DE69110810T2 - Kernreaktoranlage mit passiver Kühlung. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Kühltechnik für einen Kernreaktor und insbesondere einen Kernreaktor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Ein solcher Reaktor ist aus der US-A-3,718,539 bekannt.
• Bei einem Konvektionssiedereaktor mit einer elektrischen Ausgangsleistung von bis zu 1100 MW wird eine große Dampfmenge, die aufgrund einer Bruchstelle in der Anlage durch einen Unfall mit Kühlmittelverlust erzeugt wurde, in ein Druckauffangbecken unterhalb eines Reaktordruckbehälters geleitet und dort kondensiert, um einen Druckanstieg in einem Primäreinfassungsbehälter auf einen Wert unter einem zulassigen Wert zu begrenzen. Anschließend wird ein Notkernkühlsystem (ECCS), das ein Hochdruck-Kernsprühsystem, ein Niederdruck-Kernsprühsystem, ein Niederdruck-Flutungssystem und ein automatisches Entspannungssystem aufweist, so betrieben, daß es das Wasser von dem Auffangbecken nach oben pumpt, um den Reaktorkern zu kühlen. In diesem Stadium speist ein System zur Entfernung von Restwärme das Wasser in dem Auffangbecken mittels einer Pumpe in einen außerhalb des Einfassungsbehälters liegenden Wärmetauscher ein, wodurch dem Reaktorkern Zerfallswärme entzogen wird.
• Bei einem Siederreaktor von kleinerer bis mittlerer Größe mit einer elektrischen Ausgangsleistung von bis zu 600 MW dagegen ist im Hinblick auf eine Vereinfachung der Anlage, und um einen hohen Sicherheitsgrad zu erreichen, der Vorschlag gemacht worden, bei dem Notkernkühlsystem kraftbetriebene Einrichtungen, beispielsweisse eine Pumpe, fortzulassen und stattdessen ein Flutungssystem mit Dualakkumulator zu verwenden, das auf passive Weise arbeitet, indem bereits vorher ein Wassertank mit Gasdruck beaufschlagt wird, um Wasser unter einem Druckgefälle zwischen dem Wassertank und dem Reaktorkern auf letzteren laufen zu lassen und damit den Reaktorkern im Notfall zu kühlen. Insoweit fällt hier das bisher beim konventionellen Reaktor angewandte System fort.
• Auch die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-191096 offenbart bezüglich eines kleinen bis mittelgroßen Reaktors ein System, bei dem die Zerfallswärme während einer langen Kühlperiode im Anschluß an einen Unfall mit Kühlmittelverlust durch eine passive Methode unter Anwendung einer natürlichen Kraft entfernt wird. Im einzelnen ist hierzu um einen Primäreinfassungsbehälter herum ein Außenbecken vorgesehen; durch Nutzung der natürlichen Konvektionsmechanismen zwischen einem Druckauffangbecken und dem Außenbecken, wobei die Oberfläche des Einfassungsbehälters als Wärmeübertragungsfläche benutzt wird, wird die Wärme aufgrund eines Temperaturunterschiedes zwischen den beiden Becken auf das Außenbecken übertragen, so daß das Wasser in dem Becken verdampft und die Kühlung bewirkt.
• Wie bereits vorstehend beschrieben, ist der Einfassungsbehälter bei einem kleinen bis mittelgroßen Reaktor so ausgelegt, daß der in den Primäreinfassungsbehälter gelangte, unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende Dampf in eine Druckauffangkammer in dem Primäreinfassungsbehälter geleitet wird, so daß der unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende Dampf durch das Druckauffangbecken in dieser Kammer kondensiert wird.
• Das bei einem Großreaktor des Standes der Technik verwendete System erfordert zusätzliche kraftbetriebene Einrichtungen, wie auch eine Pumpe, einen Wärmetauscher und eine Notstromquelle, um den Reaktorkern zu kühlen und die am Kern zum Zeitpunkt eines Unfalls mit Kühlmittelverlust entstandene Zerfallswärme abzuführen. Dadurch gestaltet sich der Bau einer solchen Anlage kompliziert, indem dafür Sorge getragen werden muß, daß die Anlage auch im Fall einer Fehlfunktion der Stromquelle zuverlässig arbeitet.
• Zwar läßt sich durch Verwendung des Akkumulator-Flutungssystems and des Außenbeckens, wie sie als Sicherheitseinrichtungen für die kleinen und mittelgroßen Reaktoren Verwendung finden, in einem Großreaktor dessen Konstruktion vereinfachen; werden diese Einrichtungen jedoch nur einfach übernommen, so muß der Primäreinfassungsbehälter, in dem der Reaktordruckbehälter und die Druckauffangkammer angeordnet sind, extrem groß dimensioniert werden, um auch die Fläche für die Wärmeübertragung auf das Wasser des Außenbeckens zu vergrößern und damit einer hohen Ausgangsleistung gerecht zu werden.
• Die US-A-3,718,539 offenbart einen Kernreaktor mit einem Reaktordruckbehälter mit einem Reaktorkern; einem Betongebilde, das den Reaktordruckbehälter einschließt und hält; einer Druckkammer, die innerhalb des Betongebildes ausgebildet ist und die den Reaktordruckbehälter umschließt, wobei die Druckkammer einen oberen und einen unteren Bereich hat; einem Primäreinfassungsbehälter, der in sich das Betongebilde einschließt; einer Druckauffangkammer, die in ihrem Inneren ein Druckauffangbecken aufweist, wobei ein Belüftungsrohr mit der Druckkammer und dem Auffangbecken in Verbindung steht und eine obere Öffnung hat; und einem akkumulatorartigen Notkernkühlsystem und einem schwerkraftbetriebenen Notkernkühlsystem zum Fluten des Reaktorkerns, die innerhalb des Primäreinfassungsbehälters angebracht sind, wobei das akkumulatorartige Notkernkühlsystem einen unter Druck stehenden Akkumulatortank aufweist, der Kühlwasser unter einem vorbestimmten Akkumulationsdruck speichert, und mit einer ersten Verschließ- und Öffnungseinrichtung, die mit dem unter Druck stehenden Akkumulatortank in Verbindung steht, wobei die erste Verschließ- und Öffnungseinrichtung geöffnet wird, wenn der Druck im Reaktordruckbehälter bei einem Unfall mit Kühlmittelverlust unter den vorbestimmten Akkumulationsdruck fällt, wodurch das Kühlwasser von dem unter Druck stehenden Akkumulatortank in den Reaktordruckbehälter geleitet wird, um den Reaktorkern zu kühlen; wobei das schwerkraftbetriebene Notkernkühlsystem ein Kühlwasserbecken aufweist, das über dem Reaktorkern vorgesehen ist, sowie eine zweite Schließ- und Öffnungseinrichtung, die mit dem Kühlwasserbecken in Verbindung steht, wobei die zweite Schließ- und Öffnungseinrichtung geöffnet wird, wenn der Druck im Reaktorbehälter um einen bestimmten Betrag unter den vorbestimmten Druck fällt, um das Kühlwasser aus dem Kühlwasserbecken aufgrund der Schwerkraft in den Reaktordruckbehälter zu leiten, wobei das das vom Kühlwasserbecken zugeführte Kühlwasser den Reaktordruckbehälter flutet, um den unteren Bereich der Druckkammer zu füllen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Notkernkühlsystem (ECCS) zu schaffen, um im Falle eines Unfalls mit Kühlmittelverlust eine schnelle Kühlung und Flutung des Kernes eines Kernreaktors zu ermöglichen. Dabei soll das System in seiner Konstruktion einfach sein sowie automatisch und zuverlässig arbeiten, ohne daß spezielle kraftbetriebene Einrichtungen erforderlich sind.
• Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktor anzuzeigen, bei dem entstandene Zerfallswärme aus dem Reaktor in wirksamer Weise abgezogen wird, um eine Langzeitkühlung zu gewährleisten.
• Diese Aufgaben werden mit einem Kernreaktor gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
• Bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung werden, wenn der Druck im Reaktordruckbehälter bei einem Unfall mit Kühl mittelverlust fällt, das akkumulatorartige Notkernkühlsystem, das schwerkraftbetriebene Notkernkühlsystem und das Ausgleichssystem automatisch nacheinander betrieben. Diese Systeme arbeiten ausschließlich in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen jedem der Notkühlsysteme und dem Reaktordruckbehälter, ohne daß eine bestimmte Antriebskraft erforderlich wäre. Hierdurch entsteht ein Notkernkühlsystem, das in seiner Konstruktion einfach ist und zuverlässig arbeitet.
• Der Reaktordruckbehälter und die Betriebsebene befinden sich im Primäreinfassungsbehälter, welcher aus Stahl besteht. Bei einer bevorzugten Konstruktion, die nicht unter den Schutzumfang der Ansprüche fällt, ist unter normalen Bedingungen der den Reaktordruckbehälter enthaltende Druckraum von dem die Betriebsebene enthaltenden Raum getrennt, und im Bedarfsfall werden die beiden Räume durch die Öffnungseinrichtung miteinander verbunden, die entsprechend dem Druckunterschied zwischen den beiden Räumen arbeitet. Der obere Teil des Primäreinfassungsbehälters wird mit Luft gekühlt, während dessen unterer Teil mit Wasser gekühlt wird. Dadurch wird die gesamte Oberfläche des Primäreinfassungsbehälters so gekühlt, daß die Zerfallswärme des Reaktors über einen langen Zeitraum abgeführt wird. Bei dieser Konstruktion erfolgt die Kühlung des Primäreinfassungsbehälters durch die Stahlwand hindurch, die eine große Wärmestrahlungsfläche und einen guten Wärmeübertragungsgrad aufweist, so daß die Zerfallswärme auf zuverlässige und wirksame Weise entfernt werden kann. Ferner wird die Kühlleistung dadurch gesteigert, daß der obere Teil des Primäreinfassungsbehälters, der sich für die Kühlung mit Luft eignet, auch mit Luft gekühlt wird, und der untere Teil, der sich für die Kühlung mit Wasser eignet, auch mit Wasser gekühlt wird. Auch ist eine Vereinfachung dieser Kühlkonstruktion möglich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
• Fig. 1 ist ein Senkrechtschnitt durch einen Kernreaktor nach einer ersten Ausführunsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 zeigt die Relation zwischen einer Druckschwankung in einem Reaktordruckbehälter und der Zeitspanne für die Einspeisung von Wasser in den Reaktordruckbehälter durch jedes der Notkernkühlsysteme im Augenblick eines Unfalls mit Kühlmittelverlust.
• Fig. 3a ist ein schematischer Senkrechtschnitt durch den Reaktor nach der ersten Ausführungsform, aus dem ein Wasserspeicherzustand jedes der Notkernkühlsysteme (ECCS) im Normal betrieb der ersten Ausführungsform hervorgeht.
• Fig. 3b ist eine Ansicht ähnlich Fig. 3a, bei der jedoch ein Wasserspeicherzustand jedes der Notkernkühlsysteme nach Inbetriebssetzen eines akkumulatorartigen ECCS zum Zeitpunkt eines Unfalls mit Kühlmittelverlust gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt ist.
• Fig. 3c ist eine Ansicht ähnlich Fig. 3a, die jedoch einen Wasserspeicherzustand jedes der Notkernkühlsysteme zeigt, nachdem ein schwerkraftbetriebenes ECCS zum Zeitpunkt des Unfalls mit Kühlmittelverlust gemäß der ersten Ausführungsform betrieben worden ist.
• Fig. 3d ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 3c.
• Fig. 4a ist ein Vertikalschnitt durch eine modifizierte Form eines Druckauffangbeckens nach der ersten Ausführungsform der Erfindung im normalen Betriebszustand.
• Fig. 4b ist eine Ansicht entsprechend Fig. 4a, wobei jedoch ein Zustand im Anfangsstadium nach einem Unfall mit Kühlmittelverlust in der modifizierten Form gezeigt wird.
• Fig. 4c ist eine Ansicht entsprechend Fig. 4a, wobei jedoch ein fortgeschritteneres Stadium des Unfalls gegenüber dem Stadium in Fig. 4b gezeigt ist.
• Fig. 5 zeigt die Wärmestrahlungskurven der Kühlsysteme des Primäreinfassungsbehälters nach der ersten Ausführungsform unter Verwendung einer gemeinsamen Zeitachse.
• Fig. 6 ist ein schematischer Senkrechtschnitt durch einen Kühlluftkanal des Reaktors nach der ersten Ausführungsform.
• Fig. 7 zeigt einen Abschnitt des Kühlluftkanals der Fig. 6 aus der Perspektive.
• Fig. 8 zeigt die Temperaturschwankung von Wasser in einem Außenbecken eines Kernreaktors nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 9 ist ein Senkrechtschnitt durch das Außenbecken des Reaktors nach der zweiten Ausführungsform.
• Fig. 10 ist ein Senkrechtschnitt durch einen Kernreaktor nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Teildarstellung desselben in der Nähe eines Außenbeckens.
• Fig. 11 ist ein Senkrechtschnitt durch einen Kernreaktor nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Teildarstellung desselben in der Nähe des Druckauffangbeckens.
• Fig. 12 ist ein Senkrechtschnitt durch einen Kernreaktor nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 13 ist ein vergrößerter Senkrechtschnitt durch einen wesentlichen Teil der Fig. 12.
• Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten, nicht unter den Schutzumfang der Nebenansprüche fallenden Anordnung eines Grenzbereichs zwischen einer Betriebebene des Reaktors der ersten Ausführungsform und einem Sammelbecken.
• Fig. 15 ist ein vergrößerter Senkrechtschnitt durch einen in Fig. 14 mit einem Kreis A gekennzeichneten Abschnitt.
• Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht eines Bestandteilssegments des in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Kühlluftkanals, und
• Fig. 17 ist eine Querschnittsdarstellung der Befestigung der Segmente der Fig. 16 an dem Primäreinfassungsbehälter.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt ein Beispiel, in welchem die vorliegende Erfindung bei einem Siedekernreaktor mit einer elektrischen Ausgangsleistung von 1350 MW Verwendung findet.
• Gemäß Fig. 1 werden ein Kühlwasserbecken 21, eine Druckkammer 11 und ein Druckauffangbecken 12 durch eine Betonkonstruktion 16 gebildet. Eine obere Fläche der durch die Betonkonstruktion 16 gebildeten Anordnung dient als Betriebsebene 30, auf der Materialien, wie in einem Reaktordruckbehälter 2 enthaltene Brennelemente, von einer Umschlageinrichtung 80 umgeschlagen werden.
• Die mit dem Betongebilde 16 erhaltene Konstruktion ist von einem Primäreinfassungsbehälter 10 aus Stahl umgeben.
• Der Reaktordruckbehälter 2 ist in der Druckkammer 11 vorgesehen und enthält einen aus Spaltstoff bestehenden Kern 1. In dem Reaktordruckbehälter 2 befindliches Kühlwasser erhält von dem Reaktorkern 1 Kernreaktionswärme, die in Dampf von hoher Temperatur und hohem Druck umzuwandeln ist, und dieser Dampf wird über eine Hauptdampfleitung 3 aus dem Primäreinfassungsbehälter 10 nach außen geleitet, um als Antriebsquelle beispielsweise einer Turbine zu dienen. Der auf diese Weise als Antriebsquelle für die Turbine verwendete Dampf wird kondensiert und über eine Speisewasserleitung 4 in den Reaktordruckbehälter 2 rückgeführt. Daher verlaufen die Hauptdampfleitung 3 und die Speisewasserleitung 4 von dem Reaktordruckbehälter 2 zur Außenseite des Primäreinfassungsbehälters 10.
• Das Druckauffangbecken 12 und die Druckkammer 11 stehen miteinander über ein Belüftungsrohr 14 in Verbindung, das einen Einlaß 17a und einen Auslaß 17b aufweist. Ein Sammelbecken 13, ein Raum oberhalb des Auffangbeckens 12, ist durch das Betongebilde 16 in einen äußeren Abschnitt 13a, der mit dem Primäreinfassungsbehälter 10 in Berührung steht, und einen inneren Abschnitt 13b, der mit dem Primäreinfassungsbehälter nicht in Berührung steht, unterteilt. Eine Anzahl von Verbindungslöchern 18 erstrecken sich durch den Teil des Betongebildes 16 hindurch, der das Auffangbecken 12 in ein Innenbecken 12b und ein Außenbecken 12a unterteilt, und sind unter der Oberfläche des Wassers in dem Auffangbecken 12 angeordnet. Das Beckenwasser kann zwischen dem Innenbecken 12b und dem Außenbecken 12a über die Anzahl von Verbindungslöchern im Kreislauf geführt werden. Darüber hinaus sind eine Anzahl von Verbindungslöchern 18a in dem Teil des Betongebildes 16 vorgesehen, der das Auffangbecken 12 in das Innenund das Außenbecken 12b bzw. 12a unterteilt. Diese Verbindungslöcher 18a sind über der Wasseroberfläche in dem Auffangbecken 12 angeordnet.
• In der Druckkammer 11 ist ein automatisches Entspannungssystem vorgesehen. Dieses automatische Entspannungssystem weist ein an der Hauptdampfleitung 3 angebrachtes automatisches Entspannungsventil 23 auf, und eine Leitung bzw. Rohrleitung ist mit ihrem einen Ende mit einer Abzugsöffnung des automatischen Entspannungsventils 23 verbunden. Das andere Ende dieser Rohrleitung mündet in das Wasser des Auffangbeckens 12. Bes automatische Entspannungssystem weist ferner ein Steuersystem auf, welches das automatische Entspannungsventil 23 öffnet, wenn eine Einrichtung zum Messen des Kühlwasserstandes in dem Reaktordruckbehälter 2 einen für den Reaktorkern 1 gefährlich niedrigen Stand ermittelt.
• In dem Primäreinfassungsbehälter 10 sind verschiedene Arten von Notkernkühlsystemen vorgesehen.
• Im einzelnen umfaßt ein akkumulatorartiges Notkernkühlsystem einen unter Druck stehenden Akkumulatortank 20, der auf der Betriebsebene 30 angeordnet ist, eine zwischen dem unter Druck stehenden Akkumulatortank 20 und dem Reaktordruckbehälter 2 angeschlossene Leitung 24, ein Rückschlagventil 26 an der Leitung 24, um ein Hindurchströmen in Richtung auf den unter Druck stehenden Akkumulatortank 20 zu verhindern, sowie ein Absperrventil 81 (das sich öffnet und schließt) an der Leitung 24. Das Innere des Akkumulatortanks 20 wird mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagt. Dieser Druck beträgt beispielsweise 3 MPa.
• Ein schwerkraftbetriebenes Notkernkühlsystem umfaßt ein Kühlwasserbecken 21, eine zwischen dem Kühlwasserbecken 21 und dem Reaktordruckbehälter 2 angeschlossene Leitung 25, ein Rückschlagventil 27 an der Leitung 25, um ein Hindurchströmen in Richtung auf das Kühlwasserbecken 21 zu verhindern, und ein Absperrventil 82 an der Leitung 25.
• Ein Ausgleichssystem zum Fluten des Reaktorkerns umfaßt eine zwischen dem Auffangbecken 12 und dem Reaktordruckbehälter 2 angeschlossene Ausgleichsleitung 22, ein Rückschlagventil 84 an der Leitung 22, um ein Hindurchströmen in Richtung auf das Auffangbecken 12 zu verhindern, sowie ein Absperrventil 83 an der Leitung 22. Der Auslaß der mit dem Reaktordruckbehälter 2 in Verbindung stehenden Ausgleichsleitung 22 befindet sich auf einer etwas höheren Ebene als das obere Ende des Reaktorkerns 1.
• Wie aus Fig. 14 hervorgeht, ist der obere Wandungsteil des Betongebildes 16 dichtend (luftdicht) mit der inneren Umfangsfläche des Primäreinfassungsbehälters 10 verbunden, so daß die Betriebsebene 30 von dem Bereich getrennt ist, der sich unterhalb dieses oberen Wandungsteils befindet. Wie aus den Fig. 14 und 15 hervorgeht, verläuft die Leitung 85 senkrecht durch die Betonwandung 16 hindurch. Gemaß Fig. 15 ist eine Berstplatte 31 fest am oberen Abschnitt der Leitung 85 befestigt, um diese Leitung 85 zu blockieren. Die Berstplatte 31 weist eine Festigkeit dergestalt auf, daß sie aufgrund des Drucks im Inneren des Sammelbeckens 13 der Druckauffangkammer birst, um die Leitung 85 freizugeben, wenn dieser Druck zum Zeitpunkt eines Unfalls übermäßig ansteigt. Somit dient die Berstplatte 31 als öffnende und schließende Steuereinrichtung, die normalerweise geschlossen ist und im Augenblick des Unfalls durch den übermäßig hohen Druck geöffnet wird.
• Der untere Teil des Primäreinfassungsbehälters 10 taucht in ein Außenbecken 15 ein, das mit dem Außenumfang des Primäreinfassungsbehälters 10 in Berührung steht. Dieses Außenbecken ist mit einer sich nach außen öffnenden Abzugsöffnung 86 versehen.
• Ein Kühlluftkanal 33 ist an dem Teil des Primäreinfassungs behälters vorgesehen, der sich über dem Außenbecken 15 befindet. Wie aus den Figuren 6 und 7 hervorgeht, besteht der Kühlluftkanal 33 aus einer Anzahl von Segmenten 33a mit einem kanalförmigen Querschnitt, die an der Außenoberfläche des Primäreinfassungsbehälters 10 vorgesehen sind, um kontinuierliche Strömungskanäle in Aufwärts- und Abwärtsrichtung zu bilden. Wie aus den Figuren 16 und 17 hervorgeht, sind zum Anbringen der Segmente 33a Bolzen 34 fest mit der Außenoberfläche des Primäreinfassungsbehälters 10 verschweißt, wobei die Bolzen 34 jeweils durch Löcher 86 in den Segmenten 33a hindurchgesteckt und mit Muttern 35 versehen werden, um die Segmente 33a zu befestigen. Am unteren Ende des Kühlluftkanals 33 befindet sich eine Lufteinlaßöffnung 32, und im oberen Teil des Kühlluftkanals 33 ist eine Luftabzugsöffnung 87 vorgesehen.
• Der Kühlluftkanal 33 ist mit Ausnahme der Lufteinlaßöffnung 32 und der Luftabzugsöffnung 87 durch ein Reaktorgebäude 88 abgedeckt.
• Der Reaktor der vorstehend beschriebenen Kernkraftanlage wird zunächst angefahren, und nachdem der Druck in dem Reaktordruckbehälter 2 einen normalen Betriebsdruck erreicht hat, werden die Absperrventile 81, 82 und 83 geöffnet.
• Ereignet sich ein Unfall mit Kühlmittel verlust, beispielsweise aufgrund eines Bruchs der Hauptdampfleitung 3 während des normalen Reaktorbetriebs, so strömt der Dampf von hoher Temperatur und hohem Druck im Innern des Reaktordruckbehälters 2 von dem defekten Leitungsabschnitt zu der Druckkammer 11. Da die Kühlwassermenge in dem Reaktordruckbehälter 2 aufgrund des Leitungsbruchs abnimmt, verringert sich die Fähigkeit, den Reaktorkern 1 zu kühlen.
• Wird ein Sinken des Kühlwasserstands in dem Reaktordruckbehälter 2 aufgrund eines Unfalls festgestellt, so wird das automatische Entspannungsventil 23, das sich an der Hauptdampfleitung 3 befindet, dahingehend aktiviert, daß der Dampf in dem Reaktordruckbehälter 2 in das Auffangbecken 12 strömen kann, nachdem (nicht dargestellte) Steuerstäbe in den Reaktorkern eingeschoben worden sind, um die Kernspaltungsreaktion abzubrechen und damit den Druck in dem Reaktordruckbehälter 2 zu verringern.
• Der Druck in dem Reaktordruckbehälter 2 wird durch Betätigung des automatischen Entspannungsventils 23 auf ein Niveau, das unter dem des unter Druck stehenden Akkumulatortanks 20 liegt, gesenkt, und das Rückschlagventil 26 wird geöffnet. In diesem Augenblick wird das Kühlwasser in dem unter Druck stehenden Akkumulatortank 20 unter Druck in den Reaktordruckbehälter 2 zur Kühlung des Reaktorkerns 1 eingespeist.
• Als Folge nimmt, bevor das gesamte in dem unter Druck stehenden Akkumulatortank 20 vorhandene Kühlwasser eingespeist ist, der Druck in dem Reaktordruckbehälter 2 einen niedrigeren Wert an als der aufgrund eines statischen Kopfunterschiedes zwischen dem Kühlwasserbecken 21 und dem Reaktordruckbehälter 2 bedingte Druck, so daß sich das Rückschlagventil 27 öffnet und das Kühlwasser in dem Kühlwasserbekken 21 aufgrund der Schwerkraft über die Leitung 25 in den Reaktordruckbehälter 2 gelangt.
• Ein Großteil des in dem Kühlwasserbecken 21 befindlichen Kühlwassers flutet den Reaktorkern 1, fließt dann aus dem defekten Abschnitt der Leitung über und füllt den unteren Teil der Druckkammer 11, die im unteren Teil des Reaktordruckbehälters 2 angeordnet ist. Anschließend fließt dieses Kühlwasser, sobald der Kühlwasserstand im unteren Teil der Druckkammer 11 auf die Höhe des oberen Endes des Lüftungsrohrs 14 angestiegen ist, in das Auffangbecken 12, um den Wasserstand in diesem Becken 12 anzuheben.
• Der Wasserstand in dem Auffangbecken 12 wird somit durch das Kühlwasser aus dem Kühlwasserbecken 12 angehoben, so daß zwischen dem Auffangbecken 12 und dem Reaktorkern 1 ein statischer Kopfunterschied entsteht. Durch diesen statischen Kopfunterschied wird das Wasser in dem Auffangbecken 12 in den Reaktordruckbehälter 2 über die Ausgleichsleitung 22 eingespeist. Das in den Reaktordruckbehälter 2 eingespeiste Wasser empfängt die Zerfallswärme, um zu verdampfen, und der so erhaltene Dampf wird über den defekten Teil der Leitung sowie das automatische Entspannungsventil 23 in das Auffangbecken 12 eingespeist und zu Wasser kondensiert. Das Kondensationswasser wird über die Ausgleichsleitung 22 wieder in den Reaktordruckbehälter 2 eingespeist und somit im Kreislauf geführt.
• Fig. 2 zeigt Beispiele für Druckschwankungen in dem Reaktordruckbehälter 2 nach dem Unfall sowie die Funktionen der drei Leitungen der Notkernkühlsysteme (im folgenden als "ECCS" = Emergency Core Cooling System) bezeichnet. Der Druck im Innern des Reaktordruckbehälters 2 wird durch die Aktivierung des automatischen Entspannungsventils 23 herabgesetzt, so daß das Wasser des ECCS in den Reaktordruckbehälter 2 eingespeist werden kann.
• Zunächst liefert, um zu verhindern, daß der Reaktorkern 1 ohne Kühlwasser aus dem Reaktordruckbehälter 2 ist, das akkumulatorartige ECCS das Kühlwasser aus dem unter Druck stehenden Akkumulatortank 20 aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem druckbeaufschlagten Akkumulatortank 20 und dem Reaktordruckbehälter 2 in einem Stadium von etwa 150 Sekunden nach dem Unfall, in welchem der Druck in dem Reaktordruckbehälter 2 noch sehr hoch ist.
• Danach nimmt der Druck in dem Reaktordruckbehälter 2 weiter ab, da sich das automatische Entspannungsventil 23 im geöffneten Zustand befindet. Dadurch arbeitet das schwerkraftbetriebene ECCS, welches das Kühlwasser, bedingt durch den statischen Kopfunterschied aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen dem Kühlwasserbecken 21 und dem Reaktordruckbehälter 2, zuführt. In diesem Moment wird, um zu verhindern, daß die Kühlwasserzufuhr unterbrochen wird, wenn diese vom akkumulatorartigen ECCS auf das schwerkraftbetriebene ECCS umgeschaltet wird, ein wirksamer statischer Kopfdruck des Kühlwasserbeckens 21 so eingestellt, daß der Betrieb des schwerkraftbetriebenen ECCS entsprechend dem Druck im Reaktordruckbehälter 2 unmittelbar vor Beendigung der Kühlwasserzufuhr aus dem akkumulatorartigen ECCS in Gang gesetzt wird.
• Daher braucht, um eine Exponierung des Reaktorkerns 1 unmittelbar im Anschluß an den Unfall zu verhindern, das unter hohem Druck einsetzbare akkumulatorartige ECCS lediglich so lange zu arbeiten, bis das schwerkraftbetriebene ECCS in Betrieb ist. Somit kann der unter Druck stehende Akkumulatortank 20 eine relativ geringe Kapazität für die Kühlwasserspeicherung aufweisen.
• Das schwerkraftbetriebene ECCS arbeitet hingegen unter niedrigem Druck und braucht nicht mit Druck beaufschlagt zu werden. Es ermöglicht daher eine verhältnismäßig hohe Kühlwasserspeicherkapazität. Nach dem Fluten des Reaktorkerns 1 durch das von dem schwerkraftbetriebenen ECCS eingespeiste Kühlwasser strömt das Kühlwasser an dem defekten Teil der Leitung mit dem automatischen Entspannungsventil 23 aus und füllt den unteren Teil der Druckkammer 11, der sich im unteren Teil des Reaktordruckbehälters 2 befindet. Hat der Wasserstand das obere Ende des Lüftungsrohrs 14 erreicht, so strömt das Kühlwasser in das Auffangbecken 12, um dessen Wasserstand anzuheben.
• Aus den Figuren 3a bis 3c geht die Arbeitsweise der drei ECC-Systeme nach dem Unfall hervor.
• Fig. 3a zeigt die Wasserspeicherzustände der ECC-Systeme während des Normalbetriebs im Schnitt.
• In dem Augenblick, in dem ein Unfall mit Kühlmittelverlust eintritt, erfaßt ein Anlageüberwachungssystem ein Sinken des Wasserstands in dem Reaktor. Daraufhin öffnet sich aufgrund des Betriebssignals von dem automatischen Entspannungssystem ein Sicherheitsventil (Entspannungssicherheitsventil) 23, um den Reaktordruck gemäß Fig. 2 zu senken. Anschließend öffnet sich in dem Augenblick (etwa 140 s gemäß Fig. 2), in dem der Druck im Reaktor unter den Betriebsdruck (3 MPa) des akkumulatorartigen ECCS 20 fällt, das Rückschlagventil 27, so daß das von dem akkumkulatorartigen ECCS 20 gespeicherte Wasser dem Reaktorkern 1 über die Leitung 24 zugeführt wird.
• Das akkumulatorartige ECCS 20 kann das Wasser unter hohem Druck zuführen, um zu verhindern, daß der Kern 1 in dem Augenblick exponiert ist, in dem der Druck in dem Reaktor hoch ist, und dieses ECCS weist eine verhältnismäßig geringe Speicherkapazität für das Kühlwasser auf.
• Fig. 3b zeigt die Wasserspeicherzustände in einem Stadium (bei etwa 450 s gem. Fig. 2), in dem die Wasserzufuhr aus dem akkumulatorartigen ECCS abgeschlossen ist.
• Das automatische Entspannungssystem 23 arbeitet weiter, und wenn der Reaktordruck auf etwa 0,3 MPa fällt, wird der statische Kopfdruck (= etwa 20 m, ausgedrückt als Höhenunterschied, der durch die Formel p x g x H wiedergegeben ist, wobei p die Wasserdichte, g die Schwerkraftbeschleunigung und H der Höhenunterschied ist) zwischen dem Becken 21 des schwerkraftbetriebenen ECCS und dem Reaktorkern 1 größer als der Druck in dem Reaktor, so daß das Rückschlagventil 26 geöffnet und das in dem Becken 21 des schwerkraftbetriebenen ECCS befindliche Wasser dem Reaktorkern 1 über die Leitung 25 zugeführt wird.
• Das schwerkraftbetriebene ECCS kann das Kühlwasser dann zuführen, wenn der Druck in dem Reaktor niedrig wird, und dieses ECCS speichert aufgrund des niedrigen Drucks eine hohe Wassermenge.
• Diese hohe Wassermenge strömt, nachdem sie dem Reaktorkern 1 zugeführt worden ist, an der defekten Stelle der Leitung sowie an einer anderen Stelle aus, um den unteren Teil der Druckkammer 11 zu füllen, die im unteren Teil des Reaktordruckbehälters 2 angeordnet ist, und strömt weiter in das Auffangbecken 12 über das Lüftungsrohr 14, um den Wasserstand des Auffangbeckens 12 anzuheben.
• Fig. 3c zeigt den Zustand (bei etwa 900 s in Fig. 2), nachdem die Einspeisung des Kühlwassers durch das schwerkraftbetriebene ECCS abgeschlossen ist, so daß der Wasserstand des Auffangbeckens 12 ansteigt.
• In einem späteren Stadium als gemäß Fig. 3c wird der statische Kopfunterschied zwischen dem Auffangbecken 12 und dem Reaktorkern 1 größer als der Druck in dem Reaktor, und das Kühlwasser wird dem Kern 1 von dem Auffangbecken 12 über die Ausgleichsleitung 22 zugeführt.
• Das zugeführte Kühlwasser verdampft am Reaktorkern 1, strömt jedoch über die defekte Stelle und das Lüftungsrohr 14 zurück in das Auffangbecken 12, wo es kondensiert wird. Dadurch ändert sich die in dem Auffangbecken 12 enthaltene Kühlwassermenge nicht, so daß eine Kühlung des Kerns 1 über einen langen Zeitraum sichergestellt ist.
• Die oberen Räume der Innen- und Außenbereiche (Becken) 12b und 12a des Auffangbeckens 12 stehen miteinander über die Verbindungslöcher 18a in Verbindung, so daß der Druck im oberen Raum des Innenbereichs 12b nicht ansteigt, wenn der Wasserstand steigt und Dampf vom Reaktorkern 1 zugeführt wird. Aufgrunddessen wird die Heraufsetzung des Wasserstandes des Auffangbeckens 12 während des Einsatzes des schwerkraftbetriebenen ECCS nicht behindert.
• Darüber hinaus vergrößert sich aufgrund dessen, daß der Wasserstand des Auffangbeckens 12 heraufgesetzt wird, auch die Berührungsfläche des Außenbereichs 12a mit dem Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 aus Stahl, und damit die Berührungsfläche zwischem dem Auffangbecken 12 und dem Außenbecken 15 über die Wandung des Stahl-Primäreinfassungsbehälters 10 für die Wärmeübertragung. Dadurch wird die Kühlwirkung gesteigert, und auch der Kühleffekt für die Zerfallswärme aus dem Reaktorkern 1 erfährt eine erhebliche Steigerung über einen langen Zeitraum.
• Mit der vorstehenden Konstruktion ist ein allmählicher Übergang von der Kernkühlung durch die ECC-Systeme zum Langzeitkühlen für das Entfernen der Zerfallswärme aus dem Primäreinfassungsbehälter möglich, ohne daß Wasser von außen aufgefüllt werden muß.
• Angesichts der Wassermenge, die erforderlich ist, um den statischen Kopfdruck zwischen dem Auffangbecken 12 und dem Reaktorkern 1 sicherzustellen, damit der Kern 1 über die Ausgleichsleitung 22 mit Kühlwasser versehen werden kann, um eine Unterbrechung der Kühlung des Kerns 1 in dem Moment zu vermeiden, in dem die Kühlwasserzufuhr von dem schwerkraftbetriebenen System auf das Ausgleichssystem umgeschaltet wird, nachdem die gesamte Wassermenge des schwerkraftbetriebenen ECCS eingespeist worden ist, und auch angesichts der zum Kühlen des Kerns 1 erforderliche Wassermenge sowie der Wassermenge, die erforderlich ist, um den unteren Teil der Druckkammer 11 (welche im unteren Teil des Reaktordruckbehälters 2 angeordnet ist) bis zum oberen Ende des Lüftungsrohrs 14 aufzufüllen, wird die vom schwerkraftbetriebenen ECCS gespeicherte Wassermenge ermittelt. Das schwerkraftbetriebene ECCS dient dazu, den unteren Teil der Druckkammer 11 mit dem Kühlwasser bis zum oberen Ende des Lüftungsrohrs 14 aufzufüllen, um den Wasserstand des Auffangbeckens 12 anzuheben, und es muß dieses nur so lange in Betrieb sein, bis das Ausgleichssystem zu arbeiten beginnt.
• Keines dieser drei ECC-Systeme verwendet eine kraftbetriebene Einrichtung, beispielsweise eine motorbetriebene Pumpe. Die Systeme arbeiten passiv, d.h. mit dem Druckunterschied oder dem statischen Kopfunterschied gegenüber dem Druck im Inneren des Reaktordruckbehälters 2. Für den Betrieb dieser ECC-Systeme ist in der Reaktoranlage keine Bedienungsperson erforderlich. Die System fangen automatisch an zu arbeiten und kühlen den Reaktorkern kontinuierlich entsprechend dem im Reaktor nach dem Unfall herrschenden Druck, als auch in in allen Stadien, d.h. im Hochdruckstadium, Niederdruckstadium und im Stadium der Langzeitkühlung. Diese ECC- Systeme gewährleisten eine Langzeitkühlung des Kerns, ohne daß dem Kern Wasser von außen zugeführt werden muß.
• Durch die Ausschaltung einer unter Umständen unsachgemäß vorgehenden Bedienungsperson als auch von Faktoren, die unerwünschte Funktionsweisen der verschiedenen Einrichtungen hervorrufen, ist eine größere Zuverlässigkeit der Anlage gewährleistet.
• Nachdem die Funktionen den drei ECC-Systemen übertragen werden und eine hohe Kapazitätsauslegung der Kühleinrichtungen vermieden werden kann, ist eine kleinere Konstruktion des Primäreinfassungsbehälters 10 mit den ECC- Systemen in diesen möglich.
• Der untere Teil der Druckkammer 11 wird mit dem Kühlwasser aus den schwerkraftbetriebenen ECC-Systemen bis zum oberen Ende des Lüftungsrohrs 14 aufgefüllt. Dadurch ist bei dieser Anordnung sichergestellt, daß selbst in dem Fall, in dem ein Unfall eintritt, bei dem der schmelzende Kern in noch nicht da gewesener Weise eine ernste Bedrohung darstellt, indem dieser geschmolzene Kern 1 sich durch den Reaktordruckbehälter 2 hindurchbewegt und auf den Primäreinfassungsbehälter 10 fällt, der Primäreinfassungsbehälter 10 nicht beschädigt werden kann, nachdem der untere Teil der Druckkammer 11 bis zum oberen Ende des Lüftungsrohrs 14 mit Kühlwasser gefüllt ist, was die Sicherheit der Anlage weiter fördert.
• Darüber hinaus sind alle Bauteile der vorstehend genannten ECC-Systeme, einschließlich des Tanks zur Speicherung des Kühlwassers sowie alle Leitungen und Ventile in dem Primäreinfassungsbehälter 10 aus Stahl angeordnet, so daß selbst im Falle eines durch die ECC-Systeme aus irgendeinem Grund verursachten Unfalls das radioaktive Kühlwasser nicht aus dem Primäreinfassungsbehälter 10 nach außen abgeführt wird, was die Sicherheit des Kernkraftwerks weiter erhöht.
• Die Kühlung des Reaktorkerns 1 erfolgt mittels der vorstehend beschriebenen drei ECC-Systeme. Anschließend wird die sich im Auffangbecken 12 angesammelte Zerfallswärme durch das für den Primäreinfassungsbehälter 10 vorgesehene Kühlsystem abgeführt.
• Nachstehend ist eine Ausführungsform eines Kühlsystems 10 für den Primäreinfassungsbehälter 10 im einzelnen beschrieben. Dieses weist ein äußeres Beckensystem auf, das um den Außenumfang des Primäreinfassungsbehälters 10 angeordnet ist, sowie ein Kühlluftsystem mit auf natürliche Weise strömender Luft, das um den Außenumfang des Teils des Primäreinfassungsbehälters 10 angeordnet ist, der sich über dem Sammelbecken 13 befindet und dem von der Betriebsebene 30 und Kühlleitungen 33 eingenommenen Raum entspricht.
• Bei einem Unfall mit Kühlmittelverlust strömt der aus dem Wasser für die Zerfallswärme entstandene Dampf in dem Reaktordruckbehälter 2 aus dem defekten Teil der Leitung in die Druckkammer 11, so daß der Druck in dieser zunimmt. Nimmt der Druck in der Druckkammer 11 zu, so sinkt der Wasserstand des Lüftungsrohrs 14 aufgrund dieses Drucks. Sinkt dieser Wasserstand dann unter das Niveau des Außlasses 17b des Lüftungsrohrs 14, so strömen der in der Druckkammer 11 befindliche Dampf sowie nicht kondensierbares Gas (Stickstoff) über das Lüftungsrohr 14 in das Auffangbecken 12.
• Der auf diese Weise in das Auffangbecken 12 eingespeiste Dampf wird im Wasser dieses Beckens zur Abgabe der latenten Wärme kondensiert, und die Temperatur des Wassers in dem Auffangbecken 12 steigt aufgrund dieser Wärme an.
• Das nicht kondensierbare Gas in der Druckkammer hingegen wird in dem Sammelbecken 13 gesammelt, das einen Gasphasenraum über der Druckauffangkammer darstellt.
• Um den Primäreinfassungsbehälter 10 vor einer Beschädigung zu schützen, ist eine Kühlung der Druckauffangkammer erforderlich, um den Maximaldruck des Primäreinfassungsbehälters unter einem zulässigen Auslegungsdruck zu halten. Bei dem Primäreinfassungsbehälter 10 der vorliegenden Erfindung ist das Auffangbecken 12 um den Reaktordruckbehälter 2 herum angeordnet. Infolgedessen dient das Sammelbecken 13 zur Begrenzung des Einfassungsbehälters, so daß der Maximaldruck des Sammelbeckens 13 aufgefangen wird.
• Der Druck des Sammelbeckens 13 zum Zeitpunkt eines Unfalls ist allgemein durch die folgende Formel ausgedrückt, wenngleich er je nach Form und Größe des Primäreinfassungsbehälters 10, der Art der Wärmeabführung und den Grenzbedingungen schwanken kann:
• P = PDampf + Pnicht-kondensierb. Gas
• wobei PDampf für einen partiellen Dampfdruck und Pnicht-kondensierb. Gas für einen partiellen Druck des nicht kondensierbaren Gases steht. Der Maximaldruck des Sammelbeckens 13 wird daher dadurch aufgefangen, daß man diese partiellen Drücke verringert.
• Der partielle Dampfdruck in dem Sammelbecken 13 ist ein gesättigter Dampfdruck, der von der Temperatur des Wassers in dem Auffangbecken 12 bestimmt ist, so daß durch eine Kühlung des Auffangbeckens 12 zur Senkung der Temperatur des Beckenwassers der partielle Dampfdruck reduziert werden kann.
• Zur Kühlung des Auffangbeckens 12 ist das Außenbecken 15 außerhalb des Primäreinfassungsbehälters 10 angeordnet.
• Aufgrund eines Temperaturanstiegs des Auffangbeckens 12 ergibt sich ein Temperaturunterschied zwischen dem Außenbecken 15 und dem Auffangbecken 12, so daß die Wärme von dem Auffangbecken 12 durch die Stahlwandung des Primäreinfassungsbehälters 10 in das Außenbecken 15 abgeführt wird. Infolgedessen steigt auch die Temperatur des Wassers in dem Außenbecken 15. Schließlich wird der durch Verdampfen des Wassers in dem Außenbecken 15 entstandene Dampf über die Auslaßöffnung 86 nach außen abgegeben, wodurch die Zerfallswärme aus dem Primäreinfassungsbehälter 10 nach außen abgeführt wird.
• Demgegenüber unterliegt das Wasser in dem Auffangbecken 12 aufgrund der Erwärmung durch die durch die Kondensation des Dampfes und die Kühlung der Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 bedingte latente Wärme einer natürlichen Konvektion. Auch das Wasser in dem Außenbecken 15 ist aufgrund der Erwärmung durch die Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 einer natürlichen Konvektion unterworfen. Mit dieser Anordnung kann die Zerfallswärme ohne die Zuhilfenahme einer motorbetriebenen Pumpe und eines Wärmetauschers von dem Primäreinfassungsbehälter 10 unter Nutzung der natürlichen Wärmeübertragungskonvektion nach außen abgeführt werden, wobei die Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 als Wärmeübertragungsfläche Verwendung findet.
• Die Temperatur des Wassers in dem Auffangbecken 12 hängt von der Wärmemenge ab, die sich akkumuliert hat und die dadurch erhalten wird, daß man den Betrag der dem Außenbecken 15 zugeführten Übertragungswärme von der durch den Reaktorkern 1 erzeugten Zerfallswärme abzieht. Infolgedessen läßt sich der partielle Dampfdruck dadurch verringern, daß man die Wärmeübertragungsmenge zu dem Außenbecken erhöht. Diese Wärmeübertragungsmenge wird durch die nachstehende Formel ausgedrückt,
• Q = KA (TAuffangb. - TAußenb.)
• wobei K der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient ist, der von dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten für die natürliche Konvektion des Beckens und dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 bestimmt ist; A der Wärmeübertragungsbereich ist, der vom Durchmesser des Primäreinfassungsbehälters 10 und der Tiefe des Beckenwassers bestimmt ist, TAuffangb. die Temperatur des Wassers in dem Auffangbecken 12 und TAußenb. die Temperatur des Wassers in dem Außenbecken 15 ist.
• Um die Wärmeübertragungsmenge in das Außenbecken 15 zu erhöhen, ist es erforderlich, den Wärmeübertragungsbereich zu vergrößern. Um dem Phänomen des Anschwellens des Wasservolumens in dem Becken zu begegnen, was von einem abrupten Ansteigen des Niveaus der Wasseroberfläche des Auffangbeckens 12 aufgrund einer hohen in das Auffangbecken 12 eingepeisten Gasmenge (die beim Einblasen unmittelbar im Anschluß an den Unfall erzeugt wird) begleitet ist, wird der Wasserstand des Auffangbeckens 12 während des normalen Betriebs gemäß Fig. 4a niedrig gehalten, um zu verhindern, daß das Betongebilde 16 einer hohen Prallwirkung ausgesetzt ist. Nach dem Unfall strömt das Kühlwasser aus dem schwerkraftbetriebenen ECCS jedoch über das Lüftungsrohr 14 in das Auffangbecken 12, so daß der in Fig. 4b gezeigte Zustand erhalten wird. Anschließend kann der Wasserstand des Auffangbeckens 12 während des Kühlens über einen langen Zeitraum gemäß Fig. 3c angehoben werden. Dadurch kann der Wärmeübertragungsbereich zu dem Außenbecken 15 vergrößert werden, wodurch die Wärmeübertragungseigenschaften verbessert werden.
• Fig. 3d ist eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 3c, aus der der Zustand, in dem der Wasserstand des Auffangbeckens 12 durch das überfließende Wasser aus dem schwerkraftbetriebenen ECCS (dem Wasserkühlbecken 21) erhöht wird, so daß er über den normalen Wasserstand liegt (strichliert dargestellt), hervorgeht. Im besonderen steigt der Wasserspiegel über das Niveau der Verbindungslöcher 18a hinaus an.
• Aufgrund der oberen und unteren Verbindungslöcher in der Wandung 16 wird dem (nachstehend beschriebenen) Phänomen der Temperaturschichtung in dem Auffangbecken 12 begegnet, so daß der Bereich hoher Temperatur für die Wärmeabstrahlung in das Außenbecken 15 erhöht werden kann. Die Pfeile in Fig. 3d verweisen auf das Konvektionsphänomen durch die Verbindungslöcher 18 und 18a hindurch.
• Wie bereits bekannt, ist das Wasser in dem Teil des Auffangbeckens 12 über dem Auslaß des Lüftungsrohrs 14 aufgrund der Dampfkondensierung hohen Temperaturen ausgesetzt, während die Temperatur des Beckenwassers unterhalb des Auslasses des Lüftungsrohrs 14 niedrig gehalten wird. Es wird dies als das Temperaturschichtungsphänomen bezeichnet. Sind die oberen und unteren Verbindungslöcher jedoch wie bei dieser Ausführungsform vorgesehen, so strömt das Wasser hoher Temperatur im oberen Teil des Auffangbeckens 12 aufgrund der natürlichen Konvektion durch die oberen Verbindungslöcher 18a zur Außenseite der Wandung 16 und wird in dem Auffangbecken 15 gekühlt. Anschließend strömt das Beckenwasser entlang der Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 nach unten und von dort wieder durch die unteren Verbindungslöcher 18 in das Innere des Wandungsgebildes 16, so daß die Temperatur des Wassers im unteren Teil des Beckens erhöht werden kann. Der Betrag der an das Außenbecken 15 abgegebenen Strahlungswärme ist proportional der Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Auffangbecken 12 und dem Außenbecken 15, so daß der Hochtemperaturbereich, der für die Wärmeübertragung in das Außenbecken 15 wirksam wird, aufgrund der vorstehend beschriebenen oberen und unteren Verbindungslöcher bis unter den Auslaß für das Lüftungsrohr 14 vergrößert werden kann.
• Die Wärmekapazität des Auffangbeckens 12 vergrößert sich aufgrund von dessen ansteigendem Wasserstand, bedingt durch das von dem akkumulatorartigen ECCS 21 überströmende Wasser, so daß ein Temperaturanstieg des Auffangbeckens 12 nach dem Abführen der Zerfallswärme unterbunden und damit die Druckauffangwirkung in dem Primäreinfassungsbehälter 10 erheblich gesteigert wird.
• Bei der vorstehenden Ausführungsform befinden sich die Verbindungslöcher 18a des Wandungsgebildes 16 über dem normalen Wasserstand des Auffangbeckens 12. Die Ausführungsform, bei der sich die Verbindungslöcher 18a unter dem normalen Wasserstand des Auffangbeckens 12 befinden, ist nachstehend anhand der Figuren 4a bis 4c beschrieben.
• Bei dieser Ausführungsform ist das Sammelbecken 13 durch das Betongebilde 16 in den inneren Abschnitt 13b und den äußeren Abschnitt 13a unterteilt, so daß sich das nicht-kondensierbare Gas in dem inneren Abschnitt 13b des Sammelbeckens 13 sammelt. Bei dieser Anordnung ist der partielle Druck des Stickstoffs im inneren Abschnitt 13b höher als der partielle Druck des Stickstoffs in dem äußeren Abschnitt 13a, und die Wasserstände des Innenbeckens 12b und des Außenbeckens 12a unterscheiden sich voneinander entprechend dem Druckunterschied zwischen dem inneren Abschnitt 13b und dem äußeren Abschnitt 13a; mit anderen Worten, gemäß Fig. 4a ist der Wasserstand des Außenbeckens 12a höher als der des Innenbeckens 12b. Infolgedessen vergrößert sich die Berührungsfläche zwischen dem Wasser des Auffangbeckens 12 und der inneren Umfangsfläche des Primäreinfassungsbehälters 10, so daß auch die wirksame Wärmeübertragungsfläche zu dem Außenbecken 15 größer wird.
• Der partielle Druck des nicht-kondensierbaren Gases wird von dem Volumenverhältnis zwischen der Druckkammer 11 und dem Sammelbecken 13 bestimmt, und im Augenblick des Unfalls wird eine Verbindung geschaffen zwischen dem Raum der Betriebsebene 30 und dem Raum des Sammelbeckens 13, um dadurch die Aufnahmekapazität für das nicht-kondensierbare Gas zu erhöhen, wodurch der Partialdruck des nicht-kondensierbaren Gases reduziert wird.
• Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Wärmestrahlungseigenschaften des Kühlsystems des Primäreinfassungsbehälters 10. Bis zu einem Stadium von etwa 20 Stunden nach dem Unfall ist die von dem Außenbecken 15 abgestrahlte bzw. frei gesetzte Wärme geringer als die am Reaktorkern 1 erzeugte Zerfallswärme. Daher steigen sowohl die Temperatur des Auffangbeckens 12 als auch der Druck des Sammelbeckens 13 an.
• Überschreitet der Druck des Sammelbeckens 13 den Betriebsdruck soweit, daß er die Berstplatte 31 zerstört, d.h. daß diese birst, so steht das Sammelbecken 13 mit dem Raum über der Betriebsebene 30 in dem Primäreinfassungsbehälter 10 in Verbindung. Infolgedessen kann das in dem Sammelbecken 13 gespeicherte nicht-kondensierbare Gas in den Raum der Betriebsebene 30 strömen. Dadurch kann das Volumen des Raums der Betriebsebene 30 als Teil des Volumens des Sammelbeckens 13 Verwendung finden. Auf diese Weise wird das Volumen des Sammelbeckens 13 faktisch vergrößert, so daß der Druck in dem Primäreinfassungsbehälter 10 abrupt fällt.
• Darüber hinaus hat das in den Raum der Betriebsebene 30 geleitete nicht-kondensierbare Gas während seines Hindurchströmens durch das Auffangbecken 12 eine hohe Temperatur angenommen. Da das nicht-kondensierbare Gas aufgrund seines Einströmens in den Raum der Betriebsebene 30 eine hohe Temperatur aufweist, strömt dieses Gas nach oben, um die Innenoberfläche des Primäreinfassungsbehälters 10 über der Betriebsebene 30 zu erwärmen. Aufgrund dieser Erwärmung wird das Gas in dem Kühlluftkanal 33, der mit der Außenoberfläche des Primäreinfassungsbehälters 10 in Berührung steht, erwärmt. Das erwärmte Gas in dem Kühlluftkanal 33 wird über den Auslaß 87 des Kühlluftkanals 33 nach außen abgeführt, und es wird an seiner Stelle ein frischer Kaltluftvorrat in den Kühlluftkanal 33 durch dessen Einlaßöffnung 32 eingesogen, so daß der Primäreinfassungsbehälter 10 mit auf natürliche Weise angesaugter Kühlluft gekühlt wird.
• Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist der Kühlluftkanal 33 am Außenumfang des Primäreinfassungsbehälters 10 vorgesehen, und um die Wärmeübertragung durch die natürliche Ansaugluftkühlung zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der in dem Kühlluftkanal 33 nach oben strömenden Luft zu erhöhen. Hierzu wird der Abstand zwischen dem Kühlluftkanal 33 und der äußeren Umfangsfläche des Primäreinfassungsbehälters 10 auf einen Wert zwischen etwa 20cm und etwa 30 cm begrenzt.
• Nach dem Bersten der Berstplatte 31 kann auch die natürliche Ansaugkühlluft aufgrund des am Außenumfang des Primäreinfassungsbehälters 10 vorgesehenen Kühlluftkanals Verwendung finden, so daß sich der Betrag der von dem Primäreinfassungsbehälter 10 abgestrahlen Wärme erhöht. Dadurch, daß ab einem Stadium von etwa 50 Stunden nach dem Unfall die Kühlung mit Wasser durch das Außenbecken 15 in Kombination mit der Luftkühlung über den Kühlluftkanal 33 erfolgt, überschreitet die übertragene Wärmemenge (freigesetzte Wärme) den Betrag der Zerfallswärme, und der Druck in dem Primäreinfassungsbehälter 10 sowie die Temperatur des Wassers in dem Auffangbecken 12 nehmen allmählich ab.
• Wie vorstehend beschrieben, ist das Außenbeckensystem vorgesehen, in dem unter Verwendung des Kühlwassers aus den ECC- Systemen und der durch das Betongebilde 16 unterteilten Sammelbeckenkonstruktion der Wasserstand des Auffangbeckens 12 angehoben, um den wirksamen Wärmeübertragungsbereich zu vergrößern. Ferner ist der Primäreinfassungsbehälter 10 dergestalt vorgesehen, daß das Sammelbecken 13 zum Zeitpunkt des Unfalls durch Zerstörung der Berstplatte 31 mit dem Raum der Betriebsebene 30 verbunden werden kann, um das Volumen des Sammelbeckens 13 zu vergrößern. Ferner ist das Kühlluftsystem zur Luftkühlung der Wandung des mit dem Sammelbecken 13 in Berührung stehenden Primäreinfassungsbehälters 10 vorgesehen. Mit diesen Anordnungen können ein Ansteigen sowohl der Temperatur als auch des Drucks in dem Primäreinfassungsbehälter 10 auf wirsame Weise unterbunden werden.
• Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geht aus Fig. 9 hervor. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 dadurch, daß in einem Außenbecken 15 ein Wärmeakkumulator 40 mit einem Schmelzpunkt von nicht über 100 ºC vorgesehen ist. Wie in Fig. 8 gezeigt, steigt aufgrund der Wärmeübertragung von einem Auffangbecken 12 zu einem Außenbecken 15 die Temperatur des Wassers in dem Außenbecken 15 zusammen mit der Temperatur des Wärmeakkumulators 40. Der Temperaturanstieg des Wassers in dem Außenbecken 15 wird jedoch durch die Schmelz wärme des Wärmeakkumulators 40 eingedämmt, und die Temperatur des Wassers in dem Außenbecken 15 kann nahe dem Schmelz punkt des Wärmeakkumulators 40 gem. Fig. 8 konstant gehalten werden. Dadurch wird der Temperaturunterschied zwischen dem Außenbecken 15 und dem kontinuierlich erwärmten Auffangbecken 12 größer, so daß die Wärmeübertragungscharakteristiken verbessert werden. Darüber hinaus wird, nachdem der Temperaturanstieg in dem Außenbecken 15 eingedämmt wird, die für ein Verdunsten bzw. Verdampfen des Beckenwassers erforderliche Zeit größer, und die Ruhezeit (die Zeit, die für das Wiederauffüllen des Außenbeckens 15 mit Wasser von außen erforderlich ist) kann verlängert werden, so daß die Bedienungsperson entlastet ist. Die anderen Teile der Kernreaktoranlage dieser Ausführungsform sind die gleichen wie bei der vorangehenden Ausführungsform, so daß auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird.
• Fig. 10 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß eine Zweigleitung 28 mit einer Leitung 25 verbunden ist, die zwischen einem Kühlwasserbecken 21 eines schwerkraftbetriebenen ECCS und einem Reaktordruckbehälter angeschlossen ist, und daß ein Absperrventil 29 an der Zweigleitung 28 vorgesehen ist. Durch Öffnen des Absperrventils 29 wird ein Teil des in dem Kühlwasserbecken 21 befindlichen Wassers in ein Außenbecken 15 eingespeist, um den Wasserstand des Außenbeckens 15 mittels eines (nicht dargestellten) Schwimmerventils oder dergleichen auf ein bestimmtes Niveau anzuheben. Mit dieser Anordnung wird während des Normalbetriebs der Wasserstand des Außenbeckens 15 auf demselben Niveau gehalten wie der eines Auffangbeckens 12, so daß die jeweils die Innen- und Außenoberflächen eines Primäreinfassungsbehälters 10 beaufschlagenden Wasserdrücke fast identisch sind, wodurch eine Verformung der Wandung des Primäreinfassungsbehälters 10 verhindert wird. Im Falle eines Unfalls verbessern sich aufgrund des höheren Wasserstandes in dem Außenbecken 15 die Wärmeübertragungseigenschaften. Die anderen Teile des Kernreaktors dieser Ausführungsform sind mit denen der Ausführungsform nach Fig. 1 identisch, so daß auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird.
• Fig. 11 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß anstelle des Außenbeckensystems untere Endabschnitte einer Anzahl von doppelwandigen Wärmeübertragungsrohren 41 in einem Auffangbecken 12 angeordnet sind, während die oberen Endabschnitte derselben in einem Kühlbecken 42 über dem Auffangbecken 12 vorgesehen sind. Zwischen einem gashaltigen Teil des Kühlbeckens 42 und der Außenseite eines Primäreinfassungsbehälters 10 ist eine Abzugsleitung 43 angeschlossen.
• Durch in dem schwerkraftbetriebenen ECCS findliches Wasser wird der Wasserstand des Auffangbeckens 12 auf ein Niveau angehoben, das über dem durch die strichlierte Linie angegebenen normalen Wasserstand liegt, und die unteren Endabschnitte von Außenrohren 90 der doppelwandigen Wärmeübertragungsrohre 41 werden durch das Beckenwasser erwärmt. Das Wasser in dem erwärmten Außenrohr 90 jedes der doppelwandigen Wärmeübertragungsrohre 41 steigt an und fließt aufgrund der natürlichen Konvektion in das Kühlbecken 42 über dem Auffangbecken 12, wodurch die Temperatur des Wassers in dem Kühlbecken 42 ansteigt. In einem unteren Teil des Kühlbeckens 42 ist ein Einlaß 92 eines Innenrohrs 91 jedes der doppelwandigen Wärmeübertragungsrohre 41 angeordnet, so daß das Kühlwasser niedriger Temperatur durch das Innenrohr 91 nach unten strömt. Dadurch, daß das Innenrohr 91 und das Außenrohr 90 im unteren Endabschnitt des doppelwandigen Wärmeübertragungsrohrs 41 miteinander in Verbindung stehen, wird das Wasser in dem Außenrohr 90 durch das Auffangbecken 12 erneut erwärmt und strömt unter Bildung eines Wasserkreislaufs nach oben.
• Auf diese Weise wird die in dem Auffangbecken 12 akkumulierte Zerfallswärme über die doppelwandigen Wärmeübertragungsrohre 41 in das Kühlbecken 42 geleitet. Das Wasser in dem Kühlbecken 42 verdampft schließlich und wird über die Abzugsleitung 43 an die Außenseite des Primäreinfassungsbehälters 10 abgegeben. Dadurch wird ein Temperaturanstieg in dem Auffangbecken 12 verhindert, wodurch sich der partielle Dampfdruck verringert. Die anderen Teile desselben sind mit denen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 identisch, so daß auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird.
• Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß an die Stelle des Außenbeckens ein Kühlsystem mit Dampfkondensierung tritt, bei welchem Dampf über eine von einer Hauptdampfleitung 3 abzweigende Leitung 53 einer Anzahl von Wärmetauschern 50 zugeführt wird, die in einem Kühlbecken 51 über einem Reaktordruckbehälter 2 angeordnet sind, um den an einem Reaktorkern 1 entstandenen Dampf zu kondensieren.
• Jeder der Wärmetauscher 50 ist vom Typ eines Röhrenwärmeaustauschers und umfaßt eine Anzahl von Wärmeübertragungsrohren 58, ein an den oberen Enden der Wärmeübertragungsrohre 58 angeordnetes Plenum 59 für die Dampfverteilung, sowie ein an den unteren Enden der Wärmeübertragungsrohre 58 angeordnetes Plenum 60 zum Auffangen des Kondensats. In dem Wärmetauscher 50 wird der durch die Wärmeübertragungsrohre 58 strömende Dampf mit Hilfe von Wasser an der Mantelseite gekühlt. In dem Dampf enthaltenes nicht-kondensierbares Gas wird durch das Plenum 60 von dem Kondensat getrennt, und letzteres wird unter der Einwirkung der Schwerkraft in den Reaktordruckbehälter 2 über die Leitung 54 rückgeführt. Danach wird das nicht-kondensierbare Gas über eine Leitung 55 an das Auffangbecken 12 abgegeben. Bei dieser Anordnung wird die durch den Reaktorkern 1 erzeugte Zerfallswärme mit Hilfe der Wärmetauscher 50 in dem Kühlbecken 51 unter Anwendung der Dampfkondensation akkumuliert, und der durch die Verdampfung des Wassers in dem Kühlbecken 51 entstehende Dampf wird über eine Leitung 52 an die Außenseite des Einfassungsbehälters abgeführt, wodurch eine Wärmeübertragungsfunktion erfüllt wird. Im Falle eines Unfalls öffnen sich jeweils an den Leitungen 53 und 54 vorgesehene Absperrventile 56 und 57, so daß der Dampfkondensationsprozeß durch die Wärmetauscher 50 eingeleitet wird. Bei diesem Beispiel ist ein Kühlwasserbecken 21, das als Wassertank für ein schwerkraftbetriebenes ECCS dient, unter dem Kühlbecken 51 angeordnet.
• Bei allen vorstehenden Ausführungsformen weisen die Beckenböden, die mit dem Kühlwasser in Berührung stehenden Teile sowie die Flächen der Betonwandung, die mit dem Kühlwasser in Berührung stehen können, eine Metallverkleidung auf.
• Bei allen vorstehenden Ausführungsformen kann die am Reaktorkern 1 entstandene Zerfallswärme mit Hilfe des passiven Prinzips, ohne die Verwendung einer kraftbetriebenen Einrichtung, beispielsweise einer Pumpe, abgeführt werden, so daß die Zuverlässigkeit der Anlage verbessert wird. Darüber hinaus kann der Primäreinfassungsbehälter dergestalt erweitert werden, daß er den Raum der Betriebsebene mit einschließt, so daß kein zusätzlicher Raum für die Realisierung dieser Erweiterung erforderlich ist. Auch wird der Reaktor in seinen Gesamtabmessungen selbst dann nicht übermäßig groß, wenn der Primäreinfassungsbehälter groß dimensioniert ist.
• Der Primäreinfassungsbehälter besteht aus Stahl, und er kann den Raum der Betriebsebene lediglich zum Zeitpunkt eines Unfalls mit einschließen, um einen größeren Wärmeübertragungsbereich verfügbar zu machen und damit die Wärmeübertragungsmöglichkeiten zu verbessern. Daher kann der Kernreaktor, der sich eines solchen Primäreinfassungsbehälters bedient, vorteilhafterweise von kompakter Bauweise sein.
• Die verschiedenen Notkernkühlsysteme arbeiten bei der natürlichen Zufuhr von Kühlwasser zusammen, um die Kühlfunktion über einen langen Zeitraum zu gewährleisten und damit die Zuverlässigkeit beim Kühlen zu verbessern. Ferner wird der untere Teil der Bruckkammer geflutet, so daß, selbst wenn ein außergewöhnlicher Unfall mit einem schmelzenden Kern eintritt, der Primäreinfassungsbehälter nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
• Da alle Notkernkühlsysteme in dem Primäreinfassungsbehälter angeordnet sind, ist es möglich, Unfälle mit radioaktiven Lecks an den Primäreinfassungsbehältern durch die Notkernkühlsysteme zu begrenzen, so daß die Sicherheit des Kernreaktors verbessert werden kann.
• Die oberen derjenigen Verbindungslöcher, die in dem Betonwandungen ausgebildet sind, die den äußeren Umfangsabschnitt von dem inneren Umfangsabschnitt des Druckauffangbeckens trennen, befinden sich über dem Auslaß des Lüftungsrohrs und über dem Normalwasserstand des Auffangbeckens. Dadurch kann das Kühlwasser der Notkernkühlsysteme in den inneren Umfangsabschnitt des Auffangbeckens strömen, wobei es über den Auslaß des Lüftungsrohrs hinwegströmt, und dann verhältnismäßig ungehindert in den äußeren Umfangsabschnitt der Auffangkammer durch die oberen Verbindungslöcher fließen. Infolgedessen läßt sich der Wasserstand in dem äußeren Umfangsabschnitt verhältnismäßig schnell anheben, so daß sich die Wärmeübertragungsfläche, über die die Wärme von dem äußeren Umfangsabschnitt des Auffangbeckens zu dem Außenbecken übertragen wird, vergrößert.
• Durch das Vorhandensein des Wärmeakkumulators in dem Außenbecken ist eine Steigerung des Temperaturunterschiedes zwischen dem Auffangbecken und dem Außenbecken möglich, so daß die Wärmeübertragung von dem Auffangbecken zu dem Außenbecken über einen langen Zeitraum erfolgt, wodurch auch die Wärmeübertragungskapazität erhöht werden kann.
• Das Außenbecken wird mit Kühlmedium aufgefüllt, um den Wasserstand in diesem anzuheben. Dadurch können die Temperatur des Kühlmediums in dem Außenbecken und das Absinken des Wasserstandes in diesem aufgrund der Verdampfung in Grenzen gehalten werden. Folglich kann die Wärmeübertragung vom Druckauffangbecken zum Außenbecken über einen langen Zeitraum erfolgen, und die Wärmestrahlungskapazität kann höher werden.
• Durch Vorsehen der mit natürlicher Ansaugluft arbeitenden Kühleinrichtung zum Kühlen des oberen Abschnitts des Stahl- Primäreinfassungsbehälters unter Verwendung von Umgebungsluft, während der untere Abschnitt des Primäreinfassungsbehälters mit dem Wasser des Außenbeckens gekühlt wird, das diesen umgibt, kann der Primäreinfassungsbehälter in seiner Gesamtheit auf wirksame Weise gekühlt werden, wobei die ohne kraftbetriebene Einheiten arbeitende Kühleinrichtung die Zuverlässigkeit des Kernreaktors verbessert.
• Durch die Verwendung der Dampfkondensiereinrichtung anstelle des Außenbeckens ist es möglich, den Dampf, der durch den Reaktorkern nach einem Unfall erzeugt worden ist, in den Wärmetauschern zu kondensieren, um die Wärme dann in dem Kühlwasserbecken zu akkumulieren, von wo aus daher die Verdampfung des Wassers erfolgt. Durch diese Wasserverdampfung läßt sich die Zerfallswärme aus dem Primäreinfassungsbehälter in wirksamer Weise nach außen ableiten, so daß es möglich ist, den Druck im Inneren des Primäreinfassungsbehälters entsprechend niedrig zu halten.
• Durch die Verwendung der Wärmeübertragungsleitung anstelle des Außenbeckens, wobei deren unterer Endteil in der Auffangkammer und deren oberer Teil in dem Kühlwasserbecken angeordnet ist, kann das Kühlwasserbecken durch die natürliche Konvektion gekühlt werden. Infolgedessen ist es möglich, einen Temperaturanstieg in dem Auffangbecken zu verhindern.
• Das Innere des Primäreinfassungsbehälters ist in zwei Räume unterteilt: der erste Raum enthält den Druckbehälter und der zweite Raum die Betriebsebene, wobei diese Räume voneinander in fluid-dichtender Weise durch die Trenneinrichtung isoliert sind und miteinander durch die in der Trenneinrichtung vorgesehene Öffnungs- und Schließeinrichtung verbunden werden können. Im Falle eines Unfalls wird die Öffnungs- und Schließeinrichtung geöffnet, um quasi das Volumen der Druckauffangkammer so weit zu vergrößern, daß es auch den ersten Raum mit der Betriebsebene umfaßt, wodurch sich die Druckabsorptionsfähigkeit erhöht. Dadurch kann die Lebensdauer des Primäreinfassungsbehälters selbst bei einem länger andauernden Unfall erhöht werden.
• Ferner kann die Wärmeübertragung über den weiten Oberflächenbereich des Primäreinfassungsbehälters einschließlich des Raums der Betriebsebene erfolgen, so daß der Kühleffekt vergrößert wird. Darüber hinaus wird der obere Abschnitt des Primäreinfassungsbehälters für die Betriebsebene verwendet, was für den Kernreaktor unerläßlich ist. Das heißt, es ist in dem Primäreinfassungsbehälter kein weiterer Raum vorhanden. Dadurch ist ein übergroßes Volumen des Primäreinfassungsbehälters weitgehend vermeidbar.
• Im Inneren des Stahl-Primäreinfassungsbehälters, bei dem der Raum für die Betriebsebene in der Auffangkammer enthalten sein kann, welche daher im Falle eines Unfalls erheblich vergrößert wird, sind Notkernkühlsysteme vorgesehen, beispielsweise ein akkumulatorartiges Notkernkühlsystem und ein schwerkraftbetriebenes Notkernkühlsystem, in Kombination mit Wasserkühl- und Kühlluftsystemen für den Primäreinfassungsbehälter. Diese arbeiten, um ein funktionssicheres System zu ergeben, mit natürlichen Betriebsquellen, beispielsweise der natürlichen Konvektion, der Wärmeübertragung, der Kondensation und der Verdampfung bzw. Verdunstung. Dadurch wird eine übergroße Dimensionierung des Primäreinfassungsbehälters vermieden und die Zuverlässigkeit der Kernreaktoranlage gefördert. Weiter sind aufgrund der Verwendung des statischen oder passiven Sicherheitssystems eine Vereinfachung der Systemkonstruktion sowie eine minimale Dimensionierung des Primäreinfassungsbehälters möglich, was den Anlagenbau erleichtert und eine Kostenersparnis mit sich bringt.
• Wenngleich die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen speziell beschrieben worden sind, so ist die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Es sind auch Modifikationen möglich, ohne dabei über den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche hinauszugehen.

Claims (10)

1. Aufbau eines Kernreaktors mit einem Reaktordruckbehälter (2) mit einem Reaktorkern (1); einem Betongebilde (16), das den Reaktordruckbehälter (2) einschließt und hält; einer Druckkammer (11), die innerhalb des Betongebildes ausgebildet ist und die den Reaktordruckbehälter (2) umschließt, wobei die Druckkammer (11) einen oberen und einen unteren Bereich hat; einem Primäreinfassungsbehälter (10), der in sich das Betongebilde (16) einschließt; einer Druckauffangkammer, die in ihrem Inneren ein Druckauffangbecken (12) aufweist, wobei ein Belüftungsrohr mit der Druckkammer (11) und dem Auffangbecken (12) in Verbindung steht und eine obere Öffnung hat; und einem akkumulatorartigen Notkernkühlsystem und einem schwerkraftbetriebenen Notkernkühlsystem zum Fluten des Reaktorkerns, die innerhalb des Primäreinfassungsbehälters (10) angebracht sind; wobei das akkumulatorartige Notkernkühlsystem einen unter Druck stehenden Akkumulatortank (20) aufweist, der Kühlwasser unter einem vorbestimmten Druck speichert, wobei eine erste Verschließ- und Öffnungseinrichtung (26) mit dem unter Druck stehenden Akkumulatortank (20) in Verbindung steht, und wobei die erste Verschließ- und Öffnungseinrichtung (26) geöffnet wird, wenn der Druck im Reaktordruckbehälter (2) unter den vorbestimmten Druck fällt, wenn ein Unfall mit Kühlmittelverlust auftritt, wodurch das Kühlwasser vom unter Druck stehenden Akkumulatortank (20) in den Reaktordruckbehälter (2) geleitet wird, um den Reaktorkern (1) zu kühlen;

wobei das schwerkraftbetriebene Notkernkühlsystem ein Kühlwasserbecken (21) aufweist, das über dem Reaktorkern (1) angebracht ist, sowie eine zweite Schließ- und Öffnungseinrichtung (27), die mit dem Kühlwasserbecken (21) in Verbindung steht, wobei die zweite Schließ- und Öffnungseinrichtung (27) geöffnet wird, wenn der Druck im Reaktordruckbehälter (2) um einen bestimmten Betrag unter den vorbestimmten Druck fällt, um dadurch das Kühlwasser aus dem Kühlwasserbecken (21) aufgrund der Schwerkraft in den Reaktordruckbehälter (2) zu leiten, wobei das Kühlwasserbecken (21) so dimensioniert ist, daß das vom Kühlwasserbecken (21) zugeführte Kühlwasser den Reaktordruckbehälter (2) überflutet, um den unteren Bereich der Druckkammer (11) zu füllen,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Kühlwasser dann über ein Lüftungsrohr (14), das die Druckkammer mit dem Ausgleichsbecken verbindet, in das Auffangbecken fließt, um den Wasserstand im Auffangbecken (12) zu erhöhen, und daß ein Ausgleichssystem vorgesehen ist, das eine dritte Schließ- und Öffnungseinrichtung (84) aufweist, die geöffnet wird, wenn der Wasserstand im Auffangbecken (12) einen vorbestimmten Pegel überschreitet, um das Kühlwasser vom Auffangbecken (12) in den Reaktordruckbehälter (2) zu leiten, um dadurch den Reaktorkern (1) zu seiner Kühlung zu fluten.

2. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 1, bei dem der Primäreinfassungsbehälter (10) aus Stahl besteht, wobei ein äußeres Becken (15) vorgesehen ist, das den unteren Bereich des Primäreinfassungsbehälters (10) umgibt, um das Auffangbecken (12) zu kühlen.

3. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 2, bei dem das Betongebilde (16) eine äußere Umfangswand aufweist, die einen unteren Bereich hat, wobei das Auffangbecken (12) durch die äußere Umfangswand in einen äußeren Bereich (12a) und einen inneren Bereich (12b) unterteilt ist, wobei der äußere Bereich und der innere Bereich über obere und untere Verbindungslöcher (18), die im unteren Bereich der äußeren Umfangswand ausgebildet sind, miteinander in Verbindung stehen.

4. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 3, bei dem die oberen Verbindungslöcher (18a) über dem Auslaß des Lüftungsrohrs und über dem normalen Wasserstand im Auffangbecken (12) angebracht sind, und wobei die unteren Verbindungslöcher unterhalb des Auslasses des Lüftungsrohrs und unterhalb des normalen Wasserstands des Auffangbeckens angeordnet sind.

5. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 3, bei dem die oberen Verbindungslöcher (18a) unter dem normalen Wasserstand im Auffangbecken (12) angebracht sind, wobei Dampf, der vom Reaktordruckbehälter in den inneren Bereich (12b) des Auffangbeckens (12) geleitet wird, im Notfall kondensiert wird und auch den Druck im inneren Bereich des Auffangbeckens (12) erhöht, so daß das Kühlwasser im inneren Bereich des Auffangbeckens (12) durch den erhöhten Druck in den äußeren Bereich (12a) des Auffangbeckens (12) gezwungen wird, um den Wasserstand im äußeren Bereich (12a) des Auffangbeckens (12) anzuheben.

6. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 2, bei dem im äußeren Becken (12a) ein Wärmeakkumulator vorgesehen ist.

7. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 1, bei dem im Kühlwasserbecken (21) ein Dampfkondensator vorgesehen ist, wobei Dampf vom Reaktordruckbehälter (2) dem Kondensator zugeführt wird, so daß der Dampf zu Kondensat kondensiert wird, und wobei das Kondensat zum Reaktordruckbehälter (2) zurückgeführt wird, und wobei das im Dampf enthaltene und nicht kondensierte Gas in den inneren Bereich des Auffangbeckens (12) ausgelassen wird.

8. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 2, bei dem ein Wärmetausch zwischen dem Kühlwasser im Kühlwasserbecken (21) und dem Kühlwasser im Auffangbecken (12) durch einen Wärmetauscher (50) vorgenommen wird.

9. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 2, bei dem im äußeren Becken (12a) ein Kühlwasserzuführsystem mit einer Schließ- und Öffnungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Schließ- und Öffnungseinrichtung des Kühlwasserzuführsystems bei einem Unfall geöffnet wird, um das äußere Becken wieder mit Kühlwasser aufzufüllen, um dadurch den Kühlwasserstand im äußeren Becken (12a) anzuheben.

10. Aufbau eines Kernreaktors nach Anspruch 2, bei dem am oberen Endbereich des Primäreinfassungsbehälters eine die Umgebungsluft verwendende Luftkühlungseinrichtung vorgesehen ist.