DE2519968A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

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W. 738

Augsburg, den 28. April 1975

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.,

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Reaktorbehälter, einem darin angeordneten Reaktorkern und einem Kühlkreislauf, der einen Kühlmitteleinlaß und einen Kühlmittelauslaß am Reaktorbehälter, einen Wärmetauscher zum Abführen der Wärme aus dem Kühlkreislauf und eine

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Umwälzpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels durch den Reaktorkern aufweist.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen flüssigkeitsgekühlten Reaktor, bei welchem sich über dem Kühlmittel ein Deck gas befindet.

Ein Kernreaktor erzeugt Wärme durch Spalten von spaltbarem Material in den im Reaktorkern vorhandenen Brennelementen, Gewöhnlich weisen Kernreaktoren ein oder mehrere Primärkühl- und Primärwärmetauschsysteme sowie eine entsprechende Anzahl von Sekundärkühl- und Sekundärwärmetauschsystemen auf, welchen Dampfturbinen und elektrische Generatoren nachgeschaltet sind.

Bei einem flüssigmetallgekühlten Brutreaktor wird als Kühlmittel beispielsweise flüssiges Natrium verwendet. Das Primärkühlsystem umfaßt typischerweise den Reaktorkern, der 3ich innerhalb des Reaktorbehälters befindet, einen Wärmetauscher, eine Umwälzpumpe und ein die eben genannten Einrichtungen verbindendes Rohrleitungssystem,

Die im Reaktorkern erzeugte Wärme wird vom Reaktorkühlmittel zum Wärmetauscher transportiert, wo sie auf

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ein Sekundärkühlsystem übertragen wird. Das Kühlmittel wird dann wieder in den Druckbehälter zurückgepumpt, worauf sich der eben beschriebene Zyklus wiederholt.

Es ist allgemein üblich, über dem als Reaktorkühlmittel dienenden Flüssigmetall eine Inertgasschicht aufrechtzuerhalten. Dieses innerhalb des Reaktorbehälters über dem Kühlmittel befindliche Deckgas verhindert eine Berührung zwischen dem Kühlmittel und den Steuerstabantrieben. In Umwälzpumpen verhindert das Deckgas eine Berührung des Pumpenmotors und der Pumpendichtungen mit dem Flüssigmetallkühlmittel. Bei Kernreaktoren, die mit Kühlmittelvorratsbehältem ausgerüstet sind, wird normalerweise in diesen Behältern ebenfalls eine Deckgasschicht über dem Kühlmittel verwendet.

Deckgassysteme der oben beschriebenen Art sind zwar im allgemeinen vorteilhaft, jedoch noch nicht vollständig befriedigend. Ein Nachteil der Verwendung eines Deckgassystems mit einer Umwälzpumpe liegt beispielsweise in der Anordnung dieser Pumpe im Primärkühlsystem des Reaktors. Eine sogenannte Kaltzweigpumpe ist eine in den kühlen Ast zwischen den Auslaß des Wärmetauschers und den Einlaß des Reaktorbehälters geschaltete Pumpe. Eine Warmzweigpumpe ist eine in den heißen Ast zwischen den Auslaß des

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Reaktorbehälters und den Einlaß des Wärmetauschers geschaltete Pumpe. Abgesehen von dem Anordnungsort liegt der Haupt unterschied zwischen diesen beiden Pumpenarten darin, daß die Arbeitstemperatur der Warmzweigpumpe beträchtlich höher als diejenige der Kalt zweigpumpe ist. Vom Konstruktionsstandpunkt gesehen, ist die Kaltzweigpumpe offensichtlich zu bevorzugen. Die Verwendung eines Deckgases erfordert jedoch mindestens bei bekannten Systemen die Verwendung einer im heißen Ast liegenden Pumpe. Der Grund liegt darin, daß die vertikale Höhe des Pumpendeckgasraumes und daher die Länge der Pumpenwelle mindestens gleich der Niveauänderung des Reaktorkühlmittels innerhalb der Pumpe von der Pumpendrehzahl Null bis zur Nennpumpendrehzahl sein muß, wenn in den Pumpen der gleiche Deckgasdruck aufrechterhalten werden soll wie im Reaktor. Zum Vergleich sei erwähnt, daß bei einem Flüssigmetallsystem die erforderliche Deckgashöhe und folglich die Länge der Pumpenwelle 3,60 m für eine Warmzweigpumpe und 10,80 m für eine Kaltzweigpumpe beträgt. Bei diesem enormen Unterschied ist leicht verständlich, warum bei bekannten Systemen Warmzweigpumpen trotz des Nachteils der höheren Betriebstemperaturen verwendet werden.

Bei Kernreaktoren der oben beschriebenen Bauart stellt

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die Reaktorsicherheit ein vorrangiges Konstruktionserfordern!s dar.

Ein Bereich der Reaktorsicherheit betrifft die ernsten Polgen eines Kühlmittelverlustes, der beim Bruch eines der Hauptkühlmittelleitungen auftreten kann. Der allgemein als größtmöglicher Unfall betrachtete Fall ist ein Rohrbruch mit vollständiger Abtrennung des Rohres, d.h. ein doppelseitiger Rohrbruch. Sollte der Reaktorkern für eine längere Zeit ohne Kühlmittel sein, so können derart ernste Polgen wie das Zusammenschmelzen des Reaktorkern auftreten.

Plüssigmetallgekühlte Reaktoren der hier beschriebenen Bauart weisen Schutzbehälter auf, welche den Reaktorbehälter umgeben, so daß das Kühlmittel nicht aufgrund der Schwerkraftwirkung auslaufen kann. Außerdem sind die Druckwerte so niedrig, daß ein Bruch äußerst unwahrscheinlich ist.

Beim Auftreten eines doppelendigen Rohrbruches, was, wie eben erwähnt, höchst unwahrscheinlich ist, werden die Steuerstäbe eingefahren und die Kühlmittelumwälzpumpen sofort abgeschaltet. Jedoch wird während einer als Pumpenauslauf bekannten Zeitdauer noch Reaktorkühlmittel von der

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Pumpe aus beiden Enden des gebrochenen Rohres he raus gepumpt. Je nach der Dauer des Pumpenaus lau fs ist es denkbar, daß eine beträchtliche Menge des Reaktorkühlmittels ausläuft. Der Reaktorbehälter muß daher so ausgebildet sein, daß er oberhalb des Reaktorkerns noch einen ausreichenden Vorrat an Flüssigmetall enthält, damit beim Auslaufen des Kühlmittels während des Pumpenauslaufs der Reaktorkern noch bedeckt bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor, bei welchem sich im Reaktorbehälter ein Deckgas befindet, so auszubilden, daß das Deckgas auf einem niedrigen Druck oder sogar auf dem Umgebungsdruck gehalten werden kann.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Kernreaktor der eingangs dargelegten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe in den kalten Kühlkreislaufabschnitt zwischen den Wärmetauscher und den Kühlmitteleinlaß des Reaktorbehälters geschaltet ist, daß weiter eine KühlmitteldrosseIplatte oberhalb des Reaktorkerns und des Kühlmittelein- und -auslasses im Reaktorbehälter angeordnet ist, welche den Kühlmitteldurchtritt in den oberen,

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im Betrieb mit einem Deckgas gefüllten Teil des Reaktorbehälters drosselt, und daß ein Abflußrohr oberhalb der Drosselplatte mit dem oberen Teil des Reaktorbehälters verbunden ist, welches zur Saugseite der Umwälzpumpe führt und durch die Drosselplatte hindurchgetretenes Kühlmittel aus dem Deck gas raum abführt.

Diese Anordnung ergibt einen Kühlmittelvorrat zum Zwecke der Notkühlung des Reaktorkerns. Sie bewirkt außerdem einen ausreichend großen Gegendruck am Reaktorkernauslaß, so daß der Druckabfall durch den Wärmetauscher und das Rohrsystem überwunden und noch ein geeigneter Druck zur Umwälzpumpe erzeugt wird, so daß keine Pumpenkavitation auftritt. Außerdem ermöglicht diese Anordnung einen Deckgasdruck, der im wesentlichen auf dem Wert des Umgebungsluftdruckes liegt.

Die Drosselplatte ist in das flüssige Kühlmittel im Reaktorbehälter oberhalb der Hauptkühlmittelauslässe eines flüssigmetallgekühlteη Kernreaktors eingetaucht. Das durch die Drosselplatte strömende Kühlmittel wird zu einer geeigneten Stelle in der Primärkühlschleife abgeführt, beispielsweise in den Kühlmittelvorratsbehälter. Der Druck des Deckgaees oberhalb des Reaktorkühlmittels im Reaktor-

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behälter wird dann auf dem gleichen relativ niedrigen Druck wie das Deckgas über den Primärkühlmittel-Umwälzpumpen und das Deckgas über dem Kühlmittelvorratsbehälter gehalten.

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Primärkühlsystems eines Kernreaktors mit einer Saugpumpe und einem gesonderten Kühlmittelvorratsbehälter,

Pig, 2 eine schematische Darstellung eines

anderen Primärkühlsystems eines Kernreaktors mit einer Saugumwälzpumpe, wobei der Pumpensumpf als Vorratsbehälter für das Reaktorkühlmittel dient,

Fig. 3 eine Einzelheiten zeigende Dar

stellung des Reaktorbehälters eines

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flüssigmetallgekühlten Reaktors mit einer Kühlmitteldrosselplatte,

Fig. 4 eine Einzelheiten zeigende Dar

stellung einer Abdichtung zwischen der Drosselplatte und einem hindurchgeführten Stab, welcher ein typisches Reaktorbauteil versinnbildlicht,

Fig. 5 eine andere Aus führ ungs form der in

Fig. 1 dargestellten Primärkühlschleife, und

Fig, 6 eine andere Ausführungsform der in

Fig. 4 dargestellten Abdichtung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält eine Primärkühlschleife eines Kernreaktors einen abgeschlossenen Reaktorbehälter 10, der einen, spaltbares Material enthaltenden Reaktorkern 12 beherbergt. Der Reaktorbehälter 10 weist Kühlmitteleinlässe 14 und -auslasse 16 für das Primärkühlmittel auf. Die Ein- und Auslässe 14 und 16 bilden Zuflüsse und Abflüsse für das durch den Reaktorbehälter 10 und den

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darin enthaltenen Reaktorkern 12 strömende Reaktorkühlmittel. Während des Betriebes ist der Reaktorbehälter 10 bis zu der mit 18 bezeichneten Höhe mit Reaktorkühlmittel gefüllt. Bei der hier betrachteten Reaktorbauart handelt es sich bei dem Kühlmittel um flüssiges Natrium,

Der oberhalb des Kühlmittels befindliche Raum wird von einer inerten Deckgasschicht 20 eingenommen. Bei dem Deckgas handelt es sich vorzugsweise um Helium, Stickstoff, Argon oder ein ähnliches inertes Gas, welches nicht mit dem Kühlmittel reagiert oder im Hinblick auf verschiedene Gesichtspunkte des Reaktorbetriebs, wie beispielsweise die Feststellung von Leckstellen in der Reaktoranlage ungünstig ist. Ein Verschluß 22 verschließt den Reaktorbehälter und stellt einen Strahlenschild gegen die vom Reaktorkern emittierte Strahlung dar.

Nach dem Hindurchströmen durch den Reaktorkern 12 und dem Austritt aus dem Reaktorbehälter 10 durch die Primärkühlmitte laus lasse 16 strömt das Kühlmittel durch einen Teil des Verbindungsrohrsystems 24 in einen Wärmetauscher In diesem Wärmetauscher 26 überträgt das heiße Reaktorkühlmittel die Wärme, welche es vorher vom Reaktorkern auf-

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genommen hat, auf das Strömungsmittel eines nicht dargestellten weiteren Kreislaufs. Das abgekühlte Reaktorkühlmittel tritt aus dem Wärmetauscher 26 aus und strömt in den Einlaß einer Primärkreislauf-Umwälzpumpe 28 ein, bei welcher es sich um eine Saugpumpe handelt.

Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, befindet sich die Umwälzpumpe 28 in einem Gehäuse 30· In ähnlicher Weise wie der Reaktorbehälter 10 ist das Gehäuse 30 teilweise mit Kühlmittel gefüllt und enthält oberhalb des Kühlmittelspiegels 34 ein Deckgas 32. Das Gehäuse 30 ist in geeigneter Weise mittels eines Verse hlusses 36 verschlossen und abgeschirmt. Ein Motor 38, der außerhalb des Gehäuses 30 angeordnet ist, treibt die Umwälzpumpe 28. Eine Welle 40 verläuft von der Pumpe 2 8 durch das Kühlmittel 34, das Deckgas 32 und den Verschluß 36 hindurch zum Motor 38, Die Welle 40 ist in abgedichteter Weise durch den Verschluß 36 hindurchgeführt.

Die Umwälzpumpe 28 pumpt das abgekühlte Reaktorkühlmittel durch den Einlaß 14 in den Reaktorbehälter 10 zurück. Bei der in Fig. 1 gezeigten Umwälzpumpe handelt es sich um eine Kaltzweigpumpe, da sie im kalten Abschnitt des Kreislaufs

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angeordnet ist und nicht das heiße, sondern das abgekühlte Kühlmittel fördert.

Das dargestellte Primärkühlsystem enthält einen Kühlmitte !vorratsbehälter 42. Dieser Vorratsbehälter 42 ist nicht seriell in den Primärkreislauf geschaltet, so daß folglich das in dem Vorratsbehälter 42 befindliche Kühlmittel, wie nachstehend mehr im einzelnen erläutert wird, nur beiläufig in die Primärschleife einströmt. Oberhalb des Kühlmittelspie ge Is 46 im Vorratsbehälter 42 befindet sich ein inertes Deckgas 44. Der Kühlmittelpegel im Vorratsbehälter 42 liegt unterhalb des Kühlmittelpegels 18 im Reaktorbehälter 10.

Obwohl Fig. 1 nur eine Primärkühlschleife zeigt, ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die Erfindung sich nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann ebenso bei einem Reaktor Anwendung finden, der eine Anzahl von Primärkühlschleifen aufweist, in welchen der Reaktorbehälter gemeinsam liegt, und in welchen ein oder mehrere Kühlmittelvorratsbehälter eingeschaltet sein können.

Oberhalb des Kühlmittelauslasses 16 ist im Reaktorbehälter 10 eine Kühlmitteldrosselplatte 50 in das Kühlmittel

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eingetaucht, welche mit dem Reaktorbehälter 10 dicht abschließt, so daß keine oder nur eine gesteuerte Leckströmungsmenge des Kühlmittels hindurchtreten kann. Dazu kann die Drosselplatte 50 eine Vielzahl von Bohrungen bestimmter Größe aufweisen, so daß eine bestimmte Kühlmittelmenge durch sie hindurchtreteη kann. Es ist also ersichtlich, daß die Drosselplatte 50 zur Folge hat, daß der Kühlmitteldruck oberhalb der Drosselplatte geringer als der Kühlmitteldruck unterhalb der Drosselplatte ist. Der Druck des Deckgases 20 kann daher auf einem Wert gehalten werden, der unterhalb demjenigen des Kühlmitteldruckes an der Stelle des Auslasses 16 liegt.

Dieser relativ niedrige Deckgasdruck stellt einen wichtigen Pak tor in dem höchst unwahrscheinlichen Falle eines doppelendigen Rohrbruches einer Kühlmittelleitung oder einer Kühlmittelleitung 48 dar. Nimmt man an, daß ein Bruch der Kühlmittelleitung 48 auftritt, so wird das im Reaktorbehälter 10 befindliche Kühlmittel nur aufgrund des Deckgasdruckes und nicht durch einen höheren Kühlmitteldruck aus dem Reaktorbehälter herausgedrückt. Der Grund liegt darin, daß der Druck des Kühlmittels, welches im wesentlichen inkompressibel ist, unmittelbar nach dem

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Auftritt des Rohrbruches auf den Deckgasdruck herabgesetzt wird. Da die Auslaufgeschwindigkeit des Kühlmittels eine Punktion des Kühlmitteldruckes ist, hat der verhältnismäßig niedrige Deckgasdruck eine verhältnismäßig geringe Auslaufmenge des Kühlmittels aus dem Reaktorbehälter 10 zur Folge. Dem Reaktorkern 12 wird daher nicht das Kühlmittel entzogen und es ergibt sich eine wirksame Reaktorkern-Notkühlanordnung, Die Leckströmungsmenge durch die Drosselplatte 50 und folglich der Deckgasdruck müssen selbstverständlich zur Herstellung dieser Reaktorkern-Notkühlung für jeden Reaktor besonders bestimmt werden.

Mit Bezug auf Pig, 1 ist noch zu bemerken, daß das Deckgas 20 im Reaktorbehälter 10 mit dem Deckgas 44 des Kühlmittelvorratsbehälters 42 verbunden ist, welches wiederum mit dem Deckgas 32 des Umwälzpümpengehäuses 30 in Verbindung steht. Diese Verbindungen können in herkömmlicher Weise hergestellt werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht in der Verwendung eines geeignet bemessenen Ausgleichsrohres Das Rohr 60 kann einen nicht dargestellten Druckregler enthalten, der sämtliche Deckgasdrücke mittels einer einzigen Gasquelle steuert.

Da der Druck des Deckgases 32 im Umwälzpumpengehäuse 30 auch verhältnismäßig niedrig ist, ermöglicht die Erfindung

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die Verwendung einer Kaltzweigpumpe in Verbindung mit einem Pumpendeckgas. Es wird daran erinnert, daß eine Kaltzweigpumpe mit der Temperatur des abgekühlten Reaktorkühlmittels arbeitet, so daß sie sich in einer weniger schädlichen Umgebung befindet als eine Warmzweigpumpe, welche mit der Temperatur des heißen Reaktorkühlmittels arbeitet. Da sich der Kühlmittelpegel nicht wesentlich ändert, erfordert die er fin dungs ge mäße Anordnung keine so lange Pumpenwelle 40, wie es bei bekannten Anlagen der Fall ist. Die Erfindung ermöglicht also die Verwendung einer Kaltzweigpumpe mit einer kürzeren Pumpenwelle, als sie früher für Warmzweigpumpen erforderlich war.

Das Reaktorkühlmittel, welches in gesteuertem Maße aus dem Bereich unterhalb der Drosselplatte 50 in den Bereich oberhalb der Drosselplatte ausleckt, wird durch ein Niederdruck-Abflußrohr 62 in den Kühlmittelvorratsbehälter 42 abgeführt. Aus dem Vorratsbehälter 42 strömt das Kühlmittel zum Einlaß der Umwälzpumpe 28, Es ist zu bemerken, daß das Abflußrohr 62 ein Rohr mit geringem Druckabfall ist, was deshalb bevorzugt wird, damit das Deckgas 20 im Reaktorbehälter 10 aus den oben erwähnten Gründen auf einem möglichst niedrigen Druck gehalten werden kann. Da das Kühlmittel aus dem Reaktorbehälter abgeleitet wird, ist

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die Temperatur der Kühlmittelleckströmung verhältnismäßig hoch, da sie im wesentlichen gleich der Temperatur des aus dem Reaktorkern 12 austretenden Kühlmittels ist. Die Temperatur des Kühlmittels auf der Saugseite der Umwälzpumpe 28 ist verhältnismäßig niedrig, da das Kühlmittel seine Wärme im Wärmetauscher 26 abgegeben hat. Daher kann es wünschenswert sein, in die Abflußleitung 62 einen nicht dargestellten Hilfswärmetauscher einzuschalten oder für eine geeignete Durchmischung des Kühlmittels im Kühlmittelvorratsbehälter 42 zu sorgen. Es kann außerdem wünschenswert sein, in einer vom Kühlmittelvorratsbehälter 42 zum Pumpeneinlaß ein Rückschlagventil 64 vorzusehen, welches einen Rückstrom des Kühlmittels aus der Umwälzpumpe in den Vorratsbehälter verhindert.

Fig. 5 zeigt eine zu einem Hilfswärmetauscher alternative Anordnung zum Ausgleich der heißen Kühlmittelleckströmung aus dem Reaktorbehälter 10, welche sich mit dem kalten Kühlmittel im Vorratsbehälter 42 vermischt. Unterhalb der Drosselplatte 50 im Reaktorbehälter 10 wird eine zusätzliche Drosselplatte 52 verwendet. Zwischen dem Pumpenauslaß 48 und einem zusätzlichen Einlaß 110 des Reaktorbehälters ist eine Rohrleitung 68 angeordnet. In diese Rohrleitung ist ein Ventil 112 geschaltet. Im Betrieb wird durch die

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Leitung 68 und die Drosselplatten 50 und 52 ermöglicht, daß verhältnismäßig kaltes Kühlmittel in den Raum zwischen den Drosselplatten 50 und 52 gepumpt wird, und zwar mit einem Druck, der geringfügig höher oder gleich dem Kühlmitteldruck am Reaktorbehälterauslaß 16 ist. Dieses kühle Reaktorkühlmittel strömt nach oben durch die Drosselplatte und nach unten durch die Drosselplatte 52 hindurch· Polglich wird ein verhältnismäßxg kühler Kühlmittelleckstrom aus dem Reaktorbehälter 10 in den Vorratsbehälter 42 geleitet, so daß keine Durchmischung erforderlich ist.

Zwischen dem Umwälzpumpengehäuse 30 und dem Kühlmittelvorratsbehälter 42 ist ein weiteres Rohr 66 mit geringem Druckabfall vorgesehen. Dieses Rohr 66 ermöglicht eine Kühlmittelleckströmung aus dem Pumpengehäuse 30 in den Vorratsbehälter 42, um den Pegel des Kühlmittels 34 im Pumpengehäuse 30 konstant zu halten.

Das in Fig. 1 dargestellte Kühlmittel- und Deckgassystem erfüllt eine Anzahl von Aufgaben. Beispielsweise verbindet es sämtliche Deckgasräume und hält sie auf dem gleichen Druck, und es hält außerdem den Kühlmitteldruck am Reaktorbehälterauslaß auf einem beträchtlich höheren Wert als demjenigen des Kühlmitteldruckes am Pumpeneinlaß, wodurch

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das Kühlmittel durch das Rohrsystem des Primärkreislaufes und des Wärmetauschers gedrückt wird. Außerdem enthält das System einen ausreichenden Kühlmittelvorrat zur Verhinderung eines Zusammenschmelzens des Reaktorkerns in dem höchst unwahrscheinlichen Fall eines doppelendigen Rohrbruches. Das mit Zwischenverbindungen versehene Deckgassystem mit verhältnismäßig einfachen Überläufen aus dem Reaktorbehälter und der Umwälzpumpe zum Vorratsbehälter ergibt einen konstanten Kühlmittelpegel im Reaktorbehälter und im Pumpengehäuse und unterbindet eine Absenkung und Änderung der Kühlmittelpegel im Reaktorbehälter und im Pumpengehäuse, so daß dadurch die Möglichkeit von Wärmespannungen innerhalb des Primärkühlkreislaufes ausgeschaltet oder auf ein Minimum verringert wird.

Eine andere Aus führungs form der Erfindung ist schematisch in Pig· 2 dargestellt.. Es ist ersichtlich, daß die in Fig. 2 dargestellte Primärkühlschleife derjenigen nach Fig· I mit den folgenden Ausnahmen ähnlich ist: Die Umwälzpumpe ist keine Rohrsaugpumpe, sondern eine Sumpfsaugpumpe j und der Kühlmitte!vorratsbehälter 42 entfällt infolge der Verwendung des Pumpenbehälters 72 für diesen Zweck.

Bei dieser Ausführungsform muß der Kühlmittelpegel Ik

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im Pumpenbehälter 72 auf einer Höhe gehalten werden, die geringfügig unter dem Kühlmittelpegel 18 im Reaktorbehälter 10 liegt. Dies ist notwendig, damit der Kühlmitte Heckst rom von der Drosselplatte 50 mit einem möglichst geringen Druckabfall vom Reaktorbehälter 10 in den Pumpenbehälter 72 strömen kann. Der Druckgasraum 76 im Pumpenbehälter 72 wird über ein Ausgleichsrohr 60 auf dem gleichen Druck wie das Deckgas 20 im Reaktorbehälter gehalten.

Es kann wiederum wünschenswert sein, das vom Reaktorbehälter 10 in den Pumpenbehälter 72 ablaufende Kühlmittel mittels einer Anordnung ähnlich derjenigen nach Fig, 5 oder mittels eines geeigneten Hilfswärmetauschers (nicht dargestellt) zu kühlen, welcher in die Leitung 62 eingeschaltet ist. Es kann auch wünschenswert sein, innerhalb des Pumpenbehälters 72 eine Drosselplatte (nicht dargestellt) zu verwenden, um die Kommunikation zwischen dem Deckgas und dem Pumpeneinlaß 78 zu verringern.

Eine Anzahl von beispielsweisen Konstruktionseinzelheiten der Drosselplatte 50 im Reaktorbehälter 10 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Strömungsdrosselplatte 50 sieht

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einem kopfstehenden Hut ähnlich, dessen Rand, nämlich der obere Plansch 80, zwischen ,den Flanschen des Verschlusses und des Reaktorbehälters 10 befestigt ist. Auf diese Weise ist der oberhalb der Drosselplatte 50 liegende -Bereich des Reaktorbehälters im wesentlichen von dem unterhalb der Drosselplatte 50 liegende Bereich des Reaktorbehälters im wesentlichen von dem unterhalb der Drosselplatte 50 liegenden Bereich getrennt. Die Bohrungen 52 in der Drosselplatte 50 weisen eine bestimmte Größe auf und steuern die Kühlmittelleckströmung von unterhalb der Drosselplatte in den oberhalb der Drosselplatte liegenden Bereich. Auf diese Weise kann die Kühlmittelleckströmung durch die Drosselplatte 50 hindurch genau gesteuert werden.

Bei einem Reaktor ist es erforderlich, daß gewisse Reaktorteile durch den Deckel bzw. Verschluß 22 des Reaktorbehälters hindurchgeführt sind und in den Reaktorkern hineinragen. Dazu gehören beispielsweise Steuerstabantriebsstangen 82 oder eine Thermoelementsäule 84. Da diese Reaktorteile auch durch die Drosselplatte 50 hindurchgeführt sein müssen, ist es wünschenswert, eine Dichtung 86 zwischen diesen Teilen und der Drosselplatte 50 anzuordnen. Eine Ausführungsform einer solchen Dichtung 86 ist in Fig, 4 gezeigt,

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Eine Bohrung 94 in der Drosselplatte 50 ist verhältnismäßig größer als ein hindurchgeführtes Reaktorteil 82 oder 84, so daß ein leichter Zusammenbau des Reaktors möglich ist. Eine Dichtungsscheibe 90 mit einer Führungsbohrung 96 umgibt das Reaktorteil 82 bzw. 84 und liegt auf der Oberfläche 98 der Drosselplatte 50 auf. Die Bohrung 96 ist nur geringfügig größer als der Durchmesser des Teils 82 bzw. 84, so daß im wesentlichen keine Kühlmittelleckströmung an dieser Stelle auftritt. Ein Halteelement 88 umgibt das Reaktorteil 82 bzw. 84 ebenfalls und liegt auf der Oberfläche der Dichtungsscheibe 90 auf. Es muß bemerkt werden, daß die Höhe des zwischen dem Halteelement 88 und der Oberfläche 98 der Drosselplatte 50 gebildeten Hohlraumes größer als die Dicke der Dichtungsscheibe 90 ist. Dadurch ist sichergestellt, daß die Dichtungsscheibe 90 aufgrund der Führung der Bohrung 96 genau mit Bezug auf das Reaktorteil 82 bzw. 84 ausgerichtet ist. Die vollständige Dichtungsanordnung 86 wird schließlich durch Anschweißen des Halteelements 88 an der Oberfläche 98 der Strömungsplatte 50 mittels einer Schweißnaht 92 befestigt. Selbstverständlich stellt die in Fig. 4 gezeigte Anordnung nur eine von vielen möglichen Konstruktionen dar.

In Fig. 6 ist die Dichtungsanordnung 96 in Verbindung mit der in Fig. 5 gezeigten Doppelanordnung von Drossel-

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platten dargestellt»

Aus der obigen Beschreibung und den anliegenden Zeichnungen ist ersichtlich, daß die Erfindung ein ausgeglichenes Deckgas- und Reaktorkühlsystem beinhaltet, welches eine Notkühlung für den Reaktorkern im Falle eines doppelseitigen Rohrbruches ermöglicht.

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Claims (8)

1. 251S968

   Patentansprüche

   Ty Kernreaktor mit einem Reaktorbehälter, einem darin angeordneten Reaktorkern und einem Kühlkreislauf, der einen Kühlmitteleinlaß und einen Kühlmittelauslaß am Reaktorbehälter, einen Wärmetauscher zum Abführen der Wärme aus dem Kühlkreislauf und eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels durch den Reaktorkern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (28; 70) in den kalten Kühlkreis lauf ab schnitt zwischen den Wärmetauscher (26) und den Kühlmitteleinlaß (1*0 des Reaktorbehälters (10) geschaltet ist, daß weiter eine Kühlmitteldrosselplatte (50) oberhalb des Reaktorkerns (12) und des Kühlmittelein- und -auslasses im Reaktorbehälter angeordnet ist, welche den Kühlmitteldurchtritt in den oberen, im Betrieb mit einem Deckgas (20) gefüllten Teil des Reaktorbehälters drosselt, und daß ein Abflußrohr (62) oberhalb der Drosselplatte mit dem oberen Teil des Reaktorbehälters verbunden ist, welches zur Saugseite der Umwälzpumpe führt und durch die Drosselplatte hindurchgetretenes Kühlmittel aus dem Deckgasraum abführt.

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2. 2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kühlkreislauf ein Kühlmittelvorratsbehälter (42) verbunden ist, der teilweise mit Reaktorkühlmittel gefüllt ist und über dem Kühlmittelspiegel ein Deckgas enthält, und daß der Auslaß des Vorratsbehälters mit dem Einlaß der Umwälzpumpe (28; 70) und der Einlaß des Vorratsbehälters mit dem genannten Abflußrohr (62) verbunden ist.
3. 3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Deckgasraum (44) des genannten Kühlmittelvorrat sb ehalte rs (42) und dem Deckgasraum im Reaktorbehälter (10) eine Ausgleichsleitung (60 verläuft, welche dem Druckausgleich des Deckgases im Reaktorbehälter und im Vorratsbehälter dient.
4. 4. Reaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Auslaß des Kühlmittelvorratsbehälters (42) und den Einlaß der Umwälzpumpe (28) ein Rückschlagventil (64) geschaltet ist, welches eine Kühlmittelrückströmung aus der Umwälzpumpe in den Vorratsbehälter verhindert.
5. 5. Reaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe innerhalb eines Gehäuses (72) angeordnet ist, welches teilweise mit Reaktorkühlmittel gefüllt ist

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   25139B8 ♦ A$.

   und über dem Kühlmittelspiegel einen Deckgasraum (76) enthält, so daß dieses Gehäuse den genannten Kühlmittelvorrat sbehälter bildet, und daß der Auslaß dieses Gehäuses mit dem Einlaß der Umwälzpumpe verbunden ist.
6. 6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmitteldrosselplatte (50) eine fest im Reaktorbehälter angeordnete, eine Vielzahl von Bohrungen (52) aufweisende Platte ist,
7. 7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmitteldrosselplatte (50) mittels eines an ihrem Umfang angeordneten Flansches (80) im Reaktorbehälter (10) gehalten wird, und daß dieser Plansch zwischen dem Reaktorbehälter und dem Behälterdeckel (22) befestigt ist.
8. 8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmitteldrosselplatte zwei mit gegenseitigem Abstand starr im Reaktorbehälter (10) angeordnete Platten (50, 52) aufweist, welche jeweils eine Vielzahl von Bohrungen bestimmter Größe aufweisen, und daß Mittel (68, 112) zur Verbindung der Druckseite der Umwälzpumpe (28) mit dem zwischen den beiden Platten befindlichen

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   2 5 i ^ ° R

   Raum zum Zwecke der Zuführung kalten, unter Druck stehenden Kühlmittels vorgesehen sind.

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