DE3719062A1 - Anordnung zur kuehlung einer kernkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung einer Kernkraftanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kühlung einer Kernkraftanlage der vorgenannten Art zu ent­ wickeln, durch welche bei ernsten Reaktorausfällen, die durch den Verlust der äußeren Kühlung des Kerns im Reaktor­ druckgefäß verursacht werden, das Reaktorgebäude geschützt wird und die Auswirkungen solcher Betriebsausfälle klein ge­ halten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zur Kühlung einer Kernkraftanlage vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merk­ male hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung ist also die Kernkraftanlage mit einer äußeren selbstnachfüllenden Kühleinrichtung versehen, in der vorzugsweise kaltes Wasser verwendet wird. Zu der Kühlein­ richtung gehört im wesentlichen ein äußerer Wasserbehälter mit einer zum Reaktorgebäude führenden Rohrleitung und einer an diese Rohrleitung angeschlossene Ventilvorrichtung, die eine umgekehrte Öffnungsfunktion für die passive (selbstä­ tige) Zufuhr von Kühlmittel hat.

Anhand dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Kernkraftanlage im Schnitt mit einer Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine druckabhängige selbstöffnende Ventilvorrichtung im Schnitt zur Verwendung in der Anordnung gemäß der Erfindung.

Im Falle sehr ernster Betriebsstörungen in einer Kernkraft­ anlage, wie sie zum Beispiel durch den Ausfall der äußeren Kühlung des Kerns im Reaktorgefäß verursacht werden können, kann es zu einer Kernschmelze und folglich zu einer Zerstö­ rung des Reaktorgefäßes kommen. Die Schmelze rinnt dann nach unten auf den Boden im unteren Teil des Reaktorgebäudes (containment), welches jedoch mit Wasser gefüllt sein kann. Um das Reaktorgebäude zu schützen und den Schaden klein zu halten, kann ein Kühlmittel, vorzugsweise kaltes Wasser, passiv (selbstätig) mit Hilfe einer Ventilvorrichtung mit umgekehrter Öffnungsfunktion zugeführt werden. Die Ventil­ vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer nachgiebig an­ geordneten zerbrechbaren Scheibe oder dergleichen mit einer umgekehrten Öffnungsfunktion, was bedeutet, daß das Ventil öffnet, wenn die an ihm wirkende Druckdifferenz kleiner wird. Wenn die zerbrechbare Scheibe zerbricht, kann das zu­ geführte Wasser derart verteilt werden, daß es aktiv an der Kühlung des Wärme erzeugenden Bettes auf dem Boden des Reak­ torgebäudes teilnimmt.

Fig. 1 zeigt die Anordnung eines Wärme erzeugenden Kerns 6, der infolge seiner Eigenschaft ständig Wärme abgibt und in einem wassergefüllten Reaktordruckgefäß angeordnet ist, in welchem ebenfalls ein Kopfraum vorhanden sein kann. Das Re­ aktordruckgefäß 5 ist mit Sicherheitsventilen 7 versehen und in einem drucksicheren und fast gasdichten Reaktorgebäude 1 (containment) mit einem Deckel 2 untergebracht. Gewisse Druckgefäße können auch aus zwei größeren Teilräumen 3, 4 be­ stehen, die annähernd gasdicht voneinander getrennt sind.

Im Falle sehr ernster Betriebsstörungen in einer Kernkraft­ anlage, wie sie zum Beispiel durch den Verlust der äußeren Kühlung des Kerns 6 und mittelbar des Reaktordruckgefäßes verursacht werden können, wird das Wasser in dem Reaktor­ druckgefäß 5 in den Teilraum 3 geleitet und es kommt zu ei­ ner Aufheizung des Kerns 6. Die Aufheizung des Kerns 6 kann ein solches Maß erreichen, daß der Kern 6 schmilzt und da­ durch eine Zerstörung des Bodens des Druckgefäßes 5 ein­ tritt. Der geschmolzene Kern rinnt dann aus dem Gefäß 5 aus und gelangt schließlich auf den Boden des unteren Teilraums 4 des Reaktorgebäudes 1, welcher Teilraum mit Wasser gefüllt sein kann. Während dieser Auslaufphase steigt der Druck im Reaktorgebäude 1 schnell an, soweit dies nicht bereits wäh­ rend des vorausgegangenen Ablaufes der Betriebsstörung der Fall gewesen ist.

Um sicherzustellen, daß das Reaktorgebäude seine Funktion erfüllen kann und um die Folgen eines Betriebsausfalles auf das Reaktorgebäude möglichst klein zu halten, kann ein Kühl­ mittel, vorzugsweise kaltes Wasser, in passiver Weise dem Teilraum 4 mit Hilfe einer Ventilvorrichtung 8 mit umgekehr­ ter Öffnungsfunktion zugeführt werden.

Die Ventilvorrichtung 8, welche vorzugsweise im unteren Teilraum 4 angeordnet ist, besteht aus einer nachgiebig an­ geordneten zerbrechbaren Scheibe 11 oder dergleichen mit ei­ ner umgekehrten Öffnungsfunktion, das heißt sie zerbricht, wenn die auf die zerbrechbaren Scheibe wirkende Druckdiffe­ renz kleiner wird. An die Ventilvorrichtung 8 ist eine Rohr­ leitung 10 angeschlossen, die mit einer Flüssigkeit, vor­ zugsweise Wasser gefüllt ist. Die Rohrleitung 10 ist an einen Vorratsbehälter 9 angeschlossen, der diese Flüssigkeit enthält. Der Vorratsbehälter 9 mit dem Wasserspiegel 9′ kann gegenüber der Atmosphäre offen sein und auf einem hohen Ni­ veau angeordnet sein, oder er kann geschlossen sein, wobei in diesem Falle der darin herschende Druck vorzugsweise größer als der atmosphärische Druck ist.

Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Druck innerhalb der Ventilvorrichtung 8 größer als außerhalb, das heißt als in dem Teilraum 4. Wenn die auf die Ventilvorrichtung 8 wir­ kende Druckdifferenz bis auf einen bestimmten vorgewählten Wert abgesunken ist, beispielsweise als Folge eines Druckan­ stieges im Teilraum 4, wird die zerbrechbare Scheibe 11 in­ folge ihrer umgekehrten Öffnungsfunktion zerbrechen, und die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 9 wird in das Reaktorge­ bäude 1 strömen solange die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter 9 und dem Reaktorgebäude 1 dies erlaubt.

Zusätzlich zu der zugeführten Flüssigkeit, welche das Reak­ torgebäude 1 nachfüllt, kann die Flüssigkeit in einer sol­ chen Weise verteilt werden, daß sie aktiv an der Kühlung des wärmeerzeugenden Bettes am Boden des Reaktorgebäudes 1 teil­ nimmt. Das Bett kann aus festen Partikeln, Krustenmaterial oder Schmelze bestehen, eventuell aus einer Mischung solcher Bestandteile. Die einströmende Flüssigkeit kann zusätzlich in einer Weise verteilt werden, daß sie bestimmte empfindli­ che Ausrüstungsteile, die sich in dem Bett oder in seiner Nähe befinden, schützt und kühlt.

Es kann auch vorgesehen werden, daß die zerbrechbare Scheibe in der Ventilvorrichtung durch aktiven Eingriff zum Zerbre­ chen gebracht wird, indem der Druck in der Ventilvorrichtung kurzfristig reduziert wird, zum Beispiel mittels einer wei­ teren Ventilvorrichtung.

Eine geeignete Ausführungsform einer Ventilvorrichtung 8 ist detaillierter in Fig. 2 dargestellt. Die äußeren druckauf­ nehmenden Flächen bestehen aus einer zerbrechbaren Scheibe 11, einem nachgiebigen Teil 12, zum Beispiel einem Balgen, und einem Gehäuse 13, in welchem der Balgen und die zer­ brechbare Scheibe 11 angeordnet sind. Um die zerbrechbare Scheibe 11 aufzuschneiden oder zu zerbrechen, wird ein scharfer Gegenstand 14 verwendet, zum Beispiel eine Messer­ einrichtung, welche sich auf dem Gehäuse 13 mittels Streben 15 abstützt. Wenn die Druckdifferenz sinkt, beispielsweise infolge eines Anstiegs des äußeren niedrigeren Druckes, dann wird das nachgiebige Teil 12, zum Beispiel eine Feder, zu­ sammengepreßt und die Messereinrichtung 14 bewirkt ein Auf­ schneiden oder Zerbrechen der zerbrechbaren Scheibe 11.

Claims (6)

1. Anordnung zur Kühlung einer Kernkraftanlage, zu der ein Reaktorkern, ein Reaktordruckgefäß und ein Reaktorgebäude gehören, für den Fall eines Ausfalls der normalerweise vor­ handenen äußeren Kühlung des Kernes im Reaktordruckgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühl­ einrichtung (9, 10) an das Reaktorgebäude (1) angeschlossen ist, welche Kühleinrichtung selbsttätig Kühlmittel, zum Bei­ spiel kaltes Wasser, dem Reaktorgebäude (1) zuzuführen ver­ mag in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem zu­ zuführenden Kühlmittel und dem Druck im Reaktorgebäude (1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die angeschlossene Kühleinrichtung (9, 10) einen Vorratsbehälter (9) mit Kühlmittel enthält, welches dem Reaktorgebäude (1) über eine Rohrleitung (10) zugeführt wird, wobei das Kühlmittel an dem Verbindungspunkt mit dem Reaktorgebäude (1) unter Druck steht, beispielsweise dadurch, daß der Vorratsbehälter (9) im Verhältnis zum Reak­ torgebäude (1) auf einem höheren Niveau angeordnet ist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ven­ tilvorrichtung (8) an die Kühleinrichtung (9, 10) angeschlos­ sen ist, welche so beschaffen ist, daß sie mit einer umge­ kehrten Öffnungsfunktion arbeitet zur selbsttätigen (passi­ ven) Einspeisung von Kühlmittel in das Reaktorgebäude (1) derart, daß die Ventilvorrichtung (8) sich öffnet, wenn die Druckdifferenz an der Ventilvorrichtung (8) unter einen be­ stimmten Wert sinkt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilvorrichtung (8) innerhalb des Reaktorgebäudes (1) angeordnet ist und an die Kühleinrich­ tung (9, 10) angeschlossen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilvorrichtung (8) vorzugsweise aus einer zerbrechbaren Scheibe (11) besteht, die in einer nachgiebigen (12) und druckdichten Weise an ein Verbindungs­ teil (13) für das Kühleinrichtung (9, 10) angeschlossen ist, und daß eine Einrichtung (14, 15) zur Brechung der zer­ brechbaren Scheibe (11) an dem Verbindungsteil (13) befe­ stigt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilvorrichtung (8) so beschaffen ist, daß sie sich durch Zerbrechen der zerbrechbaren Scheibe (11) öffnet, wenn der Druck im Reaktorgebäude (1) ansteigt und die Druckdifferenz gegenüber dem Druck des Kühlmittels in dem Verbindungsteil (13) absinkt.