DE2207870C3 - Notkühlsystem und/oder Nachkühlsystem für einen Kernreaktor - Google Patents
Notkühlsystem und/oder Nachkühlsystem für einen KernreaktorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Not- und/oder Nachkühlsystem für einen Kernreaktor mit einem innerhalb der
Reaktor-Schutzhülle liegenden Brennelement-Becken, bei dem zur Not- bzw. Nachkühlung ein zusätzliches
Kühlmittel in den Reaktor einspeisbar ist.
Zusätzliches Notkühlwasser kann nach der US-Patentschrift 35 28 884 einem Behälter entnommen
werden, das an sich zum Füllen des Verbindungskanals zwischen dem ReaktordruckbehäJter und einem Brennelement-Becken
dient und während des normalen Betriebes des Kernreaktors in dem Behälter aufbewahrt
wird, weil der Kanal dann leer ist Der Behälter steht außerhalb der Schutzhülle des Reaktors neben einem
sogenannten Beckenhaus, in dein das Brennelement-Bscken bei Kernreaktoren der in den USA üblichen
Bauweise untergebracht ist
Innerhalb der Schutzhülle gibt es nach der genannten US-Patentschrift einen Druckspeicher für Notkühlmittel,
das mit Hilfe von Stickstoff unter Druck gesetzt und bei einem Absinken des Druckes im Primärkühlkreis
über Rückschlagventile automatisch eingespeist wird. Seine Menge ist jedoch sehr begrenzt
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Kühlung für den Störungsfall zu verbessern, wobei in erster Linie
bezweckt ist, den Wasservorrat gegenüber dem bekannten, in der Schutzhülle befindlichen Druckspeicher
zu vergrößern, damit auch bei längerdauernden Störungen eine Kühlung mit zusätzlichem Wasser
möglich ist Zugleich soll der Aufwand an Pumpenenergie möglichst klein gehalten werden, denn im Störungsfall muß diese Energie unter Umständen von Notstromeinrichtungen
aufgebracht werden.
Das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Brennelement-Becken
das zusätzliche Kühlmittel liefert Damit gelingt es einmal, den Wasservorrat gegenüber den
bekannten Behältern um ein Vielfaches zu vergrößern, zum anderen wirkt sich der im Störungsfall bei einem
Kühlmittelverlust in der Schutzhülle aufbauende Druck nicht als Erhöhung des Pumpendruckes aus, gegen den
das Notkühlmittel gefördert werden muß, so daß die vorgenannten Forderungen erfüllt sind.
Das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung ist nicht mit einem aus der Zeitschrift
»Atomwirtschaft« vom Febr. 1972 bekannten Kernkraftwerk mit einem Siedewasserreaktor zu vergleichen,
obwohl dort der Kühlkreis für das Brennelement-Becken ebenfalls mit dem Kühlkreis des Kernreaktors
verbunden ist. Die Verbindungsleitungen sind aber nur schematisch dargestellt und es ist sicher, daß sie nur zu
Prüf- und Meßzwecken vorgesehen und nur mit von Hand betätigbaren Ventilen ausgestattet sind, so daß
das automatische Umschalten, wie es für die Notkühlung erforderlich ist, beim Bekannten nicht möglich ist
Außerdem liegt das Brennelement-Becken bei diesem Kernkraftwerk außerhalb der Schutzhülle.
Mit dem Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung kann man ferner wesentliche Vereinfachungen
in den Rohrleitungen, Ventilen und Pumpen erhalten. So ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
des Not- und/oder Nachkühlsystems nach der Erfindung der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken mit
mindestens einem Strang des Not- und/oder Nachkühlsystems vereinigt Der Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken
wird dann durch das ohnehin erforderliche Not- bzw. Nachkühlsystem gebildet Dies bedeutet,
daß für die Kühlung des Brennelement-Beckens praktisch kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist Bei
der Verbindung des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken mit dem Nachkühlsystem wird vorteilhaft
ausgenutzt, daß beim Abfahren des Reaktors, wenn eine Nachkühlung erforderlich ist, eine Notkühlung nicht
benötigt wird. Unabhängig von einer Notkühlung ermöglicht die Zusammenfassung der Brennelement-Beckenkühlung
mit dem Nachkühlsystem erhebliche Einsparungen.
Um eine Sicherheit zu erhalten, kann man bei dem Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung
einzelne Systeme auch mehrfach vorsehen. Dies läßt sich günstig durch mehrere parallele Stränge des Not-
und/oder Nachkühlsystems verwirklichen, die über Ventile, Rückschlagklappen od. dgL an den Kühlmittelkreis
für das Brennelement-Becken angeschlossen sind. Ferner kann man an das Brennelement-Becken
zusätzlich ein Gebäude-Sprühsystem anschließen. Hierdurch erreicht man gleichfalls den Vorteil, daß man nur
die Strömungsverluste in den Sprühleitungen mit einer Pumpe Oberwinden muß, die einen Teil des für die
Brennelement-Beckenkühlung normalerweise verwendeten Kühlmittels im Gefahrenfall durch ein Düsensystem
im Gebäude verteilt, um aus dem Reaktor austretenden Dampf zu kondensieren.
Alle für die Entnahme des zusätzlichen Kühlmittels vorgesehenen Anschlüsse am Brennelement-Becken
liegen zweckmäßig nur geringfügig, z. B. V2 m oberhalb
des für die Abschirmung der Brennelemente erforderlichen Flüssigkeitsspiegels. 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
Das Not- und/oder Nachkühlsystem nach der Erfindung kann vorzugsweise so ausgeführt werden,
daß eine Verzweigung zur anteiligen gleichzeitigen Beaufschlagung des Stranges des Not- und/oder
Nachkühlsystems und des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken vorhanden ist Auf diese Weise
wird bei einem Unfall nicht nur das Notkühlsystem beliefert, sondern weiterhin eine wenn auch verringerte
Kühlung des Brennelement-Beckens 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 zum Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken führenden
Zweiges zu dem dem des zum Strang des Not- und/oder Nachkühlsystems führenden Zweiges mindestens
wie 2:1. Günstig erscheint ein Verhältnis von etwa 4:1, bei dem 1A des für die Notkühlung
verwendeten Kühlmittels aus dem Brennelement- Bekken in dieses zurückgefördert wird.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
beschrieben. Die Zeichnung zeigt in den F i g. 1 bis 3 in zwei verschiedenen Längs- und einem Querschnitt
einen Druckwasserreaktor, dessen Kühlsystem in F i g. 4 vereinfacht als Rohrleitungsplan gezeichnet ist
In F i g. 1 ist mit 1 der den Reaktorkern enthaltene Druckbehälter bezeichnet, der zusammen mit den zum
Primärkreis 6 gehörenden Dampferzeugern 2 sowie mit Hauptkühlmittelpumpen 3, Druckhaltern 4 und mit
Druckspeichern 9 in einer aus Stahl bestehenden Schutzhülle eingeschlossen ist Die Schutzhülle S
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 Hutbehälter 7 und ein Nachwärmekühler
10.
Der Rohrplan nach F i g. 4 zeigt, daß der Druckspeieher
9 Ober 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 26 angeschlossen, die dem außerhalb der Schutzhülle 5 liegenden Borwasser-
der Rf aktorkern im Falle eines Bruches einer der
tungen, 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 borier-
2t> tes Leichtwasser, dessen Mindestflüssigkeitsspiegel, der
für die Strahlungsabschirmung erforderlich ist, durch die gestrichelte Linie 30 angedeutet ist Der normale
JU spiegeis 30 eine Leitung 33 an das Brennelement-Bekken
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 Nachwärmekühler 10 und ein zweites Rückschlagventil 42 zu einer Verzweigung
43 preßt an die der Primärkreis 6 über das
w Rückschlagventil 16 angeschlossen ist Der Nachwärmekühler
10 ist mit einem geeigneten Rückkühlsystem 41 versehen. Er wird im Normalbetrieb nur beim
Nachkühlen des Reaktorkerns nach Beendigung des Leistungsbetriebes benutzt Zur Überbrückung des
4-i Nachwärmekühlers sind zwei parallele Ventile 45 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 nun zur Beeinflussung der Kühlmitteltemperatur
in 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 35 ansaugen und durch den
■>■) Nachwärmekühler 10 drücken. Von dort 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 Rückschtap""T!til 42 in den Primärkreis
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 Kühl- r,
mittel eingespeist wird. Dabei kann die Kühlung des Brennelement-Beckens fortgesetzt werden, weil an der
Verzweigung 55 die Druckleitung der Nachkühlpumpe 40 einerseits in den Primärkreis 6 des Reaktors I1
andererseits in das Brennelement-Becken 12 führt, ι ο Durch die Drossel 51 ist der Strömungswiderstand der
beiden Zweige auf einen Wert von etwa 1 :4 eingestellt, so daß dem Brennelement-Becken Ά des normalerweise
von der Nachkühlpumpe 40 geförderten Kühlmittels auch im Notfall zugeführt wird. ι ο
Das Einspeisen des Kühlmittels aus dem Brennelement-Becken 12 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 Schutzhülle 5 ansteigt Da das Brennelement-Becken 12 in der Schutzhülle 5
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 2> jedoch in einem Sumpf 57 innerhalb der Schutzhülle ä
Daraus kann es über eine mit einem Ventil 59 versehem Leitung 58 angesaugt werden, die bei 60 an dii
Saugleitung der Nachkühlpumpe 40 angeschlossen ist.
Wie man sieht, ist in gleicher Höhe wie die Leitung 3:
noch eine Leitung 62 an das Brennelement-Becken l:
angeschlossen, die über eine Pumpe 63 das Kühlmitte des Brennelement-Beckens durch Düsen 64 im Gebäudi
des Reaktors versprühen kann, um dampfförmige Kühlmittel zu kondensieren und den Druck zi
verringern. Das hierfür erforderliche Kühlmittel sam melt sich ebenfalls im Sumpf 57, so daß das Sprühsysten
unbedenklich auch gleichzeitig mit der Notkühlung ii Gang gesetzt werden kann.
In der F i g. 4 ist der Übersichtlichkeit halber nur eil einziger Strang 36 des Not- und/oder Nachkühlsystem
gezeichnet, obwohl normalerweise mehrere parallel) Stränge vorhanden sind. Das Brennelement-Beckei
kann an jeden solcher parallelen Stränge oder aber ai mehrere angeschlossen sein, um die Sicherheit zi
erhöhen. Ferner ermöglicht die Zusammenfassung de
Kühlung des Brennelement-Beckens mit dem Nachkühl system auch dann erhebliche Einsparungen, wenn eil
getrenntes Notkühlsystem vorhanden ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Not- und/oder Nachkühlsystem für einen Kernreaktor mit einem innerhalb der Reaktorschutzhülle
liegenden Brennelement-Becken, bei dem zur Not- bzw. Nachkühlung ein zusätzliches
Kühlmittel in den Primärkreis des Reaktors einspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennelement-Becken (12) das zusätzliche Kühlmittel liefert
2. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch
1 mit einem Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreis
für das Brennelement-Becken (12) mit mindestens einem Strang (36) des Not- und/oder
Nachkühlsystems vereinigt ist
3. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch
2, gekennzeichnet durch mehrere parallele Stränge (36) des Not- und/oder Nachkühlsystems, die über
Ventile, Rückschlagklappen (35, 50) oder dergleichen an den Kühlmittelkreis für das Brennelement-Becken
(12) angeschlossen sind.
4. Not- und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an
das Brennelement-Becken (12) zusätzlich ein Gebäude-Sprühsystem (62,63,64) angeschlossen ist
5. Not und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anschlüsse (33, 62) für die Entnahme des zusätzlichen Kühlmittels am Brennelement-Becken (12)
geringfügig oberhalb des für die Abschirmung der Brennelemente erforderlichen Flüssigkeitsspiegel
(30) liegen.
6. Not- und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen an
sich bekannten zusätzlichen Anschluß (58) des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken (12)
an einen in der Schutzhülle (5) vorgesehenen Sumpf (57).
7. Not- und/oder Nachkühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine
Verzweigung (55) zur anteiligen gleichzeitigen Beaufschlagung des Stranges (36) des Not- und/oder
Nachkühlsystems und des Kühlmittelkreises für das Brennelement-Becken (12).
8. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand
eines der Zweige durch eine Drossel (51) erhöht ist.
9. Not- und/oder Nachkühlsystem nach Anspruch r>o
7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungswiderstand des zum Kühlmittelkreis für
das Brennelement-Becken (12) führenden Zweiges zu dem des zum Strang (36) des Not- und/oder
Nachkühlsystems führenden Zweiges mindestens « wie 2 :1 verhält.
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