DE1185309B - Einrichtung zur Notkuehlung eines Kernreaktors - Google Patents

Einrichtung zur Notkuehlung eines Kernreaktors

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DE1185309B
DE1185309B DEL38701A DEL0038701A DE1185309B DE 1185309 B DE1185309 B DE 1185309B DE L38701 A DEL38701 A DE L38701A DE L0038701 A DEL0038701 A DE L0038701A DE 1185309 B DE1185309 B DE 1185309B
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DE
Germany
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cooling
reactor
emergency
circuit
idle
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DEL38701A
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English (en)
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Dipl-Ing Walter Geipel
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00Control of nuclear power plant
    • G21D3/04Safety arrangements
    • G21D3/06Safety arrangements responsive to faults within the plant
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
    • G21D5/00Arrangements of reactor and engine in which reactor-produced heat is converted into mechanical energy
    • G21D5/04Reactor and engine not structurally combined
    • G21D5/06Reactor and engine not structurally combined with engine working medium circulating through reactor core
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

  • Einrichtung zur Notkühlung eines Kernreaktors Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Notkühlung eines flüssigkeits- oder dampfgekühlten Leistungsreaktors, insbesondere auch eines Siedewasserreaktors mit oder ohne überhitzer mit einem vom Arbeitskreislauf unabhängigen und zu diesem parallel geschalteten Notkühlkreislauf mit einem Wärmeaustauscher, dessen sekundärseitiges Kühlmittel durch einen weiteren, von den bisher genannten Kreisläufen unabhängigen Kreislauf so stark gekühlt ist, daß es nicht verdampft.
  • Fällt im Wärmekreislauf eines Kernkraftwerkes die Wärmesenke aus, beispielsweise die Turbine oder der Kondensator, so muß durch eine Schnellabschaltung der Kernreaktor stillgesetzt werden. Die Schnellabschaltung eines Kernreaktors erfolgt durch Einschießen der Neutronenabsorberstäbe, die dafür sorgen, daß die Kettenreaktion zusammenbricht. Infolge der intensiven radioaktiven Strahlung der durch die Neutronenbestrahlung entstandenen Spaltprodukte wird jedoch im Kernreaktor auch nach der erfolgten Abschaltung Wärme erzeugt. Die Nachwärmekurve des Reaktors erreicht erst nach Stunden - gerechnet nach der Schnellabschaltung - asymptotisch einen Wert, der ungefähr bei 1% der Betriebswärmeleistung des Reaktors liegt. In konventionellen Kraftwerken wird der nach Ausfall der Wärmesenke im Kessel entstehende Dampf über Sicherheitsventile abgeblasen. Auch Kernkraftwerke sind auf diese Art gesichert, jedoch geschieht das Abblasen nur im äußersten Notfall, da durch eventuelle schadhafte Stellen im Wärmeaustauscher eine radioaktive Verseuchung der näheren Umgebung möglich ist.
  • Bei Kernkraftwerken, insbesondere bei Einkreissvstemen, übernimmt daher ein Notkühler gewisse Funktionen, die bei konventionellen Kraftwerken durch die Sicherheitsventile ausgeübt werden.
  • Der Notkühler besteht im allgemeinen aus einem mit Wasser gefüllten Behältertank, in welchem Kühlschlangen eingebaut sind, über die das vom Reaktor kommende Wärmeträgermedium die Wärme an das Wasser überträgt. Je nach der Schaltung der Wärmekreisläufe des Reaktors kann es sich dabei um Primär- oder Sekundärmedium handeln. Es sind Notkühlerschaltungen bekannt, bei denen das im Behältertank befindliche Wasser zunächst bis an die Siedegrenze erwärmt wird und schließlich ausdampft. Die Wassermenge ist dann so berechnet, daß alle während des Notkühlvorganges noch vom Reaktor erzeugte Wärme als Verdampfungswärme aufgenommen werden kann. Der entstehende Dampf wird entweder in das Reaktorgehäuse oder über das Dach ins Freie abgeblasen. Der Notkühler wird erst dann abgeschaltet, wenn durch Verdampfen einer beträchtlichen Wassermenge der Reaktor bis auf eine bestimmte Temperatur heruntergekühlt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Wärmeerzeugung des Reaktors noch nicht restlos abgeklungen. Deshalb wird die weitere Kühlung von einem zweiten Kühlkreis, nämlich dem Leerlaufkühlkreis, übernommen, in welchem das Reaktorkühlmedium - als Primärmedium - über sogenannte Leerlaufkühler, das sind Wärmeaustauscher, umgewälzt wird. Die beschriebene Art der Notkühlung eines Reaktors besitzt jedoch schwerwiegende Nachteile.
  • Bei einem 100-MW-Kraftwerk beispielsweise muß man 70 bis 80 t Wasser aus dem Notkühltank verdampfen. Läßt man den erzeugten Dampf aus dem Notkühler in das Reaktorgebäude strömen, so wird dieses vorerst unter Innendruck und nach allmählicher Kondensation des Dampfes zum Teil unter Wasser stehen. Durch eine derartige Maßnahme werden die zu Beginn der Notkühlerausdampfung im Reaktorgebäude tätigen Personen aufs äußerste gefährdet. Leitet man dagegen den aus dem Notkühler frei werdenden Dampf in die freie Atmosphäre, so ist es erforderlich, den Tank des Notkühlers als Druckbehälter auszubilden. Für den Fall, daß Primärmedium im Notkühler gekühlt bzw. kondensiert werden muß, besteht außerdem die Gefahr, daß durch eventuelle Leckstellen in den Kühlelementen radioaktive Teilchen mit ins Freie gelangen und die Umgebung des Kraftwerkes verseucht wird. Für derartige Fälle müßte ein zweiter Notkühler in Bereitschaft stehen, auf den sofort umgeschaltet werden könnte. Dies erfordert jedoch einen recht beträchtlichen apparativen Aufwand.
  • Es sind ferner Einrichtungen zur Notkühlung. von Kernreaktoren bekannt, bei denen ein vom Arbeitskreislauf unabhängiger und zu diesem parallel geschalteter Notkühlkreislauf vorgesehen ist, der die im Reaktorkern nach dem Abschalten noch entstehende Restwärme an einen Wärmeaustauscher abführt, und bei denen ferner das Sekundärkühlmittel in dem Wärmeaustauscher durch einen weiteren, von den bisher genannten Kreisläufen unabhängigen Kreislauf so stark gekühlt wird, daß es nicht verdampft. Dabei ist allerdings eine Leerlaufkühlung nicht vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sekundärseitige Kühlung des Wärmeaustauschers durch einen zusätzlichen Kühlkreislauf in vorteilhafter Weise mit der bekannten Leerlaufkühlung zu verknüpfen, indem erfindungsgemäß ein an sich bekannter Leerlaufkühlkreis nach einer Schnellabschaltung des Reaktors die sekundärseitige Kühlung des Wärmeaustauschers im Notkühlkreislauf übernimmt, bis eine vorgegebene Temperatur des Reaktorkühlmittels erreicht ist, worauf der Leerlaufkühlkreis allein die weitere Kühlung des Reaktorkühlmittels übernimmt.
  • Der Leerlaufkühlkreis wird so dimensioniert, daß das Notkühlwasser im Falle einer Notabschaltung des Reaktors sich nicht bis an die Siedegrenze erwärmen kann. Der Leerlaufkühlkreis ist in jedem Falle ein direkter Kreislauf, da in ihm das Reaktorkühlmittel umgewälzt wird. Insbesondere aus Sicherheitsgründen ist es vorteilhaft, den Leerlaufkühlkreis in zwei zueinander parallelen Kühlkreisläufen auszuführen. damit bei Ausfall eines Kreislaufes die Notkühlung nicht in Frage gestellt wird. Dies hat noch den Vorteil, daß mit Rücksicht auf die zulässige Reaktorabkühlgeschwindigkeit ein zweiter Kühlkreislauf im Bedarfsfalle zur sekundärseitigen Kühlung des Not-.värmeaustauschers zugeschaltet werden kann.
  • Es ist also zusätzlich zum Arbeitskreislauf sowohl ein Notkühlkreislauf als auch ein Leerlaufkühlkreis derart vorgesehen, daß der Leerlaufkühlkreis mit dem Notkühlkreislauf zusammenwirken kann. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß ein weiterer, die sekundäre Kühlung des Notwärmeaustauschers bewirkender Kreislauf in Wegfall kommt.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung die Schaltung des Notkühlkreises angegeben. Die in der Wärmequelle, dem Kernreaktor 1, erzeugte Wärme wird im Normalbetrieb der Kernkraftanlage im Arbeitskreislauf entweder direkt über das geöffnete Ventil 2 zur Wärmesenke, z. B. einer Turbine, geführt, oder es wird die vom Reaktor kommende Wärme in einem Wärmeaustauscher an ein Sekundärmittel weitergegeben, welches die Wärme dann zur Wärmesenke führt. Bei den Wärmeträgermitteln im Primär- und Sekundärkreis kann es sich um flüssige oder dampfförmige Stoffe handeln. Die Wärmesenke kann bei dampfförmigem Primärmittel aus der Turbine 3 mit einem nachgeschalteten Kondensator 4 bestehen. Zwischen Wärmesenke und Reaktor sorgt eine Pumpe 5 für den kontinuierlichen Umlauf des Wärmeträgermittels. Damit der Notkühler oder Notwärmetauscher 6 in ständiger Betriebsbereitschaft steht, ist bei normalem Betrieb das Ventil 7, welches die Kühlelemente 8 des Notkühlers vom Arbeitskreislauf trennt, ständig geöffnet. Wird der Arbeitskreislauf aus irgendeinem Grund gestört, so wird -dieser durch das Ventil 2 geschlossen und der Notkühlerkreislauf 1-8-1 durch Öffnen des Ventils 9 geöffnet. Die nach der Schnellabschaltung anfallende Wärme kann nun in den Notkühler 6 abgeführt werden. Mit dem Schließen von Ventil 2 und dem Öffnen von Ventil 9 öffnen sich gleichzeitig auch die Ventile 10 und 13, und die Pumpen 14 laufen an. Ebenfalls öffnet der Kühlwasserkreislauf, der die Leerlaufkühler 15 sekundärseitig durchströmt. Die Ventile 11 und 12 sind während des normalen Betriebes der Anlage ständig geöffnet und treten nur bei eventuell notwendig werdenden Reparaturen in Funktion. Mit dem Öffnen der Ventile 10 und 13, dem Anlaufen der Umwälzpumpen 14 und des nicht näher dargestellten Kühlwasserkreislaufes der Leerlaufkühler 15 wird zu dem breits beschriebenen Notkühlkreis 1- 8 -1 ein zweiter Kühlkreis geöffnet, der die von 1 über 8 an das Kühlwasser des Notkühlers übergegangene Wärme übernimmt und an den Kühlwasserkreis der Leerlaufkühler weitergibt. Damit ist nach der Schnellabschaltung des Reaktors die Gewähr gegeben, daß die in 1 noch erzeugte Wärme über den direkten Notkühlkreis 1- 8 -1, den zweiten indirekten Notkühlwasserkühlkreis 6-14-15-6 an den Kühlwasserkreislauf der Leerlaufkühler 15 übertragen werden kann, der zweckmäßigerweise selbst wieder an das Rohwasserkühlnetz der gesamten Anlage angeschlossen ist. Unzulässig hohe Druck- und Temperaturerhöhungen am Druckgefäß selbst, die die Zerstörung zur Folge haben könnten, werden auf diese Art und Weise sicher vermieden, weil bereits kurze Zeit nach der Schnellabschaltung über diese drei genannten Kühlkreise mehr Wärme abgeführt wird, als im Reaktor noch entsteht. Damit ist auch die Möglichkeit gegeben, daß das Primärkühlmedium und damit der Reaktor abkühlen kann. Ist der Reaktor bis auf eine bestimmte Temperatur heruntergekühlt, was auch zur Folge hat, daß der Druck im Gefäß entsprechend zurückgegangen ist, werden die Kreisläufe 1- 8 -1 und 6 -14 -15 - 6 wieder geschlossen und der Leerlaufkühlkreis 1-14 -15 -1 durch Öffnen der Ventile 16, 17, 18 und 19 geöffnet, wodurch nunmehr in diesem Kreislauf das Primärkühlmittel selbst als Wärmeträger umgewälzt wird, seine Wärme an den Kühlwasserkreislauf der Leerlaufkühler abgibt und sich somit bis zur Drucklosigkeit im Reaktorgefäß weiter abkühlen kann.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Notkühlung eines flüssigkeits- oder dampfgekühlten Leistungskernreaktors mit einem vom Arbeitskreislauf unabhängigen und zu diesem parallel geschalteten Notkühlkreislauf mit einem Wärmeaustauscher, dessen sekundärseitiges Kühlmittel durch einen weiteren, von den bisher genannten Kreisläufen unabhängigen Kreislauf so stark gekühlt ist, daß es nicht verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter Leerlaufkühlkreis nach einer Schnellabschaltung des Reaktors die sekundärseitige Kühlung des Wärmeaustauschers im Notkühlkreislauf übernimmt, bis eine vorgegebene Temperatur des Reaktorkühlmittels erreicht ist, worauf der Leerlaufkühlkreis allein die weitere Kühlung des Reaktorkühlmittels überninunt.
  2. 2. Einrichtung zur Notkühlung eines Leistungskernreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlaufkühlkreis aus zwei parallel zueinander geschalteten Kühlkreisläufen besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr.1211537; »Atomkernenergie«, Bd. 4, 1959, Heft 6, S. 215 bis 233; »The Shippingpori Pressurized Water Reactor«, 1958, Reading, USA., S. 230 bis 233.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0004167A2 (de) * 1978-03-04 1979-09-19 BROWN BOVERI REAKTOR GmbH Einrichtung zur Notkühlung der Dampferzeugungsanlage eines Kernkraftwerkes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1211537A (fr) * 1958-08-14 1960-03-16 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'absorption de chaleur d'un réacteur nucléaire en cas d'arrêt ou de surpression

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