DE2203107B2

DE2203107B2 - Verfahren und Einrichtung zur Beschleunigung der Kondensation des im Schadensfall aus dem Druckbehälter eines wassergekühlten Kernreaktors austretenden Dampfes

Info

Publication number: DE2203107B2
Application number: DE2203107A
Authority: DE
Inventors: Werner 5060 Bergisch Gladbach Schnitker
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1980-09-04
Also published as: JPS4925397A; DE2203107A1; DE2203107C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung der Kondensation des im Schadensfall aus dem Druckbehälter eines wassergekühlten Kernreaktors austretenden Dampfes mittels eines Wasser enthaltenden Kondensationsraumes, in den der Dampf aus dem den Reaktorbehälter umgebenden Druckraum durch Kanäle strömt, wobei dem Dampf vor dem Eintritt in das Wasser des Kondensationsraumes Wasser in fein verteilter Form zugemischt wird. Sie betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bei Schäden an den Druckwasser- oder Dampf führenden Teilen eines Kernreaktors kann es innerhalb des den Reaktor umgebenden Sicherheitsbehälters zu einem diesen gefährdenden Druckaufbau kommen, so daß es erforderlich ist, den Druck durch Zwangskondensation des Dampfes auf zulässige Werte abzubauen.

Aus der Zeitschrift »Atomwirtschaft«, Februar 1968, S. 96 ist es bekannt, zur Beschleunigung der Kondensation dem Dampf vor Eintritt in das Wasser des Kondensationsraumes Wasser in fein verteilter Form zuzumischen. Dies geschieht durch die Sicherheitsbchälter-Sprühsysteme; der Kondensationsraum ist nicht getrennt angeordnet.

Für in beschränktem Raum, z. B. auf einem Schiff unterzubringende Reaktoren ist es auch bekannt, den Dampf aus dem Druckraum (sog. Dry well) durch Kanäle in einem üblicherweise unterhalb oder seitlich des Reaktors angeordneten Behälter (sog, Wetwell) zu leiten, der teilweise mit Wasser gefüllt ist Bei ausreichender Bemessung der Wassermenge wird der aus dem schadhaften Reaktordruckbehälter ausströmende Dampf hier kondensiert, während die von dem Dampf mitgerissenen Gase (beispielsweise Luft) wieder aus dem Wasser entweichen. Der in das Wasser eintretende Dampfstrahl erfährt dabei infolje der an seiner Peripherie stattfindenden Kondensation eine fortlaufende Querschnittsverminderung, so daß ein etwa kegelförmiger, in das Wasser ragender Dampfkörper entsteht ist die Einströmgeschwindigkeit des Dampfes sehr niedrig, so bildet sich der Dampfkegel nicht weil die übertragene kinetische Energie zu niedrig ist. Einzelne Blasen perlen dann im Wasser auf. Ist die Einströmgeschwindigkeit des Dampfes zu hoch, ist wegen der hohen anfallenden Kondensationswärme die gleichmäßige Verteilung nicht mehr möglich und es steigen ebenfalls Blasen im Wasser auf. Die Möglichkeit zur Kondensation wird dabei durch die Größe der Mantelfläche dieses Kegels entscheidend begrenzt Hieraus ergeben sich Mindestanforderungen an den Querschnitt der vom Druck- in den Kondensationsraum führenden Kanäle, die beim Obergang zu Reaktoren höherer Leistung leicht zu Abmessungen der Kanäle führen, die den Sicherheitsbehälter in unzulässiger Weise schwächen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zu Beschleunigung der Kondensation des im Schadensfall aus dem Druckbehälter eines wassergekühlten Kernreaktors austretenden Dampfes dergestalt daß die den Dampf aus dem Druckraum in den Kondensationsraum leitenden Kanäle in ihren Abmessungen verringert werden können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung anzugeben, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wasser aus dem Kondensaüonsraum durch Öffnungen in den Kanälen in den Dampfstrom eintritt und durch dessen kinetische Energie mitgerissen und in Tropfenform überführt wird.

Dieses Verfahren ist durch den Verzicht auf die Verwendung von im Schadensfall erst zu betätigenden Ventilen und anderen bewegten Teilen inhärent sicher. Gegenüber anderen Stoffen, beispielsweise Silberjodid. die in noch größerem Maße Kondensationskerne bilden, hat Wasser dec Vorteil, in der Anlage ohnehin vorhanden zu sein und später nicht aus dem Kondensat entfernt werden zu müssen.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckraum mit dem Kondensationsraum verbindenden Kanäle Öffnungen aufweisen, die mit einem Wasser enthaltenden Behälter verbunden sind. Dieser Behälter ist vorzugsweise der Kondensationsraum selbst mit dem in ihm enthaltenen Wasser.

Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in den Kanälen die Form von die Wandung der Kanäle durchdringenden und mit ihrer Öffnung in den Dampfstrom ragenden Rohren aufweisen, die ganz oder teilweise in Strömungsrichtung abgewinkelt sind. Hierdurch wird erreicht, daß die kinetische Energie des in den Kanälen strömenden Dampfes das aus den Rohren austretende Wasser mitreißt und in Tropfenform überführt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen in den Kanälen unterhalb des Wasserspiegels in dem Kondensationsraum liegen, wodurch die Zufuhr von Wasser for die Beschleunigung der Kondensation in einfacher Weise sichergestellt ist

Der Eintritt von Wasser in die Kanäle wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erleichtert, daß der Querschnitt der Kanäle in Strömungsrichtung vor den öffnungen verengt und/oder hinter diesen erweitert ist Der hierdurch in Strömungsrichtung im Bereich der öffnungen hervorgerufene Unterdruck ist dazu geeignet, das Wasser oder den sonstigen, Kondensationskerne bildenden Stoff in verstärktem Maße in den Dampfstrom zu saugen.

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist. in der Zeichnung dargestelft, und zwar zeigt

F i g. 1 in vereinfachter Form einen senkrechten Längsaxialschnitt durch eine Kernreaktoranlage und

F i g. 2 in vergrößertem Maßstabe einen der Kanäle, die den Druckraum und den Kondensationsraum der Anlage nach F i g. 1 miteinander verbinden.

Die Fig. 1 zeigt einen Druckbehälter (1), in dem ein hier nicht näher beschriebener Kernreaktor angeordnet ist, sowie einen Primärkreislauf (2), der die im Reaktor >^r> erzeugte Wärme in einem Wärmeaustauscher (3) an einen Sekundärkreislauf (4) abgibt Eine diesen umschließende Abschirmung (5) bildet einen Sicherheitsbehälter, der in einen oberen, als Druckraum ausgestalteten Teil (6) und einen unteren, als Kondensationsraum so dienenden Teil (7) zerfällt Ferner ist ein Expansionsraum (8) vorhanden. Der bei einem Schaden (9) in dem Reaktordruckbehälter (1) oder im Primärkreislauf (2) aus diesem ausströmende Dampf führt innerhalb des Druckraumes (6) zu einem raschen Druckanstieg, der r> abgebaut wird, indem der Dampf durch Kanäle (10) in den teilweise mit Wasser gefüllten Kondensationsraum (7) geleitet wird, wobei die Öffnungen der Kanäle (10) unterhalb des Wasserspiegels im Kondensationsraum (7) liegen. Der aus dem Reaktordruckbehälter fl) ausströmende Dampf wird hier kondensiert, und die durch den Dampf aus dem Druckraum mitgerissenen Gasanteile (beispielsweise Luft) entweichen aus dem Wasser des Kondensationsraumes (7) in den Expansionsraum (8).

F i g. 2 zeigt einen der Kanäle (10), der in das Wasser des Kondensationsraumes (7) ragt Strömt Dampf durch den Kanal (10), verdrängt dieser das normalerweise in ihm bis zu derselben Höhe wir in den Kondensationsraum (7) stehende Wasser und biidet an seinem unteren Ende einen Dampfkegel (11) der von Wasser umgeben ist An der Oberfläche dieses Kegels erfolgt eine Wärmeübertragung durch Leitung und durch Vermischung mit Wirbelbildung senkrecht zur Strahlrichtung, wodurch die Kondensationswärme auf einen weiteren Querschnitt verteilt wird. Infolge der Kondensation wird der Querschnitt des Dampfkegels (11) kleiner, bis nach vollständiger Kondensation ^;is Wasser infolge der aufgenommenen kinetischen Energie mit einer verhältnismäßig geringen Menge kondensierten Wassers weiter nach unten strömt Um eine vollständige Kondensation des Dampfes zu erleichtern, sind in der Wandung des Kanals (10) im Beispiel mehrere Rohre (12) angeordnet, die in Strömungsrichtung abgewinkelt sind und durch die Wasser aus dem Kondensationsraum (7) in den Dampfstrom gelangen kann. An der Mündung der Rohre (12) wird das Wasser durch die kinetische Energie des Dampfes mitgerissen und in Tropfen (13) überführt, die Kondensationskerne bilden und an denen sich der Dampf schon vor dem Eintritt in das Wasser des Kondensationsraumes (7) abkühlen kann. Das Ansaugen des Wassers durch die Rohre (12) wird dadurch erleichtert, daß der Kanal (10) unterhalb der Rohre (12) im Querschnitt erweitert ist wodurch in diesem Bereich ein Unterdruck auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Beschleunigung der Kondensation des im Schadensfall aus dem Druckbehälter eines wassergekühlten Kernreaktors austretenden Dampfes mittels eines Wasser enthaltenden Kondensationsraumes, in dem der Dampf aus dem den Reaktorbehälter umgebenden Druckraum durch Kanäle strömt, wobei dem Dampf vor dem Eintritt in das Wasser des Kondensationsraumes Wasser in fein verteilter Form zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser aus dem Kondensationsraum (7) durch Öffnungen (12) in den Kanälen (10) in den Dampfstrom eintritt und durch dessen kinetische Energie mitgerissen und in Tropfenform (13) überführt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die den Druckraum (6) mit dem Kondensationsraum (7) verbindenden Kanäle (10) Öffnungen (12) aufweisen, die mit einem Wasser enthaltenden Behälter verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in den Kanälen (10) die Form von die Wandung der Kanäle (10) durchdringenden und mit ihrer Öffnung in den Dampfstrom ragenden Rohren (12) aufweisen, die ganz oder teilweise in Strömungsrichtung abgewinkelt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Öffnungen (12) in den Kanälen (10) unterhalb des Wasserspiegels im Kondensatknsraum (7) liegen.

5. Einrichtung naph einen oder mehreren der Ansprüche 2—4, daduTh gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kanäle (10) r Strömungsrichtung vor den Öffnungen (12) verengt und/oder hinter diesen erweitert ist

ίο