DE1614993C - Sicherheitsvorrichtung für Kernoder Chemiereaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Kern- oder Chemiereaktoren, bestehend aus einem abgedichteten Behälter, in dem der Reaktor und, von diesem durch eine Wand getrennt, ein Material, das bei Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur der aus dem Reaktor im Störungsfalle entweichenden Gase und/oder Dämpfe seinen Schmelzpunkt hat, sowie Strömungsleitvorrichtungen angeordnet sind, die die entweichenden Gase und/ oder Dämpfe im Wärmeaustauschkontakt mit dem Material bringen, wobei die Gase und/oder Dämpfe ganz oder teilweise kondensieren.

Sicherheitsvorrichtungen dieser Art sind aus der britischen Patentschrift 965 536 und aus der Zeitschrift »Technische Überwachung«, Bd. II, 1961, Nr. 10, Oktober, S. 377 ff., bekannt. Bei diesen Vorrichtungen werden die im Schadensfall aus dem Reaktor entweichenden Gase und/oder Dämpfe in ein Wasserbecken geleitet, wobei die Gase und/oder Dämpfe kondensiert und das Wasser durch Aufnahme der Kondensationswärme erwärmt wird. Die obere Grenze der Druckminderung, die in dem Reaktorbehälter auf Grund der Kondensation der Gase und/oder Dämpfe eintritt, ergibt sich aus der Energie, die das Wasser unter Erwärmung aufnehmen

, kann. Je mehr Energie demnach den Reaktorgasen und/oder Dämpfen entzogen werden soll, desto grö-. ßer muß das Wasserreservoir sein. Beim Bau von Reaktoren mit geschlossenem Reaktorbehälter bedeutet das, daß der Behälter eine bestimmte Mindestgröße haben muß, damit eine entsprechend große Wassermenge darin untergebracht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Sicherheitsvorrichtung der oben angegebenen Art zu Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun

schaffen, bei der im Störungsfall zur größeren Druck- an Hand der Zeichnungen beschrieben.

minderung den Gasen und/oder Dämpfen mehr Fig. 1 ist ein vertikaler Teilschnitt einer Anord-

Energie entzogen werden und/oder die Größe des nung der vorliegenden Erfindung;

Reaktorbehälters klein gehalten werden kann. 5 F i g. 2 ist ein Querschnitt mit entfernten Teilen,

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Sicherheitsvor- um die verschiedenen Stufen der Druckminderungsrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeich- anordnung nach Fig. 1 zu zeigen; sie zeigt einen net, daß das Material vor dem Störungsfall im festen Schnitt entlang der Bezugslinie H-II;
Aggregatzustand vorliegt und infolge des Wärme- F i g. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht, die den austausches mit den Gasen und/oder Dämpfen io unteren rechten Teil der F i g. 1 zeigt;
schmilzt. F i g. 4 ist eine vergrößerte, teilweise und perspek- _s

Zur Kondensierung der kondensierbaren ' Gase tivische Ansicht des unteren Teiles des gespeicherten

oder Dämpfe und damit zur Druckminderung wird Materials, das in Fig. 3 gezeigt ist;

bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zunächst die F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich

latente Wärme des Materials und dann die von dem 15 Fig. 4, aber sie zeigt eine andere Ausführungsform

geschmolzenen Material bei der anschließenden Er- für das enthaltene gespeicherte Material;

wärmung erfolgende Energieabsorption ausgenutzt. Fig. 6a, 6b und 6c zeigen perspektivische An-

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, sichten mit drei verschiedenen Formen des gespei-

daß das Verhältnis von der Größe des Reaktor- cherten Materials;

behälters zu der thermischen Energie, die im Stö- 20 Fig. 7 ist ein vergrößerter Vertikalausschnitt, der rungsfall absorbiert werden kann, erheblich verbes- eine andere Ausführungsform des ringförmigen Teisert wird. les der Druckminderungsanordnung nach Fig. 1 darin weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird Eis stellt;

als Material verwendet, das durch eine Trennwand Fig. 8 ist ein Teilschnitt der Fig.7 entlang der

von dem übrigen Volumen des Reaktorbehälters 25 Bezugslinie VIII-VIII;

thermisch isoliert ist. Das Eis hat vorzugsweise eine Fig. 9 ist eine vergrößerte Vertikalansicht eines

Vielzahl von Kanälen, durch die die kondensier- Teiles der Fig. 7 und illustriert die Konstruktion

baren Gase oder Dämpfe im Störungsfall geleitet eines Moduls nach Fig. 7;

werden. Fig. 10 ist eine Ansicht von Fig. 9;

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 30 Fig. 11 und 12 sind vertikale Teilansichten sind Kühlschlangen vorgesehen, die das Eis im von zwei zusätzlichen Ausführungsformen der vorfesten Zustand halten und die nach dem Störungsfall liegenden Erfindung.

als weiteres Kühlsystem verwendet werden können, Die Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen sind ein Bei-

um thermische Energie, beispielsweise die Reaktor- spiel eines Druckminderungssystems für die Be-

zerfallswärme, abzuführen. 35 nutzung bei einer Kernkraftanlage, wie sie hierin

Vorzugsweise sind gemäß der Erfindung Vorrich- dargestellt ist. Ein Reaktorbehälter 16 besteht aus tungen zur Aufrechterhaltung eines partiellen Va- einem halbkugelförmigen Kopfteil 18, einem zylinkuums mindestens in einem Teil des Behälters vor- drisch geformten vertikalen Wandteil 10, einem flagesehen. Dadurch wird nicht nur der Behälter- chen ringförmigen Boden 22 und einer zylindrisch anfangsdruck abgesenkt, sondern auch die Wärme- 40 geformten unteren Erweiterung 24, die exzentrisch übertragung zwischen dem Dampf und dem Eis wird zu dem Boden 22 angeordnet ist, wie in F i g. 2 geverbessert, da sich an der Eisoberfiäche keine Luft- zeigt, und eine Vertiefung 25 bildet,
filme bilden können, die die Wärmeübertragung be- Innerhalb des Reaktorbehälters 16 ist ein vertikaeinträchtigen. ler zweiter Schirm oder eine Wand 26 angeordnet,

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfin- 45 welche ringartig geformt ist und sich vertikal von

dung wird der Wirkungsgrad des Druckminderungs- dem Boden 22 in den oberen Teil, des Raumes er-

systems dadurch weiter verbessert, daß das geschmol- streckt, der durch den Reaktorbehälter eingeschlos-

zene Material mit unkondensiertem, hocherhitztem sen ist. Ein zweiter Schirm 26 kooperiert mit dem

Dampf zusätzlich gemischt wird. Reaktorbehälter 16, um einen Kondenserraum 28 zu

Eine Sicherheitsvorrichtung, bei der der das Ma- 50 bilden.

terial enthaltende Raum über dem Reaktor angeord- Die Kernkraftanlage ist innerhalb des durch den

net ist, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweiten Schirm 26 eingeschlossenen Raumes unter-

dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung gebracht und umfaßt ein abgedichtetes Reaktorgefäß,

für die Besprühung des Reaktors unter dem Ma- das einen Reaktorkern enthält und in diesem Bei-

terialraum angeordnet ist. Das Besprühen des Re- 55 spiel aus drei Primärkühlkreisen 32 besteht. Jeder

aktors im Störungsfall ist zwar an sich bekannt, Primärkühlkreis 32 ist hermetisch abgeschlossen und

wird jedoch bei der vorliegenden Sicherheitsvorrich- umfaßt einen Wärmeaustauscher, wie z. B. einen

tung mit dem geschmolzenen Kondensormaterial Dampfgenerator 34, eine Reaktor- oder Primärkühl-

durchgeführt. Das Kondensat und das geschmolzene pumpe 36 und Primärleitungen 38 für das Kühl-

Material werden in einer Vertiefung am Boden des 60 medium. Bei Betrieb wird das Primärkühlmedium

Reaktorbehälters gesammelt und in den Dampfraum innerhalb des Reaktorgefäßes 30 erhitzt, fließt von

des Reaktorbehälters eingesprüht. Ein wesentlicher dem Reaktor zu dem Dampfgenerator 34, wo es

Vorteil dieses mechanischen Sprühsystems liegt dar- einen Teil seiner Wärme an ein zweites Flußmedium

in, daß eine unbeabsichtigte Inbetriebnahme der abgibt, fließt weiter von dem Dampfgenerator 34 zu

Sprühpumpen zu keiner Beschädigung der Anlage 65 der Reaktorpumpe 36 und kehrt dann zu dem Reak-

durch Flüssigkeit führt, da keine Flüssigkeit zur Ver- torgefäß 30 zurück, wo es wieder durch den Reak-

fügung steht, bevor der Störungsfall eingetreten und torkern erhitzt wird und wieder in den Zyklus ein-

das Material geschmolzen ist. tritt. Eine Druckvorrichtung (nicht gezeigt) ist eben-

5 6

falls mit einer Schleife 32 gekoppelt, um einen ge- Die isolierten Türen 76 sind in dieser Ausführungswissen Druck innerhalb des abgedichteten Primär- form als Zweiwegtüren ausgeführt, die zur Innenseite gefäßes aufrechtzuerhalten. oder zur Außenseite des Kondenserraumes 28 geöff-

Innerhalb des zweiten Schirmes 26 und umgebend net wenden können. In diesem Beispiel weisen die das Reaktorgefäß 30 ist ein Primärschirm 40 ange- 5 Türen 76 Gelenke 78 (F i g. 3) an dem Boden auf. ordnet, welcher sich vertikal von dem Boden 22 zu Die Gelenke 78 sind in kurzem Abstand über dem einem Punkt ein kurzes Stück oberhalb des Steuer- Boden 22 angeordnet. Die Gelenke 78 können selbststabmechanismus erstreckt, welcher sich oberhalb verständlich auch an der Vertikalkante jeder Tür 76 des Reaktorgefäßes 30 ausdehnt und im allgemeinen angeordnet sein, so daß die Tür seitlich zu öffnen mit der Bezugsziffer42 bezeichnet wird. Der Pri- io ist, anstatt vertikal, wie in Fig. 3 gezeigt. Entlang märschirm 40 schließt einen Reaktorraum 44 ein, der der beiden vertikalen Wände des Kondenserraumes eine Reaktoröffnung 46 aufweist, durch welche sich 28 sind Kühlschlangen 82 angeordnet. Die Kühldas Bodenteil des Reaktorgefäßes 30 erstreckt. Er schlangen erstrecken sich entlang der äußeren Periweist weiterhin Leitungsöffnungen 48 auf, durch pherie des zweiten Schirmes 26 und innerhalb der welche die Leitungen 38 führen. Eine ringförmige, 15 Peripherie des Reaktorbehälters 16. Die Kühlschlanflexible Abdichtung 49 erstreckt sich von dem Re- gen 82 sind an eine Kühleinheit 84 durch eine Einaktorgefäß 30 zu dem Primärschirm 40, so daß der laßleitung 86 und eine Auslaßleitung 88 mit dem Reaktorraum 44 in einen oberen oder Tankteil 44 α entsprechenden Einlaßfluß 90 und dem entsprechen- und in einen unteren Teil 44 b unterteilt wird. Der den Auslaßfluß 92, wie in Fig. 3 gezeigt, gekoppelt. Primärschirm 40 kooperiert mit dem Sekundär- 20 Eine Vielzahl von isolierten Türen 94 ist außerdem schirm 26, um einen ringförmigen loop-Raum (loop- im Oberteil des Kondenserraumes 28 angebracht, compartement = Kühlkreisraum) zu bilden, in dem Die Türen 94 erstrecken sich von dem zweiten die Dampfgeneratoren 34 und die Reaktorpumpen Schirm 26 zu dem Reaktorbehälter 16 und sind nor-36 angeordnet sind. Ein unterer Boden oder ein malerweise geschlossen. Die Türen 94 sind in ähn-Deck 52 erstreckt sich horizontal quer über den obe- 25 licher Weise wie die Türen 76 aufgehängt und könren Teil des loop-Raumes 50. Die Dampfgenerator- nen ebenfalls in beiden Richtungen betätigt werden, öffnungen 54 sind an dem Deck 52 angeordnet. Da- Die Türen 76 und 94 sind so konstruiert, daß sie durch erstreckt sich ein Teil jedes Dampfgenerators durch einen geringen Druckunterschied, wie beidurch das Deck 52; es wird dadurch eine axiale Er- spielsweise eine halbe Atmosphäre, in die notwenweiterung der Dampfgeneratoren 34 möglich. In dem 30 dige Öffnungsstellung versetzt werden können. Das oberen Teil des Reaktorbehälters 16 ist ein Deck- kann z. B. durch die Ausnutzung der statischen Leiraum 56 gebildet. Er befindet sich oberhalb des tung erreicht werden, wenn die Türen in geschlosse-Decks 52. ner Position sind, oder durch die Verwendung von

Innerhalb der Vertiefung 25 ist eine Einsatzsumpf- Klinkenmechanismen oder geeignete Aufbruchpumpe für den Defektfall 58 und eine Sprühsumpf- 35 anordnungen. Die oberen isolierten Türen 94 sind pumpe 60 angeordnet. Eine Leitung 62 koppelt die in einer festen Zwischenwand 96 angeordnet, um den Einsatzsumpfpumpe für den Defektfall 58 an den Kondenserraum 28 völlig abzuschließen. Wenn geReaktor 30. In der Leitung 62 ist nahe der Pumpe wünscht, kann der Kondenserraum 28 auch herme-58 ein normalerweise geschlossenes fernbetätigtes tisch abgedichtet werden, oder er kann so ausgebil-Ventil 64 angeordnet. Eine Leitung 66 koppelt die 40 det sein, daß ein geringer Leckfluß zwischen dem Sprühsumpfpumpe 60 an eine Vielzahl von Sprüh- Kondenserraum 28 und dem Rest der Räume innerköpfen 68, welche in dem loop-Raum 50 und in dem halb des Reaktorbehälters 16 während des normalen Deckraum 56 angeordnet sind. Wenn ' gewünscht, Betriebes der Anlage möglich ist. Wenn gewünscht, können zusätzliche Sprühköpfe 68 innerhalb des Re- können jedoch die offenen Türen 94 weggelassen aktorraumes 54 und auch in der oberen Region des 45 werden; dadurch entfällt ein Öffnen am oberen Teil Deckraumes 56 angebracht werden. ... des Kondenserraumes 28.

Ein normalerweise offenes fernbedientes Ventil"7l) Innerhalb des Kondenserraumes 28 ist eine Menge ist in der Leitung 66 nahe der Sprühsumpfpumpe von festem Material angeordnet, das aus einer Subangeordnet. Außerdem verkoppelt eine normaler- stanz gebildet ist, die eine relativ große Schmelzweise geschlossene Verteiler-Ventilanordnung 72 die 50 wärme aufweist. Es ist wünschenswert, daß das feste Leitungen 62 und 66 nach den Ventilen 64 und 70, Material 98 einen relativ niedrigen Gefrierpunkt im so daß entweder die Pumpe 58 oder 60 benutzt wer- Vergleich zu dem Kondensationspunkt der Reaktorden kann, um eine Flüssigkeit durch eine der Leitun- oder Primärkühlflüssigkeit besitzt. Ein besonders gegen 62 oder 66 zu pumpen, indem die Ventile 64, 70 eignetes festes Material 98 für die Anwendung als und 72 geeignet betätigt werden. Beide Pumpen 58 55 Primärkühlflüssigkeit, die aus leichtem Wasser ge- und 60 können auch selbststeuernd durch irgendein bildet ist, ist die feste Form der Kühlflüssigkeit, d. h. bekanntes Regelsystem ausgeführt werden. Es kann Eis. Innerhalb des Kondenserraumes befindet sich z. B. ein Flußregelungssystem verwendet werden, genügend Eis, um den Kondenserraum 28 im weworin eine Pumpe dann in Betrieb gesetzt wird, wenn sentlichen zu füllen. Die untere Grenze des Eises 98 der Flüssigkeitspegel eine gewisse Höhe erreicht, und 60 liegt ein Stückchen über der unteren Tür 76 und die dann abschaltet, wenn der Flüssigkeitspegel unter wird durch konstruktive Mittel, wie z. B. einem eine zweite bestimmte Höhe sinkt. Es versteht sich I-Träger 100, festgelegt, welcher wiederum an dem auch, daß die Steuereinheiten und die Ventilanord- zweiten Schirm 26 und dem Reaktorbehälter 16. benung für die Pumpen über dem Boden 22 angeordnet festigt ist.
sind, anstatt in der Vertiefung 25. 6₅ Das Eis 98 ist in diskrete Pakete durch ringför-

Es soll nun ein Kondenserraum 28 betrachtet wer- mige Schalen unterteilt (F i g. 3 und 4). Die Scha'en

den. In dem Bodenteil des zweiten Schirmes 26 sind 102 umfassen eine~-ringförmige Stahlplatte 104, die

eine Vielzahl von isolierten Türen 76 angeordnet. beispielsweise Seiten aus Drahtmaschen 106 mit etwa

0.5 cm Maschenöffnungen aufweist. Die Schalen 102 sind übereinandergeschichtet und seitlich gestützt durch vertikal aufstrebende Kanäle 108. Die vertikalen Stützen 108 wiederum sind seitlich durch horizontale Stahlfachwerke 110 gehalten, die in diesem Beispiel von horizontalen Stützen 110 gebildet werden, die an dem zweiten Schirm 26 und dem Reaktorbehälter 16 befestigt sind. Weiterhin wird jede Schale 102 individuell durch vertikale Stützen 108 getragen. Das wird erreicht durch die Befestigung der Bodenplatte 104 der Schale 102 an der Vertikalstütze 108, in bekannter Weise, wie Anschweißen, Anschrauben oder durch eine Winkelhalterung unterhalb jeder Winkelplatte 104 und deren Befestigung an der Stütze 108. Das Eis 98 in jeder der Schalen 102 kann in Form einer festen Masse oder eines kastenförmigen Blockes, mit oder ohne innere öffnungen, vorliegen. In diesem Beispiel wird die Eismasse 98 aus einer Vielzahl von Eisstückchen 112 gebildet, welche in jede Schale 102 gefüllt werden, bis zu dem Pegel 114, der ein kurzes Stück unter jeder Platte 104 der angrenzenden Schale 102 liegt. Dadurch werden horizontale Durchflußwege 116 zwischen den angrenzenden Schalen 102 gebildet. Es ist wünschenswert, die Formen der Eisstückchen so zu wählen, daß sie eine maximale Oberfläche für den Wärmeaustausch aufweisen. Die Eisstückchen 112 können eine oder mehrere Konfigurationen haben, z. B. eine irreguläre Form der Konfigurationen ist in den Fig. 6a, 6b und 6c gezeigt, ein fester Würfel oder eine feste Kugel. In Fig. 6a ist das Eisstückchen 112« ein 2,5-cm-Würfel mit einem 1,4-cm-Loch durch seine Mitte. In Fig. 6b ist das Eisstückchen 1126 ein Zylinder mit 2,5 cm Durchmesser, mit einer Höhe von 2,5 cm und einem 1,4-cm-Loch längs der Achse des Zylinders. In Fig. 6c hat das Eisstückchen 112c eine Kreisringform mit 0,7 cm Schnittdurchmesser, mit. einem äußeren Durchmesser von 5 cm und mit einem inneren Durchmesser von 2,5 cm. Vertikale Flußdurchgänge 118 werden auch auf einer der beiden Seiten der Schale 102 aufrechterhalten. Die Isolation 120 kann an den Innenwänden des Kondenserraumes 28 angebracht werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, um die Wärmetransportrate von den anderen Räumen innerhalb des Reaktorbehälters 16 in den Kondenserraum 28 zu reduzieren. Außerdem soll der Wärmetransport von der äußeren Atmosphäre des Reaktorbehälters 16 in den Kondenserraum 28 reduziert werden. Die Isolation 120 ist selbstverständlich von den Teilen des Kondenserraumes 28 ausgeschlossen, die mit den unteren isolierten Türen 76 und den oberen isolierten Türen 94 versehen sind. Weiterhin kann die Isolation 120 weggelassen werden, wenn der Reaktorbehälter 16 und der zweite Schirm 26 genügend dick sind.

In Fig. 5 wird eine andere Ausführungsform des Eisbettes 98 gezeigt, welche ähnlich ist der Konfiguration nach Fig. 4, bei, der aber alle Platten 104 eliminiert sind, ausgenommen die Einzelbodenplatte 104 am Boden des Eisbettes 98. In dieser Konfiguration werden nur vertikale Flußdurchgänge 118 gebildet, da die Eisstückchen 112 sich in einem festen Bett von dem oberen Teil bis zum Boden innerhalb des Maschendrahtes 106 erstrecken. Es ist auch offenbar, daß in Fig. 5 ein großer kastenförmiger Eisblock an Stelle der Eisstückchen benutzt werden kann und daß die Eisblöcke innerhalb des Maschendrahtes übereinandergeschichtet werden können. In Wirklichkeit kann der Maschendraht 106 weggelassen werden, und eine zusätzliche Anzahl von vertikalen Kanälen 108 wird dann für die seitliche Halterung des Eisblockes verwendet.

In Fig. 5 werden die Eisstückchen 112 von oben in das Eisbett 98 gefüllt. In Fig. 4 wird jede Schale 102 gefüllt, bevor die nächsthöhere Schale 102 installiert wird. Eine andere geeignete Füllanordnung ίο ist die Verwendung von Öffnungen im oberen Teil der Drahtmaschen 106.

Betriebsweise

Während des normalen Betriebes des Kernreaktorsystems bleibt der Kondenserraum 28 abgeschlossen von dem restlichen Innenraum des Reaktorraumes 16. Die isolierten Türen 76 und 94 sind in geschlossener Position, und der Wert des Leckfiusses in den Kondenserraum 28 wird bei einem Minimum gehalten oder vollständig eliminiert. Der Kondenserraum 28 wird durch eine Kühleinheit 84 und die Kühlschlangen 82 abgekühlt, um jegliches Schmelzen des Eisbettes 98 zu verhindern. Die Einsatzsumpfpumpe für den Defektfall 58 und die Sprühsumpfpumpe 60 werden im Einsatzzustand gehalten, solange die Vertiefung 25 trocken ist. Das Ventil 70 wird in offener Stellung gehalten, während die Ventile 64 und 72 geschlossen sind. Die Pumpen 58 und 60 werden automatisch geregelt, so daß sie mit dem Betrieb beginnen, sobald ein bestimmter Flüssigkeitspegel in der Vertiefung 25 erreicht ist. Das Ventil 64 öffnet ebenfalls automatisch, wenn die Pumpe 58 mit dem Betrieb beginnt.

Bei einem Defekt mit Kühlflüssigkeitsvcrlust wird vorausgesetzt, daß ein Bruch an einem Punkt in den Primärflüssigkeitsleitungen 38 auftritt, z. B. in der Leitung innerhalb des unteren Reaktorraumes 44 b. Die unter hohem Druck und unter hoher Temperatur stehende Kühlflüssigkeit, die in diesem Beispiel unter Druck stehendes Wasser ist, fließt von der Bruchstelle in der Primärleitung 38 in den unteren Reaktorraum 44 b. Nach dem Eintritt in den unteren Reaktorraum 44b verwandelt sich ein Teil des unter Druck und hoher Temperatur stehenden Wassers in Dampf. Der Dampf strömt dann durch öffnungen, wie Leitungsöffnungen 48, in dem Primärschirm 40 und/oder durch die Reaktoröffnung 46, durch die Reaktoröffnung 47, durch die Vertiefung 25 und durch die loop-Öffnung (loop opening =. Kühlkreisraumöffnung) 74 in den loop-Raum 50. Da der Dampf sich in dem loop-Raum 50 sammelt, bildet sich in dem loop-Raum 50 ein Druck aus, welcher beginnt, einen Druckunterschied zwischen dem loop-Raum und dem Kondenserraum 28 aufzubauen. Die Ausbildung eines geringen Druckunterschiedes, z. B. einer halben Atmosphäre zwischen dem loop-Raum 50 und dem Kondenserraum 28 bewirkt dann, daß die unteren Türen 76 nach innen in den Kondcnserraum 28 geöffnet werden. Der Dampf strömt dann in den Kondenserraum 28 und weiter nach oben durch die Flußdurchgänge 118 und seitlich durch

'die Flußdurchgänge 116 in dem Eisbett 98 und kommt dadurch in Kontakt mit den Eisstückchen 112 in dem Eisbett 98. Das Eis schmilzt teilweise beim Absorbieren der thermischen Energie des Dampfes und kondensiert gleichzeitig den Dampf, wobei der Druck in dem Reaktorbehälter 16 reduziert wird.

209 649/144

Außerdem Hießt die Flüssigkeit, die durch das geschmolzene Eis entsteht, durch den Dampf und mischt sich mit ihm. indem sie die thermische Ener-. gie absorbiert und eine zusätzliche Kondensierung des Dampfes bewirkt. Daher bleiben das Eis und der Dampf immer in einem guten Wärmetauschverhältnis. Eine Flüssigkeitsmischung von Wasser und dem Kondensat fällt auf den Boden des Kondenserraumes 28. Hießt durch die Öffnungen, die durch die unteren Türen 46 gebildet werden, und weiter durch die Ioop-Öffnung 74 in die Vertiefung 25.

Die nicht kondensierbaren Teile des Flußmediums. wie der mit Luft vermischte Dampf, strömen in den loop-Raum, dann weiter aufwärts in den Kondenser 28 in dessen oberen Teil. Da das nicht kondensierbare Flußmedium sich in dem oberen Teil des Kondenserraumes 28 sammelt, bildet sich dort ein Druck aus, der ein Öffnen der Türen 94 nach außen in den Deckraum 56 bewirkt. Wie bei den unteren Türen 76 ist nur eine geringe Druckdifferenz an den Türen 94 notwendig, um sie zu öffnen. Die nicht kondensierbaren Flüssigkeiten werden dann in den Deckraum 56 gedrückt, welcher als Speicherraum dient. Es ist jedoch nicht bemerkt worden, daß die nicht kondensierbaren Teile durch das Eisbett und durch das von dem schmelzenden Eisbett herabfallende Wasser abgekühlt werden, da sie durch den Kondenserraum 28 strömen. Dadurch wird weiterhin die Druckausbildung innerhalb des Reaktorbehälters 16 reduziert. Da die meiste frei gewordene thermische Energie mit einer festen Rate (etwa der thermischen Abgaberate) durch das Eisbett 98 und durch das aus dem Eis geschmolzene Wasser absorbiert wird, können die Größen- und/oder Druckverhältnisse des Reaktorbehälters 16 wesentlich reduziert und Kosten erspart werden. Es muß auch bemerkt werden, daß die Kühlschlangen 82 ebenfalls bei der Kondensierung des Dampfes helfen und eine weitere Verminderung in der Druckentwicklung innerhalb des Reaktorbehälters 16 bewirken.

- Es soll jetzt die Vertiefung 25 betrachtet werden. In der Vertiefung 25 sammelt sich die Flüssigkeitsmischung aus geschmolzenem Eis und dem Kondensat. Wenn die Flüssigkeitsmischung einen bestimmten Pegel in der Vertiefung erreicht, so werden die Einsatzsumpfpumpe für den Defektfall und die Sprühsumpfpumpe 60 automatisch durch entsprechende Vorrichtungen in Betrieb gesetzt (nicht gezeigt). Diese Einsatzsumpfpumpe für den Defektfall pumpt die Flüssigkeitsmischung in das Reaktorgefäß, um ein Einschmelzen des Kernes innerhalb des Reaktorgefäßes 30 zu verhindern. Die Sprühsumpfpumpe 60 pumpt gleichzeitig die Flüssigkeitsmischung durch die Leitungen 66 zu den Sprühköpfen 68. Die Flüssigkeitsmischung des Wassers und Kondensates wird dann in den Reaktorbehälter 16 gesprüht, damit der Dampf kondensiert und die nicht kondensierbaren Anteile abgekühlt werden. Wenn gewünscht, können die Sprühköpfe auch innerhalb des Reaktorraumes 44 und in dem oberen Teil des Deckraumes 56 angebracht werden. Der Hauptzweck der Sprühfunktion durch die Sprühköpfe 68 ist, den Druck innerhalb des Reaktorbehälters 16 zu reduzieren, nachdem die Anfangsdruckwelle durch das Eisbett 98 herabgemindert wurde. Wenn ein Bruch in den Leitungen 38 innerhalb des loop-Raumes auftritt, strömt der Dampf direkt durch die unteren Türen 76 in den Kondenserraum 28, wobei die thermische Energie des Dampfe;; in der vorher beschriebenen Weise absorbiert wird.

Wenn gewünscht, kann das Deck 52 eliminiert werden. Wenn in diesem Fall ein Bruch in der Leitimg 38 innerhalb des loop-Raumes 50 auftritt, tritt der Dampf entweder durch die unteren Türen 76 oder die oberen Türen 94 oder gleichzeitig durch beide Türengruppen 76 und 94 ein. Eventuell kann auch ein Fluß in eine Richtung abwärts durch den

ίο Kondenserraum 28 durch natürliche oder thermische Zirkulation auftreten.

Die Fig. 7 bis IO der Zeichnungen zeigen eine andere Ausführungsform des Kondenserraumes 28. Es sind die gleichen Bezugsziffern wie für die cntsprechend vorher beschriebenen Teile verwendet. In diesem Beispiel ist ein ringförmiger Kondenserraum 122 zwischen dem Reaktorbehälter 16 und dem Sekimdärschirm 26 angeordnet. Der Kondenserraum 122 erstreckt sich aufwärts von dem Boden 22 bis in die gleiche Höhe des Decks 52. Eine Vielzahl von isolierten Türen 124 sind in dem Bodenteil des Sekundärschirmes 26 angebracht. Die Türen 124 sind Zweiwegtüren, die nach innen und außen in bezug auf den Kondenserraum 122 geöffnet werden können.

Die Gelenke (nicht gezeigt) befinden sich entlang einer Vertikalkante jeder Tür, damit die Türen 124 seitlich zu öffnen sind, wie in Fig. 8 gezeigt. In dem oberen Ende, des Kondenserraumes 122 wird eine konstruktive Halterung 126 durch eine Vielzahl von I-Trägern 128 gebildet und darauf ein Gitterwerk befestigt. Die oberen isolierten Türen 130 werden durch die I-Träger 128 gehalten. Die Türen 130 sind ebenfalls Zweiwegtüren und einerseits in den Kondenserraum 122 hinein und anderereits zwischen die I-Träger 128 nach außen zu öffnen, wie inJFi g. 7 gezeigt. Die Türen 124 und 130 werden normalerweise geschlossen gehalten und dann geöffnet, wenn eine geringe Druckdifferenz an ihnen auftritt.

Innerhalb des Kondenserraumes 122 befindet sich eine Vielzahl von zylindrisch geformten Modulen 132, weiche sich aufwärts vom Boden 22 zu einer Höhe, die ein kurzes Stück tiefer liegt als die oberen Türen 130, erstrecken. Die Module 132 sind vertikal in dem,Kondenserraum 122 Seite an Seite angeordnet. Entlang beider Vertikalwände des Kondenserraumes 122, zwischen dem oberen Teil der Module 132 und den unteren Türen 130, befinden sich Kühlschlangen 134. Die Kühlschlangen 134 sind durch Einlaß- und Auslaßleitungen (nicht gezeigt) mit einer Kühleinheit 84 (Fi g. 1) gekoppelt.

In den Fig. 9 und 10 ist die äußere Wand 136 des zylindrisch geformten Moduls 132 aus einem porösen Material gebildet, z. B. aus einem 0,6 cm starken Maschendrahtgeflecht. Eine Bodenplatte 138 und eine Deckplatte 140 sind an den Enden der äußeren Wand 136 durch geeignete Aufhängemittel (nicht gezeigt) befestigt. In diesem Beispiel hat der Modul 132 etwa 30 cm Durchmesser und etwa 12 m Länge. Eine Vielzahl von abgestumpften, konisch geformten Stützplatten 142 sind hintereinander entlang der Länge des Moduls 132 angeordnet. Die Stützplatten 142 sind an der äußeren Wand 136 geeignet befestigt (nicht gezeigt) und weisen einen wünschenswerten Abstand von etwa 1,20 m auf. Der konische Teil jeder Stützplatte 142 erstreckt sich nach oben und weist eine zentrale öffnung an seinem schmaleren Ende auf, die zu diesem Beispiel etwa 7,5 cm Durchmesser hat. Die Bodenplatte 138 hat eine halbkugelartige

Nasenspitze 144, welche von dem Modul 132 aus nach unten zeigt und in eine Aussparung 146 innerhalb des festen Bodens 22 zur Festlegung des Moduls 132 innerhalb des Kondenserraiimes 122 eingepaßt ist. Die Deckplatte 140 weist eine Vielzahl von aufwärts gerichteten Einklinkelejnenten 146 auf. die aus einem Guß mit der Deckplatte sind. Angrenzende Module 132 werden oben durch Klammern 148 zusammengehalten. Jede Klammer 148 ist über zwei angrenzende Einklinkelemente 146 an zwei angrenzenden Module^ 132 befestigt. Jedes Quartett aus vier Modulen 132 bildet einen Flußdurchgang 150 zwischen sich. In der Deckplatte 140 ist auch eine Eiseinfüllöffnung 152 angebracht. Sie soll möglichst die gleiche Größe wie die zentralen Öffnungen der Stützplatten 142 haben und mit diesen fluchten. Um einen Eismodul 132 mit Eisstückchen 112 zu füllen (Fig. 6), muß das oberhalb des Moduls 132 zu füllende Gitterwerk entfernt werden und die Türen 130 geöffnet werden. Es wird dann ein Schlauch (nicht gezeigt) durch die Eisfüllöfrnung 152 eingesetzt, der durch die zentrale öffnung in jeder Stützplatte 142 führt und bis zu dem unteren Teil des Moduls 132 reicht. Die Eisstückchen 112 werden dann durch den Schlauch in den Modul 132 gefüllt, und wenn der Modul mit Eisstückchen 112 gefüllt ist, wird der Schlauch aus dem Modul 132 herausgezogen. Deshalb füllt in diesem Beispiel der Erfindung der Eiskörper in dem Modul 132 den ringförmigen Raum zwischen der Peripherie der Zentralöffnimg und der äußeren Wand 136 und den ZeiUralraum, der durch die Zentralöffnungen in der Platte 142 gebildet ist. Der Eiskörper in dem ringförmigen Raum erstreckt sich vertikal zwischen angrenzende Stützplatten 142 und wird durch untere Stützplatten 142 gehalten, während der Eiskörper in dem Zentralbereich die volle Länge des Moduls 132 ausfüllt und lediglich auf der Bodenplatte 138 ruht. Deshalb dienen die Stützplatten 142 durch Trennung des ringförmigen Raumes in hintereinanderliegende Bereiche dazu, zu verhindern, daß ein großer Teil der Eisstückchen 112 in dem Modul 132 zu einer einförmigen, festen Masse wird. Außerdem hat man bei dem konisch nach oben geformten Teil der Stützplatte 142 vorteilhafterweise den Schüttwinkel des Eises gewählt, welcher- es möglich macht, mehr Eis in den Modul 132 durch Füllen des konischen Teiles jeder Stützplatte 142 einzubringen.

In Fig. 7 repräsentieren die gestrichelten Linien 143 die Anordnung der Stützplatten 142. Das Eis ist von den unteren Teilen 145 einiger Module 132 durch die Verwendung fester Platten 147 am Boden jedes Eisbehälters eliminiert. Deshalb ist ein hervorspringender Teil, welcher eisfrei ist, gegenüber den unteren Türen 124 vorhanden, um für eine bessere Verteilung des Dampfstromes durch den Kondenserraum 122 zu sorgen. Fig. 8 zeigt die Module 132 genauer. Diese haben eisfreie untere Bereiche, in denen eine gestrichelte Linie 149 jene Module einschließt, welche die zwei tiefsten eisfreien Bereiche 145a aufweisen. .Die gestrichelte Linie 151 umfaßt jene Module, welche nur den tiefsten eisfreien Beireich 145 b aufweisen.

Fig. 11 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel ist ein Reaktorbehälter 154 vertikal angeordnet und, weist halbkugelförmige Kopfteile 156, ein zylindrisches Wandteil 158 und einen halbkugelförmigen unteren Teil 160 mit einer zylindrischen, sich nach unten erstreckenden Ausbuchtung 162 auf. welche eine Vertiefung 164 am Boden des Reaktorbehälters 154 bildet. Ein ringförmiger Reaktorsehirni 166 erstreckt sich von der nach unten gerichteten Ausbuchtung 162 aus zudem unteren Teil des Reaktorbehälters 154. Eine zylindrisch geformte innere Wand 168 erstreckt sich von dem oberen Teil des Reaktorschirmes 166 aus zudem oberen Teil des Reaktorbehälters 154 und weist ein

ία oberes Teil 170 und ein unteres Teil 172 auf. Der Reaktorschirm 166 und das untere Teil 172 der inneren Wand kooperieren mit dem Reaktorbehälter 154. um einen ringförmigen loop-Raum 174 zu bilden. Das untere. Teil 170 der Innenwand kooperiert mit dem Reaktorbehäller 154.. um einen ringförmigen Kondenserraum 176 zu bilden. Der Reaktorsehirni 166 und die innere Wand 168 schließen einen Raum innerhalb des inneren Teiles des Reaktorbehälteis 154 ein, welcher einen Reaktorraum 178 bildet. Eine Vielzahl von Flußdurchgängeii 180 erstreckt sich durch den Reaktorsehirni 160 und verkoppelt den loop-Raum 174 mit dem Reaktorraum 178 und der ' Vertiefung 164.

Es wird auch ein Teil des Kernieaktorsyslcms gezeigt, worin das Reaktorgefäß 30 innerhalb des Reaktorschirmes 166 mit seinem unteren Teil angeordnet ist, der sich in die Vertiefung 164 erstreckt. Es wird weiterhin ein Dampfgenerator 134 und eine Reaktorpumpe 36 gezeigt, die innerhalb des loop-Raumes 146 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform wird ein ringförmiger Flußdurchgang 184 zwischen dem Reaktorgefäß 30 und dem Reaktorschirm 166 gebildet. Eine obere Trennwand 182 erstreckt sich abwärts von dem oberen Teil des Reaktorbehälterteiles 154 zu dem oberen Teil der inneren Wand 168, welche ein kurzes Stück von dem Reaktorbehälter 154 entfernt ist. Die obere Trennwand 182 enthält zwei Membranen 184 mit einem inneren Abstand 186 zwischen ihnen. Jede Membran 184 ist aus einem geeigneten nichtporösen Material, wie Plastik, und dient zur Aufrechterhaltung eines Luft- oder. Vakuumpolsters in dem Zwischenraum 186 für Isolationszwecke. Die obere Trennwand 182 ist an dem Reaktorbehälter 154 und dem oberen Teil der inneren Wand 168 befestigt. Jede der Membranen 184 hat einen schwachen Teil, angrenzend an die innere Wand 168. Wenn ein Druckunterschied über der oberen Trennwand 182 liegt, bricht der schwache Teil aus der inneren Wand 168, während der obere Teil

So jeder Membran 184 in seiner Lage verharrt. Deshalb gestattet jede obere Trennwand 182 dem Flußmedium hindurchzuströmen, sie selbst aber bleibt befestigt und wird mit dem Fluß weder in den Reaktorraum 178 noch in den Kondenserraum 176 getragen.

Eine untere Trennwand 188 erstreckt sich horizontal von dem Reaktorbehälter 154 zu einer Verbindung 190 zwischen dem oberen Teil 170 und dem unteren Teil 172 der inneren Wand 168. Die untere Trennwand 188 weist ebenfalls zwei Membranen 192 auf mit einem inneren Zwischenraum 194 zur Bildung eines Luftpolsters oder eines evakuierten Bereiches. Jede Membran 192 ist an ihrer Innen- und Außenfläche in der inneren Wand 168 und an dem Reaktorbehälter 154 befestigt. In diesem Beispiel weist jede Membran 192 einen schwachen Teil in der Mitte zwischen ihrer Innen- und Außenfläche auf, deren Funktion ähnlich ist wie die des schwachen Teiles der vorher beschriebenen oberen Trennwand

13 14

182. Selbstverständlich können Zweiwegtüren, die Wenn ein Bruch in der Leitung 38 innerhalb des

ähnlich den in Fig. 1 beschriebenen Türen sind, in loop-Raumes 174 auftritt, entwickelt das entwichene

der oberen Trennwand 182 und in der unteren Trenn- Flußmedium oder der Dampf einen Druck innerhalb

wand 188 verwendet werden. In diesem Fall müssen des loop-Raumes 174, der ein Öffnen der Türen 200 die Türen in der oberen Trennwand an dem Reaktor- 5 im Flüssigkeitssammelraum 196 bewirkt. Dadurch

' behälter 154 befestigt werden und an der inneren kann der Dampf eintreten und den Flüssigkeitssam-

Wand 168 zu öffnen sein. Die Türen, die in der un- melraum 196 unter Druck setzen. Die Druckdurch-

teren Trennwand benutzt würden, könnten vom Dop- brüche der unteren Trennwand 188 gestatten dem

peltürtyp sein und sich in der Mitte zwischen der Dampf in den Kondenserraum 176 einzutreten. Der Innenwand und dem Reaktorbehälter öffnen. Sie 10 Dampf wird durch das Eisbett 98' kondensiert. Die

müßten an der inneren Wand 168 und an dem Re- geschmolzene Eis- und Kondensatmischung fällt

aktorbehälter 154 befestigt sein. durch den entwichenen Dampf, der in den Konden-

Innerhaib des loop-Raumes 174 und unterhalb des serraum 176 eintritt, auf den Boden des Flüssigkeits-

Kondenserraumes 176 ist ein ringförmiger Flüssig- Sammelbehälters 196, strömt durch die Sprühköpfe keitsaufnahmebehälter angeordnet, welcher im allge- 15 68 und sammelt sich dann in der Vertiefung 164, wie

meinen einen dreieckigen Querschnitt mit einer Ab- vorher beschrieben. In der Zwischenzeit sammeln

flußrinne 198 am Boden aufweist. Der Flüssigkeits- sich die nicht kondensierbaren Gase in dem oberen

aufnahmebehälter 196 ist oben offen und weist eine Teil des Kondenserraumes. Der Druck in dem oberen

Vielzahl von inneren Türen 200 auf. Die Türen haben Teil des Kondenserraumes vergrößert sich durch zu-Anschlagvorrichtungen (nicht gezeigt), welche' ver- ₂₀ sätzlichen Dampf, der in den Kondenserraum 176

hindern, daß die Türen nach innen geöffnet werden eintritt, indem er die Trennwand 182 durchbricht,

über eine horizontale Position hinaus. Die Sprüh- Dadurch können die nicht kondensierbaren Anteile

köpfe 68, welche in dem Reaktorraum 178 und dem in den Reaktorraum 178 eintreten, um dort gespei-

loop-Raum 174 angeordnet sind, sind mit der Ab- chert zu werden.

llußrinne 198 durch Leitungen 202 und ein ringför- 25 Wenn gewünscht, kann der untere Teil 172 der miges Sammelrohr 204 gekoppelt. Zur Angleichung inneren Wand 168 weggelassen werden, um eine des Druckabfalls zwischen der Abflußrinne 198 und große Öffnung zwischen dem Reaktorraum 178 und jedem Sprühkopf 68 sind Vorrichtungen, wie Aus- dem loop-Raum 174 herzustellen. In diesem Fall flußöffnungen oder Leitungen, mit verschiedener bewirkt der Dampf,, der aus der Bruchstelle an ir-Größe verwendet. Dadurch ist der Strom des Fluß- 30 gendeinem Ort in der Leitung 38 entströmt, daß zuinediums durch jeden Sprühkopf 68 im wesentlichen erst die untere Trennwand 188 oder die obere Trenngleich, wand 182 bricht oder daß beide gleichzeitig brechen. Wenn ein Bruch in der Leitung 38 innerhalb des Deshalb kann der Dampf nach oben durch den Kon-Reaktorraumes 178 auftritt, bewirkt das aus der Lei- denserraum 176 strömen oder nach unten durch den Hing 38 entwichene Flußmedium einen Druck inner- 35 Kondenserraum 176, oder er kann in den Kondenserhalb des Reaktorraumes 178. Die Druckausbildung raum 176 gleichzeitig von oben und unten eintreten, wiederum bewirkt ein Zerreißen der unteren Trenn- Es verstellt sich also, daß entweder der Flüssigkeitswand 182 am oberen Ende der inneren Wand 168. sammelbehälter 196 oder die untere Trennwand 188

Die obere Trennwand wird mit einem Ende in den weggelassen werden kann.

, Kondenserraum 176 gedrückt, während das andere 40 Selbstverständlich kann das Sprühpumpensystem

linde der oberen Trennwand 182 an dem Reaktor- und das Einsatzpumpensystem für den Defektfall, wie

behälter 154 befestigt bleibt. Das entwichene Fluß- . es vorher in Fi g. 1 beschrieben wurde, auch in diese

medium tritt in den Kondenserraum 176 ein und Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 11 in

strömt durch das Eisbett 98' abwärts, welches inner- ähnlicher Weise, wie in Fig. 1 beschrieben, einbe-

halb des Kondenserraumes 176 angeordnet ist und 45 zogen werden.

einen ähnlichen Aufbau wie das Eisbett 98 aufweist. In Fig. 12 wird eine ändere' Ausführungsform . welches in Fig. 1 beschrieben wurde. Das Fluß- dieser Erfindung gezeigt. Es ist ein Reaktorbehälter medium' kondensiert durch die Wirkung der Wärme- 206 gezeigt, der in der Konstruktion dem Reaktorabsorption des schmelzenden Eisbettes 98'. Die behälter 154 in Fig. 11 ähnlich ist, nur daß hier Mischung von aus dem Eis geschmolzenem Wasser 5° die Vertiefung 164 von Fig. 11 weggelassen wurde, und von dem Kondensat des Flußmediums strömt Das Reaktorgefäß 30, der Dampfgenerator 34, die durch die untere Trennwand 188, welche in ihrem Reaktorpumpe 36 und der Reaktorschirm 166 sind Mittelteil von dem Gewicht des Wassers und des innerhalb des Reaktorbehälters 206 in ähnlicher Kondensates bricht, das sich vor der unteren Trenn- Weise wie vorher in F i g. 11 beschrieben angeordnet, wand 188 angesammelt hat. Es kann auch von dem 55 Außerhalb des Reaktorbehälters 206 befindet sich Druck innerhalb des Kondenserraumes 176 brechen. ein Kondenserraum 208, der eine Kreisringform Die Mischung aus Kondensat und Wasser fällt dann aufweist. Der Kondenserraum 208 ist mit dem in das Flüssigkeitsaufnahmegefäß 196, strömt durch Reaktorbehälter 206 durch eine Vielzahl von Leidie Leitungen 202 und/oder das ringförmige Sammel- tungen 210 gekoppelt. Eine isolierte Tür 212, die rohr 204 in die Sprühköpfe 68 und wird in den Re- 60 nach innen in die Leitung 210 zu öffnen ist, ist an aktorraum 178 und den loop-Raum 174 gesprüht. jedem dem Reaktorbehälter zugewandten Ende der Die in den Reaktorraum 178 gesprühte Mischung fällt Leitung 210 angeordnet. Im oberen Teil des Kondirekt in die Vertief ung 164, und die in den loop-Raum denserraumes 208 befindet sich ein Eisbett 98". Wenn gesprühte Mischung fällt auf dessen Boden und gewünscht, können die isolierten Türen 212 wegströmt infolge der Schwerkraft durch die Flußdurch- 65 gelassen werden. Die Kühlschlangen 82 befinden sich giinge 180 in die Vertiefung 164. Die nicht konden- innerhalb des Kondenserraumes 208 und umgeben sierbaren Anteile des Flußmcdiums wiederum wer- das Eisbett 98". Der Kondenserraum 208 ist gedeii indem loop-Raum 174 gesammelt. iiügend groß ausgeführt, um in seinem unteren Teil

15 16

das gesamte Kondensat aufzunehmen, das aus ent- 232 strömt, der zur Kühlung der Flüssigkeitsmischung wichenem Dampf, dem gesamten aus dem Eis ge- mit einem äußeren Kühlwasserkreislauf (nicht geschmolzenen Wasser und allen nicht kondensierbaren zeigt) dient. Wenn gewünscht, können beide Ventile Anteilen des Flußmediums besteht. 230 und 226 gleichzeitig geöffnet werden, um die

Bricht bei Betrieb eine der Leitungen 38 innerhalb -5 Pumpe 218 mit einer Flüssigkeitsmischung sowohl des Reaktorbehälters 206, so kann der Dampf in vom Reaktorbehälter als auch vom Kondenser 208 den Reaktorbehälter entweichen. Da sich ein Druck zu versorgen.

innerhalb des Reaktorbehälters 206 ausbildet, wenn Der Wirkungsgrad des Druckminderungssystems

die Türen 212 geöffnet sind, kann der'entwichene ' kann auch durch die Verwendung eines unter-Dampf durch die Leitungen 210 in den Kondenser- io atmosphärischen Druckes innerhalb des Reaktorraum 208 eintreten. Der Dampf strömt durch das behälters 206 und innerhalb des Kondenserraumes Eisbett 98" und wird kondensiert. Die Kondensat- 208 verbessert werden. Man erreicht das durch die und geschmolzene Eismischung fällt auf den Boden Verwendung eines oder mehrerer Exhaustor oder des Kondenserraumes 208 und wird dort bis zu Pumpenanordnungen für das Flußmittel, wie es z. B. einem bestimmten. Pegel gesammelt, z.B. bis zu 15 ein Kompressor 244 ist. Der Kompressor 244 wird dem durch die gespeicherte Linie 214 angedeuteten mit dem Reaktorbehälter 206 und dem Kondenser-Pegel. Die nicht kondensierbaren Anteile andererseits raum 208 durch Einlaßleitungen 246 und 248 gewerden zwischen dem Eisbett 98" und der Ober- koppelt. In diesem Beispiel erstreckt sich eine Leifläche der Flüssigkeitsmischung, die sich an dem tung-248 ein kurzes Stück unter das Eisbett 98", Boden des Kondenserraumes 208 angesammelt hat, 20 aber über den Leitungspegel 214. Die Leitung 248 gespeichert. kann jedoch auch über dem Eisbett 98" angeschlos-

Bei Benutzung eines Sprühsystems innerhalb des sen werden. Deshalb wird die innerhalb des Reaktor-Reaktorbehälters 206 kann eine Sprühversorgungs- behälters 206 und des Kondenserraumes 208 befindpumpe 218 verwendet werden, die eine Einlaßleitung liehe Luft durch die Einlaßleitungen 246 und 248, 220 und eine Auslaßleitung 222 aufweist. Die Einlaß- 25 durch den Kompressor 244 und durch eine Absaugleitung 220 wird dabei mit dem Boden des Reaktor- leitung 250 nach außen abgesaugt (hier durch den behälters 206 durch eine Leitung 224 mit einem Flußpfeil 252 gekennzeichnet). Die Luft kann auch Ventil 226 gekoppelt. Das Sprühsystem ist außerdem vom Kompressor 244 durch eine ventilbehaftete mit dem Boden des Kondensers 208 durch eine Leitung 266 und durch ein geeignetes Filter 264, in Leitung 220 mit einem Ventil 230 gekoppelt. Die 30 welchem das radioaktive Material entfernt wird, Pumpenauslaßleitung 222 ist mit einem Wärme- entsprechend dem Flußpfeil 266 nach" außen beaustauscher 232, der ein Einlaßventil 234 und ein fördert werden. Das Flußmedium kann ebenfalls Auslaßventil 236 aufweist, gekoppelt. Das Auslaß- von dem Reaktorbehälter 206 und/oder dem Konende des Wärmeaustauschers 232 ist mit einer Sprüh- denserraum 208 direkt nach außen durch die Nebenleitung 238 gekoppelt, welche in den Reaktorbehälter 35 leitung 262 und die Absaugleitung 250, durch das

' 206 eindringt und an der eine Vielzahl von Sprüh- Filter 264, durch den Kompressor 244 und die Entköpfen 68 (von denen nur einer gezeigt ist) innerhalb ladungsleitung 250, durch den Kompressor 244 und des Reaktorbehälters 206 gekoppelt sind. Eine das Filter 264 oder durch irgendeine gewünschte Nebenleitung 240 mit einem Ventil 242 wird ver- Kombination der vorher erwähnten Wege mit geeig-

. wendet, um den Wärmeaustauscher 232 und die 40 neter Steuerung der Ventile des Absaugsystems abdazugehörigen Ventile 234 und 236 zu überbrücken, gesaugt werden. Deshalb können die nicht kondenwodurch die Pumpenauslaßleitung 222 direkt mit sierbaren Anteile des Flußmediums ebenfalls nach der Sprühleitung 238 verbunden ist. Die Ventile 232 außen oder in einen äußeren Speicherraum mit oder und 242 sind normalerweise offen, während die ohne Verwendung des Kompressors 244 abgesaugt restlichen Ventile in dem Sprühsystem normalerweise 45 werden, so daß eine Druckausbildung durch Angeschlossen sind.. . Sammlung nicht kondensierbarer Gase innerhalb des Die beim Betrieb im Boden des Kondenser- Reaktorbehälters 206 und des Kondenserraumes 208 raumes 208 während eines Defektes mit Kühlflüssig- verhindert wird. Während des normalen Betriebes keitsverlust gesammelte Flüssigkeitsmischung inner- der Kernkraftanlage sind eines oder beide Ventile halb des Reaktorbehälters 206 wird durch die Sprüh- 5° 254 und 256 geöffnet und in Kombination mit den versorgungspumpe 218 von dem Kondenserraum 208 Ventilen 258 und 260, damit ein Vakuum innerhalb durch die Leitungen 228, 220, 222, 240 und 238 des Kondenserraumes 208 und/oder des Reaktorzu den Sprühköpfen 68 gepumpt, von denen aus behälters 206 erzeugt wird. Ist einmal das gewünschte die Flüssigkeitsmischling in das Innere des Reaktor- Vakuum erreicht, so können beide Ventile 254 und behälters 206 gesprüht wird. Die Flüssigkeitsmischung 55 256 geschlossen werden.

sammelt sich dann am Boden des Reaktorbehälters Das zuvor erwähnte Vakuum ist aus mehreren

206. Wenn in dem Kondenserraum 208 keine Flüssig- Gründen wünschenswert. Zunächst reduziert es den keitsmischung mehr ist, wenn aber ein weiteres Nenndruck des Reaktorbehälters 206, da sich der Sprühen gewünscht wird, kann eine Flüssigkeits- innere Druck, der durch einen Defekt mit Kühlmittelmischung vom Boden des Reaktorbehälters 206 60 verlust entsteht, erst auf den atmosphärischen Druck durch Schließen des Ventils 230 und öffnen des vergrößern muß, bevor die Überdruckbedihgung Ventils 226 entnommen werden, da dann die Pumpe eintritt. Tatsächlich wird die Überdruckbedingung 218 über die Leitung 224 mit Flüssigkeit versorgt nie in einem genügend großen Behälter erreicht, wird. Wenn die Flüssigkeitsmischung innerhalb des Zweitens verbessert es die Wärmeaustauschrate Reaktorbehälters 206 oder Kondenserraumes 208 zu 65 zwischen dem entwichenen Dampf und dem Eisbett heiß wird, wird das Ventil 242 geschlossen und 98", da Luft, die ein nicht kondensierbares Gas ist, werden die Ventile 234 und 236 geöffnet, damit die einen Wärmeaustausch zwischen dem entwichenen Flüssigkeitsmischung durch den Wärmeaustauscher Dampf und dem Eisbett 98" verhindert. Drittens

kann der Speicherraum innerhalb des Kondenserraumes 208, der für nicht kondensierbare Gase gefordert ist, wesentlich reduziert oder völlig eliminiert .werden, abhängig von dem Wert des Vakuums, das innerhalb des Reaktorbehälters 206 und des Kondenserraums 208 aufrechterhalten wird. Viertens reduziert ein Vakuum oder ein reaktionsträges Gas, wie Stickstoff oder Kohlendioxyd, die Möglichkeit der Bildung einer brennbaren Mischung, welche innerhalb des Reaktorbehälters brennen oder explodieren kann. Die folgende Tabelle I führt einige der Hauptentwurfsdaten für eine Kernreaktoranlage auf, und die Tabelle II vergleicht die Größe eines Reak-■ torbehälters mit und ohne ein Druckminderungssystem nach dieser Erfindung.

Tabelle I

Reaktorleistung 2000 MW '

Reaktorkühlmittelgewicht 417,572 pounds

δ-189,3 kg Reaktorkühlmittelenergieinhalt 2,45 · ΙΟ⁸ BTU

δ 7,19· ΙΟ⁴ kWh Chemische Nennenergie-Abgabe* 0,5-108 BTU

= 1,465 · ΙΟ⁴ kWh

*) Zum Beispiel Metall-Wasser und/oder Sauerstoffverbrennung.

Tabelle II

Beschreibung eines typischen Reaktorbehälters mit und ohne Druckminderungsanordnung

dieser Erfindung

a) Reaktorbehälter mit Druckminderungsanordnung

Nenndruck 30 psig

δ 2,11 kg/cm²

Gesamtbehälterhöhe 110 feet δ, 33,5 m

Gesamtbehälterdurchmesser ... 100 feet δ 30,5 m

Kondenser

Gesamtvolumen des Kondensers 100 000 feet³

ö 28,3 · 10³ m^:i

Gewicht des Eises im Kondenser 2,2 · 10° pounds

δ 1.106 kg

Wäfmeaustauschfläche 5-10° feet²

ö 4,65-10·*'mä

b) Vergleichbarer Reaktorbehälter ohne Druckminderungsanordnung

Nenndruck (für einen typischen

Druckwasserreaktor) .... 48 psig

^ 3,38 kg je cm² Gesamtbehälterhöhe .......... 188 feet ö 57,3 m

Behälterdurchmesser 135 feet δ 41,3 m

c) Potentielle Reaktorbehältergewichtseinsparung *) etwa75°/o

*) Für Vergleichszwecke Stahlgefäß vorausgesetzt. Jedoch kann bei anderen Materialien, wie verstärktem Beton, eine ähnliche Einsparung erreicht werden. Es ist also offenbar, daß die Größe und der Nenndruck des Reaktorbehälters wesentlich reduziert werden können, was sich in wesentlichen Einsparungen an Material bemerkbar macht.

Es muß bemerkt werden, daß der Reaktorbehälter auch aus Materialien wie Stahl und/oder Beton hergestellt werden kann. Die Primär- und Sekundärschirme können aus Materialien wie Beton, Stahlbeton oder mit Baryt eingedicktem Beton konstruiert werden. Andere Wände und Trennwände innerhalb des Reaktorbehälters können aus Stahl oder Beton oder anderen geeigneten Baumaterialien hergestellt werden. Das feste Material, das in dem Kondenserraum gespeichert wird, kann jedes Material sein, das einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt hat, verglichen mit dem Kondensationsprodukt des Flußmediums, welches aus dem entwichenen Kühlmittel resultiert. Beispielsweise können andere Materialien, die eine relativ hohe Schmelzwärme aufweisen, wie Äthylenglykol, an Stelle von Eis in dem Kondenserbett benutzt werden. Die Mischung, die Turbulenz und eine hohe Flußgeschwindigkeit zur Kondensierung werden wesentlich durch die

ao Wirksamkeit des Wärmeaustausches des Flußmediums mit dem festen Material, das in dem Kondenserraum gespeichert ist, verbessert. Solche Variationen liegen innerhalb des Betrachtungsbereiches dieser Erfindung, so lange, wie das feste Material,

»5 das in dem Kondenserraum gespeichert ist, eine genügend hohe Schmelzwärme und einen relativ niedrigen Gefrierpunkt, verglichen mit der Wärme, die in dem befreiten Kühlmittel enthalten ist, und mit dem Kondensationspunkt des Gases oder Dampfes, der aus dem befreiten Kühlmittel resultiert, aufweist. Wie vorher beschrieben, muß der Gefrierpunkt des festen Materials so gewählt werden, daß seine Schmelzwärme zur Kondensierung des Gases oder Dampfes, der aus dem entwichenen Primärkühlmittel resultiert, benutzt werden kann.

Es ist offenbar, daß ein Material mit geringer Widerstandskraft für eine oder mehrere der verschiedenen Türen oder Durchgangsvorrichtungen zu dem Kondenserraum eingesetzt werden können.

Beispielsweise können die Türen aus Glas und so entworfen sein, daß sie zerbrechen, wenn eine bestimmte Druckdifferenz daran entsteht: Dadurch wird dem entwichenen Dampf der Weg in den Kondenserraum freigegeben. Solche Glastüren können aus parallelen Abschnitten mit einem Vakuum zwischen sich bestehen, um eine. Wärmeisolation zu erreichen. Wenn gewünscht, kann die gesamte Seite des Kondenserraumes aus einem Material hergestellt werden, das zerschmettert, wenn eine Druckdifferenz in ihm auftritt. Dadurch wird das gesamte Eisbett freigelegt. Der Kondenserraum kann außerdem auch mit Eis gefüllt sein, wobei das Eis dicht gepackt ist oder Flußdurchgänge verschiedener Größe aufweist, um einen genügend großen Wert der Eisoberfläche mit dem durchströmenden Dampf in Berührung zu bringen und um die Dampfgeschwindigkeit zu regulieren. Es kann auch trockenes Eis als festes Material verwendet werden, wobei die Sublimationswärme des trockenen Eises zur Kondensierung des Dampfes, der durch den Kondenserraum strömt, benutzt wird. Als Alternativlösung können die Kühlschlangen innerhalb des Kondenserraumes durch den Raum führen. Das Eis wird dann aus dem in der Luft vorhandenen Wasserdampf, der an den Kühlschlangen gefriert, gebildet.

In weiterer Ausführung kann festes Material an den Kühlschlangen durch Besprühen mit Wasser gebildet werden.

19 20

Nachdem das Eisbett innerhalb des Kondenserrau- mechanische Störungen durch Erdstöße oder durch mes den Druckpegel, der durch den Defekt mit Kühl- Raketen, die im wesentlichen die Wärmeabfuhrmittelverlust entsteht, reduziert hat, entsteht eine kapazität beeinträchtigen könnten. Außerdem ist die ^natürliche Zirkulation durch den Kondenserraum, Benutzung von festem Material eine ökonomische in welchem ein Teil des Eisbettes zur Langzeit- 5 Art, um einen Tieftemperatur-Wärmebehälter zu wärmeabfuhr benutzt wird. Die Wärme resultiert füllen. Das äußert sich in einer Reduzierung des aus einer thermischen Energie, die im Reaktor durch Reaktorbehälterdruckes, gerade wenn der Behälter-Zersetzung und mögliche chemische Reaktionen, wie druck niedrig ist. Das feste Material kann aus einer Metall-Wasser und/oder Sauerstoffverbrennungen, Zusammensetzung gebildet werden, welche nicht nur entsteht. Eine Langzeitwärmeabfuhr kann durch io nicht giftiges, sondern auch ein chemisch inaktives Kühlschlangen erreicht werden, die von einer ist. Sie kann auch aus einer Zusammensetzung externen Kühlwasserquelle gespeist werden und die gebildet werden, die mit dem Reaktorkühlmittel in dem Raum, wo die Flüssigkeitsmischung des aus verträglich ist. Ein festes Material hat eine große Eis geschmolzenen Wassers und des Kondensates Wärmeaustauschfläche ohne ein Durchschütteln zu gesammelt wird, angeordnet sind. Die Kühlschlangen 15 bedingen, wie es für ein flüssiges Druckminderungsentfernen deshalb die Wärme aus der gesammelten system gefordert wird. Außerdem hat der Flußweg Flüssigkeitsmischung vor der Bewegung der Mischung von dem Reaktor zu dem Kondenserraum eine große durch die Einsatzsumpfpumpe für den Defektfall Querschnittsfläche, verglichen mit Systemen nach und die Sprühpumpe. dem Stand der· Technik. Daraus resultiert eine

Eine andere- Modifikation innerhalb des Betrach- ao Druckminderung des Reaktorbehälters für den Fall

tungsbereiches dieser Erfindung ist es, mehrere eines Defektes mit Kühlmittelverlust. Mit dieser

Reaktorbehälter oder Anlagen mit einem einzelnen . Erfindung wird die Verwendung von Material mit

Kondenserraum zu koppeln. Als Alternativlösung hoher kinetischer Trägheit, wie Wasser, das bei

kann der Kondenserraum in der Zentralregion des Anordnungen nach dem Stand der Technik zwischen

Reaktorbehälters angeordnet sein oder in Abschnitte 35 dem entwichenen Flußmedium und dem Kondenser-

unterteilt sein, die sich an den Stellen innerhalb raum angordnet ist, vermieden. Die Flußdurch-

des Reaktorbehälters befinden, die nicht von Geräte- gänge durch das Eisbett können leicht in der Größe

teilen und von für die Kernanlage notwendigen variiert werden, um ein genaues Gleichgewicht zwi-

Teilen besetzt sind. . sehen der Dampfgeschwindigkeit durch das Eisbett

Der Wärmeaustausch kann außerdem verbessert 30 und dem Druckabfall, der in dem Eisbett entsteht,

werden, wenn ein Dampffluß mit hoher Geschwin- zu gewährleisten.

digkeit über die Oberflächen des Eises strömt, um Aus Fig. 11 kann leicht ersehen werden, daß die Durchmischung aus Dampf, Wasser und Luft das schmelzende Eisbett 98' einen stationären, dauerin dem Kondenserraum zu steigern und die Wasser- haften Tieftemperaturbehälter für das Wasser mit filmdicke auf der Eisoberfläche zu reduzieren. Eine 35 genügender Tiefe in dem unteren Teil des Reaktorandere Variation der Erfindung ist die Verwendung behälters 154 erzeugt, um einen wesentlichen Teil eines Materials, das den Neutronenfluß absorbiert des Kernreaktorsystems, besonders das Reaktorgefäß oder steuert. Dieses Material wird gewöhnlich als 30 und die Leitungen 38, zu bedecken, · so daß Gift bezeichnet und durchdringt das feste Material, irgendein potentieller Bruch an dem Gefäß 30 und das in dem Kondenserraum benutzt wird. Beispiels- 4° an den Leitungen 38 überflutet wird. Deshalb würde weise kann borsaures Wasser (boratet water) zur das Wasser von dem geschmolzenen Eisbett 98' in Eiserzeugung verwendet werden. Wenn das Eis zer- eine öffnung fließen, die durch einen Bruch in dem schmilzt, wird borsaures Wasser erzeugt und in das Kernreaktorsystem entsteht, und den Reaktorkern Reaktorgefäß durch die Einsatzsumpfpumpe ge- (nicht gezeigt) durch Überflutung kühlen,
pumpt, um den Reaktorkern in einem unterkritischen 45 Obwohl die vorliegende Erfindung auf einen Kern-Zustand zu halten. Das Bor kann durch andere reaktor bezogen ist, kann sie auch für Behälter Gifte, die in Wasser lösbar oder durch Wasser anderer Systeme benutzt werden, die Flußmedien transportierbar sind, wie Kadmium, Silber, Hafnium mit einer potentiell hohen thermischen Energieabgabe und Mischungen daraus, ersetzt werden. enthalten. Das kann z. B. bei chemischen Anlagen

Es ist offenbar, daß in Übereinstimmung mit der 50 der Fall sein.

Erfindung der Flüssigkeitsfilm, der sich auf der Dementsprechend können an dem oben beschrie-

Oberfläche des schmelzenden Materials bildet, eine benen Apparat verschiedene Änderungen vorgenom-

Temperatur aufweist, die bei dem Gefrierpunkt des men werden. Die Erfindung kann in verschiedenen

Materials während des Schmelzprozesses stehen- Formen ausgeführt werden, ohne vom Erfindungs-

bleibt. Dadurch wird ein guter Wärmeaustausch mit 55 gedanken abzuweichen. Alle Einzelheiten, die in der

den Flußmedien, die kondensiert oder gekühlt vorangegangenen Beschreibung erwähnt oder in den

werden, erreicht. Außerdem kann festes Material Zeichnungen gezeigt sind, sollen illustrativ inter-

nicht durch ein Leck entweichen, noch erleidet es pretiert werden und keinen begrenzenden Sinn haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Sicherheitsvorrichtung für Kern- oder Chemiereaktoren, bestehend aus einem abgedichteten Behälter, in dem der Reaktor und, von diesem durch eine Wand getrennt, ein Material, das bei Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur der aus dem Reaktor im Störungsfalle entweichenden Gase und/oder Dämpfe seinen Schmelzpunkt hat, sowie Strömungsleitvorrichtungen angeordnet sind, die die entweichenden Gase und/oder Dämpfe im Wärmeaustauschkontakt mit dem Material bringen, wobei die Gase und/oder Dämpfe ganz oder teilweise kondensieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (98, 98', 98") vor dem Störungsfall im festen Aggregatzustand vorliegt und infolge des Wärmeaustausches mit den Gasen und/oder Dämpfen schmilzt.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (98, 98', 98") Eis ist und die trennende Wand den das Eis enthaltenden Teil des Behälters von dem übrigen Volumen des Behälters thermisch isoliert.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eis (98, 98', 98") eine Vielzahl von Durchflußkanälen aufweist.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eis (98, 98', 98") aus einer Vielzahl von Eisstückchen (112) besteht.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Eisstückchen (112) mit einem Durchflußkanal versehen ist.

6. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nächst dem festen Material (98, 98', 98") Kühlmittel (82) angeordnet sind zur Aufrechterhaltung des festen Zustandes des Materials (98, 98', 98"), ausgenommen, wenn es den entweichenden Gasen und/oder Dämpfen ausgesetzt ist.

7. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in dem Behälter befindliehe Sammelkammer (56) für nicht kondensierbare Gase, die mit dem Teil des Behälters (16, 154, 206), in dem das feste Material (98, 98', 98") angeordnet ist, über Durchführungs-Anordnungen (94, 182) verbunden ist.

8. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Aufrechterhaltung eines partiellen Vakuums in mindestens einem Teil des Behälters (16, 154, 206).

9. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in dem Behälter angeordnete Flüssigkeits-Sammelkammer (25, 196, 208) und durch Vorrichtungen (76, 74, 202, 68, 180) zur Leitung eines Teils der Flüssigkeit, die durch Kondensation des Dampfes und durch teilweises Schmelzen des festen Materials (98, 98', 98") entsteht, zu der Flüssigkeits-Sammelkammer (25, 196, 208).

10. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Mischung der Flüssigkeit mit den entweichenden Gasen und/oder Dämpfen.

11. Sicherheitsvorrichtung, bei der der das Material enthaltende Raum über dem Reaktor angeordnet ist, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß. die Mischeinrichtung für die Besprühung des Reaktors unter dem Materialraum angeordnet ist. .

12. Sicherheitsvorrichtung, bei der mit Überschreiten eines bestimmten Druckes in dem den Reaktor enthaltenden Teil des Behälters eine Verbindung über die Strömungsleitvorrichtungen mit dem Material entsteht, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen eine Vielzahl von isolierten Zweiwegtüren (94, 76, 182, 200, 212) aufweisen.

13. Sicherheitsvorrichtung für einen Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß> in dem festen Material ein Neutronengift verteilt und dieses durch die im Schadensfall entstehende Flüssigkeit . transportierbar ist.

14. Sicherheitsvorrichtung für einen Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schadensfall entstehende Schmelzflüssigkeit den Reaktorkern überflutet.