DE2805476C3 - Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinander geschichteten Atmosphären - Google Patents
Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinander geschichteten AtmosphärenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen 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
Ausgleichsvertrages mit der Verringerung der Konzentrationsunterschiede
abnimmt Im Falle von unterteilten Gebäuden kann dieser Ausgleichsvorgang zudem durch örtlich verringerte Querschnitte zusätzlich
erschwert sein.
Es ist bekannt, daß dw Auftreten von übereinander
geschichteten Atmosphären verhindert oder der Abbau ts 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 Durchmi·
schung werden beispielsweise Lüfter. Gebläse. Umluftanlagen oder ähnliche Geräte eingesetzt, '.'ie 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 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 geschiehtete Atmosphäre ein, bei welcher einer relativ kühlen
unteren Atmosphärenschicht eine deutlich wärmere Atmosphärenschicht überlagert ist
Um eine lokale Wasserstoffkonzentration aufzulösen, sehen die Hsher bekannten Maßnahmen den Einsatz
von Umwälzgebläsen 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 Wasserstoff z. B. durch katalytisch; Verbrennung mit
dem Sauerstoff und reduzieren somit den Wasserstoffgehalt der ihnen zugeführten Atmosphäre.
Beide Maßnahmen sind technisch aufwendig, da die Geräte Störfall-geschüttt 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 1. B. aus der
tiefliegenden Bruchöffnung freigesetzte Wasserstoff 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 Zündquelle
für die wasserstoffhaltige Atmosphäre in dem Sicherheitsbehälter wirkpn.
ters angeordnet, so ist dies in Hinblick auf sicherheitstechnische
Überlegungen von Bedeutung, da jede Durchdringung des Sicherheitsbehälters 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 Kühlmittelverluststörfall wegen der freigesetzten
Spaitprodukte 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 ersteht darin, ein
Verfahren der eingangs genannten nrt anzugeben, welches sicher und einfach durchzuführen, störunanfäl-Hg
und mit geringen Kosten verbunden ist wöbe: 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
Gpsvolumen 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
lokaie 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 e*ne lokale Dichteänderung herbeigeführt wird in einer ersten 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 andere Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß sich
der Bereich, in dem eine lokale Dichteänderune
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 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 soweit verringert, daß die
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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 ab die Dichte der ersten Aünosphärenschicht
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
Ist einer !eichten Atmosphäre eine schwere Atmosphäre überlagert, so kann eine Konvektionsströmung
dadurch hervorgerufen werden, daß nun der schweren Atmosphäre ein Gas mit einer solchen spezifischer
Dichte zugeführt wird, daß zumindest lokal im Bereich der schweren Atmosphäre eine solche spezifische
Dichte entsteht, daß entweder die Grenzschichi zwischen den beiden Atmosphärenschichten durchbrochen
wird und schweres Gas in die leichte Atmosphärenschicht strömt, oder daß zunächst unter Beibehaltung
der Atmosphärenschichtung die gesamte Atmosphäre in Drehung versetzt wird, wobei sich der Bereich
in dem das schwere Gas zugeführt wird, nach unten absenkt.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß als Gas ein
Gasgemisch zugeführt wird. In vorteilhafter Weise kann
ι "■ dabei ein solches Gasgemisch zusammengestellt werden,
daß es die für die durchzuführende Störung erwünschte besondere spezifische Dichte aufweist.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß verschiedene
Gase gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend mindestens einer der Atmosphärenschichten zugefühn
werden, in vorteilhafter Weise lassen sich hierbei mehrere Störungen vornehmen, durch die die Umschichtung
bzw. Durchmischung der Gesamtatmosphä-
-i re gefördert und beschleunigt wird. So kann beispielsweise,
wenn bereits eine Konvektionsströmung entstanden ist. diese dadurch aufrechterhalten werden, daß
fortwährend oder in zeitlichen Abständen ein Gas zugefütirt wird. Das Gas muß dann eine solche Dichte
haben, daß es in der Gesamtatmosphäre eine solche Beschleunigung erfährt, die der Richtung der Konvektionsströmung
niclit entgegengesetzt ist. da sonst die Konvektionsströmung abgebremst oder gar aufgehoben
wird.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß das zugeführte
Gas ein Inertgas enthält
Besonders geeignet sind zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung Inertgase. Ein Vorteil
liegt hierbei darin, daß zwischen einem solchen Gas und den anderen Gasen der Atmosphäre keine chemische
Reaktion eintritt Ferner werden Geräte oder Apparate,
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eingeschlossen ist, von einem Inertgas nicht durch chemische Reaktion angegriffen bzw. beeinträchtigt.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas
Helium verwendet wird. Helium hat eine geringe spezifische Dichte und ist das preislich günstigste
Inertgas, so daß es sich für das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut eignet
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß als zuzuführendes
Gas Wasserdampf verwendet wird.
Eine wiederum andere Weiterbfldung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch aasgezeichnet daß im
Sicherheitsbehälter eines Reaktors das zuzuführende Gas der Kühlmittelleitung eines Kühlsystems zugeführt
wird. Diese Weiterbildung ist von besonderem Vorteil,
wenn das erfindungsgemäße Verfahren für den Sicherheitsbehälter eines Reaktors vorgesehen ist in
dessen Kühlmittelsystem molekularer Wasserstoff entstehen kann, der beim Eintreten eines Bruches in einer
Kühlmittelleitung in den Sicherheitsbehälter austritt so kann in vorteilhafter Weise das zuzuführende Gas
direkt in die Kühlmittelleitung eingespeist werden. Von Vorteil ist hierbei, daß das Gas unmittelbar derjenigen
Stelle zugeführt wird, an der der Wasserstoff in den
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, daß im Sicherheitsbehälter
eines Reaktors das Gas Ober Probenentnahmeleitungen zugeführt wird. Hier besteht ein Vorteil 5
insofern, als daß es nicht erforderlich ist, zusätzliche öffnungen in dem Sicherheitsbehälter vorzusehen. Dies
ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das erfinCiungsgemäße Verfahren bei schon bestehenden
Reaktoren eingesetzt werden soll, bei denen die Herstellung zusätzlicher öffnungen mit großen Schwierigkeiten
verbunden ist.
Eine wiederum andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die
Temperatur des einer Atmosphärenschicht zugeführten 1 s
Gases höher als die Temperatur der Atmosphärenschicht ist. In Abhängigkeit von der Schichtung der
Atmosphäre, in der eine lokale Gaskonzentration aufgelöst werden soll, kann mittels dieser Weiterbildung
die Störwirkung vergrößert und somit das Auflösen der » lokalen Gaskonzentration beschleunigt werden.
Eine noch andere Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die
Temperatur des einer Atmosphärenschicht zugeführten Gases niedriger als die Temperatur der Atmosphären- r>
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 Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch au<.gezeicnnet,
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
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,
*»r« Λ (mnpnt
mi* olnar nerinna.
ren Dichte unterlagert 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 w 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 Dichteänderung 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.
Es 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 Abfüllen 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 Zündquelle für den Wasserstoff wirken können, wie es
bei z. B. Antriebsaggi egaten 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
ClnkArKeitchehqhere mi* pinpm Mprlilim crpcnpiQt WPr-
den, 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 Oberströmöffnungen in Verbindung.
In den Räumen 3,5,8 und 4,7,10 sind Dampferzeuger
DE angeordnet die über Primärkühlmittelleitungen 14
mit einem Reaktor-Druckbehälter RDB verbunden sind,
welcher im Raum 9 angeordnet ist. Mit 1 ist diejenige Stelle bezeichnet, an der ein Bruch in der Primärkühlmittelleitung
aufgetreten sein soll.
Es sind sich ins Innere des Sicherheitsbehälters 13 öffnende Gaszuführleitungen 11 und 12 vorgesehen.
Jeweils eine Gaszufuhrleitung 11 endet in den Räumen 8
und 10. Die Zuführleitungen 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 Fa!! einer thermischen !nvprsinn
vor. Es ist auch denkbar, daß sich in Extremfällen zwischen der unteren und der oberen Atmosphärenschicht
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 ausreichend? 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 eingespeist wird. Dadurch wird die Dichte dieser tieferliegenden
Atmosphärenschichten verringert, d.h. diese Atmosphäre erhält im Vergleich zum Gesamtsystem
einen mit dem erfolgenden Konzentralionsansrieg zunehmenden Auftrieb, der schließlich die thermische
Sperrbeschleunigung überwinden und damit eine entsprechende Konvektion einleiten kann. Die dann
auftretende Konvektion 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
to die Räume 4,3 und 2 ohne zusätzliche Maßnahmen für
lange Zeit 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
Konvektionsströmung würde aber nur eine Durchmischung innerhalb der unteren Atmosphärenschirht
erfolgen, in der gerade der Wasserstoff in dem Raum 10 freigesetzt wird. In der unteren Atmosphärenschicfit
können infolgedessen lokale Wasserstoffkonzentrationen auftreten, deren Größe den sicherheitstechnisch
zulässigen Wert von 4 Vol.-% überschreitet.
Statt der Einspeisung eines leichten Inertgases wie z. B. Helium kann auch die Einspeisung von Wasserdampf
in Betracht gezogen werden. Bei der Verwendung 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 seir. welche mit einer sich außerhalb des Sicherheitsbehälters befindenden
Gasquelle verbunden sind, hine 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
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-
Es kann auch in Betracht gezogen werden, die Gasquelle selbst, d. h. z. B. die Heliumflaschen innerhalb
des Sicherheitsbehälters zu lagern, wobei jedoch
Maßnahmen getroffen werden sollten, um beim Auftreten eines Kühlmittelverluststörfalles eine Beschädigung
der Gasflaschen und der ihnen zugeordneten Ventile und Leitungen zu vermeiden. Der Vorteil
besteht in diesem Falle darin, daß keine Durchbrürhe in
der Wand des Sicherheitsbehälters notwendig sind. In vielen Fällen sind jedoch bereits zu Probenahmezwekken
(z. B. H2-Messung) Leitungen vorhanden, welche den Sicherheitsbehälter durchdringen und für eine
Gassinspeisung genutzt werden könnten.
Claims (21)
1. Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinandergeschichteten Atmosphären
in abgeschlossenen Räumen wie z. B. 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 herbeigeführt
wird, wodurch aufgrund der Dichteänderung diese Atmosphärenschicht lokal eine vertikal gerichtete
und eine Konvektion hervorrufende Beschleunigung erfährt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- i>
zeichnet, daß die lokale Änderung der Dichte durch Zuführen eines Gases in den Bereich herbeigeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d"ß die lokale Änderung der Dichte durch
Änderung der 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
Atmosphärenschicht mit einer ersten Dichte befindet, die einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer
größeren Dichte übt/lagert ist, und daß diesem Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die
größer als die Dichte der zw iten Atmosphären- J5
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 -to
befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte unterlagen 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 geringeren Dichte überlagert ist, und daß diesem
Bereich ein Gas mit einer Dichte zugeführt wird, die größer als die Dichte der ersten Atmosphären-Schicht
ist.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Bereich in dem eine lokale Dichteänderung herbeigeführt wird, in einer zweiten
Almosphärenschicht mit einer zweiten Dichte befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit
einer größereren Dichte unterlagen ist, und daß *>o
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, daß als Gas ein
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
wenden.
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 Probenentnahmeleitungen zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Atmosphärenschicht 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 wird, in einer zweiten Atmosphärenschicht mit einer zweiten Dichte
befindet, die einer ersten Atmosphärenschicht mit einer geringeren Dichte unterlagert 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2805476A DE2805476C3 (de) | 1978-02-09 | 1978-02-09 | Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinander geschichteten Atmosphären |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2805476A DE2805476C3 (de) | 1978-02-09 | 1978-02-09 | Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinander geschichteten Atmosphären |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2805476A1 DE2805476A1 (de) | 1979-08-23 |
DE2805476B2 DE2805476B2 (de) | 1980-06-12 |
DE2805476C3 true DE2805476C3 (de) | 1981-02-26 |
Family
ID=6031540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2805476A Expired DE2805476C3 (de) | 1978-02-09 | 1978-02-09 | Verfahren zum Auflösen von lokalen Gaskonzentrationen in übereinander geschichteten Atmosphären |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2805476C3 (de) |
Families Citing this family (4)
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DE3127804A1 (de) * | 1981-07-14 | 1983-02-10 | Schweiger, W., Dr.-Ing., 8039 Puchheim | Verfahren zum vermeiden oder hemmen einer durchmischung der in einem abgeschlossenen raum vorhandenen atmosphaere mit einem sich in dem raum befindenden gasfoermigen stoff |
DE3927959A1 (de) * | 1989-08-24 | 1991-02-28 | Gemeinschaftskernkraftwerk Nec | Verfahren zur vermeidung lokaler wasserstoff-aufkonzentrationen in sicherheitsbehaeltern von reaktoren |
DE19722305C1 (de) * | 1997-05-28 | 1998-10-01 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Vorrichtung zur Kühlung und Durchmischung von Störfallatmosphären |
-
1978
- 1978-02-09 DE DE2805476A patent/DE2805476C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2805476A1 (de) | 1979-08-23 |
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