DE2357893C2 - Druckwasserreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen 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 Reaktordruckbehälter 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 Notkühlung 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 duich 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 be-

jo zeichnete Hauptkühlmittelleitung mit dem Reaktordruckbehälter 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 Reaktordrijckbehälters, die über den heißen bzw. den kalten Strang zu erreichen sind, mit unterschiedlichen Einspeiseraten und unterschiedlichen Drücken günstiger als bisher versorgt werden können, wodurch bei

roßen als auch bei minieren Lecks eine wesentlich bessere Beherrschung des Kühlmiltelverlustunfalls erreicht w>^rd.

Die Einspeisung in den oberen Teil (Heißeinspei- \ kann bei verhältnismäßig niedrigen Drücken erf Igen, jedoch empfiehlt sich hier eine hohe Linspeiseate Damit wird durch das eingespeiste Kühlmittel neben seiner Flutwirkung vor allem eine Kondensation Dampfes bewirkt, der infolge der Flutung des

druckbehälter 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 Reaktordruokbehälters. In diesen Ramn 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 Kühlmit-

fjes Dampies ucwhm, uc. imui^ <■><-> riumug ues zum KcaKtoraruckbenalter ι zurucKiunn. u»us i^ummu-Reaktorkerns von unten (Kalteinspeisung) entsteht, ίο tel durchströmt auf dem Weg in das untere Plenum 4 Der weitere Flutvoigang des Reaktorkerns wird da- den Ringraum 6 zwischen dem Reaktordruckbehälter 1 durch wesentlich erleichtert. Die Kalteinspeisung muß und einem in diesen eingesetzten Kernbehälter 7. zeitlich vor der Heißeinspeisung erfolgen. Deshalb muß Oberhalb des Reaktorkerns 2 befindet sich der als die Kalteinspeisung bei höheren Drücken vor sich ge- oberes Plenum bezeichnete obere Teil 8 des Inneren hen Da hierbei keine Kondensationswirkung erreicht 15 des Reaktordruckbehälters, der mit dem heißen Strang werden muß, können die Einspeiseraten kleiner als bei 9 in Verbindung steht. Durch den heißen Strang 9 der Heißeinspeisung gewählt werden. Durch den höhe- strömt das im Reaktorkern 2 erwärmte Kuhlmittel zu ren Einspeisedruck wird gleichzeitig ein günstigerer dem erwähnten Dampferzeuger. Flutvorgang sowohl beim mittleren als auch beim grö- Wie man sieht, ist an den Kalten Strang 5 (Kalteinßeren Leck erreicht. Insgesamt kann deshalb mit dem 20 speisung) und den heißen Strang 9 (Heißeinspeisung) je Druckwasserreaktor nach der Erfindung bei gegebener eine Einspeiseleitung 10 und 11 angeschlossen, die über Kühlmittelmenge und Speicherenergie eine günstigere eine Rückschlagklappe 12 bzw. 13 zu einer Kühlmittel-Kühlung als bei der bisher üblichen parallelen Einspei- quelle führt. Diese Kühlmittelquelle muß dann wirksam sung erhalten werden. werden, wenn der Hauptkühlmittelkreis nicht ausrei-

Die Erfindung unterscheidet sich auch klar von einer 25 chend funktioniert.

in der deutschen Patentschrift 22 41 303 beschriebenen In F i g. 2 ist die Anordnung der für die Notversor-Kernreaktoranlage. Die dort an einen Reaktordruckbe- gung vorgesehenen Druckspeicher für einen Druckhälter über zwei getrennte Leitungen angeschlossenen wasserreaktor mit vier Dampferzeugern angegeben. Druckspeicher haben nämlich in bezug auf den Reaktor- Die Einspeiseleitungen 10 und 11 sind viermal in gleik rn die gleiche Verbindung zu dem oberen Teil des 30 eher Weise vorgesehen und durch die zusätzlichen Reaktordruckbehälters. Sie sollen in völlig übereinstim- Buchstaben a bis c unterschieden.

ender Weise den Reaktorkern fluten, ohne daß auf Wie man sieht, ist an jede Einspeiseleitung 10,11 und

Unterschiede eingegangen wird, wie sie gerade das damit auch an jede Hauptkühlmittelleitung 5, 9 hinter

w«en der vorliegenden Erfindung ausmachen. Im übri- der Rückschlagklappe 12 bzw. 13 jeweils ein Druck_ en befaßt sich die deutsche Patentschrift 22 41303 35 speicher 15 bzw. 15'angeschlossen, der ein Volumen 17

mit einer Dekontamin^:erungssprühung, die radioaktive bzw. 17' von vorzugsweise bonertem Wasser und ein

UpJandteile mit Hilfe einer Natriumthiosulfat-Sprüh- Gaspolster 18 bzw. 18' enthält, das als Energiespeicher

Sg auswaschen soll. Dieser Lösung wird nach der vorgesehen ist. Der Druck des Gaspolsters betrag^ ^ B.

SSenhaltung ein Aluminium-Korrosionsschutz- 60 bar. Deshalb wird dann, wenn in der Hauptkuhlm.t mittel ζ B Natriumsilikat, beigegeben. Demnach ist die 40 telleitung ein kleinerer Druck erreicht wird, die Klappe

Snische Lehre der deutschen Patentschrift 22 41 303 12 und die zusätzlich zur Abtrennung des Druckspeivon der Erfindung nach Aufgabe und Lösung völlig verschieden.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckwasserreaktor

kann man ebenso viele Druckspeicher wie Hauptkühl- 45 mittelleitungen vorsehen. Gegenüber der bekannten Anordnung bedeutet dies eine Verdoppelung der Speicherzahl, weil jedem Strang ein Druckspeicher zugeordnet wird. Da das Kühlmittelvolumen aber wegen

chers 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

geordnet wird. Ua aas MJnirniueivoiumen uucr wegen heißen Strang 9 fördert. Außerdem kann in der Leitung der günstigeren Ausnutzung verringert werden kann 50 20, die den Druckspeicher mit der Leitung 10 verbindet, und es trotz der unterschiedlichen Einspeiseraten eine Drossel 24 vorgesehen sein, die als Strömungsdurchaus möglich sein kann, die Speicher gleich auszu- widerstand die Einspeiserate bestimmt, führen, ist auch in diesem Fall eine wirtschaftliche Fer- Der Druckspeicher 15' soll dagegen bei geringerem

tigung und Montage möglich. Das dem Kühlbedarf an- Druck eine größere Einspeiserate haben. Zu diesem gepaßte Einspeiseverhalten kann z. B. lediglich durch 55 Zweck kann man ihn auf einen geringeren Druck des den Strömungswiderstand der Anschlußleitungen her- Gaspolsters 18' aufladen. Außerdem wird man den vorgebracht werden. Der Einspeisedruck des an den Strömungswiderstand der Leitung 20', gegebenenfalls oberen Teil angeschlossenen Druckspeichers kann vor- auch noch der Leitung 11, möglichst niedrig bemessen, teilhaft kleiner als der des an dem unteren Teil ange- damit bei dem gegebenen niedrigeren Druck eine gröschlossenen Druckspeichers sein. Dieser Druckspeicher 60 ßere Einspeisemenge in der Zeiteinheit in den heißen wird dann bei einem Kühlmittelverlust etwas später Strang 9 und von dort in das obere Plenum 8 gelangt, wirksam. Deshalb kann das von ihm eingespeiste Kühl- Die Differenz der Einspeiseraten kann zwischen 10 und mittelverlust im oberen Teil des Inneren des Reaktor- 50% betragen.

druckbehälters sich bildenden Dampf kondensieren. Wie man sieht, sind die Einspeiseleitungen 10 und

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im fol- 65 über zwei weitere Rückschlagklappen 21 und 22 noch

genden an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbei- an eine Leitung 23 angeschlossen. Diese führt zu einer

spie! beschrieben. Einspeisepumpe, mit der die Not- oder Nachkühlung

In F i p. 1 ist schematisch vereinfacht ein Reaktor- des Reaktors vorgenommen werden kann, wenn die

Druckspeicher 15, 15' nicht oder nicht mehr in Betrieb sind. Die weiteren, mit den Buchstaben a, 6 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckwasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter, mit Hauptkühlminelleitungen, 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 Reaktordruckbehälter 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.