DE2459339B2

DE2459339B2 - Kuehl- und auffangvorrichtung fuer den schmelzenden oder geschmolzenen kern eines atomkernreaktors

Info

Publication number: DE2459339B2
Application number: DE19742459339
Authority: DE
Inventors: Peter Dr 6000 Frankfurt Daublebsky
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE2459339C3; DE2459339A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühl- und Auffangvorrichtung für den schmelzenden oder geschmolzenen Kern eines Alomkernreaktors für den Fall des Versagens des Notkühlsystems, der Sabotage oder eines anderen das Kernschmelzen verursachenden Ereignisses, mit einem den Reaktorkern enthaltenden Reaktordruckbehälter, welcher an Fundamentteilen des Containments abgestützt gelagert ist und mit einem unterhalb des Reaktordruckbehälters angeordneten Raum, durch welchen der schmelzende Reaktorkern in Richtung auf den Containment-Boden fallen kann, wobei oberhalb des Containment-Bodens eine aus gut wärmeleitendem Metall bestehende gekühlte Wanne gelagert ist, die den geschmolzenen Kern aufnimmt.

Eine solche Kühl- und Auffangvorrichtung ist durch die DT-AS 20 35 089 bekannt. Die Wanne ist bodenseitig von Kühlrohren durchzogen, die auslaßseitig an ein Steigrohr und einlaßseitig an einen auf höherem Niveau angeordneten Wassertank angeschlossen sind. Bei einem Aufprall des geschmolzenen Kerns und anderer Druckbehälter-Einbauten sowie der Druckbehälter-Bruchstücke könnten sich die Kühlrohre so verformen, daß das Wannenkühlsystem beeinträchtigt und eine Beschädigung des Containments nicht auszuschließen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühl- und Auffangvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche der geschmolzene Kern daran gehindert werden kann, die gekühlte Wanne und damit das Containment zu zerstören. Solange das Containment nämlich funktionsfähig ist, kann der Unfall als beherrscht betrachtet werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einer Kühl- und Auffangvorrichtung der eingangs näher definierten Art erfindungsgemäß darin, daß die dem Reaktordruckbehälter zugewandte Innenseite der gekühlten Wanne mit einer Schüttung aus feuerfestem Material bedeckt ist, daß in einem geringen Abstand oberhalb der gekühlten Wanne ein als Schutzgitter dienendes Feld aus Trägern angeordnet ist, welches die gekühlte Wanne vor dem Aufprall schwererer, mit dem schmelzenden Kern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen in der Lage ist, und daß die Unterseite der gekühlten Wanne abgestützt und von einer mit Kühlmedium gefüllten Kühlkammer umgeben ist, die über Ableitkanäle mit einem Außenraum in Verbindung steht, in welchen das verdampfende Kühlmedium ableitbar ist.

Die die Kühlwanne bedeckende Schüttung aus feuerfestem Material kann hierbei eine Höhe von t bis 3 m haben, damit die folgenden beiden Hauptfunktionen erfüllt werden: Die Kühlwanne vor starken Stoßen zu schützen und den geschmolzenen Kern zu bedecken, um die Wärmeabgabe nach oben ins Containment stark abzudämmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das oberhalb der Kühlwanne angeordnete Trägerfeld aus Doppel-T-Trägern, welche in mindestens zwei Lagen kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind. Hierdurch werden im Gefahrenfalle die schweren nach unten fallenden Teile, wie z. B. Pumpen, zurück gehalten, während kleinere Teile und der geschmolzene Kern zunächst abgebremst werden und dann in die

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Kühlwanne fallen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlkammer Wasservorlage umfaßt. Hierbei ist das Kühlmedium leicht und in ausreichender Menge zu beschaffen, ^U d es ergibt sich gemäß der Erfindung die weitere vorteilhafte Ausbildung, daß das verdampfende Kü'il- !edium aus der Kühlkammer über die Ableitkanäle bereits vorhandenen Kondensations- oder Wärmelausch-Einrichtungen der Kernreaktoranlage, insbesondere dem Hauptkondensator oder den Speisewasservorwärmern, zuleithar ist. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer über die Ableitkanä-Ic eigens für diesen Zweck vorgesehenen Notkühleinrichtungen, wie insbesondere Eiskondensatoren, zuleitbar ist. In jedem Falle empfiehlt es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, daß zum Ersatz des bereits ausgedampften Kühlmediums die Kühlkammer über Zuleitkanäle an äußere Kühimittelreservoire angeschlossen ist. Hierbei kann es sich um ein Vorratsbecken handeln, das zugleich als Swimmingpool für das Personal dienen kann. Es ist aber auch möglich, Flußwasser von außen heranzuführen oder das Wasser der vorhandenen Kondensations-Einrichtungen über Ventile (wegen des Vordrucks über dem Wasser) der Kühlkammer zuzuführen.

Die Kühlwanne ist in bevorzugter Ausfuhrungsform zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung etwa kegelförmig nach unten gewölbt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlwanne an ihrer Unterseite durch einen Wald von Stangen oder Trägern abgestützt ist welche zur Aufnahme des Kerngewichtes und als Kühlrippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf das Kühlmedium vorgesehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen in vereinfachter Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile:

Fig 1 einen Längsschnitt durch ein Reaktorgebäude mit der erfindungsgemäßen Kühl- und Auffangvorrich- ₄

^{υΓρ\ g. 2 die Kühl- und Auffangvorrichtung aus F i g. 1 in vergrößerter Darstellung.

Der Reaktordruckbehälter 1, welcher einen nicht näher dargestellten Reaktorkern enthält, ist an Fundamentteilen 2 des Containments abgestützt gelagert, wobei diese aus Spannbeton bestehenden Fundamentteile 2 eine Druckkammer 3 bilden und zugleich einen den Reaktordruckbehälter 1 umgebenden biologischen

^C|m einzelnen ruht der Reaktordruckbehälter mit Standzargen 1.1 auf einem Ringvorsprung 2.1 der Fundamentteile 2. Im dargestellten Ausfünrungsbeispiel handelt es sich um einen Siederwasserreaktor, bei welchem die Steuerstabantriebe 4 durch den unteren Kueelboden 1.2 des Reaktordruckbehälters 1 hindurcheeführt sind. Unterhalb des Reaktorgefäßes 1 befindet sich ein Raum 5, durch welchen der Reaktorkern im Falle seines Schmelzens in Richtung auf den Containment-Boden 6 fallen könnte. Im übrigen bedeuten 7 eine Kondensationskammer, 8 eine Gefäßabdeckung. 9 e.nen Flutraum mit Betonriegel-Abdeckung 10, 11 ein Absetzbecken 12 das Brennelement-Lagerbecken, 13 eV Aufnahmebecken für neue Brennelemente, 14 die Begrenzungswände des Sicherheitsbehälters, welcher noch von den Außenwänden 15 des Reaktorgebäudes umschlossen wird, 16 eine Brennelementwechselmaschinp 17 eine Brennelementumsetzmaschine und 18 die Einrichtung eines Gebäudekrans mit Laufkatze 18.1 und drehbarer Traverse 18.2. Mit 19 ist das unterste Fundament und mit 20 eine darüber angeordnete Dichthaut bezeichnet.

Oberhalb des Containment-Bodens 6 ist eine aus gut wärmeleitendem Metall bestehende gekühlte Wanne 21 (vgl. auch Fig. 2) gelagert. Die dem Reaktordruckbehälter 1 zugewandte Innenseite 21.1 der Wanne 21 ist mit einer Schüttung 22 aus feuerfestem Material, wie insbesondere Salz, Keramik, Sand od. dgl. bedeckt. In einem geringen Abstand oberhalb der Kühlwanne 21 ist ein als Schutzgitter dienendes Feld 23 aus Trägern 24 angeordnet, welches die Wanne 21 vor dem Aufprall schwerer, mit dem Kern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen in der Lage ist. Wie dargestellt, besteht das Trägerfeld 23 aus Doppel-T-Trägern 24, welche in zwei Lagen 23.1 und 23.2 kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind. |e nach dem Gewicht des Reaktorgefäßes und seines Kernes können auch mehr als zwei Trägerlagen angeordnet sein. Die Wanne 21 ist, wie ersichtlich, etwa kegelförmig nach unten gewölbt zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung. An ihrer Unterseite ist die Wanne 21 mit einem Wald von Stützstangen 25 abgestützt. Die Stützstangen dienen zur Aufnahme des Kerngewichtes und ferner, wie noch erläutert, zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Kühlmedium, welches unterhalb der Wanne 21 innerhalb der Kühlkammer 26 angeordnet ist. Mit ihrem unteren Ende ι 25.1 stützen sich die Stützstangen 25 an Fundamentteilen 27 ab. Mit 28 ist eine Zwischendecke aus Beton bezeichnet, auf der sich die schon erwähnte Betonwand 2 abstützt und wobei sich an die Zwischendecke 28 ein Beton- oder Stahlmantel 29 mit Durchführungen 30 für die Kühlkammer 26 anschließt. Der Mantel 29 stützt sich auf den Fundamentteilen 27 ab. Die Kühlkammer 26, die zweckmäßigerweise mit Wasser gefüllt ist, umgibt mithin den Stützstangenwald 25. Die Durchführungen 30 der Kühlkammer 26 münden in einen Dampfsammelraum 31, welcher die Kühlkammer konzentrisch umgibt. An den Dampfsammeiraum 31 sind Dampfabströmrohre 32 angeschlossen, ferner Rückströmrohre 33, welche, etwa um 90° umgebogen, bodenseitig bei 33.1 in die Kühlkammer einmünden. An das in der Fig. 2 rechts dargestellte Rückströmrohr 33 ist ein Nachfüllrohr angeschlossen. Die Dampfabströmrohre 32 führen zu nicht dargestellten Kondensations-Einrichtungen oder ins Freie, und das Rückströmrohr führt zu einem nicht dargestellten Wasserreservoir. Die Stützstangen dienen, da sie im Wasserbad stehen, zugleich auch als wirksame Kühlrippen.

Bei einem Unfall, bei dem sich der Kern des Reaktors 1 bis auf Schmelztemperatur erhitzen würde, würde auch der Boden 1.2 des Reaktordruckbehälters 1 mit abschmelzen und mit dem Kern, den Steuerstabantrieben 4 und gegebenenfalls schwereren Bauteilen, wie Pumpen, nach unten fallen, wobei das Trägerfeld 24 den ei sten Stoß abfängt und praktisch nur den geschmolzenen Kern zusammen mit kleineren Bauteilen in ι Richtung auf die Kühlwanne 21 durchlassen würde. Da die Kühlwanne mit 1 bis 3 m hohem Schüttgut bedeckt ist, wird sie beim Aufprall des Kernes von starken Stößen geschützt und bedeckt mit dem Schüttgut den geschmolzenen Kern, so daß die Wärmeabgabe nach 5 oben ins Containment stark abgedämmt wird. Die Kühlkammer 26 mit den zugehörigen Kühlelementen arbeitet zunächst passiv, d. h. ohne jede Energiequelle mit dem vorhandenen Vorrat an Kühlmittel. Deshalb

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wird die Wärme, die aus dem geschmolzenen Kern durch die im Ausführungsbeispiel stählerne Kühlwanne fliefit (Stahl ist aus Stabilitätsgründen zweckmäßig, wenn auch grundsätzlich andere gute leitende Metalle, wie Kupfer, möglich wären), in die Wasservorlage 28 gebracht. Das Wasser wird dabei verdampfen und damit die Wärme wegbefördern. Der entstehende Dampf geht über den Dampfsammeiraum 31 und die Dampfabströmrohre 32 nach außen zu den nicht dargestellten Kondensationseinrichtungen, wo er kondensiert. Grundsätzlich könnte der entstehende Dampf auch ins Freie geleitet werden, jedoch ist die Kondensation des Dampfes in Kondensationseinrichtungen vorzuziehen, weil im Dampf eventuell radioaktive Substanzen enthalten sein können. Nach der Kondensation kann das Kondenswasser wieder der Kühlkammer 26 zugeleitet werden. Sobald der Wasserspiegel 28.1 auf die Höhe des geschmolzenen Kernes gesunken ist, muß die fehlende Wassermenge ersetzt werden, wozu durch das Rückströmrohr 34 entsprechende Wassermengen eingeleitet werden. Dieser Vorgang kann vollautomatisch durch Niveauwächter eingeleitet werden. Die Strömungsrichtung des ausdampfenden bzw. in die Kühlkammer 26 geleiteten Wasseranteils ist durch die Pfeile iv 1 bzw. vv 2 angedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

U.

Patentansprüche:

I. Kühl- und Auffangvorrichtung für ck vhmelzenden oder geschmolzenen Kern eines Aiomkern- > reaktors für den Fall des Versagens des Notkühlsystems, der Sabotage oder eines anderen das Kernschmelzen verursachenden Ereignisses, mit einem den Reaktorkern enthaltenden Reaktordruckbthälter, welcher an Fundamentteilen des κι Containments abgestützt gelagert ist, und mit einem unterhalb des Reaktordruckbehälters angeordneten Raum, durch welchen der schmelzenae Reaktorkern in Richtung auf den Cop.tainment-Boden fallen kann, wobei oberhalb des Containment-Bodens eine aus r> gut wärmeleitendem Metall bestehende gekühlte Wanne gelagert ist, die den geschmolzenen Kern aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reaktordruckbehälter (1) zugewandte Innenseite (21.1) der gekühlten Wanne mit einer _>n Schüttung (22) aus feuerfestem Material bedeckt ist, daß in einem geringen Abstand oberhalb der gekühlten Wanne (21) ein als Schutzgitter dienendes Feld (23) aus Trägern (24) angeordnet ist, welches die gekühlte Wanne (21) vor dem Aufprall schwerer, .'"> mit dem schmelzenden Kern nach unten fallender Teile des Kernreaktors zu schützen in der Lage ist, und daß die Unterseite der gekühlten Wanne (21) abgestützt und von einer mit Kühlmedium gefüllten Kühlkammer (26) umgeben ist, die über Ableitkanäle in (31, 32) mit einem Außenraum in Verbindung steht, in welchen das verdampfende Kühlmedium ableitbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (26) eine Wasservor- η lage umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfende Kühlmedium aus der Kühlkammer (26) über die Ableitkanäle bereits vorhandenen Kondensations- oder Wärmetausch- -»o Einrichtungen der Kernreaktoranlage, insbesondere dem Hauptkondensator oder den Speisewasservorwärmern, zuleitbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfende Kühlmedi- -n um aus der Kühlkammer (26) über die Ableitkanäle (30, 32) eigens für diesen Zweck vorgesehenen Notkühleinrichtungen, wie insbesondere Eiskondensatoren, zuleitbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche t bis 4, w dadurch gekennzeichnet, daß zum Ersatz des bereits ausgedampften Kühlmediums die Kühlkammer (26) über Zuleitkanäle (34) an äußere Kühlmittelreservoire angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- vi zeichnet, daß die Kühlwanne zur Anpassung an die erwünschte Kühlwasserströmung kegelförmig nach unten gewölbt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwanne (21) ho an ihrer Unterseite durch einen Wald von Stangen oder Trägern (25) abgestützt ist, welche zur Aufnahme des Kerngewichtes und als Kühlrippen zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Kühlmedium vorgesehen sind. μ
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberhalb der Kühlwanne angeordnete Trägerfeld (23) aus Doppel-T-Trägern besteht, welche in mindestens :?wei Lagen (23.1, 2S.
kreuzförmig übereinanderliegend angeordnet sind.