DE1489955C - Dampfgekuhlter Kernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen dampf gekühlten Kern- des Schutzbehälters verläuft und einen Dampferzeu-

reaktor mit einer von einem Schutzbehälter um- ger durchsetzt, in dessen Sekundärkreislauf die Hilfs-

schlossenen Spaltzone, aus der überhitzter Dampf aggregate angeordnet sind.

in einem Hauptkreislauf außerhalb des Schutz- Weitere Einzelheiten des oben beschriebenen Kernbehälters angeordneten Energieverbrauchern zu- 5 reaktors werden beispielsweise an Hand der Zeichströmt und in einem Nebenkreislauf Energie an eine nungen näher erläutert. Es zeigt
Antriebsturbine eines Kühldampfumwälzgebläses und F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der oben beschrieweitere Hilfsaggregate abgibt. Ein derartiger Kern- benen Reaktoranlage mit Haupt-, Neben- und Hilfsreaktor ist aus der USA.-Patentschrift 3 175 935 be- kreislauf,
kannt. io Fig. 2 eine Schaltung · des Hilfskreislaufes der

Bei derartigen Reaktoren ist aus Sicherheits- Anlage nach Fig. 1,

gründen meist ein sehr schnelles Absperren der Lei- Fig. 3 die Anlage ähnlich der Fig. 1, wobei in tungen, die die Spaltzone mit außerhalb des Schutz- den Nebenkreislauf ein Wärmespeicher (Löfflerbehälters liegenden Anlageteilen verbinden, erforder- Kessel) zwischengeschaltet ist.

lieh, wenn z.B. infolge von Undichtigkeiten die Ge- 15 Bei der Reaktoranlage nach Fig. 1 verläßt ein fahr eines Freisetzens von eventuell radioaktivem Hauptstrom des. in der Spaltzone 1 überhitzten Dampf besteht. Andererseits muß nach dem Ab- Dampfes durch die Leitung 2 den Reaktor-Schutzsperren, auch wenn der Reaktor gleichzeitig eben- behälter 3 und strömt dann weiter zur Leistungsturfalls abgeschaltet wird, wegen der Nachwärmeerzeu- bine 4. Von diesem Hauptstrom wird ein Teilstrom gung der Brennelemente die Spaltzone weiterhin 20 abgezweigt und dem außerhalb des Schutzbehälters gekühlt werden. angeordneten Dampferzeuger S zugeführt (in F i g. 1

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse als Einspritzkühler gezeichnet). Im Dampferzeuger 5

bei Siede- bzw. Druckwasserreaktoren Notkühlein- wird diesem Teilstrom das im Turbinenkondensator 6

richtungen bzw. Nebenkreisläufe anzuordnen, die bei aus dem Arbeitsdampf gewonnene und in Speise-

einem plötzlichen Abschalten des Hauptkühlkreis- 25 wasservorwärmern 7 vorgewärmte Kondensat zuge-

laufes in Funktion treten (deutsche Auslegeschriften führt. Durch die Mischung dieser beiden Ströme

1145 722, 1 156 516). Aus der deutschen Auslege- wird der für die Kühlung der Spaltzone benötigte

schrift 1 145 722 ist es also bei einem Siedewasser- Dampf mit niedriger Temperatur gewonnen. Dieser

reaktor bekannt, daß ein die Wärmekapazität eines Dampf wird von einem Gebläse 8 in die Spaltzone 1

Notkühlkreislaufs aufweisender Nebenkreislauf inner- 30 zurückgefördert. Das Gebläse 8 wird von einer

halb des Schutzbehälters verläuft und einen Wärme- Dampfturbine 9 angetrieben, welche gleichzeitig auch

austauscher durchsetzt. Diese Notkühleinrichtungen die Speisepumpe 10 antreibt. Die Dampfturbine 9

weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Ansprechen kann z. B. mit Dampf aus dem Hilfskreislauf ange-

der Einrichtung erst nach einer gewissen »Tot«- bzw. trieben werden.

»Anlaufzeit« erfolgt. Diese Zeiten, die vom Auf- 35 Der innerhalb des Schutzbehälters angeordnete

treten einer Störung an bis zum vollständigen Betrieb Nebenkühlkreislauf besteht im wesentlichen aus der

des Notkreislaufes vergehen, müssen jedoch bei Spaltzone 1, dem Oberflächen-Dampferzeuger 11,

einem dampfgekühlten Reaktor infolge der gegen- dem Umwälzgebläse 12 und den Rohrleitungen 13.

über Wasser geringen Wärmekapazität des Dampfes In diesem Nebenkühlkreislauf wird mit Hilfe des

so kurz wie möglich gehalten werden. Es ist weiter- 40 Gebläses 12 ein Teilstrom des Reaktorkühldampfes

hin bekannt, Nebenkreisläufe zum Hauptkreislauf an umgewälzt und auf diese Weise im Dampferzeuger

einem dampfgekühlten Reaktor vorzusehen, welche 11 nichtradioaktiver Dampf erzeugt. Der Druck des

Energie an Nutz- bzw. Hilfsaggregate abgeben, und in dem Hilfskreislauf erzeugten Sekundärdampfes

in den sich wieder mit dem Hauptkreislauf vereini- kann weitgehend unabhängig vom Druck des Primär-

genden Nebenkreislauf einen Löffler-Kessel einzu- 45 kreislaufes gewählt werden. Er wird so gewählt, daß

schalten (USA.-Patent 3 175 953). Diese Nebenkreis- der Sekundärdampf ohne Zwischenüberhitzung in einer

laufe sind jedoch nicht in der Lage, die Funktion Turbine entspannt werden kann. Bei der in F i g. 1

einer Notkühleinrichtung zu übernehmen, da sie bei gezeichneten Anlage wird der Sekundärdampf der

einem durch eventuellen radioaktiven Austritt er- Antriebsturbine 9 als Sperrdampf den Stopfbuchsen

folgten Abschalten des Hauptkreislaufes mitabge- 50 des Hauptgebläses 8 und außerdem einem Hilfs-

schaltet werden müssen. Dieses Abschalten muß turbogenerator 14 zugeführt. Dieser nichtradioaktive

einerseits aus dem Grund erfolgen, eine radioaktive Sekundärdampf aus dem Hilfskreislauf kann darüber

Verseuchung der Nutzaggregate zu vermeiden, ande- hinaus für die verschiedensten weiteren Bedürfnisse

rerseits deswegen, um Strahlenschäden beim Bedie- des Kraftwerkes verwendet werden. Dies hat den

nungspersonal des Reaktors zu vermeiden, da die 55 Vorteil, daß an den betreffenden Dampfverbrauche.rn

Nebenkreisläufe nicht innerhalb des Reaktorschutz- keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen ergriffen

behälters geführt sind. werden müssen und vor allem die Dampfversorgung

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch dann nicht unterbrochen wird, wenn im Falle

- einen dampfgekühlten Reaktor zu schaffen, der bei einer Radioaktivitätsfreisetzung die äußeren Haupt-

jedem Betriebszustand, insbesondere jedoch bei 60 kühlsysteme abgeschaltet werden müssen. In diesem

einem plötzlichen Ausfall der außerhalb des Schutz- Fall wird die Kühlung der Spaltzone allein durch

behälters liegenden Heißdampfverbraucher, eine aus- den innerhalb des Schutzbehälters angeordneten

reichende Kühlung der Spaltzone gewährleistet, wo- Nebenkreislauf durchgeführt, wodurch der Betrieb

bei jedoch ein Austreten von eventuell radioaktivem des Hilfskreislaufes in vollem Umfang aufrecht-

Dampf vermieden wird. 65 erhalten werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Er- Der Nebenkreislauf kann auch gleichzeitig zum

findung darin, daß der die Wärmekapazität eines Not- Anfahren der Gesamtanlage benutzt werden. Dazu

kühlkreislaufes aufweisende Nebenkreislauf innerhalb wird die Anlage zunächst bei vollkommen geschlos-

senem Hauptkreislauf auf eine gewisse Teillast und auf volle Temperaturen gebracht. Erst wenn nachgewiesen ist, daß die Radioaktivität des Kühldampfes einen ausreichend niedrigen Wert hat, wird der Hauptkreislauf zugeschaltet und die Hauptturbine 4 in Betrieb genommen.

In F i g. 1 wurden lediglich ein Haupt- und ein Nebenkreislauf gezeichnet. Alle Erläuterungen gelten selbstverständlich auch für Anlagen, bei denen mehrere Kreisläufe parallel geschaltet sind. Ebenso stellt die gezeichnete Pumpen- und Gebläseantriebsart nur eine Ausführung dar. Die Speisepumpe 10 und das Gebläse 8 könnten aber auch von einer eigenen Antriebsmaschine, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben werden.

Aus F i g. 2 erfolgt der Antrieb des Gebläses 12 durch eine Gegendruckturbine 15, die in dem Hilfskreislauf den übrigen Dampfverbrauchern vorgeschaltet ist. In diesem Fall ist für das Anfahren der Anlage ein Hilfskessel 16 vorgesehen. Der Turbinenantrieb hat jedoch den Vorteil, daß die Betriebssicherheit des Nebenkühlkreislaufes auch gewährleistet ist, wenn das Innere des Schutzbehälters infolge einer Betriebsstörung mit Wasser oder Wasserdampf gefüllt ist.

Bei der Anlage nach der F i g. 3 ist in dem im Schutzbehälter angeordneten Nebenkreislauf zusätzlich ein Löffler-Kessel 17 als Dampfspeicher eingeschaltet. Dieser ist in der Lage, überschüssige Wärmemengen unter Drucksteigerung im System aufzunehmen und kann gleichzeitig zur Erzeugung eines Teiles des Reaktorkühldampfes verwendet werden. In diesem Fall wird ihm über die Leitung 18 Speisewasser zugeführt. Darüber hinaus jedoch bietet der Löffler-Kessel weitere Vorteile. Das Wasser kann einmal dazu verwendet werden, den gesamten Reaktor für den Beschickungsvorgang mit Wasser zu fluten, und bietet andererseits die Möglichkeit, bei Ausfall aller Dampfgebläse — ein Fall, der bei Elektroantrieb der Gebläse denkbar ist — für eine gewisse Zeit die Nachwärme aus der Spaltzone abzuführen. In diesem Fall wird ein Ablaßventil 19 an der Kühlrnittelaustrittsleitung des Nebenkreislaufes geöffnet, wobei das Reaktorkühlmittel aus dem System entweicht und dabei die Spaltzone durchströmt. Die eintretende Druckabsenkung verursacht dabei eine Nachverdampfung im Löffler-Kessel, so daß außer der ursprünglichen Dampffüllung des Kreislaufes ein gewisser Teil der Wasserfüllung des Löffler-Kessels in Dampfform entweicht. Der austretende Dampf kann in einem Kondensator, der z. B. innerhalb des Reaktorschutzbehälters 3 angeordnet ist, kondensiert werden.

Der wesentliche mit dem oben beschriebenen Kernreaktor erzielbare Vorteil besteht darin, daß bei einer Betriebsstörung keinerlei zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, um eine verzugszeitfreie Notkühlung der Spaltzone zu gewährleisten, da der die Wärmekapazität eines Notkühlkreislaufes aufweisende Nebenkühlkreislauf ständig in Betrieb bleibt. Dadurch läßt sich außerdem eine ständige Funktionsüberwachung des Notkreislaufes durchführen. Die Vorteile des direkten Dampfkreislaufes — d. h., der

ίο in der Spaltzone überhitzte Dampf wird direkt einem Nutzaggregat zugeführt — bleiben voll erhalten, ohne daß der Schutzbehälter zur Aufnahme des Nebenkühlkreislaufes wesentlich erweitert werden muß. Außerdem steht über den an den Nebenkühlkreislauf angeschlossenen Hilfskreislauf nichtradioaktiver Dampf zur Verfügung, wodurch sich die Sicherheitsmaßnahmen an den Hilfsaggregaten und sonstigen vom Hauptkreislauf unabhängigen Dampfverbrauchern wesentlich reduzieren lassen. Den wirtschaftlichen Gesichtspunkten trägt die Erfindung insofern Rechnung, als die durch den Nebenkreislauf abgeführte Wärmemenge nutzbringend verwertet wird und somit keinen Verlust mehr darstellt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dampf gekühlter Kernreaktor mit einer von einem Schutzbehälter umschlossenen Spaltzone, aus der überhitzter Dampf in einem Hauptkreislauf außerhalb des Schutzbehälters angeordneten Energieverbrauchern zuströmt und in einem Nebenkreislauf Energie an eine Antriebsturbine eines Kühldampfumwälzgebläses und weitere Hilfsaggregate abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wärmekapazität eines Notkühlkreislaufes aufweisende Nebenkreislauf (1,11,12,13) innerhalb des Schutzbehälters (3) verläuft und einen Dampferzeuger (11) durchsetzt, in dessen Sekundärkreislauf die Hilfsaggregate (9,15) angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sekundärkreislauf des Dampferzeugers (11) ein Hilfskessel (16) zum Anfahren des Kernreaktors angeschlossen ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sekundärkreislauf hinter dem Dampferzeuger (11) in Strömungsrichtung des Dampfes zunächst ein Antriebsaggregat (15) eines Kühlmittelgebläses (12) für den Nebenkreislauf und anschließend die restlichen Hilfsaggregate angeordnet sind.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nebenkreislauf zusätzlich mindestens ein Löffler-Kessel (17) eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen