DE2446090C3 - Druckwasserreaktor - Google Patents
DruckwasserreaktorInfo
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- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
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Description
Die Erfindung betriflt iinen Druckwasserreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Verwendung von Einlaufvorrichtungen ist bei flüssigkeitsgekühlten Kernreaktoren der verschiedensten
Formen bekannt.
Die DE-OS 18 15 047 zeigt Strömungsleitvorrichtungen
für die Aufgabe, die Abscheidung von Gasblasen aus dem Flüssigkeitsstrom zu ermöglichen. Sie sind deshalb
auch nicht Notkühlleitungen, sondern den Eintritts'eitungen für das normale Kühlmittel zugeordnet. Die von
ihnen verursachte Strömung verläuft tangential um den zylindrischen Reaktorkern, damit eine Zentrifugalwirkung
eintritt, die das Abscheiden der Dampfblasen bewirkt.
Bei dem Reaktor der eingangs genannten Art nach der US-PS 38 18 935 sind besondere Auslaßleitungen
vorgesehen, die mit Rohrkrümmern in Abstand von der Innenseite des Druckbehälters unter den Wasserspiegel
im Reaktordruckbehälter führen, damit heißes Wasser abgegeben werden kann, wenn die Wärmeabfuhr über
den Dampf nicht ausreicht. Wenn diese Auslaßleitungen als Vorbild für Notkühlleitungen dienen, kann es keine
durch die Wand unterstützte Führung des Notkühlmittels geben.
Das letzte gilt auch für einen ähnlichen Rohrkrümmer an einer Notkühlleitung bei einem Kernreaktor, der mit
Natrium oder einer anderen Flüssigkeit gekühlt wird und in der US-PS 32 15 606 beschrieben ist. Außerdem
ist im Gegensatz zu Druckwasserreaktoren bei natriumgekühlten Kernreaktoren im Normalbetrieb kein Druck
vorhanden. In dem nur teilweise mit Natrium gefüllten Reaktorbehälter bildet sich ein Kiihlmittelspiegel aus, so
daß es das der Erfindung zugrunde liegende Problem eines die Notkühlung behindernden Gegendruckes und
eher der Einspeisung entgegengesetzten Verdamp
fungsströmung nicht gibt.
Bei dem aus dem Forschungsbericht V 73/1 der Berichtesammlung IRS-F-16 (August 1973) bekannten
Druckwasserreaktor ist die Leitung für die Einführung des Notkühlmittels der heiße Strang, also eine an den
Reaktordruckbehälter angeschlossene Hauptkühlmittelleitung des Druckwasserreaktors. Die an diesen
heißen Strang angeschlossene Notkühlleitung ist an der Mündung mit einer haubenartigen Strömwigsleitvorrichtung
überdeckt, die in dem Rohr des heißen Stranges sitzt, damii, wie es in dem Bericht heißt, dem
Einspeisewasser beim Eintritt in den oberen Sammelraum (im Reaktordruckbehälter) eine wesentlich größere
Geschwindigkeit verliehen wird. Damit soll die Verteilung des eingespeisten Wassers im oberen
Sammelraum verbessert werden.
Die mit der Erfindung bezweckte Verbesserung der Notkühlung hat dagegen das Ziel, die Wied^rauffüllung
des Reaktordruckbehälters mit Kühlwasser zu beschleunigen, damit sich die den Reaktorkern bildenden
Brennelemente nicht überhitzen können, wenn das normale Kühlwasser durch die Hitze des Reaktorkerns
bei einem Bruch des Primärkühlkreises insbesondere dampfförmig entweicht.
Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 genannten Merkmale.
Bei der Erfindung wird durch die Haube eine das Verspritzen verhindernde Bündelung des Notkühlmittels
erreicht, so daß sich das Notkühlmittel als geschlossener und von der Wand des Reaktordruckbehälters
geführter Strahl in den unteren Teil des Reaktordruckbehälters ergießt, obwohl an sich eine
entgegengerichtete Strömung des im Reaktordruckbehalter verdampfenden Kühlmittels vorliegt. Von unten
wird dann der Reaktorkern in Richtung der natürlichen Dampfströmung benetzt. Deshalb wird die Strömung
des zugeführten Notkühlmittels durch das dampfförmig abströmende erhitzte Kühlmitte.1 nur wenig beeinträch-
Man erhält also mit der Erfindung eine wesentlich schnellere Benetzung des Reaktorkerns und vermeidet
die hohen Brennstabtemperaturen, die sonst nach Ausblasen des normalen Kühlmittels vorkommen
können. Die Zeitspanne zwischen dem Einspeisebeginn und dem Beginn der Kernflutung wird um mehr als die
Hälfte verringert, und es hat sich gezeigt, daß sich die Hüllrohrtemperaturen dadurch um SO bis 1000K
erniedrigen lassen. Solche niedrigeren Hüllrohrtemperaturen ergeben auch nur entsprechend geringe
plastische Dehnungen in Umfangsrichtung (Hüllrohrblähen), so daß die Kühlkanalverengung ebenfalls in
Grenzen bleibt. Dies kommt wiederum der besseren Notkühlung zugute.
Die Erfindung ist auch nicht mit den aus der US-PS 36 23 948 bekannten U-förmigen Prallplatten zu vergleichen,
die den Hauptkühlmittelleitungen eines Druckwasserreaktors zugeordnet und am Kernbehälter
angebracht sind. Die bekannten Prallplatten dienen nämlich zur gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers
in Umfangsrichtung, so daß ein der erfindungsgemäßen Bündelung entgegengesetzter Effekt beabsichtigt wird.
Bei der nach der Erfindung die Mündung der Notkühlleiturcg überdeckenden Haube ist der Querschnitt
der Auslaßöffnung vorzugsweise nicht größer als der Querschnitt der Notkühlleitung, weil dadurch, wie
gewünscht, ein kräftiger geschlossener Strahl erhalten werden kann. Man kann auch einen zwecks Düsenwir-
kung verengten Querschnitt am Austritt der Haube vorsehen, um die Geschwindigkeit des Notkühlmittels
zusätzlich zu erhöhen. Eine Grenze für die Verengung ist lediglich durch die Vergrößerung des Strömungswiderstandes
und damit durch die Erhöhung des Gasdruckes im Druckspeicher bzw. durch die Vergrößerung
der für die Notkühlung erforderlichen Pumpenleistung bestimmt, die ja unter Umständen von Notstromaggregaten
geliefert werden muß.
Düsen werden zum Beispiel nach der deutschen DE-OS 17 64 470 zur Notkühlung von dampfgekühlten
Kernreaktoren angewendet Die bekannten Düsen sollen jedoch eine zur Nctkühlung verwendete Flüssigkeit
nebelartig versprühen, damit die mit den Düsen versehenen Brennelemente nicht durch einen thermischen
Schock zerstört werden. Hier soll also mit den Düsen gerade das Gegenteil der bei der Erfindung
vorgesehenen Wirkung eines geschlossenen Strahles erreicht werden.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel
beschrieben.
In F i g. 1 ist schematisch ein Druckwasserreaktor von zum Beispiel 1000 MWe dargestellt, dessen wesentlicher
Bestandteil ein weitgehend zylindrischer Reaktordruckbehälter 1 ist. Irn Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters
I1 der mit einem Deckel 3 verschlossen ist, ist ein
Kernbehälter 4 konzentrisch angeordnet. In diesem ist der Reaktorkern 5 untergebracht Die an den Stirnseiten
anschließenden Räume im Inneren des Reaktordruckbehälters 1 werden als oberes Plenum 6 und unteres
Plenum 7 bezeichnet.
Der Kernbehälter 4 bildet mit dem Unterteil 2 des Reaktordruckbehälters 1 einen Ringraum 10. An diesen
ist die kalte Hauptkühlmittelleitung 11 angeschlossen, in
der von einer Hauptkühlmittelpumpe 12 das als Primärkühlmittel verwendete leichte Wasser zurück in
den Reaktordruckbehälter 1 gepumpt wird. Das Primärkühlmittel strömt normalerweise vom unteren
Plenum 7 durch den Reaktorkern 5 zum oberen Plenum 6. Dort gelangt es in die heiße Hauptkühlmittelleitung
13, die zu einem Dampferzeuger 14 führt. Der Dampferzeuger 14 ist mit der Pumpe 12 in nicht
gezeichneter Weise zu einer geschlosenen Kühlmittelschleife 15 verbunden.
Für d?n Fall, daß das normale Kühlmittel bei einem Bruch der Hauptkühlmittelleitungen 11,13 austritt, sind
zur Notkühlung Druckspeicher 16 vorgesehen, von denen nur einer gezeichnet ist. In den Druckspeichern
steht als Kühlmittel J'.enendes vorzugsweise boriertes
Wasser 17 unter Druck eines Gaspolsters 18. Der Auslaß 19 des Druckspeichers 16 ist über zwei
Rückschlagventile 20 und 21 an Notkühlmittelleitungen 22 und 23 angeschlossen, die über Rückschlagklappen 24
und 25 auch von nicht weiter dargestellten Notspeisepumpen beliefert werden können. Über zwei weitere
Rückschlagklappen 26 und 27 führen die Notkühlleitungen 22,23 zum Reaktordruckbehälter t.
Die Notkühlleitung 23 ist an den heißen Strang 13 der Haupikühlmittelschlcife 15 angeschlossen. An der
Mündung der Notkühlleitung 23 ist im Inneren des Rohren eine Haube 28 angeordnet, mit deren HiIL- das
Notkühlmittel in das obere Plenum 6 gelenkt wird, wie der Pfeil 19 zeigt.
Die Notkühlleitung 22 führt direkt in den unteren Teil 2 des Reaktordruckbehälters 1. Wichtig ist, daß d:e
Anschlußstelle 30 der kalten Einspeiseleitung 22 oberhalb der Kernoberkante liegt, damit auch beim
κι Bruch einer solchen Notkühlleitung der Kern 5 durch
das Notkühlwasser bedeckt werden kann. Im Gegensatz zu der zeichnerischen Darstellung sind die Anschlüsse
30 von vier Leitungen in dieser Ebene in Umfangsrichtung beliebig, aber am Umfang gleich verteilt angeord-
It net.
An der Anschlußstelle 30 ist im Inneren des Ringraumes 10 die Mündung mit einer Strömungsleitvorrichtung
31 versehen, wie in F i g. 2 in einem Vertikalschnitt in größerem Maßstab deutlicher gezeichnet
ist.
In das Unterteil 2 des Reaktorosuckbehälters 1 ist ein
Einspeisestutzen 35 eingeschweißt, in dem ein zentrisches Innenrohr 36 zum Schutz vor Wärmespannungen
angeordnet ist. Auf der im Ringraum 10 liegenden Innenseite des Reaktordruckbehälters 1 ist die Mündung
37 mit einer Haube 38 überdeckt, die eine nach unten gerichtete Auslaßöffnung 39 aufweist. Die
Auslaßöffnung 39 führt, wie der Pfeil 40 erkennen läßt, parallel zu der Piattierung 42 auf der Innenseite der
w Wand des Reaktordruckbehälters 1 zum unteren
Plenum 7, also in Richtung zur Unterkante des Reaktorkerns 5.
Aus der F i g. 3, die einen Horizontalschnitt durch die Mündung der Notkühlleitung 22 mit dem Stutzen 35
!5 zeigt, geht hervor, daß die Haube 38 einen etwa
halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der sich von der Oberkante zur Unterkante hin auf das Maß der
Auslaßöffnung 39 erweitert. Der Querschnitt sollte insgesamt nicht größer sein als der Querschnitt der
Notkühlleitung 22. Er kann sich zweckmäßig zum Austritt 39 hin verengen, so daß die Haube 38 mit der
Innenseite des Reaktordruckbehälters 1 eine Einspeisedüse für das Notkühlmittel 17 bildet. Man erhält dadurch
einen parallel zur Wand 2 in Richtung des Pfeils 40
λ-, verlaufenden, stark gebündelten Strahl, der auch dann
noch mit großer Wucht und damit in ausreichender Menge den unteren Rand des Reaktorkerns 5 erreicht,
solange das normale Primäikühlmittel bei einem Bruch
der kalten Hauptkühlleitung 11 noch in Gegenrichtung
V) zum Pfeil 40 ausströmt. Dies sorgt für eine wesentliche
Verkürzung der Zeit, in der der Reaktorkern 5 nicht bespült ist, so daß die Temperaturen im Kern wesentlich
niedriger bleiben.
Irr Fig. 2 ist angedeutet, daß am oberen, sich
ö zuspitzenden Rand der Haube 38 eine Öffnung 43 vorgesehen sein kann. Diese verhindert, daß sich im
Normalbetrieb unter der Haube 38 ein Totwassergebiet mit unerwünscht hohen Temperaturen entwickelt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Druckwasserreaktor mit einem den Reaktorkern enthaltenden Kernbehälter und einem diesen
umgebender. Reaktordruckbehälier, in dessen oberen Teil oberhalb der Kernoberkante Leitungen
speziell für die Einspeisung eines Notkühlmittels führen, von denen mindestens eine unmittelbar an
den Reaktordruckbehälter angeschlossen und mit einer Einlaufvorrichtung versehen ist, die das aus ihr
austretende Notkühlmittel im Ringspalt zwischen dem Kernbehälter und dem Reaktordruckbehälter
in Richtung zur Unterkante des Reaktorkernes leitet, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einlaufvorrichtung als eine die Mündung (37) der Notkühlleitung (22) in den Ringspalt (10) überdekkende
Haube (31, 38) derart ausgebildet ist, daß das Notkühlmitte! in einem gebündelten Strahl entlang
der Waid (42) des Reaktordruckbehälters (1) geführt wird.
2. Druckwasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Auslaßöffnung
(39) der Haube (38) nich; größer als der Querschnitt der Notkühüeitung (22) ist.
3. Druckwasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der
Auslaßöffnung (39) der Haube (38) zu einer Düse verengt.
Priority Applications (9)
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