensator mit einem dem Kondensator zugeordneten Detektor zur Feststellung des Vorhandenseins von Wärmeträger im Arbeitsmittel angeordnet ist.

Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Atomkernreaktoranlage

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,

Winterthur Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Jacob Kägi,
Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 20. März 1963 (3563)

F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 wird einem Kernreaktor gasförmiger Wärmeträger, ζ. B. Kohlendioxyd (CO₂), durch eine Rohrleitung 2 zugeführt und nach der Erhitzung im Reaktor durch eine Rohrleitung 3 wieder entnommen. Zwischen den Rohrleitungen 2 und 3 sind Druckgefäße 4, 4' von Wärmeaustauschern unter Zwischenschaltung von Ventilen 50 angeordnet, in denen sich Rohrschlangen 5 befinden. Obwohl in Wirklichkeit die Anzahl der Wärmeaustauscher größer, z. B. vier ist, sind aus Gründen der Übersicht nur zwei gezeichnet worden, wobei einander entsprechende gleiche Teile der Anlage mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Den Rohrschlangen 5 wird das abgekühlte Arbeitsmittel, z. B. Speisewasser, durch eine Rohrleitung 6 zugeführt, aus welcher Rohrleitungen 7 zu den einzelnen Wärmeübertragern abzweigen. Am Austritt aus den Wärmeübertragern gelangt das Arbeitsmittel in Rohrleitungen 8, welche in eine gemeinsame Rohrleitung 10 münden, die zu einer Turbine 11 führt. Aus der Turbine 11 gelangt das Arbeitsmittel in einen Kondensator 12, dem es durch eine Kondensatpumpe 13 entnommen wird, um durch Vorwärmer 14,15

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Claims

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einem Speisebehälter 16 zugeführt zu werden. Dem Wärmeübertrager vom Arbeitsmittelkreislauf trennen.

Speisebehälter 16 wird das Arbeitsmittel durch eine Im Falle eines Druckanstieges im abgeschlossenen

Speisepumpe 17 entnommenen und in die Rohrlei- Teil über das zulässige Maß hinaus tritt das Sicher-

tung 6 gefördert. Zur Umwälzung des Wärmeträgers heitsventü 25 in Funktion.

kann im gemeinsamen Teil der Rohrleitung 2 ein 5 Di§se Anordnung gestattet ein spfortiges Feststellen

Umwälzgebläse 18 angeordnet sein. des Übertrittes von Wärmeträger in den Arbeitsmittel·

In der Rohrleitung 7 ist ein Absperrorgan 20 an- kreislauf im Falle eines Lecks in einem der Wärmegeordnet, in der Rohrleitung 8 ein Absperrorgan 21. übertrager. Da eine Aufteilung der gesamten Wärme-Diese Absperrorgane dienen einer Trennung der be- Übergangsfläche in mehrere selbstständige Wärmetreffenden Rohrschlangen 5 vom Arbeitsmittelkreis- io übertrager besteht, kann ohne Schwierigkeiten für die lauf und werden zu diesem Zweck von einem Steuer- Anlage ein einzelner Wärmeübertrager, in welchem organ 22 über Signalleitungen 23, 24 betätigt. Nach ein Leck festgestellt wurde, sofort vom Kreislauf gedem Absperrorgan 20 ist die Rohrleitung 7 vor dem trennt werden. Auf diese Weise kann ein größeres Eintritt in den Wärmeübertrager mit einem Sicher- Ausströmen von Wärmeträger in den Arbeitsmittelheitsventil 25 versehen. 15 kreislauf und von dort aus in die Umgebung der

Von der Rohrleitung 8 zweigt je eine Rohrleitung Reaktoranlage vermieden werden.

26 ab, welche über eine Drosselstelle 27 in einen In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsfonn dar-Kondensator 28 führt. Das Kondensat wird aus einem gestellt, und die der F i g. 1 entsprechenden Teile sind mit dem Kondensator verbundenen Behälter 30 mit mit den gleichen Bezugszeiehen wie dort bezeichnet. Hilfe eines Ventils 31 in an sich bekannter Weise in 20 Die Ausführungsform nach der F ί g. 2 unterscheidet Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels sich im wesentlichen von der nach F i g. 1 dadurch, mit Hilfe eines Niveaureglers 32 abgelassen. Das im daß das Druckmeßorgan 34 durch ein Gerät 40 zur Kondensator 28 anfallende Gas-Dampf-Gemisch Messung der Konzentration von Wasserstoffionen wird durch eine Vakuumpumpe 33 abgesaugt. .Ein (pH-Wert) im Kondensat ersetzt ist. Abweichend von Druckfühler 34 mißt den im Kondensator 28 herr- 25 der Ausführung nach Fig. 1 wird die Absaugung aus sehenden Druck und sendet ein entsprechendes Meß- dem Reaktor nicht durch eine besondere Pumpe signal durch eine Signalleitung 35 dem Steuergerät durchgeführt, sondern die Kondensatoren 28 sind 22. Der zulässige Grenzwert dieses Druckes wird dem über eine Rohrleitung 41 mit Drosselorganen 42 Steuergerät 22 über eine Signalleitung 36 vorgegeben. an den Kondensator 12 der Turbinenanlage an-Dieser Sollwert kann veränderlich sein und muß z. B. 30 geschlossen.

beim Anfahren, wenn das ganze System mit Luft ge- Das Steuergerät 22 vergleicht wie bei der Anordr-

füllt ist, höher sein als während des Betriebes. nung nach F i g. 1 den vom Gerät 40 gemessenen

Während des Betriebes wird der gasförmige Wert mit einem gegebenen Grenzwert und betätigt

Wärmeträger durch das Uniwälzgebläse 18 um- beim Übersteigen des Meßwertes über den Grenzwert

gewälzt. Er passiert den Reaktor, durchströmt dann 35 die Absperrorgane 20,21.

parallel die Wärmeübertrager 4, 4', wo er Wärme an Die Anordnung nach F i g, 2 ist speziell für Andas Arbeitsmittel abgibt, und gelangt abgekühlt in die Jagen geeignet, bei denen als Reaktorkühlmittel Koh-Rohrleitung 2, Das Arbeitsmittel wird durch die lendioxyd (CO₂) dient und das Arbeitsmittel Wasser Speisepumpe 17 in die Rohrschlangen 5 gepumpt, ist. Beim Eintritt von Kohlendioxyd ins Wasser entverdampft in diesen durch die Wärme des Wärme- 40 steht Kohlensäure, die durch das Gerät 40 festgestellt trägers und gelangt durch die Rohrleitungen 8,10 in wird.

die Turbine, wo es mechanische Arbeit leistet. Aus Es versteht sieh, daß nicht unbedingt erforderlich der Turbine gelangt es in bekannter Weise durch den ist, daß jeder der Wärmeübertrager 4, 4' usw. einen Kondensator, die Kondensatpumpe und die Vor- eigenen Detektor zur Feststellung des Vorhandenwärmer 14,15 in den Speisebehälter, dem es durch 45 seins vom Reaktorkühlmittel vom Arbeitsmittel bedie Speisepumpe wieder entnommen wird. nötigt. Es ist auch eine Anordnung mit einem zen-

Ein Teil des durch die Rohrleitung 8 strömenden tralen Detektor möglich, der kurzzeitig, z. B. peri-

Arbeitsmitteldampfes wird durch die Rohrleitung 26 odisch, an die einzelnen aus den Wärmeübertragern

abgezweigt und gelangt in den Kondensator 28, wo führenden Rohrleitungen angeschlossen wird. Auch

eine Kondensation des Dampfes erfolgt. Die Menge 50 ist es möglich, die Anschlußleitungen für das Reak-

des abgezweigten Dampfes ist durch die Drosselstelle torkühlmittel in der Nähe der Wärmeaustauscher mit

27 und den im Kondensator 28 herrschenden Druck Abschlußorganen 50 zu versehen, die ein Abtrennen bestimmt. Der im Kondensator entstehende Druck ist des Wärmeübertragers auch vom Kühlmittelkreislauf bei gasfreiem Arbeitsmittel nur von der Temperatur gestatten. Diese Absperrorgane können auch in der in abhängig und hat einen bestimmten, bekannten Wert, 55 F i g. 2 angedeuteten Weise von den Steuerorganen den Sattdampfdruek. Da Vakuumpumpen die Eigen- 22 gleichzeitig mit den Absperrorganen 20 und 21 schaft haben, daß die geförderte Gasmenge eine betätigt werden.

Funktion des Ansaugdruckes ist, stabilisiert sich der

Druck im Kondensator auf einem Wert, welcher ein Patentansprüche:
Maß für den Gasgehalt des Arbeitsmittels bildet. Der 60

im Kondensator herrschende Druck wird vom Druck- · 1. Atomkernreaktoranlage, in welcher Wärme fühler 34 festgestellt und dauernd mit dem durch die aus dem Reaktor mittels eines gasförmigen Signalleitung 36 gegebenen zulässigen Wert ver- Wärmeträgers über einen Wärmeübertrager einem glichen. Übersteigt nun der gemessene Wert den zu- im Wärmeübertrager verdampfbaren Arbeitslässigen Wert, was nach geeigneter Einstellung beim 65 mittel abgegeben wird, wobei der Wärmeträger Auftreten eines Lecks der Fall ist, wird durch das mindestens im Wärmeübertrager einen höheren Steuerorgan 22 eine abschließende Betätigung der Druck aufweist als das Arbeitsmittel, dadurch Organe 20 und 21 veranlaßt, welche den betreffenden gekennzeichn et, daß in einer von der Ar-

beitsmittelleitung am Austritt aus dem Wärmeübertrager abzweigenden Leitung ein Kondensator mit einem dem Kondensator zugeordneten Detektor zur Feststellung des Vorhandenseins von Wärmeträger im Arbeitsmittel angeordnet ist.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Druckmeßorgan zur Messung des Gasdruckes im Kondensator enthält.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, bei welcher Kohlendioxyd als Wärmeträger und Wasser als Arbeitsmittel verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Gerät zur Messung der Konzentration von Wasserstoffionen im Kondensat enthält.

4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator eine Absaugvorrichtung enthält und über eine Drosselstelle an die abzweigende Leitung angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Die Atomwirtschaft, 1960, März, S. 105 bis 109; The Engineer, I960, August, S. 338 bis 341;
Engineering and Boiler House Review, 1956, November, S. 334 bis 365.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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