DE19821334C2 - Vorrichtung zum Einbau in einem Raum oder Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerkes, in dem die Gefahr einer Wasserstoff-Freisetzung besteht - Google Patents

Vorrichtung zum Einbau in einem Raum oder Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerkes, in dem die Gefahr einer Wasserstoff-Freisetzung besteht

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Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbau in einen Raum oder Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerkes, in dem die Gefahr einer Wasserstoff-Freisetzung besteht, gemäß dem ersten Patentanspruch.
Zweck
Nach Änderung des Deutschen Atomgesetzes §7, Absatz 2a, und den nationalen/­ internationalen Anforderungen der Betreiberorganisationen bzw. den Genehmigungs­ behörden mit dem Ziel, durch geeignete neue Erfindungen zur Ergänzung des Mehr­ stufenkonzeptes einen noch weiter erhöhten Sicherheitsstandard derzeitiger und zu­ künftiger Kernkraftwerke zu erreichen.
Der Gesetzgeber hat inzwischen noch zusätzliche, weiterreichende Forderungen zur Erhöhung des Sicherheitsstandards von Kernkraftwerken mit umgehender Realisierung des Konzeptes einer - "Inertisierung des Containments" - von Kernkraft­ werken angeordnet.
Stand der Technik
In den Veröffentlichungen von W. Breitung: "Analyse und Kontrolle des Wasserstoffverhaltens bei Kernschmelzunfällen" und J. U. Knebel et al.: "Untersuchungen zur passiven Containmentkühlung", beide in den Nachrichten des Forschungszentrum Karlsruhe, Jahrgang 29, 4/97, Seite 327 bis 335, bzw. 336 bis 346 wird über die bisher in Betracht gezogenen Maßnahmen und über entsprechende Vorrichtungen zur Beseitigung von Wasserstoff im Containment eines Kernkraftwerkes bei einem schweren Unfall berichtet.
Solche Vorrichtungen bestehen aus Konvektionsschächten, in denen beschichtete Katalyatorenplatten oder palladium-/platinhaltige Granulatschüttungen eingesetzt werden. Der Wasserstoff soll dann mit vorhandenem Luftsauerstoff katalytisch zu Wasser umgesetzt werden. Als weitere Möglichkeit wird in den Artikeln über lokale permanente Zündquellen, z. B. Flammen oder Zündfunken berichtet.
Katalysatoren-Kanäle zur oxidativen Beseitigung von Wasserstoff durch Sauerstoff, in Offenlegungsschrift DE 44 28 956 C1 und ebenfalls ein Verfahren/Gerät zur katalytischen Rekombination und/oder Zündung von Wasserstoff mit Luftsauerstoff in der Offenlegungsschrift DE 41 25 085 A1 beschreiben die Erfinder in ihren Patent­ schriften.
In weiteren Patentschriften beschäftigen sich die Erfinder im wesentlichen mit der verfahrenstechnischen Abtrennung von Wasserstoff oder Wasserstoffisotopen durch spezielle wasserstoffdurchlässige Membranen.
In der deutschen Offenlegungsschrift 25 48 734, mit dem Titel: "Vorrichtung zur Entfernung von Wasserstoff-Isotopen aus Gasphasen, insbesondere zur Entfernung von Tritium aus dem Primärgas von Hochtemperatur-Reaktoren", wird die Beseitigung von Wasserstoff aus Behältern mit wasserstoffdurchlässigen Wandungen erreicht. Zur Stabilität wurden die Behälter mit druckfesten Schüttungen, wie Quarzsand, gefüllt oder enthalten sonstige geeignete Stützkonstruktionen.
In der US-Patentschrift 4,430,293 berichten die Autoren von wasserstoffdurchlässigen Membranen in Separatoren, und in einer weiteren Patentschrift DE 328 355 C1 mit dem Titel: "Einrichtung zur Verringerung des Wasserstoffgehaltes in der Sicherheitshülle eines Kernkraftwerkes", werden ebenfalls großflächige Diffusions­ trennmembranen aus Werkstoffen wie Palladium, poröse Acetatzellulose, Teflon oder Hohlfasermembranen beschrieben.
In der Patentschrift DE 32 18 355 C1 vom 14.5.1982 beschreibt ein Erfinder auf Seite 4, eine ca. 10 Quadratmeter große Diffusionstrennmembrane in einem zweiteiligen Mantelgehäuse zur Beseitigung von Wasserstoff. Der Wasserstoff muß dabei über aufwendige Rohrleitungs-, Ventil-, Gebläse- und Steuerungssysteme der Diffusionstrennmembrane zu und wieder abgeführt werden. Die geringen Rohrleitungsquerschnitte verzögern die Permeationsvorgänge, während die dünnwandige, großflächige und damit auch mechanisch instabile Diffusionstrenn­ membrane keine Betriebssicherheit gewährleistet.
Mit Palladium und Palladium-Silber-Legierungen beschichtete Keramikrohre wurden zur selektiven Wasserstoffabtrennung in der Patentschrift US 5,366,712 von den Erfindern vorgeschlagen.
Kritik des Standes der Technik
In dem angeführten Bericht des Forschungszentrum Karlsruhe, Seite 359, schätzt der Autor W. Breitung ab, daß selbst 100 solcher Vorrichtungen lokale Wasserstoffan­ sammlungen nicht verhindern können. Zündquellen haben den Nachteil, daß sie lokale Ansammlungen von Wasserstoff ebenfalls nicht verhindern, weshalb die Wasserstoffkonzentration des schließlich gezündeten Knallgasgemisches bereits so hoch sein kann, daß mit einer erheblichen Druckentwicklung zu rechnen ist.
Während des Kühlmittelverluststörfalles im Kernkraftwerk TMI-2 in Harrisburg war Wasserstoff über das Ablaseventil ausgeströmt und hatte zu einem Wasserstoffbrand mit gleichzeitigem Druckanstieg im Sicherheitsbehälter geführt. In tagelangen Einzel­ schritten mußte dann der Betreiber den entstandenen Wasserstoff vorsichtig über das Primärwasser-Reinigungssysem ablassen und dort in einer speziellen Katalysatoranlage mit Sauerstoff zu Wasser rekombinieren.
Neuere Kernkraftwerke verfügen inzwischen über eine Inertisierung.
Inzwischen liegen ebenfalls von dem Gesetzgeber die Anordnung einer umgehenden Realisierung des Konzeptes der: "Inertisierung des Containments" für Kernkraft­ werke vor.
Eine Inertisierung verhindert jedoch keine Ansammlung und beseitigt auch keinen entstandenen Wasserstoff. Mit dieser gesetzgeberischen Anordnung sind allerdings die vorab beschriebenen oxidativen Verfahren und Maßnahmen wirkungslos, bzw. nicht mehr zu verwenden.
Mit steigendem Stickstoffgehalt und steigender Wasserdampfinertisierung versagen angeführte Zündvorrichtungen. Der Wirkungsgrad der eingesetzten katalytischen Rekombinatoren ist nicht ausreichend. Mit sinkendem Sauerstoffgehalt fällt gleich­ zeitig auch der Wirkungsgrad angeführter katalytischer Rekombinationsverfahren noch weiter. Bei den beschriebenen Rekombinationsverfahren wird der Wasserstoff nur unvollständig beseitigt. Die verwendeten katalytischen Beschichtungen der Rekombinatoren und die eingesetzten katalytischen Granulate sind nicht hochtemperaturstabil.
Die Inertisierung stellt ein außerordentliches wirkungsvolles und bewährtes Verfahren der industriellen Technik zum Schutz für explosionsgefährdete Anlagen dar. Bei einer Inertisierung wird der oxidative Sauerstoff durch nicht brennbare und besonders reaktionsträge Gase wie z. b. Stickstoff oder Edelgase ersetzt.
Die Forderung, die Ansammlung zündfähiger Mengen Wasserstoff zu verhindern, beschränkt sich jedoch nicht nur auf das Containment eines Kernkraftwerkes. In ähnlicher Weise müssen alle anderen Räume und technischen Anlagen in denen Wasserstoff freigesetzt werden kann, gegen Knallgasexplosionen gesichert werden.
In der Regel sind solche Räume oder Anlagen zwar mit Meß- und Alarmvorrichtungen für überhöhte Wasserstoffkonzentrationen versehen, zusätzlich müssen jedoch notwendige Vorkehrungen getroffen werden, freigesetzten Wasserstoff unschädlich zu machen.
Aufgabe
  • 1. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vielseitige Vorrichtung vorzuschlagen, ohne komplexe Anforderungen, mit deren Hilfe Wasserstoff aus einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre einfach, schnell und sicher beseitigt werden kann.
  • 2. Gleichzeitig sollten auch Reaktionswärme mit sehr hohen Temperaturan­ forderungen zu- und abgeführt werden können, insbesondere die Beseitigung von Nachwärme zur langfristigen Störfallbeherrschung von Kernschmelzunfällen.
  • 3. Reaktionskinetisch oder störfallbedingt entstandener Sauerstoff sollte durch die oberflächenaktiven und katalytischen Eigenschaften der Vorrichtung beseitigt werden können.
Lösung
Die Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch beschriebenen Verwendung einer vielseitigen Vorrichtung gelöst. Die Unteransprüche beschreiben weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird in einem Raum oder Anlage, insbesondere dem Containment eines Kernkraftwerkes, in dem die Freisetzung von sehr reaktionsfähigen Wasserstoff besteht, ein oder mehrere Rohre verlegt, deren Enden außerhalb des explosionsgefährdeten Raumes, Anlage oder Kernkraftwerkes angeordnet sind.
Dadurch wird es dann sehr leicht möglich, die flexiblen und besonders anpassungsfähigen Wasserstoff-Permeationsbälge direkt und optimal an besonders gefährdete Stellen zu installieren, und damit eine rasche Beseitigung des gegebenenfalls reaktionskinetisch oder störfallbedingt entstandenen Wasserstoffs zu garantieren.
Als Rohrmaterial wird ein Metall oder eine Metalllegierung eingesetzt, durch das nur Wasserstoff oder die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium selektiv permeieren können. Besonders geeignete hochtemperatur- und chemikalienbeständige Werkstoffe sind: Palladium (Pd), Palladium-Silber (Pd/Ag) und Palladium-Kupfer (Pd/Cu)- Legierungen. Bis über 50 Prozent kann der jeweilig notwendige Legierungsanteil zur Vermeidung von Wasserstoffversprödungen betragen. Die verwendeten Metall­ legierungen verfügen nach thermischen Vorbehandlungsmaßnahmen über ausgezeichnete mechanische Umform- und Tiefzieheigenschaften.
Palladium ist das einzige Element, welches durch seine physikalisch-chemischen Eigenschaften es ermöglicht, daß der Wasserstoff oder die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium selektiv permeieren.
Beim Wasserstoff unterscheidet man drei verschiedene Isotope:
  • - den einfachen Wasserstoff oder Protium (1H oder H), dessen Kern nur aus einem Proton (p) besteht,
  • - den schweren Wasserstoff oder Deuterium (2H oder D), dessen Kern (Deuterium) ein Proton und ein Neutron (n) besitzt und
  • - den überschweren Wasserstoff oder Tritium (3H oder T), dessen Kern (das Tritium) ein Proton und zwei Neutronen aufweist.
Tritium ist das einzige radioaktive Isotop des Wasserstoffs. Es zerfällt mit einer Halb­ wertszeit von 12,3 Jahren unter Aussendung von β-Strahlung (d. h. Elektronen) zu Helium-3 (3He).
Die drei Wasserstoffisotope H, D, und T bilden drei homonukleare Moleküle, (H2, D2 und T2) und durch Isotopenaustausch drei heteronukleare Moleküle (HD, HT und DT), deren Eigenschaften erheblich voneinander abweichen. Dies ist hauptsächlich auf die Massenunterschiede der Wasserstoffisotope zurückzuführen, das in verschiedenen Nullpunktsenergien und Energiezustandssummen zum Ausdruck kommt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt, daß der Wasserstoff oder die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, die sich in der Atmosphäre eines Raumes oder einer Anlage befinden, durch die Rohrwandung atomar und selektiv diffundieren und im Inneren des Rohres durch Unterdruck oder Inertgas fortgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird ein biegsames, elastisches, dünnwandiges Rohr verwendet, daß gekennzeichnet ist, durch eine innen und außen gewellte, stark vergrößerte Oberfläche gegenüber einer starren Glattrohrausführung.
Solche Rohre, allerdings ohne die notwendigen erfinderischen physikalisch-chemischen Merkmale bzw. ohne Wasserstoffpermeationseigenschaften sind im Handel als Metallbälge erhältlich.
Für die zwingend notwendige Technik dieser neuen Sicherheitsvorsorge durch: "Wasserstoff-Intensiv-Leistungspermeatoren", mit sehr großen Permeationsober­ flächen, sehr großen Wärmeaustauschoberflächen und sehr großen Katalysatorober­ flächen wurden deshalb im Forschungszentrum Karlsruhe besondere Herstellungs­ verfahren entwickelt.
Die erfindungsgemäßen Vorteile dieser Herstellungsverfahren ermöglichen die Fertigung von Wasserstoff-Permeations-Metallbälgen mit unterschiedlichen Längen, Nennweiten, Membranwandstärken und besonderen Wandstrukturmerkmalen für kompakte, hochtemperatur-, korrosionstabile und äußerst leistungsfähige vielseitige industrielle Ausführungen.
Ein Ausführungsbeispiel wurde in beigefügter Zeichnung vereinfacht dargestellt und veranschaulicht den großen Nutzen und die besonderen industriellen Vorteile dieser neuen Sicherheitstechnologie.
Erzielbare Vorteile
Vorzugsweise wird als Rohr ein flexibler Metallbalg mit den geeigneten und notwendigen Materialeigenschaften gewählt. Die erfinderischen Metallbälge lassen sich dann in vielfältige kompakte leichte, ein- und mehrwandige, äußerst effektive und gleichzeitig als Permeatoren, Wärmeaustauscher und Katalysatoren wirkende industrielle Ausführungen fertigen zum Einsatz als: Spiralen, Teller, Reihen, Schlangen, Wendeln, Bündeln, Rohrblöcke und geometrische Sonderformen. Die leichten Permeationsmetallbälge können dabei besonders vorteilhaft ohne-, oder mit zusätzlichen äußeren Schutz- oder Mantelgehäusen installiert werden.
Gerade die neuen zusätzlichen industriellen Permeatorenausführungen ohne äußere Schutz- oder Mantelgehäuse kennzeichnen weitere Vorzüge der Erfindung. Besonders die notwendigen Schutz- oder Mantelgehäuse derzeitiger Permeatoren­ ausführungen vergrößern die technischen Abmessungen und Kosten erheblich.
Bei den technischen Permeatorausführungen mit äußeren Schutz- oder Mantelge­ häusen wird die wasserstoffhaltige Atmosphäre durch erzwungene Konvektion, z. B. durch zusätzliche Pumpen, Ventilatoren oder Verdichter, und notwendige Rohrleitungen verfahrenstechnisch aufwendig zur Diffusionstrennmembrane transportiert.
Bei den neuen zusätzlichen Permeatorausführungen der Erfindung, ohne äußere Schutz- oder Mantelgehäuse wird der zu entfernende gefährliche Wasser­ stoff durch freie Konvektion infolge der unterschiedlichen Wasserstoffpartialdrücke und den speziellen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Permeationsbälge direkt beseitigt.
Zur einfachen sprachlichen schnellen Unterscheidung werden die Permeatoraus­ führungen ohne äußere Schutz- oder Mantelgehäuse als "offene" Bauformen bezeichnet, da der gefährliche Wasserstoff direkt aus der Umgebung beseitigt wird.
Die benötigten großen Oberflächen können dadurch sehr kompakt und direkt am Ort einer möglichen Wasserstofffreisetzung installiert werden. Dabei wirken besonders die flächenartig verlegten Palladium-Metallbälge der Vorrichtung als aktive Permeationsbarrieren zur Verhinderung einer weiteren Ausbreitung von gefährlichem Wasserstoff, Deuterium und radioaktivem Tritium, mit dem besonderen Vorteil einer gleichzeitigen Rückgewinnung von angeführten Wasserstoffiostopen.
Die Permeations-, Wärmeaustausch- und Katalysatoroberflächen können durch die hervorragende, platzsparende und montagefreundliche Biegsamkeit der leichten Bälge den jeweiligen reaktionskinetischen und apparativen Bedingungen durch variable Längen, Nennweiten, Wandstärken und Wellenformen verfahrenstechnisch und damit auch wirtschaftlich optimal angepaßt werden.
Die Erfindung bietet noch eine Reihe von weiteren Vorteilen.
Infolge der quergewellten Innen- und Außenwand von flexiblen Wasserstoff- Permeationsbälgen ist die Oberfläche bei gleicher Länge bis fünfmal größer als bei glatten, starren Rohren.
Die quergewellten Membranwände mit zusätzlichen Balgstrukturmerkmalen, nach Verfahren des Forschungszentrum Karlsruhe, geben den Permeationsbälgen ein erhöhtes Maß an mechanischer Stabilität, so daß bei gleicher Belastung über 50 Prozent dünnere Wandstärken realisiert werden können.
Verfahrenstechnisch können dabei die außen oder innen angeordneten Wellungen durch die ausgezeichneten Umform- und Tiefzieheigenschaften der verwendeten Permeationswerkstoffe verstärkt gefertigt werden, und dafür die konisch auslaufenden Wellungen gleichzeitig bis 50 Prozent verjüngt ausgeführt werden. Wegen der größeren inneren/äußeren Oberfläche konnte die Länge durch die Her­ stellungsverfahren stark vermindert werden. Permeationsmetallbälge weisen bei gleicher Baulänge eine bis fünffach größere Oberfläche auf, so daß ein konventionelles Palladium-Glattrohr durch einen Metallbalg mit einem Fünftel der Länge ersetzt werden kann.
Durch diese erfinderischen Worteile des Herstellungsverfahren werden die Permeations- und Wärmeaustauschleistungen erheblich gesteigert, und die Materialkosten wesentlich gesenkt.
Außerdem entstehen durch die gewellten Rohrstrukturen starke Verwirbelungen im gesamten Strömungsbereich an den Innen- und Außenseiten der Permeationsbälge. Die besonders wirtschaftliche Möglichkeit, nicht nur durch Oberflächenvergrößerung, sondern der gleichzeitigen Erhöhung des Strömungswiderstandes durch erzwungene turbulente Strömung, mit verbesserten Verweil-/Kontaktzeiten durch erhöhte Wandreibung und Wirbelbildung in den Rillenräumen, führt zu einem sehr hohen Wellenwirkungsgrad von Wasserstoff-Permeationsbälgen gegenüber Glattrohraus­ führungen.
In gekrümmten Permeationsbälgen (Rohrschlangen, Wendeln) ergibt sich durch den Einfluß der Zentrifugalkräfte eine noch weitere zusätzliche Verbesserung von dem Permeationsverhalten und des Wärmeüberganges.
Ein daraus entstehender schonender Umgang der Gas- oder Flüssigstoffe garantieren der Vorrichtung einen besonders intensiven, schnellen und effektiven Wärmeaus­ tausch und Permeationsvorgang.
Dabei stellt die entstandene Wasserstoffpermeationsrate einen sicherheitsanalytischen Maßstab der vorherrschenden Wasserstoffkonzentrationen in Räumen, Anlagen und Kernkraftwerken dar.
Steigende Betriebstemperaturen und Drücke bei brisanten Vorgängen beschleunigen sogar noch zusätzlich die Wasserstoff-Permeationsabläufe.
Weitere umfangreiche physikalisch-chemische Vorzüge kennzeichnen die Erfindung.
Die großen kompakten Metallbalgoberflächen der angeführten selektiven, hochtemperatur- und chemikalienbeständigen Permeationswerkstoffe wie:
Palladium, Palladium-Silber- und Palladium-Kupfer-Legierungen verfügen über die besonderen Vorteile und den Nutzen von zusätzlichen spezifischen, katalytischen und oberflächenaktiven Eigenschaften und Merkmalen.
Die beschriebenen Merkmale und Vorteile kennzeichnen auch die erfinderischen Zusatzeinrichtungen, welche im folgenden noch ausführlich erläutert werden.
An den jeweiligen Permeatorausgängen, außerhalb von explosionsgefährdeten Räumen, Anlagen oder dem Containment von Kernkraftanlagen angeordnet, befinden sich Inertgasversorgungen. Dieses Inertgas durchströmt den oder die Wasserstoff-Permeationsbälge und sargt für starke turbulente Verwirbelungen mit einer sehr schnellen Entfernung des gefährlichen Wasserstoffs aus dem oder den Permeatoren.
Die andere verfahrenstechnische Möglichkeit durch erzeugten Unterdruck, außer­ halb von gefährdeten Räumen, Anlagen oder dem Containment von Kernkraftanlagen installierten Vakuumanlagen, kann der explosive Wasserstoff ebenfalls rasch aus den Permeationsbälgen entfernt werden.
Besonders die vakuumtechnische Beseitigung des explosiven Wasserstoffs kennzeichnet die große wirtschaftliche und sicherheitstechnische Bedeutung der Vorrichtung.
Die verfahrenstechnische Ausführung der Wasserstoff-Metallbalgpermeatoren erlaubt die einseitige oder beidseitige rasche und vollständige Beseitigung des gefährlichen Wasserstoffs durch außerhalb von gefährdeten Räumen, Anlagen oder Kernkraftwerken angeordneten Vakuumanlagen.
Die beidseitige vakuumtechnische Entfernung des permeierten Wasserstoffs durch mehrere Vakuumanlagen gleichzeitig verbessert den Wirkungsgrad noch zusätzlich.
Der besondere vakuumtechnische Vorteil der Vorrichtung und der Metallbalg­ permeatoren ermöglicht die vollständige schnelle Beseitigung des gesamten vorhandenen oder entstandenen gefährlichen Wasserstoffs in explosionsgefährdeten Räumen, Anlagen oder dem Containment von Kernkraftwerken.
Zusatzeinrichtungen für Kühl- oder Heizzwecke der Inertgase, und bei Bedarf auch für Kühl- oder Heizflüssigkeiten, befinden sich für den gleichzeitigen Wärmeaustausch durch Permeationsbälge und zur notwendigen Beseitigung von Reaktions- und langfristigen Abfuhr von Nachwärme, ebenfalls außerhalb des Containments, Räumen oder Anlagen.
Mit ggf. tiefgekühlten Inertgasen und sogar durch Einleiten von flüsssigem Stickstoff kann bei steigenden Temperaturen im hochbrisanten Fall eines Kernschmelzunfalles durch Innenkühlung der hochtemperaturbeständigen Palladium-Permeationsbälge die notwendige gleichzeitige Wasserstoffentfernung und Reaktions-/Nachwärme­ abfuhr langfristig gewährleistet werden.
Als geeignete hochtemperaturbeständige Palladium (Pd)-Silber (Ag)-Legierungen haben sich dabei Legierungen mit einen Silberanteil von 10 bis 50 Prozent erwiesen.
Die oft verwendete Palladium-Silber-Legierung (Pd/Ag 25) mit 25 Prozent Silberanteil besitzt einen Schmelzpunkt von 1430°C.
Die beschriebenen Wasserstoff-Permeationsbälge erlauben nicht nur die Entfernung von Wasserstoff und die Beseitigung von Reaktions- und Nachwärme, sondern sie ermöglichen auch die gleichzeitige Beseitigung von eingedrungenem Sauerstoff aus inertisierten Räumen, Anlagen und Kernkraftwerken durch die speziellen katalytischen und oberflächenaktiven Eigenschaften von Palladium-Metallbalg­ permeatoren.
Vorhandener Sauerstoff, z. B. entstanden durch Undichtigkeiten, Risse, Betriebs­ störungen oder Störfälle wegen fehlender Kernnotkühlung kann ebenfalls katalytisch beseitigt werden.
Mit fehlender Kernnotkühlung kommt es zur Schmelze-Beton-Wechselwirkung, bei der durch die Betonzerstörung dann Wasserstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid freigesetzt wird. Durch die hohen Temperaturen bei brisanten Kern­ schmelzunfällen wird es entsprechend dem Boudouard-Gleichgewicht zur Bildung von Sauerstoff kommen:
CO2 ↔ CO + ½O2
Dieser Sauerstoff kann durch die besonderen oberflächenaktiven katalytischen Eigenschaften der erfinderischen Palladium-Silber- oder Palladium-Kupfer- Metallbalgpermeatoren und dem gleichzeitg in Räumen, Anlagen oder Kernkraft­ werken vorhandenen Wasserstoff zu Wasser oxydiert werden:
Als weitere Möglichkeit, bei der Abwesenheit von Wasserstoff, wird dann verfahrenstechnisch auf die besonderen weiteren physikalisch-chemischen Eigenschaften von Palladium zurückgegriffen. Palladiumfolie ist bei Normaltemperatur in der Lage ca. das 350 bis 380 fache seines Volumens unter Aufweitung des Kristallgitters an Wasserstoff aufzunehmen.
Durch die unterschiedlichen thermischen Permeationseigenschaften und die unter­ schiedlichen thermischen katalytischen oberflächenaktiven Eigenschaften der Palladium-Silber- und Palladium-Kupfer-Metallbälge läßt sich der zeitliche Reaktionsablauf einer Sauerstoffentfernung und das Wasserstoff-Permeationsver­ halten zusätzlich noch beeinflussen.
Die entwickelten wirtschaftlichen Palladium-Kupfer-Metallbälge der Vorrichtung ermöglichen bereits bei niedrigen Temperaturen große Wasserstoff-Permeations­ ströme und ein schnelles reaktionskinetisches Verhalten.
In kerntechnischen Anlagen kommt es in Anwesenheit von Wasserstoff und den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium durch Isotopenaustausch zur Bildung der weiteren heteronuklearen gasförmigen Isotopen HD, HT und DT. In der Kernfusion werden die radioaktiven Wasserstoffisotope, insbesondere auch zu deren Rückgewinnung, speziellen Isotopentrennanlagen zugeführt. Das radioaktive Tritium T2, desweiteren die radioaktiven Tritiumisotopen HT und DT müssen sonst weiteren zusätzlichen Rückhaltemaßnahmen zur Verhinderung von Umwelt­ emissionen unterzogen werden.
Einrichtungen mit ähnlicher schon beschriebener Aufgabe allerdings jetzt zur Tritiumentfernung und ebenfalls durch die oberflächenaktiven katalytischen Eigenschaften der Palladium-Metallbälge, befinden sich deshalb bei Notwendigkeit in den Permeatorausgängen. Durch dortige Einspeisung von Sauerstoff oder Luft zu dem wasserstoff-, deuterium- und/oder tritiumhaltigen Inertgas erfolgt die erfindungsgemäße katalytische Rekombination durch die oberflächenaktiven Palladiumbälge der entstandenen radioaktiven Emissionen von permeiertem Tritium.
Das nach angeführten katalytischen Reaktionsabläufen:
entstandene radioaktive tritrierte Wasser wird entweder kondensiert und danach zementiert, oder an Molsiebsieben chemisch gebunden, anschließend nuklear- technisch entsorgt.
Abrollvorrichtungen außerhalb des Containments oder der Anlage für das weitere zusätzliche Einbringen von flexiblen Wasserstoff-Permeationsbälgen über Schottdurchführungen dienen der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorsorge.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Einbau in einen Raum oder Anlage, insbesondere in das Containment eines Kernkraftwerkes, in dem die Gefahr einer Freisetzung von Wasserstoff besteht,
  • - mit mindestens einem Rohr, das in dem Raum verlegt ist, wobei die Enden des Rohres außerhalb des Raumes angeordnet sind,
  • - das Rohr eine gewellte Innen- und Außenoberfläche aufweist,
  • - das Rohr aus einem Material besteht, durch das Wasserstoff und die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium selektiv permeieren,
  • - das Rohr aus einem Material mit katalytischen Eigenschaften besteht,
  • - an einem Ende des Rohres eine Einrichtung angebracht ist, mit deren Hilfe ein Gas oder Kühl- und Heizflüssigkeiten durch das Rohr geleitet werden kann,
  • - an zumindest einem Ende des Rohres Einrichtungen installiert sind, mit deren Hilfe an einer- oder beiden Seiten gleichzeitig Unterdruck erzeugt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Rohre flexible Metallbälge sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Permeationsmetallbälge Spiralen, Teller, Reihen, Schlangen, Wendeln, Bündeln, Rohrblöcke und geometrische Sonderformen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zusätzlich als Wärmeaustauscher für Gase und Flüssigkeiten mit rascher Zu- und Abfuhr von Reaktions-/Nachwärme, und dem besonderen Vorteil eines gleichzeitig möglichen Wasserstofftransportes zur langfristigen Stör­ fallbeherrschung ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die oberflächenaktiven Eigenschaften der Metallbalgpermeatoren Sauerstoff ebenfalls katalytisch beseitigt werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als katalytischer Rekombinierer zur Rückhaltung von radioaktiven Emissionen, wie Tritium, wirkt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch äußere Abrollvorrichtungen zum Einbringen zusätzlicher Wasserstoff-Permeationsbälge.
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