COOLING FOR A NUCLEAR REACTOR CLOSURE OPERABLE BY NATURAL CONVECTION

Abstract: 1. A liquid metal cooled nuclear reactor disposed in a building (17) with the reactor vessel (1) being sealed off by a cover (6, 7, 8), which is connected to at least one cooling circuit (10, 11, 12) operated by means of blowers (9), the inlet and outlet duct of the cooling circuit (10, 11, 12) being disposed at a different height (a), characterised in that, in the event of stoppage of the blowers (9), flaps (16 or 23) may be opened in the cooling circuits (10, 11, 12) which release connections between the interior of the outlet or inlet duct and the interior of the building (17), and flaps (16 or 23) may be closed, closing off the connection to the blowers and the remaining parts of the cooling circuits.

Description: Im Naturumlauf betreibbare Kernreaktor-Deckelkühlung Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigmetallgekühlten Kernreaktor nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Dabei wird als Flüssigmetall üblicherweise flüssiges Natrium verwendet, das den Reaktorbehälter bis nahe unter dessen Deckel füllt und sich während des Betriebes auf Temperaturen um 5500 C befindet. Der Reaktordeckel, der aus einem festen Teil (dem sogenannten "Dach") und exzentrisch darin angeordneten Drehdeckeln bestehen kann, wird dabei erheblichen Belastungen durch die Wärmestrahlung des Kühlmittels sowie durch Konvektion des Schutzgases ausgesetzt. Zur Sicherung ihrer Integrität sind die einzelnen Deckelteile an einem mit Gas, vorzugsweise Luft, betriebenen Kühlkreislauf angeschlossen, der mit Hilfe von elektrisch angetriebenen Gebläsen aufrecht erhalten wird. Bei bisher ausgeführten Anlagen dieser Art (SNR 300, Phenix, Super-Phenix) ist davon ausgegangen worden, dass zur Aufrechterhaltung eines Kühlmittelumlaufes, der zur Abfuhr der im abgeschalteten Reaktor erzeugten Nachzerfallswärme ausreicht, die Kühlmittelpumpen wenn auch mit verminderter Leistung weiterbetrieben werden müssen. Zur Energieversorgung dieser Pumpen und auch der oben erwähnten Gebläse für die Deckelkühlung stehen bei unterstelltem Ausfall des Netzes besondere Notstromerzeuger zur Verfügung. Sollen diese immerhin aufwendigen Anlageteile eingespart werden, so muss nicht nur ein Umlauf des Kühlmittels durch Naturkonvektion sichergestellt sein (was nicht Gegen stand dieser Erfindung ist), sondernauch eine ebenfalls im Naturumlauf betriebene Deckelkühlung, die ausreicht, um eine Erhitzung des Deckels auf eine noch zulässige Temperatur zu begrenzen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Ausgestaltung der bekannten Einrichtungen zur Kühlung des Deckels von Kernreaktoren der beschriebenen Art dahingehend, dass sie bei Ausfall der Gebläse und abgeschaltetem Reaktor auch im Naturumlauf betrieben werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Mittel. Das Ingangsetzen und Aufrechterhalten eines durch Naturkonvektion betriebenen Kühlgas-Kreislaufes wird dadurch ermöglicht, dass dieser kurzgeschlossen wird unter Umgehung der stillstehenden Geblase, Wärmetauscher und Armaturen und der zu ihnen führenden Leitungen, die wegen der Anordnung vieler anderer betriebswichtiqer Teile auf dem Kernreaktordeckel einen abgewinkelten und zum Teil auch auf unterschiedlicher geodätischer Höhe liegenden Verlauf nehmen müssen. Da die Luft beim Durchströmen des Kühlkreislaufes nicht aufaktiviert wird oder mit dem Kühlmittel in Berührung kommt, bildet diese erwärmte Luft keine Gefahr für das Bedienungspersonal und kann unbedenklich in das Innere des Kernreaktorgebäudes abgeblasen werden; von hier aus wird auch die abgekühlte Luft wieder angesaugt. Es versteht. sich von selbst, dass der Höhenstand zwischen der Einlass- und Auslassleitung des Kühlkreislaufes so gross bemessen sein muss, dass in diesem ein durch Naturkonvektion angetriebener Kreislauf auch innerhalb einer angemessenen Zeit (z. B. 1 Stunde) in Gang kommt, während derer die Temperatur des Deckels von der Betriebstemperatur auf die zulässige Höhe steigen kann. Lassen die baulichen Gegebenheiten im Einzelfalle einen solchen ausreichenden Abstand der beiden Leitungen der Höhe nach nicht zu, so empfiehlt sich die im zweiten Anspruch angegebene Ausgestaltung der Erfindung. Aus Platzgründen besteht ein Kühlkreislauf der beschriebenen Art aus einer in erheblichem Abstand (z. B. von 7 m) über dem Deckel angeordneten Hauptleitung, die über im wesentlichen senkrecht verlaufende Stichleitungen mit einzelnen, je für sich kühlbaren Sektoren des Deckels in Verbindung stehen. Begünstigt diese Höhendifferenz schon an sich das Ingangkommen einer Konvektionsströmung, so kann dies dadurch unterstützt werden, dass eine im Normalbetrieb geschlossene, nahe dem unteren Ende der einen Leitung eines Stichleitungspaares angebrachte Klappe erst geöffnet und nach Ingangkommen der Zirkulation wieder geschlossen wird. Da für diesen Vorgang wie oben ausgeführt, erhebliche Zeit zur Verfügung steht, kann die Bedienung der Klappen von Hand erfolgen, wobei diese in bekannter Weise durch Gegengewichte oder Federn unterstützt werden kann. Auf automatische Betätigungsvorrichtungen kann verzichtet werden. Die genannte Zeitspanne reicht auch aus, um entsprechend der im dritten Anspruch vorgeschlagenen Ausgestaltung der Erfindung Kamine (wobei es sich um einfache Blechkonstruktionen handeln kann) auf die zum Gebäudeinneren hin geöffneten Klappen zu setzen, wodurch eine Beschleunigung der Zirkulation erzielt werden kann. Die Kamine, die wegen der Behinderung anderer Arbeiten im Normalbetrieb zweckmässigerweise nicht auf dem Drechdeckel angebracht werden, können mittels der im Reaktorgebäude ohnehin vorhandenen Hebezeuge bei Bedarf an ihren Einsatzort gebracht werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen mit der erfindungsgemässen Deckel kühlung versehenen Kernreaktor im Längs axialschnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 2 und Fig. 2 einen Teil einer Daraufsicht und einen Teil eines Querschnittes entsprechen den Linien Il-Il der Fig. 1 und Fig. 3 in vergrössertem Massstab die Einzelheit III der Fig. 1. In einem Reaktortank 1, der bis zu einem Betriebsspiegel 2 mit flüssigem Natrium gefüllt ist, ist ein Reaktorkern 3 angeordnet. Die in diesem erzeugte Wärme wird im Normalbetrieb in Zwischenwärmetauschern 4 an ein Sekundärfluid, meist ebenfalls Natrium, abgegeben. Der Kühlkreislauf im Reaktortank 1 wird durch Pumpen 5 aufrecht erhalten. Der Reaktortank 1 ist nach oben durch einen Deckel 6 verschlossen, in den ein erster, grosser Drehdeckel 7 eingelassen ist, der wiederum einen zweiten, kleineren Drehdeckel 8 exzentrisch umfasst. Die vom Natriumspiegel 2 an das Deckel system 6 - 8 abge gebene Hitze wird durch eine besondere, für jeden Deckelteil einzeln vorhandene Kühleinrichtung abgeführt. Diese besteht aus einem hier nur schematisch angedeuteten Gebläse 9 und je einer Ringleitung 10 (für den Festdeckel 6), 11 (für den grossen Drehdeckel 7) und 12 (für den kleinen Drehdeckel 8). Dabei sind die einzelnen Drehdeckel in voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt (für den Festdeckel 6 in der Fig. 2 beispielhaft durch Schraffieren kenntlich gemacht), deren jeder über Stichleitungen 13, 14, 15 mit dem dazugehörigen Ringkanal 10, 11, 12 verbunden ist. Jeder der Ringkanäle 10, 11, 12 ist in zwei übereinander an geordnete Hälften aufgeteilt, deren eine den Zustrom und deren andere den Abstrom der Kühlluft aufnimmt. Dabei sollten die beiden Kanalhälften, wenn dies die beengten Platzverhältnisse oberhalb des Drehdeckelsystems 6, 7, 8 zulassen, in der vertikalen um ein möglichst grosses Mass a voneinander entfernt angeordnet sein. Beim Ausfall der Netzversorgung für den Reaktor, die zu einem Abschalten desselben führt, erfolgt die Abfuhr der Nachzerfallswärme weiterhin über besondere Tauchwärmetauscher 22, jetzt jedoch durch reine Naturkonvektion im Reaktortank 1, da ja das Kühlmittel nicht mehr durch die Pumpen 5 in Umlauf versetzt wird. Ebenso muss die Kühlung des Deckelsystems 6, 7, 8 ohne Zuhilfenahme der Gebläse 9 fortgesetzt werden (das den Reaktortank 1 füllende Kühlmittel 2 kann zunächst sogar seine Temperatur erhöhen und damit auch die Wärmebelastung des Dekkelsystems). Das Aufkommen einer die Wärmeabfuhr bewerkstelligenden Konvektionsströmung wird begünstigt einmal durch die oben angesprochene An ordnung der beiden Stränge der Ringkanäle 10, 11, 12 auf verschiedener geodätischer Höhe und durch die Anordnung von Klappen 16, 23 in jedem Ringkanal, die während des Reaktorbetriebes eine an der Oberseite jedes Ringkanals 10, 11, 12 angebrachte Öffnung verschliessen und nur bei dem angesprochenen Störfall in ihre zweite, gestrichelte Lage geklappt werden; sie schliessen dann den jeweiligen Ringkanal kurz, so dass die Luftströmung unmittelbar aus dem Inneren eines den Kernreaktor umgebenden Gebäudes 17 ein- und auch wieder in dieses austreten kann. Ebenfalls begünstigt wird das Auftreten einer Konvektionsströmung durch den senkrechten Abstand zwischen dem an der Unterseite jedes Deckels 6, 7, 8 angebrachten eigentlichen Kühlraum 18 und dem dazugehörigen Ringkanal 10, 11, 12. Eine gleichmässige Verteilung der Kühlluftströmung wird durch ein den Raum 18 nach oben begrenzendes Düsenblech 19 gewährleistet. Zunächst wird die warme Luft das Bestreben haben, in beiden Zweigen der Stichleitungen 13, 14, 15 aufzusteigen, wodurch das Ingangkommen einer in einer definierten Richtung sich vollziehenden Zirkulation eher behindert wird. Daher ist in einer der Leitung eine weitere, nach aussen, d. h. ebenfalls in das Innere des Reaktorge bäudes 17 öffnende Klappe 20 eingebaut, die während des normalen Reaktorbetriebes geschlossen bleibt. Soll das Ingangkommen der Zirkulation beschleunigt werden, so wird die Klappe 20 geöffnet und erst wieder geschlossen, wenn die heisse Luft in der anderen Leitung (hier der rechten) soweit aufgestiegen ist, dass bei Uberschreitung der Öffnung der Klappe 20 die Luftzirkulation sofort mit nennenswertem Durchsatz einsetzt. Reicht dieser Durchsatz nicht aus, um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten, so kann der Zug dadurch verbessert werden, dass auf die obengelegenen Stränge der Ringleitungen 10, 11, 12 im Bereich der die Öffnungen freigebenden Klappen 16 zusätzliche, quasi dicht abschliessende Kamine 21 eingesetzt werden.

Claims: Im Naturumlauf betreibbare Kernreaktor-Deckelkühlung Patentansprüche 1. In einem Gebäude (17) angeordneter fltssigmetall- gekühlter Kernreaktor mit einem den Reaktorbehälter (1) abschliessenden Deckel (6, 7, 8), der an mindestens einen mit Hilfe von Gebläsen (9) betriebenen Kühlkreislauf (10, 11, 12) angeschlossen ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Einlass- und Auslassleitung der Kühlkreisläufe (10, 11, 12) sind in unterschiedlicher Höhe (a) ange ordnet. b) In den Kühlkreisläufen (10, 11, 12) sind bei Stillstand der Gebläse (9) Klappen (16, 23) öffenbar, die Ver bindungen zwischen dem Inneren der Leitung und dem Inneren des Gebäudes (17) freigeben, und Klappen (16, 22) schliessbar, die die Verbindung zu den Gebläsen und dem übrigen Kühlkreislauf ab sperren. 2. Reaktor nach Anspruch 1, mit zu einzelnen Elementen des Deckels (6, 7, 8) führenden, von den Kühlkreislauf-Hauptleitungen (10, 11, 12) abzweigenden Stichleitungen (13, 14, 15), dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Stichleitungen (13, 14, 15) eine bei Stillstand der Gebläse (9) nacheinander öffen- und schliessbare weitere Klappe (20) vorhanden ist. 3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zum Inneren des Gebäudes (17) offenen Klappen (16) der jeweils höher gelegenen leitung jedes Kühlkreislaufes (10, 11 12) Kamine (21' aufsetzbar sind.

Inventors: WAGNER, JURGEN, DIPL.-ING., Wagner, Jürgen, Dipl.-Ing.
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1985
Main classification: G21C15
IPC codes: G21C15, G21C13