DE2316007C3

DE2316007C3 - Flüssigkeitsgekühlter Kernreaktor und Verfahren zu seiner Notkühlung

Info

Publication number: DE2316007C3
Application number: DE2316007A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. 8520 Erlangen Braun
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1980-07-10
Also published as: AU6703174A; BE812891A; US4032396A; DE2316007A1; IT1003882B; BR7402407D0; NL7402590A; GB1426140A; CA1026876A; CH564247A5; DE2316007B2; ZA741778B; SE404640B; ES424781A1; JPS50111498A; FR2223791A1; FR2223791B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Notkiihlung eines flüssigkcilsgekühlicn Kernrckalors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I.

Zur Notkühlung eines Siedcwasscrrckators sind aus der Zeitschrift »Nucleonics«, Okt. 1965, Seite 64, Fig. 6 und der Zeitschrift »Atomwirischafl«, Febr. 1972,Seilcn

110 bis 112, Sprühleitungen bekannt, die in den Reaktordruckbehälter führen und dort Düsen aufweisen. Solche Sprühleitungen und Düsen komplizieren jedoch den Aufbau im Inneren des Reaktordriickbehälters. Selbst dann, wenn man die zum Sprühen verwendeten Leitungen wie die DE-OS 21 31 377 zeigt, von unten an den Reaktorkern heranführt, ist der zusätzliche Raumbedarf störend für die normale Kühlmittelströmung. Noch ungünstiger ist es iedoch, wenn die Leitungen mit den Düsen, wie die japanische Patentschrift 36-12 090 zeigt, durch den ganzen Reaktorkern geführt sind, weil damit die Neutronenö-

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Brennelemente behindert sein kann.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten \ robleme ist es Aufgabe der Erfindung, die Notkühlung flüssigkeitsgekülter Kernreaktoren zu verbessern, wobei besonders die für die Kondensation von Dampf wichtige Versprühung des Kühlmittels in einfacher Weise erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß erfiridungsgernüß das Notkühlmittel als kompakter, freier Strahl in den Raum oberhalb des Reaktorkerns eingeleitet und dori zu einem großflächigen Sprühschleier zerstäubt wird.

Der großflächige Sprühschleier ergibt eine intensive und schnelle Kondensation des bei einem Kühlmittelverlust entstehenden Dampfes oberhalb des Reaktorkerns. Dadurch wird der Druck im Reaktordruckbehäl-

JO ter abgesenkt, so daß die Wiederauffüllung des Rcaktordruckbehäl'ers durch Notkühlmittel erleichtert wird. Diese vorteilhafte Wirkung wird erreicht, ohne daß da/u besondere Leitungen oder Düsen im Reaktordruckbehälter benötigt werden. Dort können

Ji allenfalls zur Verbesserung der Zerstäubung des Strahls Prallbleche oberhalb des Reaktorkerns angebracht sein, wenn die in diesem Raum üblicherweise vorhandenen Strukturen, bei Druckwasserreaktoren vor allen, die Steuerstaoführungsrohre. für die Zerstäubung des

■ίο Strahles nicht günstig sein sollt,-n.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung sollte der Spriihschleier mindestens 'U der gesamten Linspeisemenge des Notkühlmittels umfassen, während der Rest des Notkühlmittels von unten an den Reaktorkern

■)^r> geführt wird.

Dieser Rest wi.d /weckmäliigerweise durch die kalten Kühlmittelleitungen zugeführt, weil diese im Normalfall in den unteren Bereich des Reakiordruckbc hälters führen, so daß die Brennelemente mit ihren

'·" Brennstaben honet/t werden können, ohne die Dampf kondensation im oberen Teil des Reaktordruckbeh.il ters /u behindern

^r)as den Spriihschleier bildende Notkuhlmitlcl wird dagegen vorteilhaft durch die heißen KiihlmitieUcitun

^ gen in den Reaktordruckbehäller eingeleitet, die bei Druckwasserreaktoren üblicher Bauart direkt an das sogenannte obere Plenum angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung braucht man keine /usai/lichen Stui/cn. die an dem mechanisch hochbeansprichien Reakiordruck behälter angebracht werden müssen. Man kann aber auch das den Spriihschleier bildende Nol.kühllilittcl durch gesonderte Anschlußsluizcn des Reakiordruck· bchällcrs in den Raum oberhalb des Reaktörkcrns einleiten. Solche Anschlußslutzcn silzcn vorteilhaft im Deckel des Reaktordruckbehälters, weil sie dann den gesamten Raum oberhalb des Reakiorkcrns zu bestreichen gestatten.

Damit der für die Erfindung kennzeichnende freie

Strahl erreicht wird und weil genug in den Reaktordruckbehälter gelangt, dessen Durchmesser einige Meter betragen kann, ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die an die heißen Kühlmittelleitungen angeschlossene Nolkühlleitung zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit mit einer Düse ausgestattet, die in Ricntung zum Reaktcrdruckbehälter ausgerichtet ist Die Düse kann in den Umfang der Kühlmittelleitung eingelassen sein, damit sie die im Normalbetrieb vorliegende Kühlmittelströmung, die ihrer Austritlsrichtung entgegengesetzt verläuft, möglichst wenig behindert

Z¹Jr ⁿ!hTi*ⁿ PHänte'Hn? W***- Erfindung wciucn im folgenden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kernkraftwerk mit einem Druckwasser-Leistungsreaktor von z. B. 1000 MWe mit zum Beispiel zwei Kühlmittelschleifen dargestellt Dieser mit normalem Wasser gekühlte Kernreaktor besitzt einen Reaktordruckbehälter 1 mit einem Reaktorkern 2 in einem diesen umschließenden Kernbehälter 2a. Vom Kernbehälter la gehen die sogenannten heißen Stränge 3, 3' der beiden gleichen Kühlmittelschleifen 7, T aus, die zu Dampferzeugern 4, 4' führen. Hinter den Dampferzeugern liegen im kalten Kühlmittelstrang 5, 5' zwei gleiche Hauptkühlmittel· pumpen 6,6'. Eine der beiden Kühlmittelschleifen ist mit einem Druckhalter 8 verbunden. Zu jeder Kühlmittelschleife 7, T gehören noch Noteinspeiseanschlüsse 9, 9' und JO, 10' am heißen bzw. kalten Strang. Alternativ dazu können die Noleinspeiseanschlüsse der kalten Strange 5 b/w. 5' auch bei 11 bzw. W zwischen den Dampferzeugern 4 bzw. 4' und den Pumpen 6 bzw. 6' angeschlossen werden, wie gestrichelt angedeutet.

In F-ig. 2 ist der Reaklordruckbehälter 1 mit dem Reaktorkern 2 im Kernbehälter 2«·; in größerem Maßstab in einem Längsschnitt dargestellt. Oberhalb des Kerns 2, der in bekannter Weise aus eng zusammengefügten Brennelementen 2b besteht, liegt ein weitgehend freier Raum 12. Darin sind lediglich einzelne Einoauteile 13 vorhanden, die gegenüber dem Kernquerschnitt einen kleinen Querschnitt haben. Zu den Einbauteilen 13 zählen zum Beispiel Stei.erstabführungseinsätze und die stützenden Längsstrukturen des oberen Kerngerüsis. Auf der darüberliegenden Deckplatte 16 sitzen I laubcn 18. mit denen die Steuerstabfuh rungscinsätze abgedeckt sind.

Wie F-' i g. 2 zeigt, ist an der heißen Kiihlmittcllcitiing 3 die wesentlich dünnere Noicinspeiseleitung 9 etwa rechtwinklig angebrach! Ihr Querschnitt beträgt niir etwa ein Sechstel bis ein Dreißigstel. Oie Mündungsstelle ist mil einer düsenähnhchcn Abdeckung 22 so verschen, daß bei einem I Imfall, bei dem das normale Kühlmiltcl aus dem Druckbehälter 1 entwichen ist. eine widerstandsarme Umlenkung fü',· das Notkuhlmittel erreicht wird, das durch den heißen Strang 3 mit erhöhter Geschwindigkeit in den [druckbehälter 1 gepumpt '.vird.

In den F i g. 3 und 4 ist in größerem Maßstab in Langs- und Querschnitt die Mündung der Noteinspeiseleitung 9 im heißen Strang j des Primärkühlkreises naher dargestellt. Man erkennt, daß die Abdeckung 22 aus dem kreisförmigen Querschnitt des Rohres 3 einen kleinen linsenförmigen Bereich 24 abtrennt. Deshalb wird die

ίο Noteinspeisemenge von der Abdeckung 22 nicht nur in Richtung der Achse des Rohres 3 umgelenkt, sondern auch auf pi"» durch der. Qu<..3iJimu 24 Destimmte Geschwindigkeit gebracht, so daß sie mit beachtlicher kinetischer Energie in den Reaktordruckbehälter 1 eintritt. Andererseits sorgt die gleichmäßig gerundete Form der Abdeckung 22 für eine geringe Beeinträchtigung der normalen, in Richtung des Pfeiles 23 verlaufende Kühlmittelströmung.

Infolge seiner hohen Geschwindigkeit schießt das Notkühlmr.tel als geschlossener Strahl 25 aus dem Rohr 3 in den Kernbehälter 2a hinein. ;..■· freien Raum 12 oberhalb des Kernes 2 trifft es aul die L.-ibauten 13. Is zerstäubt dort zu einem großflächigen Sprühschieier 26. der durch den schraffierten Bereich 26 in ^L . g 2 angedeutet ist und mindestens V₄ der Kernquerschmttsfläche i./nfassen sollte. Dieser Sprühschieier kondensiert den Dampf, der durch den Unfall im Inneren des Reaktordruckbehälters 1 entsteht. Dadurch verringert sich der Druck, so daß mit cnem gegebenem

Pumpendruck eine wesentlich bessere Notkuhlung erreicht wird.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsforrn der Erfindung dargestellt. Hier sind zur Einspeisung des Notkühlmittels besondere Rohrstutzen 30 in die Wand des Reaktordruckbehalters 1 eingeschweißt, die mit einer Düsenöffnung 14 dafür sorgen, daß das bei der Notkühlung eingespeiste Wasser an den Einbauten 13 im freien Raum 12 über dem Reaktorkern 2 versprüht wird, damit sich wiederum ein großflächiger Sprüh-

schleier 26 zur Kondensation von Dampf ausbildet. Zusätzlich können Prallbleche 31 den Strahl gegebenen fall., mit einer winkligen Schneide auch nach oben versprühen.

Das bei der Kondensation erwärmte Not! ühlmitiel kann gegebenenfalls zusammen mit ν eiteren, etwa durch die kalte Kuhlmittelleitung 5 eingespeisten Noikühlmitiel von unten herden Reaktordruckbehälter 1 auffüllen, so daß nach dem Druckabbau oder gleichzeitig damit entsprechend auch eine direkte Kühlung des Reaktorkerns 2 eintritt. Das Verhältnis von versprühtem zu sonstigem Noikühlmiitel. das mindestens 1 zu 3 beiragen sollte, kann auch in Abhängigkeit vom Dampfdruck im Reaktordruckbehälter 1 variiert W'?rdv,i

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Verfahren zur Notkühlung eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors, insbesondere eines Druckwasserreaktors, mit einem Reaktordruckbehälter, der einen Reaktorkern einschließt und Ober eine oder mehrere »heiße« und »kalte« Kühlmittelleitungen mit einem oder mehreren Wärmeverbrauchern verbunden ist, wobei eine Notkühlung für den Fall eines Bruches der Kühlmittelleitungen durch Einspeisen von Notkühlmittel in den Reaktordruckbehnlier oberhalb des Reaktorkerns vorgesehen ist, wo das Notkühlmittel obernaib deb Redkiuikeina Dampf kondensiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Notkühlmittel als kompakter, freier Strahl (25) in den Raum (12) oberhalb des Rekatorkerns (2) eingeleitet und dort zu einem großflächigen Sprühschleier (26) zerstäubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühschleier (26) mindestens V₄ der gesamte ;λ Einspeisemenge des Notkühlmittels umfaßt und daß der Rest des Noikühlmittcls von unten an den Reaktorkern (2) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest des Notkühlmittels durch die kalten Kühlmittelleitungen (5) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch ι, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das den Sprühschleier (26) bildende Notkühlmittel durch die heißen Kühimittelieitungen (3) in den Reaktordruckbehälter (1) eingeleitet wird.
5. Verfahre ι¹ nach Anspruch I. 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das den Sprühschleier (26) bildende Notkühlmittel durch gesonderte Anschlußsiutzen (30,15) des Reaktorclruckbehältcrs (1) in den Kaum (12) oberhalb des Reaku.rkerns cingeleilei wird.
h. Flüssigkcitsgekühlter Kernreaktor /ur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstut/en (15) im Deckel(32)des Reaktordruckbehälters (l)sil/en.
7. Flüssigkeitsgekülilier Kernreaktor /ur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis h. dadurch gekcnn/eichnei, daß /ur Zerstäubung des Strahls (25) im Rcaklnrdruckbchälier (1) Prallbleche (31) oberhalb des Reaktorkerns (2) angebracht sind.
8. FlüssigkcMtsgekiihlter Kernreaktor /ur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die an die heißen Kuhlmiitellei lungcn (3) angeschlossene Notkiihllciiung (9) /ur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit mn einer Düse (22) ausgestattet ist, die in Richtung /um Rcaktordruckbchältcrfl)ausgerichtet ist.
9 t lüssiglicilsgekuhltcr Kernreaktor nach An Spruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (22) in den Umfang der Kiihlrnittclleitiingcn (9) eingelassen ist.