DE4203138A1 - Kuehlvorrichtung fuer den kern eines druckwasserkernreaktors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Kühl­ vorrichtung eines Druckwasserkernreaktors, die es ermög­ licht, das Abkühlen des Kerns im Fall eines Störfalls oder Unfalls, der sich durch das Auftreten eines Lecks im Primär­ kreis des Reaktors äußert, zu verbessern. Druckwasserkern­ reaktoren weisen einen Kern auf, der aus Brennelement­ kassetten besteht, die im Reaktorbehälter angeordnet sind, wobei der Reaktorbehälter im Betrieb mit unter Druck stehendem Kühlwasser gefüllt ist.

Die Kühlung des Kernreaktors erfolgt durch die Umwälzung des unter Druck stehenden Wassers in einem Primärkreis, der ver­ schiedene Kühlkreise aufweist, die mit dem Innenvolumen des Reaktorbehälters verbunden sind. Jeder dieser Kühlkreise weist einen Dampferzeuger auf, in dem das aufgeheizte, unter Druck stehende Wasser, das in Kontakt mit dem Reaktorkern steht, in einem Primärteil eines Dampferzeugers zirkuliert und das Aufheizen und Verdampfen von Speisewasser bewirkt, wobei das unter Druck stehende Wasser sich durch Wärmetausch mit dem Speisewasser im Dampferzeuger abkühlt.

Jeder der Kühlkreise des Primärkreises weist zusätzlich zum Dampferzeuger eine Primärpumpe auf, die die Umwälzung des unter Druck stehenden Wassers in dem Kreis und in den Rohr­ leitungen, die einen geschlossenen Kreis bilden, in den der Reaktorbehälter, der Dampferzeuger und die Primärpumpe ein­ gefügt sind, gewährleistet. Insbesondere verbindet eine die­ ser Rohrleitungen, die auch kalter Zweig genannt wird, die Auslaßseite der Primärpumpe mit dem Reaktorbehälter und gewährleistet somit die Einführung des abgekühlten Druck­ wassers in diesen Behälter. Das in den Behälter über den kalten Zweig eingeführte Druckwasser zirkuliert in Kontakt mit den Brennelementkassetten des Kerns und wärmt sich auf, bevor es den Behälter durch ein zweites Rohrleitungssystem oder einen zweiten heißen Zweig verläßt, der an den Primär­ teil des Dampferzeugers angeschlossen ist.

Der Primärteil des Dampferzeugers kann mit der Ansaugseite der Primärpumpe über ein Rohrleitungssystem verbunden sein, das Zwischenzweig genannt wird.

Der Primärteil des Dampferzeugers weist einen durch eine Trennwand in zwei Teile geteilten Wasserkasten und ein Rohrbündelauf, in deren Inneren das Druckwasser zirkuliert. Der Wasserkasten verteilt das erhitzte, mit dem Kern in Kontakt stehende Wasser, das in den Dampferzeuger über den heißen Zweig gelangt ist, auf das Innere der Rohre des Bündels und fängt das abgekühlte Druckwasser nach dessen Zirkulation in den Tauscherrohren wieder auf. Der Teil des Wasserkastens, der das Auffangen des abgekühlten Wassers gewährleistet, kann an die Saugseite der Primärpumpe über einen Zwischenzweig angeschlossen sein. Dieser Zweig des Wasserkastens kann ebenfalls unmittelbar mit der Saugseite der Primärpumpe in Verbindung stehen, die in den Wasser­ kasten integriert sein kann.

Der Dampferzeuger kann ein Rohrbündel aufweisen, das aus gebogenen Rohren besteht, die zwei vertikale Zweige auf­ weisen oder durch gradlinige Rohre in vertikaler bzw. hori­ zontaler Ausrichtung. Die Kühlvorrichtung des Reaktors kann eine variable Anzahl von Kühlzweigen, beispielsweise drei oder vier Zweige aufweisen. Die Gesamtzahl der Dampferzeu­ ger, der Primärpumpen oder Verbindungszweige zur Verbindung dieser Komponenten untereinander und mit dem Reaktorbehälter kann ebenfalls variieren. Im Fall eines unnormalen Betriebs des Kernreaktors und insbesondere bei einem defektbehafteten Betrieb der Kühlvorrichtung wird das Sicherheitssystem des Reaktors verwendet, um die Kernreaktion im Kern zu stoppen. Dieses Sicherheitssystem weist im allgemeinen eine Gruppe von Neutronen absorbierenden Elementen auf, deren Einfallen in den Kern in eine maximale Einführposition ausgelöst wird. Es ist ebenfalls erforderlich, den Kern ständig nach dem Stoppen der Kernreaktion zu kühlen, um das Abgleiten der Restleistung zu ermöglichen, die von den Spaltprodukten freigesetzt wird.

Um eine gute Abkühlung des Kerns zu erhalten, die notwendig ist, um die Sicherheit der Einrichtung zu gewährleisten, muß verhindert werden, daß der Pegel des Kühlmittels des Reak­ tors, der aus einer Emulsion besteht, das heißt, einer Mischung aus Druckwasser und Dampfblasen, im Behälter nicht derart sinkt, daß er einen Teil der Brennelementkassetten nicht mehr bedeckt, deren Schutzhüllen das Spaltmaterial umhüllen, so daß diese Hüllen in dem freigelegten Teil sich in Kontakt mit einer Phase befinden, die ausschließlich aus Wasserdampf besteht.

Das Aufrechterhalten des Kontaktes des Kerns als Ganzen mit einer Kühlmittelphase in Form einer Emulsion und nicht aus­ schließlich mit Dampf, muß gewährleistet sein, selbst wenn die Primärpumpen angehalten worden sind. Bei einem Störfall oder Unfall des Reaktors besteht die Gefahr, daß die Primär­ pumpen ausfallen und außerstande sind, die Zirkulation des Primärfluids zu gewährleisten, auf Grund des Ausfalls der elektrischen Speisung, eines elektrischen oder mechanischen Fehlers oder eines bewußten Anhaltens durch eine automati­ sche oder manuelle Betätigung im Moment eines Stopps. Die Zirkulation des Kühlfluids in dem Primärkreis erfolgt nicht mehr als aufgezwungene Umwälzung, sondern lediglich auf Grund des Naturumlaufs, der sich aus der statischen Höhe des Fluids, den Temperaturen in den verschiedenen Teilen des Primärkreises und den Druckverlusten auf Grund des Durch­ satzes des zirkulierenden Druckwassers ergeben.

Unter den Bedingungen eines Betriebs im Naturumlauf wird eine Bedeckung und ausreichende Kühlung des Reaktorkerns nicht immer gewährleistet.

Bei einem schweren Unfall, der zu einem großen Leck im Primärkreis führt, kann es zu einem praktisch vollständigen Entleeren des Primärkreises und insbesondere des Reaktor­ behälters je nach Ausbildung des Lecks innerhalb einer sehr kurzen Zeit kommen, so daß es bei schwersten Unfällen zur totalen Unterbrechung eines Zweiges des Primärkreises kommt. Daraus folgt eine sehr schnelle Freilegung des Reaktorkerns in großem Umfang.

Die gefährlichste Unterbrechung, die eine Störung der Kern­ kühlung und ein Aufheizen des Kernbrennstoffs betrifft, ist das Abtrennen eines kalten Zweiges. Sobald ein Auslaufen des Primärkreises auftritt, was zu einer Druckminderung dieses Kreises führt, geht ein Sicherheitseinspritzsystem des Reak­ tors in Betrieb, das aus unter Druck stehenden Kühlfluid­ speichern und Pumpen bestehen kann, und das das Einspritzen großer Mengen von Wasser in den Primärkreis als Ersatz für das durch das Leck entleerte Wasser gewährleistet. Dabei ist im Falle eines Bruchs eines kalten Zweiges die Wiederauf­ füllgeschwindigkeit des Kerns mit dem eingespritzten Kühl­ fluid durch den hydraulischen Widerstand begrenzt, der sich der Zirkulation des Kühlfluids auf dem Weg durch den Reak­ torkern, die Dampferzeuger, die Primärpumpe und das Leck des Primärkreises entgegensetzt. Dieser hydraulische Widerstand basiert zum großen Teil auf der Präsenz der Primärpumpe, die sich im Stillstand befindet und deren Rotor blockiert sein kann. Dieser Widerstand stellt ungefähr 75% des Gesamt­ widerstandes auf dem Weg des Kühlwassers dar. Zu diesem von der Pumpe, deren Rotor blockiert ist, hervorgerufenen Wider­ stand addiert sich ein Druckverlust auf Grund der Zirkula­ tion des vom Kern in Richtung auf das Leck fließenden Was­ serdurchsatzes. Dieser hydraulische Widerstand und bestimmte Druckverluste beschränken somit die Wiederauffüllgeschwin­ digkeit des Reaktorkerns.

Beim Auftreten eines Lecks im Primärkreis mit einer geringe­ ren Größe als der totale Bruch eines Zweiges, und wenn sich dieses Leck durch eine Leckrate äußert, die durch das Ein­ spritzsystem des Reaktors nicht mehr durch Einspritzen der flüssigen Phase des Kühlfluids kompensiert werden kann, äußert sich das Defizit zwischen der eingespritzten Wasser­ menge und der durch das Leckauslaufenden Wassermenge in einem progressiven Entleeren der oberen Teile des Primär­ kreises, während die Primärpumpen angehalten sind.

Bei einem Kernreaktor, dessen Primärkreis einen Zwischen­ zweig in Form eines U zwischen dem Primärteil des Dampfer­ zeugers und der Ansaugseite der Primärpumpe aufweist, kann ein Absenken des Kühlfluidniveaus im Reaktorbehälter und ein Freilegen des Kerns im Fall der Bildung eines Lecks im kal­ ten Zweig des Primärkreises erfolgen. In diesem Fall weist der Zwischenzweig ausgehend vom Dampferzeuger einen fallen­ den Teil, daran anschließend einen etwa horizontalen Teil und schließlich einen aufsteigenden Teil auf, der mit der Ansaugseite der Primärpumpe verbunden ist. Während der Wasserpegel den absteigenden Teil des Zwischenzweiges er­ reicht, erfolgt jedes Absenken dieses Pegels zusammen mit einem gleichzeitigen Absenken des Kühlwasserpegels im Behälter durch Ausgleichen der statischen Höhen der Flüssig­ keit, die in den unteren Teilen des Primärkreises vorliegen. Wenn der Flüssigkeitspegel den unteren horizontalen Bereich des U-förmigen Zwischenzweiges erreicht, kann der obere Teil des Kerns freigelegt sein. Bei einem U-förmigen Zwischen­ zweig, dessen unterer Punkt, der durch den horizontalen Bereich gebildet wird, sich auf dem Niveau des Kernes befin­ det, erfolgt beim Auftreten eines Lecks in dem kalten Zweig eine Freilegung des Kerns, dessen Wiederauffüllen auf Grund des Vorhandenseins unter Druck stehenden Dampfes im Behälter und im Primärkreis nicht leicht zu bewerkstelligen ist. Bislang sind keine Kühlvorrichtungen eines Druckwasserkern­ reaktorkerns bekannt, die beim Auftreten eines Lecks im Primärkreis vollständig befriedigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für den Kern eines Druckwasserreaktors vorzuschlagen, der einen aus Brennelementkassetten bestehen­ den Kern aufweist, wobei die Kühlvorrichtung mindestens einen Primärkühlzweig aufweist mit einem Dampferzeuger, mit einem Primärteil, in dem das Druckwasser zirkuliert und der mit dem Behälter über eine Zuleitung von unter Druck stehen­ dem aufgeheizten Wasser, das in Kontakt mit dem Reaktorkern steht, verbunden ist, die heißer Zweig genannt wird, eine Primärpumpe zum Umwälzen des Druckwassers in dem Zweig, dessen Ansaugseite mit der Primärseite des Dampferzeugers verbunden ist, und wobei die Auslaßseite des Dampferzeugers an eine Leitung angeschlossen ist, die kalter Zweig genannt wird, die wiederum zur Rückführung des Druckwassers in den Behälter mit diesem verbunden ist, wobei diese Kühlvorrich­ tung in gewissen Maße das Freilegen des Kerns im Fall des Auftretens eines Lecks im Primärkreis verhindern kann und die das Wiederauffüllen des Kerns nach dem Auftreten eines Lecks erleichtern kann.

Zur Erfüllung dieser Aufgabe weist die Vorrichtung ferner mindestens eine Leitung auf, die den Primärteil am Ausgang des Dampferzeugers mit dem kalten Zweig verbindet unter Umgehung der Primärpumpe, an der ein mechanisches Rückhalte­ organ derart angeordnet ist, daß es einem Wasserfluß in der Richtung von dem kalten Zweig zum Dampferzeuger einen sehr großen hydraulischen Widerstand und dem Druckwasserfluß in der entgegengesetzten Richtung einen kleinen hydraulischen Widerstand entgegensetzt.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird im folgenden ein nicht einschränkend zu verstehendes Ausfüh­ rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung des Kerns eines Druckwasserkernreaktors mit Bezug auf die Figur beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den Behälter und einen Kühlzweig eines Druckwasser­ kernreaktors.

Der Kernreaktor weist einen Behälter 1 auf, in dem der Kern 2, bestehend aus den Brennelementkassetten, angeordnet ist.

Der in der Figur dargestellte und allgemein mit 3 bezeich­ nete Kühlkreis weist einen Dampferzeuger 4, eine Primärpumpe 5 und eine "heißer Zweig" genannte Leitung großen Durchmes­ sers 6 auf, die das Innenvolumen des Behälters 1 mit einem Primärteil des Dampferzeugers 4 verbindet, eine Leitung gro­ ßen Durchmessers 7, die kalter Zweig genannt wird und die die Auslaßseite der Primärpumpe 5 mit dem Innenvolumen des Behälters 1 verbindet, und eine Leitung großen Durchmessers 8, die Zwischenzweig genannt wird und einen Primärteil des Dampferzeugers 4 mit der Ansaugseite der Primärpumpe 5 ver­ bindet.

Das Kühlfluid des Reaktors besteht aus Druckwasser, das den Kern von unten nach oben in vertikaler Richtung (Pfeil 10) durchquert und sich bei der Berührung mit den Brennelement­ kassetten, deren Kühlung es bewirkt, erwärmt und den Behäl­ ter 1 über den heißen Zweig 6 verläßt.

Der Dampferzeuger 4 weist einen Primärteil auf, der durch einen Wasserkasten 12 gebildet wird, der durch eine Trenn­ wand 13 in zwei Teile 12a und 12b getrennt ist und mit einem Bündel Tauscherrohre 14 versehen ist.

Die Rohre des Bündels 14 sind in ihrem oberen Teil gekrümmt und bilden ein U mit zwei gradlinigen vertikalen Zweigen zu beiden Seiten des gekrümmten Bereiches.

Die gradlinigen Zweige eines jeden Rohres des Bündels 14 sind an ihren Enden auf einer Rohrplatte 15 befestigt, die den oberen Teil des Wasserkastens 12 bildet. Die Rohre des Bündels 14 durchqueren die Rohrplatte 15 durch Öffnungen, die im Innenraum des Wasserkastens 12 münden. Eines der Enden eines jeden Rohres mündet in dem Teil 12a des Wasserkastens 12 und das andere Ende in dem Teil 12b.

Das Speisewasser, dessen Aufheizen und Verdampfen durch thermischen Kontakt mit dem unter Druck stehenden Kühlwasser des Kerns durch die Wände der Tauscherrohre des Bündels 14 gewährleistet ist, wird in die Hülle des Dampferzeugers eingeführt, so daß es mit der äußeren Oberfläche der Rohre des Bündels 14 in Kontakt kommt. Der in dem Generator 4 gebildete Dampf wird im oberen Teil des Dampferzeugers abgelassen und zur Turbine der Kernreaktoranlage geschickt.

Das in Kontakt mit dem Reaktorkern aufgeheizte und durch den heißen Zweig 6 transportierte Druckwasser dringt in den Teil 12a des Wasserkastens 12 ein, in dem das Druckwasser in die Eingangsenden der Rohre des Bündels 14 verteilt wird. Das Druckwasser zirkuliert anschließend im Inneren der Rohre des Bündels 14, um in dem Teil 12b des Wasserkastens 12 zu münden.

Das in dem Teil 12b des Wasserkastens rückgewonnene, durch den thermischen Kontakt mit dem Speisewasser abgekühlte Wasser wird aus dem Teil 12b über den Zwischenzweig 8 abge­ lassen. Die Primärpumpe 5 sorgt für die Zirkulation des Druckwassers in dem Kreis, wobei dieses Druckwasser in den Zwischenzweig 8 eingesogen und mit leicht erhöhtem Druck in den kalten Zweig 7 gepumpt wird.

Das Druckwasser wird über den kalten Zweig 7 ins Innere des Reaktorbehälters 1 zurückgeführt und durch einen Teil der inneren Aufbauten des Behälters 1 so kanalisiert, daß es zum unteren Teil des Kerns geführt wird.

Der Zwischenzweig 8 ist U-förmig und weist ausgehend von dem Teil 12b des Wasserkastens 12 des Dampferzeugers bis zur Primärpumpe 5 einen absteigenden vertikalen Zweig 8a, einen horizontalen Zweig 8b und einen vertikalen aufsteigenden Zweig 8c auf.

Der horizontale Zweig 8b, der den niedrigsten Punkt des Zwischenzweiges 8 und der Anordnung des Kühlkreises 3 bildet, befindet sich auf einem Pegel 17, der in etwa dem Pegel des mittleren Bereiches des Kerns 2 des Reaktors entspricht.

Erfindungsgemäß weist der Kreis 3 der Kühlvorrichtung des Reaktors eine Leitung 18 auf, die unter Umgehung des Zwischenzweiges 8 und der Primärpumpe 5 auf dem Kühlkreis 3 angeordnet ist.

Die Leitung 18, die eine Überbrückung des Zwischenzweiges 8 und der Primärpumpe 5 darstellt, steht mit einem ihrer Enden mit dem Teil 12b des Wasserkastens und mit ihrem anderen Ende mit dem kalten Zweig 7 etwas stromab des Austrittsendes der Primärpumpe 5 in Verbindung.

Die Leitung 18 ist vollständig oberhalb der horizontalen Ebene angeordnet, die die Achsen der Teile der heißen Zweige (wie zum Beispiel 6) und der kalten Zweige (wie zum Beispiel 7), die mit dem Behälter 1 des Reaktors verbunden sind, be­ inhaltet. Die Leitung 18 weist somit keine niedrig gelegene Stelle auf, die unterhalb der Achsen der heißen und kalten Zweige des Primärkreises angeordnet ist.

Ein mechanisches hydraulisches Rückhalteorgan 20 ist in die Leitung 18 eingebaut.

Das hydraulische Rückhalteorgan 20, das aus einer Klappe oder einem gesteuerten Ventil bestehen kann, wie später erläutert wird, stellt der Zirkulation des Druckwassers in der Richtung ausgehend von dem kalten Zweig 7 zum Teil 12b des Wasserkastens 12 einen sehr großen hydraulischen Wider­ stand entgegen und in der umgekehrten Richtung von dem Teil 12b des Wasserkastens zum kalten Zweig 7 hin einen kleinen hydraulischen Widerstand.

Das hydraulische Rückhalteorgan 20 kann vollkommen passiv konzipiert sein in Form einer Rückhalteklappe, die der Zir­ kulation des Wassers in Richtung ausgehend von dem kalten Zweig 7 zum Wasserkasten 12 einen praktisch unendlichen Widerstand entgegensetzt.

Bei normaler Funktionsweise des Kernreaktors liegt die bewegliche Schließklappe gegen ihren Sitz an, der mit der Rohrleitung 18 fest verbunden ist, auf Grund des Druckunter­ schiedes des Kühlwassers zu beiden Seiten der Pumpe 5.

Andererseits äußert sich ein Störfall oder Unfall im Primär­ kreis des Reaktors durch einen Druckabfall des kalten Zwei­ ges 7 und einen Stopp der Primärpumpe 5, so daß der Flügel der Klappe 20 aus seinem Sitz gehoben wird, derart, daß er den Durchgang des Druckwassers in der Leitung 18 unter Umge­ hung des Zwischenzweiges 8 und der Primärpumpe 5 ermöglicht.

Die hydraulische Rückhaltevorrichtung 20 kann ebenfalls aus einer Klappe bestehen, deren passiver Betrieb identisch dem oben beschriebenen ist, wenn ein Leck im Primärkreis zusam­ men mit dem Stopp der Pumpe auftritt, und die bei Normal­ betrieb des Kühlkreises des Kernreaktors zu deren Schließung unterstützt wird. Die Vorrichtung zur Unterstützung des Schließens der Klappe wird außer Betrieb gesetzt, wenn die Primärpumpe infolge eines Störfalls oder Unfalls angehalten wird.

Die elektrisch gesteuerte Unterstützungsvorrichtung kann nur außer Betrieb gesetzt werden, wenn die Primärpumpe nicht gespeist wird.

Ferner könnte das mechanische Organ 20 ebenfalls aus einem Steuerventil bestehen, das während des normalen Betriebs des Kühlkreises in geschlossener Stellung gehalten wird und dessen Öffnung gesteuert wird, wenn ein Leck im Primärkreis und ein Stopp der Primärpumpe 5 auftreten.

Vorzugsweise weist die Leitung 18 einen Innendurchmesser zwischen 300 und 350 mm auf.

Der hydraulische Widerstand der Vorrichtung 20 bei deren Öffnung in der Durchflußrichtung vom Wasserkasten aus zum kalten Zweig ist vorzugsweise ein Zehntel des hydraulischen Widerstandes der Primärpumpe, während diese nicht mit Strom gespeist ist und deren Rotor somit blockiert ist.

Um den Zweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung verständ­ licher zu machen, wird im folgenden der Betrieb der Kühlvor­ richtung des Reaktors für den Fall eines Unfalls beschrie­ ben, der zum Auftreten eines großen Lecks im kalten Zweig des Kühlkreises führt und für den Fall, daß ein Unfall zu einem kleinen Leck im kalten Zweig führt, dessen Leckrate nicht durch Sicherheitseinspritzvorrichtungen des Kern­ reaktors kompensiert werden kann.

Wenn sich ein Bruch oder Riß in dem Auftreten eines großen Lecks im kalten Zweig des Kühlkreises äußert, kann dieser Bruch ein vollständiges Abbrechen des kalten Zweiges bedeu­ ten, so daß das Kühlwasser im Primärkreis und im Reaktorbe­ hälter fast vollständig und sehr schnell nach dem Auftreten des Lecks entleert sein kann.

Das Sicherheitseinspritzsystem des Reaktors wird automatisch in Betrieb genommen, wenn der Druck im Primärkreis unterhalb eines vorbestimmten Wertes sinkt. Die Primärpumpe 5 stoppt automatisch oder wird manuell durch Unterbrechung ihrer Speisung angehalten. Wie weiter oben beschrieben, ist die Rückhaltevorrichtung 20 in der Lage, den Durchgang von Druckwasser in der Leitung 18 zuzulassen, die unter Umgehung des Zwischenzweiges 8 und der Primärpumpe 5 angeordnet ist.

Somit wird der Durchgang von Druckwasser verhindert, das von dem Beälter 1 kommt und in dem Dampferzeuger 4 abgekühlt wird, in den Zwischenzweig 8 gelangt und durch die Pumpe 5 fließt, deren hydraulischer Widerstand im angehaltenen Zustand hoch ist.

Somit wird der Druckverlust bei der Zirkulation des Druck­ wassers beträchtlich vermindert. Der hydraulische Druck auf dem Weg vom Kern 2 des Reaktors, der in dem Behälter 1 ange­ ordnet ist, bis zum Leck in dem kalten Zweig 7, kann um einen Faktor 4 reduziert werden.

Man kann somit einen hohen Kühlfluiddurchsatz erzielen, der das Wiedereintauchen und Kühlen des Kerns ermöglicht. Es bleibt zu bemerken, daß während des normalen Betriebs des Reaktors das Druckwasser, das in dem Kreis 3 zirkuliert, dessen Druck im kalten Zweig 7 höher als der Druck im Teil 12b des Wasserkastens des Dampferzeugers ist, nicht in der Leitung 18 zirkulieren kann, da der hydraulische Widerstand der Rückhaltevorrichtung 20 in der Richtung von dem kalten Zweig aus zum Wasserkasten sehr groß bzw. unendlich groß ist.

Das Druckwasser kann in der Leitung 18 nicht in der Richtung vom Wasserkasten aus zum kalten Zweig 7 fließen, wenn dessen Druck im kalten Zweig 7 größer ist. Die Leitung 18 zur Umge­ hung der Kühlvorrichtung nach der Erfindung ist somit nicht in der Lage, den normalen Betrieb des Reaktors zu verändern. Wenn ein Unfall zur Bildung eines kleinen Lecks im kalten Zweig des Primärkreises führt und die Leckrate des Druck­ wassers, das aus dem Leck austritt, jedoch zu groß ist, um durch die Sicherheitseinspritzorgane des Kernreaktors kom­ pensiert zu werden, wie oben erläutert, dann kann das Defi­ zit zwischen dem eingespritzten Durchsatz und dem Durchsatz durch das Leck zu einem Absinken des Kühlwasserpegels füh­ ren, derart, daß die oberen Teile des Primärkreises nicht mehr mit unter Druck stehendem Kühlwasser in Kontakt stehen und nachdem die Primärpumpen zum Zeitpunkt des Auftretens des Lecks angehalten worden sind, die Zirkulation des Kühl­ fluids durch den Naturumlauf erfolgt.

Die hydraulische Schließvorrichtung 20 kann sich öffnen und Druckwasser kann in der Umgehungsleitung 18 zwischen dem Wasserkasten 12 und dem kalten Zweig 7 zirkulieren.

Die direkte Verbindung des Wasserkastens 12 mit dem kalten Zweig 7 über die Leitung 18 ermöglicht es gleichzeitig, den U-förmigen Zwischenzweig 8 und die Primärpumpe 5 kurzzu­ schließen.

Somit wird ein Absinken des Wasserpegels im Primärkreis verhindert, der zu einer Freilegung des Kerns 2 des Reaktors bis zum Pegel 17 und des untersten Teils 8b des Zwischen­ zweiges 8 oder noch tiefer führen kann.

Die Druckwasserzirkulation zwischen dem Wasserkasten und dem kalten Zweig über die Umgehungsleitung 18 ermöglicht es, zu verhindern, daß ein statisches Gleichgewichtsniveau sich unterhalb des Pegels des kalten Zweiges 7 des im Behälter enthaltenen Wassers und des Wassers im Kühlkreislauf des Primärkreises ausbildet.

Ferner kann der Dampf, der sich im Behälter des Reaktors gebildet hat, leicht über die Umgehungsleitung 18 und den kalten Zweig 7 in Richtung auf das Leck des kalten Zweiges abgelassen werden.

Somit wird ein umfangreiches Freilegen des Reaktorkerns ver­ hindert, während man gleichzeitig das Wiederauffüllen des Kerns nach dem Auftreten eines Lecks im Primärkreis erleich­ tert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit, für den Fall eines großen oder kleinen Lecks im kalten Zweig des Primärkreises und für den Fall, daß die Primärpumpen nicht verfügbar sind, das Freilegen des Kerns stark zu begrenzen oder zu verhindern, insbesondere dann, wenn die Kühlkreise des Primärkreises einen Zwischenzweig in Form eines U auf­ weisen, und es wird eine erhebliche Anhebung der Geschwin­ digkeit des Wiederauffüllens des Kerns ermöglicht, unabhän­ gig von der Konfiguration des Primärkreises. Außerdem ermög­ licht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, die Bedingungen, unter denen das Abkühlen des Kerns in allen Stör- bzw. Un­ fällen, bei denen die Primärpumpen nicht verfügbar sind, ohne daß Lecks im Primärkreis auftreten, zu verbessern. Man erhält somit einen wesentlichen Zugewinn des hydraulischen Widerstands in den Kreisen des Primärkreises, in dem die Primärpumpen kurzgeschlossen werden, wobei dieser Gewinn dazu führen kann, daß der hydraulische Widerstand um einen Faktor 4 vermindert wird.

Außerdem ist, wenn die Kühlvorrichtung des Reaktors sich im Normalbetrieb befindet und die Primärpumpen die Zirkulation des Fluids in den verschiedenen Kreisen des Primärkreises bewirken, der Druck in dem kalten Zweig stromab der Pumpe um mehrere Bar größer als der Druck im Ausgangsbereich des Was­ serkastens des Dampfgenerators. Die Anwesenheit der hydrau­ lischen Rückhaltevorrichtung in der Umgehungsleitung ermög­ licht es, jeden Kühlwasserfluß zwischen dem kalten Zweig und dem Wasserkasten zu unterbinden, so daß der Durchsatz in der Umgehungsleitung 18 gleich Null ist.

Während das Kühlwasser im Kreis des Primärkreises sich im Naturumlauf befindet, wenn kein Leck im Primärkreis auf­ tritt, wird die Kühlung des Kerns wesentlich durch die er­ findungsgemäße Vorrichtung verbessert, da der Wärmetauscher, der eine Kältequelle im Primärkreis darstellt, nie mit dem Fluid kurzgeschlossen wird, das aus dem Reaktorkern stammt. Das Kühlfluid aus dem Behälter dringt in den Dampferzeuger ein, in dem es abgefüllt wird und anschließend in den kalten Zweig über die Umgehungsleitung mit einem reduzierten Druck­ verlust und einem gegebenenfalls hohen Durchsatz geführt wird.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben beschrie­ bene Ausführungsbeispiel.

So kann zum Beispiel das Ende der Umgehungsleitung der Pri­ märpumpe, das dem kalten Zweig gegenüberliegt, nicht nur mit dem Wasserkasten des Dampferzeugers verbunden sein, sondern ebenfalls mit dem oberen Teil des Zwischenzweiges oder an einem beliebigen Punkt des Zwischenzweiges, solange die Aus­ legung dieses Zweiges nicht zu einer Freilegung des Kerns führt, wenn ein kleines Leck im kalten Zweig des Kühlkreises auftritt.

In jedem der Kühlkreise kann eine einzige Umgehungsleitung der Primärpumpe mit großem Durchmesser oder im Gegensatz dazu mehrere Leitungen mit kleinerem Durchmesser, die parallelangeordnet sind, daß sie die Primärpumpe umgehen, angeordnet sein.

Die Erfindung findet Verwendung bei Druckwasserkernreaktoren mit einer beliebigen Anzahl an Kühlkreisen, deren Konfigura­ tion unterschiedlich sein kann. Die Kühlkreise können Zwischenzweige aufweisen, die den Wasserkasten mit der Primärpumpe verbinden, oder auch nicht.

Die Erfindung findet bei allen Druckwasserkernreaktoren Verwendung, die einen Reaktorbehälter und Kühlkreise außerhalb des Behälters aufweisen.

Claims (10)

1. Kühlvorrichtung für den Kern eines Druckwasserkernreak­ tors mit einem Behälter (1), in dem der aus Brennelement­ kassetten bestehende Reaktorkern (2) angeordnet ist, wo­ bei die Kühlvorrichtung mindestens einen primären Kühl­ kreis (3) mit einem Dampferzeuger (4), der einen Primär­ teil (12, 14) aufweist, in dem Druckwasser zirkuliert, und der an den Behälter (1) über eine Zuführleitung (6) für in Kontakt mit dem Reaktorkern (2) aufgeheiztes Druckwasser, die heißer Zweig genannt wird, und eine Pri­ märpumpe (5) zum Umwälzen des Druckwassers in dem Kreis (3), deren Ansaugseite mit dem Primärteil des Dampf­ erzeugers (4) verbunden ist und deren Auslaßseite an eine Leitung (6) angeschlossen ist, die kalter Zweig genannt wird, die wiederum mit dem Behälter (1) zur Rückführung des Druckwassers in den Behälter verbunden ist, aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine Leitung (18), die den Primärteil des Dampferzeugers (4) mit dem kalten Zweig (7) verbindet und so angeordnet ist, daß die Primärpumpe (5) umgangen wird und in der ein mechanisches Druckwasserrückhalteorgan (20) angeordnet ist, derart, daß dieses einen sehr großen hydraulischen Widerstand gegenüber der Wasserzirkulation in der Richtung aufweist, die von dem kalten Zweig (7) zum Dampferzeuger (4) gerichtet ist und einen geringen hydraulischen Widerstand der Druckwasserzirkulation in der entgegengesetzten Rich­ tung entgegenstellt.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Rückhalteorgan (20) ein passives Organ wie zum Beispiel eine Rückhalteklappe ist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückhalteorgan eine Klappe aufweist, deren Schließstellung durch eine Unterstützung während des Normalbetriebs des Reaktors erfolgt, während die Primär­ pumpe (5) in Betrieb ist und die zu ihrer Öffnung während eines Störfalls passiv betrieben wird, während die Primärpumpe (5) steht.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltevorrichtung (20) aus einem Steuerventil besteht.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für einen Kernreaktor, der in jedem seiner Kühlkreise (3) einen Zwischenzweig (8) aufweist, der den Primärteil des Dampferzeugers (4) mit der Ansaugseite der Primärpumpe (5) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (18) in dem Kühlkreis (3) unter Umgehung des Zwischen­ zweiges (8) und der Primärpumpe (5) angeordnet ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (18) an ihrem dem kalten Zweig (7) entgegengesetzten Ende mit dem Wasserkasten (12) des Dampferzeugers angeschlossen ist, der ein Primärteil dieses Dampferzeugers (4) bildet.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (18) mit ihrem dem kalten Zweig (7) entgegengesetzten Ende mit dem Zwischenzweig (8) ver­ bunden ist.

8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine einzelne Umgehungsleitung (18) für jeden der Kühlkreise (3), deren Innendurchmesser zwischen 300 und 350 mm beträgt.

9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Leitungen (18) für jeden Kühlkreis (3) des Primärkreises, die parallel zueinander und unter Umgehung der Primärpumpe (5) ange­ ordnet sind.

10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (18) vollständig oberhalb einer Horizontal ebene angeordnet ist, die die Achsen der Teile der heißen Zweige (6) und der kalten Zweige (7) enthält, die mit dem Behälter (1) des Reaktors verbunden sind.