DE1489955C

DE1489955C - Steam-cooled nuclear reactor

Info

Publication number: DE1489955C
Authority: DE
Inventors: Arno 7521 Neuthard Schramm Klaus 7500 Karlsruhe Muller
Original assignee: Gesellschaft fur Kernforschung mbH, 7500 Karlsruhe
Publication date: 1971-01-07

Description

I 489 955I 489 955

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Die Erfindung betrifft einen dampf gekühlten Kern- des Schutzbehälters verläuft und einen Dampferzeu-The invention relates to a steam-cooled core of the protective container and a steam generator

reaktor mit einer von einem Schutzbehälter um- ger durchsetzt, in dessen Sekundärkreislauf die Hilfs-reactor with a by a protective vessel interspersed, in the secondary circuit of which the auxiliary

schlossenen Spaltzone, aus der überhitzter Dampf aggregate angeordnet sind.closed gap zone from which the superheated steam units are arranged.

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 derFurther details of the core container described above for energy consumers arranged in a main circuit outside the reactor are explained in more detail, for example, with reference to the drawing flows and in a secondary circuit for energy to a voltage. It shows
Drive turbine of a cooling steam circulation fan and FIG. 1 gives an exemplary embodiment of the additional auxiliary units described above. Such a core-level reactor system with main, secondary and auxiliary reactor is circulated from the USA patent specification 3 175 935,
knows. Fig. 2 shows a circuit of the auxiliary circuit of the

Bei derartigen Reaktoren ist aus Sicherheits- Anlage nach Fig. 1,In such reactors from the safety system according to 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.usually establish a very fast shut-off of the line. Fig. 3 the system similar to FIG that the crevice zone with outside the protective the secondary circuit a heat storage (Löffler container Connect lying system parts, required boiler) is interposed.

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. 1lent if, for example, due to leaks, the device leaves the reactor driving of a release of possibly radioactive main stream of the. Overheated in the fission zone 1 There is steam. On the other hand, after the off steam through line 2, the reactor protective barriers, even if the reactor is also tank 3 and then continues to flow to the power surge is switched off because of the reheat generator 4. A partial flow is generated from this main flow supply of the fuel assemblies, the fissure zone continues to branch off and the outside of the protective container be cooled. arranged steam generator S supplied (in F i g. 1

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse als Einspritzkühler gezeichnet). Im Dampferzeuger 5It is known to meet these requirements drawn as an injection cooler). In the steam generator 5

bei Siede- bzw. Druckwasserreaktoren Notkühlein- wird diesem Teilstrom das im Turbinenkondensator 6In the case of boiling or pressurized water reactors emergency cooling, this partial flow is that in the turbine condenser 6

richtungen bzw. Nebenkreisläufe anzuordnen, die bei aus dem Arbeitsdampf gewonnene und in Speise-to arrange directions or secondary circuits, which are obtained from the working steam and in feed

einem plötzlichen Abschalten des Hauptkühlkreis- 25 wasservorwärmern 7 vorgewärmte Kondensat zuge-a sudden shutdown of the main cooling circuit 25 water preheaters 7 preheated condensate

laufes in Funktion treten (deutsche Auslegeschriften führt. Durch die Mischung dieser beiden Strömerunning into function (German interpretation leads. By mixing these two streams

1145 722, 1 156 516). Aus der deutschen Auslege- wird der für die Kühlung der Spaltzone benötigte1145 722, 1 156 516). The German design becomes the one required for cooling the gap zone

schrift 1 145 722 ist es also bei einem Siedewasser- Dampf mit niedriger Temperatur gewonnen. DieserScripture 1 145 722 is obtained from boiling water vapor at a low temperature. This

reaktor bekannt, daß ein die Wärmekapazität eines Dampf wird von einem Gebläse 8 in die Spaltzone 1reactor known that a the heat capacity of a steam is by a fan 8 in the gap zone 1

Notkühlkreislaufs aufweisender Nebenkreislauf inner- 30 zurückgefördert. Das Gebläse 8 wird von einerEmergency cooling circuit exhibiting secondary circuit within 30 conveyed back. The fan 8 is from a

halb des Schutzbehälters verläuft und einen Wärme- Dampfturbine 9 angetrieben, welche gleichzeitig auchhalf of the protective container runs and a heat steam turbine 9 is driven, which at the same time

austauscher durchsetzt. Diese Notkühleinrichtungen die Speisepumpe 10 antreibt. Die Dampfturbine 9exchangers interspersed. This emergency cooling device drives the feed pump 10. The steam turbine 9

weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Ansprechen kann z. B. mit Dampf aus dem Hilfskreislauf ange-however, have the disadvantage that the response can e.g. B. with steam from the auxiliary circuit

der Einrichtung erst nach einer gewissen »Tot«- bzw. trieben werden.the establishment only after a certain "dead" - or be driven.

»Anlaufzeit« erfolgt. Diese Zeiten, die vom Auf- 35 Der innerhalb des Schutzbehälters angeordnete"Start-up time" takes place. These times, from the 35 The arranged inside the protective container

treten einer Störung an bis zum vollständigen Betrieb Nebenkühlkreislauf besteht im wesentlichen aus derif a fault occurs up to full operation of the secondary cooling circuit essentially consists of the

des Notkreislaufes vergehen, müssen jedoch bei Spaltzone 1, dem Oberflächen-Dampferzeuger 11,of the emergency circuit pass, but must be in crevice zone 1, the surface steam generator 11,

einem dampfgekühlten Reaktor infolge der gegen- dem Umwälzgebläse 12 und den Rohrleitungen 13.a steam-cooled reactor as a result of the opposing circulating fan 12 and the pipes 13.

über Wasser geringen Wärmekapazität des Dampfes In diesem Nebenkühlkreislauf wird mit Hilfe desover water low heat capacity of the steam In this secondary cooling circuit with the help of the

so kurz wie möglich gehalten werden. Es ist weiter- 40 Gebläses 12 ein Teilstrom des Reaktorkühldampfesbe kept as short as possible. Furthermore, the fan 12 is a partial flow of the reactor cooling steam

hin bekannt, Nebenkreisläufe zum Hauptkreislauf an umgewälzt und auf diese Weise im DampferzeugerKnown back, secondary circuits to the main circuit are circulated and in this way in the steam generator

einem dampfgekühlten Reaktor vorzusehen, welche 11 nichtradioaktiver Dampf erzeugt. Der Druck desto provide a steam-cooled reactor which generates 11 non-radioactive steam. The pressure of the

Energie an Nutz- bzw. Hilfsaggregate abgeben, und in dem Hilfskreislauf erzeugten SekundärdampfesDeliver energy to useful or auxiliary units, and secondary steam generated in the auxiliary circuit

in den sich wieder mit dem Hauptkreislauf vereini- kann weitgehend unabhängig vom Druck des Primär-in which it reunites with the main circuit - it can be largely independent of the pressure of the primary

genden Nebenkreislauf einen Löffler-Kessel einzu- 45 kreislaufes gewählt werden. Er wird so gewählt, daßA Löffler boiler can be selected in the secondary circuit. He is chosen so that

schalten (USA.-Patent 3 175 953). Diese Nebenkreis- der Sekundärdampf ohne Zwischenüberhitzung in einerswitch (U.S. Patent 3,175,953). This secondary circuit - the secondary steam without reheating in one

laufe sind jedoch nicht in der Lage, die Funktion Turbine entspannt werden kann. Bei der in F i g. 1However, the barrels are not able to relax the turbine function. In the case of the in FIG. 1

einer Notkühleinrichtung zu übernehmen, da sie bei gezeichneten Anlage wird der Sekundärdampf derto take over an emergency cooling device, as it is the secondary steam of the system drawn

einem durch eventuellen radioaktiven Austritt er- Antriebsturbine 9 als Sperrdampf den Stopfbuchsena possible radioactive leakage drive turbine 9 as sealing steam to the stuffing boxes

folgten Abschalten des Hauptkreislaufes mitabge- 50 des Hauptgebläses 8 und außerdem einem Hilfs-followed by switching off the main circuit with the 50 main fan 8 and also an auxiliary

schaltet werden müssen. Dieses Abschalten muß turbogenerator 14 zugeführt. Dieser nichtradioaktivehave to be switched. This shutdown must turbo generator 14 supplied. This non-radioactive

einerseits aus dem Grund erfolgen, eine radioaktive Sekundärdampf aus dem Hilfskreislauf kann darübertake place on the one hand for the reason, a radioactive secondary steam from the auxiliary circuit can over it

Verseuchung der Nutzaggregate zu vermeiden, ande- hinaus für die verschiedensten weiteren BedürfnisseTo avoid contamination of the utility units, and also for a wide variety of other needs

rerseits deswegen, um Strahlenschäden beim Bedie- des Kraftwerkes verwendet werden. Dies hat denon the other hand, it is used to prevent radiation damage when operating the power plant. This has the

nungspersonal des Reaktors zu vermeiden, da die 55 Vorteil, daß an den betreffenden Dampfverbrauche.rnoperating personnel of the reactor, as the 55 advantage that at the steam consumption concerned

Nebenkreisläufe nicht innerhalb des Reaktorschutz- keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen ergriffenSecondary circuits not within the reactor protection - no additional safety measures taken

behälters geführt sind. werden müssen und vor allem die Dampfversorgungcontainer are performed. and especially the steam supply

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch dann nicht unterbrochen wird, wenn im FalleThe invention is based on the object, even if the case is not interrupted

- einen dampfgekühlten Reaktor zu schaffen, der bei einer Radioaktivitätsfreisetzung die äußeren Haupt-- to create a steam-cooled reactor which, in the event of a radioactivity release, would remove the main outer

jedem Betriebszustand, insbesondere jedoch bei 60 kühlsysteme abgeschaltet werden müssen. In diesemevery operating state, but especially at 60 cooling systems must be switched off. In this

einem plötzlichen Ausfall der außerhalb des Schutz- Fall wird die Kühlung der Spaltzone allein durchA sudden failure of the outside of the protection case will cool the gap zone alone

behälters liegenden Heißdampfverbraucher, eine aus- den innerhalb des Schutzbehälters angeordnetensuperheated steam consumer lying in the container, one of which is arranged within the protective container

reichende Kühlung der Spaltzone gewährleistet, wo- Nebenkreislauf durchgeführt, wodurch der BetriebSufficient cooling of the crevice zone is ensured where- secondary circulation is carried out, which means that the operation

bei jedoch ein Austreten von eventuell radioaktivem des Hilfskreislaufes in vollem Umfang aufrecht-However, in the event of any leakage of possibly radioactive material from the auxiliary circuit, it is fully maintained.

Dampf vermieden wird. 65 erhalten werden kann.Steam is avoided. 65 can be obtained.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Er- Der Nebenkreislauf kann auch gleichzeitig zumThe solution to this problem is according to the principle. The secondary circuit can also be used at the same time

findung darin, daß der die Wärmekapazität eines Not- Anfahren der Gesamtanlage benutzt werden. Dazufinding that the heat capacity of an emergency start-up of the entire system can be used. In addition

kühlkreislaufes aufweisende Nebenkreislauf innerhalb wird die Anlage zunächst bei vollkommen geschlos-cooling circuit having secondary circuit within the system is initially completely closed

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.This main circuit is brought to a certain partial load and full temperatures. Only when proven is that the radioactivity of the cooling steam has a sufficiently low value, the Main circuit switched on and the main turbine 4 put into operation.

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.In Fig. 1 only a main and a secondary circuit were drawn. All explanations apply of course also for systems in which several circuits are connected in parallel. as well The pump and fan drive type shown represents only one version. The feed pump 10 and the fan 8 could also be powered by its own drive machine, for example an electric motor, are driven.

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.From Fig. 2, the fan 12 is driven by a back pressure turbine 15 which is connected upstream of the other steam consumers in the auxiliary circuit. In this case, an auxiliary boiler 16 is provided for starting up the system. The turbine drive, however, has the advantage that the operational reliability of the secondary cooling circuit is guaranteed even if the interior of the protective container is filled with water or water vapor as a result of an operational malfunction.

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.In the case of the system according to FIG. 3 is also in the secondary circuit arranged in the protective container a Löffler boiler 17 is switched on as a steam accumulator. This is able to absorb excess amounts of heat take up under pressure increase in the system and can at the same time to generate a Part of the reactor cooling steam can be used. In this case, it is fed via line 18 fed. In addition, however, the Löffler boiler offers other advantages. The water can used once to open the entire reactor for the water loading process flood, and on the other hand offers the possibility of failure of all steam fans - a case that occurs with Electric drive of the fan is conceivable - to dissipate the residual heat from the gap zone for a certain time. In this case, a drain valve 19 on the coolant outlet line of the secondary circuit opened, the reactor coolant escaping from the system and flowing through the gap zone. The resulting drop in pressure causes re-evaporation in the Löffler boiler, see above that in addition to the original steam filling of the circuit, a certain part of the water filling of the Löffler boiler escapes in vapor form. The escaping steam can in a condenser, which z. B. is arranged within the reactor protection container 3, are condensed.

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., derThe main advantage that can be achieved with the nuclear reactor described above is that at In the event of a malfunction, no additional measures are required to achieve a delay-free To ensure emergency cooling of the cleavage zone, since it has the heat capacity of an emergency cooling circuit The auxiliary cooling circuit remains in constant operation. In this way, it is also possible to continuously monitor the functioning of the emergency circuit. the Advantages of the direct steam cycle - d. h., the

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.ίο in the split zone superheated steam is directly one Utility unit supplied - are fully retained without the protective container for receiving the Secondary cooling circuit must be expanded significantly. In addition, the auxiliary cooling circuit is available via the connected auxiliary circuit of non-radioactive steam is available, whereby the Safety measures on the auxiliary units and other steam consumers that are independent of the main circuit can be reduced significantly. To this extent, the invention bears the economic point of view Invoice, as the amount of heat dissipated by the secondary circuit is usefully used and therefore no longer represents a loss.

Claims

Patent claims:

1. Steam-cooled nuclear reactor with a cleavage zone enclosed by a protective container, from which superheated steam flows in a main circuit outside the protective container arranged energy consumers and in a secondary circuit emits energy to a drive turbine of a cooling steam circulating fan and other auxiliary units, characterized in that the heat capacity of an emergency cooling circuit having secondary circuit (1,11,12,13) runs within the protective container (3) and passes through a steam generator (11), in the secondary circuit of which the auxiliary units (9,15) are arranged.

2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the secondary circuit of the Steam generator (11) an auxiliary boiler (16) for starting up the nuclear reactor is connected.

3. Nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that in the secondary circuit behind the steam generator (11) in the flow direction of the steam first a drive unit (15) of a coolant fan (12) for the secondary circuit and then the remaining auxiliary units are arranged.

4. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that additionally in the secondary circuit at least one Löffler boiler (17) is switched on.

1 sheet of drawings