DE3245451A1

DE3245451A1 - Spruehvorrichtung fuer reaktorkerne

Info

Publication number: DE3245451A1
Application number: DE19823245451
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Tokyo Kagawa; Waka Yokohama Kanagawa Matsuda
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1982-12-08
Publication date: 1983-06-23
Also published as: US4557890A; SE8207035D0; DE3245451C2; SE8207035L; SE455240B; JPS6149636B2; JPS58100784A

Description

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/SPRÜHVORRICHTUNG FÜR REÄKTORKERNE _

Die Erfindung betrifft eine Sprühvorrichtung für einen Reak- .." torkern eines Kernreaktors, wobei die Sprühvorrichtung dazu dient, den oberen Bereich des Reaktorkerns dann mit Kühlwasser zu besprühen und: somit schnell abzukühlen, wenn ein Kühlwasserverlust (Unfall) erfolgt.

Bei Kernreaktoren, insbesondere Leichtwasserreaktoren, bei denen der von einem Schutzmantel umgebene Reaktorkern in einem Reaktor-Druckkessel untergebracht ist, kann ein KühlWasserverlüst dann auftreten, wenn im Wasserführungssystem ein Bruch erfolgt und das Wasser aus dem Reaktorkern herausfließt· Dabei fällt dann der Wasserspiegel derart ab, daß die Brennelemente freigelegt werden, der Reaktorkern also mit zu wenig oder ohne Kühlwasser arbeitet,· was eine Überhitzung und Zerstörung der Brennelemente zur Folge haben kann.

Um einen solchen Betrieb des Reaktorkerns ohne Kühlwasser zu vermeiden werden üblicherweise oberhalb des Reaktorkerns Sprüh— Vorrichtungen (Sprinkleranlagen) angeordnet, die im Notfall Kühlwasser zuführen. So ist eine übliche Sprühvorrichtung vom sogenannten Horizontaltyp längs der Umfangswand des Schutzmantels angeordnet, und zwar zwischen dem oberen Teil des Reaktorkerns und einer Mantelkappe, die lösbar am oberen Teil des Schutzmantels befestigt ist und diesen abschließt. ·

Bei einer solchen Sprühvorrichtung vom Horizontaltyp wird das Kühlwasser horizontal gegen die Mittelachse des Reaktorkerns gesprüht, und zwar mit Hilfe von Sprühdüsen,- die an einer Ringleitung angebracht sind, beispielsweise Sprührohren, die längs des Umfangs des Schutzmantels verteilt sind

Diese Sprühvorrichtung vom Horizontaltyp erbringt jedoch^beträchtliche und schwerwiegende Probleme bezüglich einer sol~ chen gleichmäßigen Besprühung von Kühlwasser, daß im Fall eines Kühlwasserverlustes auch der zentrale Mittelboreich des Roak- : torkerns erreicht wird. Insbesondere wird durch das in Ilorizon-

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talrichtung gesprühte Kühlwasser der vom Reaktorkern aufsteigende Dampf kondensiert, mit der Folge, daß das Kühlwasser den Mittelbereich des Reaktorkerns kaum mehr erreichen kann, es also nicht zu einer gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers über den gesamten Bereich des Reaktorkerns kommt. Darüberhinaus ist die Temperaturverteilung im Reaktorkern in Radialrichtung bezüglich des Umfangsbereichs und des Mittelbereichs unterschiedlich, so daß das Problem besteht, dem Mittelbereich des Reaktorkerns genügend Wasser zuzuführen, was eine äußerst wirksame Kühlung erforderlich macht, was bedeutet, daß die Brennelemente nahe dem Umfang des Reaktorkerns nur mit einer vergleichsweise niedrigen Leistung arbeiten dürfen, wohingegen die Brennelemente nahe dem Mittelteil mit vergleichsweise hoher Leistung arbeiten. Die Folge ist, daß die abgesprühten Wassertropfen dazu neigen, sich am Umfang des Reaktorkerns niederzuschlagen. Darüberhinaus wird der aufsteigende Dampf durch das eingesprühte Kühlwasser nahe dem Umfang des .Reaktorkerns weitgehend kondensiert, während im Mittelbereich des Reaktor-, kerns nahezu keine Kondensation stattfindet, weil die Unterkühlungstemperatur im Bereich des Kernumfangs hoch und im Zentralbereich nahezu Null ist. Die Kühlwirkung im Mittelbereich des Reaktorkerns sinkt somit beträchtlich ab.

Um die beschriebenen Nachteile zu vermeiden^ ist vorgeschlagen worden, eine Sprühvorrichtung so auszubilden, daß sie eine große Menge an unter Druck stehendem Kühlwasser ausstößt, so daß eine ausreichende Kühlwassermenge den Mittelbereich des Reaktorkerns erreicht. Eine derart ausgelegte Sprühvorrichtung erbringt jedoch Probleme bezüglich der Anordnung und Verteilung der Sprühdüsen sowie der Gestaltung und Größe der gesamten Sprühvorrichtung, wenn diese das Kühlwasser wirkungsvoll und gleichmäßig zuführen soll.

Zur Überwindung der Nachteile der bekannten Sprühvorrichtungen vom Horizontaltyp sind auch Sprühvorrichtungen vom Vertikaltyp vorgeschlagen worden, bei denen das Kühlwasser von einem Bereich oberhalb des Reaktorkerns aus auf diesen gesprüht wird, wobei die Temperaturverteilung und die notwendige Sprühmenge des Kühlwassers längs der Radialrichtung des Reaktorkerns in Betracht

gezogen worden sind. '^*

Eine übliche Sprühvorrichtung vom Vertikaltyp wird an der Mantelkappe angebracht, so daß das Kühlwasser nach unten auf den Reaktorkern gesprüht wird, wobei diese Sprühvorrichtung mit einer Zuführungsleitung verbunden ist, die an der Wand des Reaktor-Druckkessels angebracht ist und diesen durchsetzt, wobei diese Zuführungsleitung der Sprühvorrichtung Kühlwasser zuführt. Bei dieser Sprühvorrichtung ist es jedoch erforderlich, die Konstruktion der Mantelkappe zu ändern, und darüberhinaus ergibt sich zum Zeitpunkt der Anbringung bzw. der Entfernung der Mantelkappe die Erfordernis eines mühsamen Verbindend bzw. Lösens der Sprühvorrichtung mit bzw. von der Kühlwasser-Zuführleitung zur Sprühvorrichtung.

Die selben Probleme treten bei einer anderen Sprühvorrichtung vom Vertikaltyp auf,bei welcher die mit Düsen versehene Sprühvorrichtung an der Innenseite der Mantelkappe angebracht ist und das Kühlwasser nach unten sprüht.Zusätzlich wird dabei das Gewicht der Mantelkappe wesentlich erhöht,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Vermeidung der erwähnten Nachteile der vorbekannten Sprühvorrichtungen und die Schaffung einer verbesserten, kompakten Sprühvorrichtung vom Vertikaltyp, die in der Lage ist, den Reaktorkern in gleichmäßiger Weise mit Kühlwasser zu besprühen. Dabei soll die Sprühvorrichtung mit Sprühdüsen versehen sein, die sich oberhalb des Reaktorkerns befinden und sie soll auf einfache Weise in eine Position bewegt werden können, in welcher sie den Austausch von Brennstäben nicht behindert.

Die Erfindung geht aus von einer Sprühvorrichtung zum Sprühen von Kühlwasser auf einen in einem Reaktorkessel befindlichen Reaktorkern bei Auftritt eines Kühlwasserverlusts, die in dem Zwischenraum zwischen dem von einem Schutzmantel umgebenen Reaktorkern und einer auf dem Schutzmantel befindlichen Mantelkappe untergebracht ist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Rohranordnung längs des Innenumfangs des Schutz-

mantels, durch eine Vielzahl von Speichenrohren, die schwenkbar mit der Rohranordnung verbunden und zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Position bewegbar sind, und durch eine Vielzahl von Düsen, die an den Speichenrohren angeordnet sind und Kühlwasser nach unten auf den Reaktorkern sprühen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und anhand der Zeichnungen.

Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor-Druckkessel mit Sprühvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Sprühvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Sprühvorrichtung von Fig. 2, die an der Schutzhülle eines Kernreaktors angebracht ist,

Fig. 4 ein Beispiel der Anbringung eines Sprührohrs an einem Ringrohr gemäß der Erfindung,

Fig. 5 die Sprühvorrichtung von Fig. 2 mit Vertikalstellung der Sprührohre,

Fig. 6 ein Beispiel der Verbindung des Sprührohrs mit einem Speicherrohr,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der ■ Erfindung, und

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Abwandlungsform der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Kernreaktor befindet sich ein Reaktorkern in einem Reaktor-Druckkessel 10 und wird von einem Schutzmantel 3' umgeben, dessen oberer Teil durch eine Mantelkappe 3 abgedeckt ist. Im Zwischenraum zwischen Mantelkappe 3 und Reaktorkern 1 befindet sich eine Sprühvorrichtung 11, die mit einer Leitung 17 verbunden ist, welche an der Mantelkappe 3' angebracht ist und sich durch diese und den Druckkessel 10 hindurcherstreckt, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Eine Ausführungsform der Sprühvorrichtung 11 ist in Fig. 2 in

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vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei gebogene Rohre 12, bei dieser Ausführungsform sind es zwei Rohre, so miteinander verbunden sind, daß sie eine im wesentlichen kreisförmige Rohranordnung 12 bilden, die sieh oberhalb des Reaktorkerns 1 längs des Umfangs des Mantelkopfes 3' erstreckt. Eine Vielzahl von Speichenrohren 14 ist mit gleichem Abstand schwenkbar an der Rohranordnung 12 befestigt, und zwar mit Hilfe von Verbindungskörpern 15, derart, daß die Speichenrohre 14 sich zur Mittelachse des Reaktorkerns hin erstrecken, wenn sie in die Horizontallage verschwenkt sind. An jedem Speichenrohr 14 ist eine Vielzahl von Düsen 13 befestigt. Weiterhin ist an der Rohranordnung 12 eine gekrümmte Rohrleitung 17 angebracht, die dazu dient, der Sprühvorrichtung 11 Kühlwasser zuzuführen. Die Rohrleitung 17, die vom Schutzmantel 3' und der Wandung des Reaktor-Drudkkessels 10 getragen wird, ist am besten aus Fig. 3 zu ersehen. Gemäß der Erfindung ist es deshalb nicht notwendig, die Sprühvorrichtung von der Kühlwasser-Rohrleitung 17 zu trennen, wenn die Mantelkappe 3 abgenommen wird.

Während des normalen Betriebs des Kernreaktors befindet sich die Sprühvorrichtung 11 in der in Fig. 3 gezeigten Position^ und die Innenenden der Speichenrohre 11 sind durch einen kreisförmigen Ringkörper 20 miteinander verbunden, und zwar durch bekannte Verbindungselemente, etwa den in Fig. 4 gezeigten Bajonettverschluß, wobei das Bezugszeichen 25 eine Blattfeder bezeichnet, tiie an der unteren Oberfläche des Ringes 20 angebracht und so ausgebildet ist, daß sie an einem Hakenkörper 26 angreift, der mit dem oberen Teil des Speichenrohres 14 verbunden ist..

Wenn die Mantelkappe 3 zum Zweck des Austausches von Brennstäben oder Brennstabanordnungen 2 entfernt werden soll, dann wird zunächst der Ring 20 abgenommen, worauf die Speichenrohre 14 an den Verbindungskörpern 15 um etwa 90° nach oben in die Vertikale geschwenkt werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wobei die Hakenkörper in einen Kran eingehängt werden. Die Brennstäbe 2 können dann ungehindert ausgetauscht werden, ohne daß es erforderlich ist, die Sprühvorrichtung 11 abzunehmen. Die Speichenrohro 14 sind so aiinqeb.i1.det, daß iilo In ihrer ver-

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tikalen und in ihrer horizontalen Position verbleiben, undfzwar durch Verwendung nicht gezeichneter Anschlagkörper. Um ein sanftes Verschwenken der Speichenräder 14 zu erreichen^ist es notwendig, gerade Verbindungskörper 15 zu verwenden, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind, mit deren Hilfe eine Verbindung mit den gebogenen Rohren 12 hergestellt wird. Aus diesem Grund Kann es auch vorteilhaft sein, eine mehreckige Rohranordnung 12 zu verwenden, wie sie schematisch in Fig. 7 dargestellt ist.

Der Kreisring 20 kann durch eine kleine Scheibe 21 ersetzt werden, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Auch die Scheibe 21 kann an den Innenenden der Speichenrohre 14 durch bekannte Bajonettverschlüsse oder durch Bolzen befestigt werden. Nach einer anderen. Ausführungsform kann der Ring 20 bzw. die Scheibe 21 durch einen Stützkörper (nicht gezeichnet) gehalten werden, der an der Mantelkappe 3 befestigt ist.

Die Anzahl und Verteilung der Düsen 13 an den Speichenrohren 14 ist je nach dem Anwendungszweck beliebig wählbar.

Bei einem Kühlwasserverlust tritt die erfindungsgemäß aufgebaute Sprühvorrichtung 11 in Abhängigkeit von einem Notsignal in Aktion und führt dem Reaktorkern Kühlwasser zu, und zwar von der Kühlwasser-Zuführungsleitung 17 über die Rohranordnung 12, die Speichenrohre 14 und die Düsen 13. Das Kühlwasser wird in vorgegebener Menge durch die verteilten Sprühdüsen 13.nach unten gesprüht. Zwar werden die Speichenrohre 14 durch das nach unten ausgestoßene Kühlwasser einer Gegenkraft in Richtung nach oben unterworfen, weil jedoch die Innenenden der Speichenrohre 14 durch den Kreisring 20 oder die Scheibe 21 miteinander verbunden sind, verbleiben die Speichenrohre 14 in ihrer horizontalen Lage und werden nicht nach oben verschwenkt. Gemäß der Erfindung befindet sich also die Sprühvorrichtung oberhalb des Reaktorkerns und ist mit einer Vielzahl von Speichenrohren versehen, die sich vom Schutzmantel aus nach innen gegen den zentralen Bereich des Reaktorkerns erstrecken, wobei jedes Speichenrohr längs der Radialrichtung mit Düsen versehen ist, die in der Lage sind, eine erforderliche Kühlwassermenge gleichmäßig und wirkungsvoll dem Reaktorkern dann zuzuführen, wenn

ein Kühlwasserverlust auftritt. Die Speichenrohre können aus ihrer horizontalen Lage in eine vertikale Lage verschwenkt werden, so daß es nicht erforderlich ist, die Sprühvorrichtung zu entfernen, wenn zum Zweck eines Austauschs von Brennstäben oder Brennstabanordnungen die Mantelkappe abgenommen werden muß.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

.) Sprühvorrichtung zum Sprühen von Kühlwasser auf einen

einem Reaktor-Druckkessel befindlichen Reaktorkern, bei Kühlwasserverlust, die in einem Zwischenraum zwischen dem von einem Schutzmantel umgebenen Reaktorkern und einer auf dem Schutzmantel befestigten Mantelkappe angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine sich längs des.Innenumfangs des Schutzmantels erstreckende Rohranordnung (12), eine Vielzahl von Speichenrohren (14) , Δ1& schwenkbar an der Rohranordnung (12) befestigt und zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Position verschwenkbar sind, und durch eine Vielzahl von Düsen (13), die an den Speichenröhren (14) sitzen und Kühlwasser nach unten auf den Reaktorkern (1) sprühen.
2. Sprühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß sich die Speichenrohre (14) in ihrer horizontalen Position zum Zentrum des Reaktorkerns (1) hin erstrecken und daß ein Verbindungskörper (20, 21) vorgesehen ist, der die in ihrer Horizontalposition befindlichen Speichenrohre (14) fest miteinander verbindet.
3. Sprühvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen an den Speichenrohren-(14) befestigten Kreisring (20).
4. Sprühvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an den Innenenden der Speichenrohre (14) befestigte Scheibenplatte (21).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung (12) aus einer Mehrzahl gebogener Rohrstücke besteht,, die durch an den Außenenden der Speichenrohre (14) angebrachte, gerade Verbindungskörper (15) zu einem Kreisring zusammengefaßt sind. _:
6. Sprühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung eine Vielzahl von Rohrabschnitten aufweist, die jeweils aus einem geraden Mittelteil und zwei kur-

zen, geraden Armen bestehen, die mit den gegenüberliegenden Enden des Mittelteils verbunden sind, und daß gerade Verbindungskörper die Rohrstücke zu einer im wesentlichen kreisförmigen Anordnung zusammenfassen, wobei jeder Verbindungskörper mit dem Außenende eines Speichenrohres verbunden ist.