DE3711480A1 - Nuclear reactor with emergency cooling - Google Patents
Nuclear reactor with emergency coolingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen notkühlbaren Kernreaktor mit einem Hauptbehälter, der die Brenn- und Regelelemente sowie den Primärkreislauf einschließlich der Wärmetauscher und Anschlüsse für den Sekundärkreislauf enthält.The invention relates to an emergency coolable nuclear reactor with a main container that holds the fuel and control elements as well as the primary circuit including the Heat exchangers and connections for the secondary circuit contains.
Nach der automatischen Abschaltung infolge eines Versagens in diesen kühlenden Kreisläufen ist bekanntlich ein Wärmestau durch die abklingende Reaktion unvermeidlich, der primäres Kreislaufmedium, etwa Leichtwasser oder flüssiges Natrium, freisetzt, wobei der stählerne Hauptbehälter schmelzen und radioaktives Fluid entweichen kann.After automatic shutdown due to failure is known in these cooling circuits a heat build-up due to the decaying reaction inevitable, the primary circulating medium, such as light water or liquid sodium, releases, the steel Melt the main container and escape the radioactive fluid can.
Um diesen Wärmestau zu begrenzen, ist es aus DE-OS 28 24 293 bekannt, zwischen Hauptbehälter und Berstschutz eine für das primäre Kühlmedium teilweise durchlässige feuerfeste Zustellung einzubauen, deren durchlässige dem Hauptbehälter zugekehrte Schicht aus keramischem Faservlies besteht. Bei einem Brechen oder Durchschmelzen des Hauptbehälters saugt sich diese Schicht mit dem Primärmedium, etwa flüssigem Natrium, voll, wodurch der Wärmeübergang zur Stahlhaut des Berstschutzes vergrößert und die Übertemperatur aus dem Wärmestau vermindert werden soll. Dann jedoch sind bereits erhebliche und auch gefährliche Schäden eingetreten, besonders durch das von den Brennstäben abschmelzende Material.To limit this heat build-up, it is from DE-OS 28 24 293 known, between the main container and burst protection one for the primary cooling medium partially to install permeable refractory delivery, whose permeable layer facing the main container consists of ceramic fleece. In the event of a break or melting of the main container sucks this layer with the primary medium, such as liquid Sodium, full, which causes the heat transfer to the steel skin of the burst protection enlarged and the excess temperature from the Heat build-up should be reduced. Then, however already considerable and dangerous damage occurred, especially by that of the fuel rods melting material.
Um das zu verhindern, wird erfindungsgemäß die Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs vorgeschlagen. Der vom Boden des Hauptbehälters abzweigende Notauslauf leitet die Schmelze aus diesem in wenigstens ein abnehmbares Notauffangbecken, das als Gießform benutzt werden kann, so daß das wiedererstarrte Brennstab-Material herausgenommen und aufgearbeitet werden kann, besonders wenn nach Anspruch 2 der Notauslauf über einen strahlengeschützten Sammelbehälter in mehrere Notauffangbecken mündet und die erwähnte Zustellung den Notauslauf, den Sammelbehälter und die Notauffangbecken mit umfaßt und von innen nach außen zusammengesetzt ist aus je einer Schicht von amorphem Kohlenstoff, Mg-Al-Spinelltonerde und Hohlkorund, vorübergehend wärmebelastbar bis etwa 2400°C.To prevent this, the combination according to the invention proposed the features of the main claim. The emergency spout branching off from the bottom of the main container conducts the melt out of it in at least a removable emergency catch basin that serves as a casting mold can be used so that the solidified Fuel rod material removed and refurbished can be, especially if, according to claim 2, the emergency exit via a radiation-protected collection container flows into several emergency catch basins and the mentioned Delivery of the emergency spout, the collecting container and the emergency catch basin with covers and from the inside is composed of a layer of amorphous carbon, Mg-Al spinel alumina and hollow corundum, temporarily heat-resistant up to about 2400 ° C.
Stattdessen könnte ein einzelnes großes für den gesamten Hauptbehälter bemessenes Notauffangbecken auf einem Wagen am oberen Ende einer Gleisrampe vorgesehen sein, die mit etwas Gefälle in einem Stollen verläuft. Durch eine Hydraulik oder eine auf das Absinken des Wagenkastens in der Federung im Lösungssinne reagierende Bremse wird erreicht, daß nach einem Störfall der Wagen die Kernschmelze aufnimmt und dann in das strahlungssichere untere Stollenende fährt, auch wenn durch den Störfall alle elektrisch betätigten Regelmechanismen ausgefallen sein sollten. Instead, a single could be great for the whole Main container sized emergency catch basin on a trolley be provided at the top of a track ramp that runs with a slight slope in a tunnel. By a hydraulic or one on sinking of the car body reacting in the suspension in the sense of solution Brake is achieved after an accident the car picks up the meltdown and then into that radiation-safe lower stud end moves, even if due to the accident, all electrically operated control mechanisms should have failed.
In Verbindung damit sorgt in Weiterbildung der Erfindung ein Mantel aus Kühlwasserrohren zwischen der Zustellung und dem Berstschutz dafür, daß die im Störfall freiwerdende Restwärme den Beton des Berstschutzes nicht beschädigen kann. Die entsprechende Schutzfunktion zwischen der Zustellung im Stollen und dem fahrbaren Notauffangbecken besorgt ein quer zur Rampe angeordnetes Kühlluftsystem.In connection with this, further development of the invention ensures a jacket of cooling water pipes between the infeed and the burst protection for ensuring that the Residual heat does not damage the concrete of the burst protection can. The corresponding protective function between delivery in the tunnel and the mobile one An emergency catch basin is provided by one arranged across the ramp Cooling air system.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.The invention is illustrated in the figures Exemplary embodiments explained further.
Fig. 1 zeigt schematisch im Axialschnitt den Anschluß des Hauptbehälters zu Notauffangbecken Fig. 1 shows schematically in axial section the connection of the main container to the emergency catch basin
Fig. 2 zeigt den Hauptbehälter, ergänzt um den Berstschutz und die fahrbare Version eines Notauffangbeckens Fig. 2 shows the main container, supplemented by the burst protection and the mobile version of an emergency catch basin
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht zu Fig. 2, senkrecht geschnitten und Fig. 3 shows a side view of Fig. 2, cut perpendicularly and
Fig. 4 den Regelkreislauf zu Fig. 2 und Fig. 3. Fig. 4 shows the control circuit of FIG. 2 and FIG. 3.
Unter der Deckelpartie 6 (Fig. 1) des stählernen Hauptbehälters 5 ist in bekannter nicht dargestellter Weise die Brenn- und Regelelementanordnung 7 fixiert, mitsamt dem Primärkreislauf einschließlich der Wärmetauscher (nicht dargestellt), welche in Einlaßstutzen 8 und Auslaßstutzen 9 für das sekundäre Kühlfluid münden. Under the lid section 6 ( Fig. 1) of the steel main container 5 , the fuel and control element arrangement 7 is fixed in a known manner, not shown, together with the primary circuit including the heat exchanger (not shown), which open into inlet nozzle 8 and outlet nozzle 9 for the secondary cooling fluid .
Vom untersten Bodenbereich des Hauptbehälters 5 zweigen erfindungsgemäß Notausläufe 10 für etwa heruntergeschmolzene Kernmasse ab und münden über Sammelbehälter 11 in Notauffangbecken 12, welche über Schnellverschlüsse 13 unter den Sammelbecken 11 befestigt sind und zur Entnahme der erkalteten Kernschmelze abgenommen werden können.From the lowermost bottom portion of the main container 5 branches according to the invention Notausläufe 10 for about royalty molten core crowd and open via header 11 in Notauffangbecken 12 which are attached via quick-release fasteners 13 below the reservoir 11 and can be removed for removal of the cooled core melt.
Alle genanntenTeile sind ausgekleidet mit einer mehrschichtigen feuerfesten Zustellung, bestehend von innen nach außen aus amorphen Kohlenstoff 1, Mg-Al-Spinell 2, Tonerde 3 und Hohlkorund 4. Der amorphe Kohlenstoff hat die höchste thermische Belastbarkeit, bis etwa 3000°C, und wird getragen von der thermisch besser isolierenden Spinell-Schicht 2, die bis 2135°C belastbar ist und abgestützt wird durch die feste Tonerdeschicht 3, belastbar bis 2050°C, welche mindestens unterhalb des Deckelbereichs 6 auf einer thermisch hoch isolierenden aber porösen Hohlkorundschicht 4 sitzt, welche durch die Tonerdeschicht 3 gegen das Eindringen von Kernschmelze geschützt und immerhin noch thermisch belastbar ist bis 2050°C.All of the parts mentioned are lined with a multilayer refractory lining consisting of inside to outside of amorphous carbon 1 , Mg-Al spinel 2 , alumina 3 and hollow corundum 4 . The amorphous carbon has the highest thermal resilience, up to about 3000 ° C, and is supported by the thermally better insulating spinel layer 2 , which is resilient up to 2135 ° C and is supported by the solid alumina layer 3 , resilient up to 2050 ° C, which sits at least below the lid area 6 on a thermally highly insulating but porous hollow corundum layer 4 , which is protected by the alumina layer 3 against the ingress of meltdown and is still thermally resilient up to 2050 ° C.
Mit 14 sind Verschlußschieber in den Notausläufen 10 bezeichnet, welche im Betrieb geschlossen sind und dort Wärmeverluste aus dem Hauptbehälter 5 verhindern. Wenn diese Schieber im Störfall nicht mehr geöffnet werden, schmelzen sie durch, so daß auf jeden Fall die Ableitung der Kernschmelze gewährleistet ist. Bleiziegel 15 auf den Notausgängen 10, den Sammelbehältern 11 und den Notauffangbecken 12 sorgen dort für Strahlenschutz, und stützen sich auf keramische Träger 17, wobei wärmeisolierende Luftpolster 16 entstehen. With 14 slider in the emergency spouts 10 are designated, which are closed during operation and prevent heat loss from the main container 5 there . If these valves are no longer opened in the event of a malfunction, they melt through, so that the meltdown is guaranteed in any case. Lead bricks 15 on the emergency exits 10 , the collecting containers 11 and the emergency catch basin 12 provide radiation protection there and are based on ceramic carriers 17 , with heat-insulating air cushions 16 being produced.
Fig. 2 zeigt den Deckel 6 des stählernen Hauptbehälters 5 und die in bekannter nicht dargestellter Weise vorhandenen Brenn- und Regelelementanordnungen 7. FIG. 2 shows the lid 6 of the steel main container 5 and the fuel and control element arrangements 7 that are available in a known manner, not shown.
Die nachstehende Erläuterung und Beschreibung bezieht sich auf die zusätzliche Isolierung des außerhalb des Behälters 5, 6 befindlichen Berstschutzes 37, beispielsweise bei einem Druckwasser- oder Siedewasserreaktor. Ein mehrschichtiger und zu Fig. 1 bereits beschriebener Isolierwandaufbau 1-4 wird auf der Rückseite mittels einer Wasserrohrkühlwand 38 im Störfall gekühlt. Bei normalem Betrieb wird in diesem Zwillingskühlsystem a) und b) der Kühlwand 38 lediglich ein Kühlmittel langsam zirkulierend gehalten mit Pumpe 28, damit ein Kühlmittelfluß jederzeit ohne Lunker, Leckagen und Verstopfungen gewährleistet ist, wenn er im Störfall benötigt wird.The explanation and description below relates to the additional insulation of the burst protection 37 located outside the container 5, 6 , for example in the case of a pressurized water or boiling water reactor. A multilayer insulating wall structure 1 - 4 , which has already been described in relation to FIG. 1, is cooled on the rear side by means of a water pipe cooling wall 38 in the event of a fault. In normal operation, in this twin cooling system a) and b) the cooling wall 38 only a coolant is slowly circulated with the pump 28 , so that a coolant flow is guaranteed at all times without voids, leaks and blockages when it is needed in the event of a malfunction.
Aus Sicherheitsgründen ist dieser Kühlmittelfluß unterteilt in zwei Kreisläufe a) und b). Die nach außen führenden Anschlüsse sind mit a′ und b′ gekennzeichnet.For safety reasons, this coolant flow is divided into two circuits a) and b). The connections leading to the outside are marked with a ' and b' .
Im Reaktorboden befindet sich ein Notauslauf 10, durch den der geschmolzene Reaktorkern dann in ein Notauffangbecken 18 gelangen kann. Es ist verfahrbar auf dem Gleiswagen 34 und hat die gleiche Innenisolierauskleidung 1-4 wie der Berstschutz 37. Das Notauffangbecken 18 jedoch ist, da es beweglich gehalten sein soll, zu kühlen über Luft, welche bei Öffnung 19 mit 20°C eintritt und bei Öffnung 20 austritt. Hier wird dann die später anfallende Kernschmelze abgekühlt.In the reactor floor there is an emergency outlet 10 through which the molten reactor core can then reach an emergency catch basin 18 . It can be moved on the track wagon 34 and has the same inner insulation lining 1 - 4 as the burst protection 37 . The emergency catch basin 18, however, since it is to be kept movable, is to be cooled via air which enters at opening 19 at 20 ° C. and exits at opening 20 . This is where the meltdown that occurs later is cooled.
Fig. 3 zeigt in Seitenansicht diese Kernreaktoranlage mit Kuppel 21 sowie den verschiedenen darunter befindlichen Einbauten 22 für die Steuerungen und sonstigen notwendigen Einrichtungen dieser Anlage. Fig. 3 shows a side view of this nuclear reactor plant with dome 21 and the various internals 22 located below for the controls and other necessary facilities of this plant.
Hier ist auch in der Übersicht der Notauslauf 10 in der Fundamentplatte 23 ersichtlich.Here you can also see the overview of the emergency spout 10 in the foundation plate 23 .
Unterhalb des Reaktors ist ein Stollen 24 vorgesehen, in welchem sich das verfahrbare Notauffangbecken 18 befindet. Nachdem die Kernschmelze dort aufgefangen worden ist, wird es mittels eines Hydraulikzylinders 25 (bevorzugt über Wasserdruck) beaufschlagt, der dann über eine schräge Ebene in Pfeilrichtung 26 das gefüllte Notauffangbecken gegen Pos. 18′ transportiert. Hier bleibt nunmehr das Becken stehen, und die hier vorgesehenen Öffnungen 19′, 20′ übernehmen dann die weitere Luftkühlung und Abkühlung des Kernschmelzinhaltes in dem Notauffangbecken 11′.A tunnel 24 , in which the movable emergency catch basin 18 is located, is provided below the reactor. After the meltdown has been collected there, it is acted upon by a hydraulic cylinder 25 (preferably via water pressure), which then transports the filled emergency catch basin against item 18 ' over an inclined plane in the direction of arrow 26 . Here now the basin remains, and the openings provided here 19 ', 20' then take over the further air cooling and cooling of the meltdown content in the emergency catch basin 11 ' .
Wesentlich ist, daß diese Entsorgung ohne menschliches Zutun erfolgt und ohne störanfällige Aggregate.It is essential that this disposal without human To do so and without failure-prone aggregates.
In Fig. 4 ist der prinzipielle Steuerungsablauf, der selbständig gestartet wird, dargestellt.In Fig. 4 shows the basic control flow is started independently, is shown.
Das Kühlmantelsystem 38, hier am Beispiel des Kühlmitteleintritts a′ dargestellt, funktioniert in der Weise, daß über zwei Pumpen 27, 27′ und zwei Kondensatoren K, K′ der Kühlkreislauf dann aktiviert wird, wenn dieser Störanfall eintritt. Beim Normalbetrieb ist praktisch keine Wärme abzuführen, und eine oder mehrere kleine Pumpen 28 halten einen Kreislauf aufrecht, um eine ständige Überwachung der Funktionsfähigkeit zu ermöglichen.The cooling jacket system 38 , shown here using the example of the coolant inlet a ' , works in such a way that the cooling circuit is activated via two pumps 27, 27' and two condensers K, K ' when this disturbance occurs. During normal operation, there is practically no heat to be dissipated and one or more small pumps 28 maintain a circuit in order to enable constant monitoring of the functionality.
Im Störfall wird die im Zwischenraum 30 befindliche (Fig. 2) Druckmeßdose 39 mit Wärme beaufschlagt. Diese Druckmeßdose 39 hat eine Verbindung mit einem Membranschalter M, welcher einen elektrischen Kontakt über den Schalter 31 im Störfall einleitet. Dieses erfolgt dadurch, daß ein Druckgas, beispielsweise Stickstoff, durch Erhitzen sein Volumen erhöht und somit diesen Kontakt 31 auslöst.In the event of a fault, the ( Fig. 2) pressure cell 39 located in the intermediate space 30 is subjected to heat. This pressure cell 39 has a connection to a membrane switch M , which initiates an electrical contact via the switch 31 in the event of a fault. This is done in that a compressed gas, for example nitrogen, increases its volume by heating and thus triggers this contact 31 .
Kontrolleinrichtungen 32 prüfen während des normalen Betriebs die Funktionsfähigkeit dieser Einrichtung. Der Schalter 31 gibt die Spannung einer Batterie B frei. Diese Batterie startet die Notstromaggregate N. Die Notstromaggregate betätigen sodann die Hauptpumpen 27, 27′. Jetzt erfolgt die Kühlung über den Kondensator K, K′ und das Rückschlagventil 35, welches den Widerstand der kleinen Pumpe 28 überbrückt. Dieses gleiche System ist parallel vorgesehen für den Kühlkreislauf 38 mit dem Rohrbindungssystem a und b. Auch kann die Druckmeßdose 39 ebenfalls mehrfach angeordnet werden, wobei beschriebene Systeme 31, 32 und B ebenfalls parallel vorhanden sind.Control devices 32 check the functionality of this device during normal operation. The switch 31 releases the voltage of a battery B. This battery starts the emergency generator N. The emergency generators then operate the main pumps 27, 27 ' . Now cooling takes place via the capacitor K, K ' and the check valve 35 , which bridges the resistance of the small pump 28 . This same system is provided in parallel for the cooling circuit 38 with the pipe binding system a and b . The load cell 39 can also be arranged several times, with the systems 31, 32 and B described also being present in parallel.
Nachdem nun nach einer gewissen Zeit sich der Inhalt des geschmolzenen Kerns in das Notauffangbecken 18 ergossen hat und damit zu rechnen ist, daß keine weitere Schmelze mehr nachfließt, wird der Hydraulikzylinder 25 über Wasserdruck betätigt und das Notauffangbecken 18 in Richtung 26 in die Pos. 18′ transportiert. Der Wasserdruck selber wird verursacht entweder durch ein Wasserdruckpumpensystem oder durch einen weiter entfernt liegenden Anschluß F, der im Notfall auch von den Druckwasserpumpen der Feuerwehr bedient werden kann. Um sicherzustellen, daß dieses System dauernd entlüftet und unter einem geringen statischen Wasserdruck steht, ist ein Behälter W vorgesehen, der bei Undichtigkeiten jeweils Wasser nachfließen läßt. Dieser Behälter W wird durch ein Kontrollsystem 33 während normaler Betriebsabläufe kontrolliert und überwacht, damit er stets funktionsbereit ist. After the content of the molten core has poured into the emergency catch basin 18 after a certain time and it can be expected that no further melt will flow in, the hydraulic cylinder 25 is actuated by water pressure and the emergency catch basin 18 in the direction 26 into position 18 ' Transported. The water pressure itself is caused either by a water pressure pump system or by a more distant connection F , which can also be operated by the fire brigade's pressure water pumps in an emergency. In order to ensure that this system is constantly vented and is under a low static water pressure, a container W is provided which allows water to flow in the event of leaks. This container W is checked and monitored by a control system 33 during normal operating procedures so that it is always ready for operation.
Die auf Fig. 4 beschriebenen Steuerungseinrichtungen sind in einem separaten Raum getrennt vom üblichen Kontrollraum der Kernreakoranlage untergebracht und üblicherweise unzugänglich zu halten.The control devices described in FIG. 4 are housed in a separate room separate from the usual control room of the nuclear reactor system and are usually to be kept inaccessible.
Stattdessen könnte der Gleiswagen 36 mit einer Radbremse ausgerüstet sein, welche (nicht dargestellt) über einen Fühler durch das Absinken des Wagenkastens in der Federung gelöst wird, sobald die Schmelze ausgeflossen ist. Das obere Ende der Gleisrampe im Tunnel 26 müßte dann schräg sein.Instead, the track wagon 36 could be equipped with a wheel brake, which (not shown) is released via a sensor by the lowering of the wagon body in the suspension as soon as the melt has flowed out. The upper end of the track ramp in tunnel 26 should then be slanted.
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1987
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: FLEISCHMANN, WERNER, 6000 FRANKFURT, DE WOLF, GERT |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |