DE2446090A1

DE2446090A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2446090A1
Application number: DE19742446090
Authority: DE
Inventors: Emmeri Ch Dipl In Seidelberger
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1976-04-08
Also published as: FR2286478B1; JPS5160897A; DE2446090C3; FR2286478A1; ES441256A1; DE2446090B2; JPS5848080B2; SE7510711L; CH581891A5; BE833507A; BR7506128A; US4072560A

Description

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KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den 25. Sept. 1974

Werner-von~Siemens-Str.

VPA 74/9443 Sm/Hgr

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, mit einem Reaktordruckbehälter, in den Leitungen für die Einspeisung eines Notkühlmittels führen. Bisher enden die in der Praxis verwirklichten Leitungen für das Notkühlmittel an den Rohrleitungen oder Anschlußstutzen für das normale Kühlmittel. Sie führen also nicht unmittelbar in den Reaktordruckbehälter. Dies mag daran liegen, daß man die sonst erforderlichen zusätzlichen Durchbrechungen der Reaktordruckbehälterwand vermeiden wollte, die die Kosten des Reaktordruckbehälters erhöhen.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, den für die Notkühlung erforderlichen Aufwand zu verringern. Dies gelingt erstaunlicherweise dadurch, daß eine unmittelbar in den Reaktordruckbehälter führende Notkühlleitung im Inneren des Reaktordruckbehälters mit einer Strömungsleitvorrichtung versehen ist, deren Austritt parallel zur Wand des Reaktordruckbehälters in Richtung zur Kernunterkante verläuft. An sich könnte man denken, daß die unmittelbare Anbringung der Notkühlleitungen am Reaktordruckbehälter eine Erhöhung des Aufwandes für die Notkühlung zur Folge hat. Tatsächlich wird dadurch jedoch die Effektivität der Notkühlung so gesteigert, weil durch die Strömungsleitvorrichtungen eine Intensivierung der Notkühlmittelströmung erreicht wird, daß der Aufwand insgesamt gesehen verringert werden kann.

Die mit Strömungsleitvorrichtungen im Reaktordruckbehälter versehenen Notkühlleitungen ergeben eine Bündelung des in den Reaktordruckbehälter einströmenden Notkühlmittels und sorgen dafür, daß die der Notkühlmittelströmung entgegenwirkende

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Strömung des normalen Kühlmittels, das bei einem Kühlmittelverlustunfall aus dem Reaktordruckbehälter ausströmt, weitgehend beiseite gedrängt wird. Das Notkühlmittel gelangt auch dann schon praktisch als geschlossener Strahl zum Boden des Reaktordruckbehälters und zur Unterseite des Reaktorkerns, wenn das normale Kühlmittel bei einem Bruch des kalten Stranges noch entgegen dieser Strömungsrichtung, vor allem dampfförmig aus dem Reaktordruckbehälter austritt. Man erhält also mit der Erfindung eine wesentlich schnellere Benetzung des Reaktorkerns und vermeidet die hohen Brennstabtemperaturen, die sonst nach Ausblasen des normalen Kühlmittels vorkommen können. Die Zeitspanne zwischen dem Einspeisebeginn und dem Beginn der Keraflutung wird um mehr als die Hälfte verringert, und es hat sich gezeigt, daß sich die Hüllrohrtemperaturen dadurch um 50 bis 100⁰K erniedrigen lassen. Solche niedrigeren Hüllrohrtemperaturen ergeben auch nur entsprechend geringe plastische Dehnungen in Umfangsrichtung (Hüllrohrblähen), so daß die Kühlkanalverengung ebenfalls in Grenzen bleibt. Dies kommt wiederum der besseren Notkühlung zu gute.

Bei einem Kernreaktor mit einem Kernbehälter, der mit dem Reaktordruckbehälter einen Ringspalt begrenzt, von dem der kalte Strang von einer Hauptkühlmittelschleife ausgeht, kann die Strömungsleitvorrichtung im Ringspalt zum Beispiel in der Nähe des kalten Stranges angeordnet sein. Sie ergibt von dort aus eine dem Normalbetrieb ähnliche Kühlwirkung, obwohl die Strömungsrichtung umgekehrt verläuft. Außerdem können die im Ringraum angeordneten Strömungsleitvorrichtungen nicht durch Schäden beeinflußt werden, die im Kern im Inneren des Kernbehälters unter Umständen auftreten könnten.

Als Strömungsleitvorrichtung kann vorteilhaft eine die Mündung der Notkühlleitung überdeckende Haube vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Austrittsquerschnitt der Haube nicht wesentlich größer als der Querschnitt der Notkühlleitung, weil dadurch, wie gewünscht, ein kräftiger geschlossener

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Strahl erhalten werden kann. Man kann auch einen zwecks Düsenwirkung verengten Querschnitt am Austritt der Haube vorsehen, um die Geschwindigkeit des Notkühlmittels zusätzlich zu erhöhen. Eine Grenze für die Verengung ist lediglich durch die Vergrößerung des Strömungswiderstandes und damit durch die Erhöhung des Gasdruckes im Druckspeicher bzw. durch die Vergrößerung der für die Notkühlung erforderlichen Pumpenleistung bestimmt, die ja unter Umständen von Notstromaggregaten geliefert werden muß.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

In Fig. 1 ist schematisch ein Druckwasserreaktor von zum Beispiel 1000 MWe dargestellt, dessen wesentlicher Bestandteil ein weitgehend zylindrischer Reaktordruckbehälter 1 ist. Im Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1, das mit einem Deckel 3 verschlossen ist, ist ein Kernbehälter 4 konzentrisch angeordnet. In diesem ist der Reaktorkern 5 untergebracht. Der an den Stirnseiten anschließende Raum im Inneren des Reaktordruckbehälters 1 wird als oberes Plenum 6 und unteres Plenum 7 bezeichnet.

Der Kernbehälter 4 bildet mit dem Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1 einen Ringraum 10. An diesen ist die kalte Hauptkühlmittelleitung 11 angeschlossen, in der von einer Hauptkühlmittelpumpe 12 das als Primärkühlmittel verwendete leichte Wasser zurück in den Reaktordruckbehälter 1 gepumpt wird. Das Primärkühlmittel strömt normalerweise vom unteren Plenum 7 durch den Reaktorkern 5 zum oberen Plenum 6. Dort gelangt es in die heiße Hauptkühlmittelleitung 13» die zu einem Dampferzeuger 14 führt. Der Dampferzeuger 14 ist mit der Pumpe 12 in nicht gezeichneter Weise zu einer geschlossenen Kühlmittelschleife 15 verbunden.

Für den Fall, daß das normale Kühlmittel bei einem Bruch

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der Hauptkiihlmittelleitungen 11, 13 austritt, sind zur Notkühlung Druckspeicher 16 vorgesehen, von denen nur einer gezeichnet ist. In den Druckspeichern steht als Kühlmittel dienendes vorzugsweise boriertes Wasser 17 unter dem Druck eines Gaspolsters 18. Der Auslaß 19 des Druckspeichers 16 ist über zwei Rückschlagventile 20 und 21 an Notkühlmittelleitungen 22 und 23 angeschlossen, die über Rückschlagklappen 24 und 25 auch von nicht weiter dargestellten Notspeisepumpen beliefert werden können. Über zwei weitere Rückschlagklappen 26 und 27 führen die Notkühlleitungen 22, 23 zum Reaktordruckbehälter 1.

Die Notkühlleitung 23 ist an den heißen Strang 13 der Hauptkühlmittelschleife 15 angeschlossen. An der Mündung der Notkühlleitung 23 ist im Inneren des Rohres eine Haube angeordnet, mit deren Hilfe das Notkühlmittel in das obere Plenum 6 gelenkt wird, wie der Pfeil 29 zeigt.

Die Notkühlleitung 22 führt direkt in den unteren Teil 2 des Reaktordruckbehälters 1. Wichtig ist, daß die Anschlußstelle 30 der kalten Einspeiseleitung 22 oberhalb der Kernoberkante liegt, damit auch beim Bruch einer solchen Notkühlleitung der Kern 5 durch das Notkühlwasser bedeckt werden kann. Im Gegensatz zu der zeichnerischen Darstellung sind die Anschlüsse 30 von vier Leitungen in dieser Ebene in Umfangsrichtung beliebig, aber am Umfang gleich verteilt angeordnet.

An der Anschlußstelle 30 ist im Inneren des Ringraumes 10 die Mündung mit einer Strömungsleitvorrichtung 31 versehen, wie in Fig. 2 in einem Vertikalschnitt in größerem Maßstab deutlicher gezeichnet ist.

In das Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1 ist ein Einspeisestutzen 35 eingeschweißt, in dem ein zentrisches Innenrohr 36 zum Schutz vor Wärmespannungen angeordnet ist. Auf der im Ringraum 10 liegenden Innenseite des Reaktor-

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druckbehälter 1 ist die Mündung 37 mit einer Haube 38 überdeckt, die eine nach unten gerichtete Auslaßöffnung 39 aufweist. Die Auslaßöffnung 39 führt, wie der Pfeil 40 erkennen läßt, parallel zu der Plattierung 42 auf der Innenseite der Wand des Reaktordruekbehälters 1 zum unteren Plenum 7, also in Richtung zur Unterkante des Reaktorkerns 5.

Aus der Fig. 3, die einen Horizontalschnitt durch die Mündung der Notkühlleitung 22 mit dem Stutzen 35 zeigt, geht hervor, daß die Haube 38 einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der sich von der Oberkante zur Unterkante hin auf das Maß der Auslaßöffnung 39 erweitert. Der Querschnitt sollte insgesamt nicht größer sein als der Querschnitt der Notkühlleitung 22. Er kann sich zweckmäßig zum Austritt 39 hin verengen, so daß die Haube 38 mit der Innenseite des Reaktordruekbehälters 1 eine Einspeisedüse für das Notkühlmittel 17 bildet. Man erhält dadurch einen parallel zur Wand 2 in Richtung des Pfeils 40 verlaufenden, stark gebündelten Strahl, der auch dann noch mit großer Wucht und damit in ausreichender Menge den unteren Rand des Reaktorkerns 5 erreicht, solange das normale Primärkühlmittel bei einem Bruch der kalten Hauptkühlmittelleitung 11 noch in Gegenrichtung zum Pfeil 40 ausströmt. Dies sorgt für eine wesentliche Verkürzung der Zeit, in der der Reaktorkern 5 nicht bespült ist, so daß die Temperaturen im Kern wesentlich niedriger bleiben.

In Fig. 2 ist angedeutet, daß am oberen, sich zuspitzenden Rand der Haube 38 eine Öffnung 42 vorgesehen sein kann. Diese verhindert, daß sich im Normalbetrieb unter der Haube 38 ein Totwassergebiet mit unerwünscht hohen Temperaturen entwickelt.

Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei anderen wassergekühlten Reaktoren, zum Beispiel Siedewasserreaktoren oder Schwerwasserreaktoren angewendet werden. Darüber hinaus erscheint eine Anwendung auch bei gasgekühlten Reaktoren denkbar.

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Claims

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Patentansprüche

Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, mit einem Reaktordruckbehälter, in den Leitungen für die Einspeisung eines Notkühlmittels führen, dadurch gekennzeichnet, daß eine unmittelbar in den Reaktordruckbehälter (1) führende Notkühlleitung (22) im Inneren des Reaktordruck behälters (l) mit einer Strömungsleitvorrichtung (31) versehen ist, deren Austritt parallel zur Wand (42) des Reaktordruckbehälters (l) in Richtung zur Kernunterkante verläuft.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1 mit einem Kernbehälter, der mit dem Reaktordruckbehälter einen Ringspalt begrenzt, von dem der kalte Strang einer Hauptkühlmittelschleife ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtung (31) im Ringspalt (10) zum Beispiel in der Nähe des kalten Stranges (11) angeordnet ist.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtung (31) eine die Mündung (37) der Notkühlleitung (22) überdeckende Haube (38) ist.
4. Kernreaktor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt (39) der Haube (38) nicht wesentlich größer als der Querschnitt der Notkühlleitung (22) ist.
5. Kernreaktor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zwecks Düsenwirkung verengten Querschnitt (39)·

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