DE2547573A1 - Kernreaktor - Google Patents

Description

Dip"wich Manchen. d»n 2.5

Dipl. Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach
8 RSüRChsn 2

Kaufingerstr. 8, Tel. 240275

Nuclear Power Company (Whetstone) Limited, Whetstone, Leicester LE8 3LH, England

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft wassergekühlte Kernreaktoren und im besonderen, wenngleich nicht ausschließlich, den als Dampferzeugungs-Sehwerwasserreaktor (SOHWR * "steam generating heavy water reactor") bekannten Reaktortyp, welcher ein mit Schwerwasser als Moderator gefülltes Kalander mit sieh vertikal durch das schwere Wasser erstreckenden Kalanderrohren, durch die Kalanderrohre aufwärts verlaufende Druckrohre, in diesen Druckrohren angeordnete Brennstoffelernentanordnungen, sowie Leichtwasserkühlkreislaufe aufweist, welche den Druckrohren am unteren Ende leichtes Wasser zuführen und an ihren oberen Enden dieses zügeführte Kühlwasser in Form von Wasser und/oder Dampf abführen.

Es ist bei einem derartigen Reaktor bekannt, daß die einzelnen Kühlkreislaufe jeweils einen Dampf-Oberkessel, der mit den oberen Enden der sugeordneten Druckrohre verbunden ist und in welchem der durch die Erhitzung des Kühlwassers in den Druckrohren erzeugte Dampf von dem nicht verdampften Wasser abgetrennt

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wird, «ine adt den unteren Enden der zugeordneten Druckrohre verbundene untere Sammelkammer, sowie Kreislauf-Umwälzpumpen aufweist, welche Wasser aus den Dampf-Oberkessel in die untere Sammelkammer pumpen, wobei der Dampf-Oberkessel einen zur Speisung einer Dampfturbine verbundenen Dampf auslaß und einen mit einer Speisewasserpumpe verbundenen Ifassereinlaß zur Zufuhr von Naohfüllwasser (bei den es sieh teilweise um rekondensiertes Wasser von der Austrittsseite der Dampfturbine handeln kann) aufweist; in dem filteren Patent (ältere Patentanmeldung P 25 18 851*6 der gleichen Anmelderin) ist vorgeschlagen, vier derartige Kühlkreislaufe vorsusehen, die jeweils auf dem Niveau der Austrittsseite der Kreislaufumwälzpumpen paarweise miteinander verbunden sind (derart daß - wenn aus irgendeinem Grund die normale Kühlwasserabgabe von der Umwälzpumpe eines dieser Kühlkreislaufe ausfällt, eine wenn auch verringerte Kühlwasserzufuhr zu den normalerweise von dieser ausgefallenen Pumpe bedienten Druckrohren durch den anderen Kühlkreislauf des Paars aufrechterhalten wird); des weiteren sieht dieser ältere Vorschlag vor, daß jeweils jeder derartige Kreislauf einem der Kreisläufe des anderen Paars eine Hilfs-Kuhlwasserströmung zuführt, die direkt in die Druckrohre desjenigen Kreislaufs, welchem diese Wasserströmung zugeführt wird, eingeführt wird, und zwar in Form einer Sprühkühlung in diesen Druckrohren (derart daß selbst bei gleichzeitigem Ausfall der Kühlwasserabgabe von den Kreislaufumwälzpumpen beider Kreisläufe eines Paars, so daß keiner Kühlwasser den Druckrohren des anderen Kühlkreislaufe zuzuführen vermag, diese Druckrohre gleichwohl wenigstens eine gewisse residueHe SprUhkühlung von dem anderen Kreislaufpaar zugeführt erhalten).

Dieser ältere Vorschlag, welcher von vier Kühlkreislaufen je Reaktor ausgeht, stellt eine Konstruktionsgrundlage für Reaktoren mit Ausgangsleistungen bis zu 1320 MW(e) oder mehr dar Es wäre von Vorteil, Kühlkreislaufe vergleichbarer Größe und

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Auslegung auch in kleineren Reaktoranlagen anwenden zu können, wobei dann jedoch weniger Kühlkreislauf« erforderlich wären; so wurde ein Reaktor von 660 Mf(e) Ausgangeleistung nur zwei derartige Kühlkreislauf e benötigen; falls diese auf den Ausgangsniveau der Kreislaufunwllspunpen Miteinander verbunden würden, derart da» die Auswirkungen eines Ausfalls in einen Kreislauf durch die Kühlmittelströnung von den anderen gemildert würden, wäre eine SprObkOhlung durch Kreuzverbindung zwischen diesen beiden Kühlkreislaufen als sekundäre Notmaßnahme unwirksam, da in Fall einer größeren Störung in einen der Kühlkreisläufe der andere Kreislauf das Kühlmittel für die Sprühkühlung des ersten Kreislaufs zusätzlich su der durch die Zwischenverbindung auf den Ausgangsniveau der Kreislaufumwälzpumpen bewirkten Kühlung nicht aufzubringen vermöchte.

Oleichwohl würde es als vorteilhaft erachtet, in einen Reaktor der hier betrachteten Art, der jedoch nur zwei parallel-arbeitende Kühlkreisläufe aufweist, sowohl die erwähnte Zwischenverbindung «wischen den Kreisläufen auf den Niveau der Kühlkreislaufunwälspunpenauslasse wie auch die Not-Sprühkühlung für die Druckrohre beider Kreisläufe vorsehen su können; der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung von Reaktor-Kühlkreislauf anordnungen zugrunde, welche eine zuverlässige Sprühkühlung für beide Kühlkreisläufe selbst in Fall einer größeren Kühlkreislaufbetriebsstörung in einen oder in beiden Kühlkreisläufen gewährleistet.

Die Erfindung betrifft sonit einen wassergekühlten Kernreaktor ■it mehreren Kühlkreislaufen, welche jeweils folgende Teile umfassen: eine untere Sammelkammer, mehrere vertikal angeordnete und Brennstoff elenentanordnungen enthaltende Druckrohre, die an ihren unteren Ende mit der unteren SammeIkawner zur Zufuhr eines Hauptkühlwasserstrome zur Kühlung des Brennstoffs verbunden

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sind$ einen ait den oberen Bnden der Druckrohre verbundenen Dampf-Oberkessel, welchen heiß«· Kühlwasser «us den Druckrohren «ugeführt wird; Haupt-Kühlkreislauf-üuwaizvorrichtungen, welche Wasser von de« Dampf-Oberkessel su der unteren Sammelkammer pumpen; sowie weitere Puepvorriohtungen, welche aus der Dampf-Oberkessel jedes Kühlkreis laufs eine Hilfs-Kühlwasserströmung direkt in die Druekrohre dieses Kühlkreislaufs in Po» einer Sprühkühlung in diesen Druckrohren pumpen, wobei die unteren Sammelkammern von jeweils swei Kühlkreisläufen Miteinander verbunden sind und jeder Dampf-Oberkessel jeweils einen Dampf ausIaB und einen Wassereinlaft aufweist, an welchem mittels Hauptspeisewasserpumpen Naehfttllwasser sugeftthrt wird,

Qemäft der Erfindung ist bei einem Kernreaktor der vorstehend genannten Art vorgesehen» da* bei einer Anlage mit nur zwei derartigen Kühlkreisläufen die Hauptspeisewasserpumpen mit den Wassereinlftssen der Daapf-Oberkessel Ober WaseereinlaA-ventile verbunden sind» welche in Abhängigkeit von dem Druck in den Kühlkreislaufen gesteuert sind und auf einen Abfall dieses Drucks durch Schließung ansprechen, und daß die Hauptspeisewasserpumpen ferner beim Auftreten eines derartigen Druckabfalls Speisewasser direkt in die untere Sammelkammer der beiden KühlkreisHufe sowie direkt in die Druekrohre als Sprühkühlung fördern.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daft die Hauptspeisewasserpumpen mit elektrischem Antrieb arbeiten, da* Notspeisewasserpumpen sowie Dampfantriebs· turbinen für diese vorgesehen sind, und daft die Dampfzufuhr su diesen Dampf-Antriebsturbinen der Not-Speisewasserpumpen aus den Dampf-Oberkesseln beider Kühlkreislaufe Über Ventile, welche die Dampf-Oberkessel voneinander isolieren, sowie Ober normalerweise geschlossene Ventile, welche bei einem Druckabfall in einem der Dampf-Oberkessel Öffnen, erfolgt.

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Mach bevorzugten Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, daft mit den unteren Sammelkamnern und mit dem Sprühkühlunge-KaSUtSt Bnergiespeioherbehälter verbunden sind, welche normalerweise ruhendes heißes Wasser in Temperaturgleichgewicht mit dem von den unteren Samnelkammern sugeführten Wasser und mit dem SprÜh-Kühlwaseer enthalten» und dad die Notspeisewasserpumpen bei Betätigung verhältnismäßig kaltes Wasser in die Energiespeicherbehälter pumpen, derart daß diese als Alternativ-Speisewassereufuhrquellen allmählich abnehmender Temperatur wirkeni und daß vorzugsweise susätslich Niederdruckspeisewasserpumpen sur Erzeugung einer alternativen Niederdruck-SprÜhwaeserkühletrömung für die Druckrohre beim Auftreten von Niederdruok-Zuständen in den beiden Kühlkreisläufen vorgesehen sind*

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Reaktoranlage gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Kernreaktoranlage gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung

Fig. 2 eine entsprechende schematische Darstellung einer Kernreaktoranlage gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung

Fig. 3 (in zwei Halbfiguren 3a und 3b unterteilt)

eine entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung

Die in Fig. 1 dargestellte Kernreaktoranlage weist einen Reaktorcore 11 bekannter Art auf, der hier nicht mit näheren Einzelheiten dargestellt und beschrieben ist. Der Core weist ein Kalander auf, welches schweres Wasser als Reaktormoderator enthält und aus einer großen Zahl von vertikalen, von dem schweren Wasser umgebenen und an ihren oberen und unteren Enden offenen Kalanderrohren besteht, durch welche sich Druckrohre hindurch erstrecken, in welchen Brennstoffelement-Anordnungen angebracht sind und durch welche Kühlwasser in der nachstehend beschriebenen Weise strömt.

Die in dem Core erzeugte Wärme wird mittels zwei gleichartigen Kühlwasserkreisläufen 12A und 12B abgeführt. Der Kreislauf 12A weist mehrere Umwälzpumpen 13A auf, welche in Parallelbetrieb Kühlwasser einem unteren Sammelkammeraggregat IMA zuführen, aus welchem mehrere einzelne Wasserzufuhrleitungen 15A gespeist werden. Jede derartige Zufuhrleitung 15A ist mit dem unteren Ende eines der o.e. (in der Zeichnung nicht dargestellten) Druckrohre verbunden, die an ihrem oberen Ende jeweils über ein

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Steigrohr 19A ait «in·· von Mehreren oberen Sammelleitungen 2OA verbunden sind» welch· in einen Dampf-Oberkessel 21A aOnden. 0er Deapf-Oberkessel 2IA weist eine Dampfaustrittsleitung 22A sowie Fall-Leitungen 23A su den Einlassen der KreislaufUmwälzpumpeη 15A auf. Die von dem Kühlmittel aus dem Core 11 absorbierte Wärme verwandelt einen Teil des Kreislaufwassers in Dampf, aus welchem in dem Dampf-Oberkeesel 2IA das verbleibende Wasser abgeschieden wird, worauf der Dampf durch die Dampfaustrittsleitung 22A austritt. Das verbliebene Wasser wird wieder in den Kreislauf surüokgeführt j mittels Hauptspeisewasserpumpen 24 wird in dem Dampf-Oberkessel 21A ein im wesentlichen konstanter Wasserpegel aufrechterhalten» indem die Hauptspeisewasserpumpen 21 dem Dampf-Oberkessel 2IA Wasser unter der Steuerwirkung eines Regelventils 25A zuführen, das seinerseits durch (nicht dargestellte) Vorrichtungen gesteuert wird, welche den Wasserstand in dem Dampf-Oberkessel 21A feststellen. Der Kühlkreislauf 12B weist gleichartige Teile auf, die in Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern wie für den Kühlkreislauf 12A, jedoch mit dem Index B statt des Index A bezeichnet sind. Die Pumpen 24 speisen beide Kreisläufe, und zwar jeweils unter der Steuerwirkung der Regelventile 25A bzw. 25B.

Die unteren Sammelkammeraggregate 14A und 14B der beiden Kreisläufe 12A und 12B sind miteinander durch Rohrleitungen verbunden, die in Fig. 1 schematisch durch einen Widerstand R angedeutet sind und durch welche bei Ausfall der Kühlwasserzufuhr durch die Kreislaufpumpen eines Kreislaufs Wasser von dem anderen Kreislauf zuströmt, um wenigstens eine reduzierte Wasserströmung in den Druckrohren desjenigen.Kreislaufs, in welchem der Ausfall aufgetreten ist, aufrechtzuerhalten« Die beiden Kreisläufe 12A und 12B, ihre jeweiligen unteren Sammelkammeraggregate ItA und IUB sowie die Zwischenverbindungen zwischen diesen können im wesentlichen in gleicher Weise wie das eine der beiden Paare miteinander verbundener Kreisläufe

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ausgebildet sein, wie sie mit näheren Einzelheiten in de.¹ eingangs genannten Patentanmeldung P 25 18 851.6 der gleichen Anmelderin beschrieben sind.

Wie in der genannten älteren Patentanmeldung P 25 18 851·'. beschrieben, ist des weiteren auch ein zweiter Weg für dei Eintritt von Kühlwasser in die Druckrohre vorgesehen, und zwtr in Form einer Sprühkühlung in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem in den Druckrohren befindlichen Kernbrennstoff; die* kann wiederum in gleicher Weise wie in der erwähnten älteren Patentanmeldung P 25 18 851*6 beschrieben erfolgen, und ?«mr durch ein zentrales Tragrohr in jedem der erwähnten (nicht dargestellten) Brennstoffelementaggregate. Diesen (in der Zeichnung bei 26A und 26B angedeuteten) Brennstoffelementaggregat-Tragrohren wird an ihren oberen Enden Wasser zugeführt, und zwar durch Core-Sprühpumpen 27Al und 27A2 aus dem Dampf-Oberkessel 21A und entsprechend durch Core-Sprühpumpen 27Bl und 27B2 aus dem Dampf-Oberkessel 21B. Diese Core-Sprühpumpen arbeiten im normalen Reaktorbetrieb kontinuierlich, wobei das von Ihnen zugeführte Wasser durch (nicht dargestellte) Sprühdüsen oder -öffnungen austritt, die entlang der Rohre.26A und 26B in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Brennstoff der Brennstoffaggregate verteilt sind, derart daß sich dieses Wasser mit dem in den Druckrohren von den unteren Sammelksmmeraggregaten 14A und 14B nach oben strömenden Wasser m**cht. Der Anteil des dem Core durch die Core-SprübFinnpen im normalen Reaktorbetrieb zugeführten Kühlwassers kann etwa 5 % des gesamten Kreis lauf kühlwae s ers ausmachen, wobei di«» übrigen 95 % des Kühlkreislaufs durch die Umwälzp«=»pen 13A und 13B aufgebracht werden.

Die beiden Core-Sprühpumpen 27Al und 2?A2 bedienen jeweils je die Hälfte der normalerweise *«« den Umwälzpumpen 13A gespeisten Druckrohre; enter-«chend bedienen die Core-Sprühpumpen 27Bl und 27B2 jeweils die Hälfte der normalerweise durch die

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Umwälzpumpen 13B gespeisten Druckrohre. Auf diese Weise bleiben die beiden Kreisläufe 12A und 12B abgesehen von ihrer Zwischenverbindung R zwischen den beiden unteren Sammelkammeraggregaten 14A und 14B voneinander getrennt, um die Gefahr, daß ein Ausfall in einem Kreislauf zu einem entsprechenden Ausfall in dem anderen führt, nach Möglichkeit zu verringern. Die Pumpen bzw. vorzugsweise und wie dargestellt, Pumpensätze 27Al, 27A2, 27Bl und 27B2 speisen jeweils (über ein entsprechendes Rückschlagventil 28) eine entsprechende (nicht dargestellte) Core-Sprüh-Verteilerleitung, mit welcher jeweils jedes Brennstoffelementaggregat-Tragrohr 26A bzw. 26B verbunden ist« daß jeweils mehr als eine einzelne Pumpe die einzelnen Sprüh-Verteiler leitungen bzw. -verteilerköpfe spcdsgft, wiM gewährleistet, daß der Ausfall einer einzigen Pump® ni«a£ den vollständigen Ausfall der Core-Sprühwasserversorgung für irgend eines der Druckrohre zur Folge hat; <ttie Auftrennung <?>er Druckrohre in vier Gruppen, die jeweils ihr Core-Sprühwasser aus einer verschiedenen zugeordneten Core-Sprüh-Verteilerleitung bzw. - verteilerkopf erhalten, wird (wie weiter unten noch im einzelnen erläutert) ein ausreichendes Core-Plutungavermögen gewährleistet, als Sicherheitsmaßnahme für den PsIl des Ausfalls einer der Core-Sprühverteilerleitungen. Die Rückschlagventile 28 sollen im Fall eines ernsthaften Aufbrechens eines {ofiar beide: der Kühlkreisläufe 12A und 12B einen Verlust von Core-Sprüh-Speisewasser verhindern, das in diesem Fall dem Core über einen anderen Weg wie weiter unten noch beschrieben zugeführt wird.

Die vorstehend beschriebene kontinuierlich arbeitende Core-Sprühanlage bewirkt eine Alternativ-Kühlung im Fall des Auftreten: einer Stagnation in einem der Druckrohre als Folge eines kleinen Bruchs ia einem der Kühlkreisläufe 12A oder 12B, beispielsweise eines Bru&hs in einem oder mehreren der Druckrohre oder ihrer Speiseleitungen 15A,15B bzw. der Steigleitungen 19A,19B oder in den unteren Sammelkammeraggregaten 14A,14B oder den oberen Sammelleitungen 2OA,2OB.

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Falls jedoch ein großer Bruch in einer der Kreislaufumwälsptuspen 13A.13B oder in einer der Fall-Leitungen 23A,23B auftreten sollte, so könnt· dies su einer vollständigen Wasserentleerung in eines der Dampf-Oberkeasel führen und dazu, daß der Wasserpegel in des anderen Oberkessel so weit abfällt, daft die von diese» Oberkessel ausgehende Core-SprOhwasserversorgung beeinträchtigt wird. Qi dieser Möglichkeit Rechnung su tragen, ist ein Notverfahren sur Aufrechterhaltung der XOhlwassersufuhr su den Core-Sprüh-verteilerleitungen bsw. -verteilerköpfen (sowie auch su den unteren Sanmelkameraggregaten) vorgesehen, wie nachfolgend nunmehr näher beschrieben wird.

Ia normalen Reaktorbetrieb wird das von den Funpen 24 gelieferte Speisewasser unter der Steuerwirkung der Regelventile 25A und 25B den Oberkesseln 2IA und 21B sugeführt, und zwar über entsprechende Speisewasser-Vorwärmer 29A bsw. 29B und von diesen durch Speisewasserleitungen 3OA bsw. 5OB su den betreffenden Oberkesseln. Diese Speieewaaeerleitungen sind jeweils an den Stellen ihrer Durchführung durch eine Begrensungswandung 31 einer den Reaktor und die Kühlkreisläufe enthaltenden Umhüllung beidseits der Wandung 31 mit Rückschlagventilen

32 sur Gewährleistung der Sicherheit der Reaktoruahullung versehen; des weiteren weisen diese Speisewasserleitungen jeweils swisohen dem Speisewasser-Vorwärmer 29A bsw. 29B und den Rückschlagventilen 32 ein oder mehrere normalerweise offene Schaltbsw. Auslöseventile 33 auf, die in solcher Weise überwacht bsw· gesteuert sind, daß sie beim Auftreten eines Bruchs in einem der Kühlkreisläufe automatisch schließen. Vorzugsweise weist jede der erwähnten Speisewasserleitungen jeweils mehrere Auslöseventile 33 in Reihe auf, derart daft keine nachteiligen Folgst entstehen, falls eines der Ventile auf einen entsprechenden Steuerbefehl hin nicht schließen sollte. Vorzugsweise sind jeweils swei derartige Speisewasserleitungen'3OA bsw. 3OB je Dampf-Oberkessel vorgesehen, um die Abmessungen der betreffenden

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Leitungen und damit das maximale Auenaß eines Bruchs, das in der betreffenden Leitung auftreten kann, zu verringern. Jede der Speiseleitungen weist jeweils stromaufwärts ihrer Auslöseventile 33 (d.h. zwischen den Ventilen 33 und den betreffenden Speisewasser-Vorwärmern 29A bzw. 29B) eine Abzweigung 3*>A bzw. 34B sowie eine Abzweigung 35A bsw. 35B auf, die jeweils durch die Wandung 31 führen und beidseits der Wandung mit Rückschlagventilen 32 versehen sind. Die beiden Abzweigungen 34A (unter der Annahme, daß zwei Speisewasserleitungen 3OA vorhanden sind) sind jeweils mit einer der beiden Core-Sprühverteilerleitungen bzw. -verteilerköpfe verbunden, die normalerweise durch die Pumpen 27Al bzw. 27A2 mit Wasser versorgt werden; die Zweigleitungen 35A sind mit dem unteren Sammelkammeraggregat IHk verbunden. Entsprechend sind die Zweigleitungen 34B und 35B mit den normalerweise durch die Pumpen 27Bl und 27B2 versorgten Core-Spruh-Verteilerleitungen bzw. -verteilerköpfen sowie mit dem unteren Sammelkammeraggregat 14B verbunden. Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, daß im normalen Betrieb die in den Core-Sprühverteilerköpfen durch die Core-Sprühpumpen (beispielsweise die Pumpen 27Al) erzeugten Drücke und die von den Kreislaufpumpen 13A bzw. 13B in den unteren Sammelkammeraggregaten erzeugten Drücke genügend groß sind, um eine Strömung durch die Zweigleitungen 3*A und 34B sowie 35A und 35B in der durch ihre Rückschlagventile 32 zugelassenen Richtung zu verhindern; das Auftreten eines großen Rohrleitungsbruchs in einem der Kühlkreislauf e 12A bzw. 12B und gleichzeitig die hierdurch veranlaßte Schließung der entsprechenden Auslöseventile 33 hat jedoch einen raschen Abfall der von den Pumpen in diesem Kühlkreislauf herrührenden Kühlmittelströmung und des zugehörigen KUhlmitteldrucks und damit eine entsprechende Strömung von abgemdgtem Speisewasser (das nicht mehr durch den zugehörigen Dampf-Oberkessel strömen kann) durch die Zweigleitung 3ΊΑ bzw. 34B direkt zu den Core-Sprühverteilerleitungen sowie durch die Zweigleitung 35A bzw. 35B in das untere Sammelkammeraggregat

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tür Folge. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß etwa 40 % der Speisewassersufuhr in dieser Weise in die Core-Sprühverteilerleitungen umgelenkt wird und der Rest für die unteren Samnelkammeraggregate star Verfugung steht. Ein bedeutsattes Merkmal der eben beschriebenen Speisewasser· umlenkung besteht darin, daft in Fall eines großen RohrIeitungsbruehs (der su einer rasohen Entleerung eines der Dampf-Oberkessel führen könnte) das Speisewasser (das nach ' dem Ausfall der Wärmezufuhr su den Speisewasser-Vorwärmern

29A und 29B kalt wäre) am Erreichen der Dampf-Oberkessel,

wodurch diese thermischen Beanspruchungen ausgesetzt wurden, gehindert wird.

Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann gewährleistet werden, daft jeweils jeglicher Ausfall von Kühlmittelzufuhr su den Core-SprOhverteilerleitungen oder den unteren Sammelkammeraggregaten infolge eines Leitungebruchs, der su einer Auslosung der Ventile 33 in einem der beiden Kühlkreislaufe führt, sogleich durch die beschriebene Speisewasserumleitung kompensiert wird, solange die Hauptspeisewasserpumpsn24 weiter arbeiten und Speisewasser aus swei Pufferbehältern 36Ά bsw. 36B abziehen, die vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Anlage angeordnet sind, um die Wahrscheinlichkeit einer gleichseitigen Beschädigung beider Tanks soweit als möglich su vermindern. Es ist jedoch möglich, daft ein Kühlmittelausfall infolge «ines vorstehend erwogenen Rohrleitungsbruchs in einem Kühlkreislauf nicht nur zur Auslösung der Ventile 33 führt, sondern eine vollständige elektrische Abschaltung der Anlage auslöst» derart daß der Antriebsstrom für die Hauptspeisewasserpumpen 24 ausfällt. Um auch dieser Eventualität Rechnung su tragen ist eine alternative Speisewassersufuhr in Form eines weiteren Notkühlmittelsufuhrsystems vorgesehen, das swei Pumpensätse 38A bsw. 38B aufweist, wobei die Pumpen jedes Satzes jeweils parallel zueinander geschaltet sind und Wasser aus dem Pufferbehälter 36A bzw. 36B über ein Steuer- bsw. Regelventil 39A bsw. 39B in die Speisewasser-Vorwärmer 29A bzw. 29B pumpen.

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Rückschlagventile 4OA bzw. 40B verhindern dabei, daß von diesen Pumpen 38A bzw. 38B der Notkühlmittelkreielaufe zugeführtes Wasser zu den antriebslosen Hauptspeisewasserpumpen 24 strömt. Die Pumpen 38A bzw.38B werden jeweils von einer zugehörigen Dampfturbine 41A bzw. 41B angetrieben, die jeweils ein entsprechendes Dampfβinlaßventil 42A bzw. 42B aufweisen, über eine Dampfleitung 43A wird sämtlichen Eintrittsventilen 42A Dampf aus beiden Dampf-Oberkesseln 21A und 21B zugeführt (die Dampf-Oberkessel 21A bzw. 21B sind mit dieser Dampfleitung 43A jeweils über einen "Dioden-Widerstand" 44A bzw. 44B verbunden, bei dem es sich um ein Venturi-Ventil handeln kann). Entsprechend sind beide Dampf-Oberkessel durch entsprechende "Dioden-Widerständeⁿ 45A bzw. 45B mit einer Dampfleitung 43B verbunden, welche die Dampf eintrittsventile 42B mit Dampf versorgt. Die Dampfeinlaßventile 42A bzw. 42B sind normalerweise geschlossen, werden jedoch beim Auftreten eines Kühlmittelausfalls automatisch offen gesteuert. Sobald dies auftritt, nehmen die Turbinen 41A bzw. 41B innerhalb weniger Sekunden ihren Betrieb auf, und zwar mit Dampf aus beiden Dampfoberkesseln 2IA und 21B oder (falls der Kühlmittelausfall von einem großen Rohrleitungsbruch in einem der Kühlkreisläufe herrührt, so daß in einem der Dampfoberkessel der Druck abgefallen ist) mit Dampf aus de» auf dem höheren Druck befindlichen Dampf-Oberkessel · In diesem letzten Fall verhindern die Dioden 44A und 45A oder - je nach dem - 44B und 45B, daß der in einem der Dampfkessel auftretende Druckabfall zu einem ernsthaften Druckabfall in dem anderen Oberkessel führti

Falls der KOhlmittelausfall auch su einer elektrischen Abschaltung führt, derart daß auch der Antrieb für die Hauptspeisewasserpumpen 24 ausfällt und in den Abzweigleitungen 34A,34B»35A und 35B keine KOhlmittelströmung auftritt, bewirkt ein entsprechende· Signal die Öffnung der gesteuerten Ventile 39A,39B, derart.daß die vorstehend beschriebene rasche Einschaltung der Turbinen 4IA und 4IB sowie der Pumpen J8A und 38B

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eine sogleich wirksam werdende Alternativ-Speisewasserversorgung aus den Pufferbehältern 36A und 36B gewährleistet, wobei diese Alternativ-Speisewasserversorgung ihren Antrieb aus der in den Kühlkreisläufen (bsw. - falls einer von ihnen ausgefallen ist in einem der Kühlkreislauf·) gespeicherten Energie sowie aus der in der Zeit unmittelbar nach der Abschaltung weiterhin durch das Kühlmittel aus dem Brennstoff abgeführten Wärme aufgebracht wird. Die Speisewassersufuhr durch die von den Turbinen angetriebenen Pumpen 38A bsw. 38B steht nicht unter der Steuer* bsw. Regelwirkung der Regelventile 25A bsw. 25B, was zu einer Oberfüllung der Dampf-Oberkessel 21A und 2IB (oder desjenigen von ihnen, der in einem Kühlmittelkreislauf ohne Leitungsbruch liegt) führen kann. Die Oberkessel 2IA und 21B sind daher mit (nicht dargestellten) Meßfühlern sum Nachweis eines vorgegebenen Hoehwasserpegels in den Dampfkesseln verseben, und es sind (nicht dargestellte) Mittel vorgesehen, um die Dampfeinlaßventile 42A und 42B beim Auftreten eines derartigen Hochwasserpegels in einem der Dampfkessel su schließen. Die Anordnung ist jedoch so getroffen, daß die für die Erreichung die-see Zustande erforderliehe Zeit größer als die sur Ingangsetzung der dieselbetriebenen elektrischen Notstromversorgung erforderliche Zeit und damit größer als die Zeit sur Wiederingangsetzung der kontinuierlichen Sprühpumpen 27Al usw. ist» die ja bei der elektrischen Hauptabschaltung sunäehst su arbeiten aufhören ' worden. Die Pumpen 38A und 38B halten somit die Speisewasser- ; suf uhr während des gesamten Intervalle von der Abschaltung der Hauptspeisewasserpumpen 24 (infolge der Abschaltung der elektrischen Hauptstromversorgung) bis sur Ingangsetsung der dieselbetriebenen elektrischen Notstromversorgung aufrecht. Während dieses Intervalls sind» falls die elektrische Hauptabsehftltung infolge eines Leitungebruche in einem der Kahlkreisläufe erfolgte» die Ventile 33 geschlossen und die Speisewassersufuhr durch die Pumpen 38A und 38B erfolgt in die Kühlkreisläufe über die Zweigleitungen 34A,3*B,35A und 35B.

Pur die langseitige Rest kühlung, nachdem die: Kühlkreis laufe

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nach einer Reaktorabsehaltung genügend druckentlastet sind, sind gesondert· Niederdruek-Speisewassersysteme wie folgt vorgesehen: Pumpen 46 saugen Wasser aus einem (nicht dargestellten) Teich oder Behältersumpf des Reaktors an und führen es über Kühlvorrichtungen 47 und Rückschlagventile den unteren Sammelkamaeraggregaten 14A bzw. 14B zu, und zwar zweckmäßig Ober die Hauptspeisewasser-Abzweigleitungen 35A und 35B. Die Rückschlagventile 48 dienen dabei zur Trennung der Kühlkreisläufe (solange diese unter Druck stehen) von diesem Niederdrucksystem. Weitere Pumpensätze 49 und 50 entnehmen ebenfalls Wasser aus diesem Teich oder Sumpf und führen es über Kühlvorrichtungen 51 und Rückschlagventile 52 den Core-Sprühverteilerleitungen zu, wodurch eine Niederdruck- Core-Sprühung nach dem Fortfall der Druckbeaufschlagung der Kühlkreisläufe gewährleistet wird. Rückschlagventile an den Durchtrittsstellen dieses Niederdrucksystem durch die Wandung 31 dienen einerseits zum dichten Abschluß dieser Wandung und andererseits zur Trennung der Core-Sprühverteilerleitungen voneinander. Das Niederdruek-Core-Sprühsystem kann vorzugsweise das gleiche System sein, das im normalen Betrieb des Reaktors die restliche Wärmeabfuhr während der Brennstoffbeschickung des Reaktors übernimmt. Zu diesem Zweck können die Einlasse der Pumpen 49 und 50 so angeschlossen sein, daft sie (statt wie vorstehend beschrieben aus dem - nicht gezeigten - Teich oder Reaktorsumpf) Wasser aus beispielsweise den unteren Sammelkammeraggregaten 14A und 14B entnehmen können, um während der Brennstoffbeschickung eine abwärts gerichtete Kühlmittelkreislaufströmung durch die Druckrohre aufrechtzuerhalten. Die in dieser Weise abgeführte Wärme wird sodann im weiteren Kreislauf des Kühlmittels über die Kühlvorrichtungen 51 abgeführt.

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage stimmt bis auf die nachstehend

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angeführten Unterschied· alt der Anlage gemäß Fig. 1 überein und gleiche bzw. entsprechende Teile sind in den beiden Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Im einzelnen sind die Kühlkreislaufe 12A und 12B in den beiden Fällen gleich» wobei jedoch der Übersichtlichkeit halber die KreislaufUmwälzpumpen 13A und 13B, die Speisewasserleitungen 15A und 15B, die Steigleitungen 19A und 19B sowie die oberen Sammelleitungen 2OA und 20B₉ die in Fig. in gleicher Velse wie in Fig. 1 ausgebildet sind, in Fig. 2 weggelassen sind. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anlage ist nur ein Puffertank 36 vorgesehen, und die Pumpen 38A und 38b, welche durch einen Kühlmittelauefall in Betrieb gesetzt werden und im Fall einer die Hauptspeisewasserpumpen 24 unwirksam machenden elektrischen Abschaltung wirksam werden, entnehmen das Wasser nicht aus diesem Puffertank, sondern aus dem (in Fig. 2 bei 55 angedeuteten) Reaktorteich bzw. -sumpf, der innerhalb der umschließenden Behälterwandung 31 angeordnet ist· Das von den Pumpen 38A und 38B gepumpte Wasser strömt den Speisewasservorwärmern 29A und 29B nicht außerhalb der Wandung 31 zu, sondern wird stattdessen innerhalb der Reaktovumhüllung Ober entsprechende (den Ventilen 39A und 39B in Fig. 1 entsprechende) Ventile 56 Energiespeicherbehältern 57 zugeführt, die jeweils mit einer der Zweigleitungen 3*A,3*B,35A und 35B innerhalb der Reaktorumhüllung verbunden sind. Diese Behälter 57 sind über ihre entsprechenden Zweigleitungen mit den Hauptkühlkreislaufen oder - je nach-dem - mit den Core-Sprühkreialaufen verbunden und enthalten Wasser auf einer Temperatur (von beispielsweise 200⁰C) entsprechend der in diesen Kreisläufen im normalen Reaktorbetrieb herrschenden Temperatur; die Inbetriebsetzung der Pumpen 38A und 38B, welche Speisewasser aus dem Teich bzw. Reaktorsumpf (mit einer Temperatur von vielleicht nur 20⁰C) zuführen, hat eine anfänglich heiße, sodann jedoch zunehmend kühlere Wasserströmung aus den Behältern 57

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in die verschiedenen Zweigleitungen und von diesen in die Kühlkreisläufe sur Folge. Auf diese Weise wird durch die in den Behältern 57 gespeicherte Wärmeenergie das Auftreten von Wärmesehoeks in den Kühlkreis laufen beim Wirksam-werden der Pumpen 38A und 38B verhindert oder doch zumindest gemildert. Die Ventile 56 dienen u.a. auch dazu, die Trennung des Core-Sprüh-Leitungssystems von den unteren Samme!kämmeraggregaten in den Hauptkühlkreisl&ufen aufrechtzuerhalten.

Die in Fig. 3 gezeigte Anlage ist wiederum weitgehend ähnlich den in den Figg. 1 und 2 dargestellten Anlagen, und gleiche oder einander entsprechende Teile sind wiederum mit den gleichet Besugssiffern bezeichnet. Bei der Anlage gemäß Fig. 3 sind die Regelventile 25A und 25B stromabwärts der Abzweigstellen der Zweigleitungen 34Α,3*Β,35Α und 35B angeordnet, so daß die Strömung in diese Zweigleitungen daher nicht in Abhängigkeit von dem Wasserstand in den Dampf-Oberkesseln 2IA und 2IB geregelt wird. Diese Anordnung ermöglicht es, erhöhte Widerstandswerte r in die Zweigleitungen einzuführen, sum wirksameren Schute gegen eine Aushungerung dieser Leitungen, falls in einer von ihnen ein Rohrbruch auftritt oder eine von ihnen mit einem von einem Rohrbruch betroffenen Teil der Kühlmittelkreislauf e verbunden ist. Die Speisewasserströmung in die Verzweigungsleitungen kann, wie anhand von Fig. 1 beschrieben, entweder einfach in Abhängigkeit von den in den Kreisläufen 12A und 12B herrsehenden Drucken gesteuert werden, oder wie dargestellt, spesiell durch normalerweise geschlossene Auslöse ventile 59» die bei Schließung der Ventile 33 öffnen, gesteuert werden.

Die Hauptunterscheidung der in Fig. 3 dargestellten Anlage besteht darin, daft die Pumpen 38A und 38B, die bei Betätigung Wasser aus dem Teich bsw. Sumpf 55 in die Zweigleitungen 34A

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34B,35A und 35B pumpen» in gesonderte Sätze unterteilt sind. So werden im gezeigten Ausfahrungebeispiel die Zweigleitungen 34Ä und 35A von Pumpen 38Al bzw. 38A2 gespeist» die durch Dampfturbinen 41Al bzw. 41A2 angetrieben werden» deren Dampfbeaufsehlagung ihrerseits durch Dampfventile 42Al bzw. <i2A2 gesteuert wird, entsprechendes gilt für die Zweigleitungen 34B und 35B, far welche Pumpen 38Bl bsw. 38B2, Dampfturbine HlBi bsw. *1B2, sowie Dampf einlaftventile 42Bl und 42B2 vorge sehen sind. I« gezeigten Ausführungsbeispiel ist angenommen, da* all diese Pumpen direkt in die betreffenden zugeordneten Zweigleitungen fördern; jedoch können auch Energiespeieherbehalter entsprechend den Behältern 57 in Fig. 2 swi@@heng@s@hmltet sein.

Fig. 3 seigt auch ausdrücklich einen Reaktorsumpf 60 zur Aufsammlung von bei einem Rohrbruch in einem Kahlmittelkreislauf austretenden Wasser; des weiteren ausdrücklich Eintrlttsansehiass far die Niederdruckpumpen 46,49 bsw. 50 zur Veranschaulichung, dad diese Pumpen entweder zur Wasserentnahme aus dem Teich 55 öder aus dem Sumpf 60 oder, im Fall der Pumpen 49 und 50, aus den unteren Sammelkammeraggregaten 14A und 14B angeschlossen werden können, um durch das Core-Sprüheystem einen NiederdruekkOhlkreislauf zur Kühlung während der Brennstoffbeschickung ohne Betriebelast (wie für Fig. 1 beschrieben) zu gewährleisten. Fig. 3 zeigt weiter an der Austrittsseite der Pumpen 49 und 50 Aus löseventile 61, die normalerweise geschlossen sind, die jedoch - unter der Steuerwirkung (nicht dargestellter) Druckfinger Offnen, sobald der Druck in den Core-SprOheinlafi-Sammelleitungen unter einen vorgegebenen Wert absinkt, bei welchem das Niederdruck- Core-Sprühey β tem in Tätigkeit treten soll.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß die Erfindung eine angemessene Kühlwasserzufuhr sowohl far die unteren Sammelkammeraggregate wie auch für die Core-Sprühverteilerleitungen bsw. -verteilerköpfe im Fall eines mit Kühlmittelverlust ver-

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bundsnsn Zwischenfall· sieherstellt. Bs wurde bereits erwähnt, daft die Pumpen 38A und 38B bei« Auftreten eines alt Kühlmittelverlust verbundenen Zwischenfalls in Tätigkeit gesetzt «erden» derart da» sie (falls gleichseitig aueh eins elektrische Abschaltung stattfindet) die Hauptspeisepumpen 21 ersetzen, die in diese« fall ausfallen würden. Om dem häufigeren Fall einer, nicht von sine« su Kühlmittelverlust fahrenden Zwischenfall begleiteten, elektrischen Abschaltung Rechnung su tragen, ist in Üblicher Weite sin Syst·» 62 als Speisewassersufuhrgarantie vorgesehen, alt Pumpen, die von der herkömmlichen, durch Diossl-Hotstromiggregate abgesicherten elektrischen Stromversorgung betrieben werden, die ebenfalls in üblicher Weise vorgesehen ist· Das Speiseweasergarantiesyetem 62 besitst wesentlich nur eine kleine Kapasität und soll nur Verdampfungsverluste bei intakt bleibenden Kühlkreislaufen ausgleichen; dieses System vermag daher nieht mi* den mit Kühlmittelverlust« verbundenen Betriebsstörungen fertigsuwerden. Bs wird so sttverlissig wie möglich ausgestattet und wird vorsugsweise im Fall einer elektrischen Abschaltung in Wirkung gesetst, da es Wasser aus einer sauberen (demineralisierten) Versorgung besieht, was dem aus einem Reaktorteich bsw. -sumpf verfügbaren Wasser (wie insbesondere in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben) vorzuziehen ist* Da jedoch die von Dampfturbinen angetriebenen Pumpen 38A und 38B vorgesehen sind, ist die Anordnung so getroffen, daft diese Pumpen und ihre Antriebsturbinen nicht nur bei einer durch Rohrbruch hervorgerufenen, mit Kühlmittelverlust verbundenen Betriebsstörung in Tätigkeit gebracht werden, sonder aueh bsi einem abnorm niedrigen Wasserstand in einem der Dampf-Oberkessel. Falls daher das Speisewassersufuhrgarantiesvstem Verdampfungsverluste nach einer elektrischen Abschaltung nieht auszugleichen vermochte, wirken die Pumpen 38A und 38B in dieser Hinsieht als «weites Schutssystem, selbst wenn kein durch Rohrbruch veranlagter, mit Kühlmittelverlust verbundener Zwischenfall aufgetreten ist.

Patentansprüche:

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Claims (5)

Patentansprüche

1. yfassergekühlter Kernreaktor mit mehreren Kühlkreislauf en, welche jeweils folgende Teile umfassen: eine untere Sammelkammer, mehrere vertikal angeordnete und Brennstoffelementanordnungen enthaltende Druckrohre, die an ihrem unteren Ende mit der unteren Sammelkammer zur Zufuhr eines Haupt* kühlwasserstroms zur Kühlung des Brennstoffs verbunden sind; einen mit den oberen Enden der Druckrohre verbundenen Dampf-Oberkessel, welchem heißes Kühlwasser aus den Druckrohren zugeführt wird; Haupt-Kühlkreislauf-Umwälzvorrichtungen, welche Wasser von dem Dampf-Oberkessel zu der unteren Sammelkammer pumpen; sowie weitere Pumpvorrichtungen, welche aus de« Dampf-Oberkessel jedes Kühlkreis laufe eine Hilfs-Kühlwasserstrumung direkt in die Druckrohre dieses Kühlkreislaufs in Form einer Sprühkühlung in diesen Druckrohren pumpen, wobei die unteren Sammelkammern von jeweils zwei Kühlkreislaufen miteinander verbunden sind und jeder Dampf-Oberkessel jeweils einen Dampf auslaß und einen Wassereinlaß aufweist, an welchem mittels Hauptspeisewasserpumpen Nachfüllwasser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Anlage mit nur zwei derartigen Kühlkreis lauf en (12 A, 12B) die Haupt·? speisewasserpumpen (24) mit den Wassereinlässen (3OA,30B) der Dampf-Oberkessel (21A,21B) über Wassereinlaßventile (33) verbunden sind, welche in Abhängigkeit von dem Druck in den Kühlkreisläufen gesteuert sind und auf einen Abfall dieses Drucks durch Schließung ansprechen, und daß die Hauptspeisewasserpumpen (24) ferner beim Auftreten eines derartigen Druckabfalls Speisewasser direkt (bei 35A.35B) in die untere Sammelkammer (14A,1*JB) der beiden Kühlkreislauf e sowie direkt in die Druckrohre (26A,26B) als Sprühkühlung fördern.

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* 21 -

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Hauptspeisewasserpumpen (24) mit elektrischem Antrieb arbeiten, daß Notspeisewasserpumpen (38A,38b) sowie Dampfantriebsturbinen (4lA,4lB) für diese vorgesehen sind, und daß die Dampfzufuhr zu diesen Dampf-Antriebsturbinen (4lA,4lB) der Not-Speisewasserpumpen aus den Dampf-Oberkesseln (2IA, 21B) beider Kühlkreislaufe über Ventile (44A,44B,45A,45B), welche die Dampf-Oberkessel (21A,21B) voneinander isolieren, sowie über normalerweise geschlossene Ventile (42Α,42Βλ welche bei einem Druckabfall in einem der Dampf-Oberkessel öffnen, erfolgt.

3* Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptspeisewasserpumpen (24) und die Notspeisewasserpumpen (38A,38B) Wasser aus einer gemeinsamen Quelle beziehen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß sowohl die Hauptspeisewasserpumpen (24) wie auch die Not-Speisewasserpumpen (38A,38B) ausgangaseitig mit einem stromaufwärts der Wassereinlaßventile (33) angeordneten Speisewasser-Vorwärmer (29A,29B) verbunden sind.

5. Kernreaktor nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet , daß mit den unteren Sammel- _a kammern (14A,14B) und mit dem Sprühkühlungs-Kühlmittelkreisl (26A,26B) Energiespeicherbehälter (57, Fig. 2) verbunden sind, welche normalerweise ruhendes heißes Wasser in Temperaturgleichgewicht mit dem von den unteren Sammelkammern zugeführten Wasser und mit dem Sprüh-KÜhlwasser enthalten, und daß die Notspeisewasserpumpen (38A,3ÖB) bei Betätigung verhältnismäßig kaltes Wasser in die

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Energiespeicher* ehält er (57) puaipen, derart daß diese als Alttrnativ-Speisewaaeerzuf uhrquellen allmählich abnehmender Temperatur wirken.

Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich Niederdruckspeisewaeserpuapen (49»50) sur Erzeugung einer alternativen Niederdruck-Sprühwasserkühlströmung für die Druckrohre (26A,26B) beim Auftreten von Niederdruck-Zuständen in den beiden Kühlkreislaufen vorgesehen sind.

Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruck-Speisewasserpumpen (49*50) mit den unteren SammelkaTOiem (ΙΙΑ,ΙΊΒ) der beiden Kühlkreislauf e verbunden werden können, derart daß sie einen Niederdruck-Kühlwasserkreislauf durch die Druckrohre (26A, 26b) ergeben.

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