DE2419826A1

DE2419826A1 - Schutzvorrichtung fuer mit einem druckmittel arbeitende kuehlanlagen

Info

Publication number: DE2419826A1
Application number: DE2419826A
Authority: DE
Inventors: John Ernest Middleton
Original assignee: British Nuclear Design of Construction Ltd
Current assignee: Nuclear Power Co Whetstone Ltd
Priority date: 1973-04-25
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1974-11-14
Also published as: JPS5069499A; FR2227603B1; IT1004483B; GB1472252A; FR2227603A1; US3981770A; SE410130B; JPS5827475B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kühlanlagen der Bauart, bei der ein Flud, bei dem es sich um ein flüssiges, gasförmiges, dampfförmiges oder zweiphasiges Flud handeln kann, unter Druck in der Kühlanlage zirkuliert, und sie betrifft insbesondere Schutzvorrichtungen für solche Kühlanlagen.

Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist insbesondere bei mit Fluden gekühlten Kernreaktoren gegeben. Bei einem Kernreaktor könnte das Entstehen einer Bruchstelle oder Unterbrechung bei der Kühlanlage, das zu einer Unterbrechung der normalen Zirkulation des Kühlmittels führt, eine Überhitzung des Eeaktorkerns zur Folge haben, und hierbei können äußerst schwerwiegende Auswirkungen eintreten.^ Zwar ist es möglich, dafür zu sorgen, daß der Kernreaktor schnell außer Betrieb gesetzt wird, und daß die Wärme aus dem Reaktorkern mit Hilfe einer Kotkühlanlage abgeführt wird, wenn eine solche Störung auftritt, doch dauert es mehrere Sekunden, bis die betreffenden Maßnahmen voll zur Wirkung kommen, und schon innerhalb einer solchen kurzen Zeit kann die !Temperatur des Heaktorkerns bis auf einen so hohen Wert angestiegen sein, daß erhebliche Schaden entstanden sind, die auf die Umverteilung der insgesamt

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im Reaktorkern gespeicherten Wärme und die Wärme zurückzuführen sind, welche durch abgebremste Neutronen erzeugt worden ist.

Auch bei anderen Anlagen, bei denen eine Kühlanlage vorhanden ist, in der ein Plud zirkuliert, kann eine Unterbrechung des Strömungswegs zu einer überhitzung der zu kühlenden Vorrichtung führen, so daß Beschädigungen auftreten können, bevor die Abhilfemaßnahmen voll zur Wirkung gekommen sind.

Durch die Erfindung ist nunmehr eine Schutzvorrichtung für eine Kühlanlage der genannten Art geschaffen worden, zu der eine Einrichtung gehört, die dazu dient, in die Kühlanlage ein unter Druck stehendes Elud einzuspritzen, um eine Strömung in der normalen Strömungsrichtung innerhalb eines Teils der Anlage aufrechtzuerhalten, oder um eine U terbrechung oder eine Umkehrung der Strömungsrichtung in dem betreffenden Teil zu verhindern, und zwar während einer bestimmten Zeitspanne, die auf eine Herabsetzung des Drucks des Eludes folgt, das normalerweise in der Kühl, anlage zirkuliert und den genannten Teil durchströmt, wobei dieser Druckabfall z.B. darauf zurückzuführen sein kann, daß ein Teil der Kühlanlage in der Strömungsrichtung vor dem genannten Teil beschädigt worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, im gewünschten Teil der Kühlanlage das Hindurchströmen eines Eludes aufrechtzuerhalten und so eine Überhitzung dieses Teils während einer Zeitspanne zu verhindern, die ausreicht, um weitere Schutzmaßnahmen, z.B. solche bekannter Art, voll zur Wirkung zu bringen.

Der Funkt, an dem das unter hohem Druck stehende Flud eingespritzt bzw. eingeleitet wird, richtet sich bei jeder Ausführungsform der Erfindung nach demjenigen Teil der Kühlanlage, welcher geschützt werden soll; beispielsweise kann bei der Kühlanlage eines mittels eines Eludes gekühlten Kernreaktors die Schutzvorrichtung so eingerichtet sein, daß sie es ermöglicht, das zusätzliche, unter Druck stehende Elud in die Kühlanlage in der Strömungsrichtung

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- 3 kurz vor dem Reaktorkern einzuleiten.

Bei dem in die Kühlanlage eingeleiteten Flud kann es sich um ein flüssiges, gasförmiges, dapfförmiges oder zweiphasiges Flud (z.B. Flüssigkeit und Dampf) handeln, und dieses Flud kann das gleiche sein wie das normalerweise zirkulierende Flud oder aber ein Flud von anderer Art.

Die Schutzvorrichtung weist zweckmäßig einen Eilfsvorrat eines Fludes mit einem hohen Energieinhalt auf, der sich z.B„ in einem zugehörigen Behälter befindet, in dem das Flud unter der erforderlichen hohen Temperatur und dem benötigten hohen Druck steht; dieser Behälter ist mit der Kühlanlage an dem gewünschten Punkt durch eine Düsenanordnung verbunden.

In bestimmten Fällen kann das Flud in dem Vorratsbehälter auf einer Sättigungstemperatur gehalten v/erden, die der normalen Betriebstemperatur desjenigen Teils der Kühlanlage entspricht, an den die Düsenanordnung angeschlossen ist, so daß beim Auftreten eines Schadens, der zu einer Herabsetzung des Drucks in dem genannten Teil der Anlage führt, das unter hohem Druck stehende Flud der Kühlanlage automatisch zugeführt wird.

Alternativ kann man das Flud in dem Vorratsbehälter unter einem Druck halten, der höher ist als der normale Druck des zirkulierenden Fludes, man kann ein normalerweise geschlossenes mechanisches Ventil zwischen dem Vorratsbehälter und der Düsenanordnung vorsehen, und es kann eine Ventilbetätigungseinrichtung vorhanden sein, die es ermöglicht, das Ventil in Abhängigkeit von einem Druckabfall in der Kühlanlage automatisch zu üffnen< >

Vvenn man dafür sorgt, daß das unter Druck stehende Flud der Kühlanlage mit einer genügend hohen Geschwindigkeit zugeführt wird, ist es möglich, eine einem hohen Druck ausgesetzte Zone von ausreichender Größe entstehen zu lassen, um die Fludströme in der Kühlanlage in der gewünschten Weise zu verteilen, sobald eine Betriebsstörung zu einem Abfall

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des Drucks des normalerweise zirkulierenden Fludes führt.

Die Düsenanordnung ist vorzugsweise so angeordnet, daß sie das unter Druck stehende Flud der Kühlanlage in einer Eichtung zuführt, die eine Geschwindigkeitskomponente aufweist, welche in der normalen Strömungsrichtung des Fludes verläuft.

Torzugsweise ist der normale Strömungsweg für das Kühlmittel in der Kähe der Düsenanordnung mit einer Einschnürung versehen, die zum Entstehen der einem hohen Druck ausgesetzten Zone beiträgt und/oder eine erhebliche Verringerung des Zurückströmens durch die Einschnürung gewährleisteto Die Einschnürung kann auf vorteilhafte Weise so ausgebildet sein, daß sie dem Fludstrom in der normalen Strömumgsrichtung einen Widerstand entgegensetzt, der geringer ist als der dem Zurückströmen entgegenwirkende Widerstand. Eine derartige Einschnürung wird auch als "Fluidikdiode" bezeichnet»

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Kühlanlage für einen Schwerwasserreaktor zum Erzeugen von Dampf;

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Schutzvorrichtung, die einem Teil der Kühlanlage nach EIg. 1 zugeordnet ist;

ffig. 3 bis 8 Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von Druckflud-Zuführungseinrichtungen zur "Verwendung in Verbindung mit der Schutzvorrichtung nach . 2;

Fig. 9 und 10 schematische Darstellungen von Druck gefäß-Kernreaktoren, bei denen die Erfindung angewendet ist;

Fig. 11 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Druckflud-Zuführungseinrichtung zur Verwendung in

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Verbindung mit der och.utzvorrich.tung der Kühlanlage nach Pig. 10;

Fig. 12 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Druckflud-Zuführungseinrichtung;

!ig. 15 einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 12;

Fig. 14 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Druckflud-Zuführungseinrichtung, die mit einem Diffusor versehen ist; und

Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie XY-XV in Fig. 14„

Bei der in Fig. 1 dargestellten typischen Kühlanlage für einen Schwerwasserreaktor zum Erzeugen von Dampf strömt unter Druck stehendes Wasser, das sich nahezu auf der Sättigungstemperatur befindet, von einer Dampftrommel 1 aus durch Fallrohre 2, von denen aus Fig. 1 nur eines ersichtlich ist, und dieses Wasser wird durch Umwälzpumpen 3 zu einem Verteiler 4 gepumpt, von dem aus das Wasser über getrennte Speiseleitungen 5 den verschiedenen Kanälen des Reaktorkerns 6 zugeführt wird. Strömt das Wasser durch den Brennstoff im Reaktorkern, wird es bis auf seine Sättigungstemperatur erwärmt, so daß es zum Sieden kommt, um eine bestimmte Dampfmenge zu erzeugen. Das zweiphasige Dampf-Wasser-Gemisch strömt dann durch Steigrohre 7 zu der Dampftrommel bzw. dem Oberkessel ein, wo der Dampf vom "Wasser getrennt wird, um eine nur schematisch angedeutete Turbine 8 anzutreiben, die mit einem Stromerzeuger gekuppelt ist«, Das Kondensat aird aus der Turbine wieder dem Oberkessel 1 zugeführt, wo es sich mit dem darin vorhandenen Wasser mischt, um das nach unten abströmende Wasser zu kühlen. Dk? Wasserstrom in den Förderleitungen 9 der Pumpen 3, dem Verteiler 4 und den Speiseleitungen 5 wird dadurch weiter abgekühlt, daß der Druck durch die Umwälzpumpen 3 erhöht wird.

Gi Würde eine plötzliche erhebliche Beschädigung des Oberkessels 1 eintreten, könnte ein großer Teil der Flude,

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die in dem zugehörigen Kühlkreis enthalten sind, innerhalb weniger bekunden entweichen, und daher würde die normale erzwungene Konvektionskühlung des Reaktorkerns 6 schnell unterbrochen, da der l>ruck im Kühlkreis verloren geht«. In einem solchen 3TaIl würde das in dem Verteiler 4- enthaltene wasser normalerweise über zwei Strömungswege entweichen, und zwar in Form eines erheblich verkleinerten Stroms, der in der normalen Richtung den Reaktorkern 6 und die Steigrohre 7 passiert, sowie als Rückstrom durch die Umwälzpumpen 3 und die Fallrohre 2; wegen des geringeren Wasserdurchsatzes des lieaktorkerns 6 nimmt jetzt die Temperatur des fieaktorkerns zu, und dies kann innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne zu einer Beschädigung der Verkleidung des Brennstoffs führen.

Zwar ist es möglich, dafür zu sorgen, daß der Reaktor schnell außer Betrieb gesetzt wird, sobald die unmittelbaren Folgen des Entstehens einer Unterbrechung durch Überwachungseinrichtungen gefühlt wird, und die Wärme, die in dem aus dem Reaktorkern entfernten Brennstoff erzeugt wird, könnte mit Hilfe einer für Notfälle vorhandenen Spritzkühleinrichtung beseitigt werden, doch benötigen die betreffenden Einrichtungen mehrere Sekunden, bis sie vollständig zur Wirkung gekommen sind, und bis zu diesem Zeitpunkt kann bereits eine erhebliche Beschädigung eingetreten sein.

Diese Kachteile lassen sich mit Hilfe einer Schutzvorrichtung nach der Erfindung im wesentlichen vollständig vermeiden. Fig. 2 zeigt im Grundriß einen Teil der Kühlanlage nach Fig. 1, die mit einer solchen Schutzvorrichtung ausgerüstet ist; hierbei ist jede der Förderleitungen 9 der Umwälzpumpen 3 mit einer Zuführungseinrichtung 11 versehen, der unter hohem Druck stehender Dampf von einem Vorratsbehälter 12 aus zugeführt werden kann. Der Vorratsbehälter 12 enthält Wasser und Dampf, und er wird durch elektrische oder sonstige Beheizung und mit Hilfe einer beliebigen nicht dargestellten Regeleinrichtung auf der Sättigungstemperatur gehalten, die dem Betriebsdruck in den

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Förderleitungen 9 der Umwälzpumpen 3 entspricht <, Alternativ kann der Vorratsbehälter 12 durch eine zweite tteaktorkühlanlage gebildet werden, die so eingerichtet ist, daß man sie als Fludvorratsbehälter benutzen kann, die jedoch im übrigen von der zuerst beschriebenen Kühlanlage getrennt ist ο

Während des normalen Betriebs gibt somit der Vorratsbehälter 12 keine bemerkbare Lampfmenge an die Kühlanlage ab. Wird jedoch der Oberkessel 1 beschädigt, was in Ermangelung entsprechender Vorkehrungen dazu führen würde, daß die normale erzwungene Konvektionskühlung des Keaktorkerns rasch aufhört, da der Kühlkreis in der beschriebenen Weise drucklos wird, verringert sich der Druck in den Förderleitungen 9 der Umwälzpumpen 3» und daher kann jetzt der Vorratsbehälter 12 Dampf an die Förderleitungen 9 abgeben.» Wegen der Zufuhr von Speisewasser zu dem Oberkessel 1 und der Drucksteigerung durch die Umwälzpumpen 3 wird das "Wasser in dem Verteiler 4· bei einer typischen Kühlanlage um etwa 10,1 kcal/kg (20 Btu/lb) unterkühlt, und unmittelbar beim Versagen des Oberkessels 1 geht daher der hydraulische Druck in dem Verteiler 4 um etwa 7 bar zurück. Dies hat zur Folge, daß mindestens ein Druckpotential von etwa 7 bar zwischen dem Vorratsbehälter 12 und dem Verteiler vorhanden ist. Dies wiederum bewirkt, daß ein Zurückströmen des Fludes aus dem Verteiler 4 verhindert oder mindestens in einem erheblichen Ausmaß verringert wird, und daß der gesamte Inhalt des Verteilers oder ein erheblicher Teil dieses Inhalts von dem Verteiler abgegeben und durch den Reaktorkern 6 geleitet wird. Während der Druck im Kühlkreis rasch abnimmt, nimmt außerdem das Potential zum Heraustreiben des Fludes aus dem Vorratsbehälter 12 zu dem Verteiler 4 praktisch zu, so daß der Vorratsbehälter seinen Inhalt schnell an den Verteiler 4 abgibt; durch diesen Strom wird der Fiudinhalt des Verteilers vergrößert, und dies trägt dazu bei, daß in einem gewissen Ausmaß eine erzwungene Konvektionskühlung des Heaktorkerns aufrechterhalten wird; das Fassungsvermögen des Vorratsbehälters 12 ist so gewählt, daß ein übermäßiges Ansteigen der Tempe-

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ratur des Reaktorkerns während einer Zeitspanne verhindert wird, die ausreicht, um die üblichen Sieherheitamaßnahmen zur Wirkung zu bringen.

Bei einer Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Anordnung wird das Flud in dem Vorratsbehälter 12 auf einem höheren Druck und einer höheren Temperatur gehalten als in dem Verteiler 4, und es sind normalerweise geschlossene mechanische Ventile in die Rohrleitungen eingeschaltet, die den Vorratsbehälter mit den Förderleitungen 9 der Umwälzpumpen 3 verbinden; diese Ventile sind so eingerichtet, daß sie in Abhängigkeit davon geöffnet werden, daß bei einer Unterbrechung des Kühlkreises eine Auslöseeinrichtung anspricht.

Die Schutzvorrichtung kann in manchen Fällen auch dazu dienen, einen Kühlmittelstrom in dem Reaktorkern 6 während einer kurzen Zeitspanne aufrechtzuerhalten, wenn eine Beschädigung des Verteilers 4- eintritt. Für einen bestimmten Bereich von Schadstellenquerschnitten läßt sich zeigen, daß bei Kühlanlagen bekannter Art die erzwungene Zirkulation in einem solchen Ausmaß beeinflußt werden kann, daß sich im Reaktorkern ein Zustand einer stabilen Strömungsstagnation einstellt, wobei der Querschnitt der -Bruchstelle, bei dem eine solche Stagnation möglich ist, eine Funktion der normalen Durchsatzgeschwindigkeit ist. Tritt ein solcher Bruch bei einer Kühlanlage auf, die mit einer Schutzvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgerüstet ist, wird die ^Menge des durch die Pumpen 5 geförderten Fludes dadurch vergrößert, daß der Kühlanlage Dampf mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird, so daß der durch die Bruchstelle hervorgerufene Verlust in dem Verteiler 4- ausgeglichen wird, und daß es daher möglich ist, die den Reaktorkern 6 passierende Strömung während der kurzen Zeitspanne aufrechtzuerhalten, die benötigt wird, um die gespeicherte Wärme und die durch abgehremste Neutronen erzeugte wärme zu beseitigen.

In Fig. 5 bis 8 sind verschiedene Fludzuführungseinrichtungen zur Verwendung in Verbindung mit der be-

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schriebenen Kühlanlage dargestellt, die im folgenden näher beschrieben sind.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung bewegt sich der Kühlmittel strom normalerweise in Richtung des Pfeils F von links nach rechts. Durch die Seitenwand der Einrichtung erstreckt sich eine mit dem Vorratsbehälter 12 verbundene Düse 14-, die gegen die Strömungsrichtung so geneigt ist, daß dann, wenn die Schutzvorrichtung zur Wirkung kommt, unter hohem Druck stehender Dampf in die Kühlanlage so eingeleitet wird, daß der Dampfstrom eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung des normalen KühlmittelStroms aufweist. Hierdurch ist es möglich, ein Zurückströmen des Kühlmittels in der Kühlanlage in Richtung des Pfeils B zeitweilig zu verhindern oder den Rückstrom mindestens erheblich zu verkleinern. Diese Wirkung läßt sich dadurch noch verstärken, daß man die Düse 14 in der Nähe einer venturiförmigen Einschnürung 15 anordnet, die dem Strömen des Kühlmittels in der normalen Richtung entsprechend dem Pfeil F einen geringeren Widerstand entgegensetzt als einem Zurückströmen in Richtung des Pfeils B

Es ist auch möglich, zwei Zuführungsdüsen 14· vorzusehen; Pig. 4 zeigt eine solche Ausführungsform, bei der zwei geneigte Düsen 14 so angeordnet sind, daß sie in der Strömungsrichtung kurz hinter einer venturiähnlichen Einschnürung 15 münden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Zuführungseinrichtung, bei der nur eine Düse 14- vorhanden ist, deren Auslaß 16 konzentrisch mit der Längsbohrung der Einrichtung in der Strömungsrichtung kurz vor einer venturiähnlichen Einschnürung 15 angeordnet ist, so daß die Düse von dem Vorratsbehälter 12 aus einen Strehl von unter hohem Druck stehendem Dampf im wesentlichen parallel zur normalen Strömungsrichtung des Kühlmittels in die Einrichtung eintreten läßt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Einrichtung mit einer Düse 14, die so angeordnet ist, daß sie einen Strom von unter

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hohem Druck stehendem Dampf parallel zur normalen Strömungsrichtung des Kühlmittels abgibt; in diesem Fall hat die Einrichtung eine Hauptbohrung mit einer ausgeprägten Krümmung, so daß sich der Hauptkühlmittelstrom längs einer gekrümmten Bahn bewegt, und die Düse 14 ragt auf der Außenseite der Krümmung durch die Wand der Einrichtung, so daß ihr Auslaß gleichachsig mit dem Hauptauslaß der Einrichtung angeordnet ist.

Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Einrichtungen, bei denen die Düsen unter einem Winkel zu dem Hauptkühlmittelstrom so angeordnet sind, daß sie in der Strömungsrichtung hinter der venturiähnliehen Einschnürung 15 münden.

In Fig. 12 und 13 ist eine weitere Ausführungsform einer Zuführungse$nrichtung in Gestalt eines sogenannten "Wirbelverstärkers¹¹ dargestellt. Das dem Vorratsbehälter 12 entnommene Flud wird der Einrichtung durch zwei Rohrleitungen 41 zugeführt, deren Auslässe 42 in der Strömungsrichtung kurz hinter einer venturiähnliehen Einschnürung 43 angeordnet sind. Das Plud wird der Einrichtung tangential zum Umfang der Hauptbohrung 44 der Einrichtung so zugeführt, daß in der Einrichtung ein Wirbel erzeugt wird, der den Eückstrom dadurch erheblich verkleinert, daß er bezüglich der venturiähnliehen Einschnürung 43 eine Drosselwirkung hervorruft„

Gemäß Fig. 14 und 15 ist es möglich, die Drosselwirkung, durch die der Wirbel das Zurückströmen einschränkt, dadurch zu verbessern, daß man einen Diffusor 45 vorsieht, der den Auslassen 42 benachbart oder in der Strömungsrichtung kurz hinter diesen Auslässen angeordnet ist, so daß er die an der venturiähnliehen Einschnürung 43 auftretende Drosselwirkung verstärkt.

Man kann die Zuführungseinrichtungen nach Fig. 3_f 4, 7» 8 und 11 ferner so abändern, daß die Düsen 14 tangential zum Umfang der Hauptbohrung der Einrichtung verlaufen, damit ein Wirbel erzeugt wird, der das Zurückströmen

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dadurch, beschränkt, daß er an. der venturiähnlichen Einschnürung eine Drosselung bewirkt»

Fig. 9 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung beim Primärkühlkreis eines Druckwasserreaktors. Bei dieser Anordnung ist der Reaktorkern 6 in einen Druckbehälter 21 eingeschlossen. Während des Betriebs der Kühlanlage wird unterkühltes Hochdruckwasser durch Umwälzpumpen 3 durch mehrere einander ähnelnde, jeweils eine geschlossene Schlei_ fe bildende äußere Leitungskreise gefördert, die parallelgeschaltet und an den Druckbehälter 21 angeschlossen sind; der Druckbehälter ist in seinem Inneren so ausgebildet, daß das zugeführte Druckwasser gezwungen wird, den Reaktorkern 6 von unten nach oben zu durchströmen«

Dem Druckbehälter 21 wird das Wasser somit über Einlasse 31 zugeführt und dann nach unten durch einen Ringraum 32 geleitet, der den Reaktorkern 6 umgibt, so daß das Wasser zu einer Einläßkammer 33 im unteren Teil des Druckbehälters gelangt. Von der Einlaßkammer 33 aus strömt das Wasser von unten nach oben durch den Reaktorkern 6, wo der Kernbrennstoff Wärme an das Wasser abgibt, um das Wasser zu erhitzen. Das erhitzte Wasser strömt dann zu einer oberen Sammelkammer 34- in dem Druckbehälter, um durch Auslässe 35 des Druckbehälters in mehrere parallelgeschaltete Yvärmeübertragungsschleifen einzutreten.

Diese Leitungsschleifen führen das erhitzte Wasser Wärmetauschern bzw. Dampferzeugern 36 zu, in denen dem Wasser fühlbare Wärme entzogen "wird, um in nicht dargestellten sekundären Kühlmittelschleifen, die mit einem niedrigeren Druck betrieben werden, Dampf zu erzeugen, mittels dessen dann eine Turbine betrieben wird. Von den Wärmetauscher-Dampfgenerator-Anordnungen 36 aus wird das in dem Primärkühlkreis zirkulierende Wasser durch Umwälzpumpen 3 erneut dem Druckbehälter 21 zugeführt.

Die Maßnahmen zum Kühlen des Reaktorkerns in Notfällen, d.h. bei einer Beschädigung der Leitungskreise, bestehen normalerweise darin, daß an die Kühlschleifen

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kaltes vvesser aus Hochdruckakkumulatoren abgegeben wird, oder daß elektrisch angetriebene Pumpeinrichtungen benutzt werden, die unter niedrigem Druck stehendes «asser ansaugen, doch benötigen auch diese Einrichtungen mehrere Sekunden, um voll zur wirkung zu kommen. V/egen der geometrischen Verhältnisse der Primärkühlanlage besteht außerdem die ^efahr, dal: der Druck in der oberen Kammer 34 und der Druck in der unteren Kammer 33 im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit abnimmt, nachdem die ersten Sekunden verstrichen sind, was darauf zurückzuführen ist, daß sich die Strömungsrichtung in den Speiseleitungen infolge des Jbntweichens des Kühlmittels an der Bruchstelle umkehrt. jJaher genügt der Druckunterschied zwischen den Kammern 33 und 34- normalerweise nicht, um das Strömen des Kühlmittels durch den Eeaktorkern während der kritischen Zeitspanne aufrechtzuerhalten, während welcher gespeicherte wärme und die durch abgebremste Beutronen erzeugte wärme aus dem Kernbrennstoff abgeführt werden muß. Außerdem kann es vorkommen, daß das den Kühlschleifen zugeführte Kühlwasser an der ■bruchstelle entweicht, ohne überhaupt in den Reaktorkern einzutreten.

Gemäß der Erfindung ist es in diesem Pail möglich, eine Schutzvorrichtung vorzusehen, die dazu dient, unter hohem Druck stehenden Dampf nahe den Einlassen des .uruckbehälters 21 in die Kühlschleifen einzuleiten. Gemäß der Erfindung wird jeder vVassereinlaß 31 des Druckbehälters mit einer Zuführungseinrichtung 11 versehen, die in Fig. der Einfachheit halber nur schematisch dargestellt ist; diese Schutzvorrichtungen können in der anhand von Fig. 3 bis 8 beschriebenen !weise ausgebildet sein. Bei jeder Schutzvorrichtung ist eine Düse 14 an einem Vorratsbehälter 12 angeschlossen, der Wasser und Dampf enthält, und in dem der erforderliche hohe Druck und die erforderliche temperatur herrschen. Somit könnte man den Vorratsbehälter 12 auf einem Druck halten, der dem normalerweise im Kühlkreis herrschenden Druck entspricht, so daß während des normalen -°etriebs nur eine vernachlässigbar geringe Austauschströmung in den. Verbindungsleitungen 37 auftritt. Wird

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jedoch, der Kühlkreis beschädigt, so daß sich der -^ruck im Kühlkreis nahezu augenblicklich verringert, wird dam Druckbehälter 21 über die Schutzvorrichtungen 11 mit hoher ^ueschwindigkeit 4^e nach den gespeicherten luengen an 'wasser und Dampf entweder Dampf oder ein zweiphasiges ilud zugeführt, um in der Einlaßkammer 33 einen Druck aufrechtzuerhalten, der ausreicht, um sicherzustellen, daß weiterhin Wasser in der normalen Richtung durch den Heaktorkern 6 geleitet wird. Vorzugsweise ist ein in 5'ig. 3 mit gestrichelten Linien angedeuteter Diffusor D hinter der Mündung jeder Schutzvorrichtung 11 in dem Druckbehälter 21 angeordnet, um die Einschnürung des Stroms bei der normalen Strömungsrichtung auf ein Minimum zu verringern.

Außerdem wird bei einer Beschädigung der Kühlanlage zusätzlich kaltes Wasser aus einem Akkumulator 24·, das durch ein Druckgas in einem Gasbehälter 25 unter Druck gehalten wird, an die Austrittsleitungen 26 des Druckbehälters 21 in der Nähe des Druckbehälters über Rückschlagventile 27 abgegeben, um zu einer Herabsetzung des Drucks in der oberen Kammer 34- des Druckbehälters beizutragen und Wasser zum erneuten Überfluten des Reaktorkerns bereitzustellen.

Bei einer nicht dargestellten abgeänderten Ausführungsform ist der Akkumulator so eingerichtet, daß er das kalte Wasser nicht den Austrittsleitungen 26 zuführt, sondern es direkt in die obere Kammer 34- des Druckbehälters über gesonderte Düsen den Öffnungen für die zum Abstellen des Reaktors dienenden Brennstoffstäbe zuführt, um das obere Ende des Reaktorkerns auf direktem Wege mit dem Kühlmittel zu überfluten.

!ig. 10 zeigt einen Druckwasserreaktor ähnlich dem in B¹Xg. 9 dargestellten, bei dem jedoch jede Zuführungseinrichtung 11 mit einer zusätzlichen Einlaßdüse 38 versehen ist, die an einen weiteren Vorrats- oder Speicherbehälter 39 angeschlossen ist, der unter hohem Druck stehendes heißes wasser enthält, so daß bei einer Beschädigung des

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Primärkühlkreises, die zu einem Druckabfall führt, der Einlaßkammer 33 des Druckbehälter 21 heißes Wasser zusätzlich zu dem Eochdruckdampf aus dem Behälter 12 zugeführt wird, um in der Binlaßkainmer einen hohen Druck aufrechtzuerhalten.

Eine für eine solche Anordnung geeignete Zuführungseinrichtung ist in j?"ig. 11 dargestellt; die Düse 14 zum Zuführen von Dampf ist so angeordnet, daß sie den Dampf mit hoher Geschwindigkeit in eine ringförmige Aussparung 40 eintreten läßt, die in der Strömungsrichtung kurz hinter einer venturiähnlichen Einschnürung angeordnet ist, so daß eine Zone entsteht, in der ein hoher Druck herrscht, und die Düse 38 ist so angeordnet, daß sie das heiße Wasser der Kühlanlage in der Strömungsrichtung kurz hinter der Aussparung 40 zuführt ο Auch in diesem EaIl ist gegenüber der Mündung der Zuführungseinrichtung in dem Druckbehälter 21 ein Diffusor D angeordnet.

Bei den Anordnungen nach Pig. 9 und 10 kann ein einziger Speicherbehälter 12 für sämtliche Zuführungseinrichtungen vorhanden sein, die den verschiedenen Kühlschleifen zugeordnet sind, doch kann man gegebenenfalls auch für jede einzelne Zuführungseinrichtung einen gesonderten Speicherbehälter vorsehen. Ferner kann man bei der Anordnung nach Fig. 10 entweder nur einen einzigen Heißwasserspeicher 39 für alle Zuführungseinrichtungen vorsehen oder jeder Zuführungseinrichtung einen gesonderten Heißwasserspeicher zuordnen.

Ferner kann man den bzw. jeden Speicherbehälter 12 auf einem Druck halten, der höher ist als der normale Betriebsdruck der Kühlanlage; in diesem Fall sind normalerweise geschlossene mechanische Ventile in die Rohrleitungen eingeschaltet, die den bzw. jeden Speicherbehälter mit den Düsen 14 der Zuführungseinrichtungen 11 verbinden, und diese Ventile sind so eingerichtet, daß sie in Abhängigkeit davon geöffnet werden, daß in dem Kühlkreis ein Druckabfall eintritt, damit dem Druckbehälter 21 Dampf oder ein zweiphasiges Flud zugeführt wird.

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Zwar dienen bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Düsen dazu, Dampf in die Kühlanlage einzuleiten, doch ist es bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch möglich, über die Düsen Wasser oder ein zweiphasiges Gemisch aus Dampf und wasser zuzuführen. Die 'wahl des zuzuführenden Iludes richtet sich nach der gewünschten optimalen Blockierung des Rückwärtsstroms sowie danach, ob es erwünscht ist, einen Fludstrom aufrechtzuerhalten, der eine bestimmte Zone der Anlage in der normalen Richtung durchströmt. Beispielsweise ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Zuführungsdüse nach Fig« 11 möglich, Dampf als Sperrflud zu verwenden, während gleichzeitig Wasser dazu dient, um die Strömung aufrechtzuerhalten; hierbei ist es möglich, dem Speicherbehälter sowohl Dampf als auch wasser zu entnehmen.

Ansprüche ι

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Claims

AISPRii CHE

Λ»} Schutzvorrichtung für eine Kühlanlage der bauart, bei der ein ELud, "bei dem es sich um ein flüssiges, gasförmiges, dampfförmiges oder zweiphasiges ELud handeln kann, unter Druck in der Kühlanlage umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (11) vorhanden ist, die dazu dient, in die Kühlanlage ein unter Druck stehendes ELud einzuleiten, um innerhalb eines bestimmten teils der Kühlanlage eine Strömung in der normalen Strömungsrichtung aufrechtzuerhalten, oder um das Aufhören der Strömung oder eine Umkehrung der Strömungsrichtung in der genannten Zone zu verhindern, und zwar während einer Zeitspanne, die auf eine Verringerung des Drucks des der Zone normalerweise zugeführten zirkulierenden ELudes folgt, wobei die Verringerung des Drucks z.B. durch eine Beschädigung eines in der Strömungsrichtung vor der genannten Zone liegenden Teils der Kühlanlage hervorgerufen worden ist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlanlage einen Bestandteil eines mittels eines Pludes gekühlten Kernreaktors bildet, und daß das unter Druck stehende ELud in die Kühlanlage in der Strömungsrichtung kurz vor dem Reaktorkern (6) eingeleitet wird.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei dem zuzuführenden Flud um ein ELud handelt, das von gleicher Art ist wie das normalerweise zirkulierende ELud.
4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß zu der Einrichtung zum Einleiten eines unter Druck stehenden ELudes in

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die Kühlanlage ein Hilfsspeicher (12) gehört, in dem sich ein Flud mit hohem Energieinhalt befindet, und der mit der Kühlanlage an der in Frage kommenden Stelle durch eine Düsenanordnung (14) verbunden ist.
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das F^ud in dem Hilfsspeicher (12) auf einer Sättigungstemperatur gehalten wird, die dem normalen Betriebsdruck desjenigen Teils der Kühlanlage entspricht, an den die Düsenanordnung (14) angeschlossen ist, so daß beim Auftreten eines Schadens an der Kühlanlage, der zu einer Herabsetzung des Drucks in dem betreffenden Teil der Kühlanlage führt, dasunter hohem Druck stehende Flud der Kühlanlage automatisch zugeführt wird.
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flud in dem Hilfsspeicher (12) auf einem Druck gehalten wird, der höher ist als der Druck des normalerweise zirkulierenden Fludes, daß zwischen dem Hilfsspeicher und der Düsenanordnung (14) ein normalerweise geschlossenes mechanisches Ventil angeordnet ist, und daß eine Ventilbetätigungseinrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, das mechanische Ventil in Abhängigkeit von einer Verringerung des Drucks in der Kühlanlage automatisch zu öffnen.
7· Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flud in dem Hilfsspeicher (12) auf einem Druck gehalten wird, der höher ist als der Druck des normalerweise zirkulierenden Fludes, daß zwischen dem Hilfsspeicher und der Düsenanordnung (14) ein normalerweise geschlossenes mechanisches Ventil angeordnet ist, und daß eine Ventilbetätigungseinrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, das mechanische Ventil in Abhängigkeit von der Betätigung einer Auslöseeinrichtung beim Auftreten einer Beschädigung der Kühlanlage automatisch zu öffnen«
8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß der normale Strömungsweg für das Kühlmittel in der Nähe der Düsenanordnung

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(14) eine Einschnürung (15) aufweist«
9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenanordnung (14) so angeordnet ist, daß sie das unter Druck stehende llud in die Kühlanlage mit einer Geschwindigkeitskomponente in der Richtung des normalen Strömens des Eludes einleitet.
10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Düsenanordnung zwei Düsen (14) gehören, die in der Strömungsrichtung kurz hinter der Einschnürung (15) angeordnet sind.
11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenanordnung eine einzige Düse (14) aufweist, die einen Auslaß (16) besitzt, welcher konzentrisch mit der Bohrung für den normalen Eyhlmittelstrom in dieser B_ohrung und in der Strömungsrichtung kurz vor der Einschnürung angeordnet ist (Fig. 5)·

12o Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenanordnung (42) so angeordnet ist, daß sie das Flud in die Kühlanlage in der Strömungsrichtung kurz hinter der Einschnürung (43) in tangentialer Richtung einleitet, um einen Wirbel zu erzeugen, durch den das Ausmaß des Zurückströmens des Kühlmittels durch die Einschnürung verringert wird.

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