DE2357893B1 - Druckwasserreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckwasserreaktor mit einem Reaktordruekbehälter, mit Hauptkühlmittelleitungen, die mit dem durch den Reaktorkern voneinander getrennten oberen und unteren Teil des Inneren des Reaktordruckbehälters verbunden sind, und mit mindestens einem Druckspeicher, der beim Auftreten eines Lecks Kühlmittel in den Reaktordruekbehälter einspeist.

An Hand der deutschen Auslegeschrift 11 56 516, die eine Notkühleinrichtung für flüssigkeitsgekühlte Kernreaktoren, vorzugsweise für einen Druckwasserreaktor für einen Schiffsantrieb (Schiffsreaktor), beschreibt, soll zunächst erläutert werden, daß bei einem Druckwasserreaktor stets ein sogenannter Druckhalter vorhanden ist. Der Druckhalter ist ein geschlossenes Gefäß, in dem das Primärkühlwasser bis zu einem bestimmten Flüssigkeitsstand steht, während der darüberliegende Raum Dampf enthält. Der Flüssigkeitsraum enthält Heizungen zum Verdampfen des Kühlmittels. Der Dampfraum ist mit Sprüheinrichtungen zur Kondensation des Dampfes versehen. Der Druckhalter steht in ventilloser Verbindung mit dem Primärkühlkreis des Druckwasserreaktors. Er hat, wie sein Name besagt, die Aufgabe, den Druck im Primärkreis des Druckwasserreaktors auf einen bestimmten Wert zu halten, bei dem vorausgesetzt werden kann, daß praktisch kein Sieden auftritt. Der Druckwasserreaktor ist zu diesem Zweck mit der heißen und der kalten Seite des Reaktordruckbehälters verbunden. Bei zu hohem Druck wird durch Kondensation des Dampfes im Druckhalter für eine Druckentlastung gesorgt. Bei zu niedrigem Druck kann durch eine Heizung zusätzlicher Dampf erzeugt werden, der das Kühlmittel aus dem Druckhalter in den Primärkühlkreis einspeist. Diese Wirkungsweise bedingt die mindestens während des Betriebes völlig freie Verbindung mit dem Primärkühlkreis.

Druckspeicher haben dagegen die Aufgabe, bei einem Absinken des Druckes im Primärkühlkreis, der keinen Leistungsbetrieb mehr gestattet, zusätzliches Kühlwasser in den Primärkühlkreis einzuspeisen, damit eine Nötkühlung gesichert ist. Dieses zusätzliche Kühlwasser, das unter dem Druck eines Gaspolsters steht, ist im allgemeinen stark boriert, um mit Sicherheit den Reaktorkern unterkritisch zu machen oder zu halten. Ein weiterer. Leistungsbetrieb ist damit also ausgeschlossen.

In der genannten deutschen Auslegeschrift 11 56 516 ist der Druckhalter durch zusätzliche Leitungen als Teil eines Notkühlsystems verwendet, bei dem die in den Druckhalter führende Steigleitung über eine vom Druckhalter ausgehende Verzweigung zu zwei Wärmetauschern führt, die vom Seewasser gekühlt werden. Aus diesen Wärmetauschern läuft das Primärkühlmittel im Naturumlauf unmittelbar in den Reaktorkern zurück. Mit Druckspeichern der beim Druckwasserreaktor nach der Erfindung vorgesehenen Art ist dies also nicht unmittelbar vergleichbar.

Wie in dem Buch »VGB Kernkraftwerksseminar« 1970, S. 42, dargestellt ist, hat man bei einem Druckwasserreaktor mit vier Dampferzeugern, die jeweils durch eine als kalten und eine als heißen Strang bezeichnete Hauptkühlmittelleitung mit dem Reaktordruekbehälter verbunden sind, zur Einspeisung in die Hauptkühlmittelleitung bei Notkühlung vier Druckspeicher vorgesehen, die in gleicher Weise über Rückschlagklappen zu beiden Seiten des Dampferzeugers an die Hauptkühlmittelleitungen, also sowohl an den heißen als auch an den kalten Strang angeschlossen sind. Die parallele Einspeisung jedes Druckspeichers entspricht dem aus Sicherheitsgründen entstandenen Bestreben nach Redundanz, denn es muß stets gewährleistet sein, daß bei einem Leck im Primärsystem, das einen schnellen Druckabbau und starken Kühlmittelverlust verursacht, der Wasservorrat der Druckspeicher in den Reaktorkern gelangt und diesen geflutet hält.

Gegenüber der bekannten Anordnung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einspeisung von Kühlmittel mit Hilfe der Druckspeicher so aufzubauen, daß ohne Einbuße an Sicherheit eine optimale Kühlmitteleinspeisung bei großen und mittleren Leckunfällen erreicht wird.

Der Druckwasserreaktor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Druckspeicher über die heiße Hauptkühlmittelleitung ausschließlich mit dem oberen Teil und mindestens ein weiterer Druckspeicher über die kalte Hauptkühlmittelleitung ausschließlich mit dem unteren Teil des Inneren des Reaktordruckbehälters verbunden ist. Dies bedeutet, daß die bisher übliche Paralleleinspeisung bewußt aufgegeben wird, und hat zur Folge, daß die Druckspeieher mit ihren Rückschlagklappen und den durch z. B. Strömungswiderstände bestimmten Einspeiseraten besser als bisher an die Erfordernisse des Unfallablaufs angepaßt werden können. Es hat sich nämlich gezeigt, daß der obere und der untere Teil im Inneren des Reaktordruckbehälters, die über den heißen bzw. den kälten Strang zu erreichen sind, mit unterschiedlichen Einspeiseraten und unterschiedlichen Drücken günstiger als bisher versorgt werden können, wodurch bei

großen als auch bei mittleren Lecks eine wesentlich bessere Beherrschung des Kühlmittelverlustunfalls erreicht wird.

Die Einspeisung in den oberen Teil (Heißeinspeisung) kann bei verhältnismäßig niedrigen Drücken erfolgen, jedoch empfiehlt sich hier eine hohe Einspeiserate. Damit wird durch das eingespeiste Kühlmittel neben seiner Flutwirkung vor allem eine Kondensation des Dampfes bewirkt, der infolge der Flutung des Reaktorkerns von unten (Kalteinspeisung) entsteht. Der weitere Flutvorgang des Reaktorkerns wird dadurch wesentlich erleichtert Die Kalteinspeisung muß zeitlich vor der Heißeinspeisung erfolgen. Deshalb muß die Kalteinspeisung bei höheren Drücken vor sich gehen. Da hierbei keine Kondensationswirkung erreicht werden muß, können die Einspeiseraten kleiner als bei der Heißeinspeisung gewählt werden. Durch den höheren Einspeisedruck wird gleichzeitig ein günstigerer Flutvorgang sowohl beim mittleren als auch beim größeren Leck erreicht Insgesamt kann deshalb mit dem Druckwasserreaktor nach der Erfindung bei gegebener Kühlmittelmenge und Speicherenergie eine günstigere Kühlung als bei der bisher üblichen parallelen Einspeisung erhalten werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckwasserreaktor kann man ebenso viele Druckspeicher wie Hauptkühlmittelleitungen vorsehen. Gegenüber der bekannten Anordnung bedeutet dies eine Verdoppelung der Speicherzahl, weil jedem Strang ein Druckspeicher zugeordnet wird. Da das Kühlmittelvolumen aber wegen der günstigeren Ausnutzung verringert werden kann und es trotz der unterschiedlichen Einspeiseraten durchaus möglich sein kann, die Speicher gleich auszuführen, ist auch in diesem Fall eine wirtschaftliche Fertigung und Montage möglich. Das dem Kühlbedarf angepaßte Einspeiseverhalten kann z. B. lediglich durch den Strömungswiderstand der Anschlußleitungen hervorgebracht werden. Der Einspeisedruck des an den oberen Teil angeschlossenen Druckspeichers kann vorteilhaft kleiner als der des an dem unteren Teil angeschlossenen Druckspeichers sein. Dieser Druckspeicher wird dann bei einem Kühlmittelverlust etwas später wirksam. Deshalb kann das von ihm eingespeiste Kühlmittelverlust im oberen Teil des Inneren des Reaktordruckbehälters sich bildenden Dampf kondensieren.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

In F i g. 1 ist schematisch vereinfacht ein Reaktordruckbehälter 1 gezeichnet, der einen Reaktorkern 2 enthält. Der Kugelboden 3 des Reaktordruckbehälters unterhalb des Reaktorkerns bildet den auch als unteres Plenum bezeichneten unteren Teil 4 des Inneren des Reaktordruckbehälters. In diesen Raum führt die als kalter Strang 5 bezeichnete Hauptkühlmittelleitung, die von einem nicht dargestellten Dampferzeuger über eine ebenfalls nicht gezeichnete Hauptkühlmittelpumpe zum Reaktordruckbehälter 1 zurückführt. Das Kühlmittel durchströmt auf dem Weg in das untere Plenum 4 den Ringraum 6 zwischen dem Reaktordruckbehälter 1 und einem in diesen eingesetzten Kernbehälter 7.

Oberhalb des Reaktorkerns 2 befindet sich der als oberes Plenum bezeichnete obere Teil 8 des Inneren des Reaktordruckbehälters, der mit dem heißen Strang 9 in Verbindung steht. Durch den heißen Strang 9 strömt das im Reaktorkern 2 erwärmte Kühlmittel zu dem erwähnten Dampferzeuger.

Wie man sieht, ist an den Kalten Strang 5 (Kalteinspeisung) und den heißen Strang 9 (Heißeinspeisung) je eine Einspeiseleitung 10 und 11 angeschlossen, die über eine Rückschlagklappe 12 bzw. 13 zu einer Kühlmittelquelle führt. Diese Kühlmittelquelle muß dann wirksam werden, wenn der Hauptkühlmittelkreis nicht ausreichend funktioniert.

In F i g. 2 ist die Anordnung der für die Notversorgung vorgesehenen Druckspeicher für einen Druckwasserreaktor mit vier Dampferzeugern angegeben. Die Einspeiseleitungen 10 und 11 sind viermal in gleicher Weise vorgesehen und durch die zusätzlichen Buchstaben a bis c unterschieden.

Wie man sieht, ist an jede Einspeiseleitung 10,11 und damit auch an jede Hauptkühlmittelleitung 5, 9 hinter der Rückschlagklappe 12 bzw. 13 jeweils ein Druckspeicher 15 bzw. 15' angeschlossen, der ein Volumen 17 bzw. 17' von vorzugsweise boriertem Wasser und ein Gaspolster 18 bzw. 18' enthält, das als Energiespeicher vorgesehen ist. Der Druck des Gaspolsters beträgt z. B. 60 bar. Deshalb wird dann, wenn in der Hauptkühlmittelleitung ein kleinerer Druck erreicht wird, die Klappe 12 und die zusätzlich zur Abtrennung des Druckspeichers 15 vorgesehene Rückschlagklappe 19 geöffnet, so daß selbsttätig eine Einspeisung des Wasservolumens 17 in Gang kommt.

Der der kalten Hauptkühlmittelleitung 5 zugeordnete Druckspeicher 15, der an die Leitung 10 angeschlossen ist, ist auf einen höheren Druck als der Druckspeicher 15' vorgespannt, der über die Leitung 11 in den heißen Strang 9 fördert. Außerdem kann in der Leitung 20, die den Druckspeicher mit der Leitung 10 verbindet, eine Drossel 24 vorgesehen sein, die als Strömungswiderstand die Einspeiserate bestimmt

Der Druckspeicher 15' soll dagegen bei geringerem Druck eine größere Einspeiserate haben. Zu diesem Zweck kann man ihn auf einen geringeren Druck des Gaspolsters 18' aufladen. Außerdem wird man den Strömungswiderstand der Leitung 20', gegebenenfalls auch noch der Leitung 11, möglichst niedrig bemessen, damit bei dem gegebenen niedrigeren Druck eine größere Einspeisemenge in der Zeiteinheit in den heißen Strang 9 und von dort in das obere Plenum 8 gelangt. Die Differenz der Einspeiseraten kann zwischen 10 und 50% betragen.

Wie man sieht, sind die Einspeiseleitungen 10 und 11 über zwei weitere Rückschlagklappen 21 und 22 noch an eine Leitung 23 angeschlossen. Diese führt zu einer Einspeisepumpe, mit der die Not- oder Nachkühlung des Reaktors vorgenommen werden kann, wenn die Druckspeicher 15, 15' nicht oder nicht mehr in Betrieb sind. Die weiteren, mit den Buchstaben a, b und c unterschiedenen Einspeiseanordnungen A, B, C sind in gleicher Weise aufgebaut. Sie sind jedoch um den Reaktordruckbehälter räumlich so gruppiert, daß kurze Leitungslängen mit geringen Strömungswiderständen erreicht werden.

Beim Ausführungsbeispiel wurde bisher dargestellt, daß die Einspeiseleitungen 10 und 11 den in den Reaktordruckbehälter 1 führenden Hauptkühlmittelleitungen 5 und 9 zugeordnet sind. Statt dessen können die Einspeiseleitungen 10, 11 aber auch mit eigenen Rohrstutzen in den Reaktordruckbehälter 1 geführt werden. Dazu wird man die Leitung 10 am zylindrischen Teil des Reaktordruckbehälters 1 anbringen, während die obere Leitung 11 oberhalb des Reaktorkerns 2, unter Umständen an dem zum Reaktordruckbehälter 1 gehörenden Deckel, angesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckwasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter, mit Hauptkühlmittelleitungen, die mit dem durch den Reaktorkern voneinander getrennten oberen und unteren Teil des Inneren des Reaktordruckbehälters verbunden sind, und mit mindestens einem Druckspeicher, der beim Auftreten eines Lecks Kühlmittel in den Reaktordruekbehälter einspeist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Druckspeicher (15') über die heiße Hauptkühlmittelleitung (9) ausschließlich mit dem oberen Teil (8) und mindestens ein weiterer Druckspeicher (15) über die kalte Hauptkühlmittelleitung (5) ausschließlich mit dem unteren Teil (4) des Inneren des Reaktordruckbehälters (1) verbunden ist.

2. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ebenso viele Druckspeicher (15,15') wie Hauptkühlmittelleitungen (5,9) vorhanden und an jeweils eine dieser Leitungen angeschlossen sind.

3. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiserate des an den oberen Teil (8) angeschlossenen Druckspeichers (15') größer als die des an den unteren Teil (4) angeschlossenen Druckspeichers (15) ist.

4. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspeisedruck des an den oberen Teil (8) angeschlossenen Druckspeichers (15') kleiner als der des an den unteren Teil (4) angeschlossenen Druckspeichers (15) ist.