DE3911439A1 - Wassergekuehlter kernreaktor und druckerzeuger - Google Patents

Wassergekuehlter kernreaktor und druckerzeuger

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DE3911439A1
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Frederick James Gardner
Rodney Strong
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Rolls Royce Submarines Ltd
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Rolls Royce Marine Power Operations Ltd
Rolls Royce and Associates Ltd
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf integrale wassergekühlte Kernreaktoren mit Druckerzeugern und sie ist insbesondere anwendbar für Druckwasserreaktoren (PWR) und Siedewasserreaktoren (BWR) mit integralen Druckerzeugern. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei integralen wassergekühlten Kernreaktoren mit getrennten Druckerzeugern und bei dispersen Druckwasserreaktoren mit getrennten Druckerzeugern.
Insbesondere ist die Erfindung geeignet zur Benutzung mit leichtem Wasser, jedoch ist die Erfindung auch anwendbar für wassergekühlte Kernreaktoren mit schwerem Wasser als Moderator.
Ein Problem, das mit Druckwasserreaktoren der Bauart mit Sättigung und Selbstdruckerzeugung verknüpft ist, besteht darin, daß die Reaktorkerne eine gewisse Dampfbildung bewirken, um einen Ausgleich für Wärmeverluste vom Druckerzeuger und infolge der Ungleichförmigkeit der Verteilung der Kühlung über den Reaktorkern auszugleichen. Störungen in den Siedehohlräumen können unerwünschte Störungen der Leistung und der Strömungsverteilung im Reaktorkern zur Folge haben. Auch können die Übergangsdruckzustände und die stetigen Druckzustände des Reaktorkühlmittels durch Veränderungen im Muster und im Pegel der Siedehohlräume beeinträchtigt werden. Beim Stand der Technik hat man dies mittels äußerer Druckerzeuger gesteuert.
Im Gegensatz zu Druckwasserreaktoren (PWRs) sind Siedewasserreaktoren (BWRs) so ausgelegt, daß sie mit beträchtlichen Siedehohlräumen in ihren Reaktorkernen arbeiten. Im Unterschied zu den PWRs, bei denen ein Zwischenwärmeaustauscher oder ein Dampfgenerator benutzt wird, um Dampf für einen indirekten Turbogenerator-Rankine-Zyklus zu erzeugen, wird bei den meisten BWRs der Dampf, der im Reaktorkern aufsteigt, in einer direkten Rankine-Zyklus- Anordnung einem Turbowechselstromerzeuger zugeführt. Ein Nachteil der direkten Zyklusanordnung besteht darin, daß das durch Turbine, Kondensator und Speisesystem der Anlage strömende Arbeitsmittel leicht radioaktiv ist. Eine andere Anordnung besteht darin, innerhalb des Dampfraumes des Siedewasserreaktor- Druckgefäßes einen Zwischenerhitzungsaustauscher oder einen Dampfgenerator wie bei einem integralen PWR vorzusehen. Jedoch kondensiert bei dem indirekten BWR der Dampf vom Reaktorkern an der Primärseite des Zwischenwärmeaustauscher-Dampfgenerators und wird direkt nach dem Reaktorkern zurückgeführt, ohne das Reaktordruckgefäß zu verlassen.
Wie bei einem Druckwasserreaktor kann die Drucksteuerung und die Übergangskühlmittelströmung auch bei einem integralen Druckwassergenerator durch einen äußeren oder einen integralen Druckerzeuger bewirkt werden, der mit dem Primärkreis über eine Saugleitung in Verbindung steht. Bei einem Siedewasserreaktor mit indirektem Zyklus kann jedoch eine einfache Druck-/Saugleitungsanordnung nicht benutzt werden, da diese eigentlich unstabil ist. Ein geringer Überschuß von Reaktorkernleistung über die Dampfbedarfsleistung würde bewirken, daß der Druckerzeuger überströmt. Bei einem Druckwasserreaktor ist die einfache Druck-/Saugleitungsanordnung metastabil. Hier wird der Druckerzeuger auf einer höheren Temperatur gehalten, als die Temperatur, die im Reaktordruckbehälter und im Reaktorkern herrscht, und es ist ein großer Überschuß von Reaktorkernleistung über den Dampfbedarf erforderlich, um den Druckerzeuger und den Reaktordruckbehälter oder den Primärkreis und den Reaktorkern zu überfluten, um im Dampf verdeckt zu werden.
Ein weiteres Problem bei wassergekühlten Reaktoren besteht darin, daß unter gewissen Bedingungen die Zufuhr von Kühlmittel nach dem Reaktorkern plötzlich beeinträchtigt oder unterbrochen werden kann und dies führt zu einer schwerwiegenden Reaktorkernbeschädigung innerhalb einer Zeitspanne, die kürzer ist als daß hierin ein Sicherheitssystem bekannter Art ansprechen könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integralen Druckerzeuger für integrale Druckwasserreaktoren zu schaffen, um die unerwünschten Wirkungen der Veränderung in Kerndampfhohlräumen bei Eigendruck-PWRs unter stetigen und Übergangsbedingungen zu steuern.
Die Erfindung schafft ferner einen integralen Druckerzeuger für integrale Siedewasserreaktoren mit indirektem Zyklus, um hier Primärdruck, Primärwasserpegel im Dampfgenerator und das Ausmaß der Dampferzeugung im Generatorkern unter stetigen Betriebsbedingungen und unter Übergangsbedingungen zu steuern.
Außerdem schafft die Erfindung einen integralen Druckerzeuger für integrale Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren mit indirektem Zyklus, die unter normalen Bedingungen, unter Anlaufbedingungen und unter zufälligen Bedingungen absolut stabil sind.
Außerdem schafft die Erfindung einen äußeren Druckerzeuger für integrale Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren mit indirektem Zyklus, wobei der Druckerzeuger unter normalen Bedingungen, unter Anlaufbedingungen und unter zufälligen Bedingungen absolut stabil ist.
Weiter schafft die Erfindung eine Reservezuführung von Kühlmittel, die unmittelbar und kontinuierlich verfügbar ist und unter der Wirkung der Schwerkraft in den Primärkreislauf des Reaktorkerns eingeführt werden kann und außerdem sind Mittel vorgesehen, die eine Dampfüberdeckung des Primärkreises und des Reaktorkerns unter zufälligen Betriebsbedingungen verhindern.
Die Erfindung schafft auch eine kostengünstige wassergekühlte Kernreaktoranlage für mittleren und mäßigen Leistungsbedarf.
Die Erfindung geht aus von einem wassergekühlten Kernreaktor und einem Druckerzeuger mit einem Reaktorkern, mit einem Druckerzeuger, mit einem Primärwasserkühlkreis, der den Reaktorkern kühlt, wobei Reaktorkern und wenigstens ein Teil des Primärwasserkühlkreises von einem Druckbehälter umschlossen sind, und der Druckerzeuger einen Wasserraum und einen Dampfraum besitzt und wenigstens ein Teil des Wasserraumes des Druckerzeugers über einem oberen Abschnitt des Primärwasserkühlkreises befindlich ist und mit wenigstens einer Vorrichtung, die den Druckerzeuger mit dem Primärwasserkühlkreis verbindet, um den Dampfraum des Druckerzeugers mit dem oberen Teil des Primärwasserkühlkreises zu verbinden.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß wenigstens eine Ausströmöffnung zwischen dem Druckerzeuger und dem Primärwasserkühlkreis vorgesehen ist, um den Wasserraum des Druckerzeugers mit einem Teil des Primärwasserkühlkreises zu verbinden, der unter jedem normalen wirksamen Wasserpegelbereich im Primärwasserkühlkreis liegt, daß die Ausströmöffnung so angeordnet ist, daß sie einen relativ niedrigen Strömungswiderstand für das vom Wasserraum des Druckerzeugers nach dem Primärwasserkühlkreis hat und einen relativ hohen Strömungswiderstand für das Wasser, welches vom Primärwasserkühlkreis nach dem Wasserraum des Druckerzeugers strömt, wodurch die eine Vorrichtung, die den Dampfraum des Druckerzeugers und den oberen Abschnitt des Primärwasserkühlkreises verbindet, überschüssigen Dampf im Primärwasserkühlkreis nach dem Dampfraum des Druckerzeugers fließen läßt, um die Stabilität des Aufbaus zu erhöhen.
Der Reaktorkern, der Primärkühlkreis und der Druckerzeuger können als integrale Baueinheit ausgebildet sein, die vom Druckbehälter umschlossen ist, wobei wenigstens ein Gehäuse im Druckbehälter untergebracht ist, um den Druckbehälter in eine erste und eine zweite Kammer zu unterteilen, wobei Reaktorkern und Primärkühlkreis in der zweiten Kammer liegen und der Druckerzeuger in der ersten Kammer und das Gehäuse ein Zusammenwirken zwischen dem Wasser im Primärwasserkühlkreis und dem Wasser im Wasserraum des Druckerzeugers verhindert.
Der Reaktorkern kann im unteren Bereich der unteren Kammer angeordnet sein und der Primärkühlkreis umfaßt einen Aufstiegskanal, um relativ heißes Wasser und Dampf nach wenigstens einem Wärmeaustauscher zu führen, während ein nach unten führender Kanal relativ kühles Wasser von dem einen Wärmeaustauscher nach dem Reaktorkern leitet.
Der Aufstiegskanal kann durch einen hohlen zylindrischen Körper definiert werden, während der Abströmkanal zwischen dem hohlen zylindrischen Bauteil und dem Druckgefäß definiert sein kann.
Der Wärmeaustauscher kann in einem oberen Bereich des Abströmkanals angeordnet sein.
Die Ausströmöffnung kann eine hydraulische Diode aufweisen.
Das Gehäuse kann aus einem Ringkörper bestehen, der von einem Umfangsabschnitt herabsteht, wobei ein Ringkanal zwischen dem Ringkörper des Gehäuses und dem Druckbehälter ausgebildet sein kann, um Wasser vom Wasserraum des Druckerzeugers nach dem Primärkühlkreis und vom Primärkühlkreis nach dem Dampfraum des Druckerzeugers leiten zu können.
Der Druckerzeuger kann einen Ausströmtank bilden, der in der ersten Kammer befindlich ist und von Druckbehälter und Gehäuse gebildet ist.
Das Gehäuse kann einen Ringkörper aufweisen, der von einem Umfangsabschnitt vorsteht und am Druckbehälter so befestigt ist, daß ein ringförmiger unterer Bereich des Ausströmtanks mit dem Druckbehälter gebildet wird.
Das Gehäuse kann einen Bodenteil unter dem Reaktorkern umfassen und den Druckbehälter in eine erste äußere Kammer und eine zweite innere Kammer unterteilen, wobei die zweite innere Kammer im wesentlichen vom Gehäuse definiert wird.
Ein Umfangsbereich des Gehäuses kann am Druckbehälter befestigt sein und das Gehäuse kann den Druckbehälter in eine erste vertikal obere Kammer und eine zweite vertikal untere Kammer unterteilen.
Die Ausströmöffnung kann einen oberen Abschnitt des Wasserraumes des Abzugstanks mit dem Primärwasserkühlkreis im Bereich des Reaktorkerns verbinden.
Die Ausströmöffnung kann den unteren Teil des Wasserraumes des Ausströmtankes mit dem Primärwasserkühlkreis unter dem Reaktorkern verbinden.
Der Anstiegskanal kann von einem hohlzylindrischen Bauteil definiert werden, während der Abströmkanal zwischen dem hohlzylindrischem Teil und dem Gehäuse ausgebildet ist.
Der Druckerzeuger kann ein getrennter Druckerzeuger sein.
Die Ausströmöffnung kann einen unteren Abschnitt des Wasserraumes des Abzugstankes mit einem unteren Abschnitt des Abströmkanals im Bereich des Wärmeaustauschers verbinden.
Die Ausströmöffnung kann einen unteren Teil des Wasserraumes des Ausströmtanks mit einem unteren Abschnittes des Abströmkanals unter dem Wärmeaustauscher verbinden.
Die Ausströmöffnung kann eine einspringende Düse umfassen.
Die Ausströmöffnung kann eine hydraulische Diode aufweisen.
Die Mittel, welche die Verbindung zwischen dem Druckerzeuger und dem Primärkühlkreis herstellen, können wenigstens ein Rohr umfassen, welches wenigstens eine Öffnung im Gehäuse mit dem Dampfraum im Druckerzeuger verbindet.
Das Gehäuse kann einen ringförmigen Körper umfassen, der von einem zentralen Bereich des Gehäuses nach unten verläuft, wobei ein Umfangsabschnitt des Gehäuses dicht am Druckbehälter angesetzt ist und der Ringkörper kann an seinem unteren Ende abgedichtet sein, um einen unteren Abschnitt des Ausströmtanks zu bilden.
Wenigstens eines der Mittel, die den Druckerzeuger mit dem Primärwasserkühlkreis verbinden, kann eine Sprühdüse umfassen.
Wenigstens eines der Mittel, die den Druckerzeuger und den Primärwasserkühlkreis verbinden, kann den Dampfraum des Druckerzeugers mit dem Primärwasserkühlkreis über dem Wärmeaustauscher verbinden.
Der wassergekühlte Kernreaktor kann ein integraler Druckwasserreaktor sein.
Der Druckerzeuger kann eine Heizvorrichtung aufweisen, um das Wasser im Wasserraum zu erhitzen.
Der wassergekühlte Kernreaktor kann ein integraler Siedewasserreaktor mit indirektem Zyklus sein, wobei die Mittel, die den Dampfraum des Druckerzeugers mit dem dampffreien Raum des Primärwasserkühlkreises verbinden, den wirksamen Wasserspiegel im Primärwasserkühlkreis steuern.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1A und 1B Vertikalschnitte bekannter wassergekühlter Kernreaktoren mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 2A einen Vertikalschnitt eines wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 2B einen Vertikalschnitt einer zweiten Ausführungsform eines wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger gemäß der Erfindung ausgebildet;
Fig. 3 einen Vertikalschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 4 einen Vertikalschnitt einer vierten Ausführungsform eines wassergekühlten Kernreaktors nach der Erfindung mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 5 in einem Vertikalschnitt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten wassergekühlten Kernreaktors;
Fig. 6 einen Vertikalschnitt einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 7 einen Vertikalschnitt einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 8 einen Vertikalschnitt einer achten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 9 einen Vertikalschnitt einer neunten Ausführungsform eines wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger gemäß der Erfindung;
Fig. 10A einen Vertikalschnitt einer zehnten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 10B einen Vertikalschnitt einer elften Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger;
Fig. 10C einen Vertikalschnitt eines Druckerzeugers für einen wassergekühlten Kernreaktor mit integralem Druckerzeuger gemäß der Erfindung ausgebildet;
Fig. 11A einen Vertikalschnitt einer zwölften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger gemäß der Erfindung ausgebildet;
Fig. 11B einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 11A;
Fig. 11C einen Vertikalschnitt einer dreizehnten Ausführungsform eines wassergekühlten Kernreaktors mit integralem Druckerzeuger und gemäß der Erfindung ausgebildet;
Fig. 11D einen Schnitt nach der Linie B-B gemäß Fig. 11C;
Fig. 12 einen Vertikalschnitt eines gemäß der Erfindung ausgebildeten wassergekühlten Kernreaktors mit getrenntem Druckerzeuger gemäß der Erfindung ausgebildet;
Fig. 13 einen Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten wassergekühlten Kernreaktors mit getrenntem Druckerzeuger;
Fig. 14 einen Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform eines wassergekühlten Kernreaktors mit getrennten Druckerzeugern;
Zwei integrale wassergekühlte Kernreaktoren, die den Stand der Technik repräsentieren, sind in den Fig. 1A und 1B dargestellt. Fig. 1A zeigt einen Druckwasserreaktor vom Schwerwassertyp mit Druckerzeuger. Fig. 1B zeigt einen Siedewasserreaktor mit indirektem Zyklus.
In beiden Fällen umfaßt der Kernreaktor (10) einen Druckbehälter (12), in dem ein Reaktorkern (14) eingeschlossen ist. Der Reaktorkern umfaßt ein System von beweglichen Steuerstäben, die Neutronen absorbieren und mit einem nicht dargestellten Antrieb in Verbindung stehen. Der Reaktorkern (14) liegt im wesentlichen im unteren Bereich des Druckbehälters (12) und der Reaktorkern (14) ist von einem Neutronenreflektor (16) umschlossen. Eine thermische Abschirmung (18) ist unter dem Reaktorkern (14) angeordnet und thermische Abschirmungen (20) umschließen den Neutronenreflektor (16). Die thermischen Abschirmungen (18, 20) schützen den Druckbehälter (12) gegen Strahlung, die vom Reaktorkern (14) ausgeht.
Ein Primärwasserkühlkreis wird benutzt, um den Reaktorkern (14) abzukühlen und dieser Primärwasserkühlkreis arbeitet mit natürlicher Zirkulation. Der Primärkühlkreis kann aber auch Pumpen aufweisen, um das Wasser durch den Kühlkreis zu schicken. Der Primärwasserkühlkreis umfaßt ein hohlzylindrisches Bauteil (22), das auf den Reaktorkern (14) ausgerichtet vertikal über diesem angeordnet ist, um einen Steigkanal (24) für die natürliche vertikal nach oben gerichtete Strömung relativ heißen Kühlmittels vom Reaktorkern (14) zu definieren und ein ringförmiger Abströmkanal (40) wird zusammen mit dem Druckbehälter (12) gebildet, um die vertikal nach unten gerichtete Rückströmung des relativ kühlen Strömungsmittels nach dem Reaktorkern (14) zu bewirken.
Der Hohlkörper (22) verläuft nicht vollständig bis zum Deckel des Druckbehälters (12) und der obere Bereich des Hohlzylinders (22) ist mit Öffnungen (26) versehen, um die Strömung des Wasserkühlmittels aus dem Aufströmkanal (24) auf den ringförmigen Abströmkanal (40) zu verteilen. Das obere Ende des Hohlzylinders (22) besitzt eine große Öffnung (28), die den Aufströmkanal (24) mit dem Dampfraum (30) im oberen Bereich des Druckbehälters (12) verbindet, damit Dampf aus dem Reaktorkern (14) in den Dampfraum (30) einströmen kann.
Ein Sekundärkühlkreis zieht Wärme aus dem Primärkühlkreis ab, um einen elektrischen Turbogenerator (nicht dargestellt) anzutreiben. Der Sekundärkühlkreis kann aus dem Primärwasserkühlkreis auch zu anderen Zwecken Wärme abziehen, beispielsweise für eine Wärmebehandlung, für Fernheizung oder für Vortriebssysteme. Der Sekundärkühlkreis umfaßt einen Wärmeaustauscher (32) ringförmiger Gestalt, der koaxial im oberen Bereich des ringförmigen Abströmkanals (40) angeordnet ist. Der Wärmeaustauscher (32) umfaßt ein Rohr oder mehrere Röhren, die ringförmig angeordnet sind und ein Sekundärkühlmittel aus einer Sekundärkühlmittelquelle über ein nicht dargestelltes Rohr und einen Einlaßkopf erhalten, wodurch erhitztes Sekundärkühlmittel nach einem nicht dargestellten Auslaß geleitet wird. Der Auslaßkopf liefert erwärmtes Kühlmittel über ein nicht dargestelltes Speiserohr für die oben angegebenen Zwecke.
Das Primärwasserkühlmittel sinkt im Abströmkanal (40) ab und strömt über die äußere Oberfläche der Wärmeaustauscherrohre und es wird Wärme auf das Sekundärkühlmittel innerhalb der Wärmeaustauscherrohre geleitet.
Das Sekundärkühlmittel, welches bei diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird, ist Wasser, und der Wärmeaustauscher (32) ist ein Dampfgenerator, der ein Dampfrohr oder mehrere Dampfrohre umfaßt. Der Dampfgenerator kann ein Durchgangsgenerator sein oder einer mit hin- und hergeführter Strömung mit einem Rezirkulationsabströmkanal zwischen dem Auslaßkopf und dem Einlaßkopf.
Die Dampfrohre können jede geeignete Ausbildung besitzen, wie dies bekannt ist. Die Dampfrohre können schraubenlinienförmig gebogen sein und zwischen dem Einlaßkopf und dem Auslaßkopf verlaufen. Die schraubenlinienförmig oder spiralförmig gebogenen Rohre können in Rohrbündeln konzentrisch innerhalb des oberen Abschnitts des ringförmigen Abströmkanals (40) angeordnet sein. Die GB-PS-13 86 813 beschreibt einen Druckwasserreaktor, bei dem schraubenförmig gebogene Rohre in einem ringförmigen Dampfgenerator angeordnet sind. Obgleich das Primärkühlwasser durchgepumpt wird, findet normalerweise eine natürliche Wasserzirkulation statt und wenn eine Pumpe ausfällt, braucht bei dieser Anordnung kein integraler Druckerzeuger vorgesehen zu werden.
Der Dampfraum (30) ist über dem Wasserspiegel (46) im Druckbehälter (12) vorgesehen und ein Wasserraum (44) liegt unter dem Wasserspiegel (46) im Druckbehälter (12). Bei dem Druckwasserreaktor, der in Fig. 1A dargestellt ist, liegt der Wärmeaustauscher (32) in dem nach unten verlaufenden Kanal (40) völlig unterhalb des Wasserspiegels (46). Bei dem Siedewasserreaktor nach Fig. 1B liegt der Wärmeaustauscher (32) in dem nach unten führenden Kanal (40), aber ein oberer Teil dieses Wärmeaustauschers (32) steht über den Wasserspiegel (46) in den Dampfraum (30) ein. Dies beschleunigt die Kondensation des Primärkühldampfes im Dampfraum (30) auf den freiliegenden Rohren des Wärmeaustauschers (32) und außerdem wird das Sieden des durch den Kern (14) strömenden Primärkühlmittels begünstigt. Bei dem integralen Druckwasserreaktor liegt der Primärwasserspiegel (46) über dem Wärmeaustauscher (32), wodurch eine Kondensationswärmeübertragung nach dem Wärmeaustauscher (32) und ein Sieden im Reaktorkern (14) verhindert werden.
Wenn der wassergekühlte Kernreaktor (10) in Betrieb befindlich ist, erzeugt die Spaltung des Kernbrennstoffes im Reaktorkern (14) Wärme. Die Wärme wird vom Reaktorkern (14) durch den Primärwasserkühlmittelkreis abgeführt. Die Erhitzung des Wassers in der Nähe des Reaktorkerns (14) bewirkt, daß das Wasser in Richtung der Pfeile (A) durch den Aufstiegskanal (24) nach oben steigt und das Primärwasser strömt dann durch die Strömungsverteilungsöffnungen (26) im zylindrischen Körper (22) in den Dampfgenerator (32), um über die Wärmeaustauscherrohre des Generators zu strömen, wie dies durch die Pfeile (B) charakterisiert ist. Das Primärwasser gibt seine Wärme an das Sekundärwasser in den Dampfgeneratorrohren ab, während es durch den Dampfgenerator (32) strömt. Das Primärwasser wird dann in den Reaktorkern (14) durch den ringförmigen Abwärtskanal (40) zurückgeführt, wie dies durch den Pfeil (C) gekennzeichnet ist.
Der Dampfraum (30) setzt das Primärwasserkühlmittel auf einen Druck, der der Sättigungstemperatur der Primärkühlmittelauslaßtemperatur des Reaktorkerns entspricht. Wie oben erwähnt, ergeben sich im Betrieb von Druckwasserreaktoren oder Siedewasserreaktoren bei dieser integralen Bauart von Druckerzeugern gewisse Primärkühlmittelleerräume. Der Leerraum in dem Primärkühlmittel ist veränderbar und kann zu unerwünschten Perturbationen im Kernleistungspegel und der Strömungsverteilung führen. Auch können die Druckschwankungen durch positive Rückkopplung durch den Einfluß von Druck und Leistungspegel auf diese Leerräume verschlimmert werden, was ungünstige Wirkungen auf die Drucksteuerung und die Belastungsfolgecharakteristik des Kernreaktors hat.
In Fig. 2A ist ein wassergekühlter Siedewasserreaktor (50 A) dargestellt, der einen integralen Druckerzeuger (94 A) gemäß der Erfindung aufweist.
Der wassergekühlte Siedewasserreaktor (50 A) weist einen Druckbehälter (52) auf, in dem ein Reaktorkern (54) befindlich ist. Der Reaktorkern (54) liegt im unteren Bereich des Druckbehälters (52) und der Reaktorkern (54) ist von einem Neutronenreflektor (56) umgeben. Der Reaktorkern (54) weist ein System von beweglichen neutronenabsorbierenden Steuerstäben auf, die mit einem Antriebsmechanismus verbunden sind (nicht dargestellt). Eine thermische Abschirmung (58) liegt unter dem Reaktorkern (54) und thermische Abschirmungen (60) umschließen den Neutronenreflektor (56). Die thermischen Abschirmungen (58, 60) schützen den Druckbehälter (52) gegen Strahlung, die aus dem Reaktorkern (54) austritt.
Ein Primärwasserkühlkreis wird zur Abkühlung des Reaktorkerns (54) benutzt und dieser Primärwasserkühlkreis zirkuliert angetrieben durch eine Pumpe oder in einer Thermosiffonanordnung. Der Primärwasserkühlkreis umfaßt ein hohlzylindrisches Teil (62), das vertikal über dem Reaktorkern (54) angeordnet und auf diesen so ausgerichtet ist, daß ein Aufstiegskanal (54) für die Thermosiffonströmung des relativ heißen primären Kühlmittels vom Reaktorkern (54) erfolgt, und es wird ein Abströmkanal (81) mit dem Druckbehälter (52) gebildet, um die Strömung des relativ kalten primären Kühlmittels nach dem Reaktorkern (54) zurückzuführen. Der Primärkühlmittelkreis ist auch mit einer oder mehreren Pumpen (78) versehen, die durch einen Motor (80) angetrieben werden. Die Pumpen (78) liegen in dem nach unten führenden Kanal (81).
Im Druckbehälter (52) ist ein Gehäuse (70) angeordnet, welches den Druckbehälter (52) in eine erste vertikal obere Kammer (69) und eine zweite vertikal untere Kammer (71) unterteilt. Der Reaktorkern (54) und der Primärwasserkühlkreislauf sind in der unteren Kammer (71) angeordnet.
Der zylindrische Körper (62) erstreckt sich mit Abstand nach der Oberseite der unteren Kammer (71), die durch das Gehäuse (70) definiert ist und der obere Bereich des zylindrischen Körpers (62) ist mit Öffnungen (66) versehen, um das Primärkühlwasser von dem aufsteigenden Kanal (64) nach dem oberen Teil des ringförmigen nach unten führenden Kanals (81) zu verbinden. Das obere Ende des zylindrischen Körpers (62) besitzt eine große Öffnung (68), die den Aufstiegskanal (64) mit dem Abstiegskanal (61) verbindet und Wasser und Dampf vom Reaktorkern über den Kopf des zylindrischen Teils (62) in den Abwärtskanal (81) strömen läßt.
Ein Sekundärkühlkreis zieht Wärme aus dem Primärwasserkühlkreis ab. Der Sekundärkühlkreis umfaßt einen ringförmigen Wärmeaustauscher (74), der koaxial im oberen Bereich des ringförmigen Abströmkanals (81) angeordnet ist. Der Wärmeaustauscher (74) besitzt eines oder mehrere Rohre, die auf einem Ring (76) angeordnet sind, welcher ein Sekundärkühlmittel aus einer Sekundärkühlmittelquelle über ein nicht dargestelltes Speiserohr enthält und außerdem ist ein Einlaßkopf (nicht dargestellt) vorgesehen und das erhitzte Sekundärkühlmittel wird über einen Auslaßkopf (nicht dargestellt) und ein Speiserohr (nicht dargestellt) abgeführt, um einen elektrischen Turbogenerator anzutreiben, um eine Fernheizung zu bewirken, um einen Verfahrensprozeß mit Wärme durchzuführen, ob oder um ein Antriebssystem zu speisen.
Der Wärmeaustauscher (74) ist in diesem Beispiel ein Dampfgenerator und das benutzte Sekundärkühlmittel ist Wasser. Der Dampfgenerator kann von der Durchgangsbauart oder ein rezirkulierender Generator mit nach unten gerichteten Rohren zwischen Auslaß- und Einlaßkopf sein.
Das Gehäuse (70) besitzt einen ringförmigen Teil (91), der sich vom Umfangsbereich des Gehäuses (70) vertikal nach unten erstreckt. Der Ringkörper (91) ist von dem Druckbehälter (52) durch einen schmalen Ringkanal (52) getrennt. Der Ringkörper (91) erstreckt sich nach unten nach einer Stelle des Abströmkanals des Primärkühlkreises, der Ringkörper (91) endet wie dargestellt über dem Bodenteil des Wärmeaustauschers (74). Es ist jedoch auch möglich, daß der Ringkörper (91) am Boden des Wärmeaustauschers (64) an irgendeiner geeigneten Stelle des Abströmkanals (81) zwischen Wärmeaustauscher (74) und thermischen Abschirmungen (60) oder unter dem Pegel der thermischen Abschirmungen (60) endet.
Der Druckerzeuger (94 A) ist innerhalb des Druckbehälters (52) in der vertikal oberen Kammer (69) angeordnet, die zwischen dem Gehäuse (70) und dem Druckbehälter (52) liegt. Der Druckerzeuger (94 A) bildet einen Abzugstank, der Wasser (104) enthält und einen Dampfraum (102) über dem Wasserspiegel (106). Eine oder mehrere elektrische Tauchsieder (95) sind unter dem Wasserpegel (106) im Druckerzeuger (94 A) angeordnet.
Der Ringkanal (92) zwischen dem Ringkörper (91) des Gehäuses (70) und dem Druckbehälter (52) bildet einen Fortsatz des Druckwasserraumes (104) und wirkt außerdem als Abzugspfad für Wasser zwischen dem Druckerzeuger (94 A) und dem Primärwasserkühlkreis. Das untere Ende des Ringkörpers (91) enthält Abzugsöffnungen (98), die hydraulische Dioden (nicht dargestellt) aufweisen. Diese hydraulischen Dioden bewirken, daß die Wasserströmung vom Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 A) nach dem Abströmkanal (81) des Primärwasserkühlkreises nur einen relativ geringen Widerstand vorfindet, während ein relativ hoher Strömungswiderstand der Wasserströmung entgegengesetzt wird, die vom Primärwasserkühlkreis nach dem Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 A) über den Ringkanal (92) zu fließen trachtet.
Es ist auch möglich, Größe, Geometrie und Anordnung des unteren Endes des Ringkörpers (91) so einzurichten, daß der Ringkanal (92), der mit dem Druckbehälter (52) gebildet wird, diese Charakteristiken aufweist.
Eine oder mehrere Entlüftungsrohre (93) mit großem Durchmesser verbinden den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 A) mit einem oberen Abschnitt des Primärkühlkreises. Wie dargestellt, erstreckt sich das Entlüftungsrohr (93) vom Dampfraum (102) des Druckerzeugers über den Wasserraum (104) des Druckerzeugers und durch das Gehäuse (70) hindurch.
Ein wassergekühlter Siedewasserreaktor (50 B) mit indirektem Zyklus und einem integralen Druckerzeuger (94 B) gemäß der Erfindung ist in Fig. 2B dargestellt. Die Anordnung des wassergekühlten BWR Reaktors (50 B) mit integralem Druckerzeuger (94 B) ist im wesentlichen die gleiche wie die Anordnung des wassergekühlten PWR Kernreaktors (50 A) mit integralem Druckerzeuger (94 A) gemäß Fig. 2A und deshalb sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Hauptunterschied besteht darin, daß eine Kondensationswärmeübertragung von dem Primärkühlmittel und dem siedenden Teil im Reaktorkern bei der BWR-Variante in Fig. 2B durchgeführt wird, was bei der PWR- Variante in Fig. 2A verhindert ist.
Der wassergekühlte BWR Reaktor (50 B) mit indirektem Zyklus und integralem Druckerzeuger (94 B) unterscheidet sich insofern, als ein oberer Abschnitt des Wärmetauschers (94) über einen wirksamen Primärwasserkühlpegel (86) innerhalb des Primärkühlkreises in den Dampfraum (82) vorsteht, der durch das Gehäuse (70) definiert wird, während bei dem wassergekühlten PWR Reaktor (50 A) der Wärmeaustauscher (74) vollständig unterhalb des Wasserpegels liegt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die Entlüftungsrohre (93) im wassergekühlten PWR Reaktor (50 A) mit integralen Druckerzeugern (94 A) in den Primärkreis unter dem Gehäuse vorstehen. Die Entlüftungsrohre sind mit (108, 110, 112 und 90) in Fig. 2B bezeichnet. Die Entlüftungsrohre (108, 110 und 112) haben unterschiedliche Längen und Durchmesser und sie verbinden den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 B) mit einem oberen Abschnitt des Primärkühlkreises und wie dargestellt, erstrecken sich die Entlüftungsrohre in den Wärmeaustauscherbereich (74), sie könnten sich jedoch auch in den Aufströmbereich (64) erstrecken. Die Entlüftungsrohre (108, 110 und 112) erstrecken sich über unterschiedliche Tiefen im Bereich des Wärmeaustauschers (74) oder des Aufströmkanals des Primärkühlkreises aus Gründen, die später erläutert werden. Jedes Rohr erstreckt sich jedoch bis auf die gleiche Höhenlage innerhalb des Dampfraumes (102) des Druckerzeugers (94 B). Ein Entlüftungsrohr (90) mit kleinem Durchmesser erstreckt sich vom Gehäuse (70) nach dem Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 B), um nicht kondensierbare Mittel vom Primärwasserkühlkreis/Dampfraum (82) nach dem Druckerzeuger/ Dampfraum (102) zu überführen.
Bei dem wassergekühlten BWR Kernreaktor erstreckt sich der Ringkörper (91) des Gehäuses (70) nach unten nach einer Stelle unter dem normalen Wasserspiegel (86) in dem Primärkreis.
Der wassergekühlte Siedewasserreaktor (50 B) mit integralem Druckerzeuger (94 B) gemäß Fig. 2B ist im Abströmkanal (31) nicht mit Pumpen versehen. Wenn jedoch die natürliche Zirkulation in dem Primärkühlkreis nicht ausreicht, können Pumpen vorgesehen werden, um die natürliche Zirkulation zu erhöhen. Im Betrieb eines wassergekühlten Kernreaktors (50 A und 50 B) erzeugt die Spaltung des Kernbrennstoffs im Reaktorkern (54) Wärme. Die Wärme wird vom Reaktorkern (54) durch den Primärwasserkühlkreis abgeführt. Die Erhitzung des Wassers in der Nähe des Reaktorkerns (54) bewirkt, daß das Wasser durch den Aufströmkanal (64) in Richtung der Pfeile (D) nach oben strömt und dann fließt das Wasser durch die Strömungsverteilungsöffnungen (66) im zylindrischen Körper (62) nach dem Dampfgenerator (74) und strömt über dessen Rohre ab, wie durch die Pfeile (E) angegeben. Das Primärwasser gibt die Hitze in den Dampfrohren an das Sekundärwasser ab, wenn es durch den Dampfgenerator (74) hindurchtritt. Dann fließt das Wasser durch den ringförmigen Abströmkanal (81) in Richtung des Pfeiles (F) nach dem Reaktorkern (54) zurück.
Die Funktion der integralen Druckerzeuger (94 A und 94 B) des wassergekühlten Druckwasserreaktors (50 A) und des wassergekühlten Siedewasserreaktors (50 B) besteht darin, den Primärwasserkühlkreisdruck während des stetigen Zustandes und im Übergangsbetrieb so zu steuern, daß er als Abströmtank für vorübergehende Schwankungen im Primärwasserkühlkreisbestand bei normalen und Störungsfällen dient, um überschüssigen Dampf aus dem Primärwasserkühlkreislauf zu entlüften und um eine Sicherheitsreservezufuhr von Kühlmittel nach dem Primärwasserkühlkreislauf automatisch durch Schwerkraftabzug unter gewissen Bedingungen zu gewährleisten.
Außer für den wassergekühlten Siedewasserreaktor (50 B) regelt der Druckerzeuger (94 B) den effektiven Wasserspiegel auf der Primärwasserkühlkreisseite des Wärmeaustauschers und dadurch wird der Anteil des Siedens im Reaktorkern im Normalbetrieb gesteuert.
Das Gehäuse (70) verhindert, daß das Wasserkühlmittel im Primärwasserkühlkreis sich mit dem Wasserkühlmittel im Wasserraum (104) des Druckerzeugers mischt und dadurch wird eine Störung des Betriebs der Druckerzeuger verhindert. Im eingeschwungenen Zustand sind die Bedingungen in den Druckerzeugern im wesentlichen stagnierend. Eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Primärwasserkühlkreis und dem Druckerzeuger erfolgt unter Übergangsbedingungen über die Abzugsöffnung (98) und den Ringkanal (92) oder über die Entlüftungsrohre (93) oder die Entlüftungsrohre (90, 108, 110, 112).
Bei dem integralen wassergekühlten Druckwasserreaktor (50 A) mit integralem Druckerzeuger (94 A) wird die Temperatur im Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94) durch elektrische Tauchsieder (95) auf einem höheren Wert gehalten als am Ausgang des Reaktorkerns (54). Unter stetigen Betriebsbedingungen herrscht ein thermodynamisches Gleichgewicht über der Dampf-/ Wasserfläche oder am Wasserspiegel (106) des Druckerzeugers (94 A) und der Primärdruck ist der Sättigungsdruck, der der Temperatur des Wasserspiegels (106) entspricht. Dieser ist beträchtlich höher als der Sättigungsdruck, der der Kernauslaßtemperatur entspricht.
Bei dem integralen wassergekühlten Siedewasserreaktor (50 B) mit integralem Druckerzeuger (94 B) ist der Systemdruck im wesentlichen gleich dem Sättigungsdruck entsprechend der Kühlmitteltemperatur am Auslaß des Reaktorkerns (54). Infolge der größeren Höhe und wegen der Hitzeverluste aus dem Dampfraum (102) nach der Umgebung sind die Bedingungen im Druckerzeuger (94 B) des integralen Siedewasserreaktors durch einen etwas niedrigeren Druck und etwas niedrigere Temperatur gekennzeichnet als im Primärwasserkühlkreis. Jedoch herrschen auch dort die Sättigungsbedingungen. Unter stetigen Betriebsbedingungen werden Wärmeverluste vom Druckerzeuger (94 B) durch eine Wärmeübertragung nach dem Druckerzeuger (94 B) vom Primärwasserkühlkreis über das Gehäuse (70) kompensiert, wobei der Wärmeübergang durch die geringe Temperaturdifferenz zwischen den Sättigungsbedingungen im Druckerzeuger (94 B) und im Anstiegskanal (64) des Primärwasserkühlkreises erfolgt. Die Differenz in den Sättigungsdrücken entsprechend diesen Temperaturen im Druckerzeuger (94 B) und im Primärwasserkühlkreis reicht aus, um eine Dampfblase und demgemäß einen wirksamen Wasserspiegel (86) zu bilden, um den oberen Bereich des Primärwasserkühlkreises unter dem Gehäuse (70) zu bilden. Die Entlüftungsrohre (108, 110, 112 und 90) in Fig. 2B begrenzen oder verhindern die natürliche Tendenz jeder Dampfblase, im Primärkreis unter dem Gehäuse (70) auf unendlich anzuwachsen und dadurch ein übermäßiges Rastervolumen vom Primärkreis in den Druckerzeuger zu drücken und zu bewirken, daß der Primärkreis und der Kern im Dampf eingeschlossen werden.
Eine Gleichgewichtsbedingung wird erreicht, wenn der Wasserspiegel im Druckerzeuger und der wirksame Wasserspiegel im Primärkreis durch eine Höhe H getrennt sind, die im wesentlichen durch die folgende Formel gegeben ist:
Dabei sind
T 2 und T 1 = Sättigungstemperaturen im Primärwasserkühlkreis bzw. im Druckerzeuger und
= Anstieg der Sättigungskurve für Wasser in der Nähe von T 2 und T 1.
p = mittlere Dichte des Wassers im Druckerzeuger und Abzugsring.
g = Beschleunigung infolge der Schwerkraft.
H D = Kopfverlust infolge der Strömung beim Abströmen zwischen dem wirksamen Dampfgenerator-Wasserspiegel und der Höhe der Abzugsöffnung (98).
Es ist nur eine geringe Temperaturdifferenz (T 2-T 1) erforderlich, um einen großen Wert vom H zu erhalten.
Die Entlüftungen (108, 110, 112) regulieren den wirksamen Wasserspiegel (86) im Primärwasserkühlkreis-Anstiegskanal und im Dampfgeneratorhohlraum wie folgt. Die Entlüftungen (110, 112), die unter den wirksamen Wasserspiegel (86) in Dampfgeneratorbereich vorstehen, werden durch die Druckdifferenz zwischen dem Druckerzeuger (94 B) und dem Primärwasserkühlkreis voll mit Wasser gehalten. Die Wassersäule in einer solchen gefluteten Entlüftung erstreckt sich auf eine Höhe Hv, die um den Betrag H v =H D gleich dem Druckverlust infolge der Strömung in dem Abströmkanal (81) zwischen dem wirksamen Dampfgeneratorwasserpegel (86) und der Höhe der Abströmöffnung (98) größer ist als der Druckwasserpegel.
Die Entlüftungen (108, 110 und 112) müssen in den Dampfraum (102) des Druckerzeugers um wenigstens diesen Betrag einstehen. Um demgemäß die Länge der Entlüftungsrohre zu verringern, liegt die Abzugsöffnung (98) an der höchstmöglichen Stelle unter dem wirksamen Wasserspiegel (86) im Dampfgeneratorbereich, um die Kopfverlustkomponente H D des Abströmkanals (81) zu vermindern. Unter stetigen Betriebsbedingungen wird eine Strömung von Kühlmittel durch solche gefluteten Entlüftungen verhindert. Entlüftungen, die über dem wirksamen Wasserspiegel (86) im Dampfgeneratorbereich münden, sind wasserfrei und der Dampf in dem Primärwasserkühlkreis kann in den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 B) unter der Wirkung der Druckdifferenz zwischen Primärwasserkühlkreis und Druckerzeuger (94 B) einströmen. Diese Dampfströmung bzw. die Enthalpie erhöht Druck und Temperatur im Druckerzeuger (94 B), was die Folge hat, daß Wasser vom Druckerzeuger (94 B) in den Wasserkühlkreis über den Ringkanal (92) und die Abzugsöffnungen (98) gedrückt wird, um den wirksamen Wasserspiegel (86) im Primärwasserkühlkreis zu vergrößern, bis die Entlüftung bedeckt ist oder bis ein Gleichgewichtswasserpegel erreicht ist, wenn die Massenströmung durch die unbedeckten Entlüftungen und die Abzugsöffnungen (98) ausgeglichen sind und die auftretenden Enthalpieströmungen und andere Druck-, Wärmeverluste und -erhöhungen ebenfalls ausgeglichen sind. Die Entlüftungen werden in der Länge und im Durchmesser, d.h. hinsichtlich ihrer Strömungskapazität und hinsichtlich ihrer Zahl so bemessen, daß der wirksame Wasserpegel (86) im Dampfgeneratorbereich auf einem geeigneten stetigen Pegel verbleibt mit der erwünschten Menge innewohnender negativer Rückkopplung während der Einschwingvorgänge. Der Energieausgleich am Druckerzeuger (94 B) kann durch geeignete Tauchsieder im Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 B) und durch geeignete Wärmeabzugssysteme im Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 B) vergrößert werden, um eine zusätzliche Steuerung der wirksamen Wasserpegel (86) im Primärwasserkühlkreis zu erhalten.
Bei dem integralen wassergekühlten Siedewasserreaktor (50 B) mit integralem Druckerzeuger (94 B) stehen die Entlüftungen in den Dampfgeneratorbereich des Primärwasserkühlmittelkreises ein, um den wirksamen Primärwasserpegel (86) aus einer Höhe zu halten, die niedriger ist als der Kopf des Dampfgenerators, um eine Kondensationswärmeübertragung vom Primärkühlkreis nach dem Sekundärkühlmittel und demgemäß ein Sieden im Reaktorkern (94) zu begünstigen.
Bei dem integralen wassergekühlten Druckwasserreaktor (50 A) mit integralem Druckerzeuger (94 A) wird der Wasserspiegel daran gehindert, sich im Primärwasserkühlkreis auszubilden, in dem der Druckerzeuger (94 A) auf einer höheren Temperatur gehalten wird als der Kernausgang, wie dies oben beschrieben wurde. In diesem Fall brauchen die Entlüftungen (93) nicht in den Dampfgeneratorbereich einzustehen. Sie enden, wo sie in das Gehäuse (70) einmünden. Bei dem integralen Druckwasserreaktor sind die Entlüftungen (93) so bemessen, daß Dampf aus dem Primärwasserkühlkreis unter allen zufälligen Bedingungen entlüftet wird, die wahrscheinlicherweise eintreten können.
Bei dieser Sicherheitsfunktion verhindern die Entlüftungen (93), daß Primärwasserkühlkreis und Reaktorkern (54) beim Ausfall der Heizeinrichtung des Druckerzeugers (94 A) mit Dampf ausgefüllt werden, so daß ein genügender Überdruck aufrechterhalten wird, der wesentliche Leerräume im Primärkühlwasserkreislauf verhindert. Der Ausfall der Heizeinrichtung (95) des Druckerzeugers, eine übermäßige Dampfgenerator- Sekundärspeisewasserzufuhr, ein Sekundärdampfleitungsbruch oder andere übermäßige Sekundärdampferfordernisse, ein Verlust von Primärkühlmittelkreisdruck infolge eines Lecks im Primärwasserkühlmittel und ein übermäßiges Ungleichgewicht von Primär-zu-Sekundärleistung sind zufällige Betriebsbedingungen, die zu einer Leerraumbildung im Primärwasserkühlkreis führen können und die Entlüftungen (93) sind als Schutz hierfür ausgebildet.
Die Entlüftungen (93) lassen solche Hohlräume verschwinden und verhindern, daß Primärkühlwasser aus dem Primärwasserkühlkreis in den Druckwasserraum (104) durch die natürliche Tendenz der Dampfblasen gelangt, sich zu expandieren und zu einer möglichen Dampfumhüllung im Primärkreis und im Kern (54) führen, wie dies bei bekannten Drucksystemen bei außergewöhnlichen Betriebsbedingungen der Fall war, wobei die Fähigkeit des Primärwasserkühlkreises beeinträchtigt wurde, unter solchen Betriebsbedingungen die Kernkühlung aufrechtzuerhalten. Die Entlüftungen (93) ermöglichen den Abzug von Wasser aus dem Druckerzeuger nach dem Primärwasserkühlkreis über den Ringkanal (92) und die Abströmöffnungen (98), um die Kernkühlung unter der Wirkung der Schwerkraft augenblicklich und kontinuierlich aufrechtzuerhalten, wenn solche außergewöhnlichen Betriebsbedingungen entstehen und sich entwickeln. Hierdurch kann einer Beschädigung des Reaktorkerns (54) während jener Zeitperiode vorgebeugt werden, bevor eingebaute Sicherheitssysteme ansprechen können. Um diese Sicherheitsfunktion zu gewährleisten, kann der Druckwasserraum (104) so ausgebildet werden, daß er eine genügend große Reservekapazität von Primärwasserkühlmittel besitzt. Es kann Vorsorge dafür getroffen werden, daß eine gesteuerte Druckverminderung des Primärwasserkühlkreises während solcher außergewöhnlichen Betriebsbedingungen auftritt, indem Dampf im Dampfraum (102) des Druckerzeugers entlüftet wird und indem zusätzliches Primärwasserkühlmittel nach dem Druckwasserraum (104) gefördert wird oder nach dem Abströmkanal des Primärkreises um eine langzeitige Abzapf- und Zuführungskühlung des Reaktorkerns (54) unter außergewöhnlichen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Die Entlüftungsrohre (108, 110, 112) in dem integralen wassergekühlten Siedewasserreaktor (50 B) mit integralem Druckerzeuger haben eine ähnliche Sicherheitsfunktion wie bei der Druckwasserreaktorvariante. In diesem Fall sind jedoch die tiefsten Entlüftungen so bemessen, daß eine Dampfausfüllung des Primärkühlwasserkreises und des Reaktorkerns (54) unter allen außergewöhnlichen Betriebsbedingungen verhindert wird, wobei die Entlüftung nicht unter den Bereich von Wasserpegeln vorstehen darf, die im Normalbetrieb auftreten. Die Abzugsöffnungen (98) und der Ringkanal (92) zwischen dem Gehäuse (70) und dem Druckbehälter (52) können so ausgebildet sein, daß sie diesem Zweck dienen, indem sie in einer geeigneten Höhe unter dem Normalbereich von Wasserpegeln (86) enden. Wiederum wirkt der Druckerzeuger (94 B) als Reserveprimärwasserkühlmittelzufuhr unter außergewöhnlichen Betriebsbedingungen.
Bei dem integralen wassergekühlten Siedewasserreaktor (50 B) mit integralem Druckerzeuger (94 B) ist eine kleine Entlüftung (90) vorgesehen, die vom Kopf des Primärkühlwasserkreises nach dem Dampfraum (102) des Druckerzeugers führt um unkondensierbare Gase zu entlüften, die sich sonst im Dampfgeneratorhohlraum ansammeln und die Kondensationswärmeübertragung behindern könnten.
Eine weitere Funktion der Entlüftungen (93) bei dem Druckwasserreaktor oder der Entlüftungen (108, 110, 112) bei dem Siedewasserreaktor besteht darin, eine Endsupererhitzungsversprühung von unterkühltem Wasser in den Dampfraum (102) des Druckerzeugers bei einem rapiden Abziehen von Primärkühlmittel aus dem Primärwasserkühlkreis nach dem Druckerzeuger (94 B) zu gewährleisten. Die Strömung von Wasser von dem Primärwasserkühlkreis nach dem Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 B) wird dadurch bewirkt, daß der alternative Strömungspfad über die Abströmöffnungen (98) und den Ringkanal (92) geschaffen wird, der einen relativ hohen Strömungswiderstand vom Primärwasserkühlkreis nach dem Druckwasserraum (102) hat. Dies kann durch hydraulische Dioden im Ringkanal (92) bewirkt werden. Eine rapide Strömung von Wasser in den Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 B) resultiert zu einer kolbenartigen Kompression im Dampfraum (102) des Druckerzeugers durch den sich anhebenden Wasserspiegel (106). Die Absaugströmung, die durch die Entlüftungen (93) oder 108, 110, 112) aufgeteilt wird, vermindert diese Kolbenwirkung und ermöglicht eine Endsupererhitzung des Dampfraumes (102) durch Vermischung. Um eine Mischung der Absaugströmung aus den Entlüftungen in den Dampfraum zu ermöglichen, können die Entlüftungen mit Sprühdüsen ausgestattet sein. Diese Anordnung gleicht wirksam die Leistungsunbalance während eines positiven Primärkühlvolumenabzugs aus und treibt die Endüberhitzungssprühströmung durch die Entlüftungen (93) oder (108, 110, 112) nach dem Dampfraum des Druckerzeugers.
Der Ringkanal (92) und die Absaugöffnungen (98) haben einen geringen Strömungswiderstand für Wasser aus dem Druckwasserraum (104) nach dem Primärwasserkühlkreis. Dies ermöglicht eine Erhöhung des Primärwasserkühlvorrates während negativer Volumenverminderungen, die eine Folge vorübergehender Reduzierung der Temperatur im Primärkühlwasserkreis sein können oder bei einem Ansteigen des wirksamen Wasserspiegels im Primärwasserkühlkreis.
Ein geringer Strömungswiderstand ermöglicht auch einen Schwerkraftabzug von Wasserkühlmittel aus dem Wasserraum (104) des Druckerzeugers in den Primärwasserkühlkreis während außergewöhnlicher Betriebsbedingungen.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von wassergekühlten Siedewasserreaktoren (50 C, 50 D, 50 E) mit indirektem Zyklus und integralen Druckerzeugern. Die Fig. 3, 4 und 5 können auch bei einem Druckwasserreaktor mit Tauchsiedern in den Wasserräumen (102) der integralen Druckerzeuger (94 C, D und E) benutzt werden, wodurch der Druck genügend weit über jenem, bei Auslaßsättigungsbedingungen im Kern (54) aufrechterhalten wird. Diese drei Ausführungsbeispiele sind im wesentlichen gleich dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2B, sie unterscheiden sich jedoch insofern, als der Ringkörper (91) des Gehäuses (70) in den ringförmigen Abströmkanal (81) unter dem Wärmeaustauscher (74) erstreckt. In Fig. 3 endet der Ringkörper (91) am Boden des Wärmeaustauschers (74), in Fig. 4 endet der Ringkörper (91) zwischen dem Wärmeaustauscher (74) und der thermischen Abschirmung (60) und bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 endet der Ringkörper (91) unter den thermischen Abschirmungen (60).
Ein weiterer Unterschied der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 3 und 4 besteht darin, daß die Entlüftungen (108, 110 und 112) länger sind, um eine größere Höhe H v der stehenden Wassersäulen in den gefluteten Entlüftungen (110 und 112) zuzulassen und der Druckbehälter (52) ist in der Höhe vergrößert, um eine Anpassung an die längeren Entlüftungsleitungen (108, 110 und 112) vorzunehmen.
In Fig. 5 münden die Abzugsöffnungen (98) am stromabwärtigen Ende des Ringkörpers (91) im Primärwasserkühlkreis stromab der Pumpen (78). Die Trennung zwischen den Wasserpegeln im Druckerzeuger (94 B) und im Druckwasserkühlkreis ist durch die folgende Formel gegeben:
wobei H P der Pumpenkopf ist.
Der Wasserpegel in den gefluteten Entlüftungen (108, 110 und 112) unterscheidet sich von dem Druckwasserpegel (106) um den Betrag H v =H D -H P . So wird das Wasser in den Entlüftungen (108, 110 und 112) unter den Druckwasserpegel abgezogen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines wassergekühlten Kernreaktors (50 F) mit integralem Druckerzeuger (94 F) gemäß der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ein Siedewasserreaktor mit indirektem Zyklus obgleich die Ausführung auch für einen Druckwasserreaktor anwendbar wäre. Der wassergekühlte Kernreaktor (50 F) weist wiederum einen Druckbehälter (52) auf, in dem ein Reaktorkern (54) liegt. Der Reaktorkern (54) liegt im unteren Bereich des Druckbehälters (52). Der Reaktorkern (54) weist ein System beweglicher neutronenabsorbierender Steuerstäbe auf, die mit einem nicht dargestellten Antriebsmechanismus verbunden sind. Der Reaktorkern (54) ist von einem Neutronenreflektor (56) umschlossen. Eine thermische Abschirmung (58) liegt unter dem Reaktorkern (54) und thermische Abschirmungen (60) sind so angeordnet, daß sie den Neutronenreflektor (56) umgeben. Die thermischen Abschirmungen (58, 60) schützen den Druckbehälter (52) gegen Strahlung, die aus dem Reaktorkern austritt.
Ein Primärwasserkühlkreis wird benutzt, um den Reaktorkern (54) abzukühlen und der Primärwasserkühlkreis benutzt eine Thermosiffonzirkulation. Nicht dargestellte Pumpen können im Abströmkanal (81) oder unter den thermischen Abschirmungen (60) eingebaut sein, um die Kühlmittelströmung durch den Reaktorkern (54) zu beschleunigen. Der Primärwasserkühlkreis umfaßt ein hohlzylindrisches Teil (62), welches auf den Reaktorkern (54) ausgerichtet und vertikal über diesem angeordnet ist, um einen Aufstiegskanal (64) zu bilden, durch den über Thermosiffonwirkung eine Aufwärtsströmung des relativ heißen Primärkühlmittels aus dem Reaktorkern (54) erfolgt, während ein ringförmiger Abströmkanal (81) mit dem Druckbehälter (52) gebildet wird, um eine natürliche vertikal nach unten gerichtete Rückströmung des relativ kühlen Primärkühlmittels nach dem Reaktorkern (54) zu gewährleisten.
Ein Gehäuse (70) ist im Druckbehälter (52) untergebracht, der den Druckbehälter (52) in eine erste vertikal obere Kammer (69) und eine zweite vertikal untere Kammer (71) teilt. Der Reaktorkern (54) und der Primärkühlmittelkreis sind in der unteren Kammer (71) angeordnet.
Der zylindrische Körper (62) erstreckt sich nach dem Kopf der unteren Kammer (71), die durch das Gehäuse (70) definiert ist, jedoch endet der zylindrische Körper (62) im Abstand hierzu. Der obere Bereich des zylindrischen Körpers (62) ist mit Öffnungen (66) zur Verteilung der Strömung des Primärkühlwasserkreises aus dem Aufstiegskanal (64) vorgesehen, um die Strömung nach einem Wärmeaustauscher (74) im ringförmigen Abströmkanal (81) zu leiten. Das obere Ende des zylindrischen Körpers (62) besitzt eine große Öffnung (68), die den Aufstiegskanal (64) mit einem Dampfraum (82) im oberen Bereich der unteren Kammer (71) verbindet, definiert durch das Gehäuse (70) und den Druckbehälter (52).
Ein Sekundärkühlkreis zieht von dem Primärwasserkühlkreis Wärme ab. Der Sekundärkühlkreis umfaßt einen Wärmeaustauscher (74), d.h. einen Dampfgenerator (74), der ringförmig ausgebildet und koaxial im oberen Bereich des ringförmigen Abströmkanals (81) angeordnet ist. Der Dampfgenerator (74) umfaßt ein Dampfrohr oder mehrere Dampfrohre, die in einem ringförmigen Hohlraum (76) angeordnet sind und Wasser über ein Wasserzuführungsrohr und einen Einlaßkopf erhalten und Dampf nach einer Dampfturbine über einen Auslaßkopf und ein nicht dargestelltes Speiserohr liefern.
Ein Dampfraum (82) liegt über dem Wasserspiegel (86) und ein Wasserraum (84) ist unter dem Wasserpegel (86) des Dampfgenerators (74) ausgebildet. Das Gehäuse (70) besitzt eine oder mehrere Entlüftungsleitungen (90) für die nicht kondensiblen Bestandteile an seinem höchsten Punkt und das Gehäuse (70) besitzt einen Ringkörper (91), der vertikal vom Umfangsbereich des Gehäuses (70) nach unten vorsteht. Der Bodenbereich des ringförmigen Körpers (91) ist am Druckbehälter (52) festgelegt und abgedichtet. Der Ringkörper (91) erstreckt sich nach unten nach einer Stelle, die unter dem normalen Wasserpegel (86) im Bereich des Dampfgenerators (74) liegt.
Der Druckerzeuger (94 F) liegt innerhalb des Druckbehälters (52) in der vertikal oberen Kammer (69), die zwischen dem Gehäuse (70) und dem Druckbehälter (52) ausgebildet ist. Der Druckerzeuger, der Wasser und Dampf enthält, wird durch den Druckbehälter (52) des Gehäuses (70) und den Ringkörper (91) gebildet und ein Wasserraum (104) liegt unter dem Wasserspiegel (106) und ein Dampfraum (102) ist über dem Wasserspiegel (106) des Druckerzeugers ausgebildet. Der Bodenbereich des Druckerzeugers ist mit mehreren, in Umfangsrichtung angeordneten Abzugsöffnungen (154) versehen, die im Ringkörper (91) des Gehäuses (70) ausgebildet sind. Diese Abzugsöffnungen (154) stehen mit dem Wasserraum (104) des Druckerzeugers und dem nach unten führenden Kanal (81) des Primärkühlkreises in Verbindung und in der Zeichnung dargestellt, erstrecken sich die Abzugsöffnungen (154) in den Bereich des Dampfgenerators (74) des Primärkühlkreises. Die Abzugsöffnungen (154) besitzen einen geringen Strömungswiderstand für Wasser, welches aus dem Tank nach dem Primärkühlkreis strömt, und sie haben einen hohen Strömungswiderstand für Wasser, das aus dem Primärkühlkreis nach dem Abzugstank strömt. Die Abzugsöffnungen (154) sind wie dargestellt als einspringende Düsen ausgebildet, aber es können auch geeignete hydraulische Dioden oder Ventile benutzt werden, um diese Funktion durchzuführen.
Eine Anzahl von Entlüftungsrohren (162) verbindet den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 F) mit einem oberen Bereich des Primärkühlkreises und wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Entlüftungsrohre (162) mit Öffnungen (166) versehen, die im Ringkörper (91) des Gehäuses (70) ausgebildet sind. Diese Öffnungen sind in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet und sie liegen in der Höhe des Wasserspiegels im Primärkühlkreis, wie aus der Zeichnung ersichtlich. Sie bestimmen diesen Wasserpegel.
Das im Kernreaktor (50 F) gekühlte Wasser wirkt im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2B.
Diese Anordnung kann wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2A als integraler Druckwasserreaktor ausgebildet sein.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist ein wassergekühlter Druckwasserreaktor (50 G) mit integralem Druckerzeuger und der Reaktor ist im Prinzip aufgebaut wie der Reaktor nach Fig. 2A mit dem Unterschied, daß der Bodenbereich des Ringkörpers (91) dichtend am Druckbehälter (53) festgelegt ist und Abzugsöffnungen (254) vorgesehen sind. Die Abzugsöffnungen (254) erstrecken sich in den Abströmkanal (81) unter dem Wärmeaustauscher (74). Die Abzugsöffnungen (254) sind einspringende Düsen, aber es können auch andere hydraulische Dioden Anwendung finden. Ein einziges Entlüftungsrohr (93) verbindet den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 G) mit dem oberen Abschnitt des Primärkühlkreises. Das Entlüftungsrohr (93) hat aus dem gleichen Grund wie die Entlüftungsrohre gemäß Fig. 3 und 4 eine größere Länge.
Dieses Ausführungsbeispiel kann als integraler Siedewasserreaktor Anwendung finden, wobei Entlüftungen wie bei Fig. 5 vorgesehen sein können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines wassergekühlten Kernreaktors (50 H) mit integralem Druckerzeuger (94 H), ausgebildet gemäß der Erfindung, ist in Fig. 8 dargestellt.
Dies ist ein Siedewasserkernreaktor mit indirektem Zyklus und er entspricht demgemäß den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2B, 3, 4, 5 und 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Gehäuse (264) mit dem Druckbehälter (52) dichtend verbunden, um den Druckbehälter (52) in eine obere Kammer (69) und eine untere Kammer (71) zu unterteilen. Das Gehäuse (264) besitzt einen Ringkörper (265), der von dort um die Achse des Druckbehälters (52) herum nach unten vorsteht, und dieser zylindrische Körper (265) ist am unteren Ende geschlossen. Der Ringkörper (265) erstreckt sich koaxial in den zylindrischen Körper (62) hinein und liegt im Abstand zu diesem. Der Druckerzeuger (94 H) liegt innerhalb der vertikal oberen Kammer (69), die zwischen dem Gehäuse (264) und dem Druckbehälter (52) liegt.
Ein Druckerzeuger oder ein Abzugstank, der Wasser und Dampf enthält, wird durch den Druckbehälter (52), das Gehäuse (264) und den zylindrischen Körper (265) definiert und ein Wasserraum (204) liegt unter dem Wasserspiegel (106) und ein Dampfraum (102) liegt über dem Wasserspiegel (106) des Druckerzeugers. Der Bodenbereich des Ringkörpers (265) ist mit mehreren Abzugsöffnungen (254) versehen, die eine Verbindung zwischen dem Wasserraum (104) des Abzugstanks und dem ringförmigen Abströmkanal (81) des Primärkühlkreises schaffen. Die Abzugsöffnungen (454) erstrecken sich durch den zylindrischen Körper (62) hindurch in den Dampfgenerator (74) hinein. Die Abzugsöffnungen (454) haben einen geringen Strömungswiderstand für Wasser, welches aus dem Wasserraum des Abzugstanks nach dem Primärkühlkreis fließt, sie haben jedoch einen hohen Strömungswiderstand für Wasser, das aus dem Primärkühlkreis nach dem Wasserraum des Abzugsbehälters zu strömen trachtet.
Mehrere Entlüftungsrohre (262) verbinden den Dampfraum (256) des Druckerzeugers (94 H) mit einem oberen Teil des Primärkühlkreises und wie in der Zeichnung dargestellt, erstrecken sich die Entlüftungsrohre (262) durch den Ringkörper (265) hindurch und sind mit Öffnungen (266) verbunden, die im zylindrischen Körper (62) angeordnet sind. Die Öffnungen (266) sind über den Umfang verteilt in der Höhe des wirksamen Wasserspiegels im Primärkühlkreis angeordnet. Sie bestimmen die Höhe dieses Wasserspiegels.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wasser, welches aus dem Druckwasserraum nach dem Dampfgeneratorhohlraum des Primärwasserkühlkreises fließt, einem negativen Pumpwert relativ heiß und hierdurch wird die thermische Energie der Anlage bei Änderungen des Leistungsbedarfs erhöht, wobei die Übergangsdampfbedingungen in dem Sekundärkühlkreis abgepuffert werden. Diese Anordnung könnte auch bei einem integralen Druckwasserreaktor mit Entlüftungen gemäß Fig. 2A Anwendung finden.
Ein Ausführungsbeispiel eines wassergekühlten Kernreaktors (50 J) mit integralem Druckerzeuger (94 J) ist in Fig. 9 dargestellt. Dies ist ein Siedewasserreaktor mit indirektem Zyklus und er entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Der Ringkörper (91) des Gehäuses (70) erstreckt sich nach unten unter den Reaktorkern (54) oder unter die thermische Abschirmung (58). Das Gehäuse (70) weist außerdem einen Bodenteil (354) auf, der dichtend am Boden des Ringkörpers (91) festgelegt ist und eine Abzugsöffnung (98) ist in dem Bodenteil (354) unter dem Reaktorkern (54) ausgebildet. Mehrere Entlüftungsrohre oder Abzugsrohre (362) verbinden den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 J) mit dem oberen Bereich des Primärwasserkühlkreises unter dem Wasserspiegel (86). Auf diese Weise wird das Gehäuse (70) vollständig durch den Druckbehälter (52) umschlossen und das Gehäuse (70) teilt den Druckbehälter (52) in eine erste äußere Kammer (69) zwischen dem Gehäuse (70) und dem Druckbehälter (52) und eine zweite innere Kammer (71) ist innerhalb des Gehäuses (70) ausgebildet.
Der Abströmkanal (61) ist zwischen dem Ringkörper (81) des Gehäuses (70) und dem zentrischen Körper (62) ausgebildet.
Der Druckbehälter (52) ist vom Ringkörper (91) distanziert, um einen Ringkanal (92) zu bilden, der einen unteren Abschnitt des Wasserraumes (104) des Druckerzeugers (94 J) bildet. Der obere Abschnitt des Wasserraumes (104) des Druckerzeugers oder der Abzugstank (94 J) ist über dem Gehäuse (70) ausgebildet.
Der Ringkanal (92) und die Abzugsöffnungen (98) haben einen geringen Strömungswiderstand gegenüber Wasser, welches vom Druckwasserraum (104) des Primärwasserkühlkreises abströmt. Hierdurch wird der Primärkühlwasserbestand während negativer Volumenpumpvorgänge erhöht, die Übergangsverminderungen der Primärkühlwassertemperatur und ein Ansteigen des wirksamen Wasserspiegels im Primärkreis begleiten.
Ein niedriger Widerstand ermöglicht auch einen Abzug des Wasserkühlmittels aus dem Raum (104) des Druckerzeugers in den Primärwasserkühlkreis unter solchen Betriebsbedingungen unter Schwerkraft.
Eine Hauptfunktion der Abzugsleitungen besteht darin, zu vermeiden, daß der Primärkreis und der Reaktorkern unter allen Betriebsbedingungen von einem Dampfeinbruch freigehalten werden und hierdurch wird ein Abziehen des Wassers in den Primärkreis und den Kern unter Schwerkraft auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen verhindert, die zu schwerwiegenden Verminderungen des Druckes im Primärkreis führen können. Um diese Funktion zu ermöglichen, kann der Wasserraum des Druckerzeugers so bemessen werden, daß eine große Reserve von Kühlmittel vorhanden ist, das leicht und kontinuierlich verfügbar ist, um den Reaktorkern bei dem Entstehen solcher ungünstigen Betriebsbedingungen eingetaucht zu halten, auch wenn die normale Kühlung absinkt oder der Druck im Primärsystem abfällt. Um diese Funktion zu gewährleisten, können die Abzugsöffnungen unter dem Reaktorkern angeordnet werden, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Primärkühlwasserkreis wirksam im Wasserraum des Druckerzeugers untergetaucht. Der Ringkanal des Wasserraums kann Kühler aufweisen, um eine geschichtete Temperaturverteilung im Wasserraum des Druckerzeugers oder des Wassertanks zu gewährleisten. Dabei liegt das heiße Wasser oben und das kühle Wasser unten.
Diese Anordnung ermöglicht ein rapides Kernansprechen auf ein Ansteigen des Dampfbedarfes. Das resultierende negative Volumenaufwallen zieht Kaltwasser vom Druckerzeuger (94 J) nach und dies führt zu einem schnellen Kernansprechen durch den negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktionsfähigkeit. Diese Anordnung verbessert außerdem die Schwerkraftströmung des Wassers aus dem Druckerzeuger nach dem Kern bei Pannen oder anderen außergewöhnlichen Betriebsbedingungen, die zu einer Leerraumbildung im Primärkreis führen könnten.
Diese Anordnung könnte auch bei einem Ausführungsbeispiel der integralen Druckwasserreaktorbauart benutzt werden, bei der eine Entlüftung wie in Fig. 2A stattfindet.
Die Fig. 10A und 10B zeigen weitere alternative Ausführungsformen von wassergekühlten Kernreaktoren. Fig. 10A zeigt einen integralen Druckwasserreaktor (50 K), Fig. 10B zeigt einen integralen Siedewasserreaktor (50 L) mit indirektem Zyklus.
Bei diesen beiden Ausführungsformen ist der Druckbehälter (52) in eine obere Kammer (69) und eine untere Kammer (71) durch ein Gehäuse (270) unterteilt, das am Druckbehälter (52) dichtend festgelegt ist. Bei dem integralen Druckwasserreaktor gemäß Fig. 10A ist ein einziges Abzugsrohr (93) vorgesehen, das vom Gehäuse (270) nach oben steht und den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 K) mit dem oberen Abschnitt des Primärkühlkreises verbindet. Eines oder mehrere Abzugsrohre (272) erstrecken sich in den Abströmkanal (81) unter den Wärmeaustauscher (74) . Bei der integralen Siedewasserreaktorvariante gemäß Fig. 10B stehen Entlüftungsrohre (90, 108, und 110) auch in den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 L) an ihren oberen Enden ein und sie stehen auch mit unterschiedlichen Abständen in den Primärkühlkreis ein, um eine Möglichkeit zu schaffen, den Pegel des Primärkühlkreises im kondensierenden Dampfgenerator einzustellen und eines oder mehrere Abführungsrohre (272) erstrecken sich in den Abströmkanal (81) unter den Wärmeaustauscher (74).
Bei beiden Ausführungsvarianten können die Absaugrohre mit hydraulischen Dioden versehen sein, um eine der Überhitzung entgegenwirkende Versprühung von Primärkühlmittel durch die Entlüftungsrohre in den Dampfraum des Druckerzeugers vornehmen zu können, während einer Übergangsbedingung mit reduzierter Last und zwar unter der Antriebswirkung des Volumenaufwallens im Primärkühlkreis, das durch ein vorübergehendes Ungleichgewicht der Leistung zwischen Reaktor und Dampfgenerator verursacht wird, welches während solcher Übergänge auftritt.
Bei der Siedewasserreaktor-Variante integraler Bauart müssen sich die Abströmrohre (272) nach unten bis zu einer Höhenlage erstrecken, die niedriger liegt als der Wasserspiegel des normal arbeitenden Primärkühlkreises. Bei der integralen Druckwasserreaktorvariante ist dieses Erfordernis jedoch nicht gegeben, da das Gehäuse (270) normalerweise den Wasserspiegel definiert, jedoch kann es erwünscht sein, die Entlüftungsrohre bis zu einem geringen Abstand unter das Gehäuse (270) zu führen, um zu verhindern, daß irgendwelcher Dampf vom Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 K) über die Abzugsrohre (93) in den Primärwasserkühlkreis durch das negative Volumenaufwallen eingesaugt wird, welches solche Übergangsvorgänge mit Leistungserhöhung begleitet.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem integralen Druckwasserreaktor und dem Siedewasserreaktor besteht darin, daß ersterer die Möglichkeit hat, elektrische Tauch- Heizeinrichtungen im Wasserraum (104) des Druckerzeugers unterzubringen, die die Sättigungsbedingungen im Druckerzeuger wesentlich höher halten können als die entsprechende Reaktorkernaustrittstemperatur aufweist, während im letzteren Falle das Umgekehrte zutrifft.
Die Abzugsrohre (93, 108 und 110) haben eine Mehrfachfunktion. Sie bewirken eine Versprühung im Druckerzeuger, eine Stabilisierung des Druckerzeugers, d.h. eine Dampfentlüftung des Primärkühlkreises während fehlerhafter Betriebsbedingungen und schließlich eine Primärkühlwasserspiegeleinstellung, was jedoch nur für die Siedewasserreaktorvariante zutrifft.
Die Sprühfunktion des Druckerzeugers kann getrennt vorgenommen werden, wobei getrennte Abzugsleitungen die anderen Funktionen bewirken.
Fig. 10C veranschaulicht die Druckerzeugersprühfunktion eines integralen Druckwasserreaktors (50 K). Die Abzugsrohre (272) sind mit hydraulischen Dioden (274) versehen, um den Wasserraum (104) des Druckerzeugers mit dem Aufstiegskanal (64) des Primärkühlkreises zu verbinden. Eines oder mehrere der Entlüftungsrohre (93) sind mit einer Sprühdüse (276) ausgestattet und es ist außerdem eine herkömmliche Sprühdüse (278) im Druckerzeuger (94 K) angeordnet.
Während einer positiven Volumenaufwallung, die durch eine Lastverminderung verursacht sein kann, wird Primärkühlmittel vom Primärkühlkreis in den Druckerzeuger (94 K) über das Abströmrohr (272), die Steuerstabführungsrohre und die Entlüftungsrohre (93) gedrückt. Strömungswiderstände in den Steuerstab- Führungsrohren und die hydraulischen Dioden (274) im Abströmrohr (272) begrenzen die Strömung durch diese Pfade und so strömt die Masse des Volumens durch die Abzugsrohre (93) und die Sprühdüse (276), um die Sprühwirkung durchzuführen. Bei einem negativen Volumenaufwallen, welches bei Übergangsbetriebsbedingungen mit sich erhöhender Leistung auftritt, strömt Wasser vom Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 K) in den Primärkühlkreis über die Abströmrohre (272) und die hydraulischen Dioden (274), die in dieser Richtung einen geringen Strömungswiderstand haben. Es kann auch etwas Wasser über die Steuerstabführungsrohre abströmen. Jede Tendenz, Dampf über die Abströmrohre (93) abzuziehen, wird dadurch unterbunden, daß das Abzugsrohr (93) um einen gewissen Betrag unter das Gehäuse (270) in den Primärkühlkreis einsteht.
Im Falle eines integralen Druckwasserreaktors, der Primärkühlmittelpumpen besitzt, um eine Zwangszirkulation des Primärkühlkreises durchzuführen, kann es erforderlich sein, die Relativstellungen der Abströmrohre und der Entlüftungsrohre im Primärkühlkreis einzustellen. Der Grund dafür besteht darin, daß gewisse Anordnungen in einem Anlagenteil, d.h. einer Pumpe im Dampfgenerator oder dem Kern zu einem Druckabfall zwischen dem Abzugsrohr und dem Entlüftungsrohr Verbindungen im Primärkühlkreis führen können und dies wiederum kann zu einer unerwünschten Primärkühlmittelströmung durch die Entlüftungsrohre/Sprührohre, den Druckerzeuger und die Abzugsrohre während des normalen statischen Betriebszustandes der Anlage führen.
In Fig. 10C wird eine solche Strömung dadurch verhindert, daß sowohl das Abzugsrohr als auch die Entlüftungsrohr-/ Sprührohrverbindungen nach dem Primärkühlkreis in dem Aufstiegskanal angeordnet sind. Die Sprühfunktion kann jedoch dadurch erhalten werden, daß die Abzugsrohre und die Entlüftungs-/Sprührohrverbindungen in den Primärkühlkreis im Abströmkanal über oder innerhalb des Dampfgenerators angeordnet werden.
Die Fig. 11A, 11B, 11C und 11D zeigen weitere Ausführungsformen integraler Druckwasserreaktoren und integraler Siedewasserreaktoren mit indirektem Zyklus. In Fig. 11A und 11B sind mehrere umfangsmäßig verteilte Dampfdurchgangsgeneratormoduln (74) in einem Ring angeordnet, der durch einen Hohlzylinder (62) und den Druckbehälter (52) gebildet werden. Die Dampfgeneratormoduln (74) umfassen mehrere Dampfgeneratorrohre, die durch eine ringförmige Abschirmung (276) hindurchlaufen. Diese Abschirmungen (276) sind an ihren oberen Enden miteinander verbunden und mit dem Druckbehälter (52) und dem hohlzylindrischen Teil (62) dichtend verbunden, um zu verhindern, daß Primärkühlmittel durch die zwischenräumlichen Bereiche des Abströmkanals (81) zwischen den Abschirmungen (276) des Dampfgenerators (74) strömt. Auf diese Weise bewirken die Primärkühlmittelströmungen durch die Abschirmungen (275) eine wirksame Primärkühlmittelströmung durch die Dampfgeneratormoduln (74). Reaktorkühlmittelpumpen (80) sind im oberen Teil des Abströmkanals (81) über und stromauf der Dampfgeneratoren angeordnet.
Mehrere Abzugsrohre (272) mit hydraulischen Dioden (274) verbinden den Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 M) mit dem Primärkühlkreis. Eines oder mehrere Sprührohre (278) stehen mit dem Aufströmkanal (64) des Primärkühlkreises und dem Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 M) in Verbindung und eines oder mehrere Entlüftungsrohre (93) stellen eine Verbindung zwischen dem Aufstiegskanal (64) und dem Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94 M) her.
Die Fig. 11C und 11D veranschaulichen die Siedewasserreaktorvariante mit integralem Aufbau und indirektem Zyklus (gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11A und 11B). Hier sind auch die Dampfgeneratormoduln (74) in Abschirmungen (276) zwischen dem Druckbehälter (52) und dem hohlzylindrischen Teil (62) angeordnet. Reaktorkühlmittelpumpen sind bei dieser Ausführungsform vorgesehen und die Primärkühlmittelströmung wird insgesamt durch natürliche Thermosiffonwirkung induziert.
Eines oder mehrere Abzugsrohre (272) stellt die Verbindung zwischen dem Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94 N) und den zwischenräumlichen Bereichen des Abströmkanals zwischen den Dampfgeneratormoduln her und der zwischenräumliche Bereich bildet einen Teil des Abströmrohres. Mehrere Primärkühlmittelkreiswasserpegelsteuer-/Entlüftungsrohre (108, 110 und 112) sind vorgesehen und außerdem ein nichtkondensierendes Abzugsrohr (90). Die Abzugsrohre (110) erstrecken sich durch den Anstiegskanal (64) nach unten und dringen durch den hohlzylindrischen Körper (62) und die Abschirmungen (276) hindurch, um eine Primärkühlwasserpegelsteuerung in dieser Höhenlage beispielsweise bei Hochlastbetrieb zu bewirken. Die Entlüftungsrohre (112) stehen durch den interräumlichen Bereich vor und treten in die Abschirmungen (276) ein. Das Entlüftungsrohr (108) endet in dem gemeinsamen Füllbereich über den Abschirmungen (276), um den Primärkühlkreiswasserpegel in einer höheren Lage bei geringerer Leistung zu steuern.
Ein Vorteil der integralen Anordnung von wassergekühlten Kernreaktoren besteht darin, daß eine Empfindungsdauer für das Kühlmittel besteht, um den Primärkreis durch den Kern durch natürliche Konvektion zu zirkulieren. Dies stellt eine gewünschte Sicherheitscharakteristik dar, die im Leistungsbetrieb unter gewissen Umständen benutzt werden kann. Das Vorhandensein von Hohlräumen im Aufstiegskanal infolge Kondensationswärmeübertragung im Dampfgenerator verbessert in besonderem Maße die Empfindungsdauer für die natürliche Zirkulation bei dem Siedewasserreaktor mit integraler Bauart und indirektem Zyklus. Deshalb werden bei gewissen Auslegungen dieser Variante Reaktorzirkulationspumpen nicht benötigt. Es können jedoch Reaktorzirkulationspumpen im Abströmkanal oder unter den thermischen Abschirmungen sowohl bei einem Siedewasserreaktor als auch bei einem Druckwasserreaktor vorgesehen werden.
Das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt in dem Gehäuse, das den Druckerzeuger und den Primärkreis innerhalb des gleichen Druckbehälters trennt und in dem System von Abzugskanälen vom oberen Bereich des Primärwasserkühlkreises nach dem Dampfraum des Druckerzeugers. Das Entlüftungskonzept erstreckt sich auch auf den Fall eines getrennten Druckerzeugers.
Die Fig. 12 und 13 zeigen integrale wassergekühlte Druckreaktoren mit getrennten Druckerzeugern. Fig. 12 zeigt einen integralen Siedewasserreaktor (150) mit indirektem Zyklus und Fig. 13 zeigt einen integralen Druckwasserreaktor (250).
In Fig. 12 ist ein Siedewasserreaktor (150) mit indirektem Zyklus dargestellt und es ist ein getrennter äußerer Druckerzeuger (494) vorgesehen. Mehrere Entlüftungsrohre (508, 510 und 512) verbinden einen Dampfraum (502) im Druckerzeuger (494) mit einem oberen Teil des Primärwasserkühlkreises im Bereich des Wärmeaustauschers (74). Die Entlüftungsrohre erstrecken sich auf unterschiedliche Tiefen in den Primärkühlwasserkreis, aber alle erstrecken sich bis auf die gleiche Höhenlage im Druckerzeuger (494). Ein Abzugsrohr (490) verbindet den Dampfraum (82) des Siedewasserkernreaktors mit dem Dampfraum (502) des Druckerzeugers (494) für die Strömung nichtkondensierbaren Dampfes.
Ein Rohr (514) verbindet einen Wasserraum (504) des Druckerzeugers (494) mit einem Abströmkanal (81) im Primärkühlwasserkreis über eine Abzugsöffnung (516).
In Fig. 13 ist ein integraler Druckwassergenerator (250) mit einem getrennten äußeren Druckerzeuger (494) dargestellt. Ein einziges Entlüftungsrohr (593) verbindet einen Dampfraum (602, 608) im Druckerzeuger (594) mit einem oberen Abschnitt des Primärkühlwasserkreises und ein Rohr (614) verbindet einen Wasserraum (604) des Druckerzeugers (594) mit einem Abströmkanal (81) des Primärwasserkühlkreises über eine Abzugsöffnung (616).
Der dargestellte Druckerzeuger (594) ist wirksam, wenn der Wasserkopf HV=HD größer ist als der Druck im Druckerzeuger (594). Der Druckerzeuger (594) weist einen Hauptbehälter (596) und einen Sekundärbehälter (598) auf. Der Sekundärbehälter (598) ist am oberen Ende des Entlüftungsrohres (593) vorgesehen und der Sekundärbehälter (< ;B 06486 00070 552 001000280000000200012000285910637500040 0002003911439 00004 06367OL<598) besitzt einen Dampfraum (608) und einen Wasserraum (610), die durch den Wasserspiegel (612) getrennt sind. Der Sekundärbehälter (598) ist mit dem Hauptbehälter (596) über ein Rohr (611) verbunden. Das Rohr (611) stellt eine Verbindung mit dem Sekundärbehälter (598) am Wasserspiegel (612) dar und bewirkt eine Verbindung mit dem Hauptbehälter (596) über dem Wasserspiegel (606). Der Dampf, der in dem Sekundärbehälter (598) kondensiert, wird vom Wasserraum (610) über das Rohr (611) in den Wasserraum (604) des Hauptbehälters (596) abgezogen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist die Erfindung dargestellt in ihrer Anwendung auf einen Druckwasserreaktor (350) mit einer Schleife, obgleich die Erfindung auch auf Anordnungen mit 2, 3 oder 4 Schleifen anwendbar ist, d.h. auf Ausführungen, die typischer sind.
Der dispergierte Druckwasserreaktor (350) weist einen Druckbehälter (752) auf, in dem ein Reaktorkern (754) befindlich ist. Der Reaktorkern weist ein System von neutronenabsorbierenden beweglichen Steuerstäben auf, die mit einem nicht dargestellten Antriebsmechanismus verbunden sind. Ein Primärkühlwasserkreislauf ist vorgesehen, um den Reaktorkern (754) zu kühlen. Der Primärwasserkühlkreis weist eine Aufstiegskammer oder eine Reaktorkernaustrittskammer (756) und ein erstes Rohr (760) auf, welches relativ heißes Wasser nach einem Einlaßkopf (762) des Wärmeaustauschers (774), d.h. einem Dampfgenerator führt. Der Einlaßkopf (762) führt das Heißwasser durch eine Reihe von Dampfgeneratorrohren (764) nach einem Auslaßkopf (766). Das relativ kalte Wasser wird über ein zweites Rohr (768) nach einem Abströmkanal (781) zurückgeführt, der nunmehr das Kühlwasser über eine Reaktorkerneinlaßkammer (755) nach dem Reaktorkern (754) zurückführt. Eine Pumpe (770) treibt das Wasser durch den Primärwasserkühlkreis und die Pumpe (770) wird durch einen Motor (772) angetrieben.
Der Wärmeaustauscher bzw. der Dampfgenerator (774) liegt bei diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Druckbehälters (752), der den Reaktorkern (754) enthält und nur ein Teil des Primärwasserkühlkreises befindet sich innerhalb des Druckbehälters (752).
Obgleich nur ein Wärmeaustauscher oder Dampfgenerator (774) in Fig. 14 dargestellt ist, können auch 2, 3 oder 4 Wärmeaustauscher bzw. Dampfgeneratoren vorgesehen werden, die über Rohre (760 und 768) angeschlossen sind.
Ein getrennter Druckerzeuger (694) hält das Primärkühlwasser im Primärwasserkühlkreis auf einem so hohen Druck, daß hohe Primärkühlwassertemperaturen erreicht werden können, ohne daß das primäre Kühlwasser zum Sieden kommt. Der Druckerzeuger (694) weist einen getrennten Druckbehälter (696) auf, der einen Dampfraum (702) und einen Wasserraum (704) besitzt, die durch einen Wasserspiegel (706) voneinander getrennt sind.
Ein Abzugsrohr (710) verbindet den Wasserraum (704) des Druckerzeugers (694) mit dem Abströmkanal (781) des Primärkühlwasserkreises in der Einlaßkammer (654) des Reaktorkerns. Das Abströmrohr (710) besitzt eine Abströmöffnung (712).
Ein Entlüftungsrohr (708) verbindet die Austrittskammer (756) des Reaktorkerns mit dem Dampfraum (702) des Druckerzeugers (694).
Die Abzugsöffnung (712) kann eine hydraulische Diode aufweisen, um einen niedrigen Strömungswiderstand für die Abzugsströmung vom Wasserraum (704) des Druckerzeugers nach dem Primärwasserkühlkreis zu gewährleisten und einen hohen Widerstand gegenüber einer Strömung von Primärwasserkühlkreis nach dem Wasserraum (704) des Druckerzeugers, so daß eine beträchtliche Abzugsströmung durch das Abzugsrohr (708) vom Primärwasserkühlkreis nach dem Dampfraum (702) des Druckerzeugers strömt, um eine Entüberhitzung des Dampfraumes (702) des Druckerzeugers während der positiven Volumenaufwallungen zu gewährleisten.
Eine Hauptfunktion des integralen oder getrennten Druckerzeugers gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Erzeugung von Dampf im Reaktorkern oder im Reaktordruckbehälter den Druckerzeuger nicht überfluten kann und daß kein Dampf den Primärkreis und den Reaktorkern einhüllt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein niedrigerer Systemdruck benutzt werden kann als bei einer einfachen Druckerzeuger-/Absaugleitungsanordnung bekannter Art. Der Druck braucht nur hoch genug zu sein, um ein Sieden bei der herrschenden Reaktorkernauslaßtemperatur zu unterdrücken, zu begrenzen oder zu steuern, um eine Anpassung an den installierten Reaktorkern zu gewährleisten. Umgekehrt können bei einem gegebenen Systemdruck Reaktorkernauslaßtemperatur und Sekundärdampfbedingungen maximiert werden. Bei einem integralen Siedewasserreaktor kann eine Kernauslaßtemperatur von 300°C bei 86 bar Druck erreicht werden, d.h. 8× 106 Nm-2 verglichen mit einem Druck von mehr als 150 bar, d.h. 15 × 106 Nm-2 bei einem dispergierten Druckwasserreaktor.
Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Anlagen sind bedingungsunabhängig stabil in Bezug auf große und kleine Störungen des Primärkreises. Dies betrifft sowohl integrale Druckwasserreaktoren als auch integrale Siedewasserreaktoren mit indirektem Zyklus. Es wird eine Dampfblockierung des Reaktorkerns und des Primärwasserkühlkreises verhindert. Durch die Erfindung wird eine natürliche Konvektionskühlung des Reaktorkerns im Normalbetrieb und unter Störbedingungen gewährleistet. Es ergibt sich eine wirksame Drucksteuerung und Druckregulierung der integralen wassergekühlten Kernreaktoren.

Claims (30)

1. Wassergekühlter Kernreaktor mit Druckerzeuger, welcher einen Reaktorkern, einen Primärkühlwasserkreis zur Kühlung des Reaktorkerns und einen Druckerzeuger aufweist, wobei der Reaktorkern und wenigstens ein Teil des Primärwasserkühlkreises von einem Druckgefäß umschlossen sind und der Druckerzeuger einen Wasserraum und einen Dampfraum besitzt und wenigstens ein Teil des Wasserraumes des Druckerzeugers über einem oberen Abschnitt des Primärkühlwasserkreises liegt dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Abzugsöffnung (92, 98) eine Verbindung zwischen dem Druckerzeuger (94) und dem Primärkühlwasserkreis (64, 81) herstellt, um den Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94) mit einem Teil des Primärkühlwasserkreises (64, 81) zu verbinden, der unter dem normalen Wasserspiegel des Primärkühlwasserkreises (64, 81) liegt, daß die eine Abzugsöffnung (92, 98) einen relativ geringen Strömungswiderstand für Wasser besitzt, welches vom Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94) nach dem Primärwasserkühlkreis (64, 81) strömt, während der Strömungswiderstand für Wasser sehr hoch ist, das vom Primärkühlwasserkreis (64, 81) nach dem Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94) strömt, daß wenigstens eine Einrichtung (93) eine Verbindung zwischen dem Druckerzeuger (94) und dem Primärkühlwasserkreis (64, 81) herstellt, um den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94) mit dem oberen Teil des Primärwasserkühlkreises (64, 81) zu verbinden, wodurch die Einrichtung (93), die den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94) mit dem oberen Abschnitt des Primärkühlwasserkreises (64, 81) verbindet, überschüssigen Dampf im Primärwasserkühlkreis (64, 81) nach dem Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94) strömen läßt, um die Stabilität der Anlage zu erhöhen.
2. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem der Reaktorkern (54) im unteren Teil des Druckbehälters (52) angeordnet ist und der Primärkühlkreis (64, 81) einen Aufstiegskanal (64) aufweist, um relativ heißes Wasser und Dampf wenigstens einem Wärmeerzeuger (74) zuzuführen, wobei ein Abströmkanal (81) relativ kühles Wasser vom Wärmeaustauscher (74) nach dem Reaktorkern (54) zurückführt.
3. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 2, bei welchem der wenigstens eine Wärmeaustauscher (74) im oberen Bereich des Abströmkanals (81) angeordnet ist.
4. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 3, bei welchem der eine Wärmeaustauscher (74) (oder mehrere Austauscher) ein Dampfgenerator ist.
5. Wassergekühlter Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkühlwasserkreis (64, 81) wenigstens eine Pumpe (80) aufweist, um die Zirkulation des Primärkühlwassers zu unterstützen.
6. Wassergekühlter Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-5, bei welchem der Reaktorkern (54), der Primärkühlkreis (64, 81) und der Druckerzeuger (94) als integrale Baueinheit vom Druckbehälter (52) umschlossen sind und wenigstens ein Gehäuse (70) im Druckbehälter (52) angeordnet ist, um den Druckbehälter (52) in eine erste Kammer (69) und eine zweite Kammer (71) zu unterteilen, wobei Reaktorkern (54) und Primärkühlkreis (64, 81) in der zweiten Kammer (71) und der Druckerzeuger (94) in der ersten Kammer (69) angeordnet sind und das Gehäuse (70) ein Zusammenwirken zwischen dem Wasser im Primärkühlwasserkreis (64, 81) und dem Wasser im Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94) verhindert.
7. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 6, bei welchem der Druckerzeuger (94) einen Abzugstank bildet, der in der ersten Kammer (69) liegt und vom Druckbehälter (52) und dem Gehäuse (70) definiert wird.
8. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem das Gehäuse (70) einen Ringkörper (91) aufweist, der vom Umfangsbereich des Gehäuses nach unten vorsteht, wobei ein Ringkanal (92) zwischen dem Ringkörper (91) des Gehäuses (70) und dem Druckbehälter (52) ausgebildet ist, um Wasser aus dem Wasserraum (104) des Druckerzeugers (94) nach dem Primärkühlkreis (64, 81) zu leiten.
9. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem das Gehäuse (70) einen Ringkörper (91) umfaßt, der sich von einem Umfangsbereich nach unten erstreckt und am Druckbehälter (52) befestigt ist, um einen ringförmigen unteren Abschnitt des Abzugstankes zusammen mit dem Druckbehälter (52) zu bilden.
10. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem das Gehäuse (264) einen Ringkörper (265) umfaßt, der sich von einem Mittelbereich nach unten erstreckt, wobei ein Umfangsbereich des Gehäuses (264) am Druckbehälter (52) festgelegt ist und der Ringkörper (265) an seinem unteren Ende abgedichtet ist, um einen unteren Abschnitt des Abzugstankes zu bilden.
11. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem ein Umfangsbereich des Gehäuses (270) mit dem Druckbehälter (52) verbunden ist.
12. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 6, bei welchem das Gehäuse (70) den Druckbehälter (52) in eine erste vertikal obere Kammer (69) und eine zweite vertikal untere Kammer (71) aufteilt.
13. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 8, bei welchem das Gehäuse einen Bodenteil (354) aufweist, der unter dem Reaktorkern (54) liegt, wobei das Gehäuse (70) den Druckbehälter (52) in eine erste äußere Kammer (69) und eine zweite innere Kammer (71) unterteilt und die zweite innere Kammer (71) im wesentlichen durch das Gehäuse (70) definiert ist.
14. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem wenigstens eine Abzugsöffnung (92, 98) einen unteren Abschnitt des Wasserraums (104) des Abzugstanks (94) mit einem Teil des Abströmkanals (81) im Bereich des Wärmeaustauschers (74) verbindet.
15. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem wenigstens eine Abzugsöffnung (92, 98) einen unteren Abschnitt des Wasserraums (104) des Abzugstanks (94) mit dem Primärkühlwasserkreis (64, 81) im Bereich des Reaktorkerns (54) verbindet.
16. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 15, bei welchem die Abzugsöffnung (92, 98) den unteren Abschnitt des Wasserraums (104) des Abzugstanks (94) mit dem Primärkühlwasserkreis (64, 81) unter dem Reaktorkern (54) verbindet.
17. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 7, bei welchem die Abzugsöffnung (92, 98) einen unteren Abschnitt des Wasserraums (104) des Abzugstanks (94) mit dem unteren Abschnitt des Abströmkanals (81) unter dem Wärmeaustauscher (74) verbindet.
18. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 2, bei welchem der Aufstiegskanal (64) durch einen hohlzylindrischen Körper (62) definiert ist und der Abströmkanal (81) zwischen dem hohlzylindrischen Körper (62) und einem Teil des Druckbehälters (52) definiert ist.
19. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 13, bei welchem der Aufströmkanal (64) von einem hohlzylindrischen Teil (62) und der Abströmkanal (81) von dem hohlzylindrischen Teil (62) und dem Gehäuse (70) definiert wird.
20. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens eine Abzugsöffnung (15) eine zurückspringende Düse aufweist.
21. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens eine Abzugsöffnung eine hydraulische Diode (274) besitzt.
22. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens eine Einrichtung, die zwischen dem Druckerzeuger (94) und dem Primärkühlkreis (64, 81) angeordnet ist, wenigstens ein Rohr aufweist, das wenigstens eine Öffnung im Gehäuse mit dem Dampfraum (104) im Druckerzeuger (94) verbindet.
23. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem diese Einrichtung (93), die in der Verbindung zwischen Druckerzeuger (94) und Primärkühlwasserkreis (64, 81) liegt, eine Sprühdüse (276) aufweist.
24. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 2, bei welchem die Einrichtung (93), die in der Verbindung zwischen Druckerzeuger (94) und Primärkühlwasserkreis (64, 81) liegt, den Dampfraum (102) des Druckerzeugers (94) mit dem Primärkühlwasserkreis (64, 81) über dem Wärmeaustauscher (74) verbindet.
25. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem der wassergekühlte Kernreaktor (50 A) ein integraler Druckwasserreaktor ist.
26. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 25, bei welchem der Druckerzeuger (94 A) eine Heizeinrichtung (95) besitzt, um das Wasser im Wasserraum (104) aufzuheizen.
27. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem der wassergekühlte Kernreaktor (50 B) ein Siedewasserreaktor mit integralem Aufbau und indirektem Zyklus ist und wenigstens eine Leitung (108, 110, 112) den Dampfraum (104) des Druckerzeugers (94 B) mit dem oberen Abschnitt des Primärwasserkühlkreises (64, 81) verbindet und den wirksamen Wasserpegel (86) im Primärwasserkühlkreis (64, 81) verbindet.
28. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 1, bei welchem der Druckerzeuger (494) ein separater Druckerzeuger ist.
29. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 28, bei welchem der wassergekühlte Kernreaktor (150) ein Siedewasserreaktor mit indirektem Zyklus und integralem Aufbau ist und Leitungen (508, 510, 512), die zwischen dem Dampfraum (502) des Druckerzeugers (494) und dem oberen Abschnitt des Primärkühlkreises (64, 81) verlaufen, den wirksamen Wasserspiegel (86) im Primärwasserkühlkreis (64, 81) steuern.
30. Wassergekühlter Kernreaktor nach Anspruch 28, bei welchem der wassergekühlte Kernreaktor (250) ein integraler Druckwasserreaktor ist.
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