核技术装置以及运行该核技术装置的方法

技术领域

本发明涉及一种核技术装置，尤其是沸水反应堆装置以及该装置的运行方法。

背景技术

在现有的沸水反应堆装置中，设置注水池以作为冷却液的贮液器，该冷却液在需要时用于冷却反应堆。由此，注水池一般来讲是这样设置的：使得制冷剂仅通过重力而不应用有源部件，如泵，流入到所希望的位置。在该沸水反应堆装置中进一步设置有冷凝室，该冷凝室是现有沸水反应堆装置的制冷系统的重要组成部分。该制冷系统是为了控制制冷剂损耗干扰(故障)情况而设置的，在该制冷系统中，安全室内的大量蒸汽可以放出到所谓的压力室中。所放出的蒸汽被导入到冷凝室用于冷凝。为此设置有如弗拉姆埃特姆ANP(Framatome ANP)的SWR-1000构思方案中的无源作用的系统，其中不含外部能量供应和有源部件。更确切的说，设置有多个冷凝管，其在超过压力室中的一定的高压时打开了冷凝室中的流体路径，从而使得蒸汽引入到冷凝室中。为了实现制冷系统的功能，在压力室形成高压是必要的。换句话说，即冷凝室相对于压力室之间必须是气密性封闭的，从而确保通过冷凝管可靠地引入蒸汽。

在正常运行时，将热量输送到注水池中的制冷剂中，以使在一定的间隔内必须将制冷剂冷却。为此通常设置自己的冷却循环。

发明内容

本发明目的在于确保核技术装置的可靠运行。

根据本发明，该目的是这样实现的，即通过一种核技术装置，尤其是沸水反应堆装置来实现的，该沸水反应堆装置具有：被设置用于冷却液的注水池、冷凝室以及被设置的从注水池到冷凝室用于多余冷却液的溢流装置。

该设计基于这样的考虑，为了冷却注水池中的冷却液，引入冷的冷却液，此时无需注水池中单独的用于冷却水的冷却水循环。多余的热的冷却液通过溢流装置输送到冷凝室中。通过这种措施，无需设置用于注水池中的冷却液的单独的冷却循环。为了将冷却水冷却，可以应用用于冷凝室的冷却循环。装置的复杂度、必须的安装空间以及所需的成本都很低。此外，无需调节注水池的液位。

在将冷却液从注水池中导入到冷凝室的过程中存在这种危险，即注水池的气体部分被一同带入到冷凝室中。通常情况下，注水池是与压力室相连的，即注水池与压力室的压力状况是相同的。带入到冷凝室中的气体部分在这种情况下会导致冷凝室中的压力升高。这考虑到制冷系统的功能作用是有缺点的。由此，在本发明的优选改进方案中，提供了溢流装置，其形成为用于将气体从液体中分离出来。因此，可以可靠地避免冷凝室中不希望的压力上升。

有利的是，注水池包括储液池和分离井，二者通过实现溢流的第一分隔墙被分开。此外，还设置有溢流管，其第一通入口设置在分离井的下部区域。

注水池的冷却液储存在储液池中。在输送冷却液时，液面上升，直到冷却液超过第一分隔墙而溢流到分离井中，并聚集在那里。因为冷却液通过优选设置在底部附近或者直接在底部的第一通入口导出，从而降低了将气体部分一起带出的危险。这是由于可能存在的气体部分在进入溢流管之前，能够上升并且从冷却液中分离出来。

在有利的设计中，用于最大溢流质量流量的溢流装置是这样形成的：在出现最大溢流质量流量时，溢流管具有预定的流动阻力，以使在分离井中形成冷却液的回水(壅水)，直到与流动阻力相关的回水高度。

该设计基于这样的考虑，溢流管的流动阻力例如通过选择流体横截面来这样调节，使得在分离井中形成预定的回水，从而使冷却液在其通过溢流管流入到冷凝室之前在分离井中停留足够长的时间，由此使得在冷却液中存在的气体部分可以从冷却液中分离出来。

优选的是，分离井的流动横截面面积是这样形成的，使得回水液体向下的速度小于预定大小的气泡的上升速度。对于向下速度在此理解为平均的向下速度。在静止情况下及恒定的质量流量的情况下，向分离室中的冷却液的引入量和引出量是相同的。回水液体的向下速度，即平均速度(液体以此速度向第一通入口的方向移动)，此时基本上通过分离井的流体的横截面面积被确定。另一方面，由浮力所确定的气泡上升速度决定性地取决于气泡的大小(直径)。通过有目的地设置为使向下的速度小于气泡的上升速度，气泡上升的速度比液体下降速度快，从而使得气泡无法到达溢流管的第一通入口。

在有利的改进方案中，溢流装置是这样形成的，使得甚至当没有(缺少)质量流量时，即当在零流量的情况下，分离井中的液体位于直至最小的回水(壅水)高度。该设计基于这样的考虑，即，在开始或结束向注水池中输入冷却液时出现了不稳定的阶段，在这个阶段中，液体质量流量从零流量上升到最大质量流量、或者重新降低到零流量。在这个不稳定的阶段当中，在达到完全的质量流量之前，分离井中的冷却液首先聚积到最大的回水(壅水)高度、或者重新减少。在该不稳定的阶段中，冷却液以大的落差高度涌入分离井中，但此时存在将大量气体带入的危险，在缺少回水的情况下，气体将可能直接进入溢流管，并进而涌入到冷凝室中。通过确保分离井中的最小回水高度可以减少这种危险。

有利的是，为了设定最小回水高度，形成虹吸管类型的溢流管，其具有上虹吸弯管，通过该上虹吸弯管可以确定最小的回水高度。

根据优选的改进方案，分离井在它的底部区域包括分离室和排水室，二者通过用于实现溢流的第二分隔墙来分开。溢流管的第一通入口此时设置在排水室中。首先，落入分离井中的冷却液在分离室中蓄积，从而使其在分离室中静止并且可能已经能够将第一气泡排出。然后，冷却液从分离室流入到排水室中，同时只有很少的涡流，并且其中几乎没有气体，从而使得甚至是在不稳定的阶段中也可以避免气体侵入到冷凝室中。

优选的是，为注水池的冷却液和冷凝室的冷却液设置了共同的冷却循环(系统)，该共同的冷却循环(系统)包括溢流装置。此时，该共同的冷却循环尤其通过泵管、泵和热交换器构成。该泵管从冷凝室通向注水池，从而使得冷却液根据循环原理从冷凝室流入到注水池中，并且从注水池重新流回到冷凝室中。通过设置的共同冷却循环的热交换器使多余的热量散出。通过不仅用于注水池中的冷却液而且用于冷凝室中的冷却液的共同的冷却循环，无需设置两个独立的冷却循环。由此，必需的安装空间及其成本费用保持到很低。

根据本发明，该目的还通过具有权利要求11特征的一种运行核技术装置的方法来实现，尤其是运行沸水反应堆装置的方法。根据本装置给出的优点和优选的实施例变化也适用于该方法。优选的改进方案在从属权利要求中加以说明。

附图说明

以下根据附图对本发明的实施例进行进一步说明。该附图示出了沸水反应堆装置的安全室的粗略的简化局部视图。

具体实施方式

图中示出了安全室的一部分，即冷凝室2和设置在冷凝室2上面的注水池4。优选的是，注水池4和冷凝室2一起设置在安全室的内室中。注水池4通过开放式的连接通道6与被称为压力室8的安全室的内室连接，从而使得压力室8和注水池4之间进行气体交换，并进而实现压力均衡。冷凝室2和注水池4是通过由混凝土制成的墙体结构10分开的，其中，在装置正常运行时，冷凝室2相对于注水池4以及相对于压力室8是气密性封闭的。注水池4和冷凝室2是制冷系统的一部分，其还包括冷凝管(图中未示出)。该制冷系统也是设计用于控制制冷剂损耗故障的，此时，可能在压力室中出现大量蒸汽，其通过冷凝管导入到冷凝室2的冷却液F中。

注水池4通过第一分隔墙12划分为储液池14和分离井16。在储液池14中储存有为备用冷却而提供的冷却液F。溢流边18位于第一分隔墙12的上端。为了最有可能的无涡流的冷却液F的溢流，溢流边18被设计为倾斜的。在分离井16的底部设置有第二分隔墙20，该分隔墙将底部区域划分为与第一分隔墙12紧邻的分离室22和排水室24。在排水室24的底部区域设置有溢流管28的第一通入口26。溢流管28的第二通入口30设置在冷凝室2的上部区域，并且尤其是紧邻顶部或者就在其顶部32上。形成有虹吸管类型的溢流管28，其具有下虹吸弯管34和上虹吸弯管36。溢流管28优选的是无其他部件的简单管道，并且尤其是几乎完全在墙体结构10中延伸。通过溢流管28形成的流体路径，甚至在有缺陷的管道中也能保持高效运行。具有分离室22和排水室24的溢流边18的分离井16以及溢流管28形成了用于多余冷却液F的溢流装置。

该溢流装置是用于在注水池4和冷凝室2中的冷却液F的共同的冷却循环的一部分。除了溢流装置以外，该共同的冷却循环还具有泵管38、泵40以及热交换器42，其中，可以通过泵管38经过热交换器42将冷却液F从冷凝室2中泵送到注水池4中。通过提供共同的冷却循环，使得无需设置多个单独的冷却循环(系统)。由此降低了安装成本费用并减小了所需的安装空间。

在装置的正常运行状态下，由于引入了热量，必须不时地对注水池4中的冷却液F进行冷却。为此，通过共同的冷却循环，将冷却液F从冷凝室2中通过热交换器42泵送出来，冷却并接着导入到储液池14中。如果储液池14中的液位高度超过了通过溢流边18所限定的最大液位高度，则多余的冷却液F通过溢流边18流入到分离井16中，并且从那里通过溢流管28重新流回到冷凝室2中。

在冷却液F回流到冷凝室2中时避免了带入气体部分，这是因为否则的话在冷凝室2中将可能产生不希望的压力上升，其与压力室8中的相应的压力下降相联系。因此，形成有溢流装置用于将存在于多余的冷却液F中的气体部分分开。此时，气体分离尤其是通过分离井16的特殊构造来确保的。通过两个分隔墙12、20，此时提供了两阶段的气体分离，其中，通过第二分隔墙20形成的第二阶段尤其在小质量流量时是有效的。该气体分离的功能原理如下所述：

在冷却液F循环开始时，在不稳定阶段，多余的冷却液F的质量流量上升，该冷却液连续进入分离井16中，直到达到最大的质量流量，并形成静止(稳态)阶段。在该静止阶段中，分离井16导入和导出的冷却液F的质量流量是相同的。溢流管28的流动阻力设定到一定的值，以用于最大质量流量，从而使得冷却液F回流到分离井中，直到最大的回水高度H。最大回水高度H例如是几米高，并且大约是第一分隔墙12或溢流边18的高度的2/3。

切断泵40之后，质量流量再次下降，直到再也没有多余的冷却液F进入到分离井16中(零流量)。回流的冷却液F的高度持续下降，直到在分离井16中达到最小的回水高度L。此最小回水高度L是由上虹吸弯管36的高度来限定的。由此，在分离室22中略微调整到更高的液位，因为第二分隔墙20具有高于最小(回水)的液位高度H的高度。最小回水高度L，例如为0.5米。

在具有最大质量流量的静止阶段，设定回流冷却液F的平均向下速度。该向下速度是一速度值，分离井16中的液体以该速度流向溢流管28的方向。在静止状态下，该向下速度通过分离井16的流动横截面面积A来决定性地确定。在溢流时带入到分离井16中的气体部分形成了冷却液F中的气泡，该气泡是在回流液体中以通过浮力确定的上升速度而上升。向下速度和上升速度的方向是相反的。上升速度取决于气泡的大小。分离井的流动横截面面积A更确切地说例如设置成几个平方米，使得预定大小的气泡，例如气泡的直径是1毫米，的上升速度大于向下速度。由此确保了气泡上升的速度比冷却液F流入溢流管28的速度快。

在小质量流量情况下，在不稳定阶段中，存在这样的问题：由于溢流边18到回流冷却液F的小的高度之间的大的落差，在分离井16中的冷却液F中的气体引入和涡流都比其在静止阶段大。因此提供了第二阶段的气体分离，基本上由分离室22和排水室24构成。在分离室22中，首先通过溢流边18流下的冷却液F在此收集和蓄积，直到液体通过第二分隔墙20基本上无涡流地溢流。在分离室22中也进行大部分的气体分离。在通过第二分隔墙20溢流时，仅将小部分的气体带入。重要的是，第二分隔墙20的高度和排水室24中的最小回水高度L只有几厘米的小的差别，从而使在排水室24中不会产生更强烈的涡流，并且不会引入气体。随后，基本无气体的冷却液F通过溢流管28从排水室24中溢流出，并流入到冷凝室2中。

通过几米高的(非常高的)或者低于1米的(非常低的)第一和第二分隔墙12、20形成的顺次连接与分离井16以及溢流管28的特定尺寸相结合，其产生有效的气体分离，而无需易受影响的有源部件，例如旋转的或通过外来能量驱动的部件。由此，气体分离可以完全无源地并进而不受干扰地进行。

符号说明

2  冷凝室                4  注水池

6  开放式的连接通道      8  压力室

10 墙体结构              12 第一分隔墙

14 储液池                16 分离井

18 溢流边                20 第二分隔墙

22 分离室                24 排水室

26 第一通入口            28 溢流管

30 第二通入口            32 顶部

34 下虹吸弯管            36 上虹吸弯管

38 泵管                  40 泵

42 热交换器              F  冷却液

H  水(壅水)高度          L  最小回水(壅水)高度

A  流动横截面面积