DE1564289C - Kugelförmiger Sicherheitsbehälter für Atomkernreaktoren - Google Patents

Description

Sicherheitsbehältern für Kernreaktoren, die in Kugel form oder länglicher Form ausgeführt sind, liegt die Aufgabe zugrunde, das nukleare Dampferzeugungssystem gegen die Umgebung druck- und gasdicht abzuschließen. Sollte im Falle eines Unglückes, beispielsweise bei Bruch einer Primärdampfleitung an dem Reaktordruckgefäß, radioaktiver Dampf in die Umgebung strömen, so hat das Sicherheitsgefäß zunächst die Aufgabe, das Weiterdringen des Dampfes nach außen zu verhindern. Dazu herrscht im allgemeinen in dem Sicherheitsbehälter ein gewisser Unterdruck gegenüber der Außenatmosphäre. Zusätzlich sind Dampfunterdrückungsanlagen in den Sicherheitsbehälter eingebaut, beispielsweise Sprühanlagen oder Kondensationskammern.

Bei bekannten Reaktoranlagen sind die Kondensationskammern außerhalb des Sicherheitsgefäßes angeordnet und über Dampfführungsrohre mit dem Innenraum des Sicherheitsbehälters verbunden, so daß nach Platzen eines Rohres und Ausströmen des heißen Dampfes dieser durch die Rohre in die mit Wasser gefüllten Kondensationskammern geführt wird und dort kondensiert.

Die Erfindung bezieht sich auf einen wirtschaftlich günstigeren, bekannten, kugelförmigen Sicherheitsbehälter für Atomkernreaktoren, in welchem ein Wasserbecken als Kondensationskammer um das Reaktordruckgefäß herum angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Reaktordruckgefäß und der Kondensationskammer ein biologischer Schild befindet, wobei die Kondensationskammer toroidförmig ausgebildet und innerhalb des Sicherheitsbehälters auf der Höhe des biologischen Schildes angeordnet ist und wobei durch die Kondensationskammer, den biologischen Schild und das Reaktordruckgefäß innerhalb des Sicherheitsbehälters ein oberer und ein unterer Raum abgeteilt ist (USA.-Patentschrift 3 115 450, Fig. 7). Bei dem Sicherheitsbehälter nach dieser Patentschrift ist urru-das Reaktordruckgefäß herum eine druckfeste Kammer vorgesehen, die ihrerseits mit dem Wasserbecken umgeben ist, wobei Rohre von dem Innenraum der Kammer in das Wasserbecken führen. Die Kondensationskammer ist also kein besonders gestalteter Raum, sondern das Wasser zur Kondensationskammer befindet sich einfach zwischen der Außenwand der festen Kammer und der Innenwand des Sicherheitsbehälters. Diese Anordnung hat grundsätzlich Nachteile:

1. Der Innenraum der Kammer ist sehr klein, so daß sich beim Platzen einer dampfführenden Einrichtung ein hoher Druck aufbaut (weswegen auch die Wand der Kammer sehr dick ausgeführt ist).

2. Hinzu kommt, daß wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes die Unterbringung der notwendigen Rohrleitungen Schwierigkeiten bereitet.

3. Als schwerwiegender Nachteil, der die ganze . Funktionstüchtigkeit des Sicherheitsbehälters in Frage stellt, ist zu werten, daß bei einem Bruch der in der Fig. 7 nicht dargestellten Hauptdampfleitung, die vom Reaktordruckgefäß durch die Kammer hindurch bzw. durch den Raum über dem Wasserbecken und durch den Sicherheitsbehälter hindurch zur Turbine führt, Wasser aus den Becken über die Rohre in das Innere der Kammer gedrückt wird, wenn der Bruch in dem Raum zwischen Kammer und Innenwand des Sicherheitsbehälters, also über dem Wasserbecken erfolgt. Es tritt dann nicht der gewünschte Kondensationseffekt ein, sondern es erfolgt in nicht gewünschter Weise ein Fluten des Reaktors ohne wesentliche Verminderung des Druckes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von diesem bekannten Sicherheitsbehälter die Anordnung der Kondensationskammer so zu treffen, daß keine innere Kammer notwendig ist und der Dampf bei jeglichem Betriebsfall kondensierbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Kondensationskammer eine obere und untere druckfeste, nicht mit der Wandung des Sicherheitsbehälters zusammenfallende Ringfläche sowie eine innere druckfeste, nicht mit der biologischen Abschirmung zusammenfallende, zylindrische Wandfläche aufweist, daß von der oberen Ringfläche in an sich bekannter Weise in das Innere der Kondensätionskammer ragende Dampfeinleitungsvorrichtungen ausgehen und daß die beiden, durch die Kondensationskammer im Sicherheitsbehälter abgeteilten oberen und unteren Räume miteinander in kommunizierender Verbindung stehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsbehälter ist nicht mehr wie im bekannten Fall das Reaktordruckgefäß mit einer Wand druckfest umgeben, sondern die Kondensationskammern haben allseitig druckfest eine Begrenzungsfläche, wobei von einer dieser Begrenzungsflächen die Kondensationseinrichtungen, insbesondere Rohre in das Wasser ragen. Auch beim Platzen der Primärdampfleitung erfolgt daher eine Kondensation.

Es ist an sich bekannt bei anderen ausgebildeten Sicherheitsbehältern, daß in das Innere der Kondensationskammer Dampfeinleitungsvorrichtungen ragen (z.B. USA.-Patentschrift 3 248 298, Fig. 1 bis 3; »Nuclear Engineering«, August 1962, S. 314, Fig. 3), Es entstehen dadurch oberhalb und unterhalb der

Kammer zwei kalottenartige Räume in der Kugel, die über einen Zwischenraum zwischen dem Druckgefäß

⁴S und der Kammer miteinander verbunden sind, so daß im Unfall im ersten Augenblick kompressibles Medium in genügenden Mengen vorhanden ist, was sich sehr günstig auf die Dimensionierung der Wandungen des Sicherheitsbehälters auswirkt, die in der bekannten Anordnung wesentlich stärker sein müssen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß man den Verbindungskanal zwischen den kalottenartigen Räumen, d. h. der Raum zwischen dem biologischen Schild und der Innenwand der Kondensationskammer zu Montagezwecken bzw. als Durchstiegsöffnung für Wartungs- und Montagepersonal verwenden kann. Eine Gefährdung ergibt sich dabei nicht, da der Reaktor von dem biologischen Schild umgeben ist. Weiterhin ist zu erwähnen, daß bei der Anordnung nach Fig. 7 der USA.-Patentschrift die Innenkammer eine lösbare Abdeckung besitzen muß, die also zusätzlich zu den Öffnungen im Sicherheitsbehälter bzw. der Abdeckung auf dem Druckgefäß beseitigt werden muß, wenn man an den Reaktorkern heran will; abgesehen von dem baulischen Aufwand ist der entscheidende Nachteil darin zu sehen, daß dadurch die Stillstandzeiten des Reaktors, die sehr teuer sind, verlängert werden.

Zweckmäßig wird man an dem kugelförmigen Gefäß ein oder mehrere zylindrische Nebenbehälter mit Verschlüssen anbringen. Eine derartige Anordnung ist an sich bekannt (ATW, 10 (1965), S. 272, Fig. 9).

Weiterhin ist es vorteilhaft, die obere und die untere Ringfläche im gleichen Abstand von der waagerechten Kugelachse anzubringen, weil bei Unfalldruck die Belastung auf die obere und die untere Ringfläche gleich groß ist. Es handelt sich bei dieser Konstruktion sozusagen um eine schwimmende Kammer.

In Weiterbildung der Erfindung ist die obere Ringfläche mit der unteren über Kondensationsrohre, an denen Stützbleche angebracht sind, verbunden. Die Kondensationsrohre und die Stützbleche bilden Versteifungen zwischen den beiden Ringböden, so daß man diese eben ausführen kann, wodurch der Preis niedriger gehalten wird.

Damit man nicht bei großen Leistungskraftwerken zur Garantie der Sicherheit etwa 200 Kondensationsrohre einbauen muß, kann man innerhalb der ringförmigen Kondensationskammer einen koaxialen doppelwandigen, mit Löchern versehenen Zylinder derart anbringen, daß der Dampf durch diesen Ringraum und durch die Löcher hindurch in die Kondensationskammern gelangt.

Der Gegenstand gemäß der Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Querschnitt bzw. einen Teil des Querschnittes durch das Druckgefäß, die biologische Abschirmung, die Kondensationskammern und den Sicherheitsbehälter.

Das nukleare Dampferzeugungssystem ist in F i g. 1 durch das Reaktordruckgefäß 1 dargestellt. Um dieses herum, vorzugsweise in Höhe des Reaktorkernes, liegt ringförmig die biologische Abschirmung 2. Der Sicherheitsbehälter 3 in Kugelform mit dem zylindrischen Nebenbehälter 4 beinhaltet außerdem die Kondensationskammern 5, die außen durch die Metallhülle des Sicherheitsbehälters, innen durch den zu dem Druckgefäß koaxialen Zylinder 6 und durch die obere und untere gewölbte Ringfläche 7 bzw. 8 gebildet wird. Säulen 9 unterstützen den koaxialen Zylinder 6. In die obere Ringfläche 7 sind Kondensationsrohre 10, die etwas unter die waagerechte Kugelachse in die Kondensationskammern hineinragen, eingelassen. In den Kammern 5 steht Wasser bis zu dem Oberflächenspiegel 12.

In F i g. 2 ist wiederum der Querschnitt durch den kugelförmigen Sicherheitsbehälter dargestellt. Allerdings sind hier in der rechten Hälfte der Abbildung die Kondensationsrohre 10, in die der Dampf nach dem Unfall infolge Überdruck eintreten wird, auf Versteifungsbleche 14 aufgesetzt, so daß die obere Ringfläche T über das Rohr 10 und die Stütze 14 mit der unteren Ringfläche 8' starr verbunden ist. In der linken Hälfte der F i g. 2 ist innerhalb der ringförmigen Kondensationskammer 5 der koaxiale doppelwandige, mit Löchern 13 versehene Zylinder 15 dargestellt. Dieser bildet einen Ringraum, durch den und danach durch die Löcher 13 hindurch der Dampf in das Wasser zur Kondensation eindringen wird.

Zwischen der in dieser Figur dargestellten inneren druckfesten Metallhülle 3 des Sicherheitsbehälters und der beispielsweise äußeren dünneren Metallhülle 16 befindet sich ein Vakuum 17. Der Raum für das Vakuum 17 wird durch Dallon 18 hergestellt, die in die äußere dünne Metallhülle 16 eingeprägt sind.

Während also bei der Konstruktion gemäß F i g. 2,

linke Hälfte, im Falle eines Rohrbruches der Dampf von oben in den Ringraum und nach Passieren der Löcher 13 in das Wasser zur Kondensation gelangt, geschieht dies bei der Konstruktion gemäß F i g. 1 und 2, rechte Hälfte, so, daß der Dampf von oben in die Kondensationsrohre 10 und durch deren untere

ίο Öffnung in das Wasser zur Kondensation gelangt.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   ¹S 1. Kugelförmiger Sicherheitsbehälter für Atomkernreaktoren, in welchen ein Wasserbecken aiii Kondensationskammer um das Reaktordruckgefäß herum angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Reaktordruckgefäß und der Kondensationskammer ein biologischer Schild befindet, wobei die Kondensationskammer toroidförmig ausgebildet und innerhalb des Sicherheitsbehälters auf der Höhe des biologischen Schildes angeordnet ist und wobei durch die Kondensationskammer, den biologischen Schild und das Reaktordruckgefäß innerhalb des Sicherheitsbehälters ein oberer und unterer Raum abgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationskammer (5) eine obere und untere druckfeste, nicht mit der Wandung des Sicherheitsbehälters zusammenfallende Ringfläche (7, 8) sowie eine innere druckfeste, nicht mit der biologischen Abschirmung (2) zusammenfallende, zylindrische Wandfläche (6) aufweist, daß von der oberen Ringfläche (7) in an sich bekannter Weise in das Innere der Kondensationskammer ragende Dampfeinleitungsvorrichtungen (10,15) ausgehen und daß die beiden, durch die Kondensationskammer (5) im Sicherheitsbehälter (3) abgeteilten oberen und unteren Räume miteinander in kommunizierender Verbindung stehen.
2. 2. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der kalottenartigen Räume ringraumartig zwischen einem um das Druckgefäß gelegten biologischem Schild (2) und der zylindrischen Begrenzung (6) der Kondensationskammer verläuft.
3. 3. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Ringfläche (7, 8) der Kondensationskammer konkav gewölbt ist, so daß deren innere Höhe zur Wandung des Sicherheitsbehälters hin sich vergrößert.
4. 4. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Ringfläche (7, 8) der Kondensationskammer ebene Scheiben sind.
5. 5. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitsbehälter (3) zur Stützung der Kondensationskammer Säulen (9) aufweist.
6. 6. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dampf einleitung (10) in die Kondensationsflüssigkeit Kondensationsrohre (10) an der oberen Ringfläche befestigt sind.
7. 7. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis Anspruch 5, dadurch ge-
8. kennzeichnet, daß die zur Dampf einleitung (10) in die Kondensationsflüssigkeit vorgesehenen Kondensationsrohre über Stützbleche (14) fest mit der unteren Ringfläche (8) verbunden sind. 8. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (10) zum Einleiten des Dampfes in die Kondensationsflüssigkeit durch mindestens einen um die Innenwand (6) · der Kondensationskammer (5) herum angeordnete koaxiale Zylinder (15) gebildet sind, deren in die Flüssigkeit ragende Teile Löcher (13) zum Dampfdurchtritt aufweisen.
9. 9. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zylindrische Nebenbehälter (4) mit Verschlüssen angebracht sind.
10. 10. Sicherheitsbehälter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Ringfläche (7,8) im gleichen Abstand von der waagerechten Äquatorebene des Sicherheitsbehälters (3) angebracht sind.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen