DE2400055A1 - Konzept zur einspeisung von kuehlwasser in den reaktordruckbehaelter eines leichtwasserreaktors - Google Patents

Konzept zur einspeisung von kuehlwasser in den reaktordruckbehaelter eines leichtwasserreaktors

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DE2400055A1
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

  • Bes chreibunq Titel: Konzept zur Einspeisung von Kühlwasser in den Reaktor- -druckbehälter eines Leichtwasserreaktors.
  • Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft ein Schaltungskonzept mit zugehörigen Steuerorganen, um im-Falle eines Störfalles verbunden mit einem Kühlmittelverlust in den Reaktordruckbehälter eines Leichtwasserreaktors sog. Notkühlwasser einzuspeisen und im Anschluß an diese Einspeisung die Nachkühlung des Reaktorkernes zu ermöglichen.
  • Eine Anwendung der Erfindung ist vorwiegend in sog. Druckwasserreaktoren, die mit leichtem Wasser (H20) gekühlt werden, zweckmäßig. Der Hauptteil der Erfindung, nämlich ein selbsttätiges Steuerorgan, ist generell zum Freischalten bestimmter Strömungswege in 2 verschiedene Zonen abhängig von vorhandenen Druckdifferenzen zwischen diesen Zonen auch in anderen Reaktortypen geeignet.
  • Zweck: Die Sicherstellung der Wärmeabfuhr nach der Abschaltung des Reaktors und auch nach einem Störfall ist bekanntermaßen unumgänglich notwendig. Handelt es sich bei dem oben angesprochenen Störfall z.B. um ein Ereignis, bei dem Kühlwasser aus dem unter hohem Druck arbeitenden Hauptkühlkreislauf eines Reaktors entweicht, (sog. Kühlmittel verluststörfall) so muß vor allem der Wasserverlust durch geeignete Systeme laufend ergänzt werden. Solche Systeme bezeichnet man üblicherweise als Sicherheitseinspeise-Systeme Neben dieser laufenden Ergänzung des durch ein Leck entweichenden Kühlwassers durch sog. Notkühlwasser muß für eine ausreichende Kühlung des laufend eingespeisten Notkühlwassers gesorgt werden, um auf diese Weise die sog. Nachzerfallswärme des Reaktorkernes abzuführen. Solche Systeme bezeichnet man üblicherweise mit " Nachkühlsysteme ".
  • Bekanntermaßen sind nun innerhalb einer Kernkraftwerks anlage das sog. Sicherheitseinspeisesystem und das sog. Nachkühlsystem meist in irgendeiner Weise miteinander kombiniert.
  • Man spricht dann meist vom Not-Nachkühl-System (engl.
  • ECCS, emergency core cooling system).
  • Zweck der Erfindung ist es, die Sicherheitseinspeisung und Nachkühlung so vorzunehmen, daß die thermodynamischen Prozesse beim Ablauf des sog. Kühlmittelverluststörfalles in der Weise beeinflußt werden, daß mit hoher Zuverlässigkeit, mit geringstmöglichen Notkühlwassermengenr optimale Kühlverhältnisse im Reaktorkern erreicht werden. Ein weiterer, am Rande liegender Zweck der Erfindung ist es, den Nachweis der wirkungsvollen Funktion dieser Erfindung höchstwahrscheinlich sicherer und wirtschaftlicher erbringen zu können und damit Unsicherheitszuschläge abbauen zu können. Dies ist besonders wichtig, da bekanntlich solchen Systemen große sicherheitstechnische Bedeutung zukommt.
  • Stand der Technik: Heutige Leichtwasserreaktoren besitzen zur Beherrschung eines Kühlmittelverluststörfalles sog. Not- und Nachkühlsysteme. Diese Systeme sind aus Zuverlässigkeitsgründen mehrfach vorhanden (Stränge) und bestehen jeweils aus verschiedenen Teilsystemen. Bei den meisten Anlagen dieser Art speist jeder Strang Notkühlwasser an bestimmten Stellen der Rohrleitungen des sog. Primärsystemes, also außerhalb des eigentlichen Reaktordruckbehälters,in die soo.
  • Hauptkühlmittelleitung ein, (siehe z.B. VGB-Kern-Kraftwerksseminar 1970.) Kritik des Standes: Das gesamte eingespeiste Notkühlwasser gelangt durch bekannte Lösungen nicht direkt an die Stelle, wo es eigentlich zur Kühlung gebraucht wird, nämlich zum Reaktorkern.
  • Die bekanntesten Lösungen lassen keine optimale Strönungsführung des Notkühlwassers zum Reaktorkern abhängig von der zufälligen Leckposition innerhalh des Primärsystemes erkennen.
  • Die ablaufenden technisch- physikalischen Prozesse nach Auftreten eines Leckfalles im Primärsystem sind bei den augenblicklichen Lösungen der Not- und Nachkühlsysteme überaus komplex und daher in ihren Analysen mit vielen Zuschlägen zur sicheren Seite hin abzudecken.
  • Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Notkühlwasser direkt in den Reaktordruckbehälter einzuspeisen, wobei durch ein hydrauliches,selbsttätiges Steuerorgan das otkühlwasser in zwei verschiedene, durch Strukturteile getrennte Bereiche des ReaRtordruckbehälters,wahlweise geleitet werden soll. Dabei gehört es mit zur Aufgabe der Erfindung, daß das selbsttätige Steuerorgan die Schaltung der 2 möglichen Strömungswege so vornimmt, daß je nach Ort des Leckes im Hauptkühlkreislauf die thermodynamisch wirkungsvollere Variante für die NotkühJwasse.r-Z-uspeisung freigeschaltet wird. Als weitere Aufgabe der Erfindung ist anzusehen, für den normalen Nachkühlbetrieb bei ungestörter Reaktoranlage (normales Abfahren der Anlage) einsetzbar zu sein.
  • Lösung: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an ausgewählten Positionen des Reaktordruckbehälters hestimmte Rohrleitungen des Not- und Nachkühlsystems einmünden und das durch diese Rohrleitungen in den Reaktordruckbehälter eingespeiste Notkühlwasser durch ein selbsttätiges hydrauliches Steuerorgan wahlweise in 2 verschiedene Zonen des Reaktordruckbehälters geleitet wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß desweiteren notwendig, verschiedene bereits bekannte und notwendige Teilsysteme des Not-und Nachkühlsystems in einer ganz bestimmten Weise durch Rohrlei tungen miteinander zu verbinden, um erfindungsgemäß ein optimales Konzept zur Einspeisung von Notkühlwasser in den Hauptkühlkreislauf eines Druckwasserreaktors zu verwirklichen.
  • Ein Beispiel dieser erfindungsgemäßen Lösungsmöglichkeit ist in Abb. 1 und Abb. 2 schematisch dargestellt. Dort finden sich in den Legenden auch die üblichen Bezeichnungsweisen.
  • Weitere Ausgestaltung der Erfindung: Die selbsttätige, hydrauliche Steuerung des in den Reaktordruckbehälter eingespeisten Notkühlwassers in 2 verschiedene Zonen des Reaktordruckbehälters erfolgt zweckmäßigerweise durch die im Falle eines Kühlmittelverluststörfalles sich einstellenden Druckdifferenz zwischen der Zone 1 und der Zone 2 siehe Abb. 1). Das heißt, ist der Gesamtdruck p1 in der Zone 1 und damit die Kraft auf die Fläche eines Steuerkörpers (siehe Abb. 1, Pos. 6 ) größer als in Zone 2, erfolgt eine Bewegung des Steuerkörpers von Stellung 2'A" in Richtung zum niedrigeren Gesamtdruck, also zur Stellung aB". Damit wird jeweils ein Strömungsweg a oder"b" für das Notkühlwasser in die Zone mit höherem Druck freigeschaltet. So ist gewährleistet, daß das Notkühlwasser nach der Einspeisung den Reaktorkern immer durchströmt. Neben der direkten Beaufschlagung des Steuerkörpers (siehe Abb. 1, Pos. 6) mit dem Druck Pl in Zone 1 und p2 in Zone 2 ist natürlich eine Druckbeaufschlagung des Steuerteiles über Druckimpulsleitungen prinzipiell möglich.
  • Zum Erhalt einer wirksamen Druckdifferenz vor und hinter dem Steuerkörper sind die zu seiner Beweglichkeit vorzusehenden Spalte in bekannter Weise mit z.B. Kolbenringen abzudichten.
  • Bei der Ausgestaltung des Steuerorganes nach Abb. 1 ist sichergestellt, daß die Ruhelage des Steuerkörpers immer in Stellung 'A ist (siehe Abb. 1), da bei Betrieb der Hauptumwälzpumpen die resultierende wirksame Druckdifferenz dies erzwingt.
  • Um den Steuerkörper bei einer wirksamen Druckdifferenz zwischen den Zonen 1 und 2 in einer der beiden-Stellungen "A' oder liB> sicher stabil zu halten, ist es wie üblich notwendig, die Durchtrittsquerschnitte im Rohr (Pos 4 , Abb. 1) so anzuordnen, daß der Steuerkörper (6) in keiner Stellung gleichzeitig Bohrungen in Querschnittsebene 1 und Querschnittsebene 2 (siehe Abb. 1) freigibt.
  • Durch geeignete Ausführung des Durchtrittsquerschnittes nach Pos. 7 , Abb. 1 ist erreichbar, daß auch blei Saugbetrieb in einem Steuerorgan der Steuerkörper in der Stellung A' bleibt, in die er entweder durch die von den Hauptumwälzpumpen oder dem Naturumlauf im Reaktordruckbehälter erzeugte Druckdifferenz geschoben wird. (Für den Nachkühlbetrieb der Reaktoranlage wichtig!) Zur Wiederholungsprüfung der Beweglichkeit des Steuerkörpers kann bei geeigneter Gesamtausführung des Steuerorganes heim Brennelementwechsel ein fernbedienbares Werkzeug in üblicher Weise eingesetzt werden.
  • Zum erforderlichen Aushau des Kernbehälters (Pos. 2 , Abb.1) ist dafür Sorge zu tragen, daß das Konstruktionsteil, das Zone 1 von Zone 2 (siehe Pos. 8 , Abb. 1) hydraulich trennt, vorher ausbaubar ist und damit dann das Ausfahren des Kernbehälters nach oben freigibt.
  • Zur Beaufschlagung der Steuerorgane mit Notkühlwasser und für den Betriebsfall "achkühlen" werden die Rohrleitungen der verschiedenen Teilsysteme (Pos. 22 , 23 , 24 Abb. 2) jeweils direkt mit den Einspeiseleitungen (Pos. 20 21 21) zweckmäßigerweise verbunden (Pos. 25 , Ahb. 2).
  • Erzielbare Vorteile: Mit Hilfe dieses Konzeptes zur Einspeisung des Notkühlwassers werden z.B. folgende Vorteile gegenüber bisher bekannten Lösungen erzielt: - Die Position des Lecks im Falle des Kühlmittelverluststörfalles bestimmt direkt und automatisch die zur wirksamen Kühlung des Kernes bessere Einspeiseposition.
  • - Das Notkühlwasser wird direkt dort eingespeist, wo es zur Kühlung notwendig ist und muß nicht erst, wie zur Zeit bekannt, über die Hauptkühlmittelleitung dem Reaktorkern zufließen.
  • - Notkühlwasserverluste durch KurzschluRströmungen oder direktes ungenutztes Ausströmen durch das Leck sind praktisch vermieden. Damit ist eine Einsparung von Pumppnkapazität möglich.
  • - Die Redundanz der Zuspeisepositionen am Reaktordruckbehälter und damit auch praktisch der Stränge des Not- und Nachkühlsystems ist nicht mehr aus Symetriegründen an die Zahl der Hauptkühlkreisläufe gebunden.Damit ist eine zuverlässigkeitstechnisch optimale Lösung leichter zu finden.
  • - Bekannte Auswahlschatungen zur wahlweisen Einspeisung von Notkühlwasser an zwei verschiedene Positionen einer Hauptumwälzleitung können entfallen.
  • - Die ablaufenden technisch-physikalischen Vorgänge bei der Einspeisung von Notkühlwasser sind bei der erfindungsgemäßen Ausführung höchstwahrscheinlich leichter zu analysieren und damit können Sicherheitszuschläge fEr Unsicherheiten abgebaut werden.
  • Legende: Position 1 Reaktordruckbehälter Position 2 Kernbehälter Position 3 Ringspalt Position 4 Einspeiseleitung Position 5 Steuerorgan Position 6 Steuerkörper Position 7 Durchtrittsquerschnitt Position 8 Dichtkörper Position 10 Reaktordruckbehälter Position 11 Dampferzeuger Position 12 Hauptumwälzpumpe Position 13 Hauptkühlmittelleitung Position 14 Nachkühlpumpe Position 15 Sicherheitseinspeisepumpe Position 16 Druckspeicher Position 17 Flutbehälter Position 18 Nachkühler Position 19 Reaktorgebäude - Sumpf Position 20 Einspeiseleitung in Reaktordruckbehälter Position 21 Einspeiseleitung in Reaktordruckbehälter bzw.
  • Saugleitung für Nachkühlbetrieb Position 22 Teilsystem I, Druckspeichersystem (Kennzeichnender Teil) Position 23 Teilsystem II, Nachkühlsystem (Kennzeichnender Teil) Position 24 Teilsystem III, Sicherheitseinspeisesystem (Kennzeichnender Teil) Position 25 Bereich des Verbindens von Teilsystem I,II und III mit Einspeiseleitungen 20 und 21 P1 .......... Gesamtdruck in Zone 1 p2 .......... . Gesamtdruck in Zone 2 A Stellung A des Steuerkörpers B .......... Stellung B des Steuerkörpers a .......... Strömungsweg bei Stellung A b .......... Strömungsweg bei Stellung B 1------- 1 Querschnittsebene 1 2------- 2 Querschnittsebene 2

Claims (1)

  1. Patewntansprüche Oberbegriff: Konzept zur Einspeisung von Kühlwasser in den Reaktordruckbehälter eines Leichtwasserreaktors.
    Kennzeichnender Teil: dadurch gekennzeichnet, daß bei bestimmten Bedingungen zur Kühlung des Reaktorkernes notwendiges Kühlwasser über ein spezielles Rohrleitungsssystem direkt in den Reaktordruckbehälter eingespeist wird, wobei vorhandene Druckdifferenzen zwischen zwei räumlich getrennten Zonen im Reaktordruckbehälter den Strömungsweg wahlweise in die eine oder die andere Zone freischalten. Der kennzeichnende Teil des speziellen Rohrleitungssystems ist das direkte Verbinden verschiedener bekannter Teilsysteme mit in den Reaktordruckbehälter mündende Rohrleitungen.
    Oberbegriff des Unteranspruches: 2. Steuerorgan nach Anspruch 1 Kennzeichnender Teil des Unteranspruches: dadurch gekennzeichnet, daß auch andere als wasserförmige Medien, die im Hauptkühlkreislauf eines Reaktors zur Anwendung kommen, zu Kühlzwecken in zwei räumlich getrennte Zonen eingespeist werden, oder daraus abgezogen werden können. Die Steuerung des Steuerorganes soll vorwiegend durch direkte Druckbeaufschlagung aus diesen beiden Zonen selbsttätig geschehen.
    Sie kann aber auch über bekannte, sog. Servo-Antriebe, also praktisch indirekt, von dem Druck in zwei getrennten Zonen gesteuert werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995014300A1 (fr) * 1993-11-15 1995-05-26 Framatome Reacteur nucleaire comportant un dispositif de refroidissement de secours et procede de refroidissement

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WO1995014300A1 (fr) * 1993-11-15 1995-05-26 Framatome Reacteur nucleaire comportant un dispositif de refroidissement de secours et procede de refroidissement

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