DE2459339B2 - COOLING AND COLLECTION DEVICE FOR THE MELTING OR MOLTEN CORE OF A NUCLEAR REACTOR - Google Patents
COOLING AND COLLECTION DEVICE FOR THE MELTING OR MOLTEN CORE OF A NUCLEAR REACTORInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühl- und Auffangvorrichtung für den schmelzenden oder geschmolzenen Kern eines Alomkernreaktors für den Fall des Versagens des Notkühlsystems, der Sabotage oder eines anderen das Kernschmelzen verursachenden Ereignisses, mit einem den Reaktorkern enthaltenden Reaktordruckbehälter, welcher an Fundamentteilen des Containments abgestützt gelagert ist und mit einem unterhalb des Reaktordruckbehälters angeordneten Raum, durch welchen der schmelzende Reaktorkern in Richtung auf den Containment-Boden fallen kann, wobei oberhalb des Containment-Bodens eine aus gut wärmeleitendem Metall bestehende gekühlte Wanne gelagert ist, die den geschmolzenen Kern aufnimmt.The invention relates to a cooling and collecting device for the melting or molten material Core of an alom nuclear reactor in the event of failure of the emergency cooling system, sabotage or another event causing the core meltdown, with one containing the reactor core Reactor pressure vessel, which is supported on the foundation parts of the containment and with a below the reactor pressure vessel arranged space through which the melting reactor core in Can fall towards the containment floor, with a well above the containment floor thermally conductive metal existing cooled trough is stored, which receives the molten core.
Eine solche Kühl- und Auffangvorrichtung ist durch die DT-AS 20 35 089 bekannt. Die Wanne ist bodenseitig von Kühlrohren durchzogen, die auslaßseitig an ein Steigrohr und einlaßseitig an einen auf höherem Niveau angeordneten Wassertank angeschlossen sind. Bei einem Aufprall des geschmolzenen Kerns und anderer Druckbehälter-Einbauten sowie der Druckbehälter-Bruchstücke könnten sich die Kühlrohre so verformen, daß das Wannenkühlsystem beeinträchtigt und eine Beschädigung des Containments nicht auszuschließen ist.Such a cooling and collecting device is known from DT-AS 20 35 089. The tub is on the bottom traversed by cooling pipes, the outlet side to a riser pipe and the inlet side to a higher level arranged water tank are connected. Upon impact of the molten core and others Pressure vessel internals as well as the pressure vessel fragments could deform the cooling pipes in such a way that that the tub cooling system is impaired and damage to the containment cannot be ruled out is.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühl- und Auffangvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche der geschmolzene Kern daran gehindert werden kann, die gekühlte Wanne und damit das Containment zu zerstören. Solange das Containment nämlich funktionsfähig ist, kann der Unfall als beherrscht betrachtet werden.The invention is now based on the object of providing a cooling and collecting device of the type mentioned at the beginning To create a way by which the molten core can be prevented from reaching the cooled vat and thus destroying the containment. As long as the containment is functional, the accident can be regarded as controlled.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einer Kühl- und Auffangvorrichtung der eingangs näher definierten Art erfindungsgemäß darin, daß die dem Reaktordruckbehälter zugewandte Innenseite der gekühlten Wanne mit einer Schüttung aus feuerfestem Material bedeckt ist, daß in einem geringen Abstand oberhalb der gekühlten Wanne ein als Schutzgitter dienendes Feld aus Trägern angeordnet ist, welches die gekühlte Wanne vor dem Aufprall schwererer, mit dem schmelzenden Kern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen in der Lage ist, und daß die Unterseite der gekühlten Wanne abgestützt und von einer mit Kühlmedium gefüllten Kühlkammer umgeben ist, die über Ableitkanäle mit einem Außenraum in Verbindung steht, in welchen das verdampfende Kühlmedium ableitbar ist.The solution to the problem posed consists of a cooling and collecting device as described in the introduction defined type according to the invention in that the inside facing the reactor pressure vessel of the cooled Tub is covered with a bed of refractory material that at a small distance Above the cooled tub serving as a protective grille field of supports is arranged, which the cooled tub before the impact of heavier parts of the falling with the melting core down Nuclear reactor is able to protect, and that the bottom of the cooled tank is supported and by is surrounded by a cooling chamber filled with cooling medium, which is connected to an outside space via discharge channels Connection is in which the evaporating cooling medium can be derived.
Die die Kühlwanne bedeckende Schüttung aus feuerfestem Material kann hierbei eine Höhe von t bis 3 m haben, damit die folgenden beiden Hauptfunktionen erfüllt werden: Die Kühlwanne vor starken Stoßen zu schützen und den geschmolzenen Kern zu bedecken, um die Wärmeabgabe nach oben ins Containment stark abzudämmen.The bed of refractory material covering the cooling trough can have a height of t to 3 m so that the following two main functions are fulfilled: The cooling trough from strong impacts Protect and cover the melted core to keep the heat dissipation up into the containment strong to dam.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das oberhalb der Kühlwanne angeordnete Trägerfeld aus Doppel-T-Trägern, welche in mindestens zwei Lagen kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind. Hierdurch werden im Gefahrenfalle die schweren nach unten fallenden Teile, wie z. B. Pumpen, zurück gehalten, während kleinere Teile und der geschmolzene Kern zunächst abgebremst werden und dann in dieAccording to a preferred embodiment, there is the carrier field arranged above the cooling trough made of double T-beams, which are arranged in at least two layers in a cross shape one above the other are. As a result, in the event of danger, the heavy falling parts, such as. B. Pumps, back held while smaller parts and the molten core are first decelerated and then into the
II)II)
J(IJ (I
Kühlwanne fallen.Falling cooling well.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlkammer Wasservorlage umfaßt. Hierbei ist das Kühlmedium leicht und in ausreichender Menge zu beschaffen, U d es ergibt sich gemäß der Erfindung die weitere vorteilhafte Ausbildung, daß das verdampfende Kü'il- !edium aus der Kühlkammer über die Ableitkanäle bereits vorhandenen Kondensations- oder Wärmelausch-Einrichtungen der Kernreaktoranlage, insbesondere dem Hauptkondensator oder den Speisewasservorwärmern, zuleithar ist. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer über die Ableitkanä-Ic eigens für diesen Zweck vorgesehenen Notkühleinrichtungen, wie insbesondere Eiskondensatoren, zuleitbar ist. In jedem Falle empfiehlt es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, daß zum Ersatz des bereits ausgedampften Kühlmediums die Kühlkammer über Zuleitkanäle an äußere Kühimittelreservoire angeschlossen ist. Hierbei kann es sich um ein Vorratsbecken handeln, das zugleich als Swimmingpool für das Personal dienen kann. Es ist aber auch möglich, Flußwasser von außen heranzuführen oder das Wasser der vorhandenen Kondensations-Einrichtungen über Ventile (wegen des Vordrucks über dem Wasser) der Kühlkammer zuzuführen.It is particularly advantageous if the cooling chamber includes a water seal. Here, the cooling medium is to obtain easily and in sufficient quantity U d is the invention according to results in the further advantageous embodiment, that the evaporating Kü'il-! Edium from the cooling chamber through the drainage channels already existing condensation or heat interception devices of the nuclear reactor plant , in particular the main condenser or the feed water preheaters. Another advantageous embodiment provides that the evaporating cooling medium can be fed from the cooling chamber via the discharge ducts, emergency cooling devices especially provided for this purpose, such as ice condensers in particular. In any case, according to a further development of the invention, it is recommended that the cooling chamber is connected to external coolant reservoirs via supply channels to replace the cooling medium that has already evaporated. This can be a storage basin that can also serve as a swimming pool for the staff. But it is also possible to supply river water from the outside or to supply the water from the existing condensation devices to the cooling chamber via valves (because of the pre-pressure above the water).
Die Kühlwanne ist in bevorzugter Ausfuhrungsform zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung etwa kegelförmig nach unten gewölbt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlwanne an ihrer Unterseite durch einen Wald von Stangen oder Trägern abgestützt ist welche zur Aufnahme des Kerngewichtes und als Kühlrippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf das Kühlmedium vorgesehen sind.In a preferred embodiment, the cooling trough is for adaptation to the desired cooling water flow arched downwards in an approximately conical shape. It is particularly advantageous if the cooling trough is on its underside supported by a forest of poles or girders which are used to hold the core weight and as Cooling fins are provided to improve the heat transfer to the cooling medium.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen in vereinfachter Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile:An embodiment of the invention is in the following explained with reference to the drawing. It shows in a simplified representation, omitting the for the Understanding the Invention Not Required Parts:
Fig 1 einen Längsschnitt durch ein Reaktorgebäude mit der erfindungsgemäßen Kühl- und Auffangvorrich- 4 1 shows a longitudinal section through a reactor building with the cooling and collecting device 4 according to the invention
{υΓρ\ g. 2 die Kühl- und Auffangvorrichtung aus F i g. 1 in vergrößerter Darstellung. {υΓ ρ \ g. 2 the cooling and collecting device from FIG. 1 in an enlarged view.
Der Reaktordruckbehälter 1, welcher einen nicht näher dargestellten Reaktorkern enthält, ist an Fundamentteilen 2 des Containments abgestützt gelagert, wobei diese aus Spannbeton bestehenden Fundamentteile 2 eine Druckkammer 3 bilden und zugleich einen den Reaktordruckbehälter 1 umgebenden biologischenThe reactor pressure vessel 1, which contains a reactor core not shown in detail, is on foundation parts 2 of the containment supported, these foundation parts consisting of prestressed concrete 2 form a pressure chamber 3 and at the same time a biological one surrounding the reactor pressure vessel 1
C|m einzelnen ruht der Reaktordruckbehälter mit Standzargen 1.1 auf einem Ringvorsprung 2.1 der Fundamentteile 2. Im dargestellten Ausfünrungsbeispiel handelt es sich um einen Siederwasserreaktor, bei welchem die Steuerstabantriebe 4 durch den unteren Kueelboden 1.2 des Reaktordruckbehälters 1 hindurcheeführt sind. Unterhalb des Reaktorgefäßes 1 befindet sich ein Raum 5, durch welchen der Reaktorkern im Falle seines Schmelzens in Richtung auf den Containment-Boden 6 fallen könnte. Im übrigen bedeuten 7 eine Kondensationskammer, 8 eine Gefäßabdeckung. 9 e.nen Flutraum mit Betonriegel-Abdeckung 10, 11 ein Absetzbecken 12 das Brennelement-Lagerbecken, 13 eV Aufnahmebecken für neue Brennelemente, 14 die Begrenzungswände des Sicherheitsbehälters, welcher noch von den Außenwänden 15 des Reaktorgebäudes umschlossen wird, 16 eine Brennelementwechselmaschinp 17 eine Brennelementumsetzmaschine und 18 die Einrichtung eines Gebäudekrans mit Laufkatze 18.1 und drehbarer Traverse 18.2. Mit 19 ist das unterste Fundament und mit 20 eine darüber angeordnete Dichthaut bezeichnet. In each case, the reactor pressure vessel with stand frames 1.1 rests on an annular projection 2.1 of the foundation parts 2. In the exemplary embodiment shown, it is a boiling water reactor in which the control rod drives 4 are guided through the lower Kueelboden 1.2 of the reactor pressure vessel 1. Below the reactor vessel 1 there is a space 5 through which the reactor core could fall in the direction of the containment floor 6 if it melts. Otherwise, 7 denotes a condensation chamber, 8 a vessel cover. 9 e.nen flood chamber with concrete bar cover 10, 11 a settling basin 12 the fuel element storage basin, 13 eV receiving basin for new fuel elements, 14 the boundary walls of the containment, which is still enclosed by the outer walls 15 of the reactor building, 16 a fuel element changing machine 17 a fuel element transfer machine and 18 the installation of a building crane with a trolley 18.1 and a rotating traverse 18.2. 19 with the lowest foundation and 20 with a sealing membrane arranged above it is referred to.
Oberhalb des Containment-Bodens 6 ist eine aus gut wärmeleitendem Metall bestehende gekühlte Wanne 21 (vgl. auch Fig. 2) gelagert. Die dem Reaktordruckbehälter 1 zugewandte Innenseite 21.1 der Wanne 21 ist mit einer Schüttung 22 aus feuerfestem Material, wie insbesondere Salz, Keramik, Sand od. dgl. bedeckt. In einem geringen Abstand oberhalb der Kühlwanne 21 ist ein als Schutzgitter dienendes Feld 23 aus Trägern 24 angeordnet, welches die Wanne 21 vor dem Aufprall schwerer, mit dem Kern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen in der Lage ist. Wie dargestellt, besteht das Trägerfeld 23 aus Doppel-T-Trägern 24, welche in zwei Lagen 23.1 und 23.2 kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind. |e nach dem Gewicht des Reaktorgefäßes und seines Kernes können auch mehr als zwei Trägerlagen angeordnet sein. Die Wanne 21 ist, wie ersichtlich, etwa kegelförmig nach unten gewölbt zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung. An ihrer Unterseite ist die Wanne 21 mit einem Wald von Stützstangen 25 abgestützt. Die Stützstangen dienen zur Aufnahme des Kerngewichtes und ferner, wie noch erläutert, zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Kühlmedium, welches unterhalb der Wanne 21 innerhalb der Kühlkammer 26 angeordnet ist. Mit ihrem unteren Ende ι 25.1 stützen sich die Stützstangen 25 an Fundamentteilen 27 ab. Mit 28 ist eine Zwischendecke aus Beton bezeichnet, auf der sich die schon erwähnte Betonwand 2 abstützt und wobei sich an die Zwischendecke 28 ein Beton- oder Stahlmantel 29 mit Durchführungen 30 für die Kühlkammer 26 anschließt. Der Mantel 29 stützt sich auf den Fundamentteilen 27 ab. Die Kühlkammer 26, die zweckmäßigerweise mit Wasser gefüllt ist, umgibt mithin den Stützstangenwald 25. Die Durchführungen 30 der Kühlkammer 26 münden in einen Dampfsammelraum 31, welcher die Kühlkammer konzentrisch umgibt. An den Dampfsammeiraum 31 sind Dampfabströmrohre 32 angeschlossen, ferner Rückströmrohre 33, welche, etwa um 90° umgebogen, bodenseitig bei 33.1 in die Kühlkammer einmünden. An das in der Fig. 2 rechts dargestellte Rückströmrohr 33 ist ein Nachfüllrohr angeschlossen. Die Dampfabströmrohre 32 führen zu nicht dargestellten Kondensations-Einrichtungen oder ins Freie, und das Rückströmrohr führt zu einem nicht dargestellten Wasserreservoir. Die Stützstangen dienen, da sie im Wasserbad stehen, zugleich auch als wirksame Kühlrippen.Above the containment base 6 is a cooled trough 21 made of metal with good thermal conductivity (see. Also Fig. 2) stored. The reactor pressure vessel 1 facing inner side 21.1 of the tub 21 is covered with a bed 22 of refractory material, such as in particular salt, ceramic, sand or the like. Covered. At a small distance above the cooling trough 21 is a field 23 of supports 24 serving as a protective grille is arranged, which supports the tub 21 before the impact is able to protect heavier, core-downward falling parts of the nuclear reactor. As shown, the carrier field 23 consists of double-T-beams 24, which in two layers 23.1 and 23.2 are arranged in a cross shape one above the other. | e according to the weight of the reactor vessel and its Core can also be arranged more than two carrier layers. The tub 21 is, as can be seen, about Conical downwards to adapt to the desired cooling water flow. At their bottom the tub 21 is supported by a forest of support rods 25. The support rods are used to accommodate the Core weight and also, as explained, to improve the heat transfer to the cooling medium, which is arranged below the trough 21 within the cooling chamber 26. With its lower end 25.1, the support rods 25 are supported on foundation parts 27. At 28 there is a false ceiling made of concrete referred to, on which the already mentioned concrete wall 2 is supported and wherein the intermediate ceiling 28 a Concrete or steel jacket 29 with bushings 30 for the cooling chamber 26 connects. The jacket 29 is supported on the foundation parts 27. The cooling chamber 26, which is expediently filled with water, surrounds consequently the forest of support rods 25. The passages 30 of the cooling chamber 26 open into a steam collecting space 31, which concentrically surrounds the cooling chamber. At the Dampfsammeiraum 31 are steam discharge pipes 32 connected, further backflow pipes 33, which, bent about 90 °, on the bottom side at 33.1 in the Open into the cooling chamber. A refill pipe is attached to the return pipe 33 shown on the right in FIG. 2 connected. The steam discharge pipes 32 lead to condensation devices or not shown into the open, and the return pipe leads to a water reservoir, not shown. The support bars As they are in a water bath, they also serve as effective cooling fins.
Bei einem Unfall, bei dem sich der Kern des Reaktors 1 bis auf Schmelztemperatur erhitzen würde, würde auch der Boden 1.2 des Reaktordruckbehälters 1 mit abschmelzen und mit dem Kern, den Steuerstabantrieben 4 und gegebenenfalls schwereren Bauteilen, wie Pumpen, nach unten fallen, wobei das Trägerfeld 24 den ei sten Stoß abfängt und praktisch nur den geschmolzenen Kern zusammen mit kleineren Bauteilen in ι Richtung auf die Kühlwanne 21 durchlassen würde. Da die Kühlwanne mit 1 bis 3 m hohem Schüttgut bedeckt ist, wird sie beim Aufprall des Kernes von starken Stößen geschützt und bedeckt mit dem Schüttgut den geschmolzenen Kern, so daß die Wärmeabgabe nach 5 oben ins Containment stark abgedämmt wird. Die Kühlkammer 26 mit den zugehörigen Kühlelementen arbeitet zunächst passiv, d. h. ohne jede Energiequelle mit dem vorhandenen Vorrat an Kühlmittel. DeshalbIn the event of an accident in which the core of the reactor 1 would heat up to the melting temperature also melt the bottom 1.2 of the reactor pressure vessel 1 and with the core, the control rod drives 4 and possibly heavier components, such as pumps, fall down, the carrier field 24 den absorbs every shock and practically only the melted one Core would let through together with smaller components in the direction of the cooling trough 21. There the cooling trough is covered with 1 to 3 m high bulk material, it becomes strong when the core hits it Shocks protected and covered with the bulk material the molten core, so that the heat release after 5 is heavily dammed up in the containment. The cooling chamber 26 with the associated cooling elements works passively at first, i.e. H. without any energy source with the existing supply of coolant. That's why
IiIi
wird die Wärme, die aus dem geschmolzenen Kern durch die im Ausführungsbeispiel stählerne Kühlwanne fliefit (Stahl ist aus Stabilitätsgründen zweckmäßig, wenn auch grundsätzlich andere gute leitende Metalle, wie Kupfer, möglich wären), in die Wasservorlage 28 gebracht. Das Wasser wird dabei verdampfen und damit die Wärme wegbefördern. Der entstehende Dampf geht über den Dampfsammeiraum 31 und die Dampfabströmrohre 32 nach außen zu den nicht dargestellten Kondensationseinrichtungen, wo er kondensiert. Grundsätzlich könnte der entstehende Dampf auch ins Freie geleitet werden, jedoch ist die Kondensation des Dampfes in Kondensationseinrichtungen vorzuziehen, weil im Dampf eventuell radioaktive Substanzen enthalten sein können. Nach der Kondensation kann das Kondenswasser wieder der Kühlkammer 26 zugeleitet werden. Sobald der Wasserspiegel 28.1 auf die Höhe des geschmolzenen Kernes gesunken ist, muß die fehlende Wassermenge ersetzt werden, wozu durch das Rückströmrohr 34 entsprechende Wassermengen eingeleitet werden. Dieser Vorgang kann vollautomatisch durch Niveauwächter eingeleitet werden. Die Strömungsrichtung des ausdampfenden bzw. in die Kühlkammer 26 geleiteten Wasseranteils ist durch die Pfeile iv 1 bzw. vv 2 angedeutet.is the heat coming from the molten core due to the steel cooling trough in the exemplary embodiment (steel is useful for reasons of stability, although in principle other good conductive metals such as copper would also be possible), in the water seal 28 brought. The water will evaporate and the heat will be carried away. The resulting steam goes Via the Dampfsammeiraum 31 and the Dampfabströmrohre 32 to the outside to the not shown Condensation facilities where it condenses. In principle, the resulting steam could also be used Can be conducted freely, however, the condensation of the steam in condensation devices is preferable, because the steam may contain radioactive substances. After condensation, that can Condensation water can be fed back to the cooling chamber 26. As soon as the water level is 28.1 at the level of the melted core has sunk, the missing amount of water must be replaced, including through the return pipe 34 corresponding amounts of water are introduced. This process can be carried out fully automatically Level monitors are initiated. The direction of flow of the evaporating or into the cooling chamber 26 The proportion of water conducted is indicated by the arrows iv 1 and vv 2, respectively.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (8)
kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind.8. The device according to claim 1, characterized in that the carrier field (23) arranged above the cooling trough consists of double-T-carriers, which in at least:? White layers (23.1, 2S.
are arranged in a cross shape one above the other.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EF | Willingness to grant licences | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |