-
Sicherheitsvorrichtung für die Druckschale eines Kernreaktors Zusatz
zum Patent: 1142 041 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Verminderung des beim Platzen eines in einem Druckbehälter befindlichen Teiles des
Primärkühlkreises eines Kernreaktors entstehenden Dampfdruckes, welche innerhalb
des Druckbehälters angeordnet ist und den entstehenden Dampf zur Kondensation durch
kaltes Wasser leitet, bei der oberhalb des Kernreaktors eine horizontale Trennwand
angeordnet ist, welche den Druckbehälter in zwei Räume abtrennt, wobei auf dieser
Trennwand eine Schicht kalten Wassers mit einer freien Wasseroberfläche liegt und
in der Trennwand Öffnungen vorgesehen sind, deren Verschlüsse bei einem durch Platzen
des Primärkühlkreislaufes auftretenden überdruckes aufreißen, so daß der Dampf die
Wasserschicht durchströmt.
-
Wassergekühlte Reaktoren werden aus Sicherheitsgründen mit einer Druckschale
umgeben, die so ausgelegt ist, daß beim Platzen oder Öffnen eines Teiles des primären
Kühlkreises der bei der Verdampfung des Wassers entstehende Druck aufgenommen werden
kann. Aus verschiedenen Gründen bemüht man sich, die Anlage möglichst kompakt zu
bauen, d. h. mit kleinen Abmessungen für die Druckschale auszukommen. Dabei wird
allerdings der Auslegungsdruck der Druckschale höher als bei einer großen Druckschale.
Die Folge ist, daß unter anderem die Einsparung an Baukosten durch Verringerung
der Abmessungen durch Vergrößerung der Wandstärken der Druckschale wieder verlorengeht
und daß sich Wandstärken ergeben, die nicht mehr ohne Spannungsfreiglühen geschweißt
werden können.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, den sich in einer Druckschale einstellenden
Druck nach Platzen eines Teiles des Primärkreises dadurch gering zu halten, daß
man den entstehenden Dampf zwingt, durch Einbauten durch ein kommunizierendes System
zu strömen, das mit kaltem Wasser gefüllt ist. Wenn der Dampf durch das kalte Wasser
strömen muß, wird er dabei zum Teil kondensieren, und der sich insgesamt einstellende
Druck in der Druckschale ist wesentlich geringer. Große Schwierigkeiten in der konstruktiven
Auslegung einer derartigen Anlage bestehen darin, daß sichergestellt werden muß,
daß der Dampf wirklich durch das Wasser perlt und daß während des Durchtrittes des
Dampfes eine ausreichende Herabsetzung seines Druckes bzw. eine ausreichende Kondensation
eintritt. Nach den bekannten Vorschlägen drückt bei einem Reißen des Primärkreises
der in der Umgebung des Druckgefäßes oder der geplatzten Primärleitung entstehende
Dampf auf den Wasserspiegel des einen Schenkels des kommunizierenden Systems. Infolge
des Dampfdruckes wird dieser Wasserspiegel gesenkt, bis der tiefste Punkt des kommunizierenden
Systems erreicht ist. Dann kann der Dampf auf der anderen Seite nach oben strömen,
wobei er durch das Wasser hindurchperlen muß. Der Nachteil einer derartigen Anordnung
liegt darin, daß befürchtet werden muß, daß zur Beschleunigung der Wassersäule im
kommunizierenden System zuviel Zeit benötigt wird und in der Zwischenzeit der Druck
so hoch ansteigt, daß das System entweder zerstört wird oder trotz der getroffenen
Maßnahmen doch für den hohen Druck ausgelegt werden muß. Die Zeiten, in denen der
Dampf beim Platzen des Reaktordruckgefäßes aus diesem freigesetzt wird, können weit
unter einer Sekunde liegen. Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß der Dampf um
die Unterkante des kommunizierenden Systems herum einen durchgehenden Dampfschlauch
bilden kann, der an einer einzigen Stelle des zweiten Schenkels hochschießt, so
daß nicht genügend Zeit und keine ausreichende Möglichkeit zur Kondensation vorhanden
ist.
-
Ferner wurde bereits vorgeschlagen, oberhalb des Reaktorkernes und
innerhalb des Druckbehälters eine horizontale Trennwand anzuordnen. Oberhalb dieser
Trennwand befindet sich eine Schicht kalten Wassers mit einer freien Wasseroberfläche.
Dabei sind in der Trennwand Öffnungen mit Verschlüssen vorgesehen, die bei Überdruck
aufreißen, so daß der Dampf die Wasserschicht durchströmen kann.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieses Vorschlages.
Sie ist dadurch gekennzeichnui,
daß die Trennwand teilweise oder
auch vollständig aus zwei übereinanderliegenden Gitterrosten besteht und daß zwischen
diesen beiden Gitterrosten eine flüssigkehsundurchlässige Folie angeordnet ist.
-
Radure'.? wird erreicht, daß die Zwischenwände bei Aui:oüen eines
Überdruckes auf der Unterseite sehr leicht aufreißen, und zwar an möglichst fein
verteilten Stellen. Darüber hinaus setzen die Zwischenwände, nachdem sie durch den
Überdruck zerstört worden sind, der Druckwelle einen möglichst geringen Widerstand
entgegen, da der verbleibende Querschnitt nach dem Aufreißen klein ist. Die Folie
kann beispielsweise aus einem Aluminiumblech oder auch aus Kunststoff bestehen.
Die Stege des oberen Gitters brauchen dabei aber keineswegs über den Stegen des
unteren Gitters zu liegen zu kommen. Es ist aber auch möglich, das obere Gitter
fortzulassen und die Folie an dem unteren Gitter geeignet zu befestigen, etwa durch
Verschweißung, Vernietung, Verklebung usw. an bestimmten Gitterpunkten.
-
Zur Ausbildung einer sehr steifen Decke, um einerseits dem Gewicht
des darüberstehenden Wassers und andererseits der Druckwelle standhalten zu können,
werden Stücke derartiger Roste bzw. der vorgeschlagenen Doppelgitterroste in einen
sehr steif ausgebildeten Rost mit großer Teilung eingelegt und befestigt.
-
Die besonderen Vorteile dieser Konstruktion bestehen darin, daß bei
entsprechend enger Gitterteilung des unteren Gitters sehr dünne Folien verwendet
werden können. Bei entsprechend enger Gitterteilung des oberen Gitters oder entsprechend
enger Anordnung der Befestigungspunkte zwischen Folie und unterem Gitter platzt
die Folie beim Auftreten des überdruckes unterhalb des Doppelgitters in sehr viele
Einzelstücke, wodurch sofort eine ausgezeichnete Durchmischung des Dampfes mit der
Flüssigkeit erreicht und die Bildung von großen Einzeldampfdurchbrüchen ohne Kondensation
verhindert wird.
-
Um jedoch ein Aufreißen der Folien in den Zwischenwänden bei einem
kleinen Leck des Primärkreises, bei dem sich nur langsam ein überdruck ausbildet,
zu verhindern, wird weiter vorgeschlagen, die an sich bekannte Methode der Einleitung
des Dampfes in ein Wasserbecken mittels Rohren mit der oben beschriebenen Anordnung
zu kombinieren.
-
Solange nur ein kleiner Unfall sich ereignet und daher der Druckaufbau
nur langsam vor sich geht, kann beispielsweise der Dampf durch diese Rohre in die
Flüssigkeit hineingedrückt werden, die Luft hindurchströmen und der Dampf dabei
kondensieren. überschreitet der Unfall eine gewisse Größe und findet der Druckaufbau
schneller statt, so stellt sich in dem Dampfableitungsrohr ein größerer Druckabfall
ein. Sobald der Druckabfall einen Wert erreicht hat, der größer ist, als zum Aufreißen
der Zwischenwand erforderlich ist, wird diese Wand aufgerissen. Durch Dimensionierung
der Rohre (Durchmesser, Anzahl und Eintauchtiefe) kann man von vornherein festlegen,
bis zu welcher »Unfallgröße« von dem Druckunterdrückungssystem nur die Rohre ansprechen
sollen bzw. von welchem Unfall an die Zwischenwände aufgerissen werden sollen.
-
Es werden daher Dampfableitungsrohre von dem Raum, in dem sich der
Primärkreis befindet, zu der sich auf den Zwischenwänden befindlichen Flüssigkeit
oder in getrennt angeordneten Becken geführt, derart, daß die Rohre in die Flüssigkeit
eintauchen. Die Dampfableitungsrohre können aber auch an den Zwischenwänden befestigt
werden. Die Rohre führen in diesem Falle durch die Flüssigkeit in den Raum oberhalb
der jeweiligen Flüssigkeit und von dort mit einem Krümmer unter den Flüssigkeitsspiegel.
-
Mit dieser kombinierten Anordnung werden einmal die größten Unfälle
beherrscht, und zum anderen wird bei kleinen Unfällen durch Vermeiden des Aufreißens
der Zwischenwand nicht unnötig großer Schaden angerichtet.
-
Diese Zwischenwände lassen sich mit den Dampfableitungsrohren in mehreren
Lagen übereinander anordnen. Einerseits können damit die Höhen der Wasserschichten
und damit die Höhe des Druckaufbaus unterhalb dieser Wasserschicht vermindert werden,
andererseits können diesen verschiedenen Zwischenwänden verschiedene Unfallgrößen
zugeordnet werden, bei der die jeweilige Zwischenwand aufgerissen werden soll.
-
An Hand der Figuren soll der Erfindungsgegenstand näher erläutert
werden In den F i g. 1 und 2 bedeutet 1 das Reaktordruckgefäß, 2 sind die Dampfableitungsrohre,
die auch als Glocken ausgestaltet werden können. Auf der Zwischenwand 4, die als
Rost mit einer Folie ausgebildet ist, befindet sich eine Flüssigkeit 3, die vorzugsweise
aus Wasser besteht. Mit 5 ist die Reaktordruckschale bezeichnet.
-
In den F i g. 3 und 4 sind die Gitterroste dargestellt, die als Zwischenwände
4 verwendet werden.
-
Auf dem unteren Rost 6 ruht die Folie 7, die durch den oberen Rost
S eingeklemmt ist. Die Flüssigkeit 9 wird durch die flüssigkeitsundurchlässige Folie
7 gehalten.
-
In F i g. 4 befinden sich Teilstücke 10 der Gitterroste in einem steif
ausgebildeten Rost 11 mit großer Teilung.