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Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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In einem Kernkraftwerk, insbesondere vom Typ Siedewasserreaktor, stellt sich die Aufgabe, das Trockenfallen der Brennstäbe oder Brennelemente im Reaktordruckbehälter (RDB) unter allen Umständen zu verhindern. Analog muss die Sekundärseite eines Dampferzeugers (DE) an der Schnittstelle zwischen Primärkühlkreislauf und Sekundärkühlkreislauf bei einem Druckwasserreaktor immer hinreichend mit Kühlflüssigkeit gefüllt sein. Bei beiden Reaktortypen oder auch bei einem Zwischenlager muss überdies die Austrocknung von Brennelemente enthaltenden Brennelementbecken (BEB) verhindert werden. Allgemein gesprochen gilt es, den Füllstand von Kühlflüssigkeit in einem Behälter durch Nachspeisung einer dem verdampften und/oder durch Leckage verlorengegangenen Anteil entsprechenden Menge auszugleichen.
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Die Kühlmittel-Einspeisung bzw. Nachspeisung erfolgt bisher überwiegend über aktive elektrische Verbraucher (Pumpen, Stellantriebe). Dies erfordert die Bereitstellung einer Notstromversorgung. Die bestehenden dampfgetriebenen Einspeisesysteme benötigen Batteriekapazität und Prozessdampf zur Regelung der Dampfentnahme / Einspeisemenge. Es ist ebenfalls eine gesicherte Versorgung mit elektrischer Leistung erforderlich. Eine existierende Alternative ist die geodätische Einspeisung. Die geodätische Einspeisung ist jedoch empfindlich gegenüber variierendem Restdruck im RDB / DE.
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Eine Alternative ist beispielsweise in
US 2004/0084081 A1 beschrieben. Dort wird durch ein System mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 mittels Druckbeaufschlagung Kühlflüssigkeit aus einem Einspeisetank in den betreffenden Behälter gespeist.
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Jedoch benötigt auch dieses System aktive Komponenten wie etwa Sensoren und elektrische Stellglieder in den zugehörigen Regelkreisen.
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Die Erfindung setzt also ein Kernkraftwerk oder eine sonstige Industrieanlage mit
- • einem Behälter, der einen Flüssigkeitsraum und einen darüber liegenden Gas-/Dampfraum umfasst, und
- • einem Einspeisesystem zur Einspeisung von Flüssigkeit in den Behälter, voraus, wobei das Einspeisesystem
- • einen über eine Einspeiseleitung mit dem Behälter verbundenen Flüssigkeitsvorratsbehälter,
- • einen über eine Druckleitung mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter verbundenen Druckgasbehälter, und
- • ein in die Druckleitung geschaltetes Stromventil
umfasst.
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Der Begriff Stromventil beinhaltet in diesem Zusammenhang sämtliche Ventiltypen, mit denen sich der Medienstrom in der Einspeiseleitung einstellen bzw. regulieren lässt (Regelventil, Absperrventil etc.).
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Die Unterteilung des Behälters in einen Flüssigkeitsraum und einen Gas-/Dampfraum bezieht sich auf die typischen Verhältnisse während eines Einspeisevorganges. In besonderen Situationen kann es aber auch einmal dazu kommen, dass der Gas-/Dampfraum vorübergehend auf ein Volumen von Null zusammenschrumpft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, darauf aufbauend auf eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise eine bedarfsgerechte Regelung des Einspeisestroms mit rein passiven Mitteln zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmalskombination von Anspruch 1.
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Demnach ist ein Kernpunkt der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, dass zur Ansteuerung des Stromventils ein durch die Druckdifferenz zwischen zwei Impulsleitungen angesteuertes Steuerventil vorhanden ist, wobei die eine Impulsleitung mit dem Flüssigkeitsraum und die andere Impulsleitung mit dem Gas-/Dampfraum oberhalb des Flüssigkeitsraumes verbunden ist.
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Durch den konstruktionsbedingt in dem Steuerventil stattfindenden Vergleich der beiden Druckwerte ist eine vollständig passive Füllstandsregelung verwirklicht, die durch bedarfsgerechte Anpassung der Einspeisemenge bzw. -rate direkt und ausschließlich auf die tatsächliche Füllstandshöhe im Behälter reagiert und dabei den störenden Einfluss des Dampfdrucks oberhalb des Flüssigkeitspegels eliminiert. Es handelt sich also um eine Differenzdruck-gesteuerte Regelung mit physikalischer Bereinigung um dem Dampfdruck. Die zur Erfassung und direkten Weiterleitung der Drücke an das Steuerventil erforderlichen Impulsleitungen führen nur in einem ganz geringen Umfang Systemmedium, können einen entsprechend geringen Innenquerschnitt aufweisen und sind daher als inhärent sicher anzusehen. Zweckmäßigerweise zweigen diese Leitungen von vorhandenen Leitungen, etwa zur (normalbetrieblichen) Füllstandsmessung oder dergleichen ab.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Wirkungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor.
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Zusammenfassend wird basierend auf dem Konzept einer passiven Niederdruck-Kühlmittel-Noteinspeisung mittels Druckbeaufschlagung Kühlmittel aus einem Vorratsbehälter (Einspeisetank) in den entsprechenden Behälter geleitet, wobei mittels passiver Füllstandsregelung durch eine systemmedium-gesteuerte Regelarmatur selbst bei totalem Verlust der Stromversorgung das Trockenfallen sicher verhindert bzw. zumindest verzögert wird.
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Durch die Druckbeaufschlagung eines externen Einspeisetanks wird die passive Noteinspeisung in den RDB / DE / das BEB ermöglicht. Aktive elektrische Verbraucher sind nicht mehr erforderlich. Der Aufstellort des druckbeaufschlagten Einspeisetanks kann unabhängig von den geodätischen Gegebenheiten und unabhängig von der Versorgung mit elektrischer Energie auf dem Anlagengelände räumlich getrennt von dem betreffenden Behälter gewählt werden. Durch die ebenfalls passive Füllstandsregelung werden keine zusätzlichen Regelkreise benötigt. Das vorzuhaltende Einspeisevolumen kann bedarfsgerecht ausgelegt werden, eine Überspeisung von RDB / DE / BEB ist durch die Funktionsweise der rein physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterworfenen und daher passiven Regelung ausgeschlossen. Aufgrund der passiven Regelung kann das treibende Druckpolster kostengünstig durch betriebsbewährte Druckgasflaschen (insbesondere Druckluftflaschen) und mechanische Druckminderer bereitgestellt werden. Nach erfolgter Auslösung der passiven Einspeisung wird zur weiteren Füllstandshaltung keine zusätzliche Fremdenergie benötigt. Durch die Funktionsweise der Einspeiseregelung entstehen keine unzulässigen Rückwirkungen auf bestehende Einspeisesysteme, auch wenn diese im späteren Störfallverlauf in Betrieb genommen bzw. zugeschaltet werden.
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Durch den Systemaufbau erfolgt im Niederdruckbereich eine kontinuierliche Füllstandshaltung, durch die ein minimaler und maximaler Füllstand im RDB / DE / BEB sichergestellt wird. Das System kann an bestehende Einrichtungen angebunden werden, es entstehen keine unzulässigen Rückwirkungen mit der bestehenden Anlage.
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Nach der Auslösung des Einspeisevorgangs erfolgt die passive Füllstandshaltung im RDB / DE / BEB aus dem mittels Druckbeaufschlagung vorgespannten Einspeisetank und durch die passive Regelung der nachzuspeisenden Kühlmittelmenge. Der Aufstellort der Komponenten des Systems kann unabhängig von der Geodätik und dem Vorhandensein elektrischer Energieversorgung auf dem Kraftwerksgelände frei gewählt werden. Die Auswahl der Einzelkomponenten des Gesamtsystems gewährleistet – im Vergleich zu anderen Systemen mit aktiven Verbrauchern bzw. geodätischer Einspeisung – einen kostengünstigen, wartungsarmen Betrieb des Systems, der unempfindlich gegenüber variierendem Restdruck im RDB / DE / BEB ist. Durch die Art der Erzeugung des Druckpolsters im Einspeisetank (z. B. mittels Gasflasche / Flüssiggastank) wird ein hohes Druck-Volumenprodukt erreicht und somit die Einspeisung je nach Wasservorrat über einen langen Zeitraum gewährleistet. Das Gesamtsystem ermöglicht ein einfaches Nachführen der Druckbeaufschlagung der Flüssigkeitsvorlage durch Umschalten von Flaschenbatterien bzw. Auffüllen des Einspeisetanks im weiteren Langzeitverlauf des Störfalles. Die Karenzzeit für auslegungsüberschreitende Störfälle mit totalem Verlust der Drehstromversorgung und/oder Ausfall der Hauptwärmesenke kann systemauslegungsabhängig auf Basis von standardisierten, betriebsbewährten und passiven Komponenten signifikant erhöht werden.
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Selbstverständlich kann das beschriebene System nicht nur zur passiven, füllstandsabhängigen Noteinspeisung bei wassergekühlten Kernreaktoren, sondern auch bei anderen kerntechnischen Anlagen (Wiederaufbereitungsanlage, Zwischenlager etc.) oder ganz allgemein Industrieanlagen verwendet werden.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen in jeweils stark vereinfachter und schematisierter Darstellung:
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1 einen Ausschnitt aus einem Kernkraftwerk vom Typ Siedewasserreaktor mit einem Einspeisesystem zur Notfall-Einspeisung von Kühlflüssigkeit in den Reaktordruckbehälter,
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2 das System gemäß 1 in einem ersten Betriebszustand,
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3 das System gemäß 1 in einem zweiten Betriebszustand,
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4 ein ähnliches System wie in 1, hier jedoch zur Notfall-Einspeisung von Kühlflüssigkeit in den Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors, in einem ersten Betriebszustand,
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5 das System gemäß 4 in einem zweiten Betriebszustand,
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6 ein ähnliches System wie in 1, hier jedoch zur Notfall-Einspeisung von Kühlflüssigkeit in ein Brennelementbecken, in einem ersten Betriebszustand
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7 das System gemäß 6 in einem zweiten Betriebszustand, und
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8 ein System, welches Elemente aus 1 bis 3 mit solchen aus 6 bis 7 kombiniert.
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Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen
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Das in 1 ausschnittsweise dargestellte Kernkraftwerk 2 umfasst einen normalerweise zumindest teilweise mit Flüssigkeit 4 gefüllten Behälter 6. Hier speziell handelt es sich um den Reaktordruckbehälter 8 eines Siedewasserreaktors. Im Normalbetrieb des Kernkraftwerks 2 sorgt eine aktive Füllstandsregelung im Primärkühlkreislauf dafür, dass der Reaktordruckbehälter 8 stets von einer ausreichenden Menge von flüssigem Reaktorkühlmittel durchströmt wird, so dass die darin befindlichen Brennelemente 10 nicht trocken fallen. Aber auch und gerade in Unfall- oder Störfallsituationen mit Ausfall der normalbetrieblichen Eigenstromversorgung des Kernkraftwerks 2 muss ein Trockenfallen der Brennelemente 10 unter allen Umständen verhindert werden. Zum einen kann nämlich der Flüssigkeitspegel im Reaktordruckbehälter 8 infolge von Leckage abfallen. Zum anderen bildet sich aufgrund der von den Brennelementen 10 abgegebenen (Nach-)Zerfallswärme über dem Flüssigkeitsspiegel im Reaktordruckbehälter 8 oder in einer nachgeschalteten Kondensationskammer ein Dampfpolster aus verdampfter Kühlflüssigkeit aus, welches die Flüssigkeit 4 zu verdrängen versucht. Damit besteht die Tendenz, dass der oberhalb des Flüssigkeitsraumes 12 befindliche Gas-/Dampfraum 14 sich über ein zulässiges Maß hinaus vergrößert und der Flüssigkeitspegel dementsprechend absinkt. Dies gilt es zu verhindern. Zu diesem Zweck ist bei der Anlage gemäß 1 ein Notfall-Eispeisesystem oder kurz Einspeisesystem 16 zur Einspeisung / Nachspeisung von Kühlflüssigkeit in den Reaktordruckbehälter 8 vorgesehen, welches nachfolgend beschrieben wird.
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Das Einspeisesystem 16 umfasst einen auch als Einspeisetank bezeichneten Flüssigkeitsvorratsbehälter 18, der in einiger Entfernung vom Reaktordruckbehälter 8 aufgestellt ist und im Bereitschaftszustand einen Vorrat an Kühlflüssigkeit oder kurz Flüssigkeit 20, in der Regel Wasser, aufnimmt. Der Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 ist über eine Einspeiseleitung 22 strömungsmäßig mit dem Reaktordruckbehälter 8 verbunden. Eingangsseitig ist die Einspeiseleitung 22 bevorzugt an den Boden des Flüssigkeitsvorratsbehälters 18 angeschlossen, ausgangsseitig mündet sie beispielsweise in mittlerer Höhe – oberhalb der Brennelemente 10 – in den Reaktordruckbehälter 8 ein. Im Anforderungsfall wird die Flüssigkeit 20 mit Hilfe eines Treibgases aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 in den Reaktordruckbehälter 8 befördert. Dazu ist ein mit unter Druck stehendem Treibgas gefüllter Druckgasbehälter 24 über eine Druckleitung 26 strömungsmäßig mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 verbunden. Die Druckleitung 26 mündet beispielsweise in der Nähe der Decke in den Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 ein. Der wirksame Treibdruck ist derart gewählt, dass er den im Inneren des Reaktordruckbehälters 8 herrschenden Druck – der unter anderem durch den Druck des Dampfpolsters im Gas-/Dampfraum 14 bestimmt wird – sicher übersteigt. Ein in die Druckleitung 26 geschalteter Druckminderer 28 sorgt für ein stets gleichbleibendes Druckniveau, das an dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 anliegt. Nach Aktivierung des Einspeisevorganges drückt das über die Druckleitung 26 vom Druckgasbehälter 24 in den Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 strömende Treibgas die dort befindliche Flüssigkeit 20 über die Einspeiseleitung 22 in den Reaktordruckbehälter 8, so dass das dort fehlende oder verbrauchte Flüssigkeitsinventar ersetzt wird.
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Zur Regelung des Einspeisevorganges ist ein passives Regelsystem vorgesehen. Das Regelungsziel besteht darin, den Flüssigkeitspegel im Reaktordruckbehälter 8 zwischen einem vorgebebenen Minimalfüllstand Lmin, bei dem die Brennelemente 10 noch mit Flüssigkeit 4 bedeckt sind, und einem ebenfalls vorgegebenen Maximalfüllstand Lmax zu halten (siehe auch 2 und 3). Das Regelsystem umfasst dazu ein in die Einspeiseleitung 22 geschaltetes, als Regelventil für den Einspeisestrom wirksames Stromventil 30. Zur Ansteuerung des Stromventils 30 ist ein auch als Pilotventil bezeichnetes Steuerventil 32 vorhanden, welches seinerseits durch die Druckdifferenz / den Differenzdruck zwischen zwei Impulsleitungen 34 und 36 angesteuert wird. Die erste der beiden Impulsleitungen 34 ist strömungsmäßig mit dem Flüssigkeitsraum 12 des Reaktordruckbehälters 8 verbunden, mündet also unterhalb der durch den Minimalfüllstand Lmin repräsentierten Höhe in diesen ein. Bevorzugt ist die erste (untere) Impulsleitung 34 an den Boden des Reaktordruckbehälters 8 angeschlossen. Die zweite (obere) Impulsleitung 36 ist strömungsmäßig mit dem Gas-/Dampfraum 14 des Reaktordruckbehälters 8 verbunden, mündet also oberhalb der durch den Maximalfüllstand Lmax repräsentierten Höhe in diesen ein. Bevorzugt ist die zweite Impulsleitung 36 in der Nähe der Decke des Reaktordruckbehälters 8 an diesen angeschlossen. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit von der an dem Steuerventil 32 anliegenden Druckdifferenz zwischen Flüssigkeitsraum 12 und Gas-/Dampfraum 14 des Reaktordruckbehälters 8 das Öffnen und Schließen des Stromventils 30 gesteuert und damit im Ergebnis die gewünschte Füllstandsregelung verwirklicht, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird.
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In der konkret in 1 dargestellten Ausführung umfasst das im Verbund mit dem Stromventil 30 auch als Regelarmatur bezeichnete Steuerventil 32 einen in einem Zylinder 38 beweglichen Steuerkolben 40, der im Ruhezustand durch eine Feder 42 in eine bevorzugte Endlage gedrückt wird. Die mit dem Gas-/Dampfraum 14 verbundene obere Impulsleitung 36 ist derart an den Zylinder 38 angeschlossen, dass durch anliegenden Mediendruck die Kolbenbewegung in die bevorzugte Endlage unterstützt wird. Die mit dem Flüssigkeitsraum 12 des Reaktordruckbehälters 8 verbundene untere Impulsleitung 34 hingegen ist derart an den Zylinder 38 angeschlossen, dass eine Druckbeaufschlagung der Federvorspannung entgegenwirkt. Ein steigender Füllstand der Flüssigkeit 4 im Reaktordruckbehälter 8 bewirkt eine Druckerhöhung in der unteren Impulsleitung 34 und damit bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Schließen der Regelarmatur gegen die voreingestellte Federvorspannung. Die Federvorspannung sorgt für die Offenhaltung der Regelarmatur bis der gewünschte Füllstand erreicht ist. Ansteigender Druck in der oberen Impulsleitung 36 unterstützt die Federvorspannung und dient damit dem Verhindern des Armaturenschließens als Reaktion auf Druckerhöhung aus entstehendem Dampf im Reaktordruckbehälter 8. Ohne diese Kompensationsmaßnahme würde entstehender Dampfdruck im Reaktordruckbehälter 8 den Druck ausschließlich in der unteren Impulsleitung 34 erhöhen, was zu einem unzulässigen vorzeitigen Schließen der Regelarmatur führen würde. Durch die gewählte Anordnung hingegen wird der tatsächliche Füllstand im Reaktordruckbehälter 8 entsprechend der geodätischen Höhe Hgeod. der Flüssigkeitssäule, unabhängig vom dampfbedingten Gegendruck, für die Regelung des Einspeisevolumens / Einspeisestroms genutzt.
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Die Kräfte- bzw. Druckverhältnisse während der verschiedenen Betriebszustände sind in 2 und 3 veranschaulicht: Über die untere Impulsleitung 34 liegt an der einen Seite des Steuerkolbens 40 des Steuerventils 32 ein Gesamtdruck an, der sich additiv aus dem Dampfdruck pD im Gas-/Dampfraum 14 und einem zur Füllstandshöhe Hgeod. korrespondierenden geodätischen Druck der Flüssigkeitssäule im Reaktordruckbehälter 8 zusammensetzt. Auf der anderen Seite des Steuerkolbens 40 liegt über die obere Impulsleitung 36 der Dampfdruck pD an, welcher durch die Federkraft Fspring der Feder 42 ergänzt wird. Durch die konstruktionsbedingte Differenzbildung hebt sich der Einfluss des Dampfdrucks pD heraus. Im Ergebnis wird die gegen die Federvorspannung wirkende, durch den geodätischen Druck hervorgerufene Kraft mit der Federkraft verglichen. Je nachdem, welcher der beiden Anteile überwiegt, wird über die beiden Impulsleitungen 34 und 36 das Steuerventil 32 geöffnet (2: OPEN) oder geschlossen (3: CLOSE), mit entsprechender Konsequenz für das Stromventil 30 in der Einspeiseleitung 22.
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Auf diese Weise wird der Füllstand im Reaktordruckbehälter 8 in der gewünschten Weise mit rein passiven Mitteln geregelt: Die Einspeisung wird automatisch gestoppt, sobald der vorgegebenen Maximalfüllstand Lmax erreicht oder überschritten wird, und sie wird erneut gestartet, sobald der Füllstand wieder darunter fällt.
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In einer nicht dargestellten Variante kann die beschriebene Funktionalität des Steuerventils 32 auch in das Stromventil 30 integriert sein.
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Das Einspeisesystem 16 ist für einen Einspeisezeitraum von etwa 24 h nach Ausfall der sonstigen Systeme zur Kernkühlung ausgelegt. Unter Berücksichtigung typischer Werte für die Nachzerfallsleistung und die dadurch verdampfte Wassermenge ergibt sich für einen Kernreaktor mit 1.800 MW thermischer Reaktorleistung für diese Zeitspanne überschlagsmäßig ein Nachspeisevolumen von rund 500 m3. Dies ist die Menge an Flüssigkeit 20, vorzugsweise im Wesentlichen Wasser, die im Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 bereitgehalten werden muss. Der erforderliche Treibdruck für den Transport der Flüssigkeit 20 in den Reaktordruckbehälter 8 wird unter Zugrundelegung typischer Gegebenheiten, nämlich 2 bar Gegendruck im Reaktordruckbehälter 8 und ca. 30 m zu überwindender geodätischer Höhenunterschied sowie geringe Druckverluste aus der Rohrleitungsführung, mit rund 5 bar abgeschätzt. Als Treibgas wird beispielsweise Druckluft verwendet, welche zweckmäßigerweise in Form von Standard-Druckluftflaschen 44 (Inhalt z. B. 50 Liter) mit einem Druck von 300 bar bereitgestellt wird. Die für den projektierten Einspeisezeitraum von 24 h erforderliche Druckluftmenge wird durch eine entsprechende Zahl von Druckluftflaschen 44 erreicht, die nach Art einer Parallelschaltung zu Bündelbatterien zusammengefasst sein können. Die erforderliche Druckabsenkung von maximal rund 300 bar (zu Beginn der Einspeisung, danach abnehmend) auf konstant rund 5 bar wird wie bereits beschrieben durch den in Druckleitung 26 geschalteten Druckminderer 28 erzielt.
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Die Standard-Druckluftflaschen 44 können einzeln oder als Bündelbatterien einfach und zeitlich unabhängig ausgetauscht werden. Dadurch lässt sich das treibende Druckpolster durch die Anlieferung oder Bevorratung von Gasflaschen oder Bündelbatterien einfach aufrechterhalten. Das Umschließen der neuen Flaschen erfolgt unkompliziert über das Ankuppeln an die bestehende Druckminderstation. Der Wasservorrat im Einspeisetank kann durch den Einsatz von mobilen Feuerwehrpumpen über vorgesehene Füllstutzen ergänzt werden. Die Förderhöhe dieser Pumpen ist ausreichend, um gegen den kontinuierlichen Gegendruck des Druckluftpolsters im Einspeisetank zu fördern. Eine Unterbrechung der Noteinspeisung ist so nicht erforderlich.
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Zweckmäßigerweise nutzt das Einspeisesystem zur Bespeisung des Reaktordruckbehälters 8 zumindest abschnittsweise eine vorhandene Einspeiseleitung. Die Anbindung erfolgt, je nach Regelwerk, über parallel angeordnete fernbetätigte Absperrarmaturen sowie Rückschlagklappen. Wie in 1 bis 3 angedeutet, sind neben einer Absperrarmatur 46 in der Einspeiseleitung 22 zweckmäßigerweise Absperrarmaturen 48 und 50 in den beiden Impulsleitungen 34 und 36 vorhanden, um im Bedarfsfall eine vollständige Isolation des Reaktordruckbehälters 8 von der Umgebung zu ermöglichen. Kommt es zu einer Fehlanregung der Einspeisearmaturen im Leistungsbetrieb, kann aufgrund der Druckverhältnisse nicht in den Reaktordruckbehälter 8 eingespeist werden. Der Rohrleitungsabschnitt der Einspeiseleitung 22, in welchem die Einbindung erfolgt, ist in der Regel auf deutlich höhere Drücke ausgelegt als das neue Gesamtsystem es erfordert. Es entstehen keine unzulässigen Rückwirkungen auf die bestehenden Systeme. Wie beschrieben, ist das Einspeisesystem 16 derart ausgelegt, dass nach Erreichen des eingestellten Füllstandes keine weitere Einspeisung in den Reaktordruckbehälter 8 erfolgt. Bestehende Nieder- und Hochdruck-Einspeisesysteme können im Langzeitverlauf des Störfalles beliebig zur weiteren Füllstandshaltung im Reaktordruckbehälter 8 zugeschaltet werden.
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Das passive Gesamtsystem zur Noteinspeisung dient wie bereits erwähnt der automatischen Verlängerung der Karenzzeit für Notfallmaßnahmen, je nach Auslegung bis zu 24 Stunden oder länger nach einem postulierten Ausfall von allen vorhandenen Systemen zur Kernkühlung oder zur Brennelement-Lagerbeckenkühlung (siehe unten). Im Leistungsbetrieb des Kernkraftwerks 2 befindet sich das Einspeisesystem 16 in Bereitschaftsstellung. Im Anforderungsfall erfolgt die Anregung / Aktivierung durch den Reaktorschutz, z. B. wenn folgende Kriterien anstehen:
- • Alle bereits installierten Einspeisesysteme sind bereits ausgelöst UND
- • Keine Füllstandserhöhung wird registriert.
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Durch die Anregung werden folgende Maßnahmen ausgeführt:
- • Öffnen der fernbetätigten Absperrarmatur 46 zur Einspeiseleitung 22
- • Öffnen der Absperrarmaturen 48, 50 in den beiden Impulsleitungen 34, 36
- • Öffnen der Absperrarmatur (nicht dargestellt) der Druckluftflaschen 44 Anschließend arbeitet das System autark, automatisch und passiv wie bereits beschrieben.
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Wie in 1 durch die vertikalen gestrichelten Linien angedeutet ist, lässt sich das Einspeisesystem 16 konzeptionell in vier verschiedene Sektionen unterteilen, nämlich (von links nach rechts) erstens Druckquelle und Druckregelung, zweitens Flüssigkeitsquelle, drittens füllstandsabhängige Einspeiseregelung und viertens Anbindung an die bestehende Kraftwerksanlage.
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In 4 und 5 ist als weiteres Anwendungsbeispiel die Einspeisung von Kühlflüssigkeit in die Sekundärseite eines Dampferzeugers 52 bei einem Druckwasserreaktor dargestellt. Bekanntlich stellen derartige Dampferzeuger 52 dort die zur Wärmeübertragung vorgesehene Schnittstelle zwischen dem primären und dem sekundären Kühlkreislauf dar. Insbesondere in Störfallsituationen mit Ausfall der Kühlmittelpumpe im Sekundärkühlkreislauf muss verdampfte Kühlflüssigkeit in den Dampferzeugern 52 ersetzt werden, was durch die dargestellte Anordnung ermöglicht wird. Abgesehen von möglicherweise anzupassenden Dimensionierungen in Bezug auf das Einspeisevolumen und die Druckverhältnisse lassen sich die vorherigen Ausführungen zur Reaktordruckbehälter-Einspeisung praktisch eins zu eins auf den hier vorliegenden Fall übertragen, so dass sich weitere Ausführungen an dieser Stelle erübrigen.
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Ähnliches gilt für das in 6 und 7 dargestellte Anwendungsbeispiel, nämlich die Nachspeisung von verdampfter Kühlflüssigkeit in ein mit Brennelementen 54 beladenes Brennelementbecken 56, beispielsweise ein Containment-internes Abklingbecken oder ein externes Lagerbecken. Im Unterschied zu den beiden zuvor beschriebenen Anwendungsbeispielen handelt es sich hier nicht um einen abgeschlossenen Behälter, bei dem sich oberhalb der Flüssigkeit 4 Dampfdruck in nennenswertem Umfang aufbauen kann, sondern um ein zur Umgebung hin offenes Becken. Daher ist die obere Impulsleitung 36 aus den vorherigen Anwendungsbeispielen nicht unbedingt erforderlich. Wenn sie vorhanden ist, kann sie alternativ zu der Darstellung in 6 und 7 in einiger Entfernung vom Brennelementbecken 6 in die Atmosphäre münden.
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Wie in 8 beispielhaft angedeutet ist, können die verschiedenen Anwendungsfälle auch innerhalb einer Anlage kombiniert werden. Beim dem gezeigten Beispiel dient der gemeinsame, mit einem Treibfluid aus einem Druckgasbehälter 24 beaufschlagte Flüssigkeitsvorratsbehälter 18 über eine geeignete Leitungsverzweigung sowohl zur Einspeisung von Kühlflüssigkeit in einen innerhalb eines Sicherheitsbehälters 58 angeordneten Reaktordruckbehälter 8 als auch in ein außerhalb des Sicherheitsbehälters 58 angeordnetes Brennelement-Lagerbecken 56. Durch die Aufstellung des Flüssigkeitsvorratsbehälters 18 außerhalb des auch als Containment bezeichneten Sicherheitsbehälters 58 (hier auch außerhalb des Reaktorgebäudes 64) unterliegt er keinen nennenswerten Größenbeschränkungen und ist nur für relativ geringe Drücke und Temperaturen auszulegen. Die in der beschriebenen Art über Impulsleitungen 34 und 36 gesteuerte füllstandsabhängige Einspeiseregelung mit einer das Steuerventil 32 umfassenden Regelarmatur ist in diesem Beispiel nur für den Reaktordruckbehälter 8 vorgesehen. Die Einspeisung in das Brennelement-Lagerbecken 56 hingegen wird über die Absperrarmatur 60 manuell vorgenommen. Ein bestehendes konventionelles Einspeisesystem (z. B. Speisewassersystem oder Kernflutungssystem), an welches das Einspeisesystem 16 ankoppelt und dessen bestehende Rohrleitungen es teilweise nutzt, ist hier nur schematisch durch einen Kasten 62 angedeutet. Die Höhenangaben sind ebenfalls rein beispielhaft.
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Natürlich sind auf der Grundlage der bisherigen Anwendungsbeispiele mannigfache Variationen der in 8 dargestellten Anordnung möglich, zum Beispiel mit anderen Kombinationen von Behältern, mit abweichender räumlicher Anordnung, mit alternativen Regelkonzepten etc.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kernkraftwerk
- 4
- Flüssigkeit
- 6
- Behälter
- 8
- Reaktordruckbehälter
- 10
- Brennelement
- 12
- Flüssigkeitsraum
- 14
- Gas-/Dampfraum
- 16
- Einspeisesystem
- 18
- Flüssigkeitsvorratsbehälter
- 20
- Flüssigkeit
- 22
- Einspeiseleitung
- 24
- Druckgasbehälter
- 26
- Druckleitung
- 28
- Druckminderer
- 30
- Stromventil
- 32
- Steuerventil
- 34
- Impulsleitung
- 36
- Impulsleitung
- 38
- Zylinder
- 40
- Steuerkolben
- 42
- Feder
- 44
- Druckluftflasche
- 46
- Absperrarmatur
- 48
- Absperrarmatur
- 50
- Absperrarmatur
- 52
- Dampferzeuger
- 54
- Brennelement
- 56
- Brennelementbecken
- 58
- Sicherheitsbehälter
- 60
- Absperrarmatur
- 62
- konventionelles Einspeisesystem
- 64
- Reaktorgebäude
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0084081 A1 [0004]
