DE102010031284A1

DE102010031284A1 - Reaktorgebäude für Druckwasserreaktoren

Info

Publication number: DE102010031284A1
Application number: DE102010031284A
Authority: DE
Inventors: Nikolay Kolev
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-01-19
Also published as: WO2012007485A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reaktorgebäude für einen Druckwasserreaktor mit einer äußeren Gehäuseschale (1) zum Schutz gegen äußere Störeinwirkungen, einer inneren Gehäuseschale (2) die als Sicherheitsbehälter ausgebildet wesentliche Teile eines Primärkreislaufs des Reaktors umgibt, und einem Kühlwasservorratsvolumen zum zumindest zeitweisen Kühlen der inneren Gehäuseschale (2), wobei das Kühlwasservolumen einen Bereich (3) zwischen der inneren und äußeren Gehäuseschale zumindest teilweise ausfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reaktorgebäude für einen Druckwasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Druckwasserreaktoren zur Energieerzeugung sind seit vielen Jahren bekannt und unterliegen höchsten Sicherheitsanforderungen, insbesondere bei der Beherrschung von Störfällen. Das Reaktorgebäude eines solchen Druckwasserreaktors besteht deshalb aus einer inneren Gehäuseschale, die als Sicherheitsbehälter ausgebildet, alle wesentlichen Teile des Primärkreislaufs des Reaktors aufnimmt und diese hermetisch gegen die Umgebung abschirmt. Dazu ist der Sicherheitsbehälter üblicherweise aus Stahl mit entsprechender Dicke gefertigt. Zur Abschirmung gegen äußere Einwirkungen, wie beispielsweise zum Schutz gegen einen Flugzeugabsturz, ist dieser Sicherheitsbehälter von einem Spannbetonmantel umschlossen.
Heute bekannt sind Sicherheitsmaßnahmen, die im Falle eines Störfalls ein vorrätiges Kühlwasservolumen in den Bereich zwischen Betonmantel als äußere Gehäuseschale und dem Sicherheitsbehälter als innere Gehäuseschale einbringen sollen und so eine Kühlung des Sicherheitsbehälters bewirken. Üblicherweise erfolgt dies durch eine Berieselungsanlage.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reaktorgebäude bereitzustellen, welches höchsten Sicherheitsanforderungen entspricht.
Diese Aufgabe wird mit dem Reaktorgebäude mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst dabei das Reaktorgebäude eine äußere Gehäuseschale zum Schutz gegen äußere Störeinwirkungen, eine innere Gehäuseschale die als Sicherheitsbehälter ausgebildet wesentliche Teile eines Primärkreislaufs des Reaktors umgibt, und ein Kühlwasservorratsvolumen zum zumindest zeitweisen Kühlen der inneren Gehäuseschale, wobei das Kühlwasservolumen einen Bereich zwischen der inneren und äußeren Gehäuseschale zumindest teilweise, idealerweise weitgehend vollständig, ausfüllt.
Dadurch, dass sich das Kühlwasservorratsvolumen bereits direkt im Zwischenraum zwischen der inneren und äußeren Gehäusehülle befindet, steht es sofort zur passiven Kühlung bereit. Gerade wenn es bei einem Störfall durch Ausfall der Kühlung zu einer Erwärmung im Inneren des Sicherheitsbehälters kommt, steht das Kühlwasservolumen direkt zur Kühlung der Oberfläche des Sicherheitsbehälters bereit. Zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise das Öffnen von Ventilen oder Pumpeinheiten zum Transport des Kühlwasservolumens an die Oberfläche des Sicherheitsbehälters können somit entfallen. Dadurch, dass zusätzliche Komponenten vermieden werden, verringert sich die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls, wodurch insgesamt die Sicherheit der energieerzeugenden Anlage erhöht wird.
Vielmehr startet die Kühlung direkt, und ohne weitere Einrichtungen, alleine aufgrund natürlicher Prinzipien. Im Falle eine ungewollten Erwärmung im Inneren des Sicherheitsbehälters kommt es zu einer Erwärmung des Sicherheitsbehälters auch auf dessen Außenseite, wodurch das damit in Kontakt stehende Kühlwasser Wärme aufnimmt, verdampft und somit Wärme vom Sicherheitsbehälter abführt.
Zudem wird durch das Kühlwasservolumen zwischen innerer und äußerer Gehäuseschale erreicht, dass bereits im normalen Betrieb auf der Außenseite des Sicherheitsbehälters ein höherer Druck als im Inneren des Sicherheitsbehälters besteht. Somit wird eine zusätzliche Sicherheitsbarriere gegen mögliches Austreten von Radioaktivität aus dem Inneren des Sicherheitsbehälters erzielt, die gegebenenfalls auch aufwändige Luftreinigungssysteme überflüssig machen. Vielmehr würde im Falle eines Lecks zuerst Kühlwasser von außen durch dieses Leck in das Innere des Sicherheitsbehälters strömen.
Zusätzlich kommt es durch die Anordnung des Kühlwasservorratsvolumens zwischen der inneren und äußeren Gehäuseschale insgesamt zu einer günstigeren Lage des Masseschwerpunkts des Reaktorgehäuses als wenn das Volumen an einer höheren Stelle lokal in einem separaten Vorratsspeicher im Reaktorgehäuse bereitgehalten würde. Damit wird die Stabilität des Reaktorgebäudes im Falle eines Erdbebens und damit die Sicherheit des Reaktorgebäudes verbessert.
Neben der Verlagerung des Masseschwerpunkts wird durch das Wasservolumen auch noch eine höhere Stabilität des Sicherheitsbehälters durch den erhöhten von außen auf diesen einwirkenden Druck erreicht. Somit steht im Störfall dieser er höhte Druck einer Druckerhöhung im Inneren entgegen.
Vorzugsweise weist die äußere Gehäuseschale einen Abschnitt auf, der situationsabhängig geöffnet werden kann. Insbesondere ist dieser am höchsten Punkt der Gehäuseschale vorgesehen. Gerade im Störfall würde es bestimmungsgemäß zu einem Wärmeeintrag vom Inneren des Sicherheitsbehälters in das Kühlwasservolumen kommen. Dies bewirkt eine Ausdehnung bzw. Verdampfung des Kühlwassers, welches dann über diesen geöffneten Bereich entweichen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieser Abschnitt als druckempfindliche Membran ausgebildet, die zerstört und damit geöffnet wird sobald im Bereich zwischen innerer und äußerer Gehäuseschale ein vorbestimmter Druck überschritten wird. Da diese Membran eine Schwachstelle im Sicherheitskonzept der äußeren Gehäuseschale bilden könnte, können geeignete zusätzliche Abdeckungen von außen vorgesehen werden.
Zudem kann eine zusätzliche Trennwand im Bereich zwischen der inneren und äußeren Gehäuseschale angeordnet sein, die die natürliche Konvektion in diesem Bereich unterstützt. Dies ist für den Fall hilfreich, wenn bei einem Störfall das Kühlwasservolumen nach einiger Zeit vollständig verdampft sein sollte. Die passive Kühlung der Oberfläche des Sicherheitsreaktors kann dann durch die geeignete Führung der Luftzirkulation ggf. unterstützend zu weiteren aktiven Kühlmaßnahmen weiter aufrechterhalten werden.
Die Erfindung soll nun anhand einer Figur beispielhaft erläutert werden. Das hier schematisch dargestellte Reaktorgebäude umfasst eine äußere Gehäuseschale 1 zum Schutz gegen äußere Störeinwirkungen. Diese ist üblicherweise aus Beton um auch massive Einwirkungen, wie beispielsweise einem Flugzeugabsturz, widerstehen zu können. Weiterhin umfasst das gezeigte Reaktorgebäude des Druckwasserreaktors eine innere Gehäuseschale 2, die als Sicherheitsbehälter ausgebildet ist. Dieser Sicherheitsbehälter umschließt alle wesentlichen Komponenten des Primärkreislaufs, wie Reaktordruckbehälter, Dampferzeuger, usw. erfindungsgemäß befindet sich nun in dem freien Raum zwischen innerer 2 und äußerer 1 Schale das Kühlwasservorratsvolumen zum Kühlen des Sicherheitsbehälters 2. Zudem ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an der höchsten Stelle der äußeren Gehäuseschale 1 eine Membran in einer Öffnung 10 vorgesehen, die sich öffnen lässt. Die Membran ist nach außen hin zusätzlich durch eine Abdeckung 5 geschützt.
Für den Fall, dass aus welchen Gründen auch immer es zu einer Reduzierung der Kühlung im Primärkreislauf kommt, müssen Maßnahmen vorgesehen werden, die diesen Störfall sicher beherrschen. Eine dieser Maßnahmen ist die Bereitstellung eines separaten Kühlwasservolumens außerhalb des Sicherheitsbehälters 2. Bei einem solchen Störfall wird im Sicherheitsbehälter 2, der durch die reduzierte Kühlung des Primärkreislaufs erzeugte überschüssige Dampf einen Druckanstieg bewirken. Gleichzeitig wird es an der Innenwand des Sicherheitsbehälters aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen innerem Bereich und äußerem Bereich des Sicherheitsbehälters zu einer Kondensation dieses Dampfes kommen, was dem Druckanstieg entgegenwirkt.
Diese Wirkung kann verstärkt und für eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden, wenn außerhalb, dass heißt an der Außenwand des Sicherheitsbehälters eine möglichst große Wärmesenke zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß ist daher im Raum 3 zwischen äußerer 1 und innerer 2 Gebäudeschale und damit direkt an der Außenwand des Sicherheitsbehälters 2 das Kühlwasservorratsvolumen angeordnet. Aufgrund des Wärmeintrags aus dem Innern des Sicherheitsbehälters in das Kühlwasservolumen, verdampft dieses nach und nach. Damit Kühlwasserdampf aus dem Bereich 3 in die Umgebung entweichen kann ist in der äußeren Gehäuseschale 1 in einer Öffnung 10 eine Membran vorgesehen, die sich druckabhängig öffnen lässt. Vorzugsweise wird diese sich dann von selbst öffnen, wenn der durch die Dampfbildung im Bereich 3 ansteigende Druck einen bestimmten Wert übersteigt. Zudem oder alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass das Öffnen dieser Membran, beispielsweise von einer Leitwarte aus, gesteuert wird.
Die zeitliche Dauer der Kühlung ist begrenzt durch das vorhandene Kühlwasservolumen. Dieses muss damit so bemessen sein, dass es für eine bestimmte Zeitdauer zur Verfügung steht und somit den Sicherheitsanforderungen zur Beherrschung von Störfallen entspricht.
Zusätzlich kann für den Fall, dass das Volumen nicht ausreichend dimensioniert werden kann, eine weitere Maßnahme zur Nachkühlung vorgesehen sein. Dazu ist im Bereich 3 zwischen der inneren 2 und äußeren 1 Gehäuseschale eine Trennwand 4 so angeordnet, dass die natürliche Konvektion in diesem Bereich 3 unterstützt wird. Ist das Kühlwasser im Bereich 3 aufgebraucht, kann so zwischen Trennwand 4 und der Außenwand des Sicherheitsbehälters 2 eine Luftströmung aufgebaut werden die weiterhin eine Wärmeabfuhr aus dem Innern des Sicherheitsbehälters 2 bewirkt.

Claims

Reaktorgebäude für einen Druckwasserreaktor mit einer äußeren Gehäuseschale (1) zum Schutz gegen äußere Störeinwirkungen, einer inneren Gehäuseschale (2) die als Sicherheitsbehälter ausgebildet wesentliche Teile eines Primärkreislaufs des Reaktors umgibt, und einem Kühlwasservorratsvolumen zum zumindest zeitweisen, Kühlen der inneren Gehäuseschale (2) dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlwasservolumen einen Bereich (3) zwischen der inneren und äußeren Gehäuseschale zumindest teilweise ausfüllt.
Reaktorgebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gehäuseschale (1) einen Abschnitt (10), insbesondere am höchsten Punkt der Gehäuseschale aufweist, der situationsabhängig geöffnet werden kann.
Reaktorgebäude nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (10) der äußeren Gehäuseschale (1) als druckempfindliche Membran ausgebildet ist, die so ausgebildet ist, dass sie zerstört wird sobald im Bereich zwischen innerer (2) und äußerer (1) Gehäuseschale ein vorbestimmter Druck überschritten wird.
Reaktorgebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Trennwand (4) im Bereich (3) zwischen der inneren (2) und äußeren (1) Gehäuseschale angeordnet ist, die die natürliche Konvektion in diesem Bereich (3) unterstützt.