DE2518851A1

DE2518851A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2518851A1
Application number: DE19752518851
Authority: DE
Inventors: John Ernest Middleton
Original assignee: British Nuclear Design of Construction Ltd
Current assignee: British Nuclear Design of Construction Ltd
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1975-11-13
Also published as: FR2280179A1; CA1020669A; GB1474938A; US4046627A; IT1035492B; JPS50152193A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf wassergekühlte Kernreaktoren und "betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen Kernreaktor der Bauart mit einer Heizkammer, die mit schwerem Wasser gefüllt ist, welches als Moderator wirkt, wobei Heizkammerrohre vorhanden sind, die sich senkrecht durch die Stillung aus schwerem Wasser erstrecken,· ferner mit Druckrohren, die von unten nach oben durch die Heizkammerrohre verlaufen, Brennelementbaugruppen, die in den Druckrohren angeordnet sind, sowie mit Leichtwasser-Kühlkreisen, zu denen die Druckrohre gehören, und die dazu dienen, leichtes Wasser den⁷ unteren Enden der Druckrohre zuzuführen und von den oberen Enden der Druckrohre das zugeführte Kühlwasser in Form von Wasser und/oder Dampf abzuführen.

Bei solchen Reaktoren ist es bekannt, jeden Kühlmittelkreis mit einer Dampftrommel bzw. einem Oberkessel zu versehen, mit dem die oberen Enden der ^ruckrohre des betreffenden Kühlkreises verbunden sind, und in welchem Dampf, der dadurch entsteht, daß Kühlwasser in den Druckrohren zum Sieden gebracht wird, von dem unverdampft bleibenden Wasser getrennt wird; ferner weist ein solcher Reaktor einen unteren Behälter auf, an den die unteren Enden der Druckrohre angeschlossen sind, und es sind Umwälzpumpen vorhanden, die dazu dienen, Wasser aus der Dampftrommel zu dem unteren Behälter zu fördern; hierbei besitzt die Dampftrommel einen

509846/0807

Dampfaus!aß, der eine Dampfturbine speist, sowie einen Wassereinlaß, dem eine Speisewasserpumpe Zusatzwasser zuführt, bei dem es sich zum Teil um Rückkondensiertes Wasser handelt, das am Auslaß der Dampfturbine anfällt.

Bei einem solchen Beaktor ist es äußerst wichtig, dafür zu sorgen, daß die Gefahr eines Versagens der Zufuhr von Kühlwasser zu irgendwelchen Druckrohren möglichst gering gehalten wird, und zwar sowohl während des Betriebs als auch unmittelbar nach dem Abstellen des Reaktors, denn ein solches Versagen der Kühlwasserzufuhr würde zu einer Temperatursteigerung führen, bei der nicht nur die Brennelementbaugruppen beschädigt werden könnten, sondern bei der auch radioaktives Material entweichen könnte. Auf lange Sicht kann man eine übermäßige Erhitzung des Brennstoffs und seines Umhül-· lungsmaterials als Folge eines Betriebsunfalls, bei dem die Anlage beschädigt worden ist, dadurch vermeiden, daß man den Eeaktor außer Betrieb setzt, z.B. dadurch, daß man das als Moderator verwendete schwere Wasser aus der Heizkammer abzieht und/oder ein Neutronen absorbierendes "Gift", z.B. Borsäure, einströmen läßt oder unter Druck zuführt, um eigens zu diesem Zweck vorhandene JTüssigkeitsabstellrohre zu füllen, die in der Heizkammer angeordnet sind; auf kurze Sicht, d.h. bevor sich diese Maßnahmen zum Abstellen des Reaktors auswirken, und um die gespeicherte Wärme und die verzögert entstehende Neutronenwärme zu beseitigen, ist es jedoch wichtig, dafür zu sorgen, daß, soweit irgend möglich, das Kühlwasser aus keinem, keinem Teil irgendwelcher Druckrohre entweicht, und zwar weder bei einem vollständigen Versagen der Zufuhr von Wasser zu dem betreffenden Druckrohr oder als Folge des Einsetzens eines Stagnationszustandes, bei dem sich die Drücke an den Einlaß- und Auslaßenden des betreffenden Druckrohrs im wesentlichen ausgleichen, so daß praktisch kein Kühlmittel mehr durch das Druckrohr strömt=

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde _t eine wassergekühlte Eernreaktoranlage zu schaffen.^ bei welcher der Kühlwasserkreislauf auf vorteilhafte Weise so ausgebildet istj daß nur eine minimale Gefahr besteht, daß der Kern-

509846/08 G1

brennstoff überhitzt wird, wenn eine Betriebsstörung eintritt, die zur Polge hat, daß die Kühlmittelkreisläufe nicht mehr in der normalen Weise arbeiten·

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine besonders zweckmäßige Behälteranordnung geschaffen worden, die dazu dient, das Kühlwasser auf die verschiedenen druckrohr e zu verteilen.

Genauer gesagt ist durch die Erfindung für einen Kernreaktor eine Behälterbaugruppe zum Zuführen von Kühlwasser geschaffen worden, die mehrere Unterverteilungsrohre aufweist, welche sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken und jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzen' und jeweils mit mehreren in Längsabständen verteilten Wasserauslässen versehen sind, von denen jeder mit einem zugehörigen Rohr zum Speisen eines bestimmten Druckrohrs des Reaktors verbunden ist; den ersten und den zweiten Enden der Unterverteilerrohre sind Rohrleitungen zugeordnet, welche die Unterverteilerrohre an ihren ersten bzw. ihren zweiten Enden miteinander verbinden, und es sind mehrere weitere Verteilerrohre vorhanden, die sich quer zu den Unterverteilerrohren erstrecken und längs letzterer in Abständen verteilt sind; hierbei besitzt jedes Verteilerrohr einen Wassereinlaß, der an eine Wasserpumpe angeschlossen werden kann, und es sind mehrere Abzweigleitungen vorhanden, die in Längsabständen verteilt sind und das betreffende Verteilerrohr mit einem zugehörigen U_nterverteilerrohr verbinden.

Bei einer solchen Behälterbaugruppe ist vorzugsweise jedes Unterverteilerrohr mit Abzwigrohren versehen, die von den zugehörigen Verteilerrohren ausgehen und in gleichmäßigen Längsabständen verteilt sind, ^wobei eine mindestens annähernd gleich große Anzahl von Wasserauslässen zwischen einander benachbarten Paaren von Abzweigrohren vorhanden ist.

Somit gehören zu einem erfindungsgemäßen Kühlkreislauf für einen Kernreaktor eine erfindungsgemäße Behälterbaugruppe zum Zuführen von Kühlwasser in Verbindung mit einer einen

509846/0807

Dampfauslaß aufweisenden Dampftrommel, mit mehreren Wasserpumpen, von denen jede so angeschlossen ist, daß sie es ermöglicht, Wasser aus der Dampftrommel anzusaugen und es dem Wassereinlaß einem zugehörigen Verteilerrohr der Baugruppe zuzuführen, sowie mit mehreren Druckrohren, von denen jedes ein unteres Ende besitzt, das an einen zugehörigen Wasserauslaß der Unterverteilerrohre der Baugruppe angeschlossen ist, sowie ein oberes Ende, das in Verbindung mit der Dampftrommel steht·

Bei einem solchen Kühlkreis kann es sich bei der Dampftrommel um eine von zwei einander ähnelnden Dampftrommeln handeln, von denen jede einen Dampfauslaß aufweist und so angeschlossen ist, daß Wasser einem zugehörigen Teil der Behälterbaugruppe über mehrere zugehörige Wasserpumpen zugeführt werden kann, die jeweils zwischen der betreffenden Dampftrommel und einem zugehörigen Verteilerrohr der Behälterbaugruppe liegen; hierbei sind bei denjenigen Druckrohren, bei welchen die unteren Enden an Wasserauslässe eines bestimmten Teils der Behälterbaugruppe angeschlossen sind, an ihren oberen Enden mit der zugehörigen Dampftrommel verbunden, die den betreffenden Teil mit Wasser versorgt.

Ein Kernreaktor nach der Erfindung kann mit einem solchen Kühlkreis oder mehreren Kühlkreisen versehen sein; im letzteren Fall kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dafür gesorgt sein, daß jeder Kühlwasserkreis so angeschlossen ist, daß er einen seiner Dampftrommel entnommenen Hilfskühlwasserstrom direkt den Druckrohren eines anderen Kühlwasserkreises zum Zweck des Kühlens in Form von versprühtem Wasser zuführt, und daß seine eigenen Druckrohre durch versprühtes Kühlwasser gekühlt werden, das einem anderen Kühlwasserkreis in Form eines entsprechenden Hilfskühlwasserstroms entnommen wird. Dieses Strömen der Hilfskühlwasserströme in der Querrichtung zwischen den Kühlkreisen wird vorzugsweise kontinuierlich bewirkt und durch eine zwangsläufige Pumpwirkung aufrechterhalten, wobei ein Gleichgewicht zwischen der Wassermenge aufrechterhalten wird, die einem bestimmten Kreis zugeführt wird, und der Wassermenge,

50984670807

die dieser Kreis auf entsprechende Weise einem anderen Kreis zuführt j es kann sich jedoch auch als zweckmäßig erweisen, keine solche zwangsläufige Pumpwirkung vorzusehen und vielmehr den Druckabfall auszunutzen, der bei einem beschädigten Kühlkreis auftritt, um zu bewirken, daß der betreffende Kreis von einem anderen Kreis aus mit zu versprühendem Kühlwasser versorgt wird; beim Auftreten einer solchen Beschädigung werden die Druekrohre des beschädigten Kreises somit gegen eine Überhitzung geschützt.

Bei einer Ausführungsform eines Reaktors nach der Erfindung sind vier Kühlmittelkreise vorhanden, die auf der Höhe der Auslässe der Umwälzpumpen paarweise miteinander verbunden sind, und jeder Kühlkreis eines bestimmten Paars steht in Querverbindung mit einem der Kühlkreise des anderen Paars, um eine Sprüh— bzw. Berieselungskühlung der beschriebenen Art zu ermöglichen*

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert· Es zeigt:

Fig. Λ einen teilweise als Schnitt gezeichneten Grundriß eines Reaktorkerns mit vier Hauptkühlwasserkreisen, von denen jeder einen zugehörigen Quadranten des Reaktorkerns mit Kühlwasser versorgt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Hauptkühlwasserkreise des Reaktors nach Fig. 1, in der auch die Hilfseinrichtungen für eine Berieselungskühlung zu erkennen sind;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung von unteren Verteilereinheiten von zwei der in Fig. Λ und 2 dargestellten Hauptkühlwasserkreise, die in Verbindung miteinander stehen und eine zusammengesetzte Einheit bilden; und

Fig. 4 einen vergrößerten, verkürzten, senkrechten Schnitt durch einen der zahlreichen im Kern des Reaktors vorhandenen Brennstoffkanäle.

509846/08Q?

Gemäß Fig. 1 gehört zu dem Kernreaktor ein Sicherheits- oder Schutzgefäß 10, das vorzugsweise aus Spannbeton "besteiit, und in dessen Mitte der Kern 11 eines Reaktors angeordnet ist. Der Kern 11 ist von bekannter Art, so daß sich eine Barstellung von Einzelheiten und eine eingehendere •Beschreibung erübrigen dürften; zu dem Reaktorkern gehört eine Heizkammer, die schweres Wasser enthält, das bei dem Reaktor als Moderator wirkt, und die mit zahlreichen stehend angeordneten Heizkammerrohren versehen ist, welche von dem schweren Wasser umgeben und an ihren oberen und unteren Enden offen sind; durch diese Heizkammerrohre erstrecken sich Druckrohre, in denen Brennstoffstränge angeordnet sind, und durch die Kühlwasser auf eine noch zu erläuternde Weise hindurehgeleitet wird.

Ferner befinden sich in dem Schutzgefäß 10 vier Kühlwasserkreise 12A, 12B, 12C und 12D, die über den Umfang des Reaktorkerns 11 in Abständen verteilt sind und jeweils dazu dienen, Kühlwasser den Druckrohren der zugehörigen Quadranten A, B_f C und B des Reaktorkerns zuzuführen. Für die Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob die Druckrohre, die durch einen "bestimmten Kühlwasserkreis versorgt werden, in der aus Fig. ersichtlichen Weise gruppiert bzw. voneinander getrennt und in bestimmten Abschnitten des Reaktorkerns angeordnet sind; in der Praxis erweist sich jedoch die dargestellte Anordnung im Hinblick auf die Unterbringung der benötigten Rohrleitungen für das Kühlmittel als zweckmäßig. Wie im folgenden erläutert, sind vorzugsweise die Kühlwasserkreise 12A und 12B so miteinander verbunden, daß sie praktisch einen einzigen zusammengesetzten Kühlwasserkreis bilden, der eine Hälfte des Reaktorkerns versorgt, welcher durch die Quadranten A und B gebildet wird; die Kühlwasserkreise 12C und 12D sind auf ähnliche Weise miteinander verbunden und dienen zur Versorgung der anderen durch die Quadranten C und D gebildeten Hälfte des Reaktorkerns 11.

Die vier Kühlwasserkreise sind von gleichartiger Konstruktion; als Beispiel wird im folgenden anhand von Fig. 1 der auch in Fig. 2 schematisch dargestellte Kühlwasserkreis 12D beschriebene Zu dem Kühlwaaserkreis 12D gehören mehrere

509846/080?

Kühlwasserumwälzpumpen 13D; gemäß S¹Xg. 1 können vier solche Pumpen 13D vorhanden sein; in Fig. 2 ist jedoch nur eine Kühlwasserpumpe 13D dargestellt; alle vier Kühlwasserumwälzpumpen 13D sind parallelgeschaltet und dienen dazu, leichtes Wasser zu einer unteren Verteilerleitungsbaugruppe 14-D zu fördern, die im folgenden anhand von Fig. 3 näher beschrieben ist, und die dazu dient, mehrere einzelne Wasserzuführungsleitungen 15D zu speisen. Jede der Wasserzuführungsleitungen 15D ist gemäß Fig. 2 und 4 mit dem unteren Ende eines zugehörigen Druckrohrs 18 verbunden, das sich in dem Quadranten D des Reaktorkerns 11 von unten nach oben durch ein zugehöriges Heizkammerrohr erstreckt. Somit werden sämtliche Druckrohre 18 in dem Quadranten D normalerweise von den Umwälzpumpen 13D aus mit unter Druck stehendem leichtem Wasser versorgt. Während das Wasser von unten nach oben durch die Druckrohre 18 strömt, wird es durch den in den Druckrohren angeordneten Kernbrennstoff erhitzt und teilweise im Dampf verwandelt. Über der üeizkammer ist jedes Druckrohr 18 des Quadranten D mit einem zugehörigen Steigrohr 19D verbunden, das zu einer von mehreren oberen Rohrleitungen 2OD führt, welche in einer Dampftrommel 21D münden, die somit das Wasser und den Dampf aufnimmt, die von den Druckrohren des Quadranten D abgegeben werden. Die über der unteren Verteilerleitung 14D nach Fig. 2 angeordnete Dampftrommel 21D ist in Fig. 1 nicht dargestellt, doch erkennt man in Fig. 1 die entsprechenden Dampftrommeln 21A und 21B der Kühlmittelkreise 12A und 12B .sowie die zugehörigen Steigrohre 19A und 19B sowie die oberen Rohrleitungen 2OA und 2OB. In der Dampftrommel 21D nach Fig. 2 werden der Dampf und das Wasser voneinander getrennt; der Dampf wird über einen Dampfauslaß 22D einer Dampfturbine zugeführt, die einen Stromerzeuger der Reaktoranlage antreibt, während das ^Λasser zur Verfügung steht, um über Falleitungen 23D erneut der Saugseite der Umwälzpumpen 13D zugeführt zu werden. Die Standhöhe des Wassers in der Dampftrommel 21D wird ebenso wie in den entsprechenden Dampftrommeln 21A, 21B und 21C der Kühlwasserkreise 12A, 12B und 12C im wesentlichen konstant gehalten, und Zusatzwasser zum Ersetzen des den Turbinen in Form von Dampf zugeführten Wassers wird von einer äußeren Quelle aus

509846/0807

über eine Hauptspeisewasserleitung 24 und Rohrleitungen 25 zugeführt, in die Regelventile eingeschaltet sind, deren Steuerung durch Einrichtungen erfolgt, -welche auf die Standhöhe des Wassers in den verschiedenen Dampftrommeln ansprechen.

Als Beispiel für die unteren Verteilerleitung;baugruppen wird im folgenden die in Fig. 3 schematisch dargestellte Verteilerleitungsbaugruppe 14D beschrieben. Fig. 3 zeigt praktisch die beiden unteren Verteilerleitungsbaugruppen 14C und 14D, die so miteinander verbunden sind, daß die Kühlmittelkreise 12C und 12D praktisch einen einzigen zusammengesetzten Kühlmittelkreis bilden, zu dem eine einzige Verteilerleitungsbaugruppe gehört, welche sich aus den beiden gleichartigen Kühlmittelkreisen 14C und 14D zusammensetzt. Gemäß Pig. 3 sind vier Kvassereinlässe 26C vorhanden, die an die Auslässe der zugehörigen Pumpen 13C angeschlossen sind und jeweils in einer stehend angeordneten Verteilerleitung 27c in der Mitte zwischen ihren Enden münden, wobei die Verteilerleitung 27C über Abzweigleitungen 28C jeweils mit mehreren waagerechten Unterverteilerleitungen 29C verbunden ist. Somit wird jede Unterverteilerleitung 29C der Verteilerleitungsbaugruppe 14C durch zugehörige Abzweigleitungen 28C gespeist, die.in gleichmäßigen Abständen über die Länge der Unterverteilerleitungen verteilt sind und in Verbindung mit den vier Pumpen 13G stehen. Die untere Verteilerleitungsbaugruppe 14D weist auf ähnliche Weise vier Wassereinlässe 26D auf, die an die Auslässe der vier Pumpen 13D angeschlossen sind, ferner stehend angeordnete Verteilerleitungen 27D mit Abzweigleitungen 28D sowie Unterverteilerleitungen 29D. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Abschnitte 14C und 14D zusammen eine einzige Verteilerleitungsbaugruppe bilden, ist jede Unterverteilerleitung 29D an einem Ende mit dem benachbarten Ende der entsprechenden Unterverteilerleitung 29C verbunden, und die entgegengesetzten Enden der Unterverteilerleitungen 29C einerseits und 29D andererseits sind jeweils durch ein stehend angeordnetes Bohr 3OC bzw. 3OD miteinander verbunden. Wenn die Abschnitte 14C und 14D jeweils für sich eine Verteilerleitungsbaugruppe

50984670807

nach der Erfindung bildeten, wurden die Unterverteilerleitungen 29C nicht mit den entsprechenden Untervertexlerleitungen 29D verbunden sein, sondern sie wurden jeweils durch eine entsprechende zusätzliche, stehend angeordnete, in Fig. 3 nicht dargestellte Rohrleitung miteinander verbunden sein; ferner wurden die Unterverteilerleitungen 29D auf ähnliche Weise miteinander, jedoch nicht mit den Unterverteilerleitungen 29c verbunden sein. Natürlich könnte man zwei solche voneinander getrennte untere Verteilerleitungsbaugruppen gegebenenfalls auch durch zusätzliche Rohrleitungen miteinander verbinden.

Wie in Fig'. 3 bezüglich der obersten U_nterverteilerleitungen 29D dargestellt, ist jede der Unterverteilerleitungen 29c und 29D mit zahlreichen Wasserauslässen versehen, die zu den einzelnen Speiseleitungen I5C bzw. 15D führen; hierbei können z.B. jeweils acht solche Speiseleitungen zwischen zwei einander benachbarten Abzweigleitungen 28C bzw. 28D vorhanden sein. Gemäß Fig. 3 bilden die verschiedenen Rohrleitungen eine regelmäßige Anordnung, und wenn alle acht Pumpen 13C usw., 13D uhw. Wasser mit der gleichen Leistung fördern, und wenn sämtlichen einzelnen Speiseleitungen I5C und I5D gleich große Wasserströme zugeführt werden, führen sämtliche Abzweigleitungen 280 bzw. 28D gleich große Wassermengen ,, so daß sie eine gleichmäßige Versorgung der vier einzelnen Speiseleitungen bewirken, die auf der einen bzw. der anderen Seite der betreffenden Abzweigleitung angeordnet sind. Hierbei strömt kein Wasser von irgendeiner der Unterverteilerleitungen 29C zu den damit verbundenen Unterverteilerleitungen 29D oder umgekehrt, und die an den Enden angeordneten Rohrleitungen 3OC und 3OD werden nicht von Wasser durchströmt. Die Querschnitte der verschiedenen Rohrleitungen sind vorzugsweise so gewählt, daß sich ein solcher stetiger Strömungszustand ausbildet, abgesehen davon, daß die Rohrleitungen 3OC und 3OD den gleichen Durchmesser haben wie die U_nterverteilerleitungen 29C und 29D. Somit hat jede Unterverteilerleitung 29D einen Durchmesser, der einem Wasserdurchsatz entspricht, welcher viermal so groß ist wie der Wasserdurchsatz jeder einzelnen Speiseleitung 14-D, und

509846/0807

Jede Abzweigleitung 28D hat einen solchen Durchmesser, daß der Wasserdurchsatz doppelt so groß ist wie bei jeder Unterverteilerleitung 29D-USW«

Die vorstehend beschriebene Konstruktion der Kühlwasserkreise mit den zugehörigen unteren Verteilerleitungen ist besonders geeignet, die unerwünschten Wirkungen auf ein Minimum zu verringern, die sich bei Störungen der verschiedensten Art einstellen könnten. Wenn z.B. eine der Pumpen 13B ausfällt, oder wenn bei ihr oder an ihrem Auslaß 26C ein Bruch auftritt, so daß Wasser aus der Kühlanlage entweicht, wird den Speiseleitungen 15C, die normalerweise durch diese Pumpe versorgt werden, weiterhin Wasser von den benachbarten Pumpen aus zugeführt, die zum gleichen Kreis gehören, und/oder (über die Verbindungsleitungen) von den Pumpen 13D des Kreises 12D aus. Entsprechend wird ein Bruch und ein entsprechender Wasserverlust an irgendeinem Teil einer der Verteilerleitungen 27C, der Abzweigleitungen 28C oder der Unterverteilerleitungen 29C dadurch weitgehend ausgeglichen, daß sich in den übrigen Teilen der Kühlanlage ein entsprechend geänderter Strömungsverlauf ausbildet. Selbst bei einem Versagen einer der beiden Dampftrommeln 21C und 21D, das zur Unterbrechung der Wasserversorgung der Pumpen 13c bzw. I3D führen könnte, würden die Pumpen des noch in Betrieb befindlichen Satzes I3D bzw. I3C sämtlichen einzelnen Speiseleitungen 15C und 15D mindestens noch eine geringere Wassermenge zuführen. Um die Verluste an durch die Pumpen gefördertem Wasser möglichst klein zu halten und hierdurch die zusätzliche Belastung der noch in Betrieb befindlichen Pumpen zu verringern, wenn eine Dampftrommel oder eine Pumpe beschädigt ist, ist jeder der Pumpenauslässe 26C und 26D auf eine nicht dargestellte Weise mit einem Rückschlagventil und/oder einer JPluidikdiode bekannter Art versehen, so daß eine Anordnung vorhanden ist, die einer Strömung in der Vorwärtsrichtung bzw. in der Rückwärtsrichtung sich stark uht terscheidende Widerstände entgegensetzt.

Gemäß Fig. 2 ist jeder Kühlwasserkreis, der durch eine zugehörige Hauptspeisewasserpumpe 24 gespeist wird, welche

509846/0807

zweckmäßig durch einen an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen Elektromotor angetrieben wird, vorzugsweise mit einer Eilfsspeisewasserpumpe 26 ausgerüstet, die während des betriebs durch eine Dampfturbine 27 angetrieben wird, wobei der hierfür benötifete Dampf der Dampftrommel des betreffenden Kühlwasserkreises entnommen wird. Somit wird gemäß Fig. 2 die Turbine 27 des Kühlwasserkreises, zu dem die Dampftrommel 21D gehört, nach Bedarf mit Dampf aus dieser Dampftrommel gespeist, so daß sie die Aufgabe der Pumpe 24 übernehmen kann, wenn die Stromversorgung über das Hauptnetz ausfällt. Alternativ kann die Turbine 27 mit Dampf aus der Dampftrommel 21C betrieben werden, so daß der in der Dampftrommel 21D vorhandene Dampf zur Verfügung steht, um die entsprechende Turbine des Kühlwasserkreises 12G zu betreiben^ gemäß einer weiteren Alternative ist es möglich, dafür zu sorgen, daß die beiden Turbinen 27 jeweils mit Dampf aus einer der beiden Dampftrommeln betrieben werden können. Zur weiteren Sicherung ist jeder Kühlwasserkreis mit einem Vorratsbehälter 29 versehen, dem Kühlwasser mittels einer Pumpe 28 entnommen werden kann.

Tritt bei dem Eeaktor eine schwere Betriebsstörung auf, wird der Eeaktor natürlich möglichst schnell abgestellt, doch würde es hierbei weiterhin erforderlich sein, Kühlwasser durch den Reaktorkern zu leiten. Eine solche Betriebsstörung kann leicht zum Entstehen von Brüchen bei den Kühlwasserkreisen führen, so daß Kühlwasser entweicht; das hierbei verloren gehende Wasser wird gemäß Fig. 2 in einem Sumpf $0 gesammelt, der sich innerhalb der Schutzumschließung 10 befindet. Damit dieses "Verlustwasser" erneut verwendet werden kann, sind gemäß Fig. 2 weitere Pumpern 31 vorhanden, mittels welcher Wasser aus dem Sumpf 30 angesaugt und wieder zu den vier Kühlwasserkreisen gefördert werden kann. Da die Pumpen 31 und die durch sie geförderten Wasserströme einen wichtigen Bestandteil der Anordnung bilden können, die auf lange Sicht eine ausreichende Kühlung gewährleisten soll, damit der abgestellte Reaktor weiter gekühlt werden kann, nachdem eine schwerwiegende Betriebsstörung eingetreten ist, ist jeder Pumpe 31 ein Wasserkühler 32 zugeordnet, der dazu

509846/0807

dient, unter den genannten Bedingungen die restliche thermische Energieabgabe des Reaktorkerns zu beseitigen.

Wie erwähnt, gewährleistet der Aufbau der unteren Verteilungseinrichtungen z.B. der in Fig. 3 mit 14D bezeichneten, sowie die Tatsache, daß diese Einrichtungen paarweise miteinander verbunden sind (z.Bo die Einrichtungen 14C und 14D), praktisch, daß eine ausreichende Kühlwasserzufuhr zu sämtlichen !'eilen der betreffenden Hälfte des Reaktorkerns selbst dann sichergestellt ist, wenn eine schwerwiegende Betriebsstörung, z.B. eine Beschädigung einer der beiden Dampftrommeln jedes Paars, auftritt. Es besteht jedoch immer noch eine wenn auch nur äußerst entfernte Möglichkeit, daß beide Dampftrommeln zweier miteinander verbundener Kühlwasserkreise, z.B. die Dampftrommeln 21A und 21B, gleichzeitig ernstlich beschädigt werden, so daß kein Wasser zur Versorgung der Pumpen 1JA und 13B mehr zur Verfügung steht. In einem solchen Fall würde es bei der betreffenden Hälfte des Reaktorkerns nicht mehrmöglich sein, Kühlwasser zuzuführen, wenn keine Maßnahmen getroffen sind, um auch dieser entfernten Möglichkeit Rechnung zu tragen. Die entsprechenden Maßnahmen werden im folgenden beschrieben.

Fig. 4 zeigt weitere Einzelheiten eines der kruckrohre 18 in Verbindung mit der darin angeordneten Brennelementbaugruppe und der Reaktorkernheizkammer, durch die hindurch sich das Druckrohr erstreckt. Zu der Heizkammer gehören eine Grundplatte 33» eine nicht dargestellte Umfassungswand sowie zahlreiche Heizkammerrohre 34, von denen in Fig. 4 eines dargestellt ist, wobei jedes Heizkammerrohr am oberen und unteren Ende offen und mit seinem unteren Ende mit abdichtender Wirkung in eine zugehörige öffnung der Grundplatte 33 eingebaut ist. Die Heizkammer ist gemäß Fig. 4 bis zu der bei 35 angedeuteten Höhe mit schwerem Wasser gefüllt, das die Heizrohre umgibt, deren obere Enden über den Wasserspiegel 35 hinausragen, und in jedem Heizkammerrohr 34 ist eine der schon genannten Druckrohre 18 angeordnet. In jedem Druckrohr 18 befindet sich eine Brennstoffbaugruppe mit Brennstäben 36, die durch Abstandhalter 37 in den gewünschten

509846/0807

Abständen gehalten werden und mittels einer Tragstange 38 an einem Abdichtungsstopfen 39 aufgehängt sind, welcher in das obere Ende eines Standrohrs 40 eingebaut ist, welches mit abdichtender fiarkung mit dem druckrohr 18 verbunden ist und eine obere Verlängerung des ^ruckrohrs bildet. Die Brennst off baugruppe und der Abdichtungsstopfen 39 können aus dem Druckrohr 18 und dem Standrohr 40 durch Herausziehen nach oben ausgebaut werden. Das untere Ende der Tragstange 38 ist als nach unten spitz zulaufender Lagebestimmungsdorn ausgebildet, der beim vollständigen Absenken der Tragstange in Eingriff mit einer Lagebestimmungseinrichtung 41 kommt, welche in das Druckrohr 18 etwa auf gleicher Höhe mit der Grundplatte 33 der Heizkammer fest eingebaut ist. Das als Kühlmittel verwendete leichte Wasser strömt von unten nach oben durch das Druckrohr 18 sowie durch Öffnungen der Lagebestimmungseinrichtung 41 und wird teilweise in Dampf verwandelt, während es nach oben strömt und hierbei in Berührung mit den Brennstäben 36 kommt. Das hierbei entstehede Gemisch aus Wasser und Dampf entweicht aus dem Standrohr 40 in seitlicher Richtung durch die zugehörige Steigleitung-19D, wobei im vorliegenden Fall angenommen ist, daß das Druckrohr 18 zu den im Quadranten D des Reaktor^erns angeordneten Druckrohren gehört und über eine der Speiseleitungen 15D mit Kühlwasser versorgt wird; das genannte Gemisch strömt dann durch eine der-'oberen Leitungen 2OD zu der Dampftrommel 21D. Über dem Punkt, an dem die Steigleitung 19D seitlich an das Standrohr 40 angeschlossen ist, ist die Tragstange 38 mit einem Abdichtungskolben 42 versehen, der in dem Standrohr unmittelbar unter dem Abdichtungsstopfen 39 eine Kammer 43 abgrenzt; zu einem noch zu erläuternden Zweck ist eine Rohrleitung 44 vorhanden, die gemäß Fig. 4 in der Kammer 43 mündet.

Wie erwähnt, besteht nur eine sehr geringe Gefahr, daß eine Betriebsstörung bei irgendeinem der bis jetzt beschriebenen Kühlwasserkreise dazu führt, daß bei einem oder zwei Quadranten des Reaktorkerns die Kühlwasserzufuhr ausfällt, oder daß eine solche Betriebsstörung auch nur bei einigen wenigen Druckrohren 18 zu einem schnellen Einsetzen der

509846/0807

beschriebenen Stagnation führt. Jedoch handelt es sich hierbei um eine Gefahr, die berücksichtigt werden muß; zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung die Kühlwasserkreise, welche Kühlwasser den Druckrohren 18 innerhalb jeder Hälfte des Eeaktorkerns zuführen, außerdem so ausgebildet, daß sie eine relativ kleine Kühlwassermenge kontinuierlich auch den Druckrohren 18 derbetreffenden anderen Hälfte des Eeaktorkerns zuführen. Um dies zu erreichen, ist eine ständig in Betrieb befindliche Hochdruckpumpe 45D (Fig. 2) vorhanden, die so angeschlossen ist, daß sie Wasser aus der Dampftrommel 21D absaugen kann, um dieses Wasser über eine oder mehrere Speiseleitungen 46D sämtlichen Druckrohren 18 zuzuführen, die in einem der EeaktorkerniZ[uadranten A und B angeordnet sindj die Druckrohre 18 in den beiden übrigen Quadranten des Eeaktorkerns werden auf ähnliche Weise von der Dampftrommel 21C aus versorgt; entsprechend dienen die Dampftrommeln 21A und 21B dazu, über eine der Hochdruckpumpe 4-5D entsprechende, in Fig. 2 nicht dargestellte Hochdruckpumpe Kühlwasser sämtlichen Druckrohren 18 des betreffenden Quadranten C bzw. D zuzuführen. Somit wird dem Druckrohr 18 nach Fig. 4, von dem hier angenommen ist, daß es sich im Quadranten D des Eeaktorkerns befindet, Kühlwasser von einer der Dampftrommeln 21A und 21B zugeführt., Dieses Kühlwasser wird über die Bohrleitung 44 in die Kammer 43 des Druckrohrs 18 eingeleitet. Die Tragstange 38 ist als Eohr ausgebildet und gemäß Fig.4 mit Öffnungen 47 versehen, die das Innere des Tragrohrs mit der Kammer 40 verbinden, und außerdem weist das Tragrohr Spritzdüsen 48 auf, die über denjenigen Teil des Tragrohrs in Abständen verteilt sind, welcher von den Brennstäben 36 umgeben ist.

Die Hochdruckpumpe 45D und die entsprechenden übrigen Hochdruckpumpen befinden sich ständig in Betrieb, und daher wird jedem Druckrohr 18 innerhalb jedes Quadranten des Eeaktorkerns nicht nur der zugehörige Hauptstrom von leichtem Kühlwasser über sein unteres Ende zugeführt, sondern es wird ihm auch noch ein zusätzlicher Kühlwasserstrom zugeführt, welcher demjenigen Kühlwasserkreis entnommen wird, welcher den Hauptkühlwasserstrom für die Druckrohre 18 in einem

509846/0807

anderen Quadranten liefert, und zwar über das zugehörige Tra?-rohr 38 und die Spritzdüsen 48. Während des normalen ■betriebs des Reaktors kann der Anteil des Kühlwassers, das jedem Druckrohr 18 über das zugehörige l'ragrohr 38 zugeführt wird, etwa ¹Wo bis 6% oder mehr der dem Druckrohr insgesamt zugeführten Kühlwassermenge betragen. Bei einem vollständigen Ausfall der Hauptkühlmittelversorgung eines bestimmten Druckrohrs oder bei einem teilweisen Ausfall derart, daß die auf diese Weise zugeführte gesamte Kühlwassermenge zum Sieden kommt, bevor sie den oberen Teil der Brennstoffbaugruppe erreicht, genügt die Zufuhr von Ergänzungskühlwasser über das Tragrohr 38» um zu gewährleisten, daß Wasser in Form der flüssigen Phase der Brennstoffbaugruppe über ihre gesamte Länge zugeführt wird, damit ein schnelles und zu starkes Oberhitzen irgendeines Teils der Brennstoffbaugruppe vermieden wird. Natürlich ist diese Zufuhr von Spritzkühlwasser während des normalen Eeaktorbetriebs als Redundant zu betrachten, doch bedeutet die Tatsache, daß sich diese Einrichtung ständig in Betrieb befindet, daß bei einer Betriebsstörung die Spritzkühleinrichtung, der dann eine lebenswichtige Bedeutung zukommt, bereits in Betrieb ist, d.h. daß sie nicht erst in Betrieb gesetzt zu werden braucht, z.B. mit Hilfe von "Ventilen und anderen Steuereinrichtungen; die beschriebene Anordnung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil diese Ventile und sonstigen Steuereinrichtungen nur äußerst selten in Betrieb gesetzt werden, so daß die Gefahr besteht, daß sie gerade dann versagen, wenn ihr einwandfreies Arbeiten von entscheidender Bedeutung ist. Mit anderen Worten, die Benutzung einer Linrichtung zum ständigen Zuführen von Spritzkühlwasser ist vom Standpunkt der Betriebssicherheit aus betrachtet bei weitem zu bevorzugen{ die Tatsache, daß die Kühlwasserkreise durch Querverbindungen in Verbindung miteinander stehen, so daß jeder Kühlwasserkreis das Spritzkühlwasser für einen anderen Kühlwasserkreis liefert, führt zu einer erheblichen Vereinfachung der Eegelung der Gesamtkühlwassermenge, die den Kühlwasserkreisen beim Betrieb des Eeaktors bei unterschiedlicher Belastung zugeführt werden müssen. Insbesondere ist es möglich, bei jedem Kühlwasserkreis die ivi nge des zugeführten Spritzkühlwassers auf jedem

509846/0807

— ^b —

gewünschten Wert zu halten, und zwar auch dann, wenn der Reaktor nur unter einer sehr geringen Last betrieben wird, ohne daß zu befürchten ist, daß dies zu einer Überflutung des Reaktors führen könnte, weil die insgesamt zugeführte Kühlwassermenge größer ist, als es der Geschwindigkeit entspricht, mit der das Kühlwasser in Dampf verwandelt wird.

Es st zu bemerken, daß zu jedem Kühlwasserkreis ein Teil gehört, der sich im Reaktorkern bzw. in seiner Nähe befindet, wobei die betreffenden Bauteile im wesentlichen nur kleine Querschnitte haben, und daß ein weiterer Teil vorhanden ist, zu dem die Dampftrommel und die Umwälzpumpen gehören, bei denen die Durchtrittsquerschnitte erheblich größer sind. Gemäß Fig. 1 sind die Teile von größerem Querschnitt innerhalb der Schutzumschließung 10 durch besondere Sperren, z.B. die Sperren 5OC und 5OD, isoliert, welche die Umwälzpumpen der Kühlwasserkreise 12C und 12D umschließen; weitere Sperren 51A und 51B umschließen die Dampftrommelη 21Δ und 21B. Innerhalb jedes Kühlwasserkreises ist die Dampftrommel vorzugsweise auf ähnliche Weise von den Umwälzpumpen getrennt, doch ist dies in Fig. 1 nicht dargestellt. Diese schützenden Sperren sind vorhanden, um zu verhindern, daß sich Schaden von einem Kühlwasserkreis zu einem anderen Kühlwasserkreis oder von einem Teil eines bestimmten Kühlwasserkreises zu einem anderen Teil des gleichen Kreises ausbreiten, wenn ein Teil eines Kühlwasserkreises beschädigt wird, bei dem große Querschnitte vorhanden sind, so daß möglicherweise starke zerstörend wirkende Kräfte freigesetzt werden. Bei den Teilen der Kühlwasserkreise, bei denen die Querschnitte erheblich kleiner sind, so daß die Folgen des Auftretens einer einzigen Bruchstelle weniger schwerwiegend sind, insbesondere bei den unteren Verteilerleitungen und den einzelnen Speiseleitungen 15, wird die Gefahr der Ausbreitung einer Bruchstelle vorzugsweise dadurch auf ein Minimum verringert, daß auf bekannte Weise Rißschutzeinrichtungen vorhanden sind, und daß die betreffenden Rohrleitungen zuverlässig unterstützt und verankert werden, um sie bei Beschädigungen daran zu hindern, sich nach Art von Peitschenschnüren zu bewegen und benachbarte Rohrleitungen zu beschädigen.

5098 46/0807

Die Verbindung jedes Kühlwasserkreises mit einem anderen Kühlwasserkreis im Bereich der unteren Verteilerleitungen ist so ausgebildet, daß dann, wenn bei einem der miteinander verbundenen Leitungskreise ein Rohrbruch auftritt, bei dem anderen Kreis ein normaler oder gegebenenfalls etwas verringerter Kühlwasserdurchsatz aufrechterhalten wird, während bei dem beschädigten Kühlwasserkreis das Strömen von Kühlwasser durch die Druckrohre weiterhin in der normalen Richtung erfolgt, und zwar bei sämtlichen Druckrohren, gegebenenfalls mit Ausnahme derjenigen Druckrohre, deren Speiseleitungen 15 von einem Punkt auf der unteren Verteilerleitung gespeist werden, welcher der bruchstelle unmittelbar benachbart ist; bei den meisten dieser Druckrohre wird sich die Strömungsrichtung umkehren, bzw» das Kühlmittel wird "abgeblasen", so daß eine Stagnation tatsächlich nur in einer sehr kleinen Anzahl von Druckrohren auftreten kann. Außerdem ist die Kühlanlage so ausgebildet, daß sie die Dekompressionsgeschwindigkeit begrenzt, die sich bei der Kühlanlage ergeben kann, und zwar auch dann, wenn eine sehr schwerwiegende Betriebsstörung auftritt; dieser relativ langsame Druckverlust bedeutet, daß bei den wenigen Druckrohren, in denen der Kühlmittelstrom zum Stillstand kommt, nur eine minimale Verringerung der Wärmeübertragung eintritt, da in den betreffenden Druckrohren die Spritzkühlung zur Wirkung kommt.

Da eine Stagnation in einem Druckrohr eine Folge davon ist, daß am Einlaß und am Auslaß des betreffenden Druckrohrs der gleiche Druck herrscht, bewirkt zusätzlich eine danach eintretende Änderung des drucks am einen oder anderen Ende eines solchen ^ruckrohrs, wie sie z.B. beim Auslaufen der Umwälzpumpen des zugehörigen Kühlwassxrkreises auftritt, oder wenn sich bei zwei miteinander verbundenen Kühlwasserkreisen die Drücke verschieden schnell verringern, daß das Auftreten einer stabilen Stagnation verhindert wird, denn die genannte Druckänderung führt dazu, daß das Kühlwasser das druckrohr zur Kühlung des Brennstoffs in der Vorwärtsrichtung bzw. beim Auslaufen der Pumpen in der Rückwärtsrichtung durchströmt.

Ansprüche: 509846/0807

Claims

ANSPRÜCHE

1 Λ Rohrleitungsanordnung zum Zuführen von Kühlwasser zum Kern eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Unterverteilerleitungen (29C, 29D) vorhanden sind, die sich allgemein parallel zueinander erstrekken und jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen, daß die Unterverteilerleitungen jeweils mit mehreren über ihre Länge in Abständen verteilten Wasserauslässen versehen sind, von welchen jeder mit einer Speiseleitung (150, 15D) für ein zugehöriges Druckrohr (18) des Reaktors verbunden ist, daß eine erste stirnseitige Rohrleitung (300) und eine zweite stirnseitige Rohrleitung (30D) vorhanden sind, welche die Unterverteilerleitungen jeweils an ihren ersten bzw. an ihren zweiten Enden miteinander verbinden, daß mehrere Verteilerleitungen (270, 27D) vorhanden sind, die sich quer zu den Unterverteilerleitungen erstrecken und letzteren gegenüber in Längsabständen verteilt sind, daß jede dieser Verteilerleitungen einen Wassereinlaß (260, 26D) zum Verbinden mit einer Wasserpumpe (130, 13D) besitzt, und daß mehrere Abzweigleitungen (280, 28D) vorhanden sind, die über die Länge jeder Verteilerleitung in Abständen verteilt und jeweils mit einer der Unterverteilerleitungen verbunden sind.
2. Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zu jeder Unterverteilerleitung (290, 29D) Abzweigleitungen (280, 28D) gehören, welche die betreffenden Unterverteilerleitungen mit den zugehörigen Verteilerleitungen (270, 27D) verbinden und über die Länge der Unterverteilerleitungen in gleichmäßigen Abständen so verteilt sind, daß mindestens annähernd gleich große Anzahlen von Wasserauslässen zwischen je zwei einander benachbarten Abzweigleitungen vorhanden sind.
3. Kühlkreislauf für einen Kernreaktor, gekennzeichnet durch eine Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 zum Zuführen von Kühlwasser, eine Dampftrommel

509846/0807

(21D) mit einem Dampfauslaß (22D), mehreren Kühlwasserpumpen (13D), die jeweils so angeschlossen sind, daß sie Kühlwasser aus der Dampftrommel ansaugen und es dem Wassereinlaß (26D) einer zugehörigen Verteilerleitung (27D) der Rohrleitungsanordnung zuführen, sowie durch mehrere Druckrohre (18), von denen jedes ein unteres Ende hat, das mit einem zugehörigen Wasserauslaß der Unterverteilerleitungen (29D) verbunden ist, sowie ein oberes Ende, das an die Dampftrommel angeschlossen ist.
4. Kühlkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß vier der genannten Wasserpumpen (13D) so angeschlossen sind, daß sie Kühlwasser aus der Dampftrommel (21D) ansaugen und Kühlwasser jeweils einer zugehörigen von vier Verteilerleitungen (27D) der Rohrleitungsanordnung zuführen.
5. Kühlwasserkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der Dampftrommel (21D) um eine von zwei einander ähnelnden Dampftrommeln (21D, 210) handelt, von denen jede einen Dampfauslaß (22D) besitzt und jeweils so angeschlossen ist, daß sie Wasser einem zugehörigen Abschnitt (14D, 14C) der Rohrleitungsanordnung über eine zugehörige Anzahl von Wasserpumpen (13D, 130) zuführt, welche jeweils zwischen einer der Dampftrommeln und einer zugehörigen Verteilerleitung (27D, 27C) der Rohrleitungsanordnung angeschlossen sind, und daß diejenigen Druckrohre (18), deren untere Enden mit den Wasserauslässen eines bestimmten Abschnitts der Rohrleitungsanordnung verbunden sind, an ihren oberen Enden mit der zugehörigen Dampftrommel verbunden sind, welche dem betreffenden Abschnitt Wasser zuführt.
6. Kernreaktor, gekennzeichnet durch einen Reaktorkern (11) und einen Kühlwasserkreislauf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei sich die Druckrohre (18) von unten nach oben durch den Kern des Reaktors erstrecken.

509846/0807
7.. Kernreaktor, gekennzeichnet durch einen Reaktorkern (11) und mehrere Kühlwasserkreisläufe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei sich die Druckrohre (18) bei jedem Kühlwasserkreis von unten nach oben durch den Reaktorkern erstrecken.
8. Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohrleitungsbaugruppen der verschiedenen Kühlwasserkreise über den Umfang des Reaktorkerns (11) verteilt sind, und daß jede Rohrleitungsanordnung mit einer anderen Rohrleitungsanordnung verbunden ist, die der zuerst genannten Rohrleitungsanordnung in der Umfangsrichtung benachbart ist.

9· Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Kühlwasserkreise (12A, 12B, 12C, 12D) so angeschlossen ist, daß er von der zugehörigen Dampftrommel (21A, 21B, 21C, 21D) aus auf direktem Wege einen Hilfskühlwasserstrom den Druckrohren (18) eines anderen Kühlwasserkreises auf eine solche Weise zuführt, daß eine Spritzbzw. Berieselungskühlung möglich ist, und daß dem betreffenden Kühlwasserkreis zum Zweck der Spritz- bzw. Berieselungskühlung der zu ihm gehörenden Druckrohre ein entsprechender Hilfskühlwasserstrom von einem anderen Kühlwasserkreis aus zugeführt wird.

509846/0807

Λ1

Leerseite