DE3046933A1

DE3046933A1 - "wasserstandsmessvorrichtung fuer einen kernreaktor"

Info

Publication number: DE3046933A1
Application number: DE19803046933
Authority: DE
Inventors: Shinichi Suginami Tokyo Morooka
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-17
Also published as: GB2069136A; FR2472738B1; DE3046933C2; US4394346A; GB2069136B; FR2472738A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserstandsmeßvorrichtung für einen Kernreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Druckkessel eines Kernreaktors weist eine Wasserstandsmeßvorrichtung auf, um den Wasserstand in ihm zu messen. Das Ausgangssignal der Wasserstandsmeßvorrichtung wird verschiedenen Kontrollanlagen- und einrichtungen zugeführt, wie dem Kernreaktorschutzsystem, der Wasserstandskontrollanlage und -einrichtung und dem Wasserzufuhrkontrollsystem, um die Sicherheit des Kernreaktors zu gewährleisten. Es wird deshalb verlangt, daß die Wasserstandsmeßvorrichtung genaue Wasserstandssignale anzeigt, selbst wenn ein Kernreaktorstörfall auftritt.

Das Prinzip der Wasserstandsmeßvorrichtung eines herkömmlichen Reaktors ist derart, daß ein Differenzdruck gemessen wird, der die Differenz des hydrostatischen Drucks zwischen der Wassersäule an dem Meßpunkt des Druckkessels und einer Bezugswassersäule in einem Bezugswasserstandsbehälter, der mit dem oberen Teil des Druckkessels über ein Druckrohr im oberen Teil kommuniziert, wiedergibt. Der Wasserstand wird durch folgende Gleichung erhalten:

_{h =} H (p_o - _Pg) -

worin h der wirkliche Wasserstand in dem Druckkessel ρ die Dichte des Dampfes in dem Druckkessel/ρ, und die Dichte des Wasser in dem Druckkessel,H die Höhe der Bezugswassersäule und ρ der Druck des Wassers

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des Bezugswassersäulenwassers sind.

Die konventionelle Wasserstandsmeßvorrichtung ist jedoch mit folgenden Problemen behaftet. Während des normalen Betriebs des Kernreaktors wird der Dampf in dem Kernreaktor von dem Druckrohr in dem oberen Teil zu dem Inneren des Bezu^swasserstandsbehälters zugeführt und darin kondensiert, so daß die Temperatur des Bezugswassersaulenwassers mehr als 100⁰C bis zu einer Tiefe von etwa 100mm unter dem Bezugswasserstand wird. Die Dichte ρ des Bezugswassersaulenwassers ist dann stellenweise unterschiedlich, so daß die Messung des Wasserstandes ungenau und instabil wird. Wenn weiterhin ein Störfall durch Austritt von Kühlmittel aufgrund eines Bruchs der Hauptdampfleitung des Kernreaktors auftritt, führt ein plötzlicher Druckabfall in dem Druckkessel zu einem Sieden des Wassers in dem Bezugswasserstandsbehälter durch verminderten Druck. Da die Temperatur innerhalb des trockenen Raumes (drywell) des Gehäuses mehr als etwa 170⁰C aufgrund des Austretens des Kühlmittels erreicht, sieden das Bezugswassersäulenwasser und das Wasser in dem Druckrohr im unteren Teil bei dieser Wärme. Infolge dessen tritt ein nicht normales Schwanken des Ausgangssignals des Differentialdruckdetektors zur Feststellung des Differenzdrucks auf, so daß die verschiedenen Teile der Kontrollanlage und -einrichtung ein falsches Signal liefern.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

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Wasserstandsmeßvorrichtung anzugeben, durch die ein Sieden des Bezugswassersäulenwassers und des Wassers im Druckrohr im unteren Teil verhindert wird, so daß der Wasserstand des Kernreaktors in einer stabilen Art und Weise gemessen werden kann, selbst wenn ein Störfall aufgrund eines Kühlmittelaustritts od.dgl. auftritt.

Die erfindungsgemäße Wasserstandsmeßvorrichtung weist also eine Wärmeleitungseinrichtung auf, durch die die Wärme absorbiert wird, die dem Wasser in dem Bezugswassersäulenrohr und dem Druckrohr im unteren Teil zugeführt wird, und die sie aus dem trockenen Raum nach außen leitet, sowie einen Wärmeaustauscher, um die von dem trockenen Raum durch die Wärmeleitungseinrichtung nach außen geleitete Wärme abzuführen. Durch Steuerung der Wärmeaustauscherkapazität des Wärmeaustauschers kann die Wassertemperatur in dem Bezugswassersäulenrohr sowie dem Druckrohr im unteren Teil so gesteuert werden, daß sie konstant weniger als 100⁰C beträgt.

Nachstehend ist die Erfinduna anhand der beiqefüqten Zeichnunq beispielsweise erläutert. Darin zeigen: 25

Fiq. 1 einen Querschnitt durch eine Ausqanqsform der erfindunqsqemäßen Wasserstandsmeßvorrichtunq für einen Kernreaktor, wobei Wärmerohre als Wärmeleitunqseinrichtunq verwendet werden, Fiq. 2 einen Querschnitt durch eine andere

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserstandsmeßvorrichtung, wobei

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Wärmesaugheber als Wärmeleitungseinrichtung verwendet werden und Fig. 3 einen Querschnitt durch noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserstandsmeßvorrichtung,

wobei Kühlkreisläufe als Wärmeleitungseinrichtung verwendet werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 kommuniziert ein Druckrohr 2 im oberen Teil, das sich von dem oberen Teil eines Reaktordruckkessels 1 erstreckt, mit einem Bezugswasserstandsbehälter 3. Der untere Teil des Bezugswasserstandsbehälters 3 kommuniziert mit einem Differentialdruckdetektor 5 über ein Bezugswassersäulenrohr 4. Der Differentialdruckdetektor 5 kommuniziert mit einem vorbestimmten Meßpunkt 7 des Kernreaktordruckkessels 1 über ein Druckrohr 6 im unteren Teil. Das untere Druckrohr 6 ist mit einem Kühlmittel, wie Wasser, gefüllt. Das Bezugswassersäulenrohr 4 ist mit einem Bezugswassersäulenwasser gefüllt, welches einen Bezugswasserstand 8 innerhalb des Bezugswasserstandsbehälters 3 definiert. Der Dauipl im Kernreaktordruckkessel 1 strömt durch die obere Druckleitung 2 zu dem Bezugswasserstandsbehälter 3. Wärmerohre 10 sind in gedrängter Anordnung um den Bezugswasserstandsbehälter 3, das Bezugswassersäulenrohr 4 und das untere Druckrohr 6 vorgesehen. Wenigstens ein Ende des Wärmerohres 10 erstreckt sich aus dem Gehäuse 11 in den Wärmeaustauscher 12 hinein. Das Wärmerohr 10 besteht aus einem Metallrohr, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, einem porösen Material, das "wick" genannt wird, mit dem die Innenwandung des Metallrohres beschichtet ist, und einem wärmeleitenden Material,

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Wie Wasser oder Freon, mit dem das "wick" imprägniert ist. Das "wick" kann ein bestimmtes Metall, ein Geflecht, eine Faser od.dgl. sein. Die Wärmerohre 10 sind mit einem herkömmlichen Wärmeisoliermaterial 13, wie Perlit oder Glaswolle, bedeckt.

Wenn die trockene Atmosphäre in dem Gehäuse 11 aufgrund eines Kühlmittelaustritts od.dgl. auf eine hohe Temperatur erhöht wird, erreicht die Wärme, die nicht von dem Wärmeisoliermaterial 13 abgehalten wird, das Wärmerohr 10 und verdampft darin enthaltenes wärmeleitendes Material. Das verdampfende wärmeleitende Material wird zu dem Wärmeaustauscher 12 übergeführt und gibt Wärme ab. Das Material wird dadurch in den flüssigen Zustand übergeführt und in dem "wick" durch Kapillarkräfte transportiert. Aufgrund dieser Wirkung des Wärmerohrs 10 werden das Wasser in dem Bezugswasserstandsbehälter 3, das Bezugswassersäulenwasser in dem Bezugswassersäulenrohr 4 und das Wasser im unteren Druckrohr 6 gekühlt und am Sieden gehindert, so daß eine genaue Bestimmung des Wasserstandes möglich ist.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform wiedergegeben, bei der Wassersaugheber anstatt des Wärmerohres nach Fig. 1 als Wärmeleitungseinrichtung verwendet werden, wobei die übrigen Bauteile die gleichen sind, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Bei dieser Ausführungsform sind Wärmesaugheberohre 20 von geschlossener Bauart im wesentlichen koaxial um das Bezugswassersäulenrohr 4 und das untere Druckrohr 6 angeordnet. Schräg nach oben verlaufende Rohre 21, die sich in die Wärmeaustauscher außerhalb des Gehäuses 11 erstrecken, sind jeweils am Ende der Wärmesaugheberohre 20 angeordnet. In den Wärme-

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saugheberohren 20, d.h. in dem Raum zwischen den Wärmesaugheberohren 20 und dem Bezugswassersäulenrohr 4 und dem unteren Druckrohr 6, ist eine geeignete Menge Arbeitsflüssigkeit 22, wie Wasser oder Freon, dicht eingeschlossen, wobei nicht kondensierbare Gase, wie Luft, vollständig entfernt sind. Die Wärmesaugheberohre 20 sind mit herkömmlichem Wärmeisoliermaterial bedeckt. Auch wenn nach der Ausführungsform nach Fig. 2 die Wärmesaugheberohre den Bezugswasserstandsbehälter 3 nicht umschließen, dürften bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn sie den Bezugswasserstandsbehälter 3 umschließen.

Wenn die trockene Atmosphäre bzw. die Atmosphäre

15· in der trockenen Kammer aufgrund des Austritts des Kühlmittels od.dgl. auf eine hohe Temperatur ansteigt, wird die Wärme, die nicht von dem Wärmeisoliermaterial abgehalten wird, auf die Arbeitsflüssigkeit 22 in den Wärmesaugheberohren 20 über- tragen und verdampft sie. Der Dampf der Arbeitsflüssigkeit 22 tritt durch die schräg verlaufenden, geneigten Rohre 21 hindurch und gelangt zu den Wärmeaustauschern 12, die außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind. Dem Dampf wird dann die Wärme entzogen, so daß er an der Innenwandung der schräg verlaufenden Rohre kondensiert. Die kondensierte Arbeitsflüssigkeit wird dann durch die schräg verlaufenden Rohre 21 zu den Wärmesaugheberohren 20 durch die Schwerkraft zurückbewegt. Auf diese Weise wird das Bezugswassersäulenwasser und das Wasser im unteren Druckrohr gekühlt, ohne zu sieden, so daß eine genaue und stabile Messung des Wasserstandes gewährleistet ist.

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Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der Kühlkreisläufe anstelle von den Wärmerohren nach Fig. 1 als Wärmeübertragungseinrichtung verwendet werden, wobei die übrigen Bauteile die gleichen sind wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform umschließen Gehäuse 3 0 den Bezugswasserstandsbehälter 3, das Bezugswassersäulenrohr 4 und das Druckrohr 6 im unteren Teil. Das Kühlwasser 31 .

strömt durch Pumpen 32 zwangsweise in den Gehäusen 30 im Kreislauf. Die Wärmeaustauscher 12 sind an solchen Stellen angeordnet, bevor das Kühlwasser 31 in die Pumpen 32 eintritt, um die Wassertemperatur des Kühlwassers 31 einzustellen. Die Außenseiten der Gehäuse 30 sind mit einem herkömmlichen Wärmeisoliermaterial 13 bedeckt.

Wärme, die nicht von dem Wärmeisoliermaterial 13 abgehalten wird, wird durch das zirkulierende Kühlwasser zu den Wärmeaustauschern außerhalb des Gehäuses 11 transportiert. Dem Kühlwasser wird dann die Wärme entzogen und es kommt als kaltes Wasser zurück. Auf diese Weise werden das Bezugswassersäulenwasser und das Wasser in dem unteren Druckrohr 6 ständig gekühlt, so daß es nicht siedet.

Nach der Erfindung werden das Wasser in dem Bezugswasserstandsbehälter 3, das Bezugswassersäulenwasser in dem Bezugswassersäulenrohr 4 und das Wasser in dem Druckrohr 6 im unteren .Teil gekühlt und gegenüber Wärme isoliert, so daß die Wassertemperatur so gesteuert werden kann, daß sie weniger als 100⁰C beträgt. Selbst bei einem

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Störfall durch Austritt von Kernreaktorkühlmittel aufgrund eines Bruchs des Hauptdampfrohres sieded das Bezugswassersäulenwasser usw. nicht, und zwar unabhängig davon, ob eine plötzliche Druckverminderung im Druckkessel und eine plötzliche Druckerhöhung
der Atmosphäre des trockenen Raumes auftritt. Durch die erfindungsgemäße Wasserstandsmeßvorrichtung kann der Wasserstand des Kernreaktors ständig überwacht werden.

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e e r s e ι

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Claims

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi / Japan

Wasserstandsmeßvorrichtung für einen Kernreaktor

Patentansprüche

Wasserstandsmeßvorrichtung für einen Kernreaktor mit einem Bezugswasserstandsbehälter, der mit dem oberen Teil eines Reaktordruckkessels über ein Druckrohr am oberen Teil kommuniziert, einem Differentialdruckdetektor, der eine Druckdifferenz zwischen dem Bezugswasserstand in dem Bezugswasserstandsbehälter und dem Wasserstand in dem Kernreaktordruckkessel feststellt, einem Bezugswassersäulenrohr, das den Differentialdruckdetektor und den Bezugswasserstandsbehälter verbindet, und einem Druckrohr im unteren Teil, das den Differentialdruckdetektor mit dem unteren Teil des Kernreaktordruckkessels verbindet, g ekennzeich.net durch eine Wärmeleitungs-

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einrichtung, durch die Wärme von dem Bezugswassersäulenwasser in dem Bezugswassersäulenrohr (4) und von dem Wasser in dem Druckrohr (6) im unteren Teil absorbiert und aus dem trockenen Raum nach außen geleitet wird, sowie einem Wärmeaustauscher (12), durch den die Wärme, die von dem trockenen Raum durch die Wärmeleitungseinrichtung nach außen geleitet wird, abgeführt wird.
2. Wasserstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die Wärmeleitungseinrichtung mit einem Wärmeisoliermaterial (13) bedeckt ist.
3. Wasserstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitungseinrichtung aus Wärmerohren (10), die um das Bezugswassersäulenrohr (4) und das Druckrohr (6) im unteren Teil herumgewickelt sind, besteht, wobei die Wärmerohre (10) Metallrohre, ein poröses Material, mit dem die Innenwandung der Metallrohre beschichtet ist, und ein wärmeleitendes Material, mit dem das poröse Material inprägniert ist, umfassen.
4. Wasserstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz ei chnet, daß die Wärmeleitungseinrichtung Wärmesaugheberohre (20) von geschlossener Bauart, die um das Bezugswassersäulenrohr (4) und das Druckrohr (6) im unteren Teil, in denen eine Arbeitsflüssigkeit (22) eingeschlossen ist, coaxial angeordnet sind, sowie schräg verlaufende Rohre (21) aufweist, die in den oberen Teil der Wärme-

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saugheberohre (20) münden und sich schräg aufsteigend bis zu den Wärmeaustauschern (12) erstrecken.
5. Wasserstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitungseinrichtung Gehäuse (30), die das Bezugswassersäulenrohr (4) und das Druckrohr (6) im unteren Teil umgeben, sowie ein Kühlwasser umfaßt, das in den Gehäusen (30) zwangsweise zirkuliert.

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