DE3643929C1

DE3643929C1 - Arrangement for residual heat removal for high-temperature reactors

Info

Publication number: DE3643929C1
Application number: DE3643929A
Authority: DE
Inventors: Jasbir Dipl-Ing Dr Singh; Kay Dipl-Ing Holzkamp
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1988-04-28

Abstract

An arrangement for residual heat removal for a high-temperature reactor has a vertically aligned riser (5) connected to the lower part of the core, and a following, also vertical, downcomer (6), whose upper part is provided with a cooler (7), and which leads to an outlet equipped with a shut-off valve (11) that is operated from outside the nuclear reactor. A natural convection current flowing downwards through the core can be ensured in all cases if a gas jet circulator (8) that is supplied from outside the nuclear reactor, in particular with bottled gas, is located in the downward gas current of the downcomer (6) below the cooler (7) (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Nachwärmeabführung für einen Hochtemperatur kernreaktor mit einem zur Aufnahme des heißen Gases mit dem unteren Corebereich verbundenen, vertikal angeordneten Steigrohr und einem sich daran anschließenden, ebenfalls vertikal ange ordneten Fallrohr, in dem das Gas von oben nach unten strömt, wobei das Fallrohr in seinem oberen Teil mit einem Kühler versehen ist und zu einem mit einem Absperrventil, das von außerhalb des Kernreaktors betätigt wird, versehenen Ausgang führt.The invention relates to an arrangement for heat dissipation for a high temperature nuclear reactor with one to take up the hot Gas connected to the lower core area, vertically arranged riser and one yourself then vertically attached arranged downpipe in which the gas from above flows down, with the downpipe in its upper part is provided with a cooler and to one with a shut-off valve that comes from outside of the nuclear reactor is operated, provided output leads.

Bei großen Hochtemperaturreaktoren ist eine Nachwärme abfuhr (NWA) mit separaten NWA-Kreisläufen vorgesehen. Diese enthalten jeweils einen Wärmetauscher und üb licherweise ein elektrisch betriebenes Hilfsgebläse mit Absperrvorrichtung (siehe z. B. DE-OS 30 27 507). Sowohl im Normalbetrieb als auch im NWA-Betrieb mit Hilfsgebläse wird das Core solcher Reaktoren allge mein von oben nach unten durchströmt. Auf diese Weise werden Anordnungen im Bereich des Deckenreflektors vor Überhitzungen geschützt, und es bildet sich im Core eine Temperaturverteilung mit der heißesten Zone im unteren Bereich aus.With large high-temperature reactors there is residual heat disposal (NWA) with separate NWA circuits. These each contain a heat exchanger and over Licher an electrically operated auxiliary fan with shut-off device (see e.g. DE-OS 30 27 507). Both in normal operation and in NWA operation with The core of such reactors is generally an auxiliary fan my flows from top to bottom. In this way are arrangements in the area of the ceiling reflector protected from overheating, and it forms a temperature distribution in the core the hottest zone in the lower area.

Bei Stillstand der Gebläse entsteht im Core eine Zirkulationsströmung des Kühlgases, bei der es in Teilbereichen des Cores zu einer Aufwärtsströmung kommt. Hierdurch werden im Kaltgasbereich des Cores liegende Einbauten, das sind der Deckenreflektor mit seinen metal lischen Aufhängungen und die oberhalb des Decken reflektors liegenden metallischen Abschalt vorrichtungen, mit Heißgas beaufschlagt und geschädigt.When the blower comes to a standstill in the core a circulation flow of the cooling gas, at which is a part of the core Upward flow is coming. As a result, Cold gas area of the core that is the ceiling reflector with its metal brackets and those above the ceiling reflector lying metallic shutdown devices charged with hot gas and damaged.

Zur Erhöhung der Sicherheit ist der NWA-Kreislauf daher so ausgelegt, daß sich bei Ausfall der Hilfsgebläse eine Naturkonvektionsströmung in Normalbetriebsrichtung einstellt, die die Zirkulation im Core unterbindet, wobei die Nachwärme durch das heiße Gas zu den Hilfskühlern transportiert und dort abgegeben wird.The NWA circuit is used to increase safety therefore designed so that if the Auxiliary blower a natural convection flow in the normal operating direction that the Circulation in the core prevents the After-heat through the hot gas to the auxiliary coolers transported and delivered there.

Dies wird durch Hochsetzen der Kühler und eine Bypassklappe zur Umgehung der Hilfsgebläse erreicht. Besteht zwischen Steig- und Fallrohr des NWA-Kreislaufs eine ausreichende Temperatur differenz, so wird eine Strömung in Coreabwärts richtung gewährleistet. Zur Erhöhung des Durch satzes werden die Bypassklappen der Hilfsgebläse geöffnet, deren hoher Strömungswiderstand somit nicht zum Tragen kommt.This is done by raising the cooler and one Bypass valve to bypass the auxiliary fan reached. Exists between riser and downpipe sufficient temperature in the NWA circuit difference, so there will be a current in the core down direction guaranteed. To increase the through the bypass flaps of the auxiliary fans opened, their high flow resistance thus does not come into play.

Die notwendige Temperaturdifferenz zwischen Steig- und Fallrohr des NWA-Kreislaufs ergibt sich allerdings nur dann, wenn die Hilfsgebläse kurzzeitig gelaufen sind: Beim Betrieb der Hilfsgebläse wird das heiße Coregas in die Steigleitung gesaugt und im Hilfskühler auf die notwendige Temperatur abgekühlt. Bei Ausfall der Hilfsgebläse setzt dann durch Öffnen der Bypassklappen die Naturkonvektionsströmung in der geforderten Richtung (Coreabwärtsströmung) und Menge ein. The necessary temperature difference between Riser and downpipe of the NWA cycle results only if the auxiliary blower have run briefly: When operating the Auxiliary blower is the hot coregas in the Riser pipe sucked up and in the auxiliary cooler cooled the necessary temperature. In the event of failure the auxiliary fan then sets by opening the Bypass valves the natural convection flow in the required direction (core downward flow) and quantity one.

Bei einem Startversagen der Hilfgebläse liegt die geforderte Temperaturdifferenz nicht vor. Die Bypassklappe und die Austrittsseite der Hilfsgebläse liegen auf der Druckseite der Hauptgebläse, so daß sich im Normalbetrieb eine kalte Rückwärtsströmung im NWA-Kreislauf mit einem Leckstrom ausbildet, da die einfach konstruierte Bypassklappe nicht absolut dicht ist. Selbst bei einer Unterbindung des Leckstroms ist eine genügende Aufheizung des Gases in der Steigleitung nicht gewährleistet. Dann kommt nach dem Öffnen der Bypassklappe die Naturkonvektionsströmung entgegen der gewünschten Richtung in Gang, wobei im Core eine Aufwärts durchströmung vorliegt, bei der im Kaltgasbereich liegende Einbauten durch Heißgas beschädigt werden.If the auxiliary fan fails to start the required temperature difference does not exist. The bypass valve and the outlet side of the Auxiliary blowers are on the pressure side of the Main blower so that in normal operation a cold reverse flow in the NWA cycle with a leakage current, because it's easy constructed bypass valve is not absolutely tight is. Even if the leakage current is prevented is sufficient heating of the gas in the riser is not guaranteed. Then comes after opening the bypass flap Natural convection flow against the desired one Direction in progress, with an upward in the core flow is present in the cold gas range horizontal installations can be damaged by hot gas.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Anordnung zu schaffen, mit der eine Naturkonvektionsströmung im NWA- Kreislauf mit Durchströmung des Cores in Abwärts richtung auf alle Fälle (auch bei einem Start versagen der Hilfsgebläse) sichergestellt werden kann.The object of the invention is therefore to create an arrangement with which a natural convection flow in the NWA Circuit with downward flow through the core direction in any case (even at a start failure of the auxiliary fan) can.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Nach wärmeabführung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gelöst, daß ein im fallenden Gasstrom des Fallrohres unterhalb des Kühlers angeordnetes Gasstrahlgebläse vorgesehen ist, das von außerhalb des Kernreaktors gespeist wird.This task is followed by an order heat dissipation according to the preamble of claim 1, solved in that a falling Gas flow from the downpipe below the cooler arranged gas jet blower is provided, which from the outside of the nuclear reactor is fed.

Mit Hilfe eines solchen von außen, insbesondere mittels Flaschengas bespeisten Gasstrahlgebläses, das im Fallrohr, insbesondere im unteren Bereich desselben angeordnet ist, kann im Fallrohr des NWA-Kreislaufs ein Sog erzeugt werden, der heißes Coregas in das Steigrohr treibt, und es ergibt sich damit die erforderliche Temperaturdifferenz zwischen Steig- und Fallrohr für eine natürliche Konvektion im gewünschten Sinne.With the help of such from the outside, in particular gas jet blower fed with cylinder gas, that in the downpipe, especially in the lower area it is arranged in the downpipe suction is generated in the NWA cycle, which drives hot coregas into the riser, and the required result Temperature difference between riser and downpipe for natural convection in the desired Senses.

Bei einer solchen Anordnung kann auf ein Hilfs gebläse verzichtet werden. Im allgemeinen wird jedoch ein Hilfsgebläse vorgesehen werden, mit dem die Wärme bei Ausfall der Hauptgebläse zu den Kühlern transportiert wird, so daß die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung als zusätz liches Sicherheitssystem für das Startversagen des Hilfsgebläse verwendet wird. Dieses Hilfs gebläse ist insb. auch wichtig für den druck entlasteten Reaktor, bei dem die Kühlung des Cores allein durch natürliche Konvektion unge nügend ist.With such an arrangement, an auxiliary blowers can be dispensed with. Generally speaking however, an auxiliary blower can be provided with which the heat in case of failure of the main fan is transported to the coolers so that the arrangement provided according to the invention as an additional safety system for starting failure of the auxiliary blower is used. This auxiliary blower is also particularly important for printing unloaded reactor, in which the cooling of the Cores alone by natural convection is sufficient.

Vorzugsweise ist im Fallrohr unterhalb des Gasstrahlgebläses ein pneumatisch zu betreibendes Ventil zur Absperrung des Kreislaufs oder zur Überbrückung des Hilfsgebläses vorgesehen. Dieses Ventil wird zweckmäßigerweise ebenfalls durch Flaschengas betätigt.Is preferably in the downpipe below the Gas jet blower a pneumatically operated Valve to shut off the circuit or Bridging of the auxiliary fan provided. This valve is also useful operated by bottled gas.

Weitere Besonderheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor; es zeigtFurther special features go from the following Description of an embodiment under Reference to the drawings; it shows

Fig. 1 den primären Kühlkreis mit NWA-Loop mit Hilfsgebläse eines Kernreaktors und Fig. 1 shows the primary cooling circuit with NWA loop with auxiliary fans of a nuclear reactor and

Fig. 2 die Konstruktion eines Absperr ventils zur Gebläseüberbrückung. Fig. 2 shows the construction of a shut-off valve for bypassing the blower.

Gemäß Fig. 1 wird ein Core 1 im Normalbetrieb (weiße Pfeile) von oben nach unten von Kühlgas durchströmt, das vom Hauptgebläse 2 in den Bereich über dem Core gedrückt wird. Die Wärme gibt das Kühlgas in einem Dampferzeuger 3 ab, der von unten nach oben durchströmt wird.Referring to FIG. 1, a Core 1 in normal operation (white arrows) from top to bottom is flowed through by cooling gas, which is pressed by the main blower 2 into the region above the core. The heat releases the cooling gas in a steam generator 3 , which is flowed through from bottom to top.

Bei Stillstand des Hauptgebläses 2 wird der NWA-Kreislauf durch das Hilfsgebläse 4 ange trieben, das heißes Coregas über das Steigrohr 5 in das Fallrohr 6 saugt, das im oberen Bereich einen Kühler 7 aufweist.When the main blower 2 is at a standstill, the NWA circuit is driven by the auxiliary blower 4 , which sucks hot coregas via the riser pipe 5 into the down pipe 6 , which has a cooler 7 in the upper region.

Bei Startversagen des Hilfsgebläses 4 wird mit dem Gasstrahlgebläse 8 im oberen Bereich des Fallrohres 6 durch kurz zeitige (wenige Minuten) Gaseinleitung die gewünschte Strömung im NWA-Kreislauf mit Durch strömung des Cores in Abwärtsrichtung (schwarze Pfeile) ausgelöst. Dieses Gasstrahlgebläse 8 wird mit Hilfe von Flaschengas aus Gasflaschen 9 kontrolliert durch ein Ventil 10 gespeist.If the auxiliary blower 4 fails to start, the gas jet blower 8 in the upper region of the downpipe 6 triggers the desired flow in the NWA circuit by briefly (a few minutes) introducing the core downwards (black arrows). This gas jet blower 8 is fed with the help of cylinder gas from gas cylinders 9 in a controlled manner through a valve 10 .

Das Gasstrahlgebläse besteht aus einem Injektor 8 a mit anschließender Mischkammer 8 b und Diffusor 8 c. Ein solches Gasstrahlgebläse wird im VDI-Forschungs heft Nr. 395 beschrieben.The gas jet fan consists of an injector 8 a with a subsequent mixing chamber 8 b and diffuser 8 c . Such a gas jet fan is described in VDI Research Booklet No. 395.

Der Wirkungsgrad des Gasstrahlgebläses 8 wird im wesentlichen durch das Verhältnis zwischen einzuspeisendem Gas (Treibgas) und mitgeris senem Gas (Sauggas) bestimmt. Durch die gezeigte Bespeisung aus Gasflaschen 9, in denen eine Speicherung mit hohem Druck möglich ist, kann ein Verhältnis zwischen Treib- und Sauggas von bis zu 1/10 erzielt werden. Dies wirkt sich günstig sowohl auf die Speichermenge aus als auch auf den Querschnitt der Bespeisungs leitung, die durch den Spannbetonbehälter gelegt wird. Damit kann auf einen Verdichter, der den Anforderungen eines Sicherheitssystems genügen müßte, verzichtet werden.The efficiency of the gas jet blower 8 is essentially determined by the ratio between the gas to be fed (propellant gas) and mitgeris senes gas (suction gas). Due to the feeding from gas bottles 9 shown , in which storage at high pressure is possible, a ratio between propellant and suction gas of up to 1/10 can be achieved. This has a favorable effect both on the amount of storage and on the cross-section of the feed line, which is placed through the prestressed concrete tank. A compressor that would have to meet the requirements of a safety system can thus be dispensed with.

Hinter dem Gasstrahlgebläse 8 befindet sich vor dem Hilfsgebläse 4 ein pneumatisch gesteuertes Ventil 11, das in Fig. 2 mehr im einzelnen gezeigt wird: Der Öffnungssteueranschluß 12 des über 11′ mit dem Fallrohr 6 verbundenen Ventils 11 ist über die Leitung 13 mit der Speiseleitung für das Gasstrahlgebläse 8 ver bunden: Sobald dem Gasstrahlgebläse Gas zugeführt wird, öffnet sich damit automatisch auch das Ventil 11 über 12′ zum Hauptkreis hin, so daß eine Fehlschaltung ausgeschlossen ist. Dieses pneumatische Ventil 11 ersetzt die in der Einleitung erwähnte Bypassklappe oberhalb des Hilfsge bläses 4.Behind the gas jet blower 8 is in front of the auxiliary blower 4, a pneumatically controlled valve 11 , which is shown in more detail in Fig. 2: The opening control connection 12 of the valve 11 connected to the downpipe 6 via 11 ' is via line 13 to the feed line for the gas jet blower 8 connected: As soon as the gas jet blower gas is supplied, the valve 11 automatically opens via 12 ' to the main circuit, so that an incorrect switching is excluded. This pneumatic valve 11 replaces the bypass flap mentioned in the introduction above the auxiliary fan 4 .

Dieses Ventil 11 kann vor dem Wiederanfahren der Anlage wieder geschlossen werden, indem Gas über die Leitung 15 und das Ventil 16 über den Anschluß 17 eingeleitet wird, das den Steuer kolben 18 in Schließstellung bringt. Während des normalen Reaktorbetriebes wird das Ventil durch den Überdruck im Kaltgasraum geschlossen und weitestgehend dichtgehalten. Das gleiche gilt für den NWA-Betrieb mit Hilfsgebläse. This valve 11 can be closed again before restarting the system by introducing gas via line 15 and valve 16 via connection 17 , which brings the control piston 18 into the closed position. During normal reactor operation, the valve is closed by the overpressure in the cold gas space and kept as tight as possible. The same applies to NWA operation with auxiliary fans.

Bei der gezeigten Anordnung sind drei Leitungen durch den Spannbetonbehälter zu legen, von denen die zwei Steuerleitungen nur einen sehr geringen Querschnitt besitzen. Die Zuleitung zum Gasstrahlgebläse muß der Anlage entsprechend ausgelegt werden. Ihr Querschnitt liegt aber in jedem Fall unter dem Durchmesser einer Brenn elementkugel.In the arrangement shown there are three lines through the prestressed concrete container, from which the two control lines only one very have a small cross-section. The supply line to the gas jet blower must correspond to the system be interpreted. But their cross section lies in any case under the diameter of a focal element ball.

Mit der gezeigten Anordnung wird bei Ausfall der Gebläse eine Naturkonvektionsströmung mit in Abwärtsrichtung durchströmtem Core sicher gestellt, wobei keine äußere Energie (Notstrom aggregat, Batteriestrom etc.) erforderlich ist, da die für den Betrieb des Gasstrahlgebläses notwendige Energie in Form von Druck in den Vorratsflaschen vorliegt. Die Bedienung ist äußerst einfach und im Störfall von Hand durch führbar durch simple Ventilöffnungen.With the arrangement shown, in the event of failure the fan has a natural convection flow downward flowing core provided, with no external energy (emergency power genset, battery power etc.) required is there for the operation of the gas fan necessary energy in the form of pressure in the Storage bottles are available. The service is extremely easy and by hand in the event of a fault feasible through simple valve openings.

Claims

1. Arrangement for post-heat dissipation for a high-temperature nuclear reactor with a vertically arranged riser connected to the lower core area for receiving the hot gas and an adjoining, also vertically arranged downpipe, in which the gas flows from top to bottom, the downpipe in its upper part is provided with a cooler and leads to an outlet provided with a shut-off valve which is actuated from outside the nuclear reactor, characterized by a gas jet blower ( 8 ) arranged in the falling gas stream of the downpipe ( 6 ) below the cooler ( 7 ) , which is fed from outside the nuclear reactor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by a pneumatically controlled valve ( 11 ) as a shut-off valve.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the gas jet fan ( 8 ) and / or the shut-off valve ( 11 ) are to be operated with bottled gas.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by an auxiliary blower ( 4 ) which is arranged at the end of the fall pipe below the gas jet blower ( 8 ), and an embodiment of the shut-off valve ( 11 ), which the auxiliary blower ( 4 ) in one Operating position bridged and the gas flow leads to the valve outlet.