Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich Schutzsysteme für die Abschaltung eines Siedewasserreaktors (BWR) und für die Aufrechterhaltung eines sicheren Betriebszustandes im Falle eines Reaktorunterbruchs oder eines Störfalls, welcher Schäden am Reaktorkern, im Wesentlichen durch Überhitzung, verursachen könnte. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung passive Schutzsysteme für BWR's zur Reduktion des Druckes im Innern des Sicherheitsbehälters ("containment") nach einem angenommenen Störfall.
Bisher wurden für BWR's aktive Sicherheitssysteme eingesetzt, um Störereignisse zu kontrollieren und einzuschränken. Diese Ereignisse umfassen kleine Unterbrüche bis hin zu konstruktionsbedingten Störfällen. Passive Sicherheitssysteme wurden für den Einsatz in vereinfachten BWR's ("simplified BWR" resp. "SBWR") in Betracht gezogen und wegen ihrer Vorzüge in Bezug auf den verminderten Bedarf an spezialisiertem Unterhalt und spezielle Überwachung der Sicherheitsgeräte, und wegen des Wegfalls einer dazu benötigten Wechselstromversorgung, wodurch die Zuverlässigkeit von wesentlichen Sicherheitsmassnahmen, die zur Kontrolle und Einschränkung von durch Störfälle hervorgerufenen unerwünschten Nebeneffekten notwendig sind, erhöht würde, näher untersucht.
SBWR's können zusätzlich mit weiteren passiven Sicherheitsvorkehrungen ausgerüstet werden, welche für menschliches Versagen bei der Störfallkontrolle und -einschränkung weniger anfällig sind als herkömmliche Systeme.
Herkömmliche SBWR-Anlagen verwenden passive Betriebskonzepte für die wesentlichen Sicherheitssysteme zur (a) Bereitstellung von Notfallkühlmittel für die sichere Kernkühlung über die post-LOCA-Zeitdauer eines konstruktionsbedingten Kühlmittelverlustfalles (LOCA = Loss of Coolant Accident) hinaus (für diese Konzepte 72 Stunden), und (b) zur sicheren Hitzeabführung aus dem Sicherheitsbehälter über diese gleiche konstruktionsbedingte Störfalldauer. Die Abführung der Zerfallshitze wird mit vorwiegend passiven Mitteln ermöglicht, und insbesondere durch die Ableitung der Kernzerfallshitze (welche sich letztlich als heisser Dampf innerhalb des Sicherheitsbehälter-Trockenraums zeigt) in die Umgebung des Reaktorgebäudes mit Hilfe von Wärmetauschern für die passive Sicherheitsbehälterkühlung ("passive containment cooling" oder PCC) wie sie, z.B. in der US 5 295 168 beschrieben werden.
Der Ausdruck "passiv", wie er zur Beschreibung des Betriebs solcher Sicherheitssysteme verwendet wird, soll Systeme bezeichnen, welche ausschliesslich mithilfe von gespeicherter Energie arbeiten, wie z.B. Batterien, Druckgase, chemische Füllungen, oder geeignet positionierte Wassertanks, die sich mit Hilfe der Schwerkraft entleeren können, um die wichtigsten Sicherheitsvorkehrungen bereitzustellen. Der Ausdruck "passiv" impliziert ferner, dass keine rotierenden oder sich hin- und herbewegenden Maschinenteile verwendet werden; und, sofern Ventile eingesetzt werden, nur solche, die nur einmal ihre Stellung ändern, wie, z.B. Sprengventile oder bei Klappventilen, solche die im offenen oder geschlossen Zustand gänzlich stromlos sind.
Fig. 1 zeigt einen typischen SBWR mit einem Reaktordruckbehälter 10, welcher einen unter Wasser 14 liegenden Reaktorkern 12 umfasst. Der Reaktorkern erhitzt das Wasser zur Erzeugung von Dampf 14a, welcher aus dem Reaktordruckbehälter durch eine Hauptdampfleitung 16 abgeführt wird und über einen Dampfturbinengenerator elektrischen Strom produziert.
Der Reaktordruckbehälter ist umgeben von einem Sicherheitsbehälter 18. Der Raum innerhalb des Sicherheitsbehälters 18 und ausserhalb des Reaktordruckbehälters 10 wird Trockenraum 20 genannt. Der Sicherheitsbehälter besteht aus Beton mit einem inneren Stahlmantel und ist so ausgelegt, dass er einem erhöhten Druck innerhalb des Trockenraums standhält. Typischerweise enthält der Trockenraum ein nicht kondensierbares Gas wie, z.B. Stickstoff.
In herkömmlichen SBWR Sicherheitsbehälter-Ausführungen umläuft eine ringförmige Druckentlastungskammer oder ein Flutbecken 22 den Reaktordruckbehälter. Das Flutbecken 22 ist teilweise mit Wasser gefüllt, welches das Druckentlastungsbecken 24 bildet und weist einen darüberliegenden Flutbeckenraum 26 auf. Das Flutbecken erfüllt verschiedene Funktionen, insbesondere bildet es eine Wärmesenke in bestimmten Störfällen; beispielsweise im Falle des Verlusts von Kühlmittel (LOCA), wobei Dampf vom Reaktordruckbehälter 10 in den Trockenbehälter 20 leckt. Nach einem solchen LOCA L wird der Reaktor abgeschaltet, jedoch werden nach wie vor Druckdampf und Restzerfallswärme während einer bestimmten Zeitdauer nach dem Abschalten erzeugt.
Dampf, welcher in den Trockenraum 20 entweicht, wird in das Flutbecken 22 über mehrere, (z.B. acht) vertikale, in die Flutbeckenwand 76 eingebaute Leitungsrohre geführt, wobei jedes dieser Leitungsrohre 27 eine Anzahl, (z.B. drei) horizontale \ffnungen 28 aufweist. Dampf, der durch die \ffnungen 28 in das Flutbecken 22 geleitet wird, führt Teile des nichtkondensierbaren Gases 30 aus dem Trockenraum mit sich. Der Dampf kondensiert und das nichtkondensierbare Gas 30 wird aufwärts zum Flutbeckenraum 26 getrieben, wo es sich ansammelt.
Wenn der Druck im Flutbeckenraum 26 grösser ist als derjenige im Trockenraum 20, öffnen sich ein oder mehrere Druckentlastungsventile 36, welche den Flutbeckenboden 74 durchstossen und dem nichtkondensierbaren Gas 30 erlauben, in den Trockenraum 20 auszutreten. Die Druckentlastungsventile 36 bleiben geschlossen, wenn der Druck im Trockenraum 20 gleich gross oder grösser ist, als der Druck im Flutbeckenraum 26.
Das System beinhaltet weiter ein oder mehrere schwerkraftgetriebene Kühlsystembecken 38 ("gravity-driven cooling system" resp. GDCS) oberhalb des Flutbeckens 22 innerhalb des Sicherheitsbehälters 18. Das GDCS-Becken 38 ist teilweise mit Wasser 42 gefüllt und bildet oberhalb des Wassers somit einen GDCS-Raum 44. Das GDCS-Becken 38 ist mit einem Abflussrohr 46 verbunden, welches ein Ventil 48 aufweist, welches mittels einer Steuerung 40 gesteuert wird. Das Ventil 48 öffnet sich, um GDCS-Wasser 42 durch Schwerkraft in den Druckbehälter 10 fliessen zu lassen, um damit den Kern nach einem LOCA L zu kühlen. Dampf und nichtkondensierbares Gas können direkt aus dem Trockenraum 20 in den GDCS-Raum 44 über einen Einlass 50 geführt werden.
Wahlweise kann ein Kondensator oder Wärmetauscher 72 zur Kondensation von Dampf vorgesehen werden, welcher durch den Einlass 50 geführt wird, nachdem das GDCS-Wasser 42 abgelassen wurde, um zusätzlichen Dampf und nichtkondensierbares Gas hereinzuziehen.
Das Flutbecken 22 ist auf einer Höhe oberhalb des Kerns 12 angeordnet, und weist einen Auslass 32 mit einem Ventil 34 auf, welches durch eine Steuerung 40 gesteuert wird. Das Ventil 34 wird mit einer gewissen Verzögerung nach der \ffnung des Ventils 48 geöffnet, um den Abfluss von Wasser aus dem Druckentlastungsbecken 24 durch Schwerkraft in den Druckbehälter 10 zur Kühlung des Kerns nach einem LOCA L zu ermöglichen.
In der Konstruktion des SBWR ist eine passive Sicherheitsbehälterkühlung ("passive containment cooling system" resp. PCCS) zur Ableitung von Hitze aus dem Sicherheitsbehälter 18 während eines LOCA's vorgesehen. Ein Kondensatorbecken 52, aus einer Mehrzahl Unterbecken (nicht dargestellt), welche so untereinander verbunden sind, dass sie als ein einziges grosses Kondensatorbecken wirken, ist oberhalb des Sicherheitsbehälters 18 und oberhalb des GDCS-Beckens 38 angeordnet. Das Kondensatorbecken 52 enthält eine Mehrzahl von PCC-Wärmetauschern 54 (von welchen nur einer in Fig. 1 dargestellt ist), üblicherweise auch PCC-Kondensatoren genannt, sowie Isolationskondensatoren (nicht dargestellt), welche sich alle unterhalb des Isolationswasserspiegels 56 befinden.
Das Kondensatorbecken 52 weist mindestens einen Auslass 58 an die Luft ausserhalb des Sicherheitsbehälters auf, um Hitze aus dem Raum oberhalb des Kondensatorbeckenwassers 56 bei Betrieb des PCC-Wärmetauschers 54 zu entfernen.
Der PCC-Wärmetauscher 54 hat einen Einlass 60 zur Strömungsverbindung mit dem Trockenraum 20 und einen Auslass 62, der mit einer Sammelkammer 64 verbunden ist, und aus welcher ein Ventilrohr 66 in das Flutbecken 22 hineinragt, sowie ein Kondensat-Rückführungsrohr 68, welches in das GDCS-Becken 38 hineinragt. Der PCC-Wärmetauscher 54 erlaubt die passive Wärmeabführung aus dem Trockenraum 20, wobei der nach einem LOCA L erzeugte Dampf aus dem Trockenraum durch einen Einlass 60 in den PCC-Wärmetauscher geführt wird, wo er kondensiert. Das nichtkondensierbare Gas (z.B. Stickstoff) aus dem Trockenraum wird mit dem Dampf in den PCC-Wärmetauscher geführt und muss vom Dampf getrennt werden, um einen wirksamen Betrieb des PCC-Wärmetauschers zu ermöglichen.
Die Sammelkammer 64 trennt das nichtkondensierbare Gas vom Kondensat, wobei das getrennte nichtkondensierbare Gas in das Flutbecken 22 geführt wird, und das Kondensat in das GDCS-Becken 38 geführt wird. Ein Siphon oder Verschluss 70 ist am Ende des Kondensat-Rückführungsrohrs 68 im GDCS-Becken 38 angeordnet, um einen Rückfluss erhitzter Flüssigkeiten aus dem GDCS-Becken 38 zum Flutbecken 22 über das Kondensat-Rückführungsrohr 68 und unter Umgehung des PCC-Wärmetauschers 54 zu verhindern.
Demzufolge ist dieses System ausgelegt, um das nichtkondensierbare Gas aus dem Trockenraum 20 in den Flutbeckenraum 26 zu leiten, und den Dampf aus dem Trockenraum in den PCC-Wärmetauschern 54 zu kondensieren. Das nichtkondensierbare Gas verbleibt in dem eingeschlossenen Flutbecken bis der PCC-Wärmetauscher 54 den Dampf schneller kondensiert, als dieser aus dem Reaktordruckbehälter entweichen kann. Wenn dies eintritt, reduziert der PCC-Wärmetauscher den Druck im Trockenraum unter denjenigen im Flutbecken, wodurch die Druckentlastungsventile 36 geöffnet werden, und das nichtkondensierbare Gas im Flutbecken zurück in den Trockenraum strömen kann.
Fig. 2 zeigt einen BWR mit mindestens zwei vertikalen Leitungen 27A und 27B in Strömungsverbindung und mit entsprechenden horizontalen \ffnungen 28A und 28B; mindestens zwei Druckentlastungsventile 36A und 36B; mindestens zwei GDCS-Becken 38A und 38B; und mindestens zwei PCC-Wärmetauscher 54A und 54B mit jeweiligen Einlassleitungen 60A und 60B, Abflussleitungen 66A und 66B, sowie Kondensat-Rückführungsrohren 68A und 68B. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung sich auf PCCS's mit mindestens zwei im Kondensatorbeckenwasser 56 eingetauchten PCC-Wärmetauschern bezieht, welche PCCS's in Strömungsverbindung mit dem Flutbecken 22 stehen.
Bezugnehmend auf Fig. 2, wird Dampf aus dem Reaktordruckbehälter ("reactor pressure vessel" resp. RPV) in der Folge eines LOCA L, zusammen mit nichtkondensierbaren Gasen (vornehmlich Stickstoff), mit welchen der Trockenraum gefüllt wird, durch die PCC-Wärmetauscher 54A und 54B geführt, wo der Dampfanteil dieses Gemisches kondensiert wird. Im unteren Teil jedes PCC-Wärmetauschers, und insbesondere in einem als untere PCC-Trommel bezeichneten Bereich derselben, findet eine Phasentrennung zwischen den nichtkondensierbaren Gasen und dem Kondensat statt.
In dem Rohrwendelbereich des Wärmetauschers, welcher unmittelbar vor der unteren Trommel angeordnet ist, wird die Zerfallshitze des Reaktorkerns, die durch die Enthalpie des in die PCC-Wärmetauscher eindringenden Dampfnebels definiert ist, aus der SBWR-Sicherheitsbehälter-Atmosphäre an das Kondensator beckenwasser 56 abgegeben, welches ausserhalb des primären Sicherheitsbehälters angeordnet ist. Das Kondensat wird durch geeignete Rohre aus den unteren Trommeln an einen geeigneten Ort geführt, wie z.B. die GDCS-Becken 38A und 38B, von wo das Kondensat über GDCS-Becken-RPV-Einspritzleitungen zurück in den RPV geführt werden kann.
Die in den unteren Trommeln gesammelten nichtkondensierbaren Gase werden durch jeweilige PCC-Wärmetauscher-Abflussleitungen 66A und 66B geführt, an deren Enden die nichtkondensierbaren Gase in das Wasser des Druckentlastungsbeckens 24 austreten und als Gasblasen nach oben steigen, um in den Flutbeckenraum 26 auszutreten und damit den Anteil der nichtkondensierbaren Gase darin zu erhöhen.
Der Wandungsboden 74, welcher den Trockenraum 20 vom Flutbeckenraum 26 trennt, ermöglicht eine leckagedichte Abdeckung des Flutbeckenraums. Durch diesen leckagedichten Wandungsboden 74 wird ein positiver Druckunterschied (AP) (viz., der Druck im Trockenraum ist höher als der Druck im Flutbeckenraum) selbsttätig erzeugt, insbesondere wegen des kontinuierlich im RPV produzierten Dampfes nach einem LOCA L, welcher Dampf aus dem LOCA-Rohrdurchbruch und/oder aus den geöffneten RPV-Druckreduktionsventilen austritt. Die Dampferzeugung ist die natürliche Folge der Kernzerfallshitze, welche auch erzeugt wird, wenn der Reaktorkern in einen unter-kritischen Zustand gebracht worden ist.
Gase, die dem Flutbeckenraum beigegeben werden und damit eine Erhöhung des Gesamtdrucks in diesem Behälter bewirken, werden durch die Entwicklung eines grösseren Drucks in dem Trockenraum als Folge der natürlichen und unbremsbaren Dampferzeugung des RPVs ausgeglichen. Die Grösse des Druckunterschieds DELTA P wird hauptsächlich durch die Eintauchtiefe der Enden der PCC-Wärmetauscher-Abflussleitungen 66A und 66B in das Druckentlastungsbecken 24 bestimmt. Im Allgemeinen ist dieser Druckunterschied DELTA P gleich oder liegt leicht über dem spezifischen Druck, welcher durch den erhöhten Druck des Trockenraums zu stande kommt, und welcher benötigt wird, um das Wasser aus dem PCC-Wärmetauscherauslassrohr gegen den Druck, der durch den Flutbeckenraumdruck erzeugt wird und der auf die Oberfläche des Druckentlastungsbeckens wirkt, herauszupressen.
Die Druckentlastungsventile 36A und 36B dienen dem Zweck der Druckentlastung innerhalb des Flutbeckenraums für den Fall, dass der Trockenraum einen vorübergehenden raschen Druckabfall erfährt. Dies kann nach bestimmten LOCA-Vorfällen auftreten, so z.B., wenn relativ kaltes Kühlmittel aus dem RPV-Rohrdurchbruch heraustritt und den Dampfnebel des Trockenraums schnell kondensieren lässt. Eine solche Druckentlastung ist notwendig, um eine Überschreitung der konstruktionsbedingten Grenzbelastungen auf den Wandungsboden 74 durch Aufwärtsbelastungen zu verhindern. In solchen Fällen öffnen sich die Druckentlastungsventile lange genug, um den Druck des Trockenraums in ein Gleichgewicht mit dem Druck des Flutbeckenraums zu bringen.
Hiernach müssen sich die Druckentlastungsventile wieder schliessen, um die leckagedichte Abdichtung zwischen dem Trockenraum 20 und dem Flutbeckenraum 26 wieder herzustellen, sodass die unbedingt notwendige passive Funktion der PCC-Wärmetauscher aufrechterhalten werden kann.
Die Druckentlastungsventile sind daher so gestaltet und geprüft, dass sie mit einer besonders hohen Zuverlässigkeit beim Wiederschliessen in einen leckagedichten Zustand gebracht werden können. Wenn ein oder mehrere Druckentlastungsventile nach deren Einsatz nicht leckagedicht schliessen, würde sich eine Situation ergeben (Fig. 3), in welcher ein positiver Druckunterschied AP, welcher notwendig ist, um die Dampfströmung durch die PCC-Wärmetauscher zu treiben, auf ein zu niedriges Niveau zurückfallen würde, und daher die nichtkondensierbaren Gase aus den Enden der PCC-Wärmetauscher-Auslassrohre nicht austreten könnten. Sollte diese Situation entstehen, sammeln sich die nichtkondensierbaren Gase in diesen Auslassrohren und in den Wärmeleitrohren des PCC-Wärmetauschers.
In einer solchen Situation nimmt die Wärmeentzugsfähigkeit der PCC-Wärmetauscher ab und könnte möglicherweise vollständig verloren gehen.
Fig. 3 zeigt, dass beim Versagen eines im notfallmässig geöffneten Zustand ("fail-open state") stehenden Druckentlastungsventils (z.B. 36A), sich der Druck im Flutbeckenraum 26 in ein Gleichgewicht mit dem Druck im Trockenraum 20 einstellt. Damit fehlt ein positiver Druckunterschied DELTA P, um die Strömung des Gemisches aus Dampf und nichtkondensierbaren Gasen durch die PCC-Wärmetauscher 54 zu treiben. Fig 3 zeigt ebenfalls schematisch die Möglichkeit eines Leckagepfades, hiernach "Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage" S genannt, welcher in dem ansonsten leckdichten Wandungsboden 74 [und seiner Auskleidung] auftreten könnte.
Daher würden entweder ein nicht-geöffnetes Druckentlastungsventil und/oder eine Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage S von ausreichendem Ausmass die passiven Zerfallshitzeabführungsmechanismen des SBWR-Sicherheitsbehälters stoppen. [Für den SBWR bedeutet "ausreichendes Ausmass" ein Pfad mit einem Strömungsquerschnitt von nur wenigen cm<2>.] Die Folge eines solchen Zustandes wäre, dass der Druck im SBWR-Sicherheitsbehälter weit über denjenigen steigen würde, für den er ausgelegt ist. Unter solchen Bedingungen könnten hoch-radioaktive Substanzen, welche wesentlich über den vorgesehenen Mengen liegen würden, aus dem Sicherheitsbehälter austreten. Daher könnte der beschriebene passive Zerfallshitzeabführungsprozess des SBWRs auf die Folgen eines einzigen, fälschlicherweise offen stehenden ("failed-open") Druckentlastungsventils anfällig sein.
Üblicherweise würde man dieses Problem durch eine Neukonstruktion des Druckentlastungsventils mit einer Doppelklappe zu lösen versuchen oder mit einer Konstruktion mit zwei in Serie geschalteten Druckentlastungsventilen, wobei das ursprüngliche Druckentlastungsventil als Teil einer "Doppelklappen-Konfiguration" eingesetzt werden könnte. Wenn sich eine Klappe nicht öffnet, und wenn der Betrieb dieser Klappe völlig unabhängig von einer zweiten, in Serie geschalteten Klappe ist, so ist die Wiederschliessung der integrierten Druckentlastungsventil-Anordnung in einen leckagedichten Zustand gewährleistet. Doppelklappen-Druckentlastungsventile wurden bisher in früheren BWRs verwendet.
Dies ist jedoch bei SBWRs mit einigen Schwierigkeiten verbunden, wie zum Beispiel: wahrscheinliche Veränderung im Betriebsablauf, teure Umgestaltung und Zeitplanverzögerungen, Kosten für das Austesten und Prüfen des Druckentlastungsventils, mögliche räumliche Anordnungsprobleme, zusätzliche innerbetriebliche Überwachungstests und Schwierigkeiten für den Unterhalt und so weiter.
Ein "aktiver" Konstruktionsansatz besteht in der Verwendung von Sprühpumpen-angetriebenen Flutbeckenduschen, welche jedoch für SBWRs keine erlaubte Massnahme darstellen, da aktive Systeme während den ersten 72 Stunden nach einem LOCA L zur Eindämmung von Gefahren, die im Sicherheitsbehälter einen Überdruck erzeugen, nicht zugelassen sind. Daher besteht ein Bedarf nach einem passiven Lösungsansatz, um den totalen Verlust der Hitzezerfallsabführungsfähigkeit des SBWR-Sicherheitsbehälters im Falle einer grösseren Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage S zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte SBWR Sicherheitsbehälter-Konfiguration, welche einen ökonomisch vorteilhaften Ansatz zur Tolerierung eines Betriebszustandes mit einem einzelnen fälschlicherweise offen stehenden Druckentlastungsventil bietet, ohne Totalverlust der passiven Hitzeabführungsfähigkeit des PCCS. Die Erfindung umfasst einen Konstruktionsansatz, wobei das Auftreten einer einzelnen Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage S jeder Grössenordnung toleriert werden kann, d.h. ohne Totalverlust der passiven Fähigkeit des SBWR-Sicherheitsbehälters, Hitze abzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Flutbeckenraum in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt unter Verwendung von Flutbeckenraum-Unterteilertrennwänden. Diese Trennwände erstrecken sich bis unter die Wasserfläche des Druckentlastungsbeckens, sodass das Gas in einer Kammer nicht mit einer anderen Kammer in Verbindung stehen kann. Jede Flutbeckenkammer kann mittels eines entsprechenden offenen Druckentlastungsventils in Strömungsverbindung mit dem Trockenraum gebracht werden. Wenn ein Druckentlastungsventil in der offenen Stellung versagt, oder wenn Dampf durch eine Flutbecken/Trockenraum-Umgehungsleckage S in eine Kammer eintritt, so verringert sich der Druckunterschied zwischen der Flutbeckenkammer und dem Trockenraum. Da jedoch die undichte Kammer isoliert ist, bleibt der Druckunterschied zwischen dem Trockenraum und den noch dichten Kammern bestehen.
Daher können die PCC-Wärmetauscher, welche diesen dichten Kammern zugeordnet sind, weiterhin wirksam funktionieren, auch wenn der, der undichten Kammer zugeordnete PCC-Wärmetauscher betriebsunfähig geworden ist.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines Siedewasserreaktors ("BWR") mit einem passiven Sicherheitsbehälter-Kühlsystem bekannter Art;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Sicherheitsbehälterkonfiguration für den BWR gemäss Fig. 1 mit vollständig geschlossenem Druckentlastungsventil;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Sicherheitsbehälter-Konfiguration des BWRs gemäss Fig. 1, mit einem fälschlicherweise offen stehenden Druckentlastungsventil oder einer signifikanten Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Sicherheitsbehälter-Konfiguration gemäss der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 4 dargestellt, umfasst die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Flutbeckenraum, welcher mittels Unterteilertrennwänden oder ähnlichen Bauelementen in eine Mehrzahl Kammern aufgeteilt ist. Die Anzahl der so geschaffenen Kammern ist, in der bevorzugten Ausführungsform, identisch mit der Anzahl der für die PCC vorgesehenen PCC-Wärmetauscher.
Eine Mehrzahl Einzelklappen-Druckentlastungsventile herkömmlicher Bauart (oder einer weiterentwickelten, hoch-zuverlässigen Bauart) - wobei normalerweise mindestens ein Druckentlastungsventil pro Kammer verwendet wird, jedoch im Falle von ökonomischen Vorteilen auch mehr als ein Druckentlastungsventil pro Kammer eingesetzt werden kann - sind so angeordnet, dass sie einen druckentlastenden Pfad zwischen den einzelnen jeweiligen Kammern und dem (gemeinsamen) Trockenraum, welcher nicht in Kammern aufgeteilt ist, bilden. Um diese Anordnung klarer zu machen, zeigt Fig. 4 eine Trennwand 78, welche den Flutbeckenraum in zwei Kammern 26A und 26B teilt, welche individuell mit dem Trockenraum 20 über jeweilige Druckentlastungsventile 36A und 36B verbunden sind.
Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung eine Anordnung von einer oder mehreren Trennwänden zur Bildung von zwei oder mehreren Flutbeckenkammern umfasst.
Jede Flutbeckenraum-Unterteilertrennwand 78 ist so ausgestaltet, dass sie eine leckagefreie Struktur schafft (mit, eventuell, Stahlplattenumrandungsfutter), welche sich radial über den gesamten ursprünglichen SBWR Flutbeckenraum erstreckt und sich von dem Wandungsboden teilweise (in der bevorzugten Ausführungsform) oder ganz (in einer alternativen Ausführungsform) hinunter in das Druckentlastungsbecken 24 erstreckt. Die Trennwand muss, mit einer zusätzlichen Reserve, mindestens so weit in das Becken hineintauchen, wie dies üblicherweise für die PCC-Wärmetauscher-Abflussleitungen 66A und 66B vorgesehen wird.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der in Kammern aufgeteilte Flutbeckenraum dadurch in der Lage, den Verlust des Druckunterschieds DELTA P einer einzelnen Kammer aufzufangen - und hiermit auch den Verlust des Überdrucks, welcher die Strömung durch den jeweiligen PCC-Wärmetauscher erzeugt - während alle restlichen Kammern und deren jeweilige PCC-Wärmetauscher weiterhin einen durch die Störung unbeeinflussten passiven Durchfluss erzeugen, unabhängig davon, ob dieser Zustand durch ein einzelnes fälschlicherweise offen stehendes Druckentlastungsventil verursacht wird oder durch eine grosse Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage S in der undichten Kammer erzeugt wird.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird eine geringe Menge des Beckenwassers in der undichten Kammer 26A verdrängt. Dies bewirkt eine geringe Erhöhung der Wasserspiegels in den anderen Kammern (z.B. 26B). Dies wiederum bewirkt einen etwas höheren Druckunterschied DELTA P für den Betrieb der PCC-Wärmetauscher/Ventilrohr-Kombination, da dadurch die vorgesehene Eintauchtiefe des Ventilrohrs (leicht) erhöht wird. Diese Umstände haben jedoch wenig Einfluss auf den Betrieb des PCC-Wärmetauschers 54B, da der höhere Druckunterschied DELTA P durch die nun etwas längere, aus den PCC Wärmetauscher-Abflussleitungen 66B auszustossende Wassersäule kompensiert wird.
Nichtkondensierbare Gase, welche sich ursprünglich in der undichten Kammer befanden, fliessen (langsam) zurück in den Trockenraum, nachdem sich der Druckentlastungsventil-Störfall ereignet hat. Die nichtkondensierbaren Gase werden dann durch die funktionierenden PCC-Wärmetauscher aufgenommen und an die jeweils mit ihnen verbundenen Kammern abgegeben. Daher entsteht auch ein anteilmässig höherer Partialdruck für die nichtkondensierbaren Gase in den unbeschädigten Kammern.
Obwohl, im Falle eines fälschlicherweise offen stehenden Druckentlastungsventils die maximale Druckbelastung des Sicherheitsbehälters (nach 72 Std. nach LOCA) höher sein wird, kann die Auswirkung dieses geringfügig erhöhten Druckzustandes durch eine oder beide der folgenden Konstruktionsmassnahmen reduziert werden:
(a) Verwendung von mehr als drei PCC-Wärmetauschern (die übliche Anzahl eines herkömmlichen SBWRs) und daher Bildung von mehr als drei Flutbeckenkammern; und (b) Verwendung von individuellen PCC-Wärmetauscher-Ventilrohren, eins pro untere PCC-Wärmetauscher-Trommel (in herkömmlich gebauten PCC-Wärmetauschern sind normalerweise zwei solche unteren Trommeln angeordnet), anstelle der Verwendung eines gemeinsamen PCC-Wärmetauscher-Ventilrohrs (welches in seiner heutigen Bauart nichtkondensierbare Gase von beiden unteren Trommeln aufnimmt und mischt), sowie Zuordnung einer individuellen Flutbeckenkammer zu jedem PCC-Wärmetauscher-Ventilrohr.
Wie aus dem Vorhergesagten ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung eine Sicherheitsbehälter-Konstruktion für Anlagen des SBWR-Typs dar, welche durch ihre Verwendung von passiven Zerfallshitzeabführungssystemen charakterisiert sind, und welche, trotz den Auswirkungen eines fälschlicherweise offen stehenden Druckentlastungsventils oder den Auswirkungen einer Trockenraum/Flutbecken-Umgehungsleckage S, den Erfordernissen für eine Betriebsgenehmigung genügt. Die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform mit mindestens einer Flutbeckenraum-Unterteilertrennwand ist ein Beispiel einer Konstruktion, welche dieses Ziel erreicht. Andere Ausführungsformen und Modifikationen sind dem Fachmann auf dem Gebiet solcher passiven Drucksysteme in Siedewasserreaktoren unmittelbar ersichtlich. Derartige Variationen und Modifikationen sollen mit den nachstehenden Ansprüchen umfasst sein.