DE2525554C2 - Kernenergieanlage mit Auffangbehälter für schmelzende Coremassen - Google Patents
Kernenergieanlage mit Auffangbehälter für schmelzende CoremassenInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernenergieanlage mit einem Reaktorschutzbehälter, bei der unterhalb
des Reaktorcores ein gekühlter Auffangbehälter für geschmolzene Coremassen vorgesehen ist, wobei in die
Wandung des Auffangbehälter Kühlrohre eingesetzt sind.
Für die Beurteilung der Sicherheit eines Kernkraftwerkes ist gegenwärtig der »größte anzunehmende
Unfall (GAU)« maßgebend, für den in der Regel der glatte, doppelseitige Bruch einer Primärkühlmittelleitung
und infolgedessen der Verlust des Kühlmediums angenommen wird. Für diesen Fall sind die Abschalt-
und Nachwärmeabfuhrsysteme des Kernkraftwerkes so ausgelegt, daß sie auch bei nur teilweisem Ansprechen
eine sichere Abschaltung und Nachwärmeabfuhr gewährleisten und so verhindern, daß in die Umgebung
Spaltprodukte freigesetzt werden. Wenn auch die Wahrscheinlichkeit für das Funktionieren der Abschalt-
und Nachwärmeabfuhrsysteme sehr hoch ist, so kann doch deren Versagen nicht mit absoluter Sicherheit
ausgeschlossen werden. In diesem Fall würde der Verlust des Kühlmediums zum Schmelzen des Reaktorkerns
der Kernenergieanlage führen, wobei bei einem modernen Kernkraftwerk mit einer Betriebsleistung
von ca. 4000 MWth bei Eintritt des Störfalles mit einer
Wänneproduktion von etwa 40 bis 120 MW zu rechnen
ist Damit besteht die Gefahr, daß die geschmolzenen Coremassen den Boden des Reaktorschutzbehälters
zerstören und in das Erdreich eindringen. Die intensive Wärmeabstrahlung würde darüber hinaus zur Beschädigung
des Reaktorschutzbehälters führen und im Reaktorcore vorhandene Spaltprodukte in die Umgebung
freisetzen.
Um dies abzuwenden, ist es bekannt, unterhalb des Reaktorcores Auffangbehälter vorzusehen, in die die
geschmolzenen Coremassen einfließen können. In den Auffangbehältern werden die Coremassen so weit
gekühlt, daß eine Zerstörung des Reaktorschutzbehälters vermieden wird. An das Kühlsystem des Auffangbehälter
sind hohe Anforderungen zu stellen, da im angenommenen Störfalle der Kern innerhalb sehr
kurzer Zeit zusammenschmilzt.
Bekannt ist ein schalenförmiger Auffangbehälter mit einer trichterförmig ausgebildeten, zum Schaleninneren
hin gewölbten Abdeckung (L Bar I eon et al., »Temperature and Heat-Flux Distribution in the Molten
Core Mass of a GCFR after a Hypothetical Melt-Down Accident«, KFK 1755, Nov. 1972). Eine Öffnung in der
Mitte der Abdeckung wird durch eine pilzförmig gestaltete Säule so abgedeckt, daß eine Wärmeabstrahlung
von in den Auffangbehältern gelangter Coreschmelze in den Reaktorraum verhindert wird. Zur
Kühlung der Kernfängerwände sind in diese eingebaute Kühlschlangen vorgesehen. Über die Art des Kühlmediums
und seinen Transport sowie über die Ableitung der Wärme aus dem Kühlmedium wird in der zitierten
Veröffentlichung nichts ausgesagt
Des weiteren ist aus der DT-OS 23 20 091 ein Auffangbehälter bekannt, dem Wasser als Kühlmittel in
natürlichem Gefälle aus einem oberhalb des Auffangbehälters liegenden Vorratsbehälter zugeleitet wird. Bei
Aufnahme der Wärmemengen aus den geschmolzenen Coremassen verdampft das Wasser und wird frei in die
Atmosphäre abgelassen. Ein solches Kühlsystem hat jedoch den Nachteil, daß wegen der erforderlichen
Ableitung des Dampfes die Kühlrohre selbst zur Atmosphäre hin geöffnet sein müssen, was im Falle
eines Kühlrohrbruches zu einem unmittelbaren Freisetzen von in den geschmolzenen Coremassen enthaltenen
Spaltprodukten in die Umgebung der Kernreaktoranlage führt. Es ist zwar aus der DT-AS 20 35 089 auch
20 35 089 bekannt, das Kühlsystem mit Dampfkühlern auszurüsten und durch Rückführung des Kondensats ein
geschlossenes Kühlsystem zu bilden. Die gegebene gegenseitige Abhängigkeit der den Auffangbehälter
durchsetzenden Kühlelemente beeinträchtigt jedoch die erforderliche Sicherheit für einen einwandfreien Betrieb
des Kühlsystems bei Eintritt des Störfalls.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Auffangbehälter für geschmolzene Coremassen zu schaffen, dessen
Kühlsystem weitgehend störungsfrei arbeitet und unabhängig von der Funktionsfähigkeit von Antriebssystemen
die notwendige Kühlleistung voll zur Verfugung stellt. Ein Freisetzen von Spaltprodukten in die
Umgebung soll verhindert werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Kernenergieanlage der
oben bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kühlrohre als Wärmerohre ausgebildet
sind, wobei das eine der Enden der Wärmerohre im Bereich der inneren Wandseite des Auffangbehälters
angeordnet ist, während das andere Ende in den Innenraum eines außerhalb des Reaktorschutzbehälters
(containment) angeordneten, zur Atmosphäre hin offenen Kühlbeckens geführt ist Wärmerohre (heat
pipes) sind an sich bekannt Sie werden gebildet durch beidseitig geschlossene, mit einem flüssigen Wärmetransportmittel
gefüllte Rohre, an deren einem Ende das Wärmetransportmittel unter Wärmeaufnahme verdampft
und an dessen anderem Ende durch Kondensation des Wärmetransportmittels Wärme abgegeben
wird. Für den Rücktransport der flüssigen Phase des Wärmetransportmittels von der Kondensationszone
zur Verdampfungszone des Wärmerohres werden die in
einem Kapillarsystem, das Kondensatioi.szone und Verdampfungszone verbindet, auftretenden Kapiüarkräfte
ausgenutzt (vgl. Chemie-lng.-Techn., 1969, Heft 1, Jo
S. 30 bis 40). Durch den Einsatz von Wärmerohren, die jedes für sich ein in sich geschlossenes Kühlsystem
bilden, wird ein hohes Maß an Sicherheit für die Betriebsifähigkeit des Kühlsystems im Auffangbehälter
gewährleistet. Wegen der geschlossenen Ausbildung J5
der Wärmerohre werden auch im Falle eines Wärmerohrbruches keine Spaltprodukte in die Umgebung
gelangen. Das Kühlbecken ist vorzugsweise mit Wasser gefüllt. Das Kühlbecken ist zur Atmosphäre hin offen, so
daß der an den in das Kühlbecken geführten Enden der Wärmerohre entstehende Wasserdampf frei entweichen
kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zwischen der inneren Wandseite 4es
Auffangbehälters und dem Kühlbecken mehrere Warmerohre hintereinander geschaltet sind. Dies ermöglicht
ein Auslegen der Wärmerohre nach optimalen Gesichtspunkten, insbesondere im Hinblick auf eine
Begrenzung des Druckverlustes im Inneren eines Wärmerohres. Die Kühlung der Wand des Auffangbehälters
wird vorteilhaft noch dadurch unterstützt, daß die Anzahl der Wärmerohre pro Flächeneinheit im
Bereich der inneren Wandseite des Auffangbehälters erhöht ist.
Um eine sichere Wärmeabfuhr über einen längeren Kühlzeitraum im Kühlbecken zu gewährleisten, ist in
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das Kühlbecken an einen Löschteich anzuschließen.
Bevorzugt ist das Kühlbecken mit natürlichen Gewässern verbindbar.
Eine gleichmäßige Auslastung der vorhandenen Wärmerohre wird dadurch erreicht, daß an der inneren
Wandseite des Auffangbehälters eine Auskleidung aus einem gut wärmeleitenden, mit der geschmolzenen
Masse wenig chemisch reagierenden, temperaturbeständigen Material vorgesehen ist. Mit Vorteil besteht
die Auskleidung aus Siliciumcarbid. Um ein Kritischwerden der aufgefangenen Coremasse zu verhindern, wird
die Auskleidung zweckmäßig mit Neutronengiften dotiert.
Die Erfindung wird anhand eines in einer schematischen Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch einen achssymmetrischen Auffangbehälter mit
außerhalb des Reaktorschutzbehälters angeordnetem Kühlbecken im Halbschnitt.
Der Auffangbehälter 1, der unterhalb des in der Zeichnung nicht dargestellten Reaktorkern einer
Kernenergieanlage angeordnet ist, ist so bemessen, daß in seinem um die Achse 1' des Auffangbehälters 1
ringförmig ausgedehnten Innenraum die schmelzende Coremasse sowie das während ans Abschmelzvorganges
herabstürzende Strukturmaterial der Aufbauten der Reaktoranlage aufgenommen werden kann. Zentral in
einer öffnung 2 in der Mitte der Decke des Auffangbehälters 1 ist zum Abfangen der Schmelze eine
pilzartig geformte Säule 3 vorgesehen. Der Durchmesser D des Pilzhutes der Säule 3 ist größer als der
Durchmesser t/der öffnung 2, um eine Wärmeabstrahlung
der in den Innenraum des Auffangbehälters gelangenden Schmelze nach außen zu vermeiden. Die
Coreschmelze kühlt sich an der inneren Wandseite 4 des Auffangbehälters 1 ab. Zum Ableiten der Wärme sind in
die Wandung Wärmerohre 5 eingesetzt, wobei das eine der Enden 6 der Wärmerohre 5 im Bereich der inneren
Wandseite 4 des Auffangbehälters angeordnet ist, während das andere Ende 7 in den Innenraum eines
außerhalb des Reaktorschutzbehälters 6 (containment) angeordneten, zur Atmosphäre hin offenen Kühlbekkens
9 geführt ist.
Nach dem Ausführungsbeispiel ist das Kühlbecken 9 mit Wasser gefüllt. Wasser wird im Kühlbecken
bevorzugt benutzt, da einerseits dessen spezifische Verdampfungswärme sehr hoch ist und andererseits
eine Verdampfung des Wassers kein Risiko darstellt. Auch sind in der Nähe von Kernenergieanlagen in der
Regel Wasserreservate, wie Löschteiche oder natürliche Gewässer vorhanden und stehen zur Wärmeabfuhr
zur Verfügung. Im Ausführungsbeispiel werden bei einer Kernenergieanlage mit einer Leistung von
4000 MWth unter Annahme einer abzuführenden Restleistung von 3 % über die Wärmerohre im
Kühlbecken etwa 190 t Wasser pro Stunde benötigt. Die
benötigte Wassermenge ist durch den Anschluß des Kühlbeckens 9 an ein natürliches Gewässer lieferbar. Es
ist aber auch möglich, einen entsprechend angelegten Löschteich mit dem Kühlbecken zu verbinden, der unter
Umständen durch Einsatz von Tankwagen nachspeisbar ist. Um die durch die geschmolzenen Coremassen
anfallende Wärmemenge möglichst gleichmäßig in der inneren Wandseite 4 des Auffangbehälters 1 zu den
Wärmerohren 5 zu leiten, ist an der inneren Wandseite 4 eine Auskleidung 4a aus einem gut wärmeleitenden, mit
der geschmolzenen Masse wenig chemisch reagierenden und temperaturbeständigen Material, im Ausführungsbeispiel
aus Graphit, vorgesehen. Mit Vorteil ist als Werkstoff für die Auskleidung 4a Siliciumcarbid
verwendbar. Die Auskleidung ist mit Neutronengiften dotiert, um ein Kritischwerden der geschmolzenen
Coremasse zu verhindern. Zwischen der Graphitauskleidung und der tragenden Außenwand 10 des
Auffangbehälters ist eine thermische Isolierschicht 11 vorgesehen.
Ein weiterer Abbau von Temperaturspitzen in der Wandung wird noch dadurch erreicht, daß an der
inneren Wandseite 4 des Auffangbehälters, an der die höchsten Temperaturen auftreten, die Anzahl der
Wärmerohre 5 örtlich erhöht wird. An diesen Stellen weisen die Wärmerohre im Ausführungsbeispiel auch
geringere Rohrquerschnitte auf. Vorteilhaft lassen sich so vor allem Teile des Auffangbehälters mit geringer
Wandstärke kühlen. Des weiteren sind im Ausführungsbeispiel neben Wärmerohren, die von der inneren
Wandseite 4 des Auffangbehälters bis zum Kühlbecken 9 reichen, auch Wärmerohre 5', 5", 5'" eingesetr die
hintereinandergeschaltet sind.
Als Wärmetransportmittel in den Wärmerohren kommen insbesondere Stoffe mit hohen spezifischen
Verdampfungswärmen in Betracht. Die Stoffe sollen außerdem bei Raumtemperatur flüssig sein. Besonders
geeignet als Wärmetransportmittel ist daher Wasser.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Kernenergieanlage mit einem Reaktorschutzbehälter, bei der unterhalb des Reaktorcores ein
gekühlter Auffangbehälter für geschmolzene Coremassen vorgesehen ist, wobei in die Wandung des
Auffangbehälters Kühlrohre eingesetzt sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlrohre als Wärmerohre (5) ausgeführt sind, wobei das eine
der Enden der Wärmerohre im Bereich der inneren Wandseite (4) des Auffangbehälters angeordnet ist,
während das andere Ende im Innenraum eines außerhalb des Reaktorschutzbehälters (containment)
(8) angeordneten, zur Atmosphäre hin offenen Kühlbeckens (9) geführt ist.
2. Kernenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren Wandseite
(4) des Auffangbehälters und dem Kühlbecken (9) mehrere Wärmerohre (S', 5", 5'") hintereinandergeschaltet
sind.
3. Kernenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der
Wärmerohre pro Flächeneinheit im Bereich der inneren Wandseite des Auffangbehälters erhöht ist.
4. Kernenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlbecken (9) an einen Löschteich angeschlossen ist.
5. Kernenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlbecken (9) mit natürlichen Gewässern verbindbar ist.
6. Kernenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an
der inneren Wandseite (4) des Auffangbehälters eine Auskleidung (4a) aus einem gut wärmeleitenden, mit
der geschmolzenen Masse wenig chemisch reagierenden, temperaturbeständigen Material vorgesehen
ist
7. Kernenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichret, daß die Auskleidung aus Siliciumcarbid
besteht.
8. Kernenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auskleidung mit Neutronengiften dotiert ist.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752525554 DE2525554C2 (de) | 1975-06-07 | Kernenergieanlage mit Auffangbehälter für schmelzende Coremassen | |
CA253,152A CA1096513A (en) | 1975-06-07 | 1976-05-21 | Nuclear power plant with collector vessel for melting core masses |
GB22666/76A GB1534783A (en) | 1975-06-07 | 1976-06-01 | Nuclear energy plant having a collecting vessel for molten core material |
SE7606394A SE427591B (sv) | 1975-06-07 | 1976-06-04 | Kernenergianleggning, innefattande en kyld uppfangningsbehallare for smelta reaktorkernmassor |
FR7617006A FR2313745A1 (fr) | 1975-06-07 | 1976-06-04 | Installation pour la production d'energie nucleaire |
JP51065727A JPS5844238B2 (ja) | 1975-06-07 | 1976-06-07 | 溶融する炉心材用の捕集容器を備えた核エネルギ−装置 |
US05/868,289 US4240875A (en) | 1975-06-07 | 1978-01-10 | Nuclear energy plant with collecting container for melting core masses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752525554 DE2525554C2 (de) | 1975-06-07 | Kernenergieanlage mit Auffangbehälter für schmelzende Coremassen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2525554B1 DE2525554B1 (de) | 1976-06-24 |
DE2525554A1 DE2525554A1 (de) | 1976-06-24 |
DE2525554C2 true DE2525554C2 (de) | 1977-02-03 |
Family
ID=
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