DE3220928A1

DE3220928A1 - Einrichtung zur kuehlung der sicherheitshuelle eines kernreaktors nach einem stoerfall

Info

Publication number: DE3220928A1
Application number: DE19823220928
Authority: DE
Inventors: Didier 92190 Meudon Costes
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1981-06-09
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1983-01-13
Also published as: US4571323A; FR2507373A1; FR2507373B1

Description

^-./.PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER

K 14 450

Einrichtung zur Kühlung der Sicherheitshülle eines Kernreaktors nach einem Störfall

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung der Sicherheitshülle eines Druckwasser-Kernreaktors nach einem Störfall.

Kernreaktoren, die mit gewöhnlichem, unter Druck stehendem Wasser gekühlt werden, zur Erzeugung elektrischer Energie, sind im Inneren von Sicherheitshüllen angeordnet, welche entwickelt wurden, um einen Schutz bei möglichen Unfällen zu bieten, die im Bruch der Wand bestehen, die das Druckwasser enthält. Die Hüllen können Druck- und Temperaturverhältnissen infolge des raschen Abzugs des heißen Wassers widerstehen, welches zu einem derartigen Druck führt. Es ist jedenfalls notwendig, sofort den Reaktorkern und die Hülle· selbst zu kühlen, um einen progressiven Anstieg von Druck und Temperatur infolge der Erzeugung radioaktiver Nachwärmeleistung zu vermeiden.

Verschiedene Maßnahmen sind bereits vorgeschlagen worden, um die Abkühlung der Hülle in Störzuständen sicherzustellen. Man kann insbesondere eine innere Beregnung mit Wasser bewirken, indem man durch Pumpen Wasser, das einem außenliegenden Vorratsbehälter entnommen ist, einspeist. Man kann auch im Inneren der Hülle einen Eisvorrat anbringen, der in der Lage ist, die Hülle während einer beträchtlichen Zeit

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zu kühlen, ohne daß es erforderlich ist, auf das Heranführen größerer Energiemengen zurückgreifen zu müssen.

Indessen machen doch ganz allgemein die bis heute bekannten Einrichtungen zur Abkühlung der Hülle eines Reaktors eine Hinzuziehung von äußerer Energie innerhalb eines mehr oder veniger bedeutenden Zeitraumes erforderlich, wenn man das Erreichen von Temperatur- und Druckzuständen vermeiden will, die für die Hülle gefährlich sind. Die Disponierbarkeit dieser Energie erfordert spezielle Einrichtungen und stellt ein Betriebssicherheitsproblem dar, so daß es ganz offensichtlich wünschenswert ist, über eine Einrichtung verfügen zu können, die in der Lage ist, ohne die Hinzuziehung

äußerer Energie autonom funktionieren zu können. 15

Die vorliegende Erfindung zielt ganz genau auf eine Einrichtung zum Kühlen der Hülle eines Druckwasser-Kernreaktors ab, welche nicht die Nachteile bekannter Einrichtungen aus dem Stand der Technik aufweist und insbesondere autonom

funktionieren kann, ohne daß die Herbeiführung irgendeiner Energie erforderlich wäre. Die Erfindung zielt, genauer gesagt, auf eine Einrichtung ab, die nach einem Kondensation sHKreisprozeß funktioniert, und zwar infolge des Wärmeaustauschs zwischen der warmen, feuchten und unter

Druck stehenden Luft, die in der Hülle enthalten ist, und einem kalten, äußeren Wärmeübertragungs-Strömungsmittel, um eine mechanische Energie zu erhalten, die es ermöglicht, daß alle erforderlichen Funktionen ausgeübt werden, die

für die Sicherung der Anlage erforderlich sind, und ins-30

besondere die Kühlpumpen betrieben werden.

Zu diesem Zweck und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zur Kühlung der Sicherheitshülle eines Druckwasser-Kernreaktors nach einem Störfall 35

vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie hintereinandergeschaltet eine Turbine aufweist, die durch die warme und feuchte Luft gespeist wird, die in der Hülle enthalten ist, einen Kondensator, in welchem die Luft, die

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die Turbine verläßt, getrocknet und gekühlt wird, und zwar durch den Wärmekontakt mit einem äußeren Kühlströmungsmittel, sowie einen Verdichter, der durch die Turbine betätigt wird und der die getrocknete Luft in der Hülle zurückführt.

Die aus Turbine und Verdichter gebildete Baugruppe erhält sich im Ergebnis nach dem Anlaufen in Drehung, während die mechanische Leistung, die von der Turbine geliefert wird, welche eine Mischung aus Heißluft und Dampf entspannt, gleich oder größer ist als jene Leistung, die vom Verdichter aufgenommen wird, der ebendiesen Durchsatz an Luft in abgekühltem Zustand sowie einen Dampfdurchsatz verdichtet, der infolge des Durchgangs durch den Kondensator stark verringert ist. Diese Drehung sichert den Kreislauf in der Einrichtung mit einer erneuten Verwendung der gesamten feuchten Luft, die in der Sicherheitshülle enthalten ist, bis die Temperaturdifferenz zwischen dieser Luft und dem Kühlströmungsmittel nicht mehr ausreichend groß ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Turbine auch in gleicher Weise verwendet, um eine erste Pumpe zu betätigen, welche das Einspeisen des Kondensators mit dem Kühlströmungsmittel gestattet, das von mindestens einem Vorratsbehälter herangeführt wird, welcher bevorzugt außerhalb der Hülle angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung sichert somit selbst den Umlauf des Kühlströmungsmittels im Kondensator ohne die Hinzuziehung äußerer Energie.

Bevorzugt wird die vom Verdichter zurückgeführte Luft durch einen Kühl-Wärmeaustauscher geleitet, bevor sie wieder in das Innere der Hülle gelangt. Die Temperatur der in die Hülle zurückgeleiteten Luft ist somit merklich niedriger als die Temperatur jener Luft, die in der Hülle noch enthalten ist. Es wird darauf hingewiesen, daß das Kühlströmungsmittel, das im Wärmeaustauscher verwendet wird, das gleiche sein kann wie jenes, das im Kondensator verwendet wird.

Die gleiche Pumpe, die durch die Turbine betätigt wird, kann dann den Umlauf dieses Strömungsmittels im Kondensator und im Wärmeaustauscher sicherstellen.

Die Rückleitung des KühlStrömungsmittels in den Vorratsbehälter kann insbesondere mittels einer Beregnungsgalerie durchgeführt werden, welche oberhalb dieses Vorratsbehälters angeordnet ist, was die Sicherstellung der Abkühlung des Strömungsmittels zuläßt, indem man es in Berührung mit der Außenluft bringt, bevor es in den Vorratsbehälter zurückgelangt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann die Turbine, deren Drehung von der Druckminderung gesteuert wird, die im Kondensator erzeugt wird, in gleicher Weise auch dazu dienen, eine zweite Pumpe zu betätigen, welche es gestattet, borhaltiges Wasser, das in einem geeigneten Vorratsbehälter enthalten ist, unmittelbar in den Hauptkreislauf des Reaktors zu injizieren; eine derartige Sicherheitsinjektion würde nämlich sonst üblicherweise durch eine äußere Energiequelle sichergestellt; die Funktion der Einspritzung kann offensichtlich auf redundante Weise durch die Energie der Turbine und durch äußere Energie sichergestellt werden. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft, denn es gestattet es der erfindungsgemäßen Einrichtung, gleichzeitig die Kühlung des Reaktorkerns selbst in jenem Fall sicherzustellen, in welchem die äußere Energie ausfällt, was praktisch die Bildung von nicht-kondensierbaren Gasen vermeidet, welche die Funktion des Kondensations-Kreisprozesses im Fall eines Defekts des Kernes behindern wurden.

Gemäß einem noch anderen Merkmal der Erfindung kann die Turbine auch zum Betätigen einer dritten Pumpe dienen, "5 welche es gestattet, aus¹ dem Kondensator das Kondensationswasser abzuziehen, um es wieder in das Innere der Reaktorhülle mittels einer Beregnungsgalerie .einzusprühen , welche in ihrem oberen Teil angeordnet ist. Es ist somit

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möglich, die Menge des Dampfes, der in der Hülle enthalten ist, auf einem verhältnismäßig konstanten Niveau zu halten, was eine korrekte Funktion des Kondensations-Kreisprozesses sicherstellt.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Anlauf der Turbine und des Verdichters der erfindungsgemäßen Einrichtung während eines Druckanstiegs in der Hülle, der von einem Störfall bzw. Unfall herrührt, die Inbetriebnahme spezieller Einrichtungen erfordert. So kann man insbesondere auf eine bereits gespeicherte Energie zurückgreifen, indem man beispielsweise einen Druckluftstarter oder einen batteriebetriebenen, elektrischen Anlasser verwendet, der automatisch während eines außergewöhnlichen Druckanstieges in der Hülle in Betrieb genommen wird. Es ist in jedem Fall aus den Gründen der Betriebssicherheit, auf die bereits verwiesen wurde, bevorzugt, während des Anlaufs ebenfalls über autonome Einrichtungen zu verfügen, die keinerlei Hinzuziehung von äußerer Energie erfordern.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Innenraum des Kondensators insbesondere mit der Außenseite der Hülle durch eine Ableitung verbunden sein, die mit einem Auslöseventil versehen ist, welches in definierter Weise den Durchsatz nach außen zuläßt, wobei die Leitung mit Rückhalte- und Filtriereinrichtungen versehen ist, welche die Austragung radioaktiver Stoffe begrenzen. Bevorzugt öffnet sich das Auslöseventil dann, wenn ein vorgegebener überdruck sich in der Hülle einstellt.

Es ist nun ersichtlich, daß sich nach dem Öffnungsvorgang des Ventiles, der vom Druckunterschied zwischen der Luft, die in der Hülle enthalten ist, und der Außenluft ergibt,

somit in der Einrichtung ein Luftumlauf einstellt, der es gestattet, die Turbine und den Kondensator anzu- ° lassen und somit die Autonomie der Einrichtung zu gewährleisten.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der

Innenraum des Kondensators anfangs gegenüber der Luft isoliert, die in der Hülle enthalten ist, und zwar stromaufwärts durch eine Durchschlagmembran, welche zerreißt, wenn sich ein vorgegebener überdruck in der Hülle einstellt, und stromabwärts durch ein Rückschlagventil. Auf die gleiche Weise ist ersichtlich, daß der Druckunterschied zwischen der Luft, die in der Hülle enthalten ist, und der Luft, die im Kondensator enthalten ist, das Reißen der Durchschlagmembran hervorruft _t wodurch das Auftreten eines Luftstromes zum Kondensator hin ermöglicht wird, welcher den Start der Turbine und des Verdichters nach der öffnung des Rückschlagventiles gestattet.

Es werden nun anhand eines nicht einschränkenden Beispieles zwei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schnitts ist, der den Einsatz einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung bei einem Druckwasser-Kernkraftwerk zeigt, von welchem lediglich der Reaktorbehälter und die Sicherheitshülle dieses Reaktors dargestellt sind, und
Fig. 2 eine Ansicht eines schematischen Teilschnitts ist, der eine zweite Ausführungsform von Einrichtungen zeigt, die den Start der Einrichtung der Fig. 1 sicherstellen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dazu bestimmt., die Kühlung der Hülle eines Kernreaktors sicherzustellen, der mit gewöhnlichem/ unter Druck stehendem Wasser gekühlt wird. Diese Reaktoren sind im übrigen durchaus bekannt, und in Fig. 1 sind nur jene Elemente dargestellt, die zum guten Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Somit ist in dieser Fig. das Druckgefäß 10 des Reaktors zu sehen, welches den Reaktorkern 12 enthält, sowie die Einlaß- und Auslaßrohre 14 für Druckwasser, welches die übertragung jener Wärme sicherstellt, die im Kern freigesetzt wird,

und zwar zu einem Wasser-Dampf-Kreislauf (nicht dargestellt) und mittels geeigneter Dampferzeuger. Es ist in Fig. 1 auch die Sicherheitshülle 16 dargestellt, in welcher das Gefäß 10 angeordnet ist. Wenn sich ein Störfall ereignet, dann ist danach die Innenatmosphäre 18 der Hülle von einer Mischung aus Luft und Dampf gebildet.

Gemäß der Erfindung verwendet eine Einrichtung 20 die Kondensation des Wasserdampfs, der in der Innenatmosphäre enthalten ist, um die mechanische Energie zu erhalten, die es gestattet, alle jene Funktionen auszuführen, die zur Sicherung der Anlage erforderlich sind. Genauer gesagt, die Einrichtung 20 umfaßt eine Turbine 22, in welche die Luft, die in der Hülle enthalten ist, durch eine Düse 24 eingelassen wird. Die feuchte Luft, die die Turbine 22 verläßt, wird durch eine Leitung 26 in einen Kondensator 28 geleitet, Sie verläßt diesen Kondensator durch eine Leitung 30, die sie bis zu einem Verdichter 32 führt, der durch eine Leitung 34 mit einem Kühl-Wärmeaustauscher 36 in Verbindung steht. Die trockne, gekühlte Luft, die den Wärmeaustauscher 36 verläßt, wird in die Innenatmosphäre 18 durch eine Leitung 38 wieder zurückgeführt. Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, wird der Verdichter 32 zur Drehung durch die Turbine 22 angetrieben. Er kann insbesondere unmittelbar auf der Welle 22a dieser Turbine 22 angebracht sein. Bei dieser Ausführungsform sind die Leitungen 26 und 30 rechtwinklig bezüglich der Turbine 22 und dem Verdichter 32 derart angeordnet, daß es notwendig ist, Leitflächen 40, 4 2 vorzusehen.

Die Kondensierung des Wasserdampfes im Kondensator 28 wird durch den Wärmeaustausch zwischen der feuchten Luft, die in diesem zwischen den Leitungen 26 und 30 umläuft, und einem Kühlströmungsmittel erreicht, wie etwa kaltem ^° Wasser, welches zwischen einem Eingangs-Sammelraum 28a und einem Ausgangs-Sammelraum 28b in Wärmetauscherrohren oder analogen Einrichtungen 28c umläuft. Das in den Eingangs-Sammelraum 28a eingelassene Kaltwasser wird einem

j Startbehälter 4 4 entnommen, der durch Schwerkraft aus einem Kaltwasser-Vorratsbehälter 4 6 mit großem Volumen gespeist wird, welcher mit dem Vorratsbehälter 44 durch eine Leitung 48 in Verbindung steht, die mit einem Ventil ausgestattet ist- Dieser Kaltwasservorrat 46 kann insbesondere durch das Bodenbecken einer atmosphärischen Kühlanlage gebildet sein, welche zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird , wobei derartige Kühlanlagen, die sehr große Abmessungen annehmen, jedoch üblicherweise mehrere hundert Meter von der Hülle entfernt angeordnet sind, was die Anordnung eines Startbehälters 44 rechtfertigt, der näher an dieser Hülle liegt. Die Leitung 50, welche den Vorratsbehälter 44 mit dem Sammelraum 28a verbindet, ist mit einer Pumpe 52 ausgestattet. Bevorzugt ist auch diese Pumpe 52 in gleicher Weise durch die Turbine 22 angebtrieben, wie dies symbolisch an der Stelle 54 in Fig. 1 dargestellt ist. Das Wasser, das den Kondensator 28 durch den Ausgangs-Sammelraum 28b verläßt, fließt aus der Sicherheitshülle durch eine Leitung 56 ab, welche an eine Beregnungsgalerie 58 heranführt, die die atmosphärische Kühlung des Wassers sicherstellt. Es ist eine Rückführung zum Kaltwasservorrat 46 dargestellt, aber wenn dieser weit entfernt ist, kann es vorteilhafter sein, die Beregnungsgalerie 58 über de Startbehälter 44 anzuordnen.

In vergleichbarer Weise wird die Kühlung der trockenen Luft, die im Wärmeaustauscher 36 erhalten wurde, durch den Wärmeaustausch mit einem Kühlströmungsmittel erreicht, welches im Austauscher zwischen einem Eingangs-Sammelraum 36a und einem Ausgangs-Sammelraum 36b über ein Rohrbündel 36c oder eine analoge Einrichtung hinweg umströmt. Bevorzugt ist dieses Kühlströmungsmittel in gleicher Weise kaltes Wasser, welches dem Inneren des Vorratsbehälters 44 entnommen wird, und dessen Umlauf in gleicher Weise durch die Pumpe 52 gesichert ist, die durch die Turbine 22 angetrieben wird. Zu diesem Zweck weist die Leitung 50 hinter der Pumpe 52 eine Verzweigung auf, welche eine erste Leitung 50a bildet, die in den Sanunelraum 28a des Kondensators einmündet, und eine

zweite Leitung 50b, die in den Sammelraum 36a des Wärmeaustauschers einmündet. In gleicher Weise trifft die Leitung 60, durch welche das Kühlwasser den Sammelraum 36b des Wärmeaustauschers verläßt, im Inneren der Hülle 16 mit der Leitung 56 zusammen, durch welche das Kühlwasser den Sammelraum 28b des Kondensators verläßt. Da das Kühlwasser den Kondensator mit einer gemäßigten Temperatur, beispielsweise 60° C, verläßt, und da die Wärmeenergie, die aus dem Wärmeaustauscher 36 abzuführen ist, deutlich kleiner ist als jene, die aus dem Kondenator abzuführen ist, kann man auch in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante den Wärmeaustauscher 36 in einer Reihenschaltung mit dem Kühlwasser kühlen, das den Kondensator 28 verläßt.

Wie bereits symbolisch an der Stelle 54 dargestellt ist, kann die Turbine 22 auch eine Pumpe 6 2 antreiben, die es gestattet, das kondensierte Wasser aus dem Kondensator 28 abzuziehen und es über eine Leitung 64 bis zu einer Beregnungsgalerie 66 zu fördern, welche am oberen Teil (3er Hülle 16 angeordnet ist. Diese Beregnung trägt dazu bei, die Innenatmosphäre der Hülle zu kühlen, wobei man hierbei gleichzeitig eine ausreichende Dampfmenge beibehält, um die Funktion des Kondensations-Kreisprozesses

der Einrichtung 20 sicherzustellen. 25

In den Druckwasserreaktoren wird die Verschmelzung des Kernes unter der Wirkung der Nachwärmeleistung nach dem Verlust des Kühlmittels durch Einrichtugen zum Einspritzen von borhaltigern Wasser auf den Kern vermieden,

welche durch außenliegende Energiequellen betrieben wird, die eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet es, diese Einrichtungen selbst im Falle des Ausfalls derartiger Quellen zu betreiben, über die symbolisch an der Stelle 54 bezeichnete Kraftübertragung treibt die Turbine 22 somit auch eine dritte Pumpe 68 an, welche borhaltiges Wasser aus einem Vorratsbehälter 70 entnimmt, der im Inneren der Hülle 16 aufgenommen ist, um unmittelbar in den Hauptkreis des Reaktors durch eine Leitung 72 einzuspritzen. In Fig. 1 erfolgt diese Einspritzung

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unmittelbar im Inneren des Gefäßes 10 oberhalb des obersten Niveaus des Kernes 12.

Während eines Druckanstiegs in der Hülle 16, der von einem Störfall herrührt, der im Bruch der Wand des Hauptkreises liegt, kann das Anlassen der Turbine 22 und des Verdichters 32 insbesondere dadurch vorgenommen werden, daß man automatisch auf gespeicherte Energie zurückgreift (Druckluftstarter, elektrischer Batteriestarter usw.). 10

In Fig. 1 ist eine andere Lösung dargestellt, welche darin besteht, daß man den Kondensierungsraum isoliert, der im Inneren des Kondensators 28 begrenzt -ist, so lange der Druck in der Hülle 16 nicht einen Wert erreicht, der für den Start ausreichend ist. Diese Isolierung wird mittels einer Durchschlagmembran 74 durchgeführt, die am Eintritt der Düse 24 angeordnet ist, sowie mittels eines Rückschlagventils 76, welches am Ausgang des Stutzens 38 angeordnet ist. Wenn der Druck in der Hülle 16 einen Wert übersteigt,

der durch die Membran 74 bestimmt ist, schießt die Luft durch die Düse 24 und führt dann in Pfeilrichtung der Fig. einen Umlauf zwischen der Turbine 22 und dem Rückschlagventil 76 durch. Der Druck zum Einreißen der Membrane 74 ist derart errechnet, daß die Luftströmung, welche sich

hierdurch in der Turbine 22 ergibt,ausreicht, um sofort den Beginn des Kondensierungszyklus sicherzustellen, der so in der Einrichtung 20 verwirklicht ist.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, ge-30

maß welcher der Start der Turbine und des Verdichters

dadurch erreicht wird, daß man den Unterschied nutzt, der während eines Störfalls zwischen dem Druck vorliegt, der im Inneren der Hülle 116 herrscht, und dem äußeren Atmosphärendruck. In diesem Fall ist die Membran 74 weggelassen, 35

man behält jedoch das Rückschlagventil 176 am Auslaß der Leitung 138 bei; eine Ableitung 178 verbindet diese Leitung 138 mit dem äußeren Teil eines Abzugs 180, der außerhalb der Hülle angeordnet ist und Einrichtungen aufweist

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die dazu geeignet sind, die ausgetragenen, radioaktiven Stoffe zu begrenzen, wie etwa eine Einrichtung zum Einleiten in Flüssigkeit 182, Lenkflächen 184 und ein Filter 186. Diese Leitung 178 ist durch ein automatisches Ventil 188 geschlossen? wenn dieses offen ist, dann stellt sich infolge des Vorliegens des Druckes innerhalb der Hülle eine Gasströmung ein, welche die gesamte Baugruppe der erfindungsgemäßen Einrichtung durchströmt und ihren Start sicherstellt; die Automatik des Ventiles 188 muß derart sein, daß der Start mit einem Mindestmaß an radioaktivem Ausfall zur Außenseite hin sichergestellt ist.

Zu diesem Zweck wird die Bewegung des Schließkörpers des Ventiles 188 einerseits durch einen Kolben oder eine Membran 190 gesteuert, auf welche der Druckunterschied zwischen der Innenatmosphäre in der Hülle 116 und der Außenatmosphäre einwirkt, und andererseits durch einen Kolben oder eine Membran 192, welche mit den bzw. der vorangehenden verbunden ist und auf welchem bzw. welcher der Druck einwirkt, der im Kondensator vorliegt; eine Feder 194 drückt den Schließkörper in die Schließstellung, und eine bekannte, nicht dargestellte Einrichtung stellt eine schlagartige Funktion bei vollständigen öffnungs- oder Schließvorgängen sicher. Die Rolle des ersten Kolbens 190 ist es, ein Öffnen des Schließkörpers sicherzustellen, wenn der Innendruck einen bestimmten Wert durchläuft, was das Starten der erfindungsgemäßen Einrichtung sicherstellt; die Rolle des zweiten Kolbens 192 ist es, das Schließen des Schließkörpers sicherzustellen, wenn die Einrichtung gestartet und im Kondensator somit ein niedriger Druck vorliegt. Der Schließkörper würde sich jedoch wieder öffnen, wenn der Druck in der Hülle einen hohen Wert annehmen würde, der eine Ableitung zur Außenseite hin wünschenswert macht. Ein derartiges Startsystem könnte so geregelt werden, daß es

^° bei einem bereits erhöhten Wert des Überdruckes funktioniert, um beim Ausfall anderer Startsysteme einen Ersatz zu bieten.

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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung muß darauf hingewiesen werden, daß die Drehzahlregulierung der aus Turbine und Verdichter gebildeten Baugruppe automatisch ist, und zwar einersteits infolge der Eigenschaften der angetriebenen Pumpen und andererseits deshalb, weil ein gelegentlicher, zusätzlicher Druck-Tiefpunkt beim Kondensator infolge einer überdrehzahl weniger die Leistung erhöht, die von der Turbine bereitgestellt wird, als die Leistung, die vom Verdichter aufgenommen wird.

Wenn man beispielsweise davon ausgeht, daß in einer Hülle eine Temperatur von 130° C und ein Gesamtdruck von 4,332 bar (Dampfdruck 2,856 bar und Luftdruck 1,476 bar) vorliegt, dann wird die Temperatur in der Größenordnung von 90° C am Ausgang der Turbine und der Gesamtdruck 0,9 bar sein. Der Kondensator nimmt dann die Mischung mit 50° C unter einem Druck von 0,9 bar auf, bevor der Verdichter diesen Druck auf 4,382 bar und die Temperatur auf ungefähr 250° C anhebt. Die Abkühlung im Wärmeaustauscher 36 bringt diese Mischung auf 90° C zurück, bevor sie in das Innere der Hülle abgegeben wird.

Wenn man nun einen Nenndurchsatz von 10 kg/s an Luft wählt, dann beträgt die am Kondensator entnommene Leistung 34 MW, was ausreicht, um die Nachwärmeleistung eines Reaktors mit einer Wärmeleistung von 3000 MW abzuführen. Die mechanische Leistung, die durch die Turbine geliefert wird, liegt in der Größenordnung von 5 MW, und die vom Verdichter aufgenommene Leistung liegt in der Größenordnung von 2,5 MW, was eine disponierbare Leistung hinterläßt-, welche weitaus ausreichend ist für die in betracht gezogenen Wasserpumpen.

In Analogie zu vorliegenden Gasturbinen scheint es somit möglich zu sein, daß man auf Turbinen und auf Verdichter mit einem Durchmesser zurückgreift, der kleiner ist als 0,6 m, wobei der Kondensator und der Wärmeaustauscher ihrerseits ungefähr 10m¹ nicht überschreiten . Die erfindungsgemäße Einrichtung weist somit einen nur geringen Raum-

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bedarf auf und liefert eine große Zuverlässigkeit für die Funktionen zur Kühlung der Hülle nach dem Unfall, der im Bruch des Primärkreislaufes des Reaktors besteht, sowie zur Kühlung des Reaktorkernes selbst, und zwar im Fall des Totalausfalles äußerer Energie- Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß mehrere erfindungsgemäße Einrichtungen innerhalb der gleichen Hülle parallel angebracht werden können, wobei dann die mechanische Energie von der ersten Einrichtung, die bereits in Gang gesetzt ist, abgezogen wird, um den Start der anderen sicherzustellen. Diese Anordnung gestattet es, die Abmessungen der Einrichtung zu verringern, von welcher man die industrielle Bereitstellung sicherstellen muß, wobei man gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Kühlfunktion steigert.

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Claims

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Einrichtung zur Kühlung der Sicherheitshülle eines Kernreaktors nach einem Störfall

Ansprüche

1/ Einrichtung zur Kühlung der Sicherheitshülle (16; 116) eines Druckwasser-Kernreaktors nach dem Störfall, dadurch g ekenn ζ eichnet , daß sie hintereinandergeschaltet eine Turbine (22) aufweist, die durch die feuchte Luft gespeist die in der Hülle enthalten ist, einen Kondensator (28), in welchem die Luft, die die Turbine verläßt, durch ein äußeres Kühlströmungsmittel getrocknet und gekühlt wird, und einen Verdichter (32), der durch die Turbine betrieben wird und · die getrocknete Luft in die Hülle zurückführt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Vorratsbehälter (44, 46) umfaßt, der das Kühlströmungsmittel enthält, sowie mindestens eine erste Pumpe (52), die durch die Turbine (22) betrieben wird, um den Kondensator (28) mit dem Kühlströmungsmittel zu speisen.
3. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft, die durch den .Verdichter (32) zurückgeleitet wird, einen Kühl-Wärmeaustauscher (36) durchströmt, bevor sie in die Hülle zurückgelangt.

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4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft, die vom Verdichter (32) zurückgeleitet wird, im Wärmeaustauscher (36) durch das Kühlströmungsmittel gekühlt wird, und zwar unter der Wirkung der ersten Pumpe (52).
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Beregnungsgalerie (58) aufweist, die über dem Vorratsbehälter (44, 46) angeordnet ist, der das Kühlströmungsmittel enthält, um die Kühlung dieses Strömungsmittels und seine Rückführung in den Vorratsbehälter gleichzeitig sicherzustellen.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Vorratsbehälter für borhaltiges Wasser (70) und mindestens eine zweite Pumpe (68) umfaßt, die durch die Turbine (22) betrieben wird, um dieses borhaltige Wasser in den Hauptkreis des Reaktojcs einzuspritzen.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Beregnungsgalerie (66) aufweist, die im oberen Teil der Hülle (16, 116) angeordnet ist, sowie mindestens eine dritte Pumpe (62), die durch die Turbine (22) betrieben wird, um die genannte Beregnungsgalerie mit dem Kondensatwasser zu speisen, das im Kondensator (28) aufgefangen wird.
8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der hinter dem Verdichter (32) angeordnete Raum einerseits mit dem Inneren der Hülle über ein Rückschlagventil (176) und andererseits mit der Außenseite der Hülle durch eine Ableitung (178, 182) verbunden ist, die mit Einrichtungen zur Bildung eines Rück-Standes und zur nitrierung (184, 186) ausgestattet ist, welche die radioaktiven, ausgetragenen Stoffe begrenzen, wobei die Leitung mit einem Ventil (188) ausgestattet ist, welches in gegensätzlicher Weise zur Öffnung durch den

überdruck in der Hülle bezüglich der Atmosphäre und zum Schließen durch den Unterdruck im Kondensator bezüglich der Hülle angesteuert ist.
9. Einrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Kondensators (28) anfangs gegenüber der Luft, die in der Hülle (16) enthalten ist, stranaufwärts durch eine DurchschlagineiTbran (74), die reißt, wenn sich in der Hülle ein vorgegebener überdruck einstellt, und stromabwärts durch ein Rückschlagventil (76) isoliert ist.