DE1764470A1 - Verfahren zur Notkuehlung von Kernen in dampfgekuehlten Atomkernreaktoren - Google Patents

Description

• wVerf ahren zur Notkühlung von Kernen in dampfgekÜhlten Atomkernreaktoren" Die Erfindung beziebt sich auf ein Verfahren zur Notkühlung von Kernen in dampfgekühlten Atomkernreaktoren, bei denen das zur Notkühlung verwendete Medium Über gesonderte Leitungen aus Speicherbehältern in das Reaktordruckgefäß eingeleitet wird.
• Bei dampfgekühlten Kernreaktoren ist der Wärmeübergang von den Brennotoffetäben zum Kühlmittel aufgrund der geringeren Wärmeübergangszahl wesentlich geringer; da ausseMem die Hüllen- .temperaturen der Brennstoffstäbe wegen einer angestrebten hohen Dampfaustrittetemperatur sehr hoch ist, ca. 6on bis ?oo 0C9 ist ein derartiger Kern sehr empfindlich gegen Störungen des Kühlmitteldurchaatzen. Bereits durch die Nachzerfallwärme, die im ersten Zeitraum nach einer Notabschaltung einige Prozent der Nennleistung ausmacht, wird der Kern bei unzureichender Notkühlung zerstört. Da dampfgelrUhlte Kerne im Nenabetrieb thermisch schon sehr hoch belastet sind, besitzen sie kaum noch' zusätzliche Wärmespeicherkapazität.
• Bei wassergekühlten Kernreaktoren ist es bekannt, kaltes NotkM-wasser durch oberhalb den Kernes ausserhalb der Brennelemente angeordnete Dilnenanordnungen mittels Pumpen auf den Kern zu sprilhen. Die-sen Verfahren ist jedoch nicht auf dampfgekUhlte Kernreaktoren übertragbarg daaus den bereits erwähnten physikalisc.Iien GrUnden die Brennstoffstäbe in den Brennelementen wesentlich dichter gepackt sind und schon aus diesem Grunde eine ausreichende Notkühlung nach diesem Verfahren nicht ger währleintet ist. Ferner ist wegen der hohen Olllrohtemperaturen der Brennstoffstäbe eine erheblich geringere Totzeit zwischen Eintreten den NotkUlfalles und Einsetzen der NotkOMung zulässigl um den Kern vor einer Zerstörung oder vor Brennelementem schaden zu aohflzen. Bei den bekannten Verfahren liegt eine erhebliche Zeitspanne zwischen dem Einschaltbetehl der.Not-X-(thlpumpen und dem Wirksamwerden der NotkÜhlung. Es ist die Aufgabe der Erfindung, für dampfgekühlte Kernreaktoren ein Verfahren zur Notkühlung des Kernes anzugeben, bei dem ohne Schädigung und in kürzester Zeit nach dem Eintreten eines NetkäUlfalles die Nctkühlung wirksam wird, und den Kern ausreIchend schützt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäas dadurch gelÖst, daß mindestens unter Reaktordruck stehendes heißes Wasser Düsenanerdnungen an Dampfeintrittsenden des Reaktorkerneazugeführt und so versprüht- wird, daß ein Netel aus Dampf und Wassertröpfehen entsteht, der durch den Reakt-irkein geleitet wird" Xm ersten Zeitraum nach erfo#-gter Abscha--,-tung des Reaktors wird durch Nachzerfallewärme noch ein erheblicher Teil an thermiaober Energie im Kern erzeugt. Diese Energie beträgt einige Prozent der Nennleistung. Wollte man einen derartig erhitzten Kern durch Fluten oder durch kaltes Wasser notkühlen, so entstünden durch den thermischen Schock Materialschädigungen an den Brennelementen. Da die einzelnen BrennäDffstäbe sehr dicht in den Brennelementen angeordnet sind, ist ein derartiger Kern auch nicht geeignet, daß in ihm ein Sieden stattfindet. Wollte man nämlich zur Notkühlung den Reaktor fluten, so würde wegen der hohen Hülltemperaturen kein normales Sieden, sondern eine Filmverdampfung an der Oberfläche der Brennstoffstäbe stattfinden, was ei» ausserordentlich schlechte X M ung und damit Brennelementschäden zur Folge hat. Der Vorteil des erfindun4pg«ässen Verfahrens ist, daß durch den heißen Nebel keine thernische Überbelastung insbesondere der Brennelemente eintritt. Yerner verdunsten die Wassertröpfehen des Nebels weiter, so daß durch die Verdunstungswärme des Wassers erhebliche

  Wärmemenge aus dem Kern mittransportiert wird. Auch ist

  eine erhebliche Volumensteigerung durch das Naoh*erdampfin

  der Tröpfchen in heißen Kern gegeben. Dadurch, daß das äe

  NotkUhlwasser unter mindbötens.Reaktordruck ätehte W$Xd#en dur04

  leitätt so daß die Notk.Wü#'n'g' "bereits nach ausäerördentlieh

  geringer Zeit nach ibrer Auelesung wirksam itird, und sehr

  etdrw».nf ällig ist da ihre Punktion nicht #von-'der: Pünk iöü''

  von Pumpen abhängt, Es ist ferner vorteilbirt v.=#-du btift#

  Notirwvaooer böi'den in Spetöherbehälter herre 'U cgt

  iv SättIgungszugtand eichIefindet. Dadurch tritt bei Vaaber-

  entnebne in Speicherbehalter Sieden auff) und 6810tellt nieh ein

  wo 4 144R4 ve

  vasser ein neuen Druok#oleter #entetandeu tot, UM de'it-Druok In

  Behälter vähränd den doi V'aääo» rä»te*

  k=taat Bei der Ibt dee Wiese». to dem Men

  von Behalterdrück auf im Reakterkera hoz2«hgmd ein lpiuok imtab

  eteht durch eine Tollverduwtmg die vo»Pru=g den, Vann*90'.*.

  ,=d die'Waso e*rtrölptehen :#w den Kern hineintra«mdor D'f"totimm.

  hohee gestobwindigkeitg was für den Vär»ttbe rem« Ügt ei ÜÄ ät

  Igine -Vorrichtung zur Durchführung den erfiMu»Seg«Bßeen #Ver- I

  tahrena besteht darin#- 40 *sich an Daxpfointritt@eM* jede$.

  Ufflmele»nt I es Düsen totiMeng die Über tütumen ma TiMilen

  mit den für das

  21

  bunden sind. vorieiäaftt':-rvtie'O,:,oiiä die Speidb«rbehält#or# ala

  4

  elektrisch - und/o#äe'r"

  abgabe isolierte Druckepeicher ausgebildet. Zur Erhöhmg der

  Punktionseicherheit des Notkühloyatemen sollen zwei vonaiiaander getrennte Düsensysteme mit zwei voneinander getrennten Speichersystemen vorhanden sein, so daß bei Ausfall einen Systemen immer noch durch die Funktion den anderen Systemes eine ausreichende Notkühlung gewährleistet ist. Es ist dabei möglioh,9 die Druck-Speicherbehälter für das heiße NotkUhlwasser gleichzeitig noch für andere Funktioneng beispielsweise als Wahrepeicher für die Reaktoran1 age au verwenden.
• Anband dreier Figuren sei das Wesen der Erfindung näher erläuterte Pig. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung den erfindungegenässen Verfahrens*' Zig. 2,und Yig. 3 zeigen Dänen, durch die das gotkilblvanner in das untere Ende den Brennelamuten eingesprüht wird.
• Pig. 1 ist mit 1 ein nechseckigen Brennelement einen dampfgekühlten Reaktorag beispielsweise einen dampfigekühlten sohnellen Reaktors bezeichnet. Die Form einen Brtnnel«enten ist für die Punktion unwesentlich, es hat sich jedoch geseigtl daß eine vorteilhafte Brennelementanordnung im lern einen dampfgekÜhlten schnellen Reaktors hezagonal ist. Das Brennelexent 1 raht in jer r*=trä$orplatte 17. Bei 19 strOmt aus d« Brennelement der überhitzte D»pfg der bei 18 in das Dampfeintrittsende den

  Brennelementee einatrömte Mit 2 ist die Döaaumordnunge durch

  die das heiße Notkühlwasser in das Brennelement g esprut wird

  bezeichnet. Von der DU9enanordnung 2 tUhrt die Leitung 3 über

  das Ventil 5 zu dem Druck-Bpeicherbehälter 6, Von der DUse 2

  fmn,t weiter die Leitung 4 zu einen zweiten gleichartigen

  .Druckepoiober, der unabhgz*g von d« ersten Druckspeicher

  arbeitetl und nioht,n0»r auf der rigur dargestellt ist, mit

  den Druckspeicher 6,int

  bunden., An dm Bebilterwunern toMmenser 7 befinAet stob ein

  Medabgrift 89 der den jewolligein Wootoretänd in DM "otol»r-e#

  bthälter erlannt und-einem Gerätl> zur ßtommg den Todtilen 5

  zuleitet. Das Gerät 15 zur Steuerung den Ventilen 5 erhält

  £*=er bei 16 ein Oto»roigule Duxoh du Oteuereigma be#

  16 wird ein öffnunpbot*U.'tIr das Ventil 5 ippbealv'vo*&-bein

  Xtektor eine bei gletobseitigelm Drubbibtall

  U»A/oder Tefflraltura»tie$, durohptomt. wird* Der ottauge-

  quernohnitt den Textile# 5 noll jedooh nioht während a

  der,

  nanten Notkftl=g kogotaat bleibene nondem odoh im#

  seit verrinern,' weil etob auch die Naobzertall"ame 14-,

  Reaktorkern verringerte Dienen wird beispielsweise daduroh

  erreichte das daß Ventil 5 nach ert040« öfften seitliet

  in Abbiaodigkeit von der 7U1hM» in ftuck-Obeicherbehälter, 6

  verstellt wird, und zwar nit fallendem vuaerepiegel in,#gtob.0

  tung von kleineren Durohla44örftuapa (Ausetrömenge peeppm,

  tional der sao>vämo«tvioklung) 0 In d4m ipseigten Ausmanne.

  beiapiel ißt dir Dru*-BpeioberbehUte:b. 6 »«bl eleimr4mi9

  als auch mit Dampf beheizbar. Mit lo ist eine elektrische Heizung angedeutet, mit 9'die Dampfheinung. Bein Heizen mit Dampf verwendet man vorteilhatterweine Reaktordampf, der bei 11 entweder unter Reaktordruck oder unter noch h8herem Druck durch das Ventil und das RückschlaUentil einer Einlasavorrichtum im Druck-Speicherbehälter, der D«pfheizvorrichtung 9 zugeleitet wird. Der Druck i nnerhalb des DruA-Speicherbehälters wird üb#er die druckabhängige Ventilsteuerung auf einen bestimmten Wort gehalten. Bei der druckabhängigen Vontileteuerung 14 wird durch den Druck innerhalb den Druck-Speicherbehälters das Ventil 12 verstellt. Läset beispielsweise infolge von Wämeverluaten der Druck innerhalb den Druck-Speicherbehälters 6 nacht ao wird erneut Reaktordempf durch das gespeicherte Wasser geblasen und somit steigt der Druck wieder an. Um su vermeiden, das durch den Bruch der Ladeleitung der Druck-Speicherbehaltet 6 ausströmen *rmnvtt um somit Alr eine NotkUlung unwirke« wird, ist das Mökochlagrentil 13 vorgeseheng das ein AußstrIwen- in Richtung DuMteimMeinung veztLimerte An&lle der direkten Dmptbeheisung durch Zuziechen kondentierenden Dampfee kann die Beheinung den Speicherbehältern 6 auch indirekt durch dempfbeheizte Seizschlangem erfolge'n, In Fig. 2 ist eine detaillierte Darstellung einer Düsenamordnung ein Eintritts#mai eines Brennel«entes geneigt, Bei Verwendung von zwei vonelnender v81lig getrennt arbeitenden gotkUlayote'ma ist'es aus PI4tts-'uhd WartungsgrUnden vorteilhaft, zwei konzentrische Düsen ineinander anzuordnen. Mit 2o ist dabei die innere Düse, und mit 21 die äusgere DÜne bezeichnet. Bei 22 greift die Zuleitung für die innere Düse 2o, und bei 23 die Zule1-tung für die äussere Düse 21 an. Es handelt sich hier um zwei konzentrische umeinander angeordnete Düsen, wobei die innere Düse beispielsweise einen kreinrunden Ausetrömquerechnitt, und die äussere Düse einen kreinringf8rmigen Ausströmquerschnitt aufweist. Nach Entfernen des Brennelementen kann dann die zugehörige Düse von oben durch die Öffnung in der Kerntragplatte ausgewechselt wrden.
• In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine andere Düse gezeigt, die die gleiche Funktion, wie die in Fig. 2 gezeigte DUse hat. Dabei ist mit 3o die innere Düse, die wiederum eine beiapielnweine kreiaininde AusstrÖm8ffnung aufweist, bezeichnet, und mit 31 eine um diese herm angeordnete Anzahl kleinerer Düsen. Es ist dabei nicht wirkungewesentlich, ob der Auiströnquernahnitt kreiaförmig oder eine andere Form aufweist.
• Es ist jedoch vorteilhaft, beide Düsen ineinander anzuordnen. Bei einer Notkühlung wird dabei jeweils zur gleichen Zeit nur eine Düse betrieben.' Die zweite Düse gehört den Reservenotkßhloyotem an*' Zur Vermeidung von V&rnwmrlußten ist es vorteilhat, tUr den Dziwk-beicherbehälter 6 *im V&r»isolati« vorsu»hen,. ;Vorner weiet der in der 7is. 1 daffletellte Druolc-44Mehtzbew hälter 6 noch Zuleitungen zum Füllen mit Notk-«hlwaaner a491 die nicht speziell dargestellt sind. Die Notkühlung wird v» Fluten dtz-ts Reaktors beendet, welches dann erfolgen kann, wenn die Nachwärmeentwicklung ein genügend tiefes Niveau angenommen hat.

Claims (2)

1. a t e n t a n a p r ü c h e Verfahren zur NotkUhlung von Kernen in dampfgekühlten Atomkernreaktoren, bei denen das zur NotkÜhlung v&endete Medium über gesonderte Leitunlien aus Speicherbehältern in das Reaktordruckgefäß eingeleitet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i a h n 9 tg daß mindestens unter Reaktordruck stehendes heißes Wasser Düsenamordnungen an Dampfeintrittsenden des Reaktorkernes zugeführt und so versprUlzt wird, daß ein Nebel aus Dampf und Vassertröpfehen entsteht, der durch den Reaktorkern geleitet wird.
2. 2. Verfahren zur NotkUhlung nach Anspruch 19 d a d u r c h g e k e n n z e i o h n e tg daß das heiße Wasser sich bei dem herrschenden Druck im Sättigungszustand befindet. 3. Vorridtung zur Durchführung dem) Verfahrens nach Ampruch 1 und/oder 2, d a d u r c h S e k e n' n z e i o h n e tg daß sich am Dampfeintrittaende jeden Brennelementes Düsen befinden, die Über Leitungen und Ventile mit den Druck- Speicherbehältern für das Notkühlwasser verbunden sinct. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t. daß äie Speicherbehälter als elektrisch und/oder mit Heißdampf beheizbare gegen Wärmeabgabe isolierte Druckspeicher ausgebildet sind. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r o h g e k e n nz e i c h n e t, daß zwei voneinander getrennte Düsensysteme mit zwei voneinander getrennten Speichersystemen vorhanden sind 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t. daß die beiden Düsensysteme konzentrisch ineinander angeordnet sind. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, d a d u r o h g ek e n n z e i c h n e tt daß die Druck--Speicherbehälter für das heiße NotkUhlwasser gleichzeitig als Anfahrspeicher für die Reaktoranlage verwendbar sind. 8. Vorrichtung nach Ansprach 3, d a d u r c h g e k e n nz e i o h n e te daß an den Druck-Speiebrbehältern Behälter-(8) wasserstandsmesser (7) mit Neßvertabgriffen angebracht sind. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 8, d a d u r a h g ek e n n z e i o h n e t. daß der Öffnungsquerschnitt der Ventile in den Verbindungsleitungen zwischen den Düsen und den Druckspeicherbehältern in Abhängigkeit ven einem Öffnungeimpuls und dem Meßwert des Füllstandsmessers der Druck-Speicherbehälter mittels eines Steuergerätes selbsttätig zeitlich entsprechend der Nachwärme verändert wird. lo.Vorrichtung nach Anspruch 4, w(-'.bei für die Druck-Speicherbehälter mit mindestens zwei verschiedenen Reizsystemen ein System mit.Ileißdampf betrieben wird"d a d u r c h g e k e n nz e i o h n e t. daß über ein Ventil und ein Rückschlagventil, das ein Ausströmen des Druck-Speicherraumes verhindert, eine Heißdampfleitung mit Reaktordampf (11) mit einer Einblasvorrichtung innerhalb des Druck-Speicherbehälters verbunden ist. 11.Vorrichtung nach Anspruch 4 und lo, d a d u r c h g e k e n nz e i o h n e t,daß durch Betätigung des Ventiles In der Heißdampfleitu,---#.g in Abhängigkeit von einem dem Druck im Speicherbehälter entsprechenden Meßwert der Druck des Speicherbehälters regelbar ist. 12.1frorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r ct h g e k e n nz e i o h n e tt daß die Dampfheizung des Druck-Speicherbehälters (6) indirekt durch dampfbeheizte Reizschlangen erfeigt.