DE2446090C3

DE2446090C3 - Druckwasserreaktor

Info

Publication number: DE2446090C3
Application number: DE2446090A
Authority: DE
Inventors: Emmerich Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Seidelberger
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1982-03-18
Also published as: CH581891A5; JPS5848080B2; FR2286478A1; US4072560A; BE833507A; DE2446090B2; DE2446090A1; BR7506128A; SE7510711L; FR2286478B1; JPS5160897A; ES441256A1

Description

Die Erfindung betriflt iinen Druckwasserreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Verwendung von Einlaufvorrichtungen ist bei flüssigkeitsgekühlten Kernreaktoren der verschiedensten Formen bekannt.

Die DE-OS 18 15 047 zeigt Strömungsleitvorrichtungen für die Aufgabe, die Abscheidung von Gasblasen aus dem Flüssigkeitsstrom zu ermöglichen. Sie sind deshalb auch nicht Notkühlleitungen, sondern den Eintritts'eitungen für das normale Kühlmittel zugeordnet. Die von ihnen verursachte Strömung verläuft tangential um den zylindrischen Reaktorkern, damit eine Zentrifugalwirkung eintritt, die das Abscheiden der Dampfblasen bewirkt.

Bei dem Reaktor der eingangs genannten Art nach der US-PS 38 18 935 sind besondere Auslaßleitungen vorgesehen, die mit Rohrkrümmern in Abstand von der Innenseite des Druckbehälters unter den Wasserspiegel im Reaktordruckbehälter führen, damit heißes Wasser abgegeben werden kann, wenn die Wärmeabfuhr über den Dampf nicht ausreicht. Wenn diese Auslaßleitungen als Vorbild für Notkühlleitungen dienen, kann es keine durch die Wand unterstützte Führung des Notkühlmittels geben.

Das letzte gilt auch für einen ähnlichen Rohrkrümmer an einer Notkühlleitung bei einem Kernreaktor, der mit Natrium oder einer anderen Flüssigkeit gekühlt wird und in der US-PS 32 15 606 beschrieben ist. Außerdem ist im Gegensatz zu Druckwasserreaktoren bei natriumgekühlten Kernreaktoren im Normalbetrieb kein Druck vorhanden. In dem nur teilweise mit Natrium gefüllten Reaktorbehälter bildet sich ein Kiihlmittelspiegel aus, so daß es das der Erfindung zugrunde liegende Problem eines die Notkühlung behindernden Gegendruckes und eher der Einspeisung entgegengesetzten Verdamp

fungsströmung nicht gibt.

Bei dem aus dem Forschungsbericht V 73/1 der Berichtesammlung IRS-F-16 (August 1973) bekannten Druckwasserreaktor ist die Leitung für die Einführung des Notkühlmittels der heiße Strang, also eine an den Reaktordruckbehälter angeschlossene Hauptkühlmittelleitung des Druckwasserreaktors. Die an diesen heißen Strang angeschlossene Notkühlleitung ist an der Mündung mit einer haubenartigen Strömwigsleitvorrichtung überdeckt, die in dem Rohr des heißen Stranges sitzt, damii, wie es in dem Bericht heißt, dem Einspeisewasser beim Eintritt in den oberen Sammelraum (im Reaktordruckbehälter) eine wesentlich größere Geschwindigkeit verliehen wird. Damit soll die Verteilung des eingespeisten Wassers im oberen Sammelraum verbessert werden.

Die mit der Erfindung bezweckte Verbesserung der Notkühlung hat dagegen das Ziel, die Wied^rauffüllung des Reaktordruckbehälters mit Kühlwasser zu beschleunigen, damit sich die den Reaktorkern bildenden Brennelemente nicht überhitzen können, wenn das normale Kühlwasser durch die Hitze des Reaktorkerns bei einem Bruch des Primärkühlkreises insbesondere dampfförmig entweicht.

Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale.

Bei der Erfindung wird durch die Haube eine das Verspritzen verhindernde Bündelung des Notkühlmittels erreicht, so daß sich das Notkühlmittel als geschlossener und von der Wand des Reaktordruckbehälters geführter Strahl in den unteren Teil des Reaktordruckbehälters ergießt, obwohl an sich eine entgegengerichtete Strömung des im Reaktordruckbehalter verdampfenden Kühlmittels vorliegt. Von unten wird dann der Reaktorkern in Richtung der natürlichen Dampfströmung benetzt. Deshalb wird die Strömung des zugeführten Notkühlmittels durch das dampfförmig abströmende erhitzte Kühlmitte.¹ nur wenig beeinträch-

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 Kernflutung wird um mehr als die Hälfte verringert, und es hat sich gezeigt, daß sich die Hüllrohrtemperaturen dadurch um SO 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 zugute.

Die Erfindung ist auch nicht mit den aus der US-PS 36 23 948 bekannten U-förmigen Prallplatten zu vergleichen, die den Hauptkühlmittelleitungen eines Druckwasserreaktors zugeordnet und am Kernbehälter angebracht sind. Die bekannten Prallplatten dienen nämlich zur gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers in Umfangsrichtung, so daß ein der erfindungsgemäßen Bündelung entgegengesetzter Effekt beabsichtigt wird.

Bei der nach der Erfindung die Mündung der Notkühlleiturcg überdeckenden Haube ist der Querschnitt der Auslaßöffnung vorzugsweise nicht größer als der Querschnitt der Notkühlleitung, weil dadurch, wie gewünscht, ein kräftiger geschlossener Strahl erhalten werden kann. Man kann auch einen zwecks Düsenwir-

kung 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.

Düsen werden zum Beispiel nach der deutschen DE-OS 17 64 470 zur Notkühlung von dampfgekühlten Kernreaktoren angewendet Die bekannten Düsen sollen jedoch eine zur Nctkühlung verwendete Flüssigkeit nebelartig versprühen, damit die mit den Düsen versehenen Brennelemente nicht durch einen thermischen Schock zerstört werden. Hier soll also mit den Düsen gerade das Gegenteil der bei der Erfindung vorgesehenen Wirkung eines geschlossenen Strahles erreicht werden.

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

In F i g. 1 ist schematisch ein Druckwasserreaktor von zum Beispiel 1000 MWe dargestellt, dessen wesentlicher Bestandteil ein weitgehend zylindrischer Reaktordruckbehälter 1 ist. Irn Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters I₁ der mit einem Deckel 3 verschlossen ist, ist ein Kernbehälter 4 konzentrisch angeordnet. In diesem ist der Reaktorkern 5 untergebracht Die an den Stirnseiten anschließenden Räume im Inneren des Reaktordruckbehälters 1 werden 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 geschlosenen Kühlmittelschleife 15 verbunden.

Für d?n Fall, daß das normale Kühlmittel bei einem Bruch der Hauptkühlmittelleitungen 11,13 austritt, sind zur Notkühlung Druckspeicher 16 vorgesehen, von denen nur einer gezeichnet ist. In den Druckspeichern steht als Kühlmittel J'.enendes vorzugsweise boriertes Wasser 17 unter 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 t.

Die Notkühlleitung 23 ist an den heißen Strang 13 der Haupikühlmittelschlcife 15 angeschlossen. An der Mündung der Notkühlleitung 23 ist im Inneren des Rohren eine Haube 28 angeordnet, mit deren HiIL- das Notkühlmittel in das obere Plenum 6 gelenkt wird, wie der Pfeil 19 zeigt.

Die Notkühlleitung 22 führt direkt in den unteren Teil 2 des Reaktordruckbehälters 1. Wichtig ist, daß d:e Anschlußstelle 30 der kalten Einspeiseleitung 22 oberhalb der Kernoberkante liegt, damit auch beim

κι 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 angeord-

It net.

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

In das Unterteil 2 des Reaktorosuckbehälters 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 Reaktordruckbehälters 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 Piattierung 42 auf der Innenseite der

w Wand des Reaktordruckbehälters 1 zum unteren Plenum 7, also in Richtung zur Unterkante des Reaktorkerns 5.

Aus der F i g. 3, die einen Horizontalschnitt durch die Mündung der Notkühlleitung 22 mit dem Stutzen 35

!5 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 Reaktordruckbehälters 1 eine Einspeisedüse für das Notkühlmittel 17 bildet. Man erhält dadurch einen parallel zur Wand 2 in Richtung des Pfeils 40

λ-, 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 Primäikühlmittel bei einem Bruch der kalten Hauptkühlleitung 11 noch in Gegenrichtung

V) 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.

Irr Fig. 2 ist angedeutet, daß am oberen, sich

ö zuspitzenden Rand der Haube 38 eine Öffnung 43 vorgesehen sein kann. Diese verhindert, daß sich im Normalbetrieb unter der Haube 38 ein Totwassergebiet mit unerwünscht hohen Temperaturen entwickelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckwasserreaktor mit einem den Reaktorkern enthaltenden Kernbehälter und einem diesen umgebender. Reaktordruckbehälier, in dessen oberen Teil oberhalb der Kernoberkante Leitungen speziell für die Einspeisung eines Notkühlmittels führen, von denen mindestens eine unmittelbar an den Reaktordruckbehälter angeschlossen und mit einer Einlaufvorrichtung versehen ist, die das aus ihr austretende Notkühlmittel im Ringspalt zwischen dem Kernbehälter und dem Reaktordruckbehälter in Richtung zur Unterkante des Reaktorkernes leitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufvorrichtung als eine die Mündung (37) der Notkühlleitung (22) in den Ringspalt (10) überdekkende Haube (31, 38) derart ausgebildet ist, daß das Notkühlmitte! in einem gebündelten Strahl entlang der Waid (42) des Reaktordruckbehälters (1) geführt wird.

2. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Auslaßöffnung (39) der Haube (38) nich; größer als der Querschnitt der Notkühüeitung (22) ist.

3. Druckwasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Auslaßöffnung (39) der Haube (38) zu einer Düse verengt.