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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für Kernkraftwerke in Form eines, das Kernkraft- werk umschliessenden Bauwerks, dessen Innenwandungen aus thermisch beständigem Werkstoff bestehen und insbesondere an einer Fachwerkskonstruktion befestigt sind, wobei die Innen- wandung des Bauwerks mit durch Verschlussorgane, z. B. Klappen, die nach aussen insbesondere gegen Federkraft öffnen, verschliessbare Durchbrechungen versehen sind.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Schutzdom-Anlage kombiniert mit einem Druck- und Gas-Abbauverfahren bei einem Störfall eines Ostkernkraftwerkes u. a. mit Druck- wasser-Reaktoren z.B ohne Containment sowie technisch alten Ausführungen. Die Schutzdom- Einrichtung ist über in Betrieb befindliche Kernkraftwerke in massiver, doppelwandiger Bauweise errichtbar, um bei einem grossen Störfall die ausströmenden Gase und Dämpfe mit den Radio- nukliden, einerseits im grossvolumigen Innenraum der Einrichtung aufzunehmen, und andererseits, durch den viele Tage andauernden Störfall mit hoher Wärmeenergiezufuhr den Volumens- und Druckanstieg des Mediums, durch das Druckabbau- Verfahren, gleichzeitig die Verarbeitung des Mediums zu bewirken, wodurch radionuklidfreie, neutralisierte Gase wieder freigesetzt werden.
Durch die Verfahrensmassnahmen und der speziellen Ausgestaltung der Innenwand an vier örtlich versetzten Bereichen, erfolgt der Abbau des Störfallmediums in Kammern durch Druckent- spannung und Filterung der Gase von den Radionukliden und Toxinen vor der anschliessenden Freisetzung in die Umgebung.
Durch weitere Erfindungsaspekte ist es vorgesehen, die Schutzdom-Anlage niedrig auszu- führen und für die Verfahrensmassnahmen zu optimieren. Das ist einerseits durch Berechnungs- grundlagen des Österreichischen Forschungsinstitut Seibersdorf, dem AUSTRIAN RESEARCH CENTERS bei Wien, gemäss der GUTACHTERLICHEN STELLUNGNAHME (1999 06 17 Dr. K.
Mück), auf Seite 2, bestätigt: Modellrechnungen können für einen Störfall eines Kernkraftwerkes (OST-KKW) für die zu erwartenden Quellterme durchgeführt werden. (zu Druck, Temperatur u.
Volumenmasse). Andererseits ist ein massiv errichtetes Bauwerk für die Zulassung des Medien- volumens beim Maximaldruck optimierbar. Der Maximaldruck würde jedoch versuchen, das Bau- werk gemäss der grossen Grundfläche vom Boden abzuheben, jedoch zufolge der massiven Aus- führung der Innenwandung mit relativ dicken Plattenelementen aus Stahl, im Zusammenwirken mit der ebenfalls stärkeren Stahlhochbau-Konstruktion, wird das durch hohe Bodenlasten verhindert.
An der tiefsten Stelle kann gemäss Verfahrensmassnahmen die radioaktive Flüssigkeit entsorgt wer- den.
Es ist bekannt, dass Druckwasser-Reaktoren bei einem Störfall nicht explodieren, wie im Ver- gleich dazu die russischen RBMK-Tschernobyl-Reaktoren. Allerdings steigt auch bei einem Druck- wasserreaktor-Störfall der Druck in den Gebäudekammern, sodass deren Wände brechen können und radioaktive Teilchen freigesetzt werden. Der bekannteste Unfall ist der eines westlichen Druck- wasser-Reaktors. Dieser ereignete sich 1979 in Three-Mile-Island, Harrisburg Pennsylvania, USA, mit einer teilweisen Kernschmelze. Der Sicherheitsbehälter aus Stahl über dem Reaktor, das Containment, hat den hohen Druck- und Temperaturanstieg, der sich nachträglich als kritisch erwies, noch standgehalten.
Eine Studie in der Zeitschrift Atomwirtschaft, vom März 1981, verfasst von den Herren Hennies, Hosemann und Mayinger aus Deutschland mit dem Titel: "Ablauf und Konsequenzen eines DWR- Kernschmelzenunfalls", gibt grundsätzlich Auskunft über die Störfallfolgen eines Druckwasser- Reaktors westlicher Kernkraftwerks-Konstruktionen mit Containment. Siehe die Seiten 168-175. In der Darstellung auf Seite 170, Abb. 1 ist der Druckverlauf im Sicherheitsbehälter und der Zeitablauf ersichtlich. Entscheidend ist die zu erwartende Störfalldauer von 4,5 -12,5 Tagen, bis der Druck im Containment das für 5 bar Druck ausgelegt ist, den Wert 9 bar erreicht hat. Das Kriterium ist die tagelange Wärmeenergiezufuhr, die auch wesentlich länger als 12,5 Tage, bei weiterer Druck- steigerung andauern kann.
Allerdings bricht dann das Containment beim Überschreiten von 9 bar
Berstdruck, mit wahrscheinlich ähnlichen Folgen für Mensch und Umwelt, wie bei der Katastrophe des GAU in Tschernobyl 1986. Daher wäre auch für diese Anlagen, um jedes Risiko zu vermeiden der sichere Schutzdom mit Abbau-Verfahren vorzusehen.
Das PCT-Patent WO 92/02 021 A1 zeigt einen Apparat und Methoden mit einer Plastik-
Barriere zum Zurückhalten radioaktiver Partikel, Gase, toxische Flüssigkeiten während eines
Unfalles in einem Kernkraftwerk. Über diesem Kernkraftwerk sind 4 aufpumpbare voneinander distanzierte Kuppendächer in der Mitte hochragend und seitlich am Boden abgedichtet dargestellt.
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Die Zwischenabstände der 4 Domkuppen haben Luftfiltersysteme. Auch Zeltdächer und unter- irdische Tunnels sind Aufnahmeanlagen.
Diese nicht stabile Barriere ist lediglich eine Schutzhülle, keine temperaturbeständige Massnahme und nicht vorgesehen für den Gas- u. Druckabbau des verseuchten Mediums beim KKW-GAU.
Die DE 29 21 944 A stellt einen um ein Atomkraftwerk angeordneten Schutzmantel mit Auf- nahmeräumen dar, um Strahlen Gase, Kühlwasser, die ausser Kontrolle geraten sind, je in einem besonderen Raum aufzunehmen, wobei zur Abwehr relativ kleine Radialräume auch für die Auf- nahme von Geräten und Spezialbehälter vorgesehen sind und von speziell ausgebildeten Personal zu konzentrieren und letztlich abzutransportieren sind.
Diese Ausführung ist für kleinere Betriebsunfälle vorgesehen, nicht für Kemkraftwerkstörfälle ohne Containment zur Aufnahme grosser Massenvolumina an Ort und Stelle mit Abbaumass- nahmen.
Bei einer Schutzeinrichtung gemäss Patent AT 405 110 B ist es bekannt, seine Bauhöhe etwa 150 m hoch auszuführen, die Innenwände mit dünnen Stahlplatten aufzuführen, die an ihrer äusse- ren Wandseite Zugelemente zur Aufnahme hoher Durchbiegelasten haben. Die Anbringung der Zugelemente an Stahlträgern und Platten am Umfang jeder horizontalen Reihe vom Boden bis zur Kuppe ist kompliziert und daher teuer. Das in sich geschlossene Bauwerk hat keine Überdruck- sicherung installiert, die beim tage- oder wochenlang fortschreitenden Druck- und Volumens- anstieg, dessen Abbau und Mediumsreinigung ermöglichen würde.
Aufgabe der Erfindung ist es hier Abhilfe zu schaffen. Erreicht wird dies dadurch, dass die in der aus massiven Metallplatten gebildeten Innenwand vorgesehenen Durchbrechungen je eine zwi- schen Aussen- und Innenwandung angeordnete Kammer münden, in der eine Filtereinrichtung für feinste Korngrössen zur Filterung der Radionuklide mit austauschbaren Einsätzen angeordnet ist, die in den Ringraum zwischen Aussen- und Innenwand mündet, der einen Mischraum bildet, der über Undichtheiten der Aussenabdeckung mit dem Aussenraum verbunden ist.
Dadurch erfolgt ein kombinierter Druck- und Gasabbau in dieser Schutzdomanlage, wobei durch die spezielle Innenwandgestaltung eine massive Ausführung mit relativ dicken Stahlplatten- elementen zur Innenwandgestaltung des Bauwerks erreicht wird.
Vorteilhafter Weise können die Verschlussorgane jeweils paarweise und einander diametral gegenüberliegend in einer im wesentlichen horizontalen Querschnittsebene des Bauwerks ange- ordnet sein, wobei die in aufeinanderfolgenden Querschnittsebenen angeordneten Verschluss- organe gegeneinander versetzt sind. Diese insgesamt vier, jedoch paarweise versetzten Kammern sind in Bodennähe und ca. 1/3 der Bauhöhe angeordnet und mit Klappen abschliessbar, deren gewichtsbelasteter Klappenkörper sich aus der vorhandenen Sitzöffnung in der Innenwand, gelenkig nach oben öffnen können, und dann wieder in vertikaler Lage eine geschlossene, gedich- tete Wand bilden. Die Klappenkörper können sich beim Innendruck, oder Sog durch ein einge- schaltetes Absauggerät zufolge Unterdruck von aussen, wieder öffnen.
Durch die in jeder Kammer in der Strömungsrichtung befindlichen Filtereinrichtung, werden Teilchen feinster Korngrössen zur Filterung der Radionuklide und toxischer Medien mit austausch- baren Einsätzen, ausgefiltert. Nach dem Durchgang des GAU-Mediums durch die geöffnete Wand- klappe, der oberen Hälfte der Filtereinrichtung, treten die neutralisierten Gase in den Ringraum zwischen Innenwand und Aussenabdeckung, der als Mischraum dient, aus. Aus diesem Ringraum gelangt das gereinigte Gas durch die nicht dicht ausgeführte Aussenabdeckung der Schutzdom- Anlage nach aussen in die freie Umgebung.
Für den Austritt des Mediums aus dem Innenraum der Schutzeinrichtung sind 4 Kammern mit Wandöffnungen für Verschlussorgane mit je einer Abschlussklappe so vorgesehen, dass die Verschlussorgane in Umfangsrichtung um ca. 90 Grad versetzt sein können.
Durch eine am Boden installierte und auf diese zuschaltbare Absaugeinrichtung ist es weiters vorgesehen, dass in die Kammer eine gegebenenfalls durch ein Verschlussorgan verschliessbare, ins Freie führende Saugleitung mündet, und dass gegebenenfalls in den Raum zwischen Aussen- und Innenwandung ausserhalb der Kammer eine weitere Saugleitung mündet, die gegebenenfalls mit der aus der Kammer kommenden Saugleitung zusammengeführt ist. Daher ist es vorgesehen, dass die Absaugeinrichtung auf den 2. Anschluss, direkt aus dem Innenraum des Bauwerkes umschalt- bar sein muss, wobei durch den Sog bzw. Unterdruck sich die Klappe öffnet und das Medium über
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die untere Hälfte der Filtereinrichtung, der geöffneten Abschlussarmatur und Absaugleitung, die gereinigten Gase in die freie Umgebung fördert.
Weiters ist es sehr vorteilhaft, eine Beregnungseinrichtung bzw. Sprinklereinrichtung die der kombinierten Verfahrensanwendung dient, im grossvolumigen Schutzdom als Ringleitung zu instal- lieren. Erreicht wird dies dadurch, dass in dem von der Innenwandung umschlossenen Raum, eine mit Düsen versehene Ringleitung angeordnet ist, die an einem Vorrat aus unbrennbarer Flüssigkeit z. B. Wasser, angeschlossen ist, wobei der Vorrat sich in einem Tank befindet, der im Ringraum zwischen Aussen- und Innenwandung etwa im Bereich der Kuppel des Bauwerkes angeordnet ist, oder dass der Vorrat von der Wasserversorgung gebildet ist.
Vorteilhafter Weise kann die Beregnungseinrichtung so installiert werden, dass die Ringleitung in etwa 2/3 der Bauhöhe angeordnet ist. Die Düsen sind auf das Zentrum hin gerichtet, um ein intensives Besprühen des Störfallmediums zu erreichen, wodurch nach anfänglicher Dampfbildung, Abkühlung und Druckreduzierung eintritt.
Der Flüssigkeitstank muss als Reserve immer gefüllt sein und durch das Öffnen des zuge- hörigen Absperrventils immer zuschaltbar sein, inklusive des Sprühkopfes in zentraler Position, der etwas tiefer zur Ringrohrleitung liegt. Dazu ist ein wenige Meter breites, temperaturbeständiges Tragnetz so zu spannen, dass zwischen der Ringleitung und dem Boden ungefähr horizontal eine Fahrbahn für einen auf einem Wagen montierten Sprühkopf angeordnet ist, in der eine bewegbare Leitung zur Zufuhr unbrennbarer Flüssigkeit, z. B. Wasser mündet, die durch eine Wandöffnung aus dem Innenraum hinaus führt.
Weiters ist es zweckmässig, dass die Fahrbahn von einem den Innenraum durchsetzenden Netzstreifen gebildet ist, um einen freien Dampfdurchtritt zu ermöglichen.
Zur variablen Sprühverteilung mit dem Sprühkopf ist es vorgesehen, dass an dem Wagen die Enden zweier aus dem Innenraum, an diametral gegenüberliegenden Stellen hinausgeführter Seile befestigt sind, die den kombinierten Verfahrensmassnahmen dienen.
Für die langjährige Funktion der Schutzeinrichtung ist es vorgesehen, dass die Innenwand mit einer abschirmenden Abdeckschicht versehen ist, die auf eine gereinigte Innenwand aufgebracht ist, wodurch eine Abschirmung gegen Austritt radioaktiver Strahlung gewährleistet werden kann.
Für die Steuerung der Verfahrensmassnahmen sind insbesondere mehrere Schauöffnungen am Innenmantel mit Schutzglas auszustatten, und zwar so, dass in der Innenwand durch Schutzglas verschlossene Schauöffnungen angeordnet sind. Auch TV-Geräte kann man an diesen Öffnungen zur Überwachung aus einer zentralen Stelle, installieren.
Vom Boden sind Zugänge bis zum jeweiligen Schauglas und Bedienungsgerät vorzusehen, wodurch die Steuerung aller Massnahmen für Personen hinter der geschützten, massiven Innen- wandung für alle sichergestellt ist.
Die Schutzdom-Anlage ist einerseits zur Druckentspannung und andererseits als Medien- Abbauverfahren kombiniert über ein Kernkraftwerk zu errichten vorgesehen und schafft durch hohe Ausführungsqualität menschenmögliche Sicherheit gegen Austritte radioaktiver Strahlung dadurch, dass in Kraftwerken in einem das Kernkraftwerk umschliessenden Bauwerk, der in einem Störfall im
Inneren entweichende Druck des verseuchten Gases, nach Reinigung des Gases, insbesondere von radioaktiven Teilchen, über die Aussenwand, gegebenenfalls zusätzlich über Filter, abgebaut wird. Mensch und Umwelt erhalten örtlich und in grossen Entfernungen, bei einem grossen KKW-
Störfall, sichersten Schutz.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Schutzeinrichtung mit dem Druck- und Gas-Abbau- verfahren in drei beispielsweisen Ausführungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemässe Schutzdom-Anlage mit Druck- u. Gas-Abbauverfahren über ein
Kernkraftwerk mit Nebengebäuden errichtet, im vertikalen Schnitt.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt der Fig. 1 nach der Linie a - a.
Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt nach der Linie b - b der Fig. 2.
Die Stahlhochbaukonstruktion ist schematisch in Fig. 1 in doppelwandiger Bauweise mit kuppenförmigen Dach dargestellt. Die Innenwand ist massiv ausgeführt, wobei in Bodennähe sowie ca. in 1/3 der Bauhöhe 90 Grad versetzt, paarweise zueinander, insgesamt vier Kammern mit Wandklappen angeordnet sind, die beim Überdruck vom Innenraum oder durch Unterdruck von aussen, insbesondere durch den Sog des Absauggerätes erzeugt, öffnen. Zur Verfahrenssteuerung ist in 2/3 der Bauhöhe an der Innenwand eine Sprinklereinrichtung mit feinen Düsen sowie der
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Flüssigkeitsanschluss angebracht. Tiefer liegend befindet sich der Sprühkopf auf einem Wagen, verbunden mit einer beweglichen Leitung, die durch eine Öffnung der Innenwand zu dahinter befindlichen Wasseranschlüssen führt, angebracht.
Am Wagen sind zwei Seilenden befestigt, die durch die Innenwand führen und seitlichen Verstellzwecken des Sprühkopfes dienen.
In Fig. 2 ist ebenfalls schematisch die Stahlhochbaukonstruktion mit der Aussenabdeckung, der Innenringrohrleitung mit den Düsen der Sprinklereinrichtung dargestellt. Zentral darunter ist ein schmales, durchlässiges Tragnetz als Fahrbahn zur Aufnahme des Wagens mit dem Sprükopf befestigt, der eine angeschlossene nach aussen führende Schlauchleitung hat, die zur Wasser- leitung führt.
Die Fig. 3 zeigt die beiden bodennahen, gegenüberliegenden Kammern, von denen nur eine gezeichnet ist, die durch Wandklappen-Verschlüsse geöffnet werden, von denen das zweite Paar um 90 versetzt in ca. 1/3 der Bauhöhe angeordnet ist, einerseits vom Innendruck, andererseits vom erzeugten Unterdruck der auf die Wandklappen durch die Absaugeinrichtung von aussen einwirkt.
Das verseuchte Medium wird verfahrensgemäss in Strömungsrichtung durch die Reinigungs- filter mittels austauschbaren Einsätzen von den feinsten Radionukliden, vor dem Austritt dieser Gase in den Mischraum und weiter in die freie Umgebung, gereinigt.
Die Absaugeinrichtung muss umschaltbar sein auf die ausgetretenen Gase aus der Kammer über den Oberteil der Filterungseinrichtung, auf die Mischluft des Ringraumes zwischen Innen- und Aussenwand der Schutzdom-Anlage. Jede der vier Kammem muss mit einer eigenen Absaugein- richtung ausgestattet sein.
Gemäss Fig. 1 ist die Schutzdom-Anlage 1 mit der massiven Innenwand 2 am Fundament 3 befestigt und steht über einem Kernkraftwerk 4 mit mehreren Nebengebäuden 5. Die Innenwand 2 hat in Bodennähe zwei gegenüberliegende Kammern 6, wovon eine dargestellt ist, und um 90 Grad versetzt dazu, jedoch höher liegend und paarweise gegenüber angeordnet Kammer 7, wovon ebenfalls nur eine in die Ebene gedreht dargestellt ist, mit jeweils der gelenkigen, gewichts- belasteten Wandklappe 8, Filtereinrichtung 9 sowie angeschlossener Absperrarmatur 10 und Absaugleitung 11.
In 2/3 der Bauhöhe der Schutzeinrichtung 1, befindet sich an der Innenwand 2 die Sprinklereinrichtung angeordnet, mit der Ringrohrleitung 12 und den Düsen 13 sowie darunter das seitlich befestigte Tragnetz als Fahrbahn 14, worauf sich der Wagen 15, mit dem Sprühkopf 16 und Schlauchleitung 17, befinden und bewegen können, ebenso auch die zwei zur Positionsverstellung erforderlichen Seilenden 18, angebracht sind.
Im Kuppenbereich sind die zwei grossen, gefüllten Wasserbehälter 19, mit der gemeinsamen Verbindungsleitung 20, untergebracht. Durch die Falleitung 21, kann nach dem Öffnen der Absperrarmatur 22, und geschlossener Armatur 24, die Sprinklereinrichtung durch die gefüllten Wasserbehälter 19, im Notfall versorgt werden, wobei das T-Stück 23, auch für die weitere Wasserversorgung aus der Hauptleitung 30, vorgesehen ist. Der Eckverteiler 26, dient ebenfalls der weiteren Wasserversorgung zur Schlauchleitung 17 und dem Sprühkopf 16, bei geöffneter Absperrarmatur 25 und Förderung aus der Steigleitung 27, offener Absperrarmatur 28 sowie einge- schaltetem Fördergerät 29. Dieses Fördergerät ist z.
B. eine Pumpe und fördert verfahrensgemäss aus der Wasserversorgung 30, durch die Steigleitung 27, offener Absperrarmaturen 25 und 28 sowie 24, sowohl zum Sprühkopf 16, als auch in die Ringleitung 12 und sprüht Wasser durch die
Düsen 13, auf das zu kühlende GAU-Medium radial im Kreise, als auch zentral in den Innenraum 2, der Schutzeinrichtung. Die Behälter 19, sind ebenfalls durch die Pumpe 29, immer wieder zu füllen.
Fig. 2 zeigt knapp über und durch 2/3 der Höhe des Bauwerks die schematisch dargestellte tragende Stahlhochbaukonstruktion 31, mit der aussen daran angebrachten Abdeckung 32. Weiters das am Boden befindliche Absauggerät 33, zum Absaugen des ruhenden Gases. An der Innen- wand 2, befestigt ist sowohl die Ringrohrleitung 12, als auch das Tragnetz als Fahrbahn 14, worauf ein Wagen 15, mit montierten Sprühkopf 16, den zentralen Platz einnimmt und mittels der beiden
Seilenden 18, aus der geschützten Position hinter der Innenwand 2, seitlich links und rechts für
Sprühzwecke verstellt werden kann.
Fig. 3 zeigt die Schutzdom-Innenwand 2 und die Aussenabdeckung 32, mit der bodennahen
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Kammer 6, sowie die gewichtsbelastete Klappe 8, und die Filtereinrichtung 9. Das darunter befind- liche Absauggerät 33, kann einerseits aus der Kammer 6, und zufolge des Soges der auf die Wandklappe 8, einwirkt und sie teilweise öffnet, durch die untere Hälfte der Filtereinrichtung 9, der geöffneten Absperrarmatur 34 und der Absaugleitung 35, das ruhende Medium aus dem Innen- raum der Schutzdomwand 2, absaugen und muss andererseits, auf den Ansaugstutzen 36, umschaltbar sein, sodass auch ruhende Mischluft aus dem Ringraum zwischen Innenwand 2, und Aussenabdeckung 32, abgesaugt werden kann.
Die Sitzöffnung 37, wird vom massengewichts- belasteten Klappenkörper 8, im drucklosen Zustand selbsttätig an der Innenwand 2, vertikal geschlossen und gleichzeitig abgedichtet.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Schutzeinrichtung für Kernkraftwerke in Form eines das Kernkraftwerk (4) umschliessenden
Bauwerks (1), dessen Innenwandungen aus thermisch beständigem Werkstoff bestehen und insbesondere an einer Fachwerkskonstruktion befestigt sind, wobei die Innenwandung (2) des Bauwerks mit durch Verschlussorgane z. B.
Klappen, die nach aussen insbesondere gegen Federkraft öffnen, verschliessbare Durchbrechungen versehen ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass die in der aus massiven Metallplatten gebildeten Innenwand (2) vorgesehe- nen Durchbrechungen je in eine zwischen Aussen- und Innenwandung angeordnete
Kammer (6,7) münden, in der eine Filtereinrichtung (9) für feinste Korngrössen zur Filterung der Radionuklide mit austauschbaren Einsätzen angeordnet ist, die in den Ringraum zwischen Aussen- und Innenwand mündet, der einen Mischraum bildet, der über Undicht- heiten der Aussenabdeckung (32) mit dem Aussenraum verbunden ist.