DE69016685T2 - System zur Wärmeabfuhr aus einem Behälter. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Kernreaktoren und insbesondere Techniken zum Kühlen von Kernreaktoren und ihren Containments bzw. Einschlußbehältern, und zwar im Falle eines oder mehrerer Typen von Fehlfunktionen.
• Während eines normalen Betriebs eines Kernreaktors bleibt der Kernbrennstoff in einem Reaktorbehälter mit Wasser umgeben, um Dampf zu erzeugen. Der Kernbrennstoff besteht aus Brennstäben, die eine wesentliche innere Wärme entwickeln. Nach dem Abschalten des Kernreaktors erzeugen Zerfallsreaktionen weiterhin Wärme in den Brennstäben über eine längere Zeit.
• Aus Gründen der Umweltsicherheit ist es wichtig, sicherzustellen, daß radioaktives Material während eines normalen oder eines abnormalen Betriebs nicht entweicht. Derartiges radioaktives Material umfaßt beispielsweise Dampf, der in dem Reaktorbehälter erzeugt wird, oder Wasser, welches aus diesem Dampf kondensiert.
• Die in der folgenden Beschreibung zu diskutierenden abnormalen Betriebszustände schließen einen Kühlmittelverlust- Unfall ein, der sich aufgrund einer Zerstörung einer Komponente oder aufgrund eines Bruchs im Rohrleitungssystem, wie z.B. in einer Dampfrohrleitung in dem Reaktorgehäuse, ereignen kann. Die drei Forderungen in einer solchen Situation sind: 1) Ersetzen van Wasser in dem Reaktordruckbehälter, das die Brennstäbe umgibt; 2) Abführen der Wärme, die unmittelbar nach dem Bruch besteht; und 3) Abführen der Abkling- bzw. Zerfallswärme über eine längere Zeitspanne (Tage oder Wochen) nach dem Bruch, derart, daß eine strukturelle Integrität des Containment-Behälters bewahrt wird.
• Gemäß dem Stand der Technik wird die Bewegung des Kühlwassers zur Erfüllung der drei obengenannten Forderungen als Ergebnis einer erzwungenen Zirkulation durch Hochdruck-Wasserpumpen erreicht, die elektrisch oder durch andere externe Leistungsquellen angetrieben werden. Im Falle eines Ausfalls des gewöhnlichen, elektrische Leistung zu der Anlage liefernden elektrischen Versorgungsnetzes sind Dieselgeneratoren vorgesehen, die die Aufgabe der Energieversorgung zum Antreiben der Pumpen übernehmen. Es ist jedoch eine Tatsache, daß eine geringe, aber doch endliche Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Dieselgeneratoren zu einem kritischen Zeitpunkt ausfallen können, oder daß menschliche Fehler diese Systeme funktionsunfähig machen. Solche Ausfälle nach einem ernsthaften Kühlmittelverlust-Unfall, beispielsweise nach einem Bruch oder Riß in einer Dampfleitung, können als Worst-Case-Szenario betrachtet werden.
• Ein elektrischer Generator, der durch den Dampf von einem Kernreaktor angetrieben wird, kann einen plötzlichen Belastungsverlust aus einer Anzahl von Fällen erfahren. In einer solchen Situation tritt eine gleichzeitige Verkleinerung im Dampfbedarf mit einer Geschwindigkeit auf, die das Anpassungsvermögen eines Reaktor-Regelsystems und des normalen leistungsgetriebenen Kühlsystems übersteigt. Bisher war es so, daß ein Trennkondensator, der in einem Wasserpool angeordnet ist, einen Dampfüberschuß aufnimmt und kondensiert, bis die Reaktorregelung die Wärmeerzeugung auf einen Wert innerhalb der Fähigkeit des Kühlsystems senkte oder bis die Generatorbelastung wieder auf genommen wurde. Das Wasserpool ist zur Atmosphäre hin geöffnet, jedoch bleiben der Dampf und das Kondensat in dem Wärmetauscher, der von der Atmosphäre getrennt ist.
• Der Stand der Technik erscheint frei von jeglicher Lehre betreffend den Einsatz eines Trennkondensators oder eines ähnlichen Wärmetauschers als Teil eines passiven Systems zum Abführen der Wärme nach einem Reaktor-Betriebsübergang oder einem Unfall.Die US-A-3,929,567 offenbart einen Kernreaktor, der mit einem Flutbehälter und einem Restwärme-Abführ- und Notkühlsystem ausgerüstet ist. Der Flutbehälter ist in dem Containment-Behälter in einer Höhe oberhalb des oberen Randes des Reaktorkerns angeordnet und enthält eine Flüssigkeit zum Überfluten des Reaktorkerns in dem Fall eines Verlustes des Kühlmittels. Jedoch besitzt die Anordnung keine Einrichtung, die zum Kühlen eines erhitzten Strömungsmittels aus dem Containment beschrieben ist.
• Die US-A-4,753,771 offenbart ein passives Sicherheitssystem für einen Kernreaktor mit einem ersten Untersystem zum Zirkulieren von Wasser allein mittels natürlicher Konvektion sowie einem zweiten Untersystem zum Einführen von gespeichertem, kaltem Wasser in den Reaktorbehälter allein aufgrund der Schwerkraft, um den Wasserverlust in dem Reaktor- Kühlmittel-Kreislauf bei jedem Druck auszugleichen. Allerdings sind keine wirksamen Einrichtungen zum Umgang mit der Reaktor-Zerfallswärme nach einem Kühlmittelverlust-Unfall offenbart, wobei eine derartige Abkling- bzw. Zerfallswärme unter anderem erhitzte Strömungsmittel erzeugt, d.h. Dampf und nicht-kondensierbare Gase, die in dem Containment-Raum vorhanden sind.
• Mit der Absicht diese Probleme zu beseitigen, schafft die Erfindung ein Kernsystem mit einem Containment bzw. einem Einschlußbehälter mit einem darin angeordneten Kernreaktor, der einen Druckbehälter und einen Kern in dem Druckbehälter aufweist, einem Wärmetauscher, einem Wasserpool, der den Warmetauscher umgibt, eine Einrichtung zum Entlüften des Wasserpools in die Umgebung außerhalb des Containments, einer Einrichtung zum Senken des Druckes in dem Kernreaktor- Druckbehälter im Falle eines nuklearen Unfalls auf einen Druck, der kleiner als der Druck in dem Containment ist, eine Einrichtung zum Einlassen eines erhitzten Strömungsmittels von innerhalb des Containments in den Wärmetauscher, wodurch das erhitzte Strömungsmittel gekühlt wird, wobei die Einrichtung eine Trennleitung aufweist, die den Druckbehälter mit einem Einlaß des Wärmetauschers verbindet, und eine Einrichtung zum Rückleiten von gekühltem Strömungsmittel aus dem Wärmetauscher zu dem Druckbehälter, wobei die Einlaßeinrichtung ferner ein Druckentspannungsventil aufweist, das geöffnet werden kann, um für eine Strömungsverbindung von dem Containment außerhalb des Kernreaktors mit dem Wärmetauscher über den Druckbehälter und die Trennleitung zu sorgen.
• Daher betrifft die Erfindung einen Kernreaktor mit einem passiven Kühlsystem, welches Abkling- bzw. Zerfallswärme von dem Reaktor über eine langandauernde Zeitspanne nach einem Unfall abführen und eine solche Wärme über die Containment-Umrandung zum Entweichen in die Umgebung übertragen kann; es wird ein Kernreaktorsystem mit einem schwerkraftsgetriebenen Kühlsystempool geschaffen, das an einer Stelle angeordnet ist, die für eine ausreichende Schwerkraftsäule sorgt, um Wasser einem Reaktorbehälter in einer ausreichenden Menge zuzuführen, um den Reaktorkern nach einem Kühlmittelverlust-Unfall zu überdecken und zu kühlen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform absorbiert ein Unterdrückungspool in einem Containment-Behälter eine anfänglich hohe Wärmebelastung, wenn Dampf in einen Containment-Behälter eingelassen wird. Wasser von einem schwerkraftgetriebenen Kühlsystem strömt aufgrund der Schwerkraft, um den Reaktorkern zu umgeben und zu kühlen. Ein Trennkondensator in einem Kühlpool mit Wasser, das zur Atmosphäre hin offen ist, kondensiert den Dampf weiter und leitet das gekühlte Kondensat zum Reaktorbehälter, solange wie es notwendig ist, zurück, um die Abkling- bzw. Zerfallswärme von dem Reaktorkern abzuleiten. Das Wasser in dem Kühlpool kann zur Atmosphäre hin verkochen. Eine anfängliche Wassermenge in dem Kühlpool ist groß genug, um sicherzustellen, daß ausreichend Zeit für sein Nachfüllen verfügbar ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kühlpool die Abkling- bzw. Zerfallswärme des Reaktors für wenigstens 72 Stunden ohne Nachfüllung ableiten.
• Bei einer Ausführungsform schafft die Erfindung einen schwerkraftgetriebenen Kühlsystempool, der bezüglich den Orten der Kernbrennstäbe in einem Druckbehälter an einer erhöhten Stelle angeordnet ist. Im Falle eines Kühlmittelverlustes in dem Druckbehälter wird der Dampfdruck anfänglich durch Ablassen des Dampfes in einen geschlossenen Unterdrückungspool gesenkt, der eine Wassermenge unter einem großen Luftraum enthält. Das Unterdrückungspool kondensiert ausreichend Dampf, um den Dampfdruck in dem Druckbehälter zu erniedrigen, so daß Wasser aufgrund der Schwerkraft aus einem schwerkraftgetriebenen Kühlsystempool strömen kann, um die Brennstäbe in dem Druckbehälter zu überfluten. Ein Trennkondensator ist in einer großen Wasserversorgung eingetaucht, die bezüglich des Druckbehälters erhöht angeordnet ist. Dampf wird in den Trennkondensator eingelassen, wo er durch Sieden des Wassers, das ihn umgibt, gekühlt wird. Der resultierende Dampf wird in die Atmosphäre abgelassen. Ein Druckentspannungsventil läßt den Dampf aus dem Druckbehälter in den Reaktor-Sicherheitsbehälter ab, um die Drucksenkung und damit die Schwerkraftsströmung des Kühlmittels zu unterstützen. Später, wenn der Druck in dem Druckbehälter durch Kondensation des Dampfes in dem Trennkondensator gesenkt ist, kann der Dampf in dem Reaktor-Sicherheitsbehälter aus diesem und in das Druckentspannungsventil und somit zu dem Trennkondensator strömen.
• Gemäß der Erfindung wird allgemein ein Kernsystem von einem Typ mit einem Containment zur Verfügung gestellt, das einen Kernreaktor darin und die folgenden Merkmale aufweist: einen Wärmetauscher, einen Wasserpool, der den Wärmetauscher umgibt, eine Einrichtung zum Entlüften des Wasserpools in die Umgebung außerhalb des Containments, eine Einrichtung zum Einlassen eines erhitzten Strömungsmittels von innerhalb des Containments in den Wärmetauscher, wodurch das erhitzte Strömungsmittel gekühlt wird, und eine Einrichtung zum Rückleiten von gekühltem Strömungsmittel aus dem Wärmetauscher zu dem Containment. Das System enthält eine Einrichtung zum Senken des Drucks in dem Kernreaktor-Druckbehälter auf einen Wert, der kleiner als der vorbestimmte Druck im Falle eines nuklearen Unfalles ist und kann alternativ oder zusätzlich einen Kühlmittelpool aufweisen, das in einer ausreichenden Höhe angeordnet ist, um eine Kühlmittelströmung in den Kernreaktor entgegen einem vorbestimmten Druck in dem Kernreaktor zu gestatten.
• Die obengenannten und weiteren Ziele, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung gelesen wird, wobei die einzige Figur, die als Fig. 1 bezeichnet ist, ein vereinfachtes, schematisches Diagramm eines Kernreaktorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Fig. 1 zeigt allgemein mit 10 bezeichnete relevante Teile eines Kernreaktorsystems gemäß der Erfindung. Ein Druckbehälter 12 ist in einem Containment-Gehäuse 14 (von dem lediglich ein Teil dargestellt ist) angeordnet. Das Containment-Gehäuse 14 ist auf herkömmliche Art und Weise aus einem verstärkten Beton oder Baustahl mit einer ausreichenden Festigkeit gebildet, um erwarteten Druckwerten, die hier angetroffen werden, widerstehen zu können.
• Wie üblich enthält der Druckbehälter 12 eine Wassermenge, die entweder unmittelbar oder über einen zwischengeschalteten Dampfgenerator durch die Wärme einer Kernspaltung, die durch mehrere Brennstäbe (nicht gezeigt) erzeugt wird, in Dampf umgesetzt wird. Modulatorschaufeln (ebenfalls nicht dargestellt) werden in die Brennstäben in dem Druckbehälter 12 ein- und ausgefahren, wie dies notwendig ist, um die Wärmeerzeugung und somit die Dampfmenge, die erzeugt wird, zu steuern. Dampf strömt aus dem Druckbehälter 12 (oder ei nem zwischengeschalteten Dampfgenerator) über eine oder mehrere Hauptdampfleitungen 16 zu einem Dampfturbinengenerator (nicht dargestellt) aus.
• Ein Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 umgibt den Druckbehälter 12 zum Einschließen von Flüssigkeit und/oder Dampf im Falle eines Bruchs einer Kernkomponente, beispielsweise des Druckbehälters 12 oder einer Hauptdampfleitung 16. Ein Sicherheits- oder Entlastungsventil 20 ist von der Hauptdampfleitung 16 zu einem abgedichteten, ringförmigen Unterdrückungspool 22 verbunden, das eine Wassermenge 24 enthält. Ein wesentlicher Luftraum 26 bleibt oberhalb der Wasseroberfläche 24 frei, um ein zusammendrückbares Medium in dem Unterdrückungspool 22 zur Verfügung zu stellen, wodurch Dampf in das Unterdrückungspool 22 eingelassen und zusätzliches, aus diesem Dampf kondensiertes Wasser aufgenommen werden kann. Ein Auslaßrohr 28, das mit dem Sicherheitsventil 20 verbunden ist, führt in das Wasser 24, wodurch der Druck in dem Luftraum 26 niedriger als der Druck in dem Auslaßrohr 28 bleibt, und zwar um den Betrag der hydraulischen Druckhöhe, die von dem eingetauchten Abschnitt des Auslaßrohres 28 erzeugt wird. Bei einem Vakuum-Unterbrecherventil 30 ist ein Sperrventil, das eine Auswärtsströmung aus dem Unterdrückungspool 22 zu dem Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 unter bestimmten Bedingungen gestattet, die nachstehend detaillierter beschrieben werden. Ein Druckentspannungsventil 32, das mit der Hauptdampfleitung 16 verbunden ist, öffnet zu dem Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 hin.
• Ein schwerkraftgetriebenes Kühlsystempool 34 weist einen ausreichenden Wasservorrat 36 auf, um den Druckbehälter 12 bis zu einer Höhe zu überfluten, die im wesentlichen oberhalb der oberen Enden sämtlicher Brennstäbe in dem Druckbehälter 12 liegt. Ein Kühlmittel-Steuerventil 38 steuert die Wasserströmung aus dem schwerkraftgetriebenen Kühlsystempool 34 zu dem Druckbehälter 12. Das Kühlmittel-Steuerventil 38 ist während des normalen Betriebs geschlossen.
• Eine Ausgleichsleitung 54 verbindet ein Wasserpool, in diesem Fall das Unterdrückungspool 22, mit dem Druckbehälter 12. Ein Ventil 56 befindet sich in der Ausgleichsleitung 54. Ein Sperrventil 58 ist normalerweise geschlossen, um zu verhindern, daß Wasser von dem Druckbehälter oder Wasser 36 in das Unterdrückungspool 22 strömt. Das Ventil 56 kann zur gleichen Zeit wie das Kühlmittel-Steuerventil 38 betätigt werden. Die Ausgleichsleitung 54 leitet das Kühlmittel aus dem Unterdrückungspool 22 zu dem Druckbehälter 12, um den Reaktorkern bedeckt zu halten, wenn das schwerkraftgetriebene Kühlsystempool leer ist. Der Wasserpegel 24 in dem Unterdrückungspool 22 ist ausreichend, um den Reaktorkern im Druckbehälter 12 bis zu der Höhe bedeckt zu halten, die zum Kühlen für eine unendliche Zeitspanne gefordert wird, da jedes Wasser, das aus dem Druckbehälter 12 in den Reaktor- Sicherheitsbehälter 18 fließt, automatisch in das Wasser 24 zurückgeleitet wird, nachdem die unteren Abschnitte des Reaktor-Sicherheitsbehälters 18 überflutet werden.
• Ein Trennkondensator 40 ist in der Nähe der Oberseite des Druckbehälters 12 über eine Trennleitung 42 und ein Trennventil 44 verbunden. Eine Rückleit-Trennleitung 46 mit einem Trennventil 47 ist von einer Rückleit- oder Kondensatseite des Trennkondensators 40 mit einer Position in der Nähe des Bodens des Druckbehälters 12 verbunden. Der Trennkondensator 40 ist in ein Trennpool 48 untergetaucht, das eine große Wassermenge 50 enthält. Das Trennpool 48 ist zur Atmosphäre hin geöffnet, wie dies durch eine kaminartige Säule 52 angedeutet ist.
• Während des normalen Betriebs sind das Sicherheits- oder Entlastungsventil 20, das Druckentspannungsventil 32, das Kühlmittel-Steuerventil 38 und das Trennventil 44 oder das Trennventil 47 geschlossen. Der im Druckbehälter 12 erzeugte Dampf strömt durch die Hauptdampfleitung 16 zu den Dampfturbinen (nicht dargestellt). Eine bekannte Einrichtung kondensiert den verwendeten Dampf und leitet ihn zum Druckbehälter 12 zur Wiederverwendung zurück. Das Wasser und der Dampf in dem Druckbehälter 12 können radioaktiv sein und dürfen daher nicht während irgendeines vorhersehbaren Notfalls in die Atmosphäre gelangen.
• Im Falle eines Kühlmittelverlustes in dem Druckbehälter 12 oder im Falle eines Bruchs in der Hauptdampfleitung 16 wird das Sicherheitsventil 20 geöffnet, um die Strömung des existierenden Dampfes durch das Auslaßrohr 28 und in das Wasser 24 in dem Unterdrückungspool 22 zu gestatten. Das Wasser 24 besitzt anfänglich eine Temperatur von etwa 38ºC (100ºF). Wenn der Dampf in das Wasser 24 gelangt, kondensiert er, wodurch der Dampfdruck in der Hauptdampfleitung 16 sowie im Druckbehälter 12 sinkt und die Temperatur des Wassers 24 steigt. Während sich dieses fortsetzt, werden die normalen Reaktorsteuereinrichtungen aktiviert, um die Wärmemenge, die in dem Druckbehälter 12 erzeugt wird, zu verringern.
• Bis die Temperatur des Wassers 24 auf etwa 49ºC (120ºF) angestiegen ist, wurde der Druck in dem Druckbehälter 12 ausreichend gesenkt, damit die Drucksäule, die von der erhöhten Position des schwerkraftgetriebenen Kühlsystempools 34 erzeugt wird, größer ist als der Druck in dem Druckbehälter 12. Das Druckentspannungsventil 32 wird als eine weitere Maßnahme geöffnet, um die Hauptdampfleitung 16 in den Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 zu entlüften, wobei das Kühlmittel-Steuerventil 38 geöffnet wird, damit das Wasser 36 aus dem schwerkraftgetriebenen Kühlsystempool 34 in den Druckbehälter 12 strömen kann, wodurch alle Brennstäbe in Wasser untergetaucht sind.
• Die Trennventile 44 und 47 werden geöffnet, damit Dampf aus dem Druckbehälter 12 in den Trennkondensator 40 strömen kann, in dem er zu Wasser kondensiert, und über die Rückleit-Trennleitung 46 zum Druckbehälter 12 zurückströmt. Die Wärme wird aus dem Trennkondensator 40 zu dem Wasser 50 transferiert, das sieden kann. In dem Trennpool 48 ist ausreichend Wasser 50 enthalten, um Dampf, der durch die Abkling- bzw. Zerfallswärme von den Brennstäben in dem Druckbehälter 12 erzeugt wird, für etwa 78 Stunden ohne Nachfüllung zu absorbieren. Das Wasser 50 wird vor einer Verseuchung (Kontamination) durch Wasser und Dampf innerhalb des Trennkondensators 40 isoliert. Daher kann das Wasser 50 aus jeder gewöhnlichen Versorgung, wie erforderlich, nachgefüllt werden, ohne das Problem der Wasserverseuchung zu komplizieren.
• Eine Kammer 60 in der Rückleit-Trennleitung 46 sammelt das Kondensator, das durch die Rückleit-Trennleitung 46 und über das Trennventil 47 zu dem Druckbehälter 12 rückgeleitet wird, Die Kammer 60 sammelt auch alle nicht kondensierbaren Gase, die aus dem Trennkondensator 40 ausströmen, und ermöglicht ihnen, durch eine Entlüftungsleitung 62 und ein Entlüftungsventil 64 zu dem Unterdrückungspool 22 abgelassen zu werden. Das Ablassen der nicht kondensierbaren Gase ermöglicht ein fortgesetztes Abführen der Reaktor-Zerfallswärme über den Trennkondensator 40 für alle Phasen eines Unfalls, insbesondere nachdem das Kühlen des Reaktor-Sicherheitsbehälters 18 und des Unterdrückungspools 22 beginnt. Es ist auch möglich, die Entlüftungsleitung 62 zu anderen Bereichen des Containment-Gehäuses 14 zu führen, wobei ein Gebläse verwendet wird, wenn dies erforderlich ist. Das Entlüftungsventil 64 ist normalerweise geschlossen und wird lediglich geöffnet, wenn der Trennkondensator 40 die Zerfallswärme aus dem Containment-Gehäuse 14 nach einem Bruch in der Hauptdampfleitung 16 oder einem ähnlichen Kühlungsverlust für den Druckbehälter 12 abführt.
• Das Öffnen des Druckentspannungsventils 32 läßt den Druck in dem Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 auf einen Wert steigen, der etwa gleich dem Druck in dem Druckbehälter 12 ist. Wenn die Kühlung, die durch die Trennventile 44 und 46 erzeugt wird, fortschreitet, fällt der Druck innerhalb des Druckbehälters 12 unter den Druck in dem Reaktor-Sicherheitsbehälter 18. Dampf strömt anschließend in das Druckentspannungsventil 32 aus dem Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 und von dort zum Trennkondensator 40, wo er kondensiert.
• Wenn der Druck in dem Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 sogar noch weiter fällt, erreicht er schließlich einen Wert, der unterhalb des Wertes in dem Luf traum 26 liegt. Wenn dieser Unterschied die Druckhöhe übersteigt, die durch das Eintauchen des Auslaßrohrs 28 in das Wasser 24 erzeugt wird, wird das Vakuum-Rückschlagventil 30 geöffnet, um den Luftraum 26 zum Reaktor-Sicherheitsbehälter 18 zu entlüften.
• Es ist bei bestimmten Installationen möglich, daß die vollständige Aufgabe des Abführens von Wärme aus dem Containment-Gehäuse 14 dadurch verwirklicht wird, daß ein Trennkondensator 40 verwendet wird. Bei einer solchen Installation können das Unterdrückungspool 22 und die ihm zugeordneten Elemente weggelassen werden.
• Die vorstehende Beschreibung hat ein vereinfachtes System in einer Konfiguration für eine bessere Verständlichkeit der Beschreibung verwendet. Beispielsweise kann ein kommerzielles Kernreaktorsystem zwei oder mehrere Hauptdampfleitungen 16 mit geeigneten Ventilen und Steuereinrichtungen verwenden. Ebenso ist lediglich ein einziger Trennkondensator 40 dargestellt, der in das Wasser 50 eingetaucht ist. Es erscheint vorteilhaft, mehr als einen Trennkondensator 40 zu verwenden, die in das Pool oder andere mit Wasser 50 gefüllten Pools eingetaucht werden, zu verwenden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind vier Trennkondensatoren 40 in einem einzigen großen Trennpool 48 angeordnet. Jeweils drei Trennkondensatoren 40 sind in der Lage, die gesamte Abkling- bzw. Zerfallswärme von dem Kernreaktorsystem 10 zu absorbieren. Wenn daher ein Geräteproblem in dem einen Trennkondensator 40 auftritt, sind die übrigen drei Trennkondensatoren 40 in der Lage, die Aufgabe zu erledigen.
• Eine weitere Ausführungsform, die als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet wird, weist einen Kernreaktor auf, der die Kernenergie dazu benutzt, Wasser zu erhitzen und Dampf in einem zweiten Kreis über einen Dampfgenerator zu erzeugen. Dieser Kernreaktor kann einen Trennkondensator verwenden, der anfänglich Wärme von der Reaktorflüssigkeit zur Außenseite des Pools ohne Verdampfen transferiert. Nach einer anfänglichen Druckentlastung oder einem Einblasen nach einem Ereignis erzeugt der Reaktor Dampf, der unter Verwendung geeigneter Strömungspfade zu dem Trennkondensator geleitet wird, was von einem Durchschnittsfachmann gut verstanden wird. Eine solche Ausführungsform der Erfindung kann ohne die spezielle Containment-Konfiguration existieren, die im vorstehenden gezeigt und beschrieben worden ist.
• Der Begriff Trennkondensator wird hierin verwendet, um einen Wärmetauscher zu beschreiben, der ein erhitztes Strömungsmittel, beispielsweise eine Flüssigkeit, Dampf oder eine Kombination daraus, von dem Kernreaktor empfängt und die Wärme über einen Satz von Rohren zu einem Wasserpool außerhalb der Containment-Grenze zur Atmosphäre überträgt.
• Ein passives Wärmeabführen kann unbegrenzt verlängert werden, indem die Kapazität Trennpools 48 erhöht oder Dampf, der in dem Trennpool 48 erzeugt wird, kondensiert und das Kondensat zum Wasser 50 zurückgeleitet wird.
• Die hierin beschriebene Erfindung ist auf alle Typen von mit leichtem Wasser gekühlten Nukleareinrichtungen anwendbar.
• Nachdem bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben worden sind, versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese präzisen Ausführungsformen begrenzt ist, und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen von einem Durchschnittsfachmann vorgenommen werden können, ohne daß man von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist, abweicht.

Claims (4)

1. Kernsystem (10) mit einem Containment bzw. Einschlußbehälter (18) mit einem darin angeordneten Kernreaktor, der einen Druckbehälter (12) und einen Kern in dem Druckbehälter aufweist,

einem Wärmetauscher (40),

einem Wasserpool (50), der den Wärmetauscher umgibt,

einer Einrichtung (52) zum Entlüften des Wasserpools in die Umgebung außerhalb des Containments (18),

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (22, 34, 16, 20, 28) zum Senken des Druckes in dem Kernreaktor-Druckbehälter (12) im Falle eines nuklearen Unfalles auf einen Druck, der kleiner als der Druck in dem Containment (18) ist,

eine Einrichtung (42, 32) zum Einlassen eines erhitzten Strömungsmittels von innerhalb des Containments in den Wärmetauscher (40), wodurch das erhitzte Strömungsmittel gekühlt wird, wobei die Einrichtung eine Trennleitung (42) aufweist, die den Druckbehälter (12) mit einem Einlaß des Wärmetauschers (40) verbindet, und

eine Einrichtung (46) zum Rückleiten von gekühltem Strömungsmittels aus dem Wärmetauscher (40) zu dem Druckbehälter (12), wobei die Einlaßeinrichtung (42, 32) ferner ein Druckentspannungsventil (32) aufweist, das geöffnet werden kann, um für eine Strömungsverbindung von dem Containment (18) außerhalb des Kernreaktors mit dem Wärmetauscher (40) über den Druckbehälter (12) und die Trennleitung (42) zu bilden.

2. Kernsystem nach Anspruch 1, wobei die Drucksenkungseinrichtung aufweist: einen Unterdrückungspool (22), der eine Wasserversorgung (24) darin enthält, wobei ein Lufteinschluß-Kopfraum (26) in dem Unterdrückungspool (22) oberhalb der Wasserversorgung (24) vorgesehen ist,

eine Sperrventil (30), durch das der Kopfraum (26) mit dem Containment (18) verbindbar ist und das betätigt werden kann, um Luft in dem Kopfraum (26) zu dem Containment (18) abzulassen, wenn der Druck in dem Kopfraum (26) den Druck in dem Containment (18) überschreitet,

eine Kammer (60), die mit der Auslaßseite des Wärmetauschers (40) verbunden ist, wobei sich bei einer Abkühlung des erhhitzten Strömungsmittels Kondensat in der Kammer sammelt und die Einrichtung (46) zum Rückleiten von gekühltem Strömungsmittel mit der Kammer (60) verbunden ist, und

eine Entlüftungsleitung (62), die mit der Kammer (60) verbunden ist und sich von dort zu einem Entlüftungsleitungsende erstreckt, das in der Wasserversorgung (24) des Unterdrückungspools (22) untergetaucht ist, wobei alle nicht-kondensierbaren Gase, die von dem gekühltem Strömungsmittel getrennt sind, durch die Entlüftungsleitung (62) zu dem Unterdrückungspool (22) geleitet werden.

3. Kernsystem nach Anspruch 1, wobei die Drucksenkungseinrichtung enthält:

einen Unterdrückungspool (22) in dem Containment (18), der eine Wasserversorgung (24) enthält, wobei ein wesentlicher Gasraum (26) über der Wasserversorgung (24) vorgesehen ist,

eine Einrichtung (16, 20, 28) zum Entlüften des Kernreaktors in den Unterdrückungspool, wodurch erhitztes Strömungsmittel aus dem Kernreaktor gekühlt wird, und einen Schwerkraftpool (34) von Kühlmittel, das in einer ausreichenden Höhe angeordnet ist, um eine Kühlmittelströmung von dem Schwerkraftpool (34) in den Kernreaktor-Druckbehälter (12) entgegen einem vorbestimmten Druck in dem Kernreaktor-Druckbehälter zu gestatten.

4. Reaktorsystem nach Anspruch 1, wobei die Drucksenkungseinrichtung aufweist: einen Schwerkraftpool (34) von Kühlmittel, das in einer ausreichenden Hohe angeordnet ist, um eine Kühlmittelströmung in den Kernreaktor-Druckbehälter (12) entgegen einem vorbestimmten Druck in den Kernreaktor- Druckbehälter (12) zu gestatten,

eine Dampfwärme-Ableitungseinrichtung, die einen Unterdrückungspool (22) aufweist,

eine Wasserversorgung (24) in dem Unterdrückungspool (22) und einen Kopfraum (26) über dem Wasser, der mit Luft gefüllt ist,

eine Einrichtung (16) zum Zuführen von unter Druck stehendem Dampf aus dem Kernreaktor-Druckbehälter (12) zu einer Stelle unter der Oberfläche der Wasserversorgung (24), wobei die Wasserversorgung (24) wirksam ist, genügend Wärme zu absorbieren, um den Dampfdruck unter den vorbestimmten Druck zu senken, und

ein Sperrventil (30) zum Verbinden des Kopfraumes (26) mit dem Containment (18), wobei das Sperrventil (30) so angeordnet ist, daß es Luft in dem Kopfraum (26) zu dem Containment (18) abgibt, wenn der Druck in dem Kopfraum (26) den Druck in dem Containment (18) um eine vorbestimmte Druckdifferenz überschreitet.