DE2207870B2

DE2207870B2 - Notkühlsystem und/oder Nachkühlsystem fur einen Kernreaktor

Info

Publication number: DE2207870B2
Application number: DE2207870A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Boehm; Klaus Dipl.-Ing. 8521 Grossdechsendorf Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-19
Filing date: 1972-02-19
Publication date: 1978-12-07
Also published as: ES411726A1; FR2172152B1; FR2172152A1; IT979056B; CH552267A; AT325169B; CA1009383A; DE2207870C3; ZA73905B; US3966548A; GB1396836A; NL7301307A; BE795482A; JPS4896998A; DE2207870A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Not- und/oder Nachkühlsystem für einen Kernreaktor mit einem innerhalb der Reaktor-Schutzhülle liegenden Brennelement-Becken, bei dem zur Not- bzw. Nachkühlung ein zusätzliches Kühlmittel in den Reaktor einspeisbar ist.

Zusätzliches Notkühlwasser kann nach der US-Patentschrift 35 28 884 einem Behälter entnommen werden, das an sich zum Füllen des Verbindungskanals zwischen dem Reaktordruckbehälter und einem Brennelement-Becken dient und während des normalen Betriebes des Kernreaktors in dem Behälter aufbewahrt wird, weil der Kanal dann leer ist. Der Behälter steht außerhalb der Schutzhülle des Reaktors neben einem sogenannten Beckenhaus, in dem das Brennelement-Becken bei Kernreaktoren der in den USA üblichen Bauweise untergebracht ist

Innerhalb der Schutzhülle gibt es nach der genannten US-Patentschrift einen Druckspeicher für Notkühlmittel, das mit Hilfe von Stickstoff unter Druck gesetzt und bei einem Absinken des Druckes im Primärkühlkreis über Rückschlagventile automatisch eingespeist wird. Seine Menge ist jedoch sehr begrenzt

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Kühlung für den Störungsfall zu verbessern, wobei in erster Linie bezweckt ist den Wasservorrat gegenüber dem bekannten, in der Schutzhülle befindlichen Druckspeicher zu vergrößern, damit auch bei längerdauernden Störungen eine Kühlung mit zusätzlichem Wasser möglich ist. Zugleich soll der Aufwand an Pumpenenergie möglichst klein gehalten werden, denn im Störungsfall muß diese Energie unter Umständen von Notstromeinrichtungen aufgebracht werden.

Das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Brennelement-Becken das zusätzliche Kühlmittel liefert. Damit gelingt es einmal, den Wasservorrat gegenüber den bekannten Behältern um ein Vielfaches zu vergrößern, zum anderen wirkt sich der im Störungsfall bei einem Kühlmittelverlust in der Schutzhülle aufbauende Druck nicht als Erhöhung des Pumpendruckes aus, gegen den das Notkühlmittel gefördert werden muß, so daß die vorgenannten Forderungen erfüllt sind.

Das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung ist nicht mit einem aus der Zeitschrift »Atomwirtschaft« vom Febr. 1972 bekannten Kernkraftwerk mit einem Siedewasserreaktor zu vergleichen, obwohl dort der Kühlkreis für das Brennelement-Becken ebenfalls mit dem Kühlkreis des Kernreaktors verbunden ist. Die Verbindungsleitungen sind aber nur schematisch dargestellt und es ist sicher, daß sie nur zu Prüf- und Meßzwecken vorgesehen und nur mit von Hand betätigbaren Ventilen ausgestattet sind, so daß das automatische Umschalten, wie es für die Notkühlung erforderlich ist, beim Bekannten nicht möglich ist. Außerdem liegt das Brennelement-Becken bei diesem Kernkraftwerk außerhalb der Schutzhülle.

Mit dem Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung kann man ferner wesentliche Vereinfachungen in den Rohrleitungen, Ventilen und Pumpen erhalten. So ist bei einer bevorzugten Ausführungsform des Not- und/oder Nachkühlsystems nach der Erfindung der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken mit mindestens einem Strang des Not- und/oder Nachkühlsystems vereinigt. Der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken wird dann durch das ohnehin erforderliche Not- bzw. Nachkühlsystem gebildet. Dies bedeutet, daß für die Kühlung des Brennelement-Beckens praktisch kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Bei der Verbindung des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken mit dem Nachkühlsystem wird vorteilhaft ausgenutzt, daß beim Abfahren des Reaktors, wenn eine Nachkühliing erforderlich ist, eine Notkühlung nicht benötigt wird. Unabhängig von einer Notkühlung ermöglicht die Zusammenfassung der Brennelement-Beckenkühlung mit dem Nachkühlsystem erhebliche Einsparungen.

Um eine Sicherheit zu erhalten, kann man bei dem Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung einzelne Systeme auch mehrfach vorsehen. Dies läßt sich günstig durch mehrere parallele Stränge des Not- und/oder Nachkühlsystems verwirklichen, die über Ventile, Rückschlagklappen od. dgL an dsn Kühlmittelkieis für das Brennelement-Becken angeschlossen sind. Ferner kann man an das Brennelement-Becken zusätzlich ein Gebäude-Sprühsystem anschließen. Hier durch erreicht man gleichfalls den Vorteil, daß man nur die Strömungsvsrluste in den Sprühleitungen mit einer Pumpe überwinden muß, die einen Teil des für die Brennelement-Beckenkühlung normalerweise verwendeten Kühlmittels im Gefahrenfall durch ein Düsensystem im Gebäude verteilt, um aus dem Reaktor austretenden Dampf zu kondensieren.

Alle für die Entnahme des zusätzlichen Kühlmittels vorgesehenen Anschlüsse am Brennelement-Becken liegen zweckmäßig nur geringfügig, z. B. '/2 m oberhalb des für die Abschirmung der Brennelemente erforderlichen Flüssigkeitsspiegels. Man kann dadurch sicherstellen, daß bei einem Bruch der Rohrleitungen keine unzulässige Strahlung aus dem Brennelement-Becken frei wird und nutzt dennoch die größte verfügbare Kühlmittelmenge. Dabei empfiehlt sich ein zusätzlicher Anschluß des Notkühlsystems an einen an der Schutzhülle vorgesehenen Sumpf, damit bei dem schon erwähnten Leitungsbruch das in die Schutzhülle austretende Kühlmittel aus dem Brennelement-Becken im Sumpf gesammelt wird und dadurch wieder für die Kühlung auch des Brennelement-Beckens zur Verfügung steht.

Das Not- und/oder Nachkühlsystem nach tier Erfindung kann vorzugsweise so ausgeführt werden, daß eine Verzweigung zur anteiligen gleichzeitigen Beaufschlagung des Stranges des Not- und/oder Nachkühlsystems und des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken vorhanden ist. Auf diese Weise wird bei einem Unfall nicht nur das Notkühlsysiem beliefert, sondern weiterhin eine wenn auch verringerte Kühlung des Brennelement-Beckens vorgenommen. Dabei kann man den Strömungswiderstand eines der Zweige durch eine Drossel erhöhen, damit das Kühlmittel in der gewünschten Weise verteilt wird. Insbes. verhält sich der Strömungswiderstand des zum Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken führenden Zweiges zu dem dem des zum Strang des Not- und/oder Nachkühlsystems führenden Zweiges mindestens wie 2:1. Günstig erscheint ein Verhältnis von etwa 4:1, bei dem '/« des für die Notkühlung verwendeten Kühlmittels aus dem Brennelement-Bekken in dieses zurückgefördert wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführjngsbeispiel beschrieben. Die Zeichnung zeigt in den F i g. 1 bis 3 in zwei verschiedenen Längs- und einem Querschnitt einen Druckwasserreaktor, dessen Kühlsystem in F i g. 4 vereinfacht als Rohrleitungsplan gezeichnet ist.

In F i g. 1 ist mit 1 der den Reaktorkern enthaltene Druckbehälter bezeichnet, der zusammen mit den zum Primärkreis 6 gehörenden Dampferzeugern 2 sowie mit Hauptkühlmittelpumpen 3, Druckhaltern 4 und mit Druckspeichern 9 in einer aus Stahl bestehenden Schutzhülle eingeschlossen ist. Die Schutzhülle 5 umschließt einen Kran 8 zur Bedienung des Kernreaktors, sowie eine Lademaschine 13, mit der Brennelemente aus dem Reaktor 1 in ein Brennelement-Becken 12 befördert werden, das innerhalb der Schutzhülle vorgesehen ist Außerhalb der SchuizJiülle liegen ein Borwasser enthaltender Flutbehälter 7 und ein Nachwärmekühler 10.

Der Rohrplan nach Fig.4 zeigt, daß der Druckspeieher 9 über Rückschlagventile 15 und 16 an den heißen Strang 17 bzw. den kalten Strang 18 des Primärkreises 6 des Reaktors 1 angeschlossen ist. Zwei weitere Rückschlagklappen 20 und 21 verschließen die zum Druckspeicher führenden Leitungen bei ein^m Bruch im Bereich des Druckspeicher 9. An die zum Druckspeicher führenden Leitungen ist über zwei Rückschlagklappen 22 und 23 und ein Umschaltventil 24 sowie eine weitere Klappe 25 eine Pumpe 26 angeschlossen, die dem außerhalb der Schutzhülle 5 liegenden Borwasserflutbehälter 7 zugeordnet ist Mit dem Borwasser kann der Reaktorkern im Falle eines Bruches einer der HauptkühlmittelleitungeO geflutet werden, so daß die Nachzerfallwärme sicher abgeführt werden kann.

Der Flutbehälter 7 ist ein Teil der Sicherheitseinrichtungen, zu dem auch das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung gehört Es umfaßt das Brennelement-Becken 12, in dem die Brennelemente gelagert werden, bis sie weitertransportiert werden können. Das Brennelement-Becken 12 enthält als Kühlmittel boriertes Leichtwasser, dessen Mindestflüssigkeitsspiegel, der für die Strahlungsabschirmung erforderlich ist durch die gestrichelte Linie 30 angedeutet ist Der normale Flüssigkeitsstand Hegt bei 31.

Wie man sieht ist oberhalb des Mindestflüssigkeits-

iii spiegeis 30 eine Leitung 33 an das Brennelement-Bekken angeschlossen, die über eine Absp^Tarmatur 35 zu einem als Ganzes mit 36 bezeichneter. Strang eines Nachkühlsystems führt Dieser Strang ist bei 38 an das Rückschlagventil 15 angeschlossen, das dem heißen

i") Strang 17 des Primärkreises zugeordnet ist Es führt über ein Rückschlagventil 39 zu einer Nachkühlpumpe 40, die das Kühlmittel über den Nachwärmekühler 10 und ein zweites Rückschlagventil 42 zu einer Verzweigung 43 preßt, an die der Primärkreis 6 über das

w Rückschlagventil 16 angeschlossen ist. Der Nachwärmekühler 10 i'.t mit einem geeigneten Rückkühlsystem 41 versahen. Er wird im Normalbetrieb nur beim Nachkühlen des Reaktorkerns nach Beendigung des Leistungsbetriebes benutzt. Zur Überbrückung des

4) Nachwärmekühlers sind zwei parallele Ventile 45 und 46 vorgesehen. Der Nachwärmekühler kann durch Schließen eines Ventils 47 stillgelegt werden. Normalerweise ist das Ventil 47 offen, während die Ventile 45 und 46 nun zur Beeinflussung der Kühlmitteltemperatur

ι» geöffnet werden.

Der Kühlmiuelkreis für das Brennelement-Becken umfaßt die Nachkühlpumpe 40. Deshalb kann die Pumpe das Kühlwasser aus dem Brennelement-Becken 12 über die Abspenarmatur 35 ansaugen und durch den

>"> Nachwärmekühler i0 drücken. Von dort gelangt das Kühlmittel im Normaifall über eine Absperrarmatur 50 und eine mit dieser baulich vereinigte Drossel 51 über ein Ventil 52 in das Brennelement-Becken zurück. Der Kühlmittelkreis ist in der Lage, auch bei relativ großer

w Wärmeabgabe der im Brennelement-Becken lagernden Brennelemente dort für eine niedrige zulässige Temperatur zu sorgen.

Für den Fall, dali eine der Kühlmittelleitungen des Primarkreises 6 des Reaktors 1 leck wird, so daß

'■■ Primärkühlmittel entweicht, fördert die Nachkühlpumpe 40, die dann als Pumpe eines Notkühlsystems wirkt, das aus dem Brennelement-Becken 12 angesaugte Wasser über das Rückschlagventil 42 in den Primärkreis

des Reaktors. Sie kann dabei mit erhöhter Drehzahl laufen, um die Förderleistung zu erhöhen. Zur gleichzeitigen Einspeisung in den heißen Strang 17 ist ein weiteres Ventil 54 vorgesehen, über das das aus dem Brennelement-Becken 12 strömende zusätzliche Kühlmittel eingespeist wird. Dabei kann die Kühlung des Brennelement-Beckens fortgesetzt werden, weil an der Verzweigung 55 die Druckleitung der Nachkühlpumpe 40 einerseits in den Primärkreis 6 des Reaktors 1, andererseits in das Brennelement-Becken 12 führt. Durch die Drossel 51 ist der Strömungswiderstand der beiden Zweige auf einen Wert von etwa 1 :4 eingestellt, so daß dem Brennelement-Becken '/5 des normalerweise von der Nachkühlpumpe 40 geförderten Kühlmittels auch im Notfall zugeführt wird.

Das Einspeisen des Kühlmittels aus dem Brennelement-Becken 12 in den Primärkreis 6 des Reaktors erfordert nur einen verhältnismäßig geringen Druck, weil bei einem Leck der Kühlmitteldruck im Primärkreis sinkt, während er innerhalb der Schutzhülle 5 ansteigt. Da das Brennelement-Becken 12 in der Schutzhülle 5 liegt, ist nur der Differenzdruck zu überwinden.

Das Einspeisen des Brennelement-Beckenkühlmittels in den Primärkreis senkt den Kühlmittelstand im Brennelement-Becken. Das Kühlmittel sammelt sich jedoch in einem Sumpf 57 innerhalb der Schutzhülle 5 Daraus kann es über eine mit einem Ventil 59 versehen« Leitung 58 angesaugt werden, die bei 60 an die Saugleitung der Nachkühlpumpe 40 angeschlossen ist.

Wie man sieht, ist in gleicher Höhe wie die Leitung 3: noch eine Leitung 62 an das Brennelement-Becken Ii angeschlossen, die über eine Pumpe 63 das Kühlmitte des Brennelement-Beckens durch Düsen 64 im Gebäuds des Reaktors versprühen kann, um dampfförmige! Kühlmittel zu kondensieren und den Druck zi verringern. Das hierfür erforderliche Kühlmittel sam melt sich ebenfalls im Sumpf 57, so daß das Sprühsysterr unbedenklich auch gleichzeitig mit der Notkühlung ir Gang gesetzt werden kann.

In der Fig.4 ist der Übersichtlichkeit halber nur eir einziger Strang 36 des Not- und/oder Nachkühlsystem; gezeichnet, obwohl normalerweise mehrere parallele Stränge vorhanden sind. Das Brennelement-Becker kann an jeden solcher parallelen Stränge oder aber ar mehrere angeschlossen sein, um die Sicherheit zi erhöhen. Ferner ermöglicht die Zusammenfassung dei Kühlung des Brennelement-Beckens mit dem Nachkühl system auch dann erhebliche Einsparungen, wenn eir getrenntes Notkühlsystem vorhanden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Not- und/oder Nachkühlsystem für einen Kernreaktor mit einem innerhalb der Reaktorschutzhülle liegenden Brennelement-Becken, bei dem zur Not- bzw. Nachkühlung ein zusätzliches Kühlmittel in den Primärkreis des Reaktors einspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement-Becken (12) das zusätzliche Kühlmittel liefert

2. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch 1 mit einem Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken (12) mit mindestens einem Strang (36) des Not- und/oder Nachkühlsystems vereinigt ist

3. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere parallele Stränge (36) das Not- und/oder Nachkühlsystems, die über Ventile, Rückschlagklappen (35, 50) oder dergleichen an den Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken (12) angeschlossen sind.

4. Not- und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Brennelement-Becken (12) zusätzlich ein Gebäude-Sprühsystem (62,63,64) angeschlossen ist.

5. Not und/oder Nachkühlsysteni nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (33, 62) für die Entnahme des zusätzlichen Kühlmittels am Brennelement-Becken (12) jo geringfügig oberhalb des für die Abschirmung der Brennelemente erforderlichen Flüssigkeitsspiegel (30) liegen.

6. Not- und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen an J5 sich bekannten zusätzlichen Anschluß (58) des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken (12) an einen in der Schutzhülle (5) vorgesehenen Sumpf (57).

7. Not- und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet diicch eine Verzweigung (55) zur anteiligen gleichzeitigen Beaufschlagung des Stranges (36) des Not- und/oder Nachkühlsystems und des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken (12).

8. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand eines der Zweige durch eine Drossel (51) erhöht ist.

9. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch ^r>o 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungswiderstand des zum Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken (12) führenden Zweiges zu dem des zum Strang (36) des Not- und/oder Nachkühlsystems führenden Zweiges mindestens v, wie 2 :1 verhält.