DE3245451C2 - Kühlwasser Sprühvorrichtung für einen Reaktorkern - Google Patents
Kühlwasser Sprühvorrichtung für einen ReaktorkernInfo
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Abstract
Es wird eine Sprühvorrichtung zum vertikalen Sprühen von Kühlwasser auf einen Reaktorkern im Fall eines Kühlwasserverlusts geschaffen. Die Sprühvorrichtung befindet sich im Zwischenraum zwischen dem von einem Schutzmantel umgebenen Reaktorkern und der auf dem Schutzmantel sitzenden Mantelkappe. Die Sprühvorrichtung weist eine sich längs des Innenumfangs des Schutzmantels erstreckende Rohranordnung, eine Vielzahl von schwenkbar an der Rohranordnung befestigten, zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Position verschwenkbaren Rohren, und Sprühdüsen auf, die an den Rohren sitzen und Kühlwasser nach unten auf den Reaktorkern sprühen.
Description
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Die Erfindung betrifft eine Sprühvorrichtung zum Sprühen von Kühlwasser auf einen in einem Reaktor-Druckkessel
befindlichen Reaktorkern bei Kühlwasserverlust gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine
solche Sprühvorrichtung ist aus der DE-OS 32 31 565 bekannt.
Bei Kernreaktoren, insbesondere Leichtwasserreaktoren, bei denen der von einem Schutzmantel umgebene
Reaktorkern in einem Reaktor-Druckkessel untergebracht ist, kann ein Kühlwasserverlust dann auftreten,
wenn im Wasserführungssystem ein Bruch erfolgt und das Wasser aus dem Reaktorkern herausfließt. Dabei
fällt dann der Wasserspiegel derart ab, daß die Brennelemente freigelegt werden, der Reaktorkern also mit
zu wenig oder ohne Kühlwasser arbeitet, was eine Überhitzung und Zerstörung der Brennelemente zur
Folge haben kann.
Um einen solchen Betrieb des Reaktorkerns ohne Kühlwasser zu vermeiden werden üblicherweise oberhalb
des Reaktorkerns Sprühvoirichtungen (Sprinkleranlagen)
angeordnet, die im Notfall Kühlwasser zuführen. So ist eine übliche Sprühvorrichtung vom sogenannten
Horizontaltyp längs der Umfangswand des Schutzmantels angeordnet, und zwar zwischen dem
oberen Teil des Reaktorkerns und einer Mantelkappe, die lösbar am oberen Teil des Schutzmantels befestigt
ist und diesen abschließt.
Bei einer solchen Sprühvorrichtung vom Horizontaltyp wird das Kühlwasser horizontal gegen die Mittelachse
des Reaktorkerns gesprüht, und zwar mit Hilfe von Sprühdüsen, die an einer Ringleitung angebracht
sind, beispielsweise Sprührohren, die längs des Umfangs des Schutzmantels verttilt sind.
Diese Sprühvorrichtung vom Horizontaltyp erbringt jedoch beträchtliche und schwerwiegende Probleme
bezüglich einer solc'ien gleichmäßigen Besprühung von Kühlwasser, das im Fall eines Kühlwasserverlustes auch
der zentrale Mittelbereich des Reaktorkerns erreicht wird. Insbesondere wird durch das in Horizontalrichtung
gesprühte Kühlwasser der vom Reaktorkern aufsteigende Dampf kondensiert, mit der Folge, daß das
Kühlwasser den Mittelbereich des Reaktorkerns kaum mehr erreichen kann, es also nicht zu einer gleichmäßigen
Verteiiung des Kühlwassers über den gesamten Bereich des Reaktorkerns kommt. Darüber hinaus ist die
Temperaturverteilung im Reaktorkern in Radialrichtung bezüglich des Umfangsbereichs und des Mittelbereichs
unterschiedlich, so daß das Problem besteht, dem Mittelbereich des Reaktorkerns genügend Wasser zuzuführen,
was eine äußerst wirksame Kühlung erforderlich macht, was bedeutet, daß die Brennelemente nahe
dem Umfang des Reaktorkerns nur mit einer vergleichsweise niedrigen Leistung arbeiten dürfen, wohingegen
die Brennelemente nahe dem Mittelteil mit vergleichsweise hoher Leistung arbeiten. Die Folge ist, daß die
abgesprühten Wassertropfen dazu neigen, sich am Umfang des Reaktorkerns niederzuschlagen. Darüber hinaus
wird der aufsteigende Dampf durch das eingesprühte Kühlwasser nahe dem Umfang des Reaktorkerns
weitgehend kondensiert, während im Mittelbereich des Reaktorkerns nahezu keine Kondensation stattfindet,
weil die Unterkühlungstemperatur im Bereich des Kernumfangs hoch und im Zentralbereich nahezu Null
ist. Die Kühlwirkung im Mittelbereich des Reaktorkerns sinkt somit beträchtlich ab.
Um die beschriebenen Nachteile zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, eine Sprühvorrichtung so auszubilden,
daß sie eine große Menge an unter Druck stehendem Kühlwasser ausstößt, so daß eine ausreichende
Kühlwassermenge den Mittelbereich des Reaktorkerns erreicht. Eine derart ausgelegte Sprühvorrichtung
erbringt jedoch Probleme bezüglich der Anordnung und Verteilung der Sprühdüsen sowie der Gestaltung
und Größe der gesamten Sprühvorrichtung, wenn diese das Kühlwasser wirkungsvoll und gleichmäßig zuführen
soll.
Zur Überwindung der Nachteile der bekannten Sprühvorrichtungen vom Horizontaltyp sind auch
Sprühvorrichtungen vom Vertikaltyp vorgeschlagen worden, bei denen das Kühlwasser von einem Bereich
oberhalb des Reaktorkerns aus auf diesen gesprüht wird, wobei die Temperaturverteilung und die notwendige
Sprühmenge des Kühlwassers längs der Radialrichtung des Reaktorkerns in Betracht gezogen .worden
Eine übliche Sprühvorrichtung vom Vertikaltyp wird an der Mantelkappe angebracht, so daß das Kühlwasser
nach unten auf den Reaktorkern gesprüht wird, wobei
diese Sprühvorrichtung mit einer Zuführungsleitung verbunden ist, die an der Wand des Reaktor-Druckkessels
angebracht ist und diesen durchsetzt, wobei diese Zuführungsleitung der Sprühvorrichtung Kühlwasser
zuführt. Bei dieser Sprühvorrichtung ist es jedoch erforderlich, die Konstruktion der Mantelkappe zu ändern,
und darüber hinaus ergibt sich zum Zeitpunkt der Anbringung bzw. der Entfernung der Mantelkappe die Erfordernis
eines mühsamen Verbindens bzw. Lösens der Sprühvorrichtung mit bzw. von der Kühlwasser-Zuführleitung
zur Sprühvorrichtung.
Dieselben Probleme treten bei einer anderen Sprühvorrichtung vom Vertikaltyp auf, bei welcher die mit
Düsen versehene Sprühvorrichtung an der Innenseite der Mantelkappe angebracht ist und das Kühlwasser
nach unten sprüht Zusätzlich wird dabei das Gewicht der Mantelkappe wesentlich erhöht
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung einer verbesserten, kompakten Sprühvorrichtung
vom Vertikaltyp, die in der Lage ist, den Reaktorkern in gleichmäßiger Weise mit Kühlwasser zu besprühen.
Dabei soll die Sprühvorrichtung mit Sprühdüsen versehen sein, die sich oberhalb des Reaktorkerns
befinden und sie soll auf einfache Weise in eine Position bewegt werden können, in welcher sie den Austausch
von Brennstäben nicht behindert.
Die Erfindung geht aus von einer Sprühvorrichtung zum Sprühen von Kühlwasser auf einen in einem Reaktorkessel
befindlichen Reaktorkern bei Auftritt eines Kühlwasserverlusts, die in dem Zwischenraum zwischen
dem von einem Schutzmantel umgebenen Reaktorkern und einer auf dem Schutzmantel befindlichen Mantelkappe
angeordnet ist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Rohranordnung längs des Innenumfangs
des Schutzmantels, durch eine Vielzahl von Speichenrohren, die schwenkbar mit der Rohranordnung
verbunden und zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Position verschwenkbar sind, und durch
eine Vielzahl von Sprühdüsen, die an den Speichenrohren sitzen und Kühlwasser nach unten auf den Reaktorkern
sprühen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und anhand der Zeichnungen.
In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Reaktor-Druckkessel mit Sprühvorrichtung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf eine Sprühvorrichtung,
F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der Sprühvorrichtung von F i g. 2, die an der Schutzhülle rines Kernreaktors
angebracht ist,
F i g. 4 ein Beispiel der Anbringung eines Sprührohrs an einem Ringrohr,
F i g. 5 die Sprühvorrichtung von F i g. 2 mit Vertikalstellung der Sprührohre,
Fig.6 ein Beispiel der Verbindung des Sprührohrs
mit einem Speicherrohr,
F i g. 7 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform, und
F i g. 8 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform.
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Kernreaktor befindet sich ein Reaktorkern in einem Reaktor-Druckkessel 10
und wird von einem Schutzmantel 3' umgeben, dessen oberer Teil durch eine Mantelkappe 3 abgedeckt ist. Im
Zwischenraum zwischen Mantelkappe 3 und Reaktorkern 1 befindet sich eine Sprühvorrichtung 11, die mit
einer Leitung 17 verbunden ist, welche an der Mantelkappe 3' angebracht ist und sich durch diese und den
Druckkessel 10 hindurcherstreck., wie dies aus F i g. 1
ersichtlich ist
Eine Ausführungsform der Sprühvorrichtung 11 ist in F i g. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei gebogene
Rohre 12, bei dieser Ausführungsform sind es
ίο zwei Rohre, so miteinander verbunden sind, daß sie eine
im wesentlichen kreisförmige Rohranordnung 12 bilden, die sich oberhalb des Reaktorkerns 1 längs dem Umfangs
des Mantelkopfes 3' erstreckt Eine Vielzahl von Speichenrohren 14 ist mit gleichem Abstand schwenkbar
an der Rohranordnung 12 befestigt, und zwar mit Hilf? von Verbindungskörpern 15, derart, daß die Speichenrohre
14 sich zur Mittelachse des Reaktorkerns hin erstrecken, wenn sie in die Horizontallage verschwenkt
sind. An jedem Speichenrohr 14 ist eine Vielzahl von Sprühdüsen 13 befestigt. Weiterhin ist an der Rohranordnung
12 eine gekrümmte Rohrleitung 17 angebracht, die dazu dient, der Sprühvorrichtung 11 Kühlwasser zuzuführen.
Die Rohrleitung 17, die vom Schutzmantel 3' und der Wandung des Reaktor-Druckkessels 10 getragen
wird, ist am besten aus F i g. 3 zu ersehen. Es ist deshalb nicht notwendig, die Sprühvorrichtung von der
Kühlwasser Rohrleitung 17 zu trennen, wenn die Mantelkappe 3 abgenommen wird.
Während des normalen Betriebs des Kernreaktors befindet sich die Sprühvorrichtung 11 in der in F i g. 3 gezeigten Position, und die Innenenden der Speichenrohre 11 sind durch einen kreisförmigen Ringkörper 20 miteinander verbunden, und zwar durch bekannte Verbindungselemente, etwa den in F i g. 4 gezeigten Bajonettverschluß, wobei das Bezugszeichen 25 eine Blattfeder bezeichnet, die an der unteren Oberfläche des Ringes 20 angebracht und so ausgebildet ist, daß sie an einem Hakenkörper 26 angreift, der mit dem oberen Teil des Speichenrohres 14 verbunden ist.
Während des normalen Betriebs des Kernreaktors befindet sich die Sprühvorrichtung 11 in der in F i g. 3 gezeigten Position, und die Innenenden der Speichenrohre 11 sind durch einen kreisförmigen Ringkörper 20 miteinander verbunden, und zwar durch bekannte Verbindungselemente, etwa den in F i g. 4 gezeigten Bajonettverschluß, wobei das Bezugszeichen 25 eine Blattfeder bezeichnet, die an der unteren Oberfläche des Ringes 20 angebracht und so ausgebildet ist, daß sie an einem Hakenkörper 26 angreift, der mit dem oberen Teil des Speichenrohres 14 verbunden ist.
Wenn die Mantelkappe 3 zum Zweck des Austausches von Brennstäben oder Brennstabanordnungen 2
entfernt werden soll, dann wird zunächst der Ring 20 abgenommen, worauf die Speichenrohre 14 an den Verbindungskörpern
15 um etwa 90° nach oben in die Vertikale geschwenkt werden, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist,
wobei die Hakenkörper in einen Kran eingehängt werden. Die Brennstäbe 2 können dann ungehindert ausgetauscht
werden, ohne daß es erforderlich ist, die Sprühvorrichtung 11 abzunehmen. Die Speichenrohre 14 sind
so ausgebildet, daß sie in ihrer vertikalen und in ihrer horizontalen Position verbleiben, und zwar durch Verwendung
nicht gezeichneter Anschlagkörper. Um ein· ruhiges Verschwenken der Speichenrohre 14 zu erreichen,
ist es notwendig, gerade Verbindungskörper 15 zu verwenden, wie sie in F i g. 6 dargestellt sind, mit deren
Hilfe eine Verbindung mit den gebogenen Rohren 12 hergestellt wird. Aus diesem Grund kann es auch vorteilhaft
sein, eine mehreckige Rohranordnung 12 zu verwenden, wie sie schematisch in F i g. 7 dargestellt ist.
Der Kreisring 20 kann durch eine kleine Scheibe 21 ersetzt werden, wie sie in F i g. 8 dargestellt ist. Auch die
Scheibe 21 kann an den Innenenden der Speichenrohre 14 durch bekannte Bajonettverschlüsse oder durch Bolzen
befestigt werden. Nach einer anderen Ausführungsform kann der Ring 20 bzw. die Scheibe 21 durch einen
Stützkörper (nicht gezeichnet) gehalten werden, der an der Mantelkappe 3 befestigt ist.
Die Anzahl und Verteilung der Sprühdüsen 13 an den
Die Anzahl und Verteilung der Sprühdüsen 13 an den
Speichenrohren 14 ist je nach dem Anwendungszweck beliebig wählbar.
Bei einem Kühlwasserverlust tritt die erfindungsgemäß aufgebaute Sprühvorrichtung 11 in Abhängigkeit
von einem Notsignal in Aktion und führt dem Reaktorkern Kühlwasser zu, und zwar von der Kühlwasser-Zuführungsleitung
17 über die Rohranordnung 12, die Speichenrohre 14 und die Sprühdüsen 13. Das Kühlwasser
wird in vorgegebener Menge durch die verteilten Sprühdüsen 13 nach unten gesprüht. Zwar werden die
Speichenrohre 14 durch das nach unten ausgestoßene Kühlwasser einer Gegenkraft in Richtung nach oben
unterworfen, weil jedoch die Innenenden der Speichenrohre 14 durch den Kreisring 20 oder die Scheibe 21
miteinander verbunden sind, verbleiben die Speichenrohre 14 in ihrer horizontalen Lage und werden nicht
nach oben verschwenkt Gemäß der Erfindung befindet sich also die Sprühvorrichtung oberhalb des Reaktorkerns
und ist mit einer Vielzahl von Speichenrohren versehen, die sich vom Schutzmantel aus nach innen
gegen den zentralen Bereich des Reaktorkerns erstrekken, wobei jedes Speichenrohr längs der Radialrichtung
mit Sprühdüsen versehen ist, die in der Lage sind, eine erforderliche Kühlwassermenge gleichmäßig und wirkungsvoll
dem Reaktorkern dann zuzuführen, wenn ein Kühlwasserverlust auftritt. Die Speichenrohre können
aus ihrer horizontalen Lage in eine vertikale Lage verschwenkt werden, so daß es nicht erforderlich ist, die
Sprühvorrichtung zu entfernen, wenn zum Zweck eines Austauschs von Brennstäben oder Brennstabanordnungen
die Mantelkappe abgenommen werden muß.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
35
40
45
50
60
65
Claims (6)
1. Sprühvorrichtung zum Sprühen von Kühlwasser auf einen in einem Reaktor-Druckkessel befindJichen
Reaktorkern bei Kühlwasserverlust, die in einem Zwischenraum zwischen dem von einem
Schutzmantel umgebenen Reaktorkern und einer auf dem Schutzmantel befestigten Mantelkappe angeordnet
ist und aus einer sich längs des Innenumfangs des Schutzmantels erstreckenden Rohranordnung
und einer Vielzahl von auf den Reaktorkern gerichteten Sprühdüsen besteht, gekennzeichnet
durch eine Vielzahl von Speichenrohren (14),
die schwenkbar an der Rohranordnung (12) befestigt und zwischen einer horizontalen und einer vertikalen
Position verschwenkbar sind, wobei die Sprühdosen (13) an den Speichenroh· en (14) sitzen.
2. Sprühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Speichenrohre (14) in ihrer
horizontalen Position zum Zentrum des Reakiorkerns
(1) hin erstrecken und daß ein Verbindungskörper (20,21) vorgesehen ist, der die in ihrer Horizontalposition
befindlichen Speichenrohre (14) fest miteinander verbindet.
3. Sprühvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen an den Speichenrohren (14)
befestigten Kreisring (20).
4. Sprühvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an den Innenenden der Speichenrohre
(14) befestigte Scheibenplatte (21).
5. Sprühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung (12) aus einer
Mehrzahl gebogener Rohrstücke besteht, die durch an den Außenenden der Speichenrohre (14) angebrachte,
gerade Verbindungskörper (15) zu einem Kreisring zusammengefaßt sind.
6. Sprühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung eine Vielzahl
von Rohrabschnitten aufweist, die jeweils aus einem geraden Verbindungskörper (15) und zwei kurzen,
geraden Rohrstücken bestehen, die mit den gegenüberliegenden Enden des Verbindungskörpers (15)
verbunden sind, und daß gerade Verbindungskörper die Rohrstücke zu einer im wesentlicher! rnehreckigen
Anordnung zusammenfassen, wobei jeder Verbindungskörper mit dem Außenende eines Speichenrohres
verbunden ist.
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