DE60028164T2 - Druckentlastungsvorrichtung für einen Kernreaktorbehälter - Google Patents

Druckentlastungsvorrichtung für einen Kernreaktorbehälter Download PDF

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    • G21CNUCLEAR REACTORS
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckunterdrückungs- oder Druckentlastungsvorrichtung und insbesondere auf eine Druckentlastungsvorrichtung, die in einer Reaktorhülle in einem Kernkraftwerk verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • 1 ist ein Querschnitt, der eine herkömmliche Reaktorhülle zeigt. In dieser Reaktorhülle 1 wird ein Reaktorbehälter 3, der einen Reaktorkern 2 mit Kernbrennstoff zur elektrischen Stromerzeugung umfasst, von Sockeln 4 getragen. Die Reaktorhülle 1 ist weiter mit einer von den Sockeln 4 umgebenen unteren Druckkammer 5, einer den Reaktorbehälter 3 umgebenden oberen Druckkammer 6 und Entlastungskammern 9 ausgestattet, die von Trennböden 7 definiert werden und Entlastungsbecken 8 darin aufweisen.
  • Die untere Druckkammer 5 und die obere Druckkammer 6 sind beide über Verbindungsrohre 10 und Belüftungsrohre 11 gekoppelt und dadurch unter Wasser mit den Entlastungsbecken 8 in der Entlastungskammer 9 verbunden. Eine Vielzahl von Druckkammerkühlern 12, die in der Lage sind, innerhalb der unteren Druckkammer 5 und der oberen Druckkammer 6 im regulären Betriebsmodus einen gekühlten Zustand beizubehalten, sind als Druckentlastungsvorrichtung angeordnet.
  • Jeder Druckkammerkühler 12 umfasst eine Druckkammerkühleinheit 15 und ein Gebläse 16 als Zirkulator. Die Druckkammerkühleinheit 15 umfasst ein Gehäuse 14 und Kühlschlangen 13. Kühlwasser wird verwendet, um die Kühlschlangen 13 zu kühlen, und Luft innerhalb der unteren Druckkammer 5 und der oberen Druckkammer 6 wird in das Gehäuse 14 geführt. Insbesondere wird Druck im Gehäuse 14 vom Gebläse 16 verringert, indem ein Druckunterschied realisiert wird, und dadurch wird eine Luftzirkulation durch das Gehäuse 14 erzeugt. Die so erzeugte Luftzirkulation führt Luft in das Gehäuse 14 und die eindringende Luft wird von den Kühlschlangen 13 gekühlt. Die gekühlte Luft wird dann durch Leitungen 17 und Dumper 18 in die untere Druckkammer 5 und die obere Druckkammer 6 zirkuliert.
  • Das Kühlwasser im Entlastungsbecken 8 wird von einer Restwärme-Entfernungspumpe 20 in eine Restwärme-Entfernungsleitung 19 gepumpt und der Wärmeaustausch des Kühlwassers wird von einem Restwärme-Entfernungswärmetauscher 21 durchgeführt. Sprühköpfe 22 sprühen das gekühlte Wasser zurück in das Entlastungsbecken 8. Dieses Kühlsystem kühlt die Reaktorhülle 1 im Hochtemperatur- oder Hochdruckzustand.
  • Bei der herkömmlichen Reaktorhülle 1, die so aufgebaut ist, wird im Falle eines Unfalls mit Kühlmittelverlust (LOCA: loss of coolant accident: ein Unfall, bei dem Kühlmittel in dem Reaktorbehälter 3 ausläuft) eine große Menge einer Fluidmischung mit z.B. Gasen, Dampf und Wasser einer hohen Temperatur in der unteren Druckkammer 5 und der oberen Druckkammer 6 erzeugt. In diesem Fall wird die Mischung zum Kühlwasser im Entlastungsbecken 8 der Entlastungskammer 9 geführt und dadurch wird ein Druckanstieg in der Reaktorhülle 1 verhindert.
  • Wenn jedoch der oben dargestellte Unfall (LOCA) weitergeht und das Kühlsystem für eine längere Zeitdauer betrieben wird, wird die Gasphase, die ein nicht kondensierbares Gas enthält, von dem in der Reaktorhülle 1 gespeicherten Wasser unter Druck gesetzt, und dies kann zu einem Druckanstieg in der Reaktorhülle 1 führen.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, kann der Druckkammerkühler 12 verwendet werden, um den Druck zu entlasten. D.h., dass Luft in der unteren Druckkammer 5 und in der oberen Druckkammer 6 effizient gekühlt werden kann und Wärme aus dem Reaktorbehälter 3 nach außen ausgestoßen werden kann.
  • Genauer gesagt kann Dampf im Gehäuse 14 kondensiert werden, indem Kühlwasser in die Kühlschlangen 13 im Druckkammerkühler 12 geströmt wird. Dementsprechend kann der Dampfdruck in der Reaktorhülle 1 verringert werden, indem der darin enthaltene Dampf in das Gehäuse 14 geführt wird.
  • Jedoch wird eine Stromversorgung 30, die ein Gebläse 16 im Druckkammerkühler 12 mit Strom versorgt, gewöhnlich nur im regulären Betriebsmodus betrieben und wird im Notfall automatisch gestoppt. Daher sammelt sich nicht kondensierbares Gas, wie z.B. anfänglich in der Reaktorhülle 1 eingeschlossener Stickstoff, von der dort ansteigenden Temperatur und Druck erzeugtes Wasserstoffgas und ähnliches allmählich im Gehäuse 14. Dadurch enthält das Gehäuse 14 eine große Menge an nicht kondensierbarem Gas. Dies verschlechtert die Wärmeaustauschleistung des Druckkammerkühlers 12 und der Anstieg des Dampfdrucks in der Reaktorhülle 1 kann nicht unterdrückt werden.
  • Ein Isolationskühler mit passivem Kühlbetrieb in einer Kernreaktordruckschale ist in der Veröffentlichung EP 0 460 805 A1 offenbart.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben genannten Umstände gemacht worden, und soll die oben genannten Probleme lösen. Insbesondere ist der Zweck der vorliegenden Erfindung jener, eine Druckentlastungsvorrichtung für eine Reaktorhülle bereitzustellen, die in der Lage ist, es einer Druckkammerkühleinheit im Notfall zu erlauben, den Dampfdruck in der Reaktorhülle zu verringern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Druckentlastungsvorrichtung bereit, umfassend: einen Reaktorbehälter, in dem Kernbrennstoff untergebracht ist, eine Reaktorhülle, in der der Reaktorbehälter untergebracht ist und die einen Druckkammerraum definiert; einen Druckkammerkühler, der ein Fluid wie z.B. Gase, Flüssigkeiten, Dampf, Wasser oder Mischungen im Druckkammerkühler kühlt, um so den Druck im Druckkammerraum zu entlasten; einen Zirkulator, der Fluid im Druckkammerraum in den Druckkammerkühler führt; und eine Absaugvorrichtung, die ein nicht kondensierbares Fluid aus dem Druckkammerkühler absaugt.
  • Hier kann die Absaugvorrichtung ein Gebläse umfassen. Das Gebläse kann so gestaltet sein, dass das Gebläse arbeitet, wenn der Zirkulator stillsteht. Weiter kann der Zirkulator mithilfe einer regulären Stromversorgung arbeiten und das Gebläse kann mittels einer Notstromversorgung arbeiten.
  • Die Absaugvorrichtung kann eine Tür umfassen, die das Innere mit dem Äußeren des Druckkammerkühlers verbindet. Die Tür kann geschlossen sein, wenn der Zirkulator in Betrieb ist, und die Tür kann geöffnet sein, wenn der Zirkulator nicht in Betrieb ist. Die Tür kann mechanisch betätigt werden oder die Tür kann mithilfe eines Druckunterschiedes zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Druckkammerkühlers betätigt werden.
  • Weiter kann die Absaugvorrichtung ein Material umfassen, das bei einer gewissen Temperatur schmilzt und dann das Innere mit dem Äußeren des Druckkammerkühlers verbindet. Das Material kann bei einer Temperatur schmelzen, die höher als jene in der Reaktorhülle im regulären Betriebsmodus ist.
  • Der Zirkulator kann ein erstes Gebläse umfassen und die Absaugvorrichtung kann ein zweites Gebläse umfassen. Hier kann das erste Gebläse größer als das zweite Gebläse sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingefügt sind und einen Teil davon darstellen, veranschaulichen mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Reaktorhülle zeigt.
  • 2 ist ein Querschnitt, die eine Reaktorhülle der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Querschnitt, die eine Druckentlastungsvorrichtung in der Reaktorhülle entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die die Druckentlastungsvorrichtung in der Reaktorhülle entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Druckentlastungsvorrichtung in der Reaktorhülle entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6A und 6B sind Querschnitte, die die Druckentlastungsvorrichtung in der Reaktorhülle entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; 6A zeigt den Zustand, indem ein Gebläse betrieben wird, und 6B zeigt den Zustand, wenn das Gebläse stillsteht.
  • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen einer Druckentlastungsvorrichtung für eine Reaktorhülle der vorliegenden Erfindung wird nun spezifisch und detailliert in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wann immer möglich, werden dieselben Bezugsziffern in den Zeichnungen verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
  • Zuerst wird eine Druckentlastungsvorrichtung, die in einer Reaktorhülle angeordnet ist, unter Bezug auf 2 erläutert, welche eine Querschnittsansicht der Reaktorhülle zeigt.
  • Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Absaugvorrichtung für nicht kondensierbares Fluid, wie z.B. ein zweites Gebläse 23, zusammen mit dem Zirkulator, wie z.B. dem Gebläse 16, in der Reaktorhülle 1 angeordnet ist, und das zweite Gebläse 23 durch eine Notstromversorgung 31 betrieben wird.
  • Im Notfall, wie z.B. einem Unfall mit Kühlmittelverlust (LOCA), können die Kühlschlangen 13 im Druckkammerkühler 12, der eine Druckentlastungsvorrichtung darstellt, weiterhin Dampf im Gehäuse 14 kondensieren. Mit der Zeit jedoch sammelt sich nicht kondensierbares Gas, wie z.B. anfänglich in der Reaktorhülle 1 eingeschlossener Stickstoff, dort durch steigende Temperatur und Druck erzeugtes Wasserstoffgas und ähnliches allmählich im Gehäuse 14.
  • In dieser Situation ist die reguläre Stromversorgung 30 aus Sicherheitsgründen bereits abgetrennt und viele Vorrichtungen, inklusive des Gebläses 16, stehen still.
  • Das zweite Gebläse 23 kann jedoch mit der Notstromversorgung 31 in der vorliegenden Erfindung verbunden sein. Sobald daher die reguläre Stromversorgung 30 getrennt wird, wird die Notstromversorgung 31 automatisch angeschlossen, und dadurch wird dementsprechend das zweite Gebläse 23 betrieben. Durch Verwendung des zweiten Gebläses 23 wird das nicht kondensierbare Gas durch eine Abgasleitung 24 aus der Druckkammerkühleinheit 15 nach außen oder in das Innere der Druckentlastungskammer 9 ausgestoßen.
  • Der Partialdruck des nicht kondensierbaren Gases um die Kühlschlangen 13 herum nimmt ab; der Partialdruck des nicht kondensierbaren Gases im Gehäuse 14 der Druckkammerkühleinheit 15 nimmt auch ab und die Wärmetauschleistung der Vorrichtung kann beibehalten werden. Dementsprechend können Anstiege im Innendruck der Reaktorhülle 1 für eine lange Zeit unterdrückt werden.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Druckkammerkühler 12 in der Reaktorhülle in 2 zeigt. Wie in 3 gezeigt, ist das zweite Gebläse 23 in der Druckkammerkühleinheit 15 des Druckkammerkühlers 12 angeordnet, der als Druckentlastungsvorrichtung der Reaktorhülle 1 dient. Ein Ende der Abgasleitung 24 ist mit dem Ausgang des zweiten Gebläses 23 verbunden und ein anderes Ende davon ist mit einem Rückschlagventil 25 verbunden. Das Rückschlagventil 25 ist so ausgestattet, dass es Luft und Dampf in der Druckkammerkühleinheit 15 daran hindert, in das Gehäuse 14 zu strömen, und sich schließt, wenn das zweite Gebläse 23 anhält.
  • Hier leitet das zweite Gebläse 23 Luft zur unteren Oberfläche der Druckkammerkühleinheit 15, und sein Ausgang ist in der Richtung der Schwerkraft gewandt, wie in 2 gezeigt. Dies liegt daran, dass Stickstoff, das ein anfänglich in der Reaktorhülle 1 eingeschlossenes, nicht kondensierbares Gas ist, schwerer als Luft ist. Das Stickstoffgas sammelt sich unterhalb des Gehäuses 14 und kann leicht ausgestoßen werden.
  • Jedoch ist die Position des zweiten Gebläses 23 nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann auf einer Seitenfläche oder einer oberen Oberfläche der Druckkammerkühleinheit 15 angeordnet sein. Auf ähnliche Weise ist die Anzahl der zweiten Gebläse 23 nicht auf eines beschränkt; eine Vielzahl von zweiten Gebläsen können in jeder Druckkammerkühleinheit 15 angeordnet werden.
  • Weiter kann die Wärmetauschleistung der Druckkammerkühleinheit 15 solange beibehalten werden, wie das zweite Gebläse 23 das nicht kondensierbare Gas aus dem Gehäuse 14 ausstößt. Aus diesem Grund kann die Größe des zweiten Gebläses 23 kleiner als jene des Gebläses 16 sein.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die den Druckkammerkühler 12 entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Merkmal der zweiten Ausführungsform ist, dass Türen 26a, 26b und 26c, die sich öffnen, wenn die Temperatur unter Druck in der Druckkammerkühleinheit 15 ansteigen, auf dem Gehäuse 14 der Druckkammerkühleinheit 15 angeordnet sind. Die Türen, Ventilationsöffnungen, Kanäle, Blenden oder Öffnungen stellen einen Druckentlastungsmechanismus bereit. Die Türen 46a, 46b und 46c sind in einer oberen Oberfläche, einer Seitenfläche bzw. einer unteren Oberfläche angeordnet.
  • Wenn der Dumper 18 auf der Leitung 17 sich öffnet oder sich schließt, werden die Türen 26a, 26b und 26c gleichzeitig betätigt. D.h., dass die Türen 26a, 26b und 26c mit dem Ausgang des Dumpers 18 mechanisch verbunden sind, und zwar z.B. mithilfe von Federn, und geöffnet werden, indem eine Kraft eingesetzt wird, die erzeugt wird, wenn sich der Dumper 18 schließt.
  • Wenn das Gebläse 16 in Betrieb ist, wird das Innere des Gehäuses 14 aufgrund seiner Entleerung druckverringert. Daher ist es möglich, die Türen 26a, 26b und 26c so zu betreiben, dass sie geschlossen sind, wenn das Gebläse 16 in Betrieb ist, und dass sie automatisch durch Schwerkraft geöffnet werden, wenn das Gebläse 16 anhält.
  • In dieser Ausführungsform ist das in 3 gezeigte zweite Gebläse 23 nicht erforderlich. Aufgrund der spezifischen Schwere im Vergleich mit Luft können die obere Tür 26a und die Seitentür 26b hauptsächlich Wasserstoff ausstoßen, und die untere Tür 26c kann hauptsächlich Stickstoff aus dem Gehäuse 14 ausstoßen.
  • Entsprechend dieser Ausführungsform kann Stickstoff, der unter den nicht kondensierbaren Gasen schwerer als Dampf ist, hauptsächlich aus der unteren Tür 26c ausgestoßen werden, und Wasserstoff, der unter den nicht kondensierbaren Gasen leichter als Dampf ist, kann hauptsächlich aus der oberen Tür 26a und der Seitentür 26b ausgestoßen werden. Dadurch kann die Wärmetauschleistung der Druckkammerkühleinheit 15 verbessert werden.
  • Zusätzlich ist das zweite Gebläse für diese Ausführungsform nicht erforderlich; zusätzliche Anlagen, wie z.B. die Notstromversorgung sind auch nicht notwendig. Daher kann der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die den Druckkammerkühler 12 entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Merkmal dieser Ausführungsform ist, dass Materialien 27 mit einem geringen Schmelzpunkt einen Teil des Gehäuses 14 ausmachen und die Materialien 27 und das Gehäuse 14 die Umhüllung der Druckkammerkühleinheit 15 bilden.
  • Diese Materialien 27 schmelzen unter gewissen atmosphärischen Bedingungen, die beim Design eines Kernreaktors gewählt werden; die Materialien 27 schmelzen, wenn beispielsweise die Atmosphäre eine Umgebungstemperatur in der Reaktorhülle 1 überschreitet. Wenn die Temperatur in der Reaktorhülle 1 höher als eine vorbestimmte Temperatur wird, schmelzen die Materialien 27 und es treten dann Öffnungen in der Wand des Gehäuses 14 auf. Dadurch kann nicht kondensierbares Gas im Gehäuse 14 nach außen ausgestoßen werden.
  • Die 6A und 6B sind Querschnittsansichten, die den Druckkammerkühler 12 entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Hier zeigt die 6A den Zustand, in dem das Gebläse 16 in Betrieb ist, und 6B zeigt den Zustand, in dem das Gebläse 16 angehalten ist.
  • In dieser Ausführungsform ist eine zweite Tür 28 in der unteren Oberfläche des Gehäuses 14 angeordnet. Die zweite Tür 28 wird durch die Absaugleistung des Gebläses 16 im normalen Betriebsmodus geschlossen, wie in 6A gezeigt, und wird durch Schwerkraft geöffnet, wenn das Gebläse 18 anhält. Dies macht es auch möglich, nicht kondensierbares Gas im Gehäuse 14 nach außen auszustoßen.
  • Die vorangehende Diskussion offenbart und beschreibt mehrere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie der Fachmann verstehen wird, kann die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne vom Schutzbereich davon abzuweichen. Dementsprechend ist die Offenbarung der vorliegenden Erfindung lediglich als veranschaulichend, aber nicht beschränkend für den Schutzbereich der Erfindung gedacht, der in den folgenden Ansprüchen dargelegt wird. Somit kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ausgeführt werden.
  • Z.B. wird die obige Erläuterung gemacht, wenn die vorliegende Erfindung auf ein Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktor angewendet wird, jedoch wird die vorliegende Erfindung auch auf andere Arten von Kraftwerken wie z.B. Kraftwerke mit Druckwasserreaktoren angewendet.

Claims (13)

  1. Druckentlastungsvorrichtung für eine Reaktorhülle (1), in der ein Reaktorbehälter (3) mit Kernbrennstoff (2) untergebracht ist und die einen Druckkammerraum (5, 6) definiert, umfassend einen Druckkammerkühler (12), der ein Fluid im Druckkammerraum kühlt, um so Druck im Druckkammerraum zu entlasten; und einen Zirkulator (16), der Fluid im Druckkammerraum in den Druckkammerkühler führt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine vom Zirkulator getrennte Absaugvorrichtung (23) umfasst, die nicht kondensierbares Fluid aus dem Druckkammerkühler absaugt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Absaugvorrichtung ein Gebläse umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Absaugvorrichtung arbeitet, wenn der Zirkulator stillsteht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter eine mit dem Zirkulator verbundene reguläre Stromversorgung (30) und eine mit der Absaugvorrichtung verbundene Notstromversorgung (31) umfassend.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Absaugvorrichtung eine Tür (26a, 26b, 26c) umfasst, die die Innenseite mit der Außenseite des Druckkammerkühlers verbindet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Tür geschlossen ist, wenn der Zirkulator in Betrieb ist, und die Tür geöffnet ist, wenn der Zirkulator nicht in Betrieb ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Tür mechanisch betätigt wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Tür durch einen Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite des Druckkammerkühlers betätigt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Absaugvorrichtung ein Material (27) umfasst, das bei einer bestimmten Temperatur schmilzt und die Innenseite mit der Außenseite des Druckkammerkühlers verbindet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Material bei einer Temperatur schmilzt, die höher ist als die Temperatur in der Reaktorhülle im regulären Betriebsmodus.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zirkulator ein erstes Gebläse umfasst und wobei die Absaugvorrichtung ein zweites Gebläse umfasst.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste Gebläse größer als das zweite Gebläse ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Druckkammerkühler die Flüssigkeit mittels einer Kühlschlange (12) kühlt.
DE60028164T 1999-11-24 2000-11-24 Druckentlastungsvorrichtung für einen Kernreaktorbehälter Expired - Lifetime DE60028164T2 (de)

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