DE2805476B2 - Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinander geschichteten Atmosphären - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzen'rationen in übereinandergeschichteten Atmosphären in abgeschlossenen Räumen wie z. B. Sicherheitsbehältern von Reaktoren.

Sowohl in freier Atmosphäre, als auch insbesondere bei in abgeschlossenen Räumen vorhandenen Atmo-

Sphären können weitgehend stabile thermische und/ oder Gemisch-Schichtungen entstehen. Das Auftreten von Atmosphärenschichten beruht auf Dichteunterschieden einzelner Komponenten oder unterschiedlich temperierter Gemische und kann in Abhängigkeit von der Gebäudekonstruktion zusätzlich begünstigt werden. Diese Unterschiede gleichen sich durch Diffussionsvorgänge nur langsam aus, wobei die Geschwindigkeit des Ausgleichsvorganges mit der Verringerung der Konzentrationsunterr^hiede abnimmt. Im Falle von unterteilten Gebäuden kann dieser Ausgleichsvorgang zudem durch örtlich verringerte Querschnitte zusätzlich erschwert sein.

Es ist bekannt, daß das Auftreten von übereinander geschichteten Atmosphären verhindert oder der Abbau einer Atmosphärenschichtung dadurch erzielt werden kann, daß zumindest in bestimmten Bereichen eine fortwährende Durchmischung der Atmosphäre vorgenommen wird. Auf diese Weise wird das Auftreten von lokalen Gaskonzentrationen verhindert Zur Durchmischung werden beispielsweise Lüfter, Gebläse, Umluftanlagen oder ähnliche Geräte eingesetzt, die jedoch stets ein Antriebsaggregat benötigen und zumeist großvolumig ausgeführt sein müssen.

Von besonderer Bedeutung ist das Vermeiden von lokalen Gaskonzentrationen bzw. das Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen bei Kühlmittelverluststörfällen im Sicherheitsbehälter eines Reaktors. Beim Auftreten eines solchen Störfalles können z. B. molekularer Wasserstoff und Sauerstoff durch Radiolyse im «1 Kühlmittel entstehen. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es notwendig, lokale Konzentrationen des freigesetzten Wasserstoffes abzubauen.

Nach einem Kühlmittelverluststörfall stellt sich z. B. in einem Druckwasserreaktor eine thermisch geschieh- r> tete Atmosphäre ein, bei welcher einer relativ kühlen unteren Atmosphärenschicht eine deutlich wärmere Atmosphärenschicht überlagert ist.

Um eine lokale Wasserstoffkonzentration aufzulösen, sehen die bisher bekannten Maßnahmen den Einsatz von Umwälzgvbläsen oder/und Rekombinatoren vor. Mit Hilfe der Umwälzgebläse soll eine Durchmischung der verschiedenen Atmosphärenschichten bewirkt werden, wodurch lokale Wasserstoffkonzentrationen aufgelöst werden. Die Rekombinatoren oxydieren den freien 4i Wasserstoff z. B. durch katalytische Verbrennung mit dem Sauerstoff und reduzieren somit den Wasserstoffgehalt der ihnen zugeführten Atmosphäre.

Beide Maßnahmen sind technisch aufwendig, da die Geräte Störfall-geschützt sein müssen, von einer entsprechenden Energieversorgung abhängen und nicht beliebig eingesetzt werden können. Zudem ist noch nicht vollkommen geklärt, an welcher Stelle sie innerhalb des Sicherheitsbehälters am günstigsten angeordnet werden. Dies betrifft insbesondere die « räumliche Lage von Ansaug- und Rückspeiseöffnung. Sind diese wie bei einigen ausgeführten Anlagen im oberen Bereich des Sicherheitsbehälters angeordnet, so muß gewährleistet sein, daß der z. B. aus der tiefliegenden Bruchöffnung freigesetzte Wasserstoff w) auch zur Ansaugöffnung gelangt.

Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß es nicht ausgeschlossen werden kann, daß diese Geräte bei einem technischen Defekt ihre Wirksamkeit verlieren oder unter Umständen selbst als unerwünschte Zünd- n5 quelle für die wasoerstoffhaltige Atmosphäre in dem Sicherheitsbehälter wirken.

Werden diese Geräte au! erhalb des Sicherheitsbehälters angeordnet, so ist dies in Hinblick auf sicherheitstechnische Überlegungen von Bedeutung, da jede Durchdringung des Sicherheitsbehtlters eine Erhöhung des Risikos des Sicherheitsbehälterversagens darstellt, insbesondere wenn die Durchdringungen und Isolierventile im Falle außerhalb angeordneter Gebläse oder Rekombinatoren wegen der erforderlichen Gasdurchsätze entsprechend groß ausgelegt sein müssen.

Im Falle einer Anordnung der Geräte innerhalb des Sicherheitsbehälters, die nicht in allen Fällen möglich ist, muß berücksichtigt werden, daß der Sicherheitsbehälter nach einem Kühlmittelveriuststörfall wegen der freigesetzten Spaltprodukte nicht oder nur unter besonderen Schutzmaßnahmen und nur für kurze Zeit begangen werden kann, so daß Reparaturen nicht oder nur schwer durchgeführt werden können.

Von Nachteil bei den bekannten Maßnahmen ist auch, daß bereits bestehende Reaktoren nicht oder nur schwer mit diesen Geräten nachgerüstet werden können.

Die Aufgabe der Erfindung begeht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Ar' anzugeben, welches sicher und einfach durchzuführen, störunanfällig und mit geringen Kosten verbunden ist, wobei dieses Verfahren auch bei bereits bestehenden Reaktoren durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung einer Störung des Gleichgewichtes in den geschichteten Atmosphären eine lokale Änderung der Dichte in einem Bereich einer Atmosphärenschicht herbeigeführt wird, wodurch aufgrund der Dichteänderung diese Atmosphärenschicht lokal eine vertikal gerichtete und eine Konvektion hervorrufende Beschleunigung erfährt

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist es auf einfache und sichere Weise möglich, lokale Gaskonzentrationen dadurch aufzulösen, daß eine Störung in der geschichteten Atmosphäre erzeugt wird, durch die die Gleichgewichtslage der geschichteten Atmosphäre zumindest lokal beeinträchtigt wird, so daß ein Gasvolumen eine nach oben bzw. nach unten gerichtete Beschleunigung erfährt, so daß eine Konvektionsströmung entsteht.

Eine Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß die lokale Änderung der Dichte durch Zuführen eines Gases in den Bereich herbeigeführt wird.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist -dadurch ausgezeichnet, daß die lokale Änderung der Dichte durch Änderung der Temperatur der Atmosphäre in diesen Bereich herbeigeführt wird.

Eine wiederum andere Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß die lokale änderung der Dichte gleichzeitig oder aufeinanderfolgend in zwei horizontal zueinander beabstandeten Bereichen herbeigeführt wird.

Eine weitere Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird in einer ernten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer größeren Dichte überlagert ist. und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die größer als die Dichte der zweiten Atmosphärenschicht ist.

Eine wiederum andeie Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch ausgeteichnet. daß sich der Bereich, in dem eine lokale

herbeigeführt wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte unterlagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die kleiner als die Dichte der ersten Atmosphärenschicht ist.

Gemäß den beiden letztgenannten Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung kann bei einer dort angegebenen Schichtung die Störung des Gleichgewichts entweder in der ersten Atmosphärenschicht oder der zweiten Atmosphärenschicht erfolgen. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Störung in beiden Atmosphärenschichten zugleich oder zeitlich aufeinanderfolgend vorgenommen wird.

Zur Vereinfachung wird im folgenden, die Atmosphärenschicht mit der kleiner spezifischen Dichte als die leichte Atmosphärenschicht und diejenige mit der größeren spezifischen Dichte als die schwere Atmosphärenschicht bezeichnet.

Wird nun in einem Bereich der leichten Atmosphäre ein schweres Gas eingebracht, so daß eine solche Dichteänderung der leichten Atmosphäre erfolgt, daß sie zumindest lokal schwerer wird als die schwere Atmosphäre, so tritt in diesem lokalen Bereich eine nach unten gerichtete Beschleunigung auf, so daß eine abwärts gerichtete Strömung entsteht. Diese abwärts gerichtete Strömung hat zur Folge, daß in einem anderen Bereich der Atmosphäre eine nach oben gerichtete Strömung auftritt, so daß sich dadurch eine Konvektion in der Gesamtatmosphäre ergibt. Infolgedessen tritt eine Vermischung des Gases der ersten Atmosphärenschicht mit dem Gas der zweiten Atmosphärenschicht ein.

Das Entstehen einer Konvenktionsströmung kann in diesem Fall dadurch gefördert werden, daß im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einspeisen des schweren Gases in die leichte Atmosphäre ein leichtes Gas in die schwere Atmosphäre an einer Stelle erfolgt, die von der Einspeisestelle der leichten Atmosphäre einen horizontalen Abstand hat. Die spezifische Dichte der schweren Atmosphäre wird durch das Einspeisen mit einem leichten Gas si weit verringert, daß die entstehende neue spezifische Dichte kleiner als diejenige der leichten Atmosphäre ist, so daß in diesem Bereich eine nach oben gerichtete Beschleunigung auftritt, die eine nach oben gerichtete Gasströmung zur Folge hat.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird in einer ersten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die größer als die Dichte der ersten Atmosphärenschicht ist

Eine wiederum andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sich der Bereich in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer größereren Dichte unterlagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird die kleiner als die Dichte der zweiten Atmosphärenschicht ist

1st einer leichten Atmosphäre eine schwere Atmosphäre überlagert, so kann eine Konvektionsströmung dadurch hervorgerufen werden, daß nun der schweren Atmosphäre ein Gas mit einer solchen spe/ifischei Dichte zugeführt wird, daß zumindest lokal im Bereicl der schweren Atmosphäre eine solche spezifisch) Dichte entsteht, daß entweder die Grenzschich ■> zwischen den beiden Atmosphärenschichten durchbro chen wird und schweres Gas in die leichte Atmosphä renschicht strömt, oder daß zunächst unter Beibehal tung der Atmosphärenschichtung die gesamte Atmo Sphäre in Drehung versetzt wird, wobei sich der Bereicl

in dem das schwere Gas zugeführt wird, nach untei absenkt.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß de Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß als Gas eil Gasgemisch zugeführt wird. In vorteilhafter Weise kam

π dabei ein solches Gasgemisch zusammengestellt wer den. daß es die für die durchzuführende Störuni erwünschte besondere spezifische Dichte aufweist.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß de Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß verschieden!

->o Oase gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolge™ mindestens einer der Atmosphärenschichten zugeführ werden. In vorteilhafter Weise lassen sich hierbe mehrere Störungen vornehmen, durch die die Um schichtung bzw. Durchmischung der Gesamtatmosphä

2ϊ re gefördert und beschleunigt wird. So kann beispiels weise, wenn bereits eine Konvektionsströmung entstan den is*, diese dadurch aufrechterhalten werden, dal fortwährend oder in zeitlichen Abständen ein Ga: zugefüht ι wird. Das Gas muß dann eine solche Dicht«

jn haben, daß es in der Gesamtatmosphäre eine solch« Beschleunigung erfährt, die der Richtung der Konvek tionsströmung nichi entgegengesetzt ist. da sonst di< Konvektionsströmung abgebremst oder gar aufgeho ben wird.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß de: Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß das zugeführt« Gas ein Inertgas enthält.

Besonders geeignet sind zur Durchführung de: Verfahrens gemäß der Erfindung Inertgase. Ein Vortei

⁴" liegt hierbei darin, daß zwischen einem solchen Gas unc den anderen Gasen der Atmosphäre keine chemisch« Reaktion eintritt. Ferner werden Geräte oder Apparate die sich in dem Raum befinden, in dem die Atmosphäre eingeschlossen ist, von einem Inertgas nicht durcr

■»5 chemische Reaktion angegriffen bzw. beeinträchtigt.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß dei Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Helium verwendet wird. Helium hat eine gering« spezifische Dichte und ist das preislich günstigst«

ν Inertgas, so daß es sich für das erfindungsgemäß« Verfahren besonders gut eignet.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäb dei Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß als zuzuführendes Gas Wasserdampf verwendet wird.

Eine wiederum andere Weiterbildung des Verfahren· gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß irr Sicherheitsbehälter eines Reaktors das zuzuführend« Gas der Kühlmittelleitung eines Kühlsystems zugefühn wird Diese Weiterbildung ist von besonderem Vorteil

w wenn das erfindungsgemäße Verfahren für der Sicherheitsbehälter eines Reaktors vorgesehen ist ir dessen Kühlmittelsystem molekularer Wasserstoff ent stehen kann, der beim Eintreten eines Bruches in einet Kühlmittelleitung in den Sicherheitsbehälter austritt, se kann in vorteilhafter Weise das zuzuführende Gas direkt in die Kühlmittelleitung eingespeist werden. Vor Vorteil ist hierbei, daß das Gas unmittelbar derjenigen Stelle zugeführt wird, an der der Wasserstoff in der

Itetriebsbehälter entweicht.

Fine andere Weiterbildung des Verfahrens gemalt der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß im Sicherheitsbehälter eines Reaktors das Gas über Probenent nahmeleitungen zugeführt wird. Hier besteht ein Vorteil insofern, als daß es nicht erforderlich ist. zusätzliche öffnungen in dem Sicherheitsbehälter vorzusehen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das erfindungsgemäße Verfuhren bei v.-hon bestehenden Reaktoren eingesetzt werden soll, bei denen die m Herstellung zusätzlicher Offnungen nut großen Schwierigkeiten verbunden ist.

Eine wiederum andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus. daß die Temperatur des einer Atmosphärenschicht zugefiihrten Gases höher als die Temperatur der Atmosphärenschicht ist. In Abhängigkeit von der Schichtung der Atmosphäre, in der eine lokale Gaskonzentration aufgelöst werden soii. kann miiieis dieser Weiterbildung die Störwirkung vergrößert und somit das Auflösen der ^n lokalen Gsskonzentration beschleunigt werden.

Eine noch andere Weilerbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus. daß die Temperatur des einer Atmosphärenschicht zugeführten Gases niedriger als die Temperatur der Atmosphären- y, schicht ist. In Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Atmosphärenschichtung können die entsprechenden Vorteile erzielt werden, wie sie bei der letztgenannten Weiterbildung angegeben sind.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des in Verfahrt.is gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sich der Bereich in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer ersten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer r> größeren Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich Wärme entnommen wird.

Eine weitere, besonders bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist damit ausgezeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte unterlagen ist, und daß diesem Bereich Wärme zugeführt wird.

Eine andere, bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sich der Bereich in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird in einer ersten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit geringerer Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich Wärme entnommen wird.

Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteändemng herbeigeführt wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer größeren Dichte unterlagert ist, und daß diesem Bereich Wärme zugeführt wird

Gemäß der Erfindung können, wie es durch die vier zuletzt genannten Weiterbildungen angegeben ist, die Dichteänderungen in den jeweiligen Atmosphärenschichten, die zur Herstellung eines Ungleichgewichtes erforderlich sind, statt durch Zuführen eines Gases auch durch Zuführen bzw. Entnehmen einer Wärmemenge hervorgerufen werden. Eine geringere Dichte in einem Bereich wird dann durch Erwärmen und eine größere Dichte durch Abkühlen erhalten Ein Vorteil ergibt sich bei diesen Weiterbildungen dadurch, daß es nicht erforderlich ist, in dem Raum, in dem eine Atmosphärenschichtung aufgehoben werden soll, eine mit dem äußeren in Verbindung stehenden öffnung vorzusehen.

Fs wird besonders darauf hingewiesen, daß das Verfahren gemäß der Erfindung sowohl bei weitgehend abgeschlossenen als auch bei abgeschlossenen Räumen angewendet werden kann. Unter weitgehend abgeschlossenen Räumen sind solche Räume zu verstehen, in denen sich eine Atmosphärenschichtung ausbilden kann. So ist beispielsweise ein Schacht, der oben offen ist, ein weitgehend abgeschlossener Raum, denn in einem solchen kann sich eine Atmosphärenschichtung ausbilden. Unter einen weitgehend abgeschlossenen Raum würde beispielsweise auch ein durch Wände abgegrenzter Fabrikhof fallen, denn auch hier ist es möglich, daß sich eine Atmosphärenschichtung ausbilden kann. Dies kann z. B. auftreten, wenn beim Abfuiien von Flüssiggas größere Mengen des Flüssiggases ins Freie ausströmen.

Es wird nun angenommen, daß das Verfahren gemäß der Erfindung bei einem Reaktor angewandt werden soll. Das Zuführen eines Gases in den Bereich einer Atmosphärenschicht kann ohne Schwierigkeiten von außerhalb des Sicherheitsbehälters erfolgen, wobei in der Sicherheitsbehälterwand lediglich öffnungen bzw. Rohrleitungen mit einem kleinen Querschnitt vorgesehen werden müssen. Da keine maschinellen Apparaturen erforderlich sind, ist das Verfahren gemäß der Erfindung äußerst zuverlässig. Insbesondere werden keine Elemente benötigt, die unter Umständen als Ziindquelle für den Wasserstoff wirken können, wie es bei z. B. Antriebsaggregaten für Umwälzgebläse der Fall sein kann. Als weiterer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt hinzu, daß dieses auch bei bereits bestehenden Reaktoren eingesetzt werden kann.

Aber auch dann, wenn die erforderliche Dichteänderung in den Atmosphärenschichten durch Zuführen bzw. Abführen von Wärme erfolgt, ist das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig und sicher. In einem solchen Fall ist es ausreichend, Wärmeaustauscher vorzusehen. Diese Wärmeaustauscher können von außerhalb des Sicherheitsbehälters mit einem Medium gespeist werden, welches die erwünschte Temperatur aufweist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch, wenn dieses erwünscht ist, zusammen mit innerhalb oder außerhalb des Reaktors angeordneten Rekombinatoren verwandt werden. In diesem Fall erfolgt aufgrund des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Transport von wasserstoffhaltiger Atmosphäre vom Freisetzungsort, d. h. z. B. der Bruchstelle der Primärkühlmittelleitung, zum Rekombinator.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bei dem zur Änderung der spezifischen Dichte einer Atmosphärenschicht ein Gas zugeführt wird, wird im folgenden in beispielhafter Weise im Zusammenhang mit einem Kühlmittelverluststörfall in dem Sicherheitsbehälter eines Reaktors unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben, in der schematisch ein Druckwasserreaktor im Schnitt dargestellt ist

In der Figur ist mit 13 ein Sicherheitsbehälter eines Reaktors bezeichnet. Der Innenraum des Sicherheitsbehälters ist durch Trennwände räumlich unterteilt, wodurch die Räume 2 bis 10 gebildet werden. Jeder der Räume steht mit mindestens einem benachbarten Raum durch Überströmöffnungen in Verbindung.

In den Räumen 3,5,8 und 4,7,10 sind Dampferzeuger DE angeordnet, die über Primärkühlmittelleitungen 14

mit einem Reaktor Druckbehälter HDB verbunden sind, welcher im Raum 9 angeordnet ist. Mit I ist diejenige Stelle bezeichnet, an der ein Bruch in der Primärkühlmittelleitung aufgetreten sein soll.

Es sind sich ins Innere des Sicherheitsbehälters 13 öffnende Gaszuführleilungen Il und 12 vorgesehen, leweils eine Gaszuführleitung 11 endet in den Räumen 8 und 10. Die Zufüiirleitungen 12 sind im oberen Bereich des Sicherheitsbehälters 13 angeordnet und dienen zum Einleiten von Gas in den Raum 2.

Aufgrund von Sicherheitsbehälterexperimenten ist es bekannt, daß im Langzeitbereich, d. h. nach Stunden bis Tagen, nach dem Eintreten eines Kühlmittelverluststörfalles eine thermische Atmosphärenschichtung im Sicherheitsbehälter zu erwarten ist. Dabei weist die Atmosphäre im oberen Bereich des Sicherheitsbehälters eine deutlich höhere Temperatur als die Atmosphäre im tiefer gelegenen Bereich des Sicherheitsbehälters auf. Es liegt also der Fall einer thermischen Inversion vor. Es ist auch denkbar, daß sich in Extremfällen zwischen tier unteren und der oberen Ätmospharenschicht eine wärmere Schicht ergibt. Diese wärmere Schicht hätte die Wirkung einer thermischen Sperrschicht.

Nachdem sich eine Atmosphärenschichtung ausgebildet hat, weisen die Atmosphären der einzelnen, miteinander durch Überströmöffnungen verbundenen Räume keine nennenswerten Druckunterschiede auf. Wegen der niedrigeren Temperatur der im tiefer gelegenen Bereich des Sicherheitsbehälters vorhandenen Atmosphärenschicht hat diese eine größere spezifische Dichte als die Atmosphäre der darüberliegenden wärmeren Schicht. Dies bedeutet, daß nach den Gesetzen der Physik die Atmosphäre mit der tieferen Temperatur eine entgegengesetzte »Sperrbeschleunigung« erfahren würde, wenn diese versuchte, entgegen der inversen Temperaturschichtung aufzusteigen.

Diese thermische Sperrwirkung kann überwunden werden, wenn die spezifische Dichte der tieferen Atmosphärenschicht kleiner als diejenige der höheren Atmosphärenschicht ist. Ein solcher Zustand könnte durch eine ausreichende Anreicherung mit dem beim Kühlmittelverluststörfall auftretenden Wasserstoff erreicht werden. Unter den zu erwartenden Bedingungen in Bezug auf die unterschiedliche Temperaturen der Atmosphärenschichten müßte dann in der unteren Schicht eine Wasserstoffkonzentration vorliegen, die aus sicherheitstechnischen Gründen vermieden werden sollte. Die bei Sicherheitsbetrachtungen maßgebende Grenze liegt bei 4 Vol.-% Wasserstoff, d.h. bei der unteren Brennbarkeits- bzw. Explosionsgrenze.

Gemäß der Erfindung wird im vorliegenden Beispiel die Dichte der unteren Atmosphärenschicht zumindest lokal soweit verringert, daß die thermische Sperrwirkung überwunden werden kann, so daß sich der Wasserstoff auf ein größeres Volumen verteilt, bevor die Wasserstoffkonzentration im unteren Bereich des Sicherheitsbehälters bzw. der unteren Atmosphärenschicht einen unerwünscht hohen Wert erreicht hat

Dies geschieht im vorliegenden, beispielhaften Fall gemäß der Erfindung dadurch, daß ein leichtes, vorzugsweise ein Inertgas, wie z. B. Helium in die unteren Sicherheitsbehälterräume 8 und/oder 10 einge speist wird. Dadurch wird die Dichte dieser tieferliegenden Atmosphärenschichten verringert d.h. diese Atmosphäre erhält im Vergleich zum Gesamtsystem einen mit dem erfolgenden Konzentrationsanstieg zunehmenden Auftrieb, der schließlich die thermische Sperrbeschleunigung überwinden und damit eine entsprechende Konvektion einleiten kann. Die dann auftretende Korrektion würde sich in Form einer Walze bilden, welche vorzugsweise die Räume 3, 5, 8, 9, < 10,7,4 und 2 durchströmt.

Solange eine geschichtete Atmosphäre vorliegt, wobei beispielsweise die untere Atmosphärenschicht die Räume 5 bis 10 und die obere die Räume 2 bis 4 des Sicherheitsbehälters ausfüllt, ist eine Konvektion durch

ι» die Räume 4, 3 und 2 ohne zusätzliche Maßnahmen für lange Zeil ausgeschlossen, da die thermische Schichtung stabil ist. In der unteren Atmosphärenschicht selbst kann jedoch eine Konvektionsströmung durch die Räume 7, 6, 5, 8, 9, 10 auftreten. Durch diese

π Konvektionsströmung würde aber nur eine Durchmischung innerhalb der unteren Atmosphärenschicht erfolgen, in der gerade der Wasserstoff in dem Raum to freigesetzt wird. In der unteren Atmosphärenschicht können infolgedessen lokale Wasserstoffkonzentratio-

2» nen auftreten, deren Größe den sicherheitstechnisch zulässigen Wert von 4 Voi.-% überschreitet.

Statt der Einspeisung eines leichten Inertgases wie z. B. Helium kann auch die Einspeisung von Wasserdampf in Betracht gezogen werden. Bei der Verwen-

» dung von Wasserdampf als leichtem Gas wäre es möglich, ähnlich, wie bei einer zusätzlich erwärmten Inertgaseinspeisung, die Temperaturinversion gezielt an einer Stelle zu beseitigen oder zumindest zu verringern, so daß der örtlich aufgrund des Wasserstoffes, des Wasserdampfes und/oder des Inertgases vorhandene Dichteunterschied zur Ausbildung einer entsprechenden Konvektionsströmung führen würde, wodurch eine Konvektionswalze durch die Räume 3, 5, 8, 9, 10, 7, 4 und 2 aufgebaut würde.

Die technische Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist mit keinen nennenswerten Schwierigkeiten verbunden. Wesentlich ist lediglich, daß Mittel vorgesehen sind, durch die der Atmosphäre innerhalb des Sicherheitsbehälters an vorgegebenen Stellen das erwünschte Gas zugeführt werden kann. Solche Mittel können die Rohrleitungen 11 und 12 sein, weiche mit einer sich außerhalb des Sicherheitsbehälters befindenden Gasquelle verbunden sind. Eine solche Gasquelle können Gasflaschen sein, in denen normalerweise das sich unter großem Druck stehende Gas im flüssigen Zustand befindet. Die Lagerung von solchen Gasflaschen stellt kein Problem dar, da insbesondere, wenn es sich um ein Inertgas wie z. B. Helium handelt kein Sicherheitsrisiko geschaffen wird. Die notwendigen Steuerungseinrichtungen wie Ventile, Schieber usw. können außerhalb des Sicherheitsbehälters vorgesehen werden, so daß keine besonderen sicherheitstechnischen Maßnahmen zu treffen sind.

Es kann auch in Betracht gezogen werden, ein

Inertgas wie z. B. Helium dem Kühlmittel selbst zuzusetzen, z. B. im Kühler zur Nachwärmeabfuhr oder in der Nähe der Nachkühlpumpen usw., da bei einem Kühlmittelstörfall das Gas von dem Kühlmittel an diejenige Stelle transportiert wird, an der ein Bruch in der Kühlmittelleitung aufgetreten ist

Der Zeitpunkt und die Dauer einer einmaligen oder wiederholt erfolgenden Einspeisung eines Gases können anhand der ohnehin vorgesehenen Instrumentierung zur Temperatur- und Wasserstoffkonzentrations-

Überwachung festgelegt werden.

Es kann auch in Betracht gezogen werden, die Gasquelle selbst, d. h. z. B. die Heliumflaschen innerhalb des Sicherheitsbehälters zu lagern, wobei jedoch

Il 12

MaLnaf.inen getroffen werden sollten, um beim der Wand des Sicherheitsbehälters notwendig sind. In

Auftreien eines Kühlmittelverluststörfalles eine Beschä- vielen Fällen sind jedoch bereits zu Probenahmezwek-

digung der Gasflaschen und der liinen zugeordneten ken (z.B. H, Messung) Leitungen vorhanden, welche

Ventile und Leitungen zu vermeiden. Der Vorteil den Sicherheitsbehälter durchdringen und für eine

besteht in diesem Falle darin, daß keine Durchbrüche in ί Gaseinspeisung genutzt werden könnten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in Obereinandergeschichteten Atmosphären in abgeschlossenen Räumen wie z.B. s Sicherheitsbehältern von Reaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Störung des Gleichgewichtes in den geschichteten Atmosphären eine lokale Änderung der Dichte in einem Bereich einer Atmosphärenschicht herbeige- ι ο führt wird, wodurch aufgrund der Dichteänderung diese Atmosphärenschicht lokal eine vertikal gerichtete und eine Konvektion hervorrufende Beschleunigung erfährt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die lokale Änderung der Dichte durch Zuführen eines Gases in den Bereich herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Änderung der Dichte durch Änderung dci Temperatur der Atmosphäre in dem Bereich herbeigeführt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Änderung der Dichte gleichzeitig oder aufeinanderfolgend in zwei horizontal zueinander beabstandeten Bereichen herbeigeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer ersten v> Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer z'veiten Atmosphärenschicht mit einer größeren Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die größer als die Dichte der zweiten Atmosphären- » schicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte unterlagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die kleiner als die Dichte der ersten Atmosphärenschicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer ersten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer w geringeren Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die größer als die Dichte der ersten Atmosphärenschicht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- « zeichnet, daß sich der Bereich in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer grnßereren Dichte unterlagen ist. und daß «> diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die kleiner als die Dichte der zweiten Atmosphärenschicht ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daö als Gas ein ^h"> Gasgemisch zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Gase gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend mindestens einer der Atmosphärenschichten zugeführt werden,

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Gas ein Inertgas enthält

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Helium verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als zuzuführendes Gas Wasserdampf verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Sicherheitsbehälter eines Reaktors das zuzuführende Gas der Kühlmittelleitung eines Kühlsystems zugeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Sicherheitsbehälter eines Reaktors das Gas über Proüenentnahmelei tungen zugeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis <2, dadurch gekennzeichnet, da" die Temperatur des einer Atmosphärenschicht zugeführten Gases höher als die Temperatur der Atmosphärenschicht ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des einer AtmospMrenschicht zugeführten Gases niedriger als die Temperatur der Atmosphärenschicht ist.

18. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer ersten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer größereren Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich Wärme entnommen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wir.;.?, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte unterlagen ist, und daß diesem Bereich Wärme zugeführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer ersten Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit geringerer Dichte überlagert ist, und daß diesem Bereich Wärme entnommen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer größereren Dichte unterlagert ist, und daß diesem Bereich Wärme zugeführt wird.