DE2207870A1 - Kuehlsystem fuer einen kernreaktor - Google Patents

Kuehlsystem fuer einen kernreaktor

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Description

Kühlsystem für einen Kernreaktor
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Kernreaktor mit einem in einer Schutzhülle des Reaktors liegenden Brennelement-Becken, wobei zur Notkühlung ein zusätzliches Kühlmittel in den Reaktor einspeisbar ist. Sie hat sich das Ziel gesetzt, den insgesamt für die Kühlung und die Sicherheit des Reaktors erforderlichen Aufwand zu verringern. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß das Brennelement-Becken das zusätzliche Kühlmittel lieferte
Bei der Erfindung braucht man nur eine verhältnismäßig geringe Druckerhöhung, um das für das Brennelement-Becken vorgesehene Kühlmittel bei einem Unfall, vor allem beim Bruch einer Kühlmittelleitung des Reaktors, als zusätzliches Kühlmittel in den Reaktor einzuspeisen, weil auf dem Brennelement-Becken der bei einem Unfall auftretende erhöhte Druck innerhalb der Schutzhülle lastet. Mit der Erfindung kann man ferner wesentliche Vereinfachungen in den Rohrleitungen, Ventilen und Pumpeli erhalten. So ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Kühlmittelkreislauf für das Brennelement-Becken mit einem Strang des Notkühlsystems vereinigt. Der Kühlnittelkreis für das Brennelement-Becken wird dann durch das ohnehin erforderliche Notkühlsystem gebildet. Dies bedeutet, daß für die Kühlung des Brennelement- Beckens praktisch kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Der Kühlmittelkreis des Brennelement-Beckens kann ferner mindestens einen Teil eines Nachkühlsystems bilden. Hierbei wird vorteilhaft ausgenutzt, daß beim Abfahren des Reaktors, wenn eine Nachkühiung erforderlich ist, eine Notkühlung nic?it benötigt wird» Unabhängig von einer Notkühlung ermöglicht die Zusammenfassung der Brennelement-Beckenkühlung mit dem Nachkühlsystem erhebliche Einsparungen.
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Um eine erhöhte Sicherheit zu erhalten, kann man auch bei der Erfindung einzelne Systeme mehrfach vorsehen. Dies läßt sich günstig durch mehrere parallele Stränge des Not- und/oder Nachkühlsystems verwirklichen, die über Ventile, Rückschlagklappen od.dgl. an das Brennelement-Becken angeschlossen sind. Ferner kann man an das Brennelement-Becken ein G-ebäude-Sprühsystem anschliessen. Hierdurch erreicht man gleichfalls den Vorteil, daß man nur die Strömungsverluste in den Sprühleitungen mit einer Pumpe überwinden muß, die einen Teil des für die Brennelement-Beckenkühlung normalerweise verwendeten Kühlmittels im G-ef ahrenfall durch ein Düsensystem im Gebäude verteilt, um aus dem Reaktor austretenden Dampf zu kondensieren.
Alle Anschlüsse am Brennelement-Becken liegen zweckmäßig nur geringfügig, z.B. l/2m oberhalb des dort für die Abschirmung erforderlichen Plüssigkeitsspiegels. Man kann dadurch sicherstellen, daß bei einem Bruch der Rohrleitungen keine unzulässige Strahlung aus dem Brennelement-Becken frei wird und nutzt dennoch die größte verfügbare Kühlmittelmenge. Dabei empfiehlt sich ein zusätzlicher Anschluß des Notkühlsystems an einen an der Schutzhülle vorgesehenen Sumpf, damit bei dem schon erwähnten Leitungsbruch das in die Schutzhülle austretende Kühlmittel aus dem Brennelement-Becken im Sumpf gesammelt wird und dadurch wieder für die Kühlung auch des Brennelement-Beckens zur Verfügung steht.
Die Erfindung kann vorzugsweise so ausgeführt werden, daß eine Verzweigung zur anteiligen gleichzeitigen Beaufschlagung des Not- und/oder Nachkühlsystems und des Brennelement-Beckens vorhanden ist. Auf diese Weise wird bei einem Unfall nicht nur das Notkühlsystem beliefert, sondern weiterhin eine wenn auch verringerte Kühlung des Br;ennelement-Berckens vorgenommen., Dabei kann man den Strömungswiderstand eines der Zweige durch eine Drossel erhöhen, damit das Kühlmittel in der gewünschten Weise verteilt wird. Insbes» verhält sich der Strömungswiderstand des Zweiges für das Brennelement-
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Becken zu dein für das Hot- und/oder Nachkühlsystem mindestens wie 2:1. Günstig erscheint ein Verhältnis von etwa 4:1, bei dem 1/4 des für die Hotkühlung verwendeten Kühlmittels aus dem Brennelement-3ecken in dieses zurück gefördert wird.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Zeichnung seigt in den Pig. 1 bis 3 in zwei verschiedenen Längs- und einem Querschnitt einen Druckwasserreaktor, dessen Kühlsystem in Pig. 4 vereinfacht als Rohrleitungsplan gezeichnet ist.
In Pig. 1 ist mit 1 der den Reaktorkern enthaltende Druckbehälter bezeichnet, der zusammen mit den zum Primärkreis gehörenden Dampferzeugern 2 sowie mit Hauptkühlmittelpumpen und Druckhaltern 4 und mit Druckspeichern 9 in einer aus Stahl bestehenden Schutzhülle 5 eingeschlossen ist« Die Schutzhülle 5 umschließt einen Kran 8 zur Bedienung des Kernreaktors, sowie eine Lademaschine 13, mit der Brennelemente aus dem Reaktor 1 in ein Brennelement-Becken 12 befördert werden, das innerhalb der Schutzhülle vorgesehen ist» Außerhalb der Schutzhülle liegen ein Borwasser enthaltender Plutbehälter 7 und ein Hachwärmekühler 10.
Der Rohrplan nach Pig. 4 zeigt, daß der Druckspeicher 9 über Rückschlagventile 15 und 16 an den heißen Strang 17 bzw. den kalten Strang 18 des Primärkreises 6 des Reaktors 1 angeschlossen ist. Zwei weitere Rückschlagklappen 20 und 21 verschliessen 'die zum Druckspeicher führenden Leitungen bei einem Bruch im Bereich des Druckspeichers 9» An die zum Druckspeicher führenden Leitungen ist über zwei Rückschlagklappen 22 und 23 und ein Umschaltventil 24 sowie eine weitere Klappe 25 eine Pumpe 2G angeschlossen, die dem außerhalb der Schutzhülle 5 liegenden Borwasserflutbehälter 7 zugeordnet ist. Mit dem Borwasser kann der Reaktorkern im Falle eines Bruches einer der Hauptkühlmxttelleitungen geflutet werden,
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so daß die Nachzerfallswärme sicher abgeführt werden kann.
Der Flutbehälter 7 ist ein Teil der Sicherheitseinrichtungen, zu dem auch das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung gehört. Es umfaßt das Brennelement-Becken 12, in dem die Brennelemente gelagert werden, bis sie weitertransportiert werden können» Das Brennelement-Becken 12 enthält als Kühlmittel boriertes Leichtwasser, dessen Mindestflüssigkeitsspiegel, der für die Strahlungsabschirmung erforderlich ist, durch die gestrichelte Linie 30 angedeutet ist. Der normale Flüssigkeitsstand liegt bei 31»
Wie man sieht, ist oberhalb des Mindestflüssigkeitsspiegels 30 eine Leitung 33 an das Brennelement-Becken angeschlossen, die über eine Absperrarmatur 35 zu einem als Ganzes mit 36 bezeichneten Strang eines Nachkühlsystems führt. Dieser Strang ist bei 38 an das Rückschlagventil 15 angeschlossen, das dem heißen Strang 17 des Primärkreises zugeordnet ist. Es führt über ein Rückschlagventil 39 zu einer Nachkühlpumpe 40, die das Kühlmittel über den Nachwärmekühier 10 und ein zweites Rückschlagventil 42 zu einer Verzweigung 43 preßt, an die der Primärkreis 6 über das Rückschlagventil 16 angeschlossen ist ο Der Nachwärmekühler ist mit einem geeigneten Rückkühlsystem 41 versehen. Er wird im Normalbetrieb nur beim Nachkühlen des Reaktorkerns nach Beendigung des Leistungsbetriebes benutzt«, Zur Überbrückung des Nachwärmekühlers sind zwei parallele Ventile und 46 vorgesehen« Der Nachwärmekühler kann durch Schliessen eines Ventils 47 stillgelegt werden» Normalerweise ist das Ventil 47 offen, während die Ventile 45 und 46 nur zur Beeinflussung der Kühlmitteltemperatur zeitweilig geöffnet werden»
Der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken umfaßt die Nachkühlpumpe 40. Deshalb kann die Pumpe das Kühlwasser aus dem Brennelement-Becken 12 über die Absperrarmatur ansaugen und durch den Nachwärmekühler 10 drücken» Von dort
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gelangt das Kühlmittel im Normalfall über eine Absperrarmatur 50 und eine mit dieser baulich vereinigte Drossel 51 über ein Ventil 52 in das Brennelement-Becken zurück. Der Kühlmittelkreis ist in der lage, auch bei relativ großer Wärmeabgabe der im Brennelement-Becken lagernden Brennelemente dort für eine niedrige zulässige Temperatur zu sorgen»
Für den Fall, daß eine der Kühlmittelleitungen des Primärkreises 6 des Reaktors 1 leck wird, so daß Primärkühlmittel entweicht, fördert die Nachkühlpumpe 40, die dann als Pumpe eines Notkühlsystems wirkt, das aus dem Brennelement-Becken 12 angesaugte Wasser über das Rückschlagventil 42 in den Primäkreis des Reaktors. Sie kann dabei mit erhöhter Drehzahl laufen, um die Förderleistung zu erhöhen. Zur gleichzeitigen Einspeisung in den heißen Strang 17 ist ein weiteres Ventil 54 vorgesehen, über das das aus dem Brennelement-Becken 12 strömende zusätzliche Kühlmittel eingespeist wird. Dabei kann die Kühlung des Brennelement-Beckens fortgesetzt werden, weil an der Verzweigung 55 die Druckleitung der Pumpe 40 einerseits in den Primärkreis 6 des Reaktors 1, andererseits in das Brennelement-Becken 12 führt» Durch die Drossel 51 ist der Strömungswiderstand der beiden Zweige auf einen Wert von etwa 1:4 eingestellt, so daß dem Brennelement-Becken mindestens 1/5 des normalerweise von der Pumpe 50 geförderten Kühlmittels auch im Notfall zugeführt wird»
Das Einspeisen des Kühlmittels aus dem Brennelement-Becken in den Primärkreis 6 des Reaktors erfordert nur einen verhältnismäßig geringen Druck, weil bei einem Leck der Kühlmitteldruck im Primärkreis sinkt, während er innerhalb der Hülle 5 ansteigt» Da das Brennelement-Becken 12 in der Hülle liegt, ist nur der Differenzdruck zu überwinden»
Das Einspeisen des Brennelement-Beckenkühlmittels in den Primärkreis senkt den Kühlmittelstand im Brennelement-Becken» Das Kühlmittel sammelt sich jedoch in einem Sumpf 57 innerhalb der Schutzhülle 5 ο Daraus kann es über eine Leitung 58 mit einem Ventil 59 Eingesaugt werden, die bei 60 an die
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- 6 - VPA 72/9412 Saugleitung der Pumpe 40 angeschlossen ist.
Wie man sieht, ist in gleicher Höhe wie die Leitung 33 noch eine Leitung 62 an das Brennelement-Becken 12 angeschlossen, die über eine Pumpe 63 das Kühlmittel des Brennelement-Beckens durch Düsen 64 im Gebäude des Reaktors versprühen kann, um dampfförmiges Kühlmittel zu kondensieren und den Druck zu verringern. Das hierfür erforderliche Kühlmittel sammelt sich ebenfalls im Sumpf 57, so daß das Sprühsystem unbedenklich auch gleichzeitig mit der Not kühlung in Gang^ gesetzt werden kann.
In der Pig. 4 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein einziger Strang 36 des Not- und/oder Nachkühlsystems gezeichnet, obwohl normalerweise mehrere parallele Stränge vorhanden sind. Das Brennelement-Becken kann an jeden solcher parallelen Stränge, mindestens aber an mehrere angeschlossen sein, um die Sicherheit zu erhöhen« Ferner ermöglicht die Zusammenfasaung der Kühlung des Brennelement-Beckens mit dem Nachkühlsystem auch dann erhebliche Einsparungen, wenn ein getrenntes Notkühlsystem vorhanden ist.
10 Patentansprüche
4 Figuren -
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Claims (10)

  1. _ 7 - ™· 72/9412
    Pat entansprüche;
    f a Feb. IS72 2207870
    Kühlsystem für einen Kernreaktor mit einem in einer Schutzhülle des Reaktors liegenden Brennelement-Beckens, wobei zur Notkühlung ein zusätzliches Kühlmittel in den Reaktor einspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelement-Becken (12) das zusätzliche Kühlmittel liefert.
  2. 2. Kühlsystem nach Anspruch 1 mit einem Kühlmittelkreislauf für das Brennelement-Becken, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken (12) mit einem Strang (36) des Notkühlsystems vereinigt ist.
  3. 3. Kühlsystem mit einem Kühlmittelkreislauf für das Brennelement-Becken, insbeSo nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreis des Brennelement-Beckens (12) mindestens einen Teil eines Nachkühlsystems (36) bildet.
  4. 4ο Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch mehrere parallele Stränge des Hot- und/oder Uachkühlsystems (36), die über Yentile, Rückschlagklappen (35,50) ododgl«, an das Brennelement-Becken (12) angeschlossen sindo
  5. 5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß an das Brennelement-Becken (12) ein G-ebäude-Sprühsystem (62,63564) angeschlossen ist.
  6. 6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (33> 62) am Brennelement-Becken (12) geringfügig oberhalb des für die Abschirmung erforderlichen.Flüssigkeitsspiegels (30) liegen.
  7. 7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten zusätzlichen Anschluß (58) an einen in der Schutzhülle (5) vorgesehenen Sumpf (57)»
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  8. 8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine Verzweigung (55) zur anteiligen gleichzeitigen Beaufschlagung des Not- und/oder Nachkühlsystems (36) und des Brennelement-Beckens (12).
  9. 9. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand eines der Zweige durch eine Drossel (51) erhöht ist.
  10. 10. Kühlsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungswiderstand des Zweiges für das Brennelement-rBecken (12) zu dem für das Not- und/oder Nachkühlsystem (36) mindestens wie 2:1 verhalte
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    Le e rs e
    ite
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