DE2131377C3 - Kernreaktor mit Notkühlsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einem Druckgefäß, das einen Boden, einen im Reaktordruckgefäß angeordneten Kern mit mehreren vertikalen Brennstoffkassetten, mehrere vertikale Steuerstableitrohre, die sich vom Kern nach unten zürn Boden des Druckgefäßes hin erstrecken, sou ie Mittel für die Notkühlung (Notkühlungsrnittel) des Reaktorkerns durch Einspritzen von Wasser in denselben aufweist, wobei eine Zuführleitung am unteren Ende des Reaktorgefäßes in dieses mündet und Mittel für die Zufuhr von Kühlwasser vorgesehen sind.

Es ist von größter Wichtigkeit, daß der Kern in einem Reaktor wirksam gekühl; wird, vor allem in verschiedenen Notlagen, so z. B. bei einem Bruch im Primärkreis des Kühlmittels. Bei wassergekühlten Reaktoren geht dabei ein großer Teil des Kühlwassers als Dampf verloren und muß ersetzt werden. Nach einem früheren Vorschlag ist dem Kern eines Siedewasserreaktors Notkühlwasser von oben durch Düsen in einem doppelwandigen Deckel eines den Kern umgebenden Moderatorgefäßes zugeführt worden, d.h. in einer Richtung, die der Richtung des normalen Kühlwasserstromes entgegengesetzt ist. Dabei entsteht eine instabile Strömung, da in großen Teilen des Kerns warmes Wasser und Dampf nach oben steigen, während in anderen Teilen des Kerns kaltes Wasser nach unten sinkt.

Bei einem bekannten Kernreaktor der eingangs genannten Art (französische Patentschrift 1 570 268) wird das Notkühlwasser unmittelbar in den Druckbehälter eingeleitet, und zwar in Abhängigkeit von dem im Reaktorgefäß herrschenden Wasserstand. Wenn dieser ein vorgegebenes Maß unterschritten hat, wird die Zuführung von Notkühlwasser in Gang gesetzt. Zum Zuführen des NotKühhv assers ist eine turbinengetrieben«· Pumpe vorgesehen, die mit Hilfe von aus dem Reaktorbehälter abgelassenem Dampf betrieben wird. Hierdurch soll die Kühlwasseizufuhr unabhängig von einer äußeren Energiequelle sein. Über eine unmittelbare Einführung von Notkühlwasser in den Reaktorkern ist der genannten französischen Patentschrift nichts zu entnehmen.

Bei einem weiteren bekannten Kernreaktor (französische Patentschrift 1490 229) ist zur Notkühlung ein zusätzlicher Dampfkreislauf vorgesehen, mit dem Kühidampf unmittelbar in den Reaktorkern eingeleitet wird. Wie die Verteilung des Kühlmittels im Reaktorkern vorgenommen wird, ist aus der genannten Patentschrift nicht zu ersehen. Die Zeichnung der Patentschrift zeigt keine vertikal angeordneten Steuersfäbe oder Steuerstableiirohre. In dem zusätzlichen Kreislauf ist mindestens ein Wärmeaustauscher angeordnet, der dem Kühldampf Wärme entzieht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß für die Notkühlung bestimmtes Wasser bei möglichst geringer Störung der normalen Strömungen im Reaktor direkt in den Kern eingeführt werden kann.

Diese Ausgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Noikühlungsmittel eine am unteren Ende jedes Steuerstableitrohres angeordnete Verao teilungskammer und von dieser ausgehend nach oben leitende Verteilerrohre aufweisen, wobei die Verteilerrohre direkt oder indirekt am unteren Ende einer Brennstoffkassette münden.

Da bei einem so ausgebildeten Reaktor das Notas kühlungsmittel in der gleichen Richtung strömt wie das Normalkühlmittel, erhält man ein günstigeres Strömungsbild, wodurch eine gleichmäßigere und wirksamere Kühlung als bisher erreicht wird. Die Verteilerrohre leiten das Kühlwasser unmittelbar in die Brennstoffkassetten, was eine besonders wirksame Wärmeabfuhr ermöglicht, weil die Wärme am Ort ihrer Entstehung direkt vom Kühlmittel aufgenommen wird.

Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den unteren Teil eines mit einem Notkühlsystem versehenen Reaktors,

F i g. 2 eine Variante für die Zuführung des Notkühlwassers zum Reaktor,

Fig. 3 von oben zwei aneinandergrcnzendc Kassettenaufstellplatten, von denen jede am oberen Ende eines Stcuerstableitrohres liegi und mit vier an den Ecken eines Quadrats angeordneten runden Löchern versehen ist, die die unteren Enden von vier Brennstoffkassetten aufnehmen sollen und ein zentrales kreuzförmiges Loch für den Steuerstab aufweist und

Fig. 4 in teilweisem Axialabschnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 3 zwei nebeneinander stehende Steuerstableiirohre mit Vertdlungskammcr und Verteilungsrohren für das Notkühlwasser.

Dci in F i g. 1 gezeigte Reaktor 1 ist ein Siedewasserreaktor. Der Reaktorkern 2 ist wie üblich aus Brennstäben aufgebaut, die zu Brennstoffkassetten 3 zusammengesetzt sind, von denen nur zwei angedeutet wurden. Die Brennsfoffkassetten haben einen quadratischen Querschnitt und werden \on einem Kernboden 4 gertagen. Der Kern ist \on einem Modern· torgefäß 5 umgeben, das wiederum \on einem Reaktordruckgefäß 6 so umgeben wi^d. d;iß zwischen den Gefäßen 5 und 6 ein rohrförmigen vertikaler Spalt 7 besteht. Im unteren Teil des Spaltes sind mehrere reaktorinterne Umwälzpumpen 8 ungeordnet, von denen nur eine gezeigt ist. Jede P.impe hat einen außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten Motor 9. eine vertikale l'umpenwclle 10. ein Pumpengehäuse 11 mit gekrümmtem Durchlaß, einen in den

Spalt 7 mündenden Einlaß, einen in den unteren Teil des Moderatorgefäßes 5 unter dem Kernboden 4 mündenden Auslaß und ein im Pumpengehäuse angeordnetes und von der Pumpenwelle getriebenes Pumpenrad 12. Das Reaktordruckgefäß 6 ist im Durchführungsbereich 13 der Pumpenwelle örtlich verstärkt.

Innerhalb des Kranzes aus Uniwälzpumpen gehen durch den Bodenteil des Reaktordruckgefäßes 6 mehrere vertikale Steuerorgane 14, von denen nur eines gezeigt ist. Jedes Steuerorgan besteht aus einem Steuerstab IS und einem Antriebsorgan 16 für den Steuerstao. Unter dem Kern 2 läuft der Steuerstab in einem Steuerstableitrohr 17, das oben mit einer Kassettenabstellplatte 18 (siehe F i g. 3) für vier quadratisch angeordnete BrennstofTkassetten 3 versehen ist, zwischen denen sich ein kreuzförmiger Spalt 19 befindet. In diesem Spalt kann der gezeigte Steuerstab 15, der ebenfalls einen kreuzförmigen Querschnitt hat, verschoben werden.

Die Kassettenabstellplatte 18, die einen quadratischen Querschnitt hat, hat vier an den Ecken eines Quadrats angeordnete runde Löcher 20 zur Aufnahme der unteren Enden von Brennstoffkassetten und ein zentrales kreuzförmiges Loch 21 für den Durchgriff des Steuerstabes 15. Die Kassettenabstellplatten 18 bilden zusammen den Kernboden 4.

Der obere Teil des Steuerstableitrohres 17 hat vier symmetrische Einpressungen 22 (Fig. 4), an denen der runde Querschnitt des Rohres an der Kassettenabstellplatte 18 in einen kreuzförmigen Querschnitt übergeht. Dadurch wird das außerhalb des Lcitrohres 17 befindliche Kühlwasser in den Brennstoffkassetien nach oben geleitet, während das in den Leitrohren 17 befindliche Wasser im Spalt 19 zwischen den Brennstoffkassetten nach oben geleitet wird. Das Steuerstableitrohr 17 besteht zweckmäßigerweise aus drei Teilen, näm'ich einem Oberteil 23, das einstückig mit der Kassettenabstellplatte 18 ausgebildet sein kann und die Einpressungen 22 aufweisi, einem geraden, kreiszylindrischen Zwischenteil 24 und einem unteren Übergangsteil 25, das von einem Steuerorganrohr 26 getragen wird, das durch den Boden des Reaktordruckgefäßes 6 geht und an diesem in einem nach innen gerichteten Stutzen 27 (F i g. 4) befestigt ist.

Das Sleuerstableitrohr 17 hat an ^ceinem unteren Ende eine ringförmige Verteilungskammer 27, von der vier Verteilerrohre 28. nämlich für jede der von dem Leitrohr getragenen Brennstoffkassetten eines, nach oben führen und direkt oder indirekt an den unteren Lnden der Brennstoffkassetten 3 münden.

Das Notkühlwasser wird normalerweise in einem mittels einer Warmhaltungsschlange 45 erwärmten Behalter 29 aufbewahrt, der gcmiiß I^:i g. 1 mittels Gas ans (iasf laschen 36 unter ütuek gesetzt werden kann. Das das wird dabei von den Ciasflaschen durch eine Leitung 30 mit einem normalerweise offenen Priiiventil 31 und einem normalerweise geschlossenen Notkühlventil 32 von oben in den Wasserbehälter 29 geleitet. Das unter Druck gesetzte Not kühl wasser verlaßt den Behälter durch eine Hauptleitung 33, strömt durch einen nicht gezeigten Kühlwassersiut/en in den Reaktor. \erteilt sich über Zweigleitungen 34 ai;f Jic verschiedenen Verteilungskamme! η 27 und strömt von dort weiter über die Verteilen öhre 28 zu den unteren Lnden der einzelnen Brcnnstoffkasselien.

[ i g. 2 zeigt, daß die Hauptleitung 33 in mehrere Zweigleitungen 34 aufgeteilt werden kann, die außerhalb des Reaktordruckgefäßes 6 an die Steuerorganrohre 26 angeschlossen sind. Das Steucrorganrohr 26 ist dabei derart doppelwandig, daß zwischen seinen Wänden 26' und 26" ein ringförmiger Spalt 35 verbleibt. Wie aus Fig. 4 genauer zu ersehen ist, verbindet der Spalt 35 die ringförmige Verteilunfeskammer 27 mit der Zweigleitung 34.

Die Verteilerrohre 28, die von der Verteilungskammer 27 ausgehen, führen durch den unteren

ίο Übergangsteil 25 zur Innenseite des Steuerstableitrohres 17 und durch den Oberteil 23 zur Außenseite des Steuerstableitrohres 17. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, können die Verteilerrohre 28 entweder direkt unter den unteren Enden der Brennstoffkassetten 3 münden oder auch indirekt. Im letzteren Fall mündet jedes Verteilerrohr in eine ringförmige Nut 37 an der Unterseite einer in dem kreisförmigen Stützloch 20 angeordneten Drosselscheibe 36. Von der ringförmigen Nut 37 w ird das Notkühlwasser mittels mehrerer

so einwärts-aufwärts gerichteter Löcher 41 zu einem zwischen der Drosselscheibe und dem unteren Ende der Brennstoffkassette befindlichen Bereich geleitet. Die Drosselscheibe hat die Form einer gewöhnlichen Meßblende und wird mittels mehrerer vom Umfang der Scheibe ausgehenden axialen Federzungen 38 in der gewünschten Lage gehalten, wobei jede Federzunge 38 mit einem Halteteil 39 versehen ist, der in eine in dem Loch 20 angeordnete Ringnut 40 eingreift.

Das Notkühlventil 32 ötfnet sich auf Grund eines Signales einer Steuereinheit 42 an sich bekannter Art. Die Steuereinheit entscheidet auf Grund der ankommenden Meßwerte, ob eine Notkühlung ausgelöst werden soll oder nicht. In Fig. 1 ist nur eine von einer Neutronenflußmeßsonde im Kern zu der Steuereinheit führende Signalleitung 43 angedeutet sowie eine von der Steuereinheit zu dem Notkühlventil führende Signalleitung 44.

Das in den Gasflaschen 36 enthaltene Gas kann

7. B. Stickstoff mit einem Druck von etwa 200 Bar sein. Wenn zu befürchten ist, daß das System bei Notkühlung so weit von Wasser entleert werden kanu, daß Gas in den Reaktor dringt, ist es zweckmäßig, eine Mischung von Stickstoff und Wasserstoff zu verwenden, wobei der Wasserstoffgehalt etwa 5 °'Ό betragen sollte, um sowohl eine Sauerstoffixierung am Stickstoff im Reaktor und die daraus folgende Bildung von Salpetersäure als auch eine Explosionsgefahr beim Vermischen mit Luft zu vermeiden.

Das Prüfventil 31 kann in der Leitung 30 vor oder nach dem NotkiihheiHil 32 angeordnet sein und wird angewandt, um auch während des Betriebs die Funktion des Notkühls\stems zu prüfen. Die Ventile 31 und 32 liegen zweckmäßigerweise nahe beieinander, so daß das verbii dendc Rohr 30 kurz ist 13ei einer Prüfung wird zuerst das Prüfventil 31 geschlossen, wobei ein Stellungsanzeiger anzeigt, daß das Ventil geschlossen ist. Danach wird das Notkühlventil 32 gei'fTnct und wieder geschlossen, wobei ein zweiter Störungsanzeiger anzeigt, daß öffnung und Schlicßu:-.!i tatsächlich ausgeführt werden. Schließlich wird da: Priifventil 31 wieder geöffnet, wobei dessen Sieih;n^;!n..iii>er bestaln-1. daß das öffnen erfolgt ist. Daduicli. daß <ias die Ventile verbindende Rohr 30 kürz ist, ist das darin eingeschlossene Gasvolumen mit hohem Druck klein, was zur Folge hat, daß bei einer Prüfung nur ein sehr kleiner Teil des Notkiihlw assers vom Wasserbehälter 29 in den Reaktor 1

strömt. Nach der Prüfung kann die geringe Gasrnenge, die sich in dem Behälter befindet, durch eine nicht gezeigte, mit Ventil versehene Leitung abgelassen werden. Dabei wird der Wasserbehälter automatisch wieder vollständig mit Wasser vom Reaktor gefüllt.

Bei der Erfindung können Wasserbehälter 29 und Gasflaschen 36 durch andere Mittel mit entspre der Wirkung ersetzt werden. Man kann z. B. Auslösen einer Notkühlung das Notkühlwassi einem Bassin für verbrauchten Brennstoff entne und es mit Hilfe einer Pumpe unter Druck s Man kann das Kühlwasser auch unter Druck in oder mehreren Druckakkurr.ulatoren laigern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kernreaktor mit einem Druckgefäß, das einen Boden, einen im Reaktordruckgefäß angeordneten Kern mit mehreren vertikalen Brennstoffkassetten, mehrere vertikale Steuerstableitrohre, die sich vom Kern nach unten zum Boden des Druckgefäßes hin erstrecken, sowie Mittel für die Notkühlung (Notkühlungsmittel) des Reaktorkerns durch Einspritzen von Wasser in denselben aufweist, wobei eine Zuführleitung am unteren Ende des Reaktorgefäßes in dieses mündet und Mittel für die Zufuhr von Kühlwasser vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Notkühlungsmittel (27 bis 35) eine am unteren Ende jedes Steuerstableitrohres (17) angeordnete Verteilungskammer (27) und von dieser ausgehend nach oben leitende Verteilerrohre (28) aufweisen, wobei die Verteilerrohre (28) direkt oder indirekt am unteren Ende einer Brennstoffkassette (3) münden.