DE2239952A1

DE2239952A1 - NUCLEAR REACTOR PLANT

Info

Publication number: DE2239952A1
Application number: DE2239952A
Authority: DE
Inventors: Jun Harold W Mccurdy; Sterling J Weems
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-09-09
Filing date: 1972-08-14
Publication date: 1973-04-26
Also published as: FR2152785B1; ES406485A1; BE788538A; CH546462A; GB1361326A; IT967261B; ATA746772A; JPS4836095A; CA1001827A; FR2152785A1; AT329696B; SE409849B

Description

Westinghouse Electric Corporation Briangen, den ' '" * "'^ Pittsburgh, Pennsylvania ' Werner-von-Siemens-Str.Westinghouse Electric Corporation Briangen, the ''"*"'^ Pittsburgh, Pennsylvania' Werner-von-Siemens-Str.

VPA 71/8453 Sm/HgrVPA 71/8453 Sm / Hgr

Nuclear reactor plant

Es wird die Priorität der entsprechenden US-Patentanmeldung Serial-No.. 179 077 vom 9.9.1971 in Anspruch genommen.The priority of the corresponding US patent application Serial-No. 179 077 of 9.9.1971 is claimed.

Der kommerziell zur elektrischen Energieerzeugung verwendete Kernreaktor ist ein wichtiges Mittel geworden, um die. Energiebedürfnisse der heutigen Gesellschaft zu befriedigen. Bei der Konstruktion solcher Kernreaktoren werden alle Anstrengungen unternommen, um die Freigabe von auch nur Spuren radioaktiver Stoffe an die Umgebung- zu verhindern. Zu diesem Zweck müssen die vorgesehenen Sicherheitssysteme, die die unwahrscheinlichen, aber nicht unmöglichen Unfällen verhindern sollen, mit absoluter Zuverlässigkeit arbeiten und wirksam sein.The nuclear reactor used commercially for generating electrical power has become an important means of achieving the. To meet the energy needs of today's society. In the construction of such nuclear reactors every effort is made to ensure the release of even trace amounts to prevent radioactive materials into the enviroment. To this end, the safety systems provided, which are intended to prevent the unlikely but not impossible accidents, must work with absolute reliability and be effective.

Die meisten heutigen Reaktoren verwenden Wasser als Kühlmittel des Reaktorkerns. Beim Entwurf eines solchen Systems muß auch ein Unfall mit Kühlmittelverlust beachtet werden, so gering die Wahrscheinlichkeit seines Eintretens auch sein mag. In dem unwahrscheinlichen Pail eines solchen Unfalls enthält die Schutzhülle der Reaktoranlage das radioaktive Material, das vom Reaktordruckbehälter selbst freigegeben wird. Dieser Beanspruchung und allen nur denkbaren Druckwellen im System muß die Schutzhülle wiederstehen können, denn die Schutzhülle isoliert das nukleare System von der Umgebung. Im Anschluß an einen größeren Kühlmittelverlust bei einem Unfall in einem wassergekühlten Kernreaktor kann in der Schutzhülle Wasserstoff durch Radiolyse sowie durch Wasser-Zirconium-Raaktion und durch die Korrosion metallischer Elemente erzeugt werden. Die Atmosphäre in der Schutzhülle wird radioaktiv und bleibt notwendigerweise zusammen mit dem Reaktorsystem solange abgeschlossen, bis die Atmosphäre von der Radioaktivität gereinigt werden kann, um die Freigabe radioaktiver Verunreinigungen inMost of today's reactors use water as the coolant of the reactor core. When designing such a system must also an accident with loss of coolant should be taken into account, however small the probability of its occurrence may be. In In the unlikely event of such an accident, the protective cover of the reactor facility contains the radioactive material, which is released by the reactor pressure vessel itself. This The protective cover must be able to withstand stress and all conceivable pressure waves in the system, because the protective cover isolates the nuclear system from the environment. Following a major loss of coolant in an accident all in one water-cooled nuclear reactor can in the protective cover hydrogen by radiolysis as well as by water-zirconium Raaktion and generated by the corrosion of metallic elements. The atmosphere in the protective cover becomes and remains radioactive necessarily completed together with the reactor system as long as until the atmosphere can be purged of radioactivity, releasing radioactive contaminants in

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die Umgebung zu verhindern. Mithin muß dafür gesorgt werden, daß die Wasserstoffkonzentration in der Schutzhülle begrenzt ist, damit keine gefährliche Ansammlung von Wasserstoff entsteht.to prevent the environment. It must therefore be ensured that the hydrogen concentration in the protective cover is limited so that no dangerous accumulation of hydrogen occurs.

Wasserstoffgas wird ferner in einer Reihe anderer Systeme verwendet, die typischerweise mit einem wassergekühlten Kernreaktor in Verbindung stehen. Insbesondere dient es dazu, Spaltproduktgase von einer Berührung mit dem Primärkühlwasser fernzuhalten. Dabei verwendet man Wasserstoff als Trägergas, um Spaltprodukte aus dem Kühlmittel zu entfernen. Einzelheiten einer solchen Anordnung gehen aus der US-Patentschrift 3 362 883 hervor.Hydrogen gas is also used in a number of other systems, which are typically a water-cooled nuclear reactor stay in contact. In particular, it serves to keep fission product gases away from contact with the primary cooling water. Hydrogen is used as a carrier gas to remove fission products from the coolant. Details of a such an arrangement is disclosed in U.S. Patent 3,362,883.

Die Erfindung betrifft somit eine Kernreaktoranlage mit einem insbesondere wassergekühlten Kernreaktor und einer Schutzhülle, die aktivitätsführende Komponenten einschließt. Sie ist gekennzeichnet durch eine vorzugsweise in der Schutzhülle angeordnete Rekombinationseinrichtung zum Verbinden von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.The invention thus relates to a nuclear reactor installation with an in particular water-cooled nuclear reactor and a protective cover, which includes activity-leading components. It is characterized by a preferably arranged in the protective cover Recombination device for combining hydrogen and oxygen to form water.

Die Rekombinationsanlage umfaßt vorzugsweise eine Kammer mit einer Heizeinrichtung, durch die in der Schutzhülle vorhandener Wasserstoff auf eine zum Verbinden mit Sauerstoff ausreichende Temperatur erhitzt wird. Dies bietet mehrere wesentliche Vorteile. So erfordert das System z.B. keine beweglichen Teile, auch wird kein besonderer Brennstoff benötigt. Die Rekombinationsanlage kann leicht in der Schutzhülle untergebracht werden, während das Steuersystem dafür zweckmäßig außerhalb der Schutzhülle angeordnet ist. Die Wirksamkeit der Rekombinationsanlage kann periodisch geprüft werden! um den richtigen Betrieb sicherzustellen.The recombination system preferably comprises a chamber with a heating device, by means of which hydrogen present in the protective cover is raised to a level sufficient to combine with oxygen Temperature is heated. This has several major advantages. For example, the system does not require any movable ones Parts, also no special fuel is needed. The recombination system can easily be accommodated in the protective cover while the control system is expediently arranged outside the protective cover for this purpose. The effectiveness of the recombination system can be checked periodically! the right one Ensure operation.

Ss ist wichtig festzuhalten, daß ein elektrischer Heizdraht zur sicheren Zündung von Wasserstoff bereits bekannt ist, der in einem Ofen verbrannt werden soll und in eine luftgefüllte Kammer gelangt. Die Wasserstoffkonzentration bei derartigen Anlagen liegt aber weit über 4 Volumenprozent, die aur Zünd-It is important to note that there is an electric heating wire for the safe ignition of hydrogen is already known, which is to be burned in a furnace and in an air-filled one Chamber arrives. The hydrogen concentration in such Systems is well over 4 percent by volume, the only ignition

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barkeit in Luft vorhanden sein müssen. Der Zünddraht mit sehr kleiner Oberfläche wird dabei nur zur anfänglichen Erzeugung einer örtlich begrenzten Erhitzung des Wasserstoffes benutzt, der dicht an dem Zünddraht vorbeiströmt. Diese örtliche Aufheizung reicht aus, um eine Flammverbrennung des faserstoff es einzuleiten. Die Flammverbrennung unterhalt sich dann selbst bei hohen Wasserstoffkonzentrationen. Sie· schreitet fort mit hohen Flammtemperaturen, die denen eines Wasserstoffschweißgerätes ähneln, das bekanntlich mit etwa 1300° arbeitet.availability in air. The ignition wire with very small surface is only used for the initial generation of a localized heating of the hydrogen, which flows close to the ignition wire. This local heating is sufficient to cause the fibrous material to burn in a flame initiate. The flame combustion then sustains itself even with high hydrogen concentrations. She · progresses with high flame temperatures similar to those of a hydrogen welding machine which is known to work with about 1300 °.

In der Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung wird die Wasserstoff konzentration weit unterhalb von 4 Volumenprozent gehalten, um die Wasserstoffkonzentration zu begrenzen. Vorzugsweise arbeitet man mit einem Wert von 2'Volumenprozent oder weniger. Deshalb wird zur Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff bei so niedrigen Wasserstoffkonzentrationen eine Heizeinrichtung vorgesehen, die das gesamte Gas aufheizt, das durch die Heizanordnung hindurchströmt. Dieses ganze Gas muß ausreichend hohe Temperaturen enthalten, um die Bildung von Wasserdampf zu ermöglichen. Wie gefunden wurde, erfordert dies eine Aufheizung des Gases auf mindestens etwa 620⁰C.In the nuclear reactor installation according to the invention, the hydrogen concentration is kept well below 4 percent by volume in order to limit the hydrogen concentration. It is preferable to work with a value of 2% by volume or less. Therefore, for the recombination of hydrogen and oxygen at such low hydrogen concentrations, a heating device is provided which heats up all of the gas which flows through the heating arrangement. All of this gas must contain sufficiently high temperatures to allow the formation of water vapor. As has been found, this requires the gas to be heated to at least about 620 ^° C.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung.Further details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the enclosed Drawing.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Reaktorschutzhülle mit der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung darin,Figure 1 is a schematic representation of a reactor shroud with the recombination device according to the invention therein,

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung, > Fig. 2 is a perspective view of a preferred embodiment of the recombining device according to the invention, >

Fig. 3 ist ein Schnitt der Rekombinationseinrichtung gemäß Fig. 2,3 is a section of the recombining device according to FIG Fig. 2,

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Heizstabes, der in αer Rekombinationseinrichtung nach den Fig. 2 .und 3 verwendet wird,Fig. 4 is an enlarged view of a heating rod, the in αer recombination device according to FIGS. 2 and 3 is used,

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Pig. 5 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung,Pig. 5 is a section through another embodiment of FIG Recombination device according to the invention,

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Rekombinationseinrichtung nach der Erfindung zusammen mit einem Behandlungssystem für Abfallgas in einem wassergekühlten Kernreaktor,Fig. 6 is a schematic representation of the recombining device according to the invention together with a treatment system for waste gas in a water-cooled nuclear reactor,

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, wobei die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung zur Verwendung bei der Behandlung von Abfallgas in einem Reaktor während des normalen Betriebes vorgesehen ist und darüber hinaus zur Reinigung der Atmosphäre in der Schutzhülle nach einem Unfall mit Kühlmittelverlust dienen soll.Fig. 7 is a schematic diagram showing the recombining device according to the invention for use in the treatment of waste gas in a reactor during normal operation and also for cleaning the atmosphere in the protective cover after an accident with loss of coolant.

In Fig. 1 ist ein Kernreaktor 10 und das zugehörige Kühlsystem in einer Schutzhülle 11 untergebracht, die radioaktive Emissionen auffangen soll, um ihre Abgabe an die Umgebung bei einem Unfall zu verhindern. Oberhalb des Reaktordruckbehälters 10 ist eine Arbeitsbühne 12 vorgesehen. Sie bietet Platz zur Anordnung einer Rekombinationseinrichtung 13 in der Schutzhülle 11. Die Arbeitsbühne 12 beeinträchtigt einen freien Konvektionsstrom durch die Schutzhülle nicht. Die beiden Teile der Rekombinationseinrichtung 13 sind elektrisch mit einer Energiequelle außerhalb der Schutzhülle verbunden, die auch das zugehörige Steuersystem umfaßt. Es kann vorteilhaft sein, einen üblichen Detektor 15 für Wasserstoff in der Schutzhülle vorzusehen und zur Steuerung des Betriebes der Rekombinationseinrichtung zu verwenden. Zwei Rekombinationseinrichtungen 13 sind als redundante Ausführung in der Schutzhülle 11 vorgesehen, während tatsächlich nur eine für die Beseitigung des Wasserstoffgases benötigt wird. Ein typischer Konzentrationswert von Wasserstoffgas, der in der Schutzhülle erwartet werden kann, liegt bei 2 bis 4 Volumenprozent. Deshalb sollen die Teile der Rekombinationseinrichtung so ausgelegt sein, daß sie den Wasserstoffspiegel auf 4 Volumenprozent oder weniger begrenzen.In Fig. 1, a nuclear reactor 10 and the associated cooling system is housed in a protective cover 11, the radioactive emissions should collect in order to prevent their release to the environment in the event of an accident. Above the reactor pressure vessel 10 a working platform 12 is provided. It offers space for arrangement a recombination device 13 in the protective cover 11. The work platform 12 does not interfere with a free convection flow through the protective cover. The two parts of the recombiner 13 are electrically connected to an energy source outside the protective cover, which is also the associated Tax system includes. It can be advantageous to provide a conventional detector 15 for hydrogen in the protective cover and to use to control the operation of the recombining device. Two recombining devices 13 are considered redundant Execution provided in the protective cover 11, while actually only one is required for the removal of the hydrogen gas will. A typical concentration value of hydrogen gas that can be expected in the protective envelope is 2 to 4 Volume percent. Therefore, the parts of the recombining device should be designed in such a way that they raise the hydrogen level Limit to 4 percent by volume or less.

Eine Einrichtung 13 ist mit Einzelheiten in den Fig. 2, 3 und 4 gezeichnet. Sie umfaßt einen äußeren Rahmen 16'mit Einlaßschlitzen 17 an der Unterseite und Auslaßschlitzen 18 amA device 13 is shown in detail in FIGS and 4 drawn. It comprises an outer frame 16 'with inlet slots 17 at the bottom and outlet slots 18 at the

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oberen Ende des Rahmens. Die Ausbildung der Schlitze 17 und 18 hat den Zweck, das Eindringen von Sprühwasser so klein wie möglich zu halten. Solches Sprühwasser, das gewisse Chemikalien enthalten kann, kann in Schutzhüllen zur Entfernung ύοά Spaltprodukten aus der Atmosphäre der Schutzhülle verwendet werden. Elektrische Heizelemente 19 sind in der Mitte des Rahmens 16 angeordnet. Sie sind von einem inneren Gestell 20 umgeben, das in der bevorzugten Ausführungsform einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt hat. Das Gestell 20 ist mit Abstand vom Rahmen 16 angeordnet, um einen Vorheizbereich 21 zu erhalten. Der Vorheizbereich ist ferner durch die"Bodenplatte 22 und die Deckelplatte 23 begrenzt. Tragteile 24 für die Heizelemente 19 erstrecken sich vertikal von der Bodenplatte 22. Sie stützen das Gestell 20 mit den Heizelementen 19· Eine Düsenplatte 25 ist am Boden des Gestells 20 vorgesehen, durch das das Wasserstoff enthaltende Gas durch Konvektionsströmung in die Rekombinationszone 20a einströmt, die durch das Gestell 20 und die Düsenplatte 25 begrenzt ist. Man kann aber auch einen Ventilator 25a dazu verwenden, eine Zwangsströmung durch die Düsenplatte 25 oder an anderer Stelle zu erhalten.upper end of the frame. The formation of the slots 17 and 18 has the purpose of keeping the penetration of spray water as small as possible. Such spray water, which can contain certain chemicals, can be used in protective covers to remove ύοά fission products from the atmosphere of the protective cover. Electric heating elements 19 are arranged in the middle of the frame 16. They are surrounded by an inner frame 20 which, in the preferred embodiment, has a substantially rectangular cross-section. The frame 20 is arranged at a distance from the frame 16 in order to obtain a preheating area 21. The preheating area is further limited by the bottom plate 22 and the cover plate 23. Support parts 24 for the heating elements 19 extend vertically from the bottom plate 22. They support the frame 20 with the heating elements 19. A nozzle plate 25 is provided on the bottom of the frame 20, through which the hydrogen-containing gas flows by convection into the recombination zone 20a, which is delimited by the frame 20 and the nozzle plate 25. However, a fan 25a can also be used to obtain a forced flow through the nozzle plate 25 or elsewhere.

Die elektrischen Heizelemente 19 sind auf fünf Abschnitte im Gestell 20 verteilt. Ein solcher Abschnitt ist in J¹Ig₀ 4 mit seiner im wesentlichen rechtwinkligen Ausbildung gezeigt» Jeder der fünf vertikal übereinander angeordneten Abschnitte besteht aus einer Anordnung von U-förmigen Heizrohren 26. Die Unförmigen Rohre sind in Gruppen von drei vertikalen Reihen von zwanzig Heizstäben pro Reihe angeordnet, so daß insgesamt sechzig U-förmige Rohre zu jedem der fünf Abschnitte gehören» Zwischen den Reihen der U-förmigen Elemente 26 ist ein so großer Abstand vorhanden, daß das Gas mit einer Menge von ungefähr 2,8m^ pro Minute bei Normaltemperatur und -druck hindurchgelangen kann. Die ü-förmigen Heizelemente·sind in einem Anschlußkasten 27 verschaltet, wo der Anschluß der Energieversorgung erfolgt»The electrical heating elements 19 are distributed over five sections in the frame 20. Such a section is shown in J ¹ Ig ₀ 4 with its substantially rectangular configuration. Each of the five vertically stacked sections consists of an array of U-shaped heating tubes 26. The misshapen tubes are in groups of three vertical rows of twenty heating rods each Arranged in a row so that a total of sixty U-shaped tubes belong to each of the five sections. The distance between the rows of U-shaped elements 26 is so great that the gas can flow at a rate of about 2.8 m ^ per minute at normal temperature and pressure can get through. The U-shaped heating elements are interconnected in a connection box 27, where the power supply is connected »

Die gesamte Heizfläche der Heizrohre der dreihundert Einheiten beträgt ungefähr 35m². Solch eine Heizeinrichtung kann ungefähr ·The total heating area of the heating tubes of the three hundred units is approximately 35m ² . Such a heater can be approximately

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2,8m Luft pro Minute bei Normaldruck und -temperatur durchsetzen. Die Heizeinrichtung wird mit etwa 43 kW Heizleistung betrieben. Sie heizt die Luft, die zu den Einlaßschlitzen eintritt, vom Anfangswert (zwischen 27 und 45⁰C) auf eine Endtemperatur von 620 bis 760°. Höhere Temperaturen werden meist nicht benötigt, und es ist wünschenswert, die Grase in diesen Temperaturbereich zu halten. Als metallische Umkleidung für die Heizrohre wird eine Eisen-Nickel-Legierung verwendet, die chemisch stabil ist und auch bei hohen Temperaturen keine Reaktionen zeigt. Auch das innere Gestell 20 muß aus einem hochtemperaturfesten Material hergestellt werden. Vorzugsweise besteht es ebenfalls aus einer Eisen-Nickel-Legierung.Pass 2.8m air per minute at normal pressure and temperature. The heating device is operated with around 43 kW heating power. It heats the air entering the inlet slots, from the initial value (27-45 ⁰ C) to a final temperature 620-760 °. Higher temperatures are usually not required and it is desirable to keep the grass in this temperature range. An iron-nickel alloy is used as a metallic cladding for the heating pipes, which is chemically stable and does not show any reactions even at high temperatures. The inner frame 20 must also be made of a high-temperature-resistant material. It also preferably consists of an iron-nickel alloy.

Die einzelnen Heizelemente 26 entsprechen einer Standardausführung mit einer Nennleistung von ungefähr 30 kW pro nr Heizungsoberfläche. Es ist erwünscht, daß das Aufheizen des Gases bei einer geringen Leistungsdichte der Heizeinrichtung erreicht wird, um eine lange Betriebsdauer sicherzustellen. Typischerweise werden die Heizeinrichtungen bei einer Leistungsdichte von nurThe individual heating elements 26 correspond to a standard design with a nominal output of approximately 30 kW per heating surface. It is desirable that the gas be heated at a low power density of the heating device is achieved in order to ensure a long service life. Typically the heating devices at a power density of only

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ungefähr 2,6 kW pro m Heizungsoberfläche betrieben· Diese Leistungsdichte beträgt weniger als 10 Prozent der Nennleistungsdichte. 2
approximately 2.6 kW per m of heating surface operated · This power density is less than 10 percent of the nominal power density.

Wie ersichtlich ist, hat der Ausfall einzelner Heizelemente nur eine geringe Auswirkung auf den Betrieb der Rekombinationseinrichtung. Die Rekombinationseinrichtung wird normalerweise etwa einmal pro Tag durchlaufen. Man kann auch einen einmaligen Zyklus in mehreren Tagen vorsehen. Dies gilt für den Fall, daß ein Unfall in der geschlossenen Schutzhülle vorgelegen hat und daß die Verschlußzeit der Schutzhülle in der Größenordnung von 100 Tagen liegt. Daher ist die Zuverlässigkeit der Heizeinrichtung im ganzen sehr wichtig.As can be seen, the failure of individual heating elements has only little impact on the operation of the recombiner. The recombiner is typically run about once a day. You can also do a one-time cycle plan in several days. This applies in the event that an accident occurred in the closed protective cover and that the closure time of the protective cover is of the order of 100 days. Hence the reliability of the heater all in all very important.

Es ist vorteilhaft, verschiedene Leistungsdichten für jeden der fünf Heizungsabschnitte zu verwenden. Die Leistungsdichte an der Unterseite des Stapels der Heiseinrichtung kann am höchsten sein. Auf diese V/eise erhält man die maximale Leistungs -It is advantageous to use different power densities for each of the five heater sections. The power density at the bottom of the stack the heater may be highest. In this way you get the maximum performance

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dichte "bei der geringstmöglichen Heizungstemperatur. Dies ist gleichbedeutend mit der maximalen Zuverlässigkeit. Die verstärkte Heizleistung der unteren Heizeinrichtung ist deshalb möglich, weil der Gasstrom so verläuft, daß die Heizungsabschnitte größerer Leistung mit dem einströmenden Gas gekühlt werden, das noch eine relativ geringe Temperatur aufweist, und wegen der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf, die eine exothermische Reaktion ist. An den oberen Heizungsabschnitten wird weniger Wärme benötigt, da dort die genannte Reaktion in der Rekombinationszone vorliegt. In einzelnen Fällen kann es wünschenswert sein, einen Kühlmantel mit Wasserkühlung in Nähe des oberen Endes der Heizeinrichtungen vorzusehen. Die Heizeinrichtung und die Leistungsdichte kann variiert werden, um der Menge des Gases angepaßt zu sein, die behandelt werden soll.density "at the lowest possible heating temperature. This is synonymous with maximum reliability. The increased heating power of the lower heater is therefore possible because the gas flow runs in such a way that the heating sections of greater power are cooled with the inflowing gas which is still at a relatively low temperature, and because of the recombination of hydrogen and oxygen to form water vapor, which is an exothermic reaction. Less heat is required in the upper heating sections, as the said reaction is present in the recombination zone. In some cases it may be desirable to have a cooling jacket to be provided with water cooling near the upper end of the heating devices. The heater and the power density can be varied to suit the amount of gas to be treated.

Das beheizte, Wasserdampf enthaltende Gas verläßt die Rekombinationszone 20a an der Spitze des Gerätes. Es gelangt von dort in eine Kühlzone 28a. Diese ist begrenzt durch den Oberteil 28 des äußeren Gestells 16, durch die Schlitze 18 und die Platte 23. Die Schlitze 18 sind im oberen Teil 28a des äußeren Gestells 16 vorgesehen, wobei der untere Teil der Schlitze 18 kalte Luft in die Kühlzone 28a gelangen läßt. Dort mischt sich diese Luft mit den erhitzten Gasen aus der Rekombinationszone 20a. Die gekühlte Mischung entweicht durch die oberen der Schlitze 28.The heated gas containing water vapor leaves the recombination zone 20a at the top of the device. From there it passes into a cooling zone 28a. This is limited by the Upper part 28 of the outer frame 16, through the slots 18 and the plate 23. The slots 18 are in the upper part 28a of the outer frame 16 is provided, the lower part of the slots 18 allowing cold air to pass into the cooling zone 28a. There this air mixes with the heated gases from the recombination zone 20a. The cooled mixture escapes through the upper ones of the slots 28.

Der Konvektionsweg des Gases durch die Rekombinationseinrichtung ist durch die Pfeile in Pig. 3 angedeutet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Gasströmung durch natürliche Konvektion. Ss können jedoch auch Mittel zur Erzwingung einer Strömung verwendet werden, die das Gas durch die Rekombinationseinrichtung treiben.The convection path of the gas through the recombiner is indicated by the arrows in Pig. 3 indicated. In this embodiment the gas flow occurs through natural convection. However, means for forcing a flow can also be used driving the gas through the recombiner.

I/er Vorheizbereich 21 wird durch Wärmeleitung innerhalb des Gestells 20 aufgewärmt, so daß das Gas dabei eine Temperatur von etwa 140⁰G annimmt. Mit dieser Temperatur tritt das GasI / he preheating region 21 is heated by heat conduction inside the frame 20, so that the gas thereby assumes a temperature of about 140 ⁰ G. The gas enters at this temperature

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in den unteren Teil der Rekombinationseinrichtung 20a ein. Durch die Vorerwärmung wird das Gas getrocknet. Mithin empfängt die Heizeinrichtung vorgetrocknetes Gas, das weniger korrosiv ist und mit geringerer Wahrscheinlichkeit Ablagerungen auf der Heizeinrichtung bildet. Die Anordnung sorgt daher für eine wirksamere Wärmeverwendung durch eine Regenerativheizung des ankommenden Gases.into the lower part of the recombiner 20a. The gas is dried by preheating. The heating device therefore receives pre-dried gas, which is less corrosive and is less likely to form deposits on the heater. The arrangement therefore ensures a more efficient use of heat through regenerative heating of the incoming gas.

Eine Prüfung von Labormodellen der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung bestätigte, daß die Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff als Ergebnis der Heizung der Grase und nicht auf Grund katalytischer Effekte durch die Metallumhüllung der Heizeinrichtung stattfindet. Bei der Prüfung wurde Wasserstoff und inerter Stickstoff durch die Heizeinrichtung gegeben, um den Wasserstoff auf eine hohe Temperatur zu bringen. Dann wurde Sauerstoff auf der Abströmseite oder in einiger Entfernung von den Rekombinationsheizeinrichtungen zugefügt. Die Rekombination wurde nur bewirkt, wenn der Sauerstoff eingeführt wurde. Da die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung keine katalytischen Aktivitäten erfordert, kann auch eine Verunreinigung der Einheit durch Spaltprodukte oder durch die Ablagerung anderer chemischer Produkte kein Problem darstellen. Für ein übliches Volumen einer Schutzhülle erfordert die Heizeinrichtung ungefähr eine Heizleistung von 43 kW.Examination of laboratory models of the recombination device according to the invention confirmed that the recombination of Hydrogen and oxygen as a result of the heating of the grass and not due to catalytic effects from the metal envelope the heater takes place. When tested, hydrogen and inert nitrogen were passed through the heater given to bring the hydrogen to a high temperature. Then oxygen was on the downstream side or in added some distance from the recombination heaters. The recombination was only effected when the oxygen was introduced. Since the recombining device according to the invention does not require any catalytic activities, can contamination of the unit by fission products or by the deposition of other chemical products is not a problem. For a normal volume of a protective cover, the Heating device has a heating power of approximately 43 kW.

Eine andere Ausführungsform einer Rekombinationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Diese Einheit ist typiech für die Verwendung in einem kleinen Volumen, das nur eine geringere Leistung erfordert. Die Rekombinationseinrichtung 29 hat eine im wesentlichen zylindrische Form mit einer zylindrischen Außenwand 30 und einem konzentrischen zylindrischen Gestell innerhalb der Außenwand 30, das mit Abstand davon angeordnet ist. Ein mit Blech umkleideter Heizstab 32 liegt zentral im inneren Gestell 31. Wiederum sind Einlaßöffnungen 33 in der Außenwand 30 vorgesehen. Eine Vorheizzone ist zwischen der Außenwand 30 und dem inneren Gestell 31 gebildet. Das innere Gestell 31 begrenzt die Rekombinationszone 31aAnother embodiment of a recombining device according to the present invention is shown in FIG. These Unit is typically for use in a small volume that requires less power. The recombining device 29 has a substantially cylindrical shape a cylindrical outer wall 30 and a concentric cylindrical frame within the outer wall 30, which at a distance of which is arranged. A heating rod 32 lined with sheet metal is located centrally in the inner frame 31. Again, there are inlet openings 33 is provided in the outer wall 30. A preheating zone is formed between the outer wall 30 and the inner frame 31. The inner frame 31 delimits the recombination zone 31a

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in der Umgebung der Heizeinrichtung 32. Auslaßöffnungen 34 sind ebenfalls in der Außenwand vorgesehen. Sie liegen in der Nähe des oberen Endes der Außenwand 30. Elektrische Verbindungen zur Heizeinrichtung 32 werden am Klemmkasten 35 hergestellt. Die elektrisch bewirkte Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß keine beweglichen Teile benötigt werden, kein Brennstoff und kein Steuersystem innerhalb der Schutzhülle. Eine Prüfung solcher Systeme zeigt, daß im wesentlichen 100 Prozent des theoretischen Rekombinationswertes von Wasserstoff oder Sauerstoff mit der vorliegenden Erfindung erreicht wird, unabhängig von der Konzentration des Wasserstoffes"oder Sauerstoffes in der anfallenden Gasmischung. Man braucht auch keine Flamme, da das gesamte Gas, das durch die Rekombinationszone strömt, elektrisch auf eine Temperatur oberhalb der Reaktionstemperatur für Wasserstoff und Stickstoff aufgeheizt wird.in the vicinity of the heater 32. Outlet openings 34 are also provided in the outer wall. You are in the Near the top of the outer wall 30. Electrical connections to the heater 32 are made at the terminal box 35. The electrically induced recombination of hydrogen and oxygen according to the present invention has the advantage that no moving parts are required, no fuel and no control system inside the protective cover. An examination of such Systems shows that essentially 100 percent of the theoretical recombination value of hydrogen or oxygen is achieved with the present invention, regardless of the concentration of hydrogen "or oxygen in the accruing gas mixture. There is also no need for a flame, as all of the gas that flows through the recombination zone is electrical is heated to a temperature above the reaction temperature for hydrogen and nitrogen.

Die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung kann im Zusammenhang mit verschiedenen anderen Wasserstoff- und Säuerst of fgassystemen verwendet werden, wie schematisch in Fig. 6 gezeigt ist. Die Figur stellt die Verwendung bei einem Behandlungssystem für Kernreaktorabfallgas vor. Die Verwendung von Wasserstoffgas zur Auswaschung von Spaltgasprodukten aus dem Primärkühlmittel ist an sich bekannt. Dies geschieht in einem chemischen Tank 36 zur Volumensteuerung, der mit der Primärkühlmittelschleife 37 des Kernreaktors verbunden ist. Als Antriebsmittel für die Strömung wird eine Strahlpumpe 38 verwendet. Wasserstoff und Spaltgasprodukte werden in die elektrisch.betriebene Wasserstoff-Sauerstoffrekombinationseinrichtung 39 gemäß der vorliegenden Erfindung geführt. Dort werden sie auf eine Temperatur oberhalb der Wasserstoff-Sauerstoffrekombinationstemperatur aufgeheizt. Dabei wird der Rekombinationseinrichtung Sauerstoff von einer Sauerstoffhilfsquelle zugeführt. Der Wasserstoff und der Sauerstoff rekombinieren zu Wasserdampf, und der Wasserdampf wird zusammen mit Spaltgasprodukten einem Kondensatkühler 40 sowie einem Entfeuchter 41 zugeführt, wo ein wesentlicher Teil des Wasserdampfes entfernt wird. Das ausThe recombination device according to the invention can be used in connection can be used with various other hydrogen and acid gas systems, as shown schematically in FIG. 6 is shown. The figure represents the use in a treatment system for nuclear reactor waste gas. The use of hydrogen gas to leach fission gas products from the Primary coolant is known per se. This is done in a volume control chemical tank 36 which is connected to the primary coolant loop 37 of the nuclear reactor. As a drive means a jet pump 38 is used for the flow. Hydrogen and fission gas products are converted into the electrically operated Hydrogen-oxygen recombining device 39 performed according to the present invention. There they are at a temperature above the hydrogen-oxygen recombination temperature heated up. In this case, oxygen is supplied to the recombination device from an auxiliary oxygen source. Of the Hydrogen and oxygen recombine to form water vapor, and the water vapor, together with fission gas products, becomes one Condensate cooler 40 and a dehumidifier 41, where a substantial part of the water vapor is removed. The end

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dem Entfeuchter austretende Medium ist in erster Linie Spaltgas, das nur einen geringen Prozentsatz Dampf und Wasserstoff enthält. Das Spaltgas wird in Spaltgasvorratstanks 42 geführt, die die Abtrennung oder Lagerung der Spaltprodukte gestatten. Das Spaltgas kann in diesen Tanks bei geringem Druck gespeichert werden, es kann auch auf Hochdruckgasflaschen abgefüllt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, es in großen Vorratstanks zu speichern und in die Rekombinationseinrichtung zurückzuführen, falls dies erwünscht ist. Eine solche Wiederholung des Kreislaufes ist in der schematischen Darstellung der Pig. 6 gezeigt. Dabei ist der Auslaß der Abgastanka 42 mit der Strahlpumpe 38 verbunden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die Rekombinationseinrichtung mit einem mit wassergekühlten Mantel 43 versehen.The medium escaping from the dehumidifier is primarily cracked gas, which contains only a small percentage of steam and hydrogen. The cracked gas is fed into cracked gas storage tanks 42, which the Allow separation or storage of the fission products. The cracked gas can be stored in these tanks at low pressure it can also be filled with high-pressure gas cylinders. Another option is to keep it in large storage tanks to be stored and returned to the recombiner if so desired. Such a repetition of the circuit is in the schematic diagram of the pig. 6 shown. The outlet of the exhaust duct is 42 connected to the jet pump 38. In the embodiment of FIG. 6, the recombining device with a water-cooled jacket 43 is provided.

In Fig. 7 ist die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung schematisch in Verbindung mit einem Abgasbehandlungssystem bei Normalbetrieb eines Kernreaktors gezeichnet. Dabei sind Mittel zur Verbindung mit der Schutzhülle im Anschluß an einen Unfall mit Kühlmittelaustritt vorgesehen, um die Wasser st off konzentrat ion in der Schutzhülle zu überwachen. Beim Normalbetrieb des Kernreaktors ist die Rekombinationseinrichtung 49 an ein System angeschlossen, das im wesentlichen ebenso aufgebaut ist, wie das in Fig. 6 gezeigte. Es wird jedoch ein Kompressor 44 zum Antrieb der Strömung verwendet. Pur den Fall eines Unfalls mit Kühlmittelverlust werden Ventile 45 und 46 geschlossen, um das Abgassystem von der Rekombinationseinrichtung abzusperren. Weitere Ventile 47 bzw. 48 werden geöffnet. Sie verbinden die Rekombinationseinrichtung 49 mit der Schutzhülle 50. Mithin wird im Anschluß an einen Unfall mit Kühlmittelverlust die Atmosphäre der Schutzhülle durch die elektrisch beheizte Rekombinationseinrichtung 49 geführt, sowie durch den zugehörigen Kondensatkühler 51 und den Entfeuchter 52. Der in der Rekombinationseinrichtung erzeugte Wasserdampf wird in die Atmosphäre der Schutzhülle zurückgeführt. In Fig. 7 is the recombining device according to the invention drawn schematically in connection with an exhaust gas treatment system during normal operation of a nuclear reactor. Included Means are provided for connection to the protective cover in connection with an accident with a coolant leak to the water Monitor st off concentration in protective cover. During normal operation of the nuclear reactor, the recombining device is 49 is connected to a system which is constructed essentially in the same way as that shown in FIG. It will, however a compressor 44 is used to drive the flow. Pure the In the event of an accident with loss of coolant, valves 45 and 46 closed to shut off the exhaust system from the recombiner. Further valves 47 and 48 are opened. They connect the recombining device 49 to the protective cover 50. Thus, following an accident with a loss of coolant, the atmosphere of the protective cover is passed through the electrically heated recombination device 49, as well as by the associated condensate cooler 51 and the dehumidifier 52. The one generated in the recombining device Water vapor is returned to the atmosphere of the protective cover.

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In dem in Fig. 7 gezeigten System ist die Rekombinationseinrichtung außerhalb der Schutzhülle 50 angeordnet. Um die Gasatmosphäre innerhalb der Schutzhülle durch die Rekombinationseinrichtung 49 zu leiten, werden ein Kompressor 44 und Hochdruckleitungen verwendet. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, die Rekombinationseinrichtung in jedem Fall innerhalb der Schutzhülle anzuordnen, mit Vorteil liegt sie jedoch in diesem Fall außerhalb.In the system shown in Figure 7, the recombiner is arranged outside the protective cover 50. To the gas atmosphere inside the protective cover through the recombining device 49, a compressor 44 and high pressure lines are used. However, it is in the same way possible, the recombining device in each case within to arrange the protective cover, but it is advantageously outside in this case.

Obwohl die vorliegende Erfindung so beschrieben wurde, daß Beispiele einer Rekombinationseinrichtung dargelegt wurden, die vorzugsweise eine Vorwärmung und eine Kühlung zusätzlich zu dem eigentlichen Rekombinationsraum besitzen, kann eine Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff auch dann erreicht werden, wenn nur Mittel vorgesehen sind, die dem Rekombinationsbereich entsprechen. Dort sind die Gase lediglich so zu heizen, daß Wasserdampf entsteht.Although the present invention has been described so that Examples of a recombination device have been set out, which preferably include preheating and cooling in addition own to the actual recombination space, a union of hydrogen and oxygen can also then be achieved if only means are provided which correspond to the recombination area. The gases are just closed there heat so that water vapor is produced.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde vorausgesetzt, daß die Atmosphäre innerhalb der Schutzhülle Luft ist, so daß ausreichend Sauerstoff zur Kombination mit dem entwickelten Wasserstoff zur Bildung von Wasserdampf vorhanden ist. Es ist auch möglich, eine Atmosphäre mit inertem Gas zu verwenden. In diesem Falle muß Sauerstoff von einer Hilfsquelle zur Verfügung gestellt werden, so daß Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf rekombiniert werden können. Es ist ferner üblich, ein inertes Trägergas, z.B. Stickstoff, in Gasbehandlungssystemen für Abgas zu verwenden. Auch solches Gas kann in einem System mit der vorliegenden Rekombinationseinrichtung verarbeitet werden.In the embodiment described, it was assumed that the atmosphere within the protective cover is air, so that there is sufficient oxygen to combine with the evolved hydrogen to form water vapor. It it is also possible to use an inert gas atmosphere. In this case, oxygen must be available from an auxiliary source so that hydrogen and oxygen can be recombined to form water vapor. It is also common to use an inert carrier gas, e.g. nitrogen, in gas treatment systems for exhaust gas. Such a gas can also be used in one System can be processed with the present recombination device.

Me Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung kann auch in Sauerstoff enthaltenden Systemen eingesetzt werden, wo es erwünscht ist, den Sauerstoffgehalt unterhalb eines vorgegebenen Mindestwertes zu halten. In einem solchen System wird die Sauerstoff enthaltende Atmosphäre aufgeheizt, wobei eineMe recombining device according to the invention can also be used in oxygen-containing systems where it is desired to keep the oxygen content below a predetermined level To keep the minimum value. In such a system, the oxygen-containing atmosphere is heated, with a

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Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird. Durch Zusatz von Wasserstoff zur Rekombinationseinrichtung, das aus einer Wasserstoffquelle stammt, vereinigen sich Sauerstoff und Wasserstoff, wenn sie auf höhere Werte ale 62O⁰C aufgeheizt werden und bilden Wasserdampf.Recombination device according to the invention is used. By adding hydrogen, which comes from a hydrogen source, to the recombination device, oxygen and hydrogen combine when they ^{are heated to higher values than 62O 0} C and form water vapor.

Es ist einzusehen, daß,wenn eines der beiden Gase, Wasserstoff oder Sauerstoff, nicht in der Atmosphäre anwesend ist,die zu behandeln ist, dieses Gas von einer Hilfsgasquelle zur Verfügung gestellt werden muß, damit es dem anderen Gas zugemischt werden kann. Das Gas von der Hilfsgasquelle kann dem Primärgas zugemischt werden, das behandelt werden soll, bevor dieses Gas über die Heizelemente gelangt. Es kann aber auch nach dem Aufheizen des Primärgases oder beim Passieren der Heizelemente zugefügt werden. Wesentlich ist nur, daß die zu mischenden Gase, Wasserstoff und Sauerstoff, eine Temperatur von mehr als 620° erreichen.It is understood that if either of the two gases is hydrogen or oxygen, is not present in the atmosphere to be treated, this gas from an auxiliary gas source to the Must be made available so that it can be mixed with the other gas. The gas from the auxiliary gas source can be the Primary gas are admixed to be treated before this gas passes through the heating elements. But it can also be done after the primary gas has been heated up or when passing through the Heating elements are added. It is only essential that the gases to be mixed, hydrogen and oxygen, have a temperature of more than 620 °.

10 Patentansprüche
7 Figuren10 claims
7 figures

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Claims

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Patent claims:

/ 1J nuclear reactor plant with a water-cooled in particular Nuclear reactor and a protective cover, which includes the activity-conducting components, characterized by a preferably recombining device (13) arranged in the protective cover (11) for combining hydrogen and oxygen to water.

2. Nuclear reactor plant according to claim 1, characterized in that the recombination device (13) has a chamber (16) with a heating device (19), through which in the protective cover (11) present hydrogen to a for connection is heated to a sufficient temperature with oxygen.

3. Nuclear reactor plant according to claim 2, characterized in that the gas in the chamber (16) is ^{heated to at least 62O 0} C, preferably 76O ⁰ Cj.

4. Nuclear reactor plant according to claim 2 or 3, characterized in that that inlet and outlet openings (17,18) of the chamber (16) in the sense of a natural convection under action the heating device (19) are arranged.

5. Nuclear reactor plant according to claim 1, 2 or 3, characterized by a fan (25a) for driving the gas flow through the chamber.

6. Nuclear reactor plant according to one of claims 1 to 5> characterized in that an elongated electrical heating device (19) arranged vertically in the middle of the chamber (16) and by a wall (20) at least in its upper region is surrounded and that the gas inlet (17) is provided in the upper region of the wall, so that the gas initially at a downward flow is preheated.

7. Nuclear reactor plant according to claim 6, characterized in that

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that a deflection of the water vapor emerging there is provided at the upper end of the wall (20).

8. Nuclear reactor plant according to claim 6 or 7, characterized in that that the heating device (19) is a resistance material and a surrounding corrosion and heat resistant material Metal coating includes.

9. Nuclear reactor plant according to one of claims 1% is 8, characterized through a line for supplying hydrogen or oxygen to the recombining device.

10. Nuclear reactor plant according to one of claims 1 to 9i by a measuring probe which is particularly responsive to the hydrogen content in the protective cover (11) (15) for automatic control of the energy supply

(14) to the heating device.

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