DE2220486C3

DE2220486C3 - Druckwasserreaktor

Info

Publication number: DE2220486C3
Application number: DE2220486A
Authority: DE
Inventors: Jan 8521 Grossdechsendorf Robers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Schabert Hans-Peter Dipl-Ing Ropers Johann 8
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1981-05-21
Also published as: SE414092B; ES414050A1; NL7304996A; CH548092A; FR2182110B1; JPS4947790A; IT983969B; GB1413007A; DE2220486B2; ATA365973A; DE2220486A1; US3928133A; FR2182110A1; JPS565360B2; AT342722B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Druckwasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter aus Stahl und einem diesen umgebenden Betonschild mit zwei konzentrischen Teilen, von denen der innere mit dem äußeren einen Spalt bildet, wobei der Reaktordruckbehälter in einer Sicherheitshülle eingeschlossen ist und der Beton des äußeren Schildes eine oben offene Reaktorgrube bildet, in die der Reaktordruckbehälter hineinragt und wobei die Luft im Zwischenraum zwischen dem Reaktordruckbehälter und dem inneren Schild ruht.

In der GB-PS 11 69 385, die sich mit der Verwendung einer Flüssigkeit mit einem geringeren spezifischen Gewicht als Wasser zur Kühlung von Dampf für den Fall befaßt, daß bei einem wassergekühlten Kernreaktor ein Kühlmittelverlust auftritt, ist das Ausführungsbeispiel schematisch so dargestellt, daß der Reaktordruckbehälter von einem Abschirmzylinder umgeben ist. der seinerseits mit einem zweiten, ihn umgebenden Abschirmzylinder einen Ringraum bildet. Dieser Ringraum steht ebenso wie die den Reaktordruckbehälter aufnehmende Reaktorgrube mit dem Inneren der Sicherheitshülle in freier Verbindung. Deshalb kann man sagen, daß die in der Sicherheitshülle vorhandene Luft die gleiche sein muß wie in der Reaktorgrube und im Zwischenraum, weil keine Einrichtungen dargestellt sind, die die Luft in Bewegung setzen. Ob dies technisch realisierbar ist, muß angesichts der starken Schematisierung in der Patentschrift offenbleiben. Ferner ist der Ringraum so groß, daß die zu dem Druckwasserreaktor gehörenden Dampferzeuger aufgenommen werden können. Übliche Leistungen und Abmessungen vorausgesetzt, müßte er mindestens mehrere Meter breit sein. Dies zeigt aber, daß der äußere Abschirmzylinder für die Abschirmung des Reaktordruckbehälters praktisch keine Rolle spielen kann und offenbar auch nicht soll.

Bei anderen praktisch gebauten Druckwasserreaktoren hat man für den den Reaktordruckbehälter umgebenden Betonschild eine besondere Kühlung vorgesehen, um die vom Reaktordruckbehälter her in den Beton einströmende und die im Beton selbst durch Gamma-Strahlung freigesetzte Wärme abzuführen, damit die Festigkeit des Betons erhalten bleibt. Der Beton trägt nämlich üblicherweise den Reaktordruckbehälter, was nach der vorgenannten britischen Patentschrift mindestens für den äußeren Zylinder nicht gegeben sein kann. Die erhebliche Strahlenbelastung des Kühlmittels erfordert jedoch einen besonderen Aufwand, weil das durch die Reaktorgrube geführte Kühlmittel wegen der durch Neutronenstrahlung entstehenden Argonaktivierung in einen geschlossenen Kühlkreis geführt wurde, damit eine Kontamination des Reaktorgebäudes durch Radioaktivität verhindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Vereinfachung der sogenannten Schildkühlung.

Diese wird bei dem eingangs genannten Druckwasserreaktor dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Zwischenraum zwischen dem Druckbehälter und dem inneren Schild abgeschlossen ist, während der Spalt zwischen dem inneren Schild und dem äußeren Schild in an sich bekannter Weise von Kühlluft durchströmt ist und daß diese Kühlluft ein Teil der Umluft ist, die innerhalb der Sicherheitshülle umgewälzt wird.

Die Erfindung ist nicht mit einem Reaktor nach Seite 11 des »Directory of Nuclear Reactors« zu vergleichen, denn dort sind als Abschirmung konzentrische Stahlzylinder vorgesehen, deren Zwischenräume Kühlwasser enthalten. Ebensowenig ist die Erfindung mit dem aus der GB-PS 7 81 648 bekannten gasgekühlten Natur-Uran-Reaktor mit Graphitmoderierung zu vergleichen. Dort ist nämlich die Strahlenbelastung so gering, daß Kühlluft, die den an sich ganz anders aufgebauten Reaktordruckbehälter umströmt, unmittelbar durch einen Kamin abgeblasen werden kann.

Bei der Erfindung ergibt der innere Schildteil dagegen eine Abschirmung der für die Schildkühlung eingesetzten Kühlluft, so daß keine unzulässige Aktivierung mehr vorkommen kann. Zu diesem Zweck sollte die Wandstärke des Innenschildes mindestens 20 cm betragen.

Andererseits wird man im Hinblick auf die Kühlung die Wandstärke des Innenschildes so dünn wie möglich halten. Jedenfalls muß die Kühlung von der dem Reaktordruckbehälter abgekehrten Seite her ausreichen, um die zulässigen Temperaturen auch auf der dem druckbehälter zugekehrten Seite des Betons einzuhalten. Wie gefunden, ist es günstig, wenn der innere Teil 60

bis 70 cm stark ist

Das Kühlmittel braucht bei der Erfindung keinen geschlossenen Kreis zu durchlaufen, der eigene Gebläse erfordert Vielmehr verwendet man als Kühlmittel die für das Reaktorgebäude ohnehin vorgesehene sögenannte Umluft, bei der man nicht mit einer gefährlichen Aktivierung rechnet.

Während die Dicke des inneren Schildteiles nach der notwendigen Schirmwirkung bemessen wird, die eine Aktivierung des Kühlmittels verhindert, kann der äußere Schilriteil als alleiniger Träger von Bauteilen dienen, die den Reaktordruckbehälter umgeben. Der innere Schildteil kann praktisch kräftefrei bleiben. Vorteilhafterweise kann er aber auf seiner Innenseite unmittelbar eine Wärmeisolierung tragen, die bisher zumeist dem Reaktordruckbehälter zugeordnet oder freistehend zwischen diesem und dem Beton des Schildes aufgestellt war. Zwischen dem Reaktordruckbehälter und der Wärmeisolierung bleibt jedoch ein Zwischenraum, der für Wiederholungsprüfungen am Reaktordruckbehälter zum Einführen von Sonden zur Verfügung steht. Dieser Zwischenraum ist abgeschlossen und steht daher nicht mit dem umlaufenden Schildkühlmittel in Verbindung. Der Zwischenraum kann z. B. mit ruhender Luft gefüllt sein.

Der innere Schildteil kann Kühlmittelrohre enthalten, die zusätzlich zu der Kühlung von der Außenseite her wirken und auch in relativ dickwandigen Betonstücken eine niedrige Temperatur einzuhalten gestatten. Solche Kühlmittelrohre können vorteilhaft den Boden des Reaktordruckbehälters U-förmig umgeben, damit eine dort z. B. im Hinblick auf den GaU vergrößerte Wandstärke keine unzulässigen Erwärmungen mit sich bringt. Die Kühlmittelrohre sollen jedoch gegenüber dem Reaktordruckbehälter durch eine Betonschicht von mindestens 10 cm, vorzugsweise 30 bis 50 cm Stärke abgedeckt sein. Dabei kann man den Durchmesser der Kühlmittelrohre entsprechend einer gleichmäßigen Temperaturverteilung abstufen, so daß bei gegebenem Kühlmitteldruck die gewünschte Wärmemenge abgeführt wird. An die Kühlmittelrohre kann man ferner eine Entwässerungsleitung anschließen.

Bei der Erfindung führen relativ große Querschnitte (beispielsweise 10 m²) vom Spalt zwischen den Schildteilen ins Freie. Diese Querschnitte ergeben eine vorteilhafte Druckentlastung bei einem Unfall, bei dem das Kühlmittel aus dem Reaktordruckbehälter oder den daran angeschlossenen Hauptkühlmittelleitungen austritt. Unter Umstanden empfiehlt es sich aber, durch Einbauten dafür zu sorgen, daß der in die Reaktorgrube, also den vom biologischen Schild eingeschlossenen Raum, der den Reaktordruckbehälter aufnimmt, führende Querschnitt nur eine begrenzte Größe erreichen kann, damit die beim Austreten des Kühlmittels entstehenden Drücke in der Reaktorgrube klein bleiben. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, daß vom Reaktordruckbehälter ausgehende Hauptkühlmittelleitungen im Bereich des Spaltes von einem Doppelrohr umgeben sind, das vorzugsweise lösbar, insbesondere teleskopartig angeordnet ist. Das Doppelrohr wird zweckmäßig in dem die Hauptkühlmittelleitung umgebenden Beton des äußeren Schildteiles festgelegt, z. B. in einem Mauerrohr gefaßt. Zwischen beiden Rohren kann eine Kühlgasströmung verlaufen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einem Ver'ikalschnitt durch einen Kernreaktor der Druckwasserbauart einen Reaktordruckbehälter 1, der aus Stahl besteht und von einem biologischen Schild 2 umgeben ist. Der biologische Schild 2 besteht aus Beton. Er begrenzt die sogenannte Reaktorgmbe 26 und ergibt die Abschirmung gegen die vom Reaktordruckbehälter 1 ausgehende Strahlung, insbesondere die Neutronenstrahlung. Der biologische Schild 2 umfaßt zwei konzentrische, im wesentlichen zylindrische Schildteile 3 und 4, von denen nur der äußere Schildteil 4 mit dem Beton der w eiteren Teile des Reaktorgebäudes innerhalb der stählernen Sicherheitshülle 9 vereinigt ist, so daß er als tragender Bauteil dient. Der sogenannte Innenschild 3 ist dagegen ein besonderer Teil ohne tragende Funktion. Zwischen den beiden Schildteilen 3, 4 ist ein Spalt 5 vorhanden, der nicht oder nur an wenigen Stellen durch vertikale Stützrippen unterbrochen ist, die unterhalb des Reaktordruckbehälters Kühlkanäle 25 bilden.

Durch den Spalt 5 und die Kanäle 25 wird Kühlluft geführt, wie durch die Pfeile 6 angedeutet ist. Die Kühlluft ist ein Teil der innerhalb der Sicherheitshülle 9 umgewälzten bogenannten Umluft. Sie umspült den äußeren Schildteil 4 auf beiden Seiten, den Innenschild 3 dagegen nur auf dessen Außenseite 7. Auf Grund der relativ geringen Wandstärke, die für den inneren Schildteil 3 mit 65 cm nur halb so groß ist wie die 125 cm des äußeren tragenden Schildteiles 4, reicht die einseitige Kühlung jedoch aus, unzulässige Erwärmungen zu verhindern, zumal die Wärmebelastung durch eine Wärmeisolierung 8 auf der dem Reaktordruckbehälter 1 zugekehrten Seite des Innenschildes 3 verringert ist. Die Wärmeisolierung 8 trennt zugleich die durch die Pfeile 6 angedeutete umlaufende Kühlluft von stehender Luft im Zwischenraum IJ der Reaktorgrube 26 zwischen dem Innenschild 3 und dem Reaktordruckbehälter 1.

Das durch den inneren Schildteil 3 gegenüber dem Reaktorkern 14 abgeschirmte Kühlmittel kann nicht in gefährlichem Ausmaß aktiviert werden und wird deshalb durch Kanäle 10 unmittelbar ins Reaktorgebäude entlassen. Außerdem kann die Kühlluft durch Ringspalte 28 entlang den Hauptkühlmittelleitungen 21 entweichen, die am Kühlmittelstutzen 27 des Reaktordruckbehälters 1 angeschweißt sind und durch den Beton des äußeren Schildteiles 4 zu Dampferzeugern 13 führen. Die Kanäle 10, die Ringspalte 28 und eine Einlaßöffnung 30 stehen auch als Auslaßquerschnitte für den Fall zur Verfügung, daß bei einem Unfall Kühlmittel aus dem Reaktordruckbehälter 1 oder den Hauptkühlmittelleitungen 12 austritt. Zur Begrenzung des in die Reaktorgrube 26 führenden Leckquerschnittes sind Einbauten 15 vorgesehen. Die in der Fig. 1 gezeichneten Einbauten sind Doppelrohre im Bereich der Hauptkühlmittelleitungen 12, die von der Wärmeisolierung 8 eng umschlossen werden und auf den Kühlmittelstutzen 27 aufsitzen.

Bei dem in der Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel, für dessen mit der F i g. 1 übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden, ist der innere Schildteil 3 im unteren Bereich 20 verdickt, um einen stabilen Behälter zu erhalten, der eine verbesserte seitliche Abschirmung besonders im Bereich der Einlaßöffnungen 30 ermöglicht. Um trotzdem die erforderliche Kühlung des Schildteiles 3 zu gewährleisten, sind U-förmige Kühlrohre 22 in den Teil 3 eingebettet, die von Kühlluft durchströmt werden. Die Querschnitte der unterschiedlich langen Kühlrohre 22 können, wie auf der linken Seite des Innenschildes 3

dargestellt ist, im Durchmesser abgestuft sein, damit bei gleichem Differenzdruck jeweils so viel Kühlmittel hindurchgeführt wird, daß die gleiche Endtemperatur erreicht wird.

F i g. 3 zeigt in einer Draufsicht, daß die Kühlrohre 22, die nur durch ihre Längsachsen angedeutet sind, durch eine gemeinsame, quer zu ihnen verlaufende Entwässerungsleitung 23 verbunden sind, die an die tiefste Stelle der Kühlrohre 22 angeschlossen ist.

In der Fig. 2 erkennt man genauer das Doppelrohr 15, das die Hauptkühlmittelleitung 12 umgibt und den für einen Austritt von Dampf in die Reaktorgrube 26 zur Verfügung stehenden Querschnitt begrenzt. Zwischen dem für Wiederholungsprüfungen an den Hauptkühlmittelleitungen 12 teleskopartig zurückziehbaren Doppelrohr 15, das in einem in den Schildteil 4 einbetonierten Mauerrohr 16 festgelegt ist, und dem Mauerrohr bzw. zwischen diesem und der nicht dargestellten Isolierung der Hauptkühlmittelleitung 12, strömt ebenfalls Kühlluft, wie durch den Pfeil 6 angedeutet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

- 1. Druckwasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter aus Stahl und einem diesen umgebenden Betonschild mit zwei konzentrischen Teilen, von denen der innere mit dem äußeren einen Spalt bildet, wobei der Reaktordruckbehälter in einer Sicherheitshülle eingeschlossen ist und der Beton des äußeren Schildes eine oben offene Reaktorgrube bildet, in die der Reaktordruckbehälter hineinragt und wobei die Luft im Zwischenraum zwischen dem Reaktoi druckbehälter und dem inneren Schild ruht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (11) zwischen dem Druckbehälter (1) und dem inneren Schild (3) abgeschlossen ist, während der Spalt (5) zwischen dem inneren Schild (3) und dem äußeren Schild (2) in an sich bekannter Weise von Kühlluft, durchströmt ist und daß diese Kühlluft ein Teil der Umluft ist, die innerhalb der Sicherheitshülle (9) umgewälzt wird.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittelrohre (22) im inneren Schildteil (3) den Boden des Reaktordruckbehälters (1) U-förmig umgeben und gegenüber diesem durch eine Betonschicht von mindestens 10 cm, Vorzugsweise 30 bis 50 cm Stärke abgeschirmt sind.
3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kühlmittelrohre (22) entsprechend einer gleichmäßigen Temperaturverteilung abgestuft ist.
4. Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an mit Luft gespeiste Kühlmittelrohre (22) eine Entwässerungsleitung (23) angeschlossen ist.
5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Spalt (5) ins Freie führenden Auslaßquerschnitte durch Einbauten (15) begrenzt sind.
6. Kernreaktor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes Doppelrohr (15), das lösbar, insbesondere teleskopierend angeordnet ist, wobei zwischen dem Doppelrohr (15) und dem Beton (4) eine Kühlgasströmung verläuft.
7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (15) in einem einbetonierten Mauerrohr (16) gefaßt ist.