DE2713463C2 - Kernenergieanlage mit gasgekühltem Reaktorcore - Google Patents
Kernenergieanlage mit gasgekühltem ReaktorcoreInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernenergieanlage mit gasgckühllem Reaktorcore und mit wenigstens
zwei am Reaktorcore angeschlossenen, parallel geführten Kühlgaskreisläufen mit Komponenten zum Wärmeentzug
aus dem Kühlgas, wobei vor Eintritt des im Kühlgaskreislauf abgekühlten Kühlgases, dem sogenannten
Kaltgas, in das Reaktorcore und/oder nach Austritt des im Reaktorcore erhitzten Kühlgases, dem
sogenannten Heißgas, aus dem Reaktorcore zumindest jeweils ein Gassammelraum vorgesehen ist, in den die
Gaszu- und Abführungen der Kühlgaskreisläufe münden.
Bei gasgekühlten Kernencrgieanlagen ist es erforderlich,
Sicherheiisvorkehrjngcn, insbesondere für den Fall eines Gasleiüingsbruches, zu treffen. Die Auswirkungen
eines solchen Bruches und die Folgeschäden sind auf ein Mindestmaß, zu begrenzen. Die Kernenergieanlagen
umgeben Reaktordruckbehälter aus Stahl oder aus Spannbeton, die unter Berücksichtigung der maximal zu
erwartenden Drücke innerhalb des von ihnen umschlossenen Raumes ausgelegt werden. Zusätzlich ist es
erforderlich, eine Zerstörung von Gasleitungen und Komponenten, die der berstenden Gasleitung benachbart
sind, durch Splitterwirkung zu vermeiden (DE-PS 24 35 358).
Es muß jedoch vor allem auch dafür Sorge getragen werden, daß infolge der plötzlichen Druckverminderung
im Kühlgaskreislauf die Funktionstüchtigkeit von Kühleinrichtungen, die der Nachwärmeabfuhr dienen,
erhalten bleibt, damit als Folgewirkung eine mögliche Zerstörung des Reaktorcores verhindert wird.
Aus US-PS 34 02 102 ist eine Kernreaktoranlage
iü bekannt, bei der im Kühlgaskreislauf mehrere, parallel
geschaltete Gebläse eingesetzt sind. Für den Fall, daß eines dieser Gebläse ausfallen sollte, sind die Saugseiten
der Gebläse über eine Massen-Ausgleichsleitung miteinander verbunden. Bei Eintritt eines Störfalls mit
plötzlicher Druckverminderung ist jedoch mit einer Beeinträchtigung aller Gebläse zu rechnen.
Um die Geschwindigkeit des Druckabfalles in den Kühlgaskreisläufen beim Bersten einer der Gasleitungen
zu verlangsamen, ist es bekannt, in den Gasleitungen Durchflußbegrenzer einzusetzen. Bei Siedewasserreaktoren
werden zum Beispiel Venturidüsen verwendet. Nachteilig ist der durch den Einsatz dieser Düsen im
Normalbetrieb verursachte Druckverlust. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es aus der DE-OS 22 49 690
.."> bekannt, eine Sollbruchstelle in der drucktragenden
Wandung der Gasleitung vorzugeben und an dieser Stelle innerhalb der Gasleitung einen Körper geringeren
Querschnitts einzusetzen, der beim Bruch der
Gasleitung den Austrittsquerschnitt für das Kühlgas
)'> vermindert. Die vorgenannten Maßnahmen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig. Bei Reaktoranlagen mit
mehreren, am Reaktorcore angeschlossenen parallel geführten Kühlgaskreisläufen, die unter der Bezeichnung
KernreaktoraHage in Mehr-I.oop-Bauweise beil
kannt sind, vergleiche DE-OS 1 ^ 39 904 sowie |ÜI.-Berieht,
JÜL-941 RG, April 1973, geht man davon aus, daß
wegen der Aufteilung ties Kühlgasstromcs in mehrere
Kühlgaskreisliiule eine Begrenzung der Folgewirkung beim Bruch einer Gasleitung schon deshalb erreicht
in wird, weil die einzelnen Gasleitungen geringere
Massenströme führen und geringer bemessen sind und infolgedessen mit geringeren Geschwindigkeiten finden
Druckabfall im Gesamtsystem /ι rechnen ist. Nachteilig ist jedoch, daß beim Bruch einer Gasleitung
4) die dabei entstehende Expansionswelle in den Bereichen
der Kernenergieanlage, in denen die Gasleitungen der einzelnen Kühlgaskreisläufe zusammengeführt oder
verzweigt sind, in noch intakte Bereiche der Kernenergieanlage eindringt und durch Zerstörung weilerer
rii) Anlagenteile deren Funktionstüchtigkeit, insbesondere
die Funktionstüchiigkeit des Nachwärmcabführsysiems,
gefährdet. Aber auch dann, wenn das Nachwärmeabfuhrsystem unversehrt bleibt, lassen sich nach Inbetriebnahme
des Nachwärmeabfuhrsystems Kurzschlußströ-
r>-> nie des Kühlgases nicht vermeiden, so daß die sich im
Reaktorcore entwickelnde Nachwärme nicht in gewünschter Weise abführbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei gasgekühlter Kcrnenergieanlagen mit mehreren parallel geführten
Wi Kühlgaskreisläufen im Störfall des Versagens von
drucktragenden Wandungen oder Gasleitungen in einem der Kühlgaskreisläufc Folgeschäden i.i noch
nicht betroffenen Kiihlgasloops zu vermeiden und das Nachwärmeabfulv'system funktionstüchtig zu erhalten.
h'> Darüber hinaus soll der durch die öffnung eines
Kühlgaskreislaufcs infolge des Bruchs entstehende KurzschHißstrom des Kühlgases, der das Abführen der
Nachwärme behindert, weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Kernenergieanlage der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß zumindest einer der Gassammeiräume mit Zwischenwänden so unterteilt ist, daß die Gaszu-
und Abführungen jedes Kühlgaskreislaufes in einer gesonderten Gaskamer münden, d^· über einen oder
mehrere Druckausgleichsöffnungen mit insgesamt hohem
Strömungswiderstand gegenüber dem Strömungswiderstand der übrigen Gasführungen mit zumindest
einer weiteren Gaskammer desselben Gassammelraumes verbunden ist, wobei die Zwischenwände eine den
Druckdifferenzen, die zwischen den Gaskammern beim Bruch einer drucktragenden Wandung oder Gasleitung
entstehen, standhaltende Festigkeit aufweisen.
In vorteilhafter Weise wird hierdurch erreicht, daß bei einer Kernenergieanlage in Mehr-Loop-Bauweisc
der Verzweigungspunkt der parallel geführten Kühlgaskreisläufe und/oder deren Zusammenführungspunkt
näher an den vom gesamten Kühlgas gemeinsam durchströmten Reaktorcorebereich herangeführt wird.
Die Kühlgaskreisläufe sind im Hinblick auf Strömungsvorgänge beim Auftreten eines Störfalls weitgehend
entkoppelt, wobei die nach Bruch einer Gasführung auftretende Expansionswelle von den Zwischenwänden
am Übergreifen auf noch intakte Kühlgasloops gehindert wird. Ein Druckausgleich zwischen zerstörten und
intaktgebliebenen Kühlgaskreisläufen über die Druckausgleichsöffnungen in den Zwischenwänden ist infolge
des hohen Strömungswiderstandes der Druckausgleichsöffnungen vernachlässigbargering.
Um auch den Austausch von Kühlgas zwischen den
verschiedenen Kühlgaskreisläufen während des normalen Betriebes der Kernenergieanlage zu unterstützen,
besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Gasführungen eines Kiihlgaskrcislaufes zur
Führung von Kaltgas zwischen zwei hintereinander geschalteten Gassammelräumen in mindestens zwei
Gruppen unterteilt sind, von denen jede Gruppe im nachgeschalteten Gassammelraum in einer anderen
Gaskammer mündet.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 Prinzipskizze einer Reaktoranlage mit zwei Arbeitsgaskreisläufen,
Fig. 2 Reaktoranlage mit zwei Arbeitsgaskreisläufen
im Längsschnitt gemäß Schnittlinie II/II nach Fig. 3,
Fig. i Querschnitt durch eine Reaktoranlage nach I·' i g. 2 gemäß Schnittlinie III/III.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind im Ausfühmngsbeispiel an einem gasgekühlten Reaktorcore
I zwei parallel geführte Kühlgaskreisläufe (Kühlgasloops) angeschlossen (vergleiche Fig. I). Die Erfindung
ist nicht auf Reaktoranlagen in Zwei-Loop-Bauweise beschränkt, sie ist auch von Bedeutung für Reaktoranlagen
mit einer größeren Anzahl von Kühlgasloops Im Ausführungsbeispiel wird das im Reaktorcore I erhitzte
Kühlgas, das Heißgas, über Gasabführurigen 2, 3 der
beiden Kühlgaskreisläufe zunächst Komponenten 4, 5 zur Abgabe der Energie des Kühlgases zugeleitet. Für
diese Komponenten können in einfachster Weise Wärmelauscher zur Erhitzung von Sekundärenergieträgern
aber auch Gusturbinen eingesetzt sein. Das in den Komponenten 4, 5 abgekühlte Kühlgas, das Kaltgas,
wird über Gasleitungen 6, 7 l-örderaggregaien 8, 9 zugeführt und strömt über Kaltgaszuführungen 10, Il
erneut dem Reaktorcore zur Aufhetzung zu. Die Strömungsrichtung des Kühlgases ist in F i g. I durch
eingezeichnete Pfeile kenntlich gemacht.
Sowohl vor Eintritt des Kaltgases in das Reaktorcore
Sowohl vor Eintritt des Kaltgases in das Reaktorcore
1 als auch nach Austritt des Heißgases aus dem Reaktorcore sind Gassammeiräume 12, 13, 14 vorgesehen.
Aus dem Gassammelraum 12 strömt das Kaltgas über Gaszuführungen 15, 16 in den Gassammelraum 13
und von dort über Ausnehmungen 17 im Deckenreflek tor 18 in das Reaktorcore 1 ein. Durch Ausnehmungen
19 im Bodenreflektor 20 gelangt das Heißgas in den Gassammelraum 14 unterhalb des Bodenreflektors 20.
Jeder Gassammelraum 12, 13, 14 ist durch Zwischenwände
21, 22, 23 jeweils so unterteilt, daß sowohl die Heißgas führenden Gasabführungen 2, 3 als auch die
Kaligaszuführungen 10, 11 sowie die Gaszuführungen
15,16 jeweils in einer gesonderten Gaskammer 14a. 146;
12a. 120; 13a, 136 münden. Die Zwischenwände 21, 22,
23 weisen Druckausgleichsöffnungen 24, 25, 26 auf. In den Zwischenwänden können mehrere Druckausgleichsöffnungen
vorgesehen sein, wobei die Druckausgleichsöffnungen :-o ausgelegt sind, daß ihr Strömungswiderstand
insgesamt hoch ist gegenüber dem Strömungswiderstand der übrigen Gaszu- und Gasabführungen.
Die Zwischenwände 21, 22, 23 weisen eine den Druckdifferenzen, die zwischen den Gaskammern beim
Bruch einer drucktragenden Wandung oder Gasführung entstehen, standhaltende Festigkeit auf.
Im Ausfühmngsbeispiel nach F i g. 2 und 3 bilden die
Gasabführungen 2 und die Kaltgaszuführung 10 sowie die Gasabführung 3 und die Kaltgaszuführung 11
Koaxialleitungen, wobei jeweils die das Heißgas führenden Gasabführungen 2, 3 im Inneren der
Kaltgaszuführungen tO, 11 verlegt sind. Der Gassammelraum
12 umgibt als Ringraum den Gassammelraum 14 für das Heißgas (Fig. 3). Die Zwischenwand 21 des
Gassanimclraums 12 besteht daher aus zwei Teüstücken
21a. 21 i> mit je einer Druckausgleichsöffnung 24.). 24ίλ
Ereignet sich bei dieser Ausbildung der Reaktoranlage ein Störfall durch Bruch einer der Gasführungen. zum
Beispiel ein Biuchder Koaxialleitung, die Gasabführung
2 und Kaltgaszuführung 10 bilden, so wird ',ich in der
ersten Phase des Störfalls die Expansionswelle auf der Heißgasseite in die Gaskammer 14a, auf der Kahgasseite
in die Gaskammern 12a und 13a ausbreiten. Die Expansionswclle wird an den Zwischenwänden 23 sowie
21a. 2lb und 22 abgefangen, so daß eine unmittelbare Beeinträchtigung des noch intakten zweiten Kiihlgaskrcislaufes
verhindert wird. Die Zwischenwände 21a. 7Ab, 22 und 23 entkoppeln den intaktgebliebenen
Kühlgaskreislauf vom gestörten Kühlgaskreislaut weitgehend und vermindern so die Ausströnirate tie:,
Kühlgases aus dem intakten Kühlgaskreislauf. Nach Einsetzen des Nachwärmeabführbetriebes wird infolge
der Zwischenwände in den Gassammelräumen sowohl der Anteil der aus dem Containment vom Förderaggregat
9 des intakten Kühlgaskreislaufes über die Bruchstelle der Gasabführung 2 für das Heißgas
angesaugten Atmosphäre als auch der Anteil des aus dem intakten Kühlgaskreislaufes in das Containment
über die Bruchstelle in der Kaltgaszutührung 10 entweichenden Kühlgases vermindert.
Während des Betriebes der Kernenergieanlage findet zwischen einzelnen Gaskammern derGassammclräume
i?. 15, 14 über die Druckausgleichsöffnungen 24a. 24ft.
25, 2b ein Austausch von Kühlgas zwischen den Kühlgasloops statt. Zur Unterstützung dieses Austausches
sind die Gaszuführungen 15, 16 /wischen den
Gassammelräumcn 12 und 13 in mehrere Gas/.ufiihrungen
kleineren Querschnitts aufgeteilt, die jedoch in
Fig. 2 nicht gesondert dargestellt sind. Ein Teil dieser
Gaszuführungen ist so geführt, daß einerseits ein Teil des Kaltgases aus der Gaskammer 12a in die
Gaskammer 13b und andererseits ein Teil des Kaltgascs von der Gaskammer 126 in die Gaskammer 13;)
überführt wird.
Im Ausführungsbeispiel ist die Unterteilung des ringförmigen Gassammelraums 12 für den Fall eines
Bruches einer der Koaxilalleitungen am wirkungsvollsten. Die Zwischenwände 22, 23 in den Gassammelräumen
13, 14 sind demgegenüber von geringerer Bedeutung.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kernenergieanlage mit gasgekühlten Reaktorcore
und mit wenigstens zwei am Reaktorcore angeschlossenen parallel geführten Kühlgaskreisläufen
mit Komponenten zur Abgabe der Energie des Kühlgases, wobei vor Eintritt des im Kühlgaskreislauf
abgekühlten Kühlgases, dem sogenannten Kaltgas, in das Reaktorcore und/oder nach Austritt
des im Reaktorcore erhitzten Kühlgases, dem sogenannten Heißgas, aus dem Reaktorcore zumindest
jeweils ein Gassammeiraum vorgesehen ist, in den die Zu- und Abführungen der Kühlgaskreisläufe
münden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Gassammeiräume (12, 13, 14)
mit Zwischenwänden (21, 21a, 21b, 22, 23) so unterteilt ist, daß die Gaszu- und Abführungen (10,
15; 2, 1!; Ig, 2) jedes Kühlgaskreislaufes in einer gesonderten Gaskammer (12a, 13a, 14a; 126, 136,
146; münden, die über eine oder mehrere Druckausgleichsöffnungen
(24, 24a, 246, 25, 26) mit insgesamt hohem Strömungswiderstand gegenüber dem Strömungswiderstand
der übrigen Gasführungen (10, 15; 2, 11; 16, 3) mit zumindest einer weiteren
Gaskammer (126, 136, 146; 12a, 13a, Ha) desselben Gassammeiraumes (12, 13, 14) verbunden ist, wobei
die Zwischenwände (21, 21a, 216, 22, 23) eine den Druckdifferenzen, die zwischen den Gaskammern
(12a. 126; 13a, 136; 14a. 146; beim Bruch einer
drucktragenden Wandung oder Gasleitung entstehen, standhaltende Festigkeit aufweisen.
2. Kernenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungen (15) eines
Kühlgaskreislaufes zur Führung von Kaltgas /wischen zwei hintereinander geschalteten Gassammelräumen
(12, 13) in zumindest zwei Gruppen unterteilt sind, von denen jede Gruppe im nachgeschalteten
Gassammelriuini (13) in einer anderen
Gaskammer (13a. 136,Jmündet.
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