DE2628782A1

DE2628782A1 - Nuclear reactor has separate fission zones in vessels - inside common reactor tank also contg. liquid coolant

Info

Publication number: DE2628782A1
Application number: DE19762628782
Authority: DE
Inventors: Helmut Swars
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1976-06-26
Filing date: 1976-06-26
Publication date: 1977-12-29

Abstract

A liq.-cooled nuclear reactor comprises a number of fission zones located separately in a common reactor tank. Each fission zone is mounted in a separate, stationary reactor vessel with a removable top closure. Each individual vessel is capable of resisting and/or contg. the results of a reactor incident in the associated fission zone, such as a melt-down. The reactor tank pref. has a rotatable top closure on which the fuel handling equipment is mounted, a hot cell, overhead crane and other suitable equipment for servicing all the fission zones. While one zone is shut down e.g. for maintenance, the others can be kept in operation. Nevertheless, all zones can be operated simultaneously. Access is easy, the plant layout is economical and compact.

Description

Kernreaktor mit mehreren Spaltzonen Nuclear reactor with several fissure zones

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor mit mehreren getrennt voneinander in einem gemeinsamen Reaktortank angeordneten Spaltzonen. Der hauptsächlich aus wirtschaftlichen Gründen erwünschte Bau von Kernenergieanlagen hoher Leistung, z.B. von 2000 MW und darüber wirft eine Reihe von Problemen auf, die durch ein einfaches lineares Extrapolieren der bislang gebauten Anlagen geringerer Leistung nicht zu lösen sind. So muß z.B.The present invention relates to a liquid cooled nuclear reactor with several arranged separately from one another in a common reactor tank Cleavage zones. The construction of nuclear power plants, which is desired mainly for economic reasons high power, e.g. of 2000 MW and above, raises a number of problems, the lower by a simple linear extrapolation of the systems built so far Performance cannot be resolved. E.g.

der Sicherheitsbehälter nicht nur größer sein, um die vergrößerte Spaltzone aufnehmen zu können, sondern auch widerstandsfähiger, da die bei einem schweren Unfall in der Spaltzone freigesetzte Energiemenge ebenfalls größer ist.The containment doesn't just have to be bigger by the enlarged one To be able to absorb the split zone, but also more resistant, as the one serious accident in the fission zone released amount of energy is also greater.

Ein solcher Sicherheitsbehälter läßt sich jedoch aus fertigungstechnischen Gründen nur schwer realisieren. Aus kernphysikalischen Gründen ist eine Vergrößerung der einzelnen Brennelemente eines Reaktors nur'in geringem Maße möglich.Such a safety container can, however, be based on manufacturing technology Realize reasons only with difficulty. For reasons of nuclear physics, an enlargement is necessary of the individual fuel elements of a reactor is only possible to a limited extent.

Eine Erhöhung der Leistung bedingt somit eine entsprechende Erhöhung der Anzahl der Brennelemente, für deren Auswechseln oder Umsetzen jeweils eine bestimmte, kaum zu verringernde Zeitspanne anzusetzen ist. Daher wird bei einer großen Anzahl von Brennelementen der Grad der Verfügbarkeit der Anlage leicht auf ein wirtschaftlich nicht mehr vertretbares Maß herabgedrückt.An increase in performance therefore requires a corresponding increase the number of fuel assemblies for whose replacement or relocation a specific, a period of time that can hardly be reduced is to be set. Therefore, in a large number of fuel elements the degree of availability of the plant easily to an economical No longer justifiable amount pressed down.

Kernenergieanlagen mit mehreren getrennt voneinander angeordneten Spaltzonen sind bekannt, doch sind die verschiedenen Spaltzonen üblicherweise in größerem Abstand voneinander und nicht innerhalb desselben Reaktortanks angeordnet. In der DT-OS 2 137 012 wird ein Kernreaktor vorgeschlagen, bei dem innerhalb eines Reaktortanks mehrere Spaltzonen auf einem gemeinsamen, um eine senkrechte Achse drehbaren Gerüst angeordnet sind in der Art, daß sich jeweils eine der Spaltzonen in abgeschaltetem Zustand unter einer Handhabungsvorrichtung befindet, vermittels derer die Brennelemente derselben ausgewechselt werden können. Die übrigen Spaltzonen sind gleichzeitig in Betrieb und an oberhalb von ihnen gelegene Wärmetauscher angeschlossen, so daß der Betrieb der Kernenergieanlage aufrechterhalten wird. Immerhin bedingt eine Kernenergieanlage nach diesem Vorschlag, daß stets eine der Spaltzonen außer Betrieb ist, auch wenn dies gar nicht erforderlich sein sollte, weil kein Brennelementwechsel notwendig ist. Darüber hinaus bedingt die drehbare Tragbühne einen nicht unwesentlichen zusätzlichen Aufwand; ihre Betriebssicherheit ist darüber hinaus in einem mit Flüssigmetall gekühlten Reaktor fragwürdig. Darüber hinaus wirft das vor und nach dem Drehen der Spalt zonen erforderliche Ab- bzw. Ankuppeln der Regelelemente an ihre Antriebe große sicherheitstechnische Probleme auf.Nuclear power plants with several arranged separately from one another Crevice zones are known, but the various crevice zones are usually in greater distance from each other and not arranged within the same reactor tank. In DT-OS 2 137 012 a nuclear reactor is proposed in which within a Reactor tanks have several fissure zones on a common, around a vertical axis rotatable scaffolding are arranged in such a way that each one of the gap zones is in the switched-off state under a handling device, mediating whose fuel elements can be exchanged for the same. The remaining cleavage zones are in operation at the same time and are connected to heat exchangers located above them, so that the operation of the nuclear power plant is maintained. At least conditionally a nuclear power plant according to this proposal that always one of the gap zones except Operation is, even if this is not necessary at all, because there is no fuel element change necessary is. In addition, the rotatable supporting platform requires a not insignificant one additional effort; Their operational reliability is moreover on a par with liquid metal cooled reactor questionable. It also throws the before and after turning the Gap zones require coupling or coupling of the control elements to their drives major safety problems.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Kernenergieanlage, die auch während notwendiger Wartungsarbeiten, beispielsweise während des Brennelementwechsels mit Teillast weiter betrieben werden kann und in der der Reaktortank bei einem Unfall in der Spaltzone einer geringeren Belastung ausgesetzt ist. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Anlage einfach zu warten und'möglichst platzsparend aufgebaut sein.The object of the present invention is a nuclear power plant that also during necessary maintenance work, for example when changing fuel assemblies can continue to operate with partial load and in which the reactor tank in the event of an accident is exposed to less stress in the cleavage zone. In addition, should the system according to the invention is easy to maintain and is designed to be as space-saving as possible be.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß jede Spaltzone für sich in einem ortsfesten und mit einem losbaren Deckel versehenen Einzelbehälter angeordnet ist. Die Gesamtanlage wird dadurch auf mehrere unabhängig voneinander zu betreibende, jedoch innerhalb eines gemeinsamen Reaktortanks angeordnete Einzelreaktoren aufgeteilt, die jeder für sich zu Wartungszwecken zugänglich sind. Aus Gründen der Platzökonomie innerhalb des Reaktortanks einerseits und der bei mehreren Spaltzonen zusätzlich erforderlichen Einrichtungen andererseits erscheint eine Anzahl von drei einzelnen Spaltzonen als besonders vorteilhaft.To solve this problem, it is proposed that each cleavage zone for in a stationary and provided with a detachable lid individual container is arranged. The entire system is thus made up of several independent of one another Individual reactors to be operated but arranged within a common reactor tank which are each accessible for maintenance purposes. Because of Space economy within the reactor tank on the one hand and that with several gap zones additionally required facilities on the other hand appear a number of three individual cleavage zones as particularly advantageous.

Die Größe des Reaktortanks vergrößert sich gegenüber der bei einer einzelnen großen Spaltzone erforderlichen nur wenig, wie weiter unten an einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung gezeigt wird. Auch ist es vorteilhaft, daß jeder der Einzelbehälter die Funktion eines Schildtankes erfüllen kann.The size of the reactor tank increases compared to that of a single large cleavage zone required only a little, as described below for a special one Embodiment of the invention is shown. It is also advantageous that each of the Individual container can fulfill the function of a shield tank.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Einzelbehälter gegen die Folgen eines Unfalles in der jeweiligen Spaltzone widerstandsfähig. Ein solcher Unfall, der im Extremfall zum Schmelzen der gesamten Spaltzone führen kann, ist naturgemäß leichter zu beherrschen, wenn die Anzahl der betroffenen Kernelemente geringer ist und der die Spaltzone umschließende Behälter bei geringer Größe besonders widerstandsfähig ausgebildet werden kann. Da die Einzelbehälter im Sicherheitsbehälter von Kühlmittel umgeben sind, kann auch bei völligem Ausfall jeder, auch der Notkühlung in einer der Spaltzonen dieselbe über die intakten Kühlkreisläufe der anderen Spalt zonen in beschränktem Umfange weiter gekühlt werden.According to a further feature of the invention, the individual containers resistant to the consequences of an accident in the respective crevice zone. A such an accident, which in extreme cases can lead to the melting of the entire crevice zone, is naturally easier to control if the number of core elements concerned is smaller and the container surrounding the cleavage zone is particularly small if the size is small can be made resistant. Since the individual containers in the security container are surrounded by coolant, everyone, including emergency cooling, can do this even in the event of a complete failure in one of the gap zones the same via the intact cooling circuits of the other gap zones can be further cooled to a limited extent.

Beim Brennelementwechsel und bei umfangreicheren Wartungsarbeiten an einer der Spaltzonen ist es sinnvoll, den Deckel zu entfernen, der den zugehörigen Einzelbehälter verschließt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß der Reaktortank einen drehbaren Deckel aufweist, in dem an sich bekannte Handhabungsvorrichtungen für Elemente der Spaltzonen und mindestens ein Aufnahmeraum für den Deckel eines Einzelbehälters, sowie eine Hebevorrichtung für den Deckel vorhanden sind. Dies erlaubt es, auf Handhabungsvorrichtungen für jeden einzelnen Behälter zu verzichten und die Deckel derselben als einfache Festdeckel auszuführen.When changing the fuel element and during extensive maintenance work at one of the crevice zones it makes sense to remove the cover that holds the associated Single container locks. In a further embodiment of the invention it is therefore proposed that the reactor tank have a rotatable lid, in the per se known handling devices for elements of the gap zones and at least a receiving space for the lid of a single container, as well as a lifting device for the lid are available. This allows handling devices for to dispense with each individual container and the lids of the same as simple fixed lids to execute.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Kühlmittelspiegel im Reaktortank bei abgenommenem Deckel eines Einzelbehälters auf eine Höhe anhebbar ist, die mindestens um die Länge eines Elementes der Spaltzone über der Oberkante der Spaltzone liegt. Hierdurch wirderreicht, daß aus der Spaltzone entfernte Brennelemente durch einfaches Umsetzen entfernt werden können und dabei ständig vom Kühlmittel bedeckt sind, so daß die Abfuhr der in ihnen erzeugten Nachzerfallswärme keine Schwierigkeiten bietet. Da die anderen Einzelbehälter durch ihre Deckel verschlossen sind, wird der Betrieb der in denselben angeordneten Spaltzonen nicht behindert.In a further embodiment of the invention it is proposed that the Coolant level in the reactor tank with the lid of an individual container removed a height can be raised which is at least the length of an element of the gap zone lies above the upper edge of the cleavage zone. This achieves that from the crevice zone removed fuel elements can be removed by simply repositioning and doing so are constantly covered by the coolant, so that the dissipation of the decay heat generated in them offers no difficulties. Since the other individual containers are closed by their lids are, the operation of the gap zones arranged in the same is not hindered.

Zweckmäßigerweise ist jeder der Einzelbehälter mit getrennten Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel versehen. Hierfür wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß die Zu- und Abführungen in den Zwischenräumen zwischen den Einzelbehältern und dem Reaktortank angeordnet sind.Appropriately, each of the individual containers with separate feed and provided drains for the coolant. For this purpose, according to a further feature the invention proposed that the feeds and discharges in the spaces between the individual containers and the reactor tank are arranged.

Um die erwähnten Zwischenräume noch besser nutzen zu können, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in diesen Einrichtungen zum Lagern von Elementen der Spaltzonen vorhanden, in denen die bestrahlten Brennelemente soweit abklingen können, bis sie aus dem Reaktortank entfernt werden können. Sie sind dabei dauernd durch das den Zwischenraum zwischen den Einzelbehältern und den Sicherheitsbehälter ausfüllende Kühlmittel bedeckt und werden ausreichend gekühlt. Ihr Ausschleusen kann zu gegebener Zeit erfolgen, ohne den Betrieb der Kernenergie anlage zu beeinträchtigen.In order to be able to use the mentioned gaps even better, are according to a further feature of the invention in these devices for storing Elements of the fissure zones in which the irradiated fuel elements so far can decay until they can be removed from the reactor tank. You are in constantly through the Space between the individual containers and coolants filling the containment are covered and become sufficient chilled. Your discharge can take place in due course without the operation of the Impact nuclear power plant.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Figur 1 einen Längsaxialschnitt entsprechend der -Linie A-B der Figur 2 und Figur 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie C-D der Figur 1.An embodiment of the invention is shown in the drawing, namely, Figure 1 shows a longitudinal axial section corresponding to the line A-B of the figure 2 and FIG. 2 a cross section according to the line C-D of FIG.

In einem Reaktortank 1, der mit einem drehbaren Deckel 2 verschiossen ist, steht flüssiges Kühlmittel, beispielsweise Natrium mindestens bis zu einem Notspiegel 3, vorzugsweise jedoch bis zu einem Betriebsspiegel 4 an. Zu bestimmten, weiter unten erläuterten Zwecken kann der Kühlmittelspiegel bis auf einen Handhabungsspiegel 5 angehoben werden. Im Drehdeckel 2 ist eine Handhabungsvorrichtung 6 vorhanden, mittels derer die einzelnen Elemente der Spaltzone eines Kernreaktors beliebig angehoben, abgesenkt und durch Drehen des Drehdeckels 2 verschwenkt werden können.In a reactor tank 1, which is closed with a rotatable cover 2 is, is liquid coolant, such as sodium at least up to one Emergency mirror 3, but preferably up to an operating mirror 4. To determine, For purposes explained below, the coolant level can except for a handling level 5 can be raised. In the rotating cover 2 there is a handling device 6, by means of which the individual elements of the fission zone of a nuclear reactor are raised at will, can be lowered and pivoted by turning the rotary cover 2.

Bei den genannten Elementen kann es sich um Brenn-, Brut-, Moderator-, Reflektor- oder Absorberelemente handeln. Die Handhabungsvorrichtung 6 ist hier nur schematisch angedeutet, da derartige Vorrichtungen in einer Vielzahl von für diesen Zweck geeigneten Ausführungen bekannt sind. Im Drejideckel 2 ist ferner ein als sogenannte "heiße Zelle" ausgebildeter Raum 7 vorhanden, der mittels eines Schiebers 8 abgedichtet werden kann, sowie ein Hubwerk 9. Innerhalb des Reaktortanks 1 sind drei Einzelbehälter 11, 21, 31 angeordnet, deren jeder eine aus einer Vielzahl von Elementen bestehende Spaltzone 12, 22, 32 enthält. Die in den Spaltzonen 12, 22, 32 erzeugte Wärme wird durch ein flüssiges Kühlmittel abgeführt, das den Einzelbehältern 11, 21, 31 durch je zwei (die Anzahl von zwei Kreisläufen je Spaltzone, also von sechs für die gesamte Anlage, erscheint aus Betriebs-, Sicherheits- und Platzgründen hier am vorteilhaftesten) Druckleitungen 13, 23, 33 unter Druck zugeführt und durch ebenfalls je zwei Saugleitungen 14, 24, 34 abgeführt wird. Das Kühlmittel fließt durch die Saugleitungen 14, 24, 34 zu hier nicht dargestellten Teilen der Anlage, beispielsweise Wärmetauschern und kehrt durch die Druckleitungen 13, 23, 33 zurück. Jeder der Einzelbehälter 11, 21, 31-ist mit einem Festdeckel 15, 25, 35 (letzterer hier nicht dargestellt) versehen. Während der Deckel 15 in seiner normalen, den Einzelbehälter 11 abschließenden Stellung dargestellt ist, ist der Deckel 25 vermittels des Hubwerks 9 in den Aufnahmeraum 7 gezogen worden. Innerhalb von Gehäusen 16, 26, 36 (letzteres hier nicht dargestellt) sind geschützt die für die Regelung jeder der Spaltzonen 12, 22, 32 erforderlichen Elemente untergebracht, die konventioneller Bauart und daher hier nicht dargestellt sind. In der in der Figur 1 dargestellten Lage ist der Deckel 25 des Einzelbehälters 21 abgehoben worden, so daß letzterer nach oben zu offen ist. Durch ein Drehen des Drehdeckels 2, im Beispiel um 1200, kann die Handhabungsvorrichtung 6 über die Spaltzone 22 verfahren werden und zum Umsetzen oder Auswechseln der einzelnen Elemente der Spaltzone verwendet werden. Eines der Elemente ist mit 27 bezeichnet und in einer Lage dargestellt, die es während des Umsetzens einnehmen würde. Wie ersichtlich liegt der Handhabungsspiegel 5 so hoch, daß das Element 27 während des Umsetzvorganges stets mit Kühlmittel bedeckt bleibt und dadurch ausreichend gekühlt wird.The elements mentioned can be burning, breeding, moderator, Act reflector or absorber elements. The handling device 6 is here only indicated schematically, since such devices in a variety of for designs suitable for this purpose are known. In Drejideckel 2 is also a as a so-called "hot cell" trained space 7 available, which by means of a slide 8 can be sealed, as well as a lifting mechanism 9. Inside the reactor tank 1 are three individual containers 11, 21, 31 arranged, each one of a plurality of Elements existing cleavage zone 12, 22, 32 contains. The in the cleavage zones 12, 22, 32 heat generated is by a liquid coolant discharged, the individual containers 11, 21, 31 by two each (the number of two circuits per gap zone, i.e. six for the entire system, appears from operational, safety and space constraints are most advantageous here) Pressure lines 13, 23, 33 under pressure is supplied and is also discharged through two suction lines 14, 24, 34 each. That Coolant flows through the suction lines 14, 24, 34 to not shown here Parts of the system, such as heat exchangers, and returns through the pressure lines 13, 23, 33 back. Each of the individual containers 11, 21, 31 has a fixed lid 15, 25, 35 (the latter not shown here) provided. While the lid is 15 in its normal, the individual container 11 closing position is shown, the cover 25 has been pulled into the receiving space 7 by means of the lifting mechanism 9. Inside housings 16, 26, 36 (the latter not shown here) are protected the elements required for regulating each of the gap zones 12, 22, 32 are accommodated, the conventional design and are therefore not shown here. In the in the In the position shown in FIG. 1, the lid 25 of the individual container 21 has been lifted off, so that the latter is too open at the top. By turning the rotary cover 2, in For example around 1200, the handling device 6 can move over the cleavage zone 22 and are used to move or replace the individual elements of the split zone will. One of the elements is denoted by 27 and shown in a position which it would ingest while turning. As can be seen, the handling mirror is located 5 so high that the element 27 is always covered with coolant during the relocation process remains and is therefore adequately cooled.

Ein weiteres Element 28 ist in seiner Absetzposition innerhalb einer von mehreren Lagereinrichtungen 10 dargestellt. Die Einzelbehälter 11, 21, 31 ruhen auf einer gemeinsamen Tragplatte 40, die mit Einrichtungen 41 zum Ein-und Ausschleusen von Kernelementen in das bzw. aus dem Lager 10 versehen ist. Auf die Darstellung nicht erfindungswesentlicher Teile der Kernenergieanlage, beispielsweise der Strahlenabschirmung und der Versorgung mit Schutzgas wurde der Obersichtlichkeit halber verzichtet.Another element 28 is in its set-down position within a of several storage facilities 10 shown. The individual containers 11, 21, 31 are at rest on a common support plate 40, which is provided with devices 41 for inward and outward transfer of core elements in or out of the Bearing 10 is provided. on the representation of parts of the nuclear power plant that are not essential to the invention, for example the radiation shielding and the supply of protective gas became obscure waived for the sake of

Claims

Claims Liquid-cooled nuclear reactor with several separated gap zones arranged from one another in a common reactor tank, characterized in that that each gap zone (12, 22, 32) for itself in a fixed, with a detachable Lid (15, 25, 35) provided individual container (11, 21, 31) is arranged.

2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the individual containers (11, 21, 31) against the consequences of an accident in the respective cleavage zone (12, 22, 32) are resistant.

3. Nuclear reactor according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the reactor tank (1) has a rotatable cover (2) in which is known per se Handling devices (6) for individual elements (27, 28) of the gap zones (12, 22, 32) and at least one receiving space (7) for the lid (15, 25, 35) of an individual container (11, 21, 31) and a lifting device (9) for the lid are available.

4. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the cooling medium level in the safety container (1) with the cover (15, 25, 35) of an individual container removed (11, 21, 31) can be raised to a height (5) which is at least the length of an element (27, 28) is above the upper edge of the gap zones (12, 22, 32).

5. Nuclear reactor according to claim 1 with separate supply and discharge of the Coolant to each of the gap zones, characterized in that the inlet (13, 23, 33) and drains (14, 24, 34) in the spaces between the individual containers (11, 21, 31) and the reactor tank (1) are arranged.

6. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that in the Gaps between the individual containers (11, 21, 31) and the reactor tank (1) Means (10) for storing elements (28) of the gap zones (12, 22, 32) are present are.