DE2350878B2

DE2350878B2 - Abschaltvorrichtung fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE2350878B2
Application number: DE19732350878
Authority: DE
Inventors: Francis W.; Frey Richard ].; Pinawa Manitoba; Wilson James N.; Besant Robert W.; Saskatoon Sakatchewan; Barclay (Kanada)
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1977-10-20
Also published as: DE2350878C3; US3900365A; CA955694A; GB1423188A; FR2202340B1; DE2350878A1; FR2202340A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Abschaltvorrichtung für einen Kernreaktor mit wenigstens einem, aufwärts durch den Reaktorkern verlaufenden Rohr, an dessen unteres Ende ein Behälter angeschlossen ist, der unter in Richtung auf das Rohr wirkenden Treibdruck gesetzten flüssigen Neutronenabsorber enthält, und dessen oberes Ende mit dem Einlaß einer Fluiddrucksteuervorrichtung verbunden ist, die an eine Fluiddruckquelle angeschlossen ist und einen steuerbaren Auslaß aufweist und zwischen einem den Absorber im Rohr außerhalb des ⁶^ Reaktorkerns haltenden, hohen Fluiddruck und einem niedrigen Fluiddruck, bei dem der Absorber in den Reaktorkern einströmt, umschaltbar ist.

Bei einer bekannten Abschaltvorrichtung dieser Art (Fig. 2 der GB-FS Ί2 21 OiO) weist die Fluiuurucksicu- ··' ervorrichtung Absperrventile auf, die für die Einleitung eines Abschaltvorgangs geöffnet werden, um den Behälter und die Fluiddruckquelle miteinander zu

verbinden und unter gleichen Druck zu setzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abschaltvorrichtung der eingangs genannten Gattung derart auszugetalten daß bei weitgehender Verwendung von Komponenten ohne bewegliche Teile im aktivierten Kreislauf selbst bei Ausfall der Steuerung eine erhöhte Sicherung des Abschaltens gewährleistet ist.

gprif^n^emäß ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen⁵ daß die Fluiddrucksteuervorrichtung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß eine Kammer aufweist die mit einem durch eine Steuereinrichtung beeinflußbaren Steuerfluid durch wenigstens einen Steuereingang derart beaufschlagbar ist, daß das Steuerfluid eine Rotationsbewegung in der Kammer ausführt und daß der durch das rotierende Steuerfluid erzeugte Druck den hohen Fluiddruck am Einlaß bildet.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Abschaltvorrichtung nach dem sogenannten »faiIsafe«-Prinzip arbeitet, ohne hierzu Komponenten mii beweglichen Teilen im aktivierten Kreislauf zu benötigen, d. h. wenn die Fluiddrucksteuervornchtung ausfallen sollte, führt dies zwangsläufig zum Abschalten des Reaktors.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine erste Ausfü.hrungsform einer Abschaltvorrichtung,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform der Abschaltvorrichtung,

Fig.3 eine teilweise aufgebrochene Oberansicht eines Wirbelventilsund

F i g. 4 einen Querschnitt entlang Linie 6—6 in F1 g. 3.

Gemäß F i g. 1 erstrecken sich nach oben verlaufende Rohre 1 durch den Reaktorkern 2. Ein Behälter 3, der flüssigen Neutronenabsorber 4 enthält, steht mit dem unteren Ende der Rohre 1 in Verbindung. Der Behälter 3 befindet sich oberhalb des Reaktorkerns, so daß ein hydrostatischer Druck entsteht, der den Neutronenabsorber in den Reaktorkern zu drücken versucht. Eine Fluiddrucksteuervorrichtung 10 ist in Form eines nachfolgend erläuterten Wirbelventils vorgesehen und weist einen Einlaß 7, einen Auslaß 8 und einen Steuereingang 9 auf. Der Einlaß 7 steht mit dem oberen Ende der Rohre 1 in Verbindung. Eine als Fluiddruckquelle dienende Zuführeinrichtung 6 fördert einen als Steuerfluid dienenden Gasstrom zu dem Steuereingang 9, durch den ein hoher Widerstand für eine Strömung von dem Einlaß 7 zu dem Auslaß 8 entsteht und legt an die Rohre 1 einen Fluiddruck an, der das Eintreten von Neutronenabsorber in den Reaktorkern bei normalem Betrieb verhindert. Zum Abschalten unterbricht eine Steuereinrichtung 5 den Zustrom zu dem Steuereingang 9, so daß Neutronenabsorber in den Reaktorkern eindringen kann und dadurch der Reaktor abgeschaltet wird.

Der Behälter 3 enthält ausreichend Neutronenabsorber zum Füllen der Rohre und zum Aufrechterhalten eines statischen Gleichgewichts nach Beendigung des Abschaltens.

Eine abgewandelte Ausführungsform ist in Fig.2 gezeigt. Eine Anzahl von Rohren ! ist verbunden mit einem oberen Verbindungsrohr 18 und einem unteren Verbindup.gsrohr !9.

Das untere Verbindungsrohr 19 steht mit einem Behälter 3 in Verbindung, der flüssigen Neutronenabsorber enthält, und das obere Verbindungsrohr ist mit

einem Wirbelveniil 1 verbunden. Ein Druck zum Einleiten des Neutronenabsorbers in den Reaktorkern wird durch unter Druck stehendes Treibgas 24 in den Behälter 3 zusätzlich zu dem aufgrund der höheren Lage des Behälters gegebenen hydrostatischen Druck er-

zeugt·

Das Wirbelventil 1 weist einen Einlaß 7, einen Auslaß 8 und drei Steuereingänge 9 auf, in deren Steuerleitungen Steuereinrichtungen 5 liegen. Ein Überwachungsorgan 15 beeinflußt den Zustrom des Sieuerfluids in Abhängigkeit von Signalen eines geeigneten Fühlers 17, der Abweichungen von einem vorbestimmten Neutronenabsorberspiegel feststellt.

Ein Sammelbehälter 22 sichert einen niedrigen Druck stromabwärts des Auslasses 8 beim Abschalten. ,

Eine Leitung 25 mit einer Drosselstelle 14 gestattet eh ummittelbares Anlegen eines Druckes an die Rohre 1 unter Umgehung des Wirbelventils 10.

Bei der Ausführungsform der F i g. 1 wird bei normalem Steuerbetrieb des Wirbelventils der am Einlaß erforderliche Druck erzeug!, der das Eintreten des Neutronenabsorbers in den Reaktorkern verhindert. Bei der Ausführungsform der F i g. 2 kann Druck direkt auf die Rohre ausgeübt werden, während das Wirbelventil die Funktionen des Abschaltens und der Steuerung des Neutronenabsorberspiegels in den Rohren übernimmt. Alternativ kann ein Ventil 26 dazu verwendet werden, in der Leitung 25 lediglich beim Anlaufen des Reaktors einen Druck zu erzeugen.

Beim Abschalten ist es wünschenswert, daß der Neutronenabsorberspiegel in den Rohren bis zur Oberseite des Reaktorkerns ansteigt, jedoch unterhalb des Wirbelventils verbleibt, damit ein Eintreten des Neutronenabsorbers in die Steuerleitungen verhindert wird. Dies läßt sich am besten dadurch erreichen, daß das obere Verbindungsrohr 18 und der Behälter 3 in ihrer Größe derart bemessen werden, daß beim Druckausgleich der gemeinsame Flüssigkeitsspiegel in dem System unterhalb der Höhe des Wirbelventils 10 liegt. Außerdem können hydrodynamische Bremseinrichtungen im oberen Bereich der Rohre 1 vorgesehen sein, durch die die Geschwindigkeit des Neutronenabsorbers abgebremst wird, wenn der innerhalb des Reaktorkerns liegende Teil der Rohre gefüllt ist.

Die Verwendung eines erhöht angeordneten Behälters als einziges Mittel zur Erzeugung von Druck hat den Vorteil, daß die Abnahme der treibenden Druckhöhe im letzten Teil des Abschaltvorgangs zu einer allmählichen Verzögerung der Neutronenabsorberbewegung führt, so daß ein möglicher Druckstoß beim Anhalten des Neutronenabsorbers an de» Oberseite des Reaktors verhindert wird.

Der Rohrdurchmesser ist im Zusammenhang mit dem verfügbaren Treibdruck und der erforderlichen Einlaßzeit zu wählen. Die Anzahl der zu verwendenden Rohre bestimmt sich nach der erforderlichen Reaktionsfähigkeit des Abschaltsystems.

Die Verwendung eines großen, unteren Verbindungsrohres 19, mit dem die Rohre 1 in Verbindung stehen, und einer Leitung großen Durchmessers zur Verbindung mit dem Neutronenabsorberbehälter ist wünschenswert zur Verringerung der Reibwirkung.

Das Verbindungsrohr 18 an der Oberseite der Rohre 1. das diese mit dem Wirbelventil verbindet, sollte so klein wie praktisch möglich gehalten werden, damit das ;,_s Volumen des Steuerfluids, das vor der Neutronenabsorberfront ausgestoßen werden muß, möglichst klein ist.

Es wird jetzt das als Steuervorrichtung dienende Wirbelventil an Hand der Ansführungsform in den Fig.3 und A näher beschrieben. Unter normalen Betriebsbedingungen hält das Wirbelventil bei Zufuhr eines Steuerfluids zu den Steueremgängen den Neutronenabaorberspiegel unterhalb des Reaktorkerns, indem es ein Austreten des Steuerfelds in den Rohren 1 verhindert. Beim Empfang eines Steuersignals bietet der Einlaß des Wirbelventils einen hohen Widerstand gegenüber dem Steuerfluidstrom aus. den Rohren 1 und legt außerdem einen Steuerfluiddruck an die Rohre t an, durch den der Neutronenabsorber außerhalb des Bereichs des Reaktorkerns gehalten wird. Beim Abschalten wird dem Steuereingang kein Steuerfluid zugeleitet und der Einlaß setzt einen konstanten, geringen Widerstand einer Strömung durch die Rohre entgegen. Da das in den Rohren 1 enthaltene Steuerfluid austreten muß, bevor der Neutronenabsorber in den Bereich des Reaktorkerns eintreten kann, sollte dieser Widerstand so gering wie möglich sein.

Das in den Fig. 3 und 4 abgebildete Wirbelventi! 10 besitzt drei Steuereingänge 9 und drei Einlaßkanäle 64. Die drei Einlaßkanäle stehen mit einer gemeinsamen Zufuhrkammer 67 in Verbindung, die ihrerseits über den Einlaß 7 und eine Leitung mit den Rohren 1 verbunden ist. Ein Auslaß 8 in Form einer kleinen Düse steht mit dem Einlaß eines Kompressors in Verbindung. Während des normalen Steuerbetriebes tritt der Steuerfluidstrom durch die Steuereingänge 9 in eine Wirbelkammer 70 tangential ein und durch den Auslaß 8 aus. Das durch die Rotationsbewegung des Steuerfluidstroms erzeugte Druckfeld ist derart ausgebildet, daß eine Strömung aus den Rohren 1 durch die Einlaßkanäle 64 unterbunden wird. Der an den Einlaßkanälen erzeugte Druck dient dazu, den Neutronenabsorberspiegel aus dem Reaktorkern herauszudrücken.

Das Wirbelventil kann derart ausgebildet sein, daß es bereits auf zwei von drei Signalen im Sinne eines Abschaltens anspricht, d. h. beim Fehlen eines Steuersignals an zwei von drei Steuereingängen schaltet das Wirbelventil auf niedrigen Durchgangswiderstand zum Abschalten des Reaktors. Ein unbeabsichtigstes falsches Signal zu einem der Steuergänge führt dagegen nach nicht zum Umschalten des Wirbelventils.

Das Abschalten des Reaktors wird durch Steuerung der Fluidströmung durch die Steuereingänge herbeigeführt. Bei normalem Betrieb des Wirbelventils ist eine im wesentlichen kontinuierliche Steuerfluidströmung zu den Steuereingängen erforderlich. Eine Unterbrechung der Strömung zu dem Wirbelventil führt zu einem Abschalten des Reaktors. Folglich wird der Reaktor abgeschaltet, wenn die Steuerleitung blockiert ist oder wenn sie ein Leck aufv/eist, so daß der Druck abfällt oder wenn die Steuerfluid-Zufuhreinrichtung nicht in erforderlichem Maße Steuerfluid zuführt.

Die Verwendung des Wirbelventils gestattet ein kontinuierliches Testen des Abschallsystems während des normalen Betriebs. Der Testvorgang besteht im wesentlichen darin, daß der Durchsatz an den Steuereingängen des Wirbelventils zeitweilig schlagartig verringert und dadurch ein kleiner Druckabfall in den Rohren 1 erzeugt wird, dessen Dauer jedoch begrenzt ist, so daß der Neutronenabsorber nicht in den Bereich des Reaktorkerns eintritt, andererseits die Bewegung des Neutronenabsorbers mit Hilfe geeigneter Abtastorgane abgetastet werden kann.

Ein als Steuerfluid geeignetes Gas ist Helium. Helium dehnt sich weniger aus als Luft bei entsprechender Druckabnahme und isentroper Expansion und kann

außerdem wegen seiner geringeren Dichte schneller beschleunigt werden als Luft. Durch diese Eigenschaften des Heliums wird die Austrittsgeschwindigkeit aus den Rohren erhöht ■ und damit die Einlaßzeit für den Neutronenabsorber verkürzt. Ein geeigneter Neutronenabsorber ist eine Lösung aus etwa 2,3molarem Ammoniumborat in Wasser. Andere 3oratsalze andere, in hohem Maße neutronenabsorbiei Materialien wie Gadolinium oder Cadmiumgeir oder Verbindungen können ebenfalls verwendet den.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abschaltvorrichtung für einen Kernreaktor mit wenigstens einem, aufwärts durch den Reaktorkern verlaufenden Rohr, an dessen unteres Ende ein Behälter angeschlossen ist, der unter in Richtung auf das Rohr wirkenden Treibdruck gesetzten flüssigen Neutronenabsorber enthält, und dessen oberes Ende mit dem Einlaß einer Fluiddrucksteuervorrichtung verbunden ist, die an eine Fluiddruckwelie angeschlossen ist und einen steuerbaren Auslaß aufweist und zwischen einem den Absorber im Rohr außerhalb des Reaktorkerns haltenden, hohen Fluiddruck und einem niedrigen Fluiddruck, bei dem der Absorber in den Reaktoikern einströmt, umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddrucksteuervorrichtung (10) zwischen dem Einlaß (7) und dem Auslaß (8) eine Kammer (70) aufweist, die mit einem durch eine Steuereinrichtung (5) beeinflußbaren Steuerfluid durch wenigstens einen Steuereingang (9) derart beaufschlagbar ist, daß das Steuerfluid eine Rotationsbewegung in der Kammer (70) ausführt und daß der durch das rotierende Steuerfluid erzeugte Druck den hohen Fluiddruck am Einlaß (7) bildet.

2. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) ein Überwachungsorgan (15, 17) aufweist, das durch Beeinflussung der Fluidströmung einen vorbestimmten Pegel des Absorbers (4) einhält.

3. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (10) drei radial zum Wirbelzen;rum gerichtete Einlaßkanäle (64), eine Zufuhrkammer (67) zum Verbinden dieser Kanäle mit dem Einlaß (7) und drei in Strömungsrichtung des Wirbels gerichtete Steuereingänge (9) aufweist.

4. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (10) den hohen Fluiddruck aufrechterhält, solange die Fluidströmung an mindestens zwei der drei Steuereingänge (9) anliegt.

5. Abschaltvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) für jeden Steuereingang ein Steuerventil aufweist.