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RAKTORSICHERHEITSSYSTEM ZUR BEGRENZUNG DER FOLGEN
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EINER STÖRUNG MIT EINEM VERLUST DES WÄRMETRÄGERS IN EINEM ATOMKRAFTWERK
Die Erfindung bezieht sich auf die Kernenergietechnik und betrifft besonders ein
Reaktorsicherheitssystem zur Begrenzung der Folgen einer Störung, die mit einem
Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk verbunden ist.
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Ein derartiges System dient zum Schutz der Umgebung gegen eine radioaktive
Verseuchung infolge einer Störung dem in einem mem Atomkraftwerk,beidem als Wärmeträger
sehr heißes Hochdruckwasser dient, das in einem hermetischen Strömungskreis des
Wärmeträgers eingeschlossen ist.
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Weltweit wird bei der Projektierng von Atomkraftwerken als maximale
projektierte Störung eine Störung unter Verlust des Wärmeträgers (loss of coolant
accident, LOCA) angenommen, die bei einer momentanen Zerstörung der Rohrleitung
mit
maximalem Durchmesser und einem unbehinderten Ausfließen des Wärmeträgers durch
dessen beide nden erfolgen kann. Bei Störungen unter Verlust des VJärmeträgers treten
gleichzeitig mit deausfließenden Viärmeträger in den Raum, in dem die Reaktoranlage
angeordnet ist, die während der Störung emittierten radioaktiven Spaltprodukte aus.
Im genannten Raum steigt der Druck infolge der Dampfbildung beim Aufsieden des Wärmeträgers
an., und es entsteht die Gefahr eines Austrittsder radioaktiven Spaltprodukte in
die Außenumgebung.
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Zum Vorbeugen einer radioaktiven Verseuchung der Umgebung werden
bei den Atomkraftwerken hermetische Schutzhüllen verwendet, die geeignet sind, die
während der Störung en freigesetzt/ radioaktivenSpaltprodukte zurückzuhalten.
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Derartige hermetische Schutzhallen sind für einen maximalen Druck
des bei der Störung gebildeten Dampfes berechnet. Dalbei Störungen mit einem Verlust
des wärmeträgers große Dampfmengen 4 ichDentwickeln, werden Schutzhüllen von großen
Abmessungen benötigt, die über eine hinieichende mectlanlscue festigkeit verfügen,
um der Einwirkung des Dampf-Luft-Gemisches von hohem Druck und Temperatur widerstehen
zu können. Die Errichtung solcher Schutzhüllen ist jedoch mit hohen Kapitalaufwendungen
verbunden.
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Zum Herabsetzen der Aufwendungen für die Errichtung der obenbeschriebenen
Schutzsysteme ist man bestrebt, den Druck unter der hermetischen Hülle möglichst
zu verringern.
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5 ch binde Druckverringerung läßt entweder durch die Zufuhr eines
Kühlmittels zum Kondensieren des Wasserdampfes, oder durch Teilung des gesamten
Rauminhults unter der Schutzhülle in zwei Räume mit SinrichtunSn zur Kondensation
des Wasserdampfes zwischen ihnen erreichen (s.z.3. Patentschrift der USA Nr. 3379613
).
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Im ersten Raum wird die Reaktoranlage und die Ausrüstung des Wärmeträgerkreises
untergebracht, während sich im zweiten Raum die Luft ansammelt, die aus dem ersten
Raum durch die bei der Störung hervorgerufene Druckerhöhung infolge der WasserdamSfbildung
beim Ausfluß des Wärmeträgers verdrängt wird. Zwischen diesen beiden Räumen sind
passiv!s Kondensatoren angeordnet (s. auch Patentschrift der USA Nr. 3253996 ).
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Bei einer Störung mit einem Verlust des Wärmeträgers wird der beim
Aufsieden des letzteren entwickelte Dampf mit der Luft vermischt, die den ersten
Raum vor der Störung ausfüllt, in dem dabei der Druck im Vergleich zum Luftdruck
im zweiten Raum entsprechend ansteigt. Unter der Wirkung des hierbei entstehendua
Druckgefälles gelangt das Dampf--Luft-Gemisch in den Kondensator, wo der Dampf kondensiert
wird, während die Luft in den zweiten lcaum übergeht, in welchem der Druck anzusteigen
beginnt. Als passive Dampfkondensatoren verwendet man beispielsweise Ausfrier-biskondensatoren
bzw. wassergefüllte Becken, durch deren Wasserschicht ein Durchströmen des Dampf-Luft-Gemisches
erfolgt.
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Trotz der Verwendung druckmindernder Vorrichtungen bleibt in den
obenbeschriebenen Systemen ein Überdruck innerhalb der SchutzhülleLnoch eine längere
Leit erhalten und, da diese Schutzhülle absolut hermetischichtsein kann, ist es
praktisch unmöglich, einem Austritt der radioaktiven Spaltprodukte in die Umgebung
vorzubeugen. Damit der Pegel der radioaktiven Verseuchung den zulässigen Wert nicht
übersteigt, muß die Dichtigkeit der Schutzhülle sehr hoch sein. Um das zu erreichen,
ist gleichfalls eine große Eapitalanlage erforderlich.
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bekannt ist ein Reaktorsicherheitssystem zur Begrenzung er Folgen
einer? Störung, verbunden mit einen Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk,
enthaltend zwei häwae, wobei in einem Raum die Reaktoranlage mit dem Wärmeträgerkieis
angeordnet ist, und im zweiten haum, der mit dem ersten durch ein Ventil verbunden
ist, durch Entlüften dieses zweiten Raums dauernd ein Druck unter dem atmosphärischen
aufrechterhalten wird (s.z.B. Patentschrift der USA Nr. 3375162 ).
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Während der Störung mit einem Verlust des Wärmeträgers gelangt das
Dampf-Luft-Gemisch in den zweiten Raum, in dem ein Dampfkondensator angeordnet ist.
Dank dem Unterdruck in diesem Raum vor Lintritt der Störung und der Damp-fkonaensation
beim Uberströmen des Dampf-Luft-Gemisches während der Störung erfolgt ein entsprechender
Druckanstieg im zweiten Raum. Bei einem hinreichencjn Anfangssog im
zweiten
Raum kann auch im ersten haum ein Unterdruck entstehen. Ein derartiges System fordert
jedoch sehr hohe Investitionen zum Errichten des erwähnten zweigen Raumes <>
sowie. zumSchaffen und Aufrechterhalten/in diesem während der gesamten Betriebsperiode<eines
im Vergleich zum atmosphärischen tieferen Drucks.
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Bekannt ist auch einReaktorsicherheitssystem zur Begren-<zung
der Folgen einer <>Störung, verbunden mit einemVerlustdes Wärmeträgers in
einem Atomkraftwerk, enthaltend einen ersten Raum, in dem die Reaktoranlage angeordnet
ist, und der mit einem zweiten xcum verbunden ist, der seinerseits zum Sammeln der
Luft dient, die aus-dem ersten Raum bei einem Druckanstieg in ihm während der Störung
infolge eines Verlusts des Wärmeträgers verdrängt wird (s.z.C. Patentschrift der
BDR Nr.2525119).
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Zwischen diesen beiden Räumen ist ein passiver Dampfen kondensator
für beim Aufsieden des Wärmeträgers entstehenden Dampf angeordnet. Der erste und
zweite Raum sind miteinander durch einen Kanal verbunden, in dem am Eingang in den
zweiLen Raum ein Lückschlagventil angeordnet ist, das eine Rückkehr der aus dem
zweiten haum verdrängten Luft verhindert, sowie ein Dampfkondensator, der eine Durchströmvorrichtung
darstellt, die mindestens eine mit einer Sühlflüs--i.gkeit gefüllte Rinne und ein
darüber angeordnetes Gehäuse enthält, dessen Wandung Kanäle zum Eintritt des Dampf-Luft-
-Gemisches
bilden. Das Gehäuse ist am Ausgangsteil mit dem hückschlagventil verbunden. Um nach
dem Beheben der Störung den erforderlichen Unterdruck erzeugen zu können, ist im
ersten Raum eine aktive Sprinklervorrichtung eingebaut, die nach dem Austrittdes
l';ärmeträers in den ersten Raum und dem Wiederherstellen der Energieversorgung
eingeschaltet- und nach dem Kondensieren der gesamten entwickelten Dampfmenge wieder
ausgeschaltet wird. Die Betriebssicherheit eines dervö lig artigen Systems hangt
jedochivon der Betriebssicherheit des am Eingang in den zweiten Raum angeordneten
Xuckschlagventils ab. Das Rückschlagventil bildet eineaktivwirkende Vorrichtung,
da es bewegliche Teile enthält. Eine Bewegungsstörung dieser Teile infolge irgendeiner
Beschädigung, beziehungsweise dadurch, daß ein Fremdkörper hineingelangt,kann zu
einem Versagen des Rückschlagventils führen, so daß die Luft aus dem zweiten haum
in den ersten zurückkehren- und den bruck in diesem über deui atmosphärischen Pegel
erhöhen wir.
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In diesem Falle wird im ersten Raum kein Unterdruck entstehen, eine
längere Zeit nach der Störung wird in ihm ein über dem atmosphärischen huherer Druck
erhalten, und durch die Undichtigkeiten der Wandung des Raumes, der die hermetische
Schutzverkleidung darstellt, wird ein Ausströmen der radioaktiven Spaltprodukte
in die Umgebung erfolgen.
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Es wurde ein System zur Begrenzung der Folgen einer Störung, verbunden
mit einem Verlust des Wärmeträgers auf einem Atomkraftwerk, enthaltend einen ersten
Raum, in dem
eine Reaktoranlage und eine aktive Sprinklervorrichtung
zum Kondensieren<nach der Störung> des beim Autsieden des Wärmeträgersigebildeten
Wasserdampfs untergebracht sind und aus dem die Luft bei einem Druckanstieg in ihm
infolge der Störung durch in seiner Wandung vorgesehene Öffnungen in eine Zwischenkammer
verdrängt wird, und weiter durch die Eingangsöffnungen der Kanäle und deren Ausgangsöffnungen
in eine beckenartige Kondensationseinrichtung zum Eondensieren des bei der Störung
gebildeten Wasserdampfs strömt, die im zweiten Raum untergebracht ist (s.z.B. Patentschrift
der USA, Nr. 3668069 ).
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Im genannten System sind die in der wandung des ersten Raumes vorgesehenen
dffnungen im oberen Teil dieser Wandung ausgeführt und gleictlmäßig über ihren Umfang
verteilt. Infolgedessen wird unabhängig davon, in welchem Teil der Reaktoranlage
die Störung eintrat, der dabei sich entwickelte Dampf in die Zwischenkammel durch
diejenigen Öffnungen gelangen, die zum beschädigten Teil der Reaktoranlage am nächsten
liegen, wobei die Verdrängung der Luft aus dem ersten Raum in den zweiten minimal
sein wird. Falls nach dem Einschalten der aktiven Sprinklervorrichtung im ersten
Raum der Druck unter den Druck im Zweiten Raum absinkt, dann wild das Wasser aus
den Kanälen verdrängt und die Luft kehrt aus dem zweiten Raum in den ersten zurtck.
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In einem derartigen System bleibt im ersten Raum eine längere
Zeit
nach der Störung ein Druck über dem atmosphärischen erhalten, so daß durch die in
der hermetischen Hülle praktisch vorhandenen Undichtigkeiten ein Ausströmen der
radioaktiven Spaltprodukte in die Umgebung erfolgen wird.
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Der vorliegenden erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reaktorsicherheitssystem
zur Begrenzung der Folgen einer Störung, verbunden> <>mlt einem Verlust
des Wärme trägers in einem Atomkraftwerk zu schaffen, dessen konstruktive Ausführung
die Möglichkeit bietet, einem Ausströmen der radioaktiven Spaltprodukte in den Außenraum
bei einer Störung vorzubeugen, u.zw. durch Erzeugung eines Unterdrucks im ersten
Raum, m dem die Reaktoranlage angeordnet ist, und welches ein Aufrechterhalten dieses
Unterdrucks eine langere Zeit h m durcxl zewährleistet, ferner eine schnellstmögliche
Erzeugung des genannten Unterdrucks im ersten Raum durch eine möglichst vollständige
Luftverdrängung aus dem ersten Raum in den zweiten und ein Kondensieren des bei
der Störung sich entwickelten Dampfes noch vor der Wiederherstellung; der Energieversorgung
in dem Atomkraftwerk und dem Arbeitsbeginn dei aktiven Sprinklervorrichtung.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im System für die ung Begrenz/der
Folgen einer Störung, verbunden mit einem Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk,
enthaltend einen ersten Raum, in dem eine heaktoranlage und eine aktive Sprinklervorrichtung
zum Kondensieren des Wasserdampfs nach der Störung unergebracht sind, der beim Aufsieden
des
Wärmeträgers entsteht, und aus dem die Luft bei einem Druckanstieg
in diesem Raum infolge der Störung durch bffnungen in seiner Wandung in eine Zwischenkammer
verdrängt wird, und weiter durch die Eingangsöffnungen der Kanäle und deren Ausgangsöffnun6en
in eine bectenartige Vorrichtung zum Kondensieren des Wasserdampfs strömt, der während
der Störung gebildet wird, die im zweiten Raum angeordnet isb-, erfindungsgemäß
die in der Wandung des ersten Raumes vorhandenen Offnungen sind in unmittelbarer
Nahe des Boden des ersten Raumes ausgeführt und voneinander am angeordnet sind Umfang
seiner Wandung maximal entfernt; wodurch die Elölichkeit besteht, durch diese Öffnungen
und durch die beckenartige Kondensationseinrichtung in den zweiten Raum eine maximale
Luftmenge zu verdrängen, unabhängig davon, in welchem Abschnitt der aeaktoranlage
die Störung entstand, wobei die Länge der Kanäle so gewählt wird, daß in ihnen ein
tiasserverschluß entsteht, der einen hückstrom der Luft aus dem zweiten Raum verhindert,
die aus dem ersten Raum verdrängt wurde, wodurch ein Unterdruck im ersten Raum erzeugt
wird.
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Im System ist es vorteilhaft, eine passive Sprinklervorrichtung,
angeordnet über dem ersten Raum, vorzusehen, die mit dem letzteren verbunden ist
und unmittelbar nach der Störung ausgelöst wird, wodurch ein Kondensieren des Wasserdampfs
erfolgt, der beim Aufsieden des Wärmeträgers entsteht, noch vor der Wiederherstellung
der hnergieversorgung
und dem Arbeitsbeg inn der aktiven Sprinklervorrichtung
sowie eine überaus schnelle erzeugung eines Unterdrucks im ersten Raum.
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bie passive Sprinklervorrichtung kann ein Gefäß enthalten, das teilweise
mit Nasser gefüllt ist, ferner eine Hauptrohrleitung, die durch ein Ende mit dem
Gefäß so verbunden ist, daß in ihr ein Wasserverschluß entsteht, und ein Mittel
zum Versprengen des Wassers, das mit dem zweiten Sunde der Hauptrohrleitung verbunden
ist, und das Wasser im ersten Raum versprengt.
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Es ist vorteilhaft, in der passiven Sprinklervorrichtung ein Mittel
zur Beschleunigung ihrer Auslösung bei einer eingetretenen Störung vorzusehen.
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Das Beschleunigungsmittel der passiven oprinklervorrichtung kann
als mindestens eine Rohrleitung mit einer Drossel ausgeführt sein, die das Gefäß
mit dem ersten Raum so verbindet, daß in ihm ein l'çasserverschluß gebildet wird.
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Es ist vorteilhaft, das eine sunde der Rohrleitung ins Gefäßwasser
zu tauchen und dieses Ende mit einem Knie zu versehen, das sich über dem Wasserspiegel
erhebt, um dadurch einen Wasserverschluß zu bilden.
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Es ist vorteilhaft, daß ein Sunde der Rohrleitung über dem wasserspiegel
angeordnet und darüber eine Büchse angeordnet wird, deren Wandung teilweise im Wasser
versenkt ist, damit ein Wasserverschluß gebildet wird.
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Es ist vorteilhaft, am sunde der Sohrleitung, die im ersten Raum
untergebracht ist, ein Mittel zum Versprengen des Wassers in diesem Raum anzuordnen.
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Das Mittel zur Beschleunigung der Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung
kann in Form eines im ersten Raum untergebrachten Wärmeaustauschers ausgeführt sein,
der mit dem Wasserraum des Gefäßes durch kohrleitungen verbunden ist.
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Es ist vorteilhaft daß das Beschleunigungsmittel der Auslösung der
passiven zprinklervorrichtung eine Rohrleitung enthält, die den Luftraum des WeYäMes
mit dem ersten Raum verbindet, sowie eine Drossel, die in der Hauptrohrleitumg angeordnet
wird.
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Das Mittel zur Beschleunigung der Auslösung dei passiven Sprinklervorrichtung
kann zusätzlich einen Behälter aufweisen, angeordnet unter dem teilweise mit Wasser
gefüllten Gefäß, der als eine Bxweiterung der Hauptrohrleitung gestaltet ist.
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Im Beschleuniger der Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung
ist es vorteilhaft,einen Wasserstrahlejektor vorzusehen, verbunden durch eine Rohrleitung
mit dem Luftraum des Knies der Hauptrohrleitung7 beziehiingsweise der büchse der
Hauptrohrleitung oder des Behälters.
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Es ist vorteilhaft,den Behälter durch eine Rohrleitung mit der Zwischenkammer
zu verbinden, wobei das sunde dieser Rohrleitung innerhalb des Behälters in einem
gewissen Abstand vom Behälterboden zu verlegen ist.
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Im Besc.ileuniger der Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung
kann ein Gasstrahlejektor vorgesehen sein, eingeschaltet zwischen dem ersten Raum
und der Zwischenkammer, an dessen Saugkammer die hohrleitung des Behälters anzuschließen
ist.
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Line derartige konstruktive Ausführung des erfindungsgemäßen Systems
gev.ährleistet eine maximal schnelle Unterdruckbildung im ersten Raum bei einer
Störung mit einem Verlust des Wärmeträgers und ein vollständiges Unterbrechen des
Ausströmens in den Außenraum der bei einer Störung in den ersten Raumfreiwerdenden
radioaktiven Spaltprodukte.
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Im folgenden wisd die Erfindung anhand der Beschreibung konkreter
Beispiele ihrer Ausführung unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Big. 1 ein erfindungsgemäßes Systemzur Begrenzung der Folgen einer Störung, verbunden
mit einem Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk (im Längsschnitt); einen
Fig. 2Schnitt nach II-II auf Fig.l (auf Fig. 1 wurde zur bequemeren Beschreibung
des Systems willkürlich < in die Schnittebene II-II < die in der Wandung des
ersten Raums ausgeführte Offnunglgelegt); Fig. 3 eine erfindungsgemäße passiveSprinklervorrichtung,
einz teil des ersten Raumes und einen Teil der Zwischenkammer des Systems (im Längsschnitt);
Fig. 4 das gleiche wie auf Fig. 3, jedoch mit zwei Versprühungsmitteln des Wassers
(im Langsschnitt);
Fig. 5 eine andere Ausführungsvariante der erfindungsen
gemäßen Sprinklervorrichtung, ein/ Teil des ersten Raumes en und ei Teil der Zwischenkammer
des Systems (im Längsschnitt); Fig. 6 das gleiche wie auf Fig. 5, jedoch mit einer
anderen Ausführung des Beschleunigers der Auslösung der Sprinklervorrichtung des
erfindungsgemäßen Systems (im Längsschnitt); Fig. 7 das gleiche wie auf Fig. 3,
jedoch mit einer anderen Ausführungsvariante des beschleunigers der Auslösung der
Sprinr,le rvorric htung des erfindungsgemäßen Systems Cim Längsschnitt); Fig. 8
eine anaere Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung des erfindungsgemäßen Systems
nach Fig. 7 (im Langsschnitt); eine Fig. 9!Ausführungsvarianze der Sprinklervorrictung
nach Fig. 7 mit einem Wasserstrahlejektor (im Längsschnitt); Fig. 10 eine weitere
Ausführungsvariante der passiven Sprinklervorrichtung des erfindung sg emäßen Systems
(im Langsschnitt); Fig. 11 eine Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung des
erfindungsgemäßen Systems nach Fig. 8 (im Längs schnitt); Fig. 12 eine weitere Ausführungsvariante
der Sprinklervorrichtung des erfindungsgemäßen Systems nach Fig. 8 (im Längsschnitt);angsscSnitt);
Fig.
13 eine Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung des erfindungsgemäBen Systems
nach Fig.8 (im Längsschnitt); Fig. 14 Schaubild der Druckänderung während der Störung
im ersten Raum, im zweiten Raum und im Luftraum der passiven Sprinklervorrichtung
des erfindungsgemäßen Systems.
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Das vorliegende Reaktorsicherheitssystem zur Begrenzung <der Folgen
einer Störung > (-) , verbunden mit einem Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk
enthält einen ersten Raum 1 (Fig. 1) und einer zweiten Raum 2.
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Im Ausführungsbeispiel (Fig. 1) liegt der Raum 2 unter dem Raum 1.
Andere Varianten der gebenseitigen Anordnung des ersten und zweiten Raumes sind
aber möglich.
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Der erste Raum 1 ist in eine hermetische Schutzverkleidung (die Verkleidung
ist in der Zeichnung durch eine dickere Linie gezeigt), eingeschlossen und bildet
einen Raum, in dem die Reaktoranlage 3 mit der zugehörigen ausrüstung angeordnet
ist, und in welchem infolge einer Störung unkönnen.
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günstige Betriebsbedingungen entstehen~können. Zur Ausrüstungder
Reaktoranlage 3 gehört: der Reaktor 4, der iärmearägerKreis 5, bestehend aus einem
Dampferzeuger 6, Pumpen 7, Schieber ó, die mit dem reaktor 4 durch die Rohrleitung
9 verbunden sind.
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In der gegebenen Beschreibung ist bloß die in der Zeichnung angegebene
Ausrüstung der Reaktoranlage 3 aufgezählt. Doch st zu beachten, daß die Reaktoranlage
3 außerdem noch andere Ausrüstungen enthält, beispielsweise ene Lüftungsanlage,
die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, da sie das Wesen der vorliegenden Erfindung
nicht betrifft.
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Im ersten Raum 1 ist auch eine aktive Sprinklervorrichtung 10 zum
Kondensieren (nach der Störung) des Wasserdampfs untergebracht, der beim Aufsieden
des ausströmenden Wärmeträgers entsteht.
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Den zweiten haum 2, eingeschlossen in eine hermetische Schutzverkleidung
(diese Verkleidung ist in der Zeichnung durch eine dickere Linie hervorgehoben),
bildet ein Raum, in dem eine beckenartige Vorrichtung 11 zum Kondensieren des bei
der Störung gebildeten Wasserdampfs ist angeordnet/und in den aus dem ersten Raum
1 bei einem Druck stieg im letzteren infolge der Störung die Luft durch die dffnungen
12 verdrängt wird, die in seiner Wandung 13 vorhanden sind, durch die Zwischenkammer
14, weiser durch die Eingangsöffnungen 15 der Kanäle 16 und deren Ausgangsöffnungen
17 und schließlich durch die beckenartige Kondensationsvorrichtung 11.
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Die Öffnungen 121in der Wandung 13 des ersten Raums 1 <sind2znmittelbar
an der Grenze der Wandung 13 und des bodens 18 des ersten Raums 1 (in unmittelbarer
Nahe vom Boden 18) ausgeführt und am Umfang der Wandung 13 maximal voneinander entfernt,
was aus Fig. 2 anschaulich zu ersehen ist. Dadurch läßt sich durch die dffnun6en
12 (Fig. 1) aus dem ersten Raum 1 und durch die beckenartige Kondensationseinrichtung
11 in den zweiten Raum 2 die größte Luftmenge verdrängen, unabhängig davon, in welchem
Abschnitt der Reaktoranlage 3 die Störung eingetreten ist.
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Die Länge der Kanäle 16 wurde so gewählt, daß in ihnen ein Wasserverschluß
entsteht, der einen Rückstrom der Luft aus dem zweiten Raum 2, die aus dem ersten
Raum 1 verdrängt wurde, verhindert, wodurch im ersten Raum 1 ein Unterdruck entsteht.
Die Höhe der Kanäle 16 in Metern wird mindestens gleich dem zehnfachen Verhältniswert
der Summe der Luftvolumen des Raumes 1 und der Zwischenkammer 14 zum Luftvolumen
des Xaumes 2 ausgeführt.
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Im System ist erfindungsgemäß eine passive Sprinklervorrichtung 19
vorgesehen, angeordnet über dem ersten Raum 1, die mit dem letzteren verbunden ist
und unmittelbar nach der Störung- noch vor dem Arbeitsbeginn der aktiven Sprinklervorrichtung
10 - ausgelöst wird, wodurch eine Kondensation des Wasserdampfs erfolgt, der beim
Aufsieden des Viärmeträgers entsteht, und eine schnelle Unterdruckbildung im ersten
Raum 1 stattfindet.
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Die passive Sprinklervorrichtung 19 enthält ein Gefäß 20, das teilweise
mit Wasser 21 gefüllt ist, ferner eine Rohrleitung 22, deren ein Ende mit dem Wasserraum
des Gefäßes 20 so verbunden ist, daß darin ein Wasserverschluß gebildet wird. Für
diesen Zweck ist die Rohrleitung 22 in der gegebenen Ausführungsvariante zu einem
Knie gebogen, das sich huber den Wasserspiegel 21 erhebt. Die Vorrichtung 19 enthält
außerdem ein Versprühungsmittel 23 des Wassers 21, das mit dem zweiten Ende der
Rohrleitung 22 verbunden ist, und das Wasser in den ersten Raum 1 versprüht.
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(In der beschriebenen Ausführungsvariante auf der ist Zeichnunglein
bchr 24 mit einem an ihm angeoroneten Wasserstäuber 25 gezeigt). Dieses Mittel kann
jedoch auch auf eine beliebige andere Art, beispielsweise als eine Rinne mit einer
perforierten wandung gestaltet werden.
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Wie bereits oben erwähnt wurde, ist im ersten Baum 1 eine aktive
Sprinklervorrichtung 10 und im zweiten Raum 2 eine beckenartige Kondensationsvorrichtung
11 angeordnet.
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Die aktive Sprinklervorrichtung 10 enthält ein bohr 26 mit darauf
angeordneten Zerstäubern 27, das durch die Rohrleitung 28 mit der Pumpe 29 verbunden
ist, die das Wasser 30 an die Zerstäuber 27 direkt aus dem Behälter 31 bzw. aus
dem Pumpengesenk 22, das im boden 18 des ersten Raums 1 ausgeführt ist, ferner durch
den Wärmeaustauscher 33 und das Ionenaustauschfilter 34 zuführt. Für die Zufuhr
des Wassers 30 aus dem Becken 31 bzw. aus dem Pumpengesenk 32 sind die Ventile )5
bzw. 36 vorgesehen. Die beckenartige Ecndensationsworrichtung 11 enthält einen Behälter
37, gefüllt mit Wasser 38, in das in Ausgangskanäle 39 der Rohrleitung 40 eingetaucht
und deren Eingangsöffnungen 41 mit den Ausgansöffnungen 17 der Kanäle 16 verbunden
sind.
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Damit wurde eine Ausführun;svariante des erfindungsgemäßen Systems
zur Begrenzung der Folgen einet Störung, verbunden mit einem Verlust des wJärmeträgers
in einem Atomkraftwerk beschrieben, die die Möglichkeit bietet, den in
dem
Atomkraftwerk bei einer Störung mit einem Verlust des Wärmeträgers in der hermetischen
Schutzverkleidung entstehenden Druck herabzusetzen und einen Unterdruck in dem Raum
zu erzeugen, in welchem die Reaktoranlage angeordnet ist, und in den die größte
Menge der radioaktiven Verseuchungsprodukte im Falle einer Störung ausströmt.
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Im folgenden werden weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen
Systems gezeigt, welche eine hescnleunigung aer Dampfkondensatlon in dem ioum crmöglichen,
in detn die Reaktoranlage angeordnet ist, deren Beginn noch vor der Auslösung der
aktiven Sprinklervorrichtung gewährleistet wird, so daß eine schnelle Unterdruckerzeugung
in diesem baum erreicht werden kann.
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Für diesen Zweck ist in der passiven Sprinklervorrichtung 19 (Fig.
3) ein Beschleuniger 42 für deren Auslösung bei aer Störung vorgesehen.
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Der Beschleuniger 42 für die Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung
19 ist in Form einer Rohrleitung 43 mit einer Drossel 44 ausgeführt, die das Gefäß
20 mit dem ersten Raum 1 so verbindet, daß in diesem ein Wasserverschluß entsteht.
Für diesen Zweck ist in der gegebenen Ausführungsvariante das eine Ende der Rohrleitung
43 ins Wasser 21 des Gefäßes 20 getaucht, ist gebogen und bildet dabei ein Knie,
das sich über den Wasserspiegel 21 erhebt. Wir haben damit eine Ausführungsvariante
des Beschleunig,ers 42 der Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung
19
beschrieben, die als eine einzige kohrleitung 43 mit einer Drossel 44 gestaltet
war. Diesen Beschleunig er 42 kann man jedoch auch in Form von einigen Rohtleitungen
mit Drosseln ausführen, was zu einem erhöhten Wasserverbrauch aus dem Gefäß, zu
einer gesteigerten Intensität der Dampfkondensation im haum und zu einer schnelleren
Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung führt Auf Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante
des Beschleuniejcrs 42 der Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung 19 dargestellt,
in dem am hnde der Rohrleitung 43, die im ersten Raum 1 untergebracht ist, ein Versprühungsmittel
23 des Wassers 21 in diesem Raum 1 angeordnet ist, das als ein Rohr 45 mit auf ihm
vorgesehenen Wasserzerstäubern 46 gestaltet ist, was dank der damit durchgeführten
Zerkleinerung des wassers in feinste Tropfen und der dadurch vergrößerten Berührungsfläche
des Wassers mit dem Dampf-Luft-Gemisch im Raum 1 eine beschleunigte Dampfkondensation
im Raum 1 und entsprechend ein beschleunigtes Auslösen der Sprinklervorrichtung
19 gewährleistet.
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Im erfindungsgemäßen System in Fig. 5 ist eine andere Ausführungsvariante
der passiven Sprinklervorrichtung 19 dargestellt.
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In dieser Aus führung svariante liegt das Lnde der Rohrleitung 47,
die das Gefäß 20 mit dem ersten Raum 1 verbindet, über dem Wasserspiegel 21, und
darüber ist eine Büchse 48 angeordnet, deren Wandung teilweise im Wasser 21 eingetaucht
ist,
wodurch ein Wasserverschluß entsteht, und ein hnde der Rohrleitung 49 mit der Drossel
44, die das Gefäß 20 mit dem ersten Raum verbindet, liegt ebenfalls über dem Wasserspiegel
21, und darüber ist eine Büchse 50 angeordnet, deren Wandung teilweise im Wasser
21 einQetaucht ist, wO-durch ein Wasserverschluß entsteht.
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In der passiven Sprinklervorrichtung 19 nach Fig. 3 ist der Beschleuniger
42 (Fig. 6) der Auslösung der Sprinklervorrichtung 19 in Form eines im ersten Raum
1 angeordneten Wärmeaustauschers 51 ausgeführt, der mit dem Wasserraum des Gefäßes
20 durch die Rohrleitungen 52 und 53 verbunden ist.
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Der Beschleunig er 42 (Fig. 7) der Auslösung der passiven Sp..inklervorrichtang
19 nach Fig. 3 enthält eine Sohrleitung 54 (Fig. 7), die den Luftraum des Gefäßes
20 mit dem ersten Raum 1 verbindet, sowie eine Drossel 55, die in die Rohrleitung
22 eingebaut ist.
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Der Beschleuniger 42 (Fig. 8) der Auslösung der Sprinklervorrichtung
19 nach Fig. 7 enthält zusätzlich einen Behälter 56 (Fig. 8), angeordnet unter uem
Qetäß 20, das teilweise mit Wasser gefüllt ist, wobei dieser Behälter eine Erweiterung
dtr Rohrleitung 22 dargestellt.
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Im Beschleuniger 42 Fig. 9) der Auslösung der passiven Sprinklervorrichtung
19 nach Fig. 7 ist ein Wasserstrahlejektor 57 (Fig. 9) vorgesehen, der durch die
Rohrleitung 58 mit dem Luftraum des Knies der Rohrleitung
22 verbunden
ist. Der Ljektor 57 beschleunigt die vollstandige Füllung der Xohrleitung 22 mit
Wasser und verbessert wesentlich die Arbeit der passiven Sprinklervorrichtung 19.
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Auf Fig. 10 ist eine Ausfahrurgsvariante der passiven Sprinklervorrichtung
19 des erfindungsgemäßen Systems dargestellt, in der der Wasserverschluß in der
Rohrleitung 47 entsprechend der lionstruktion der Sprinklervorrichtung nach Fig.
5 gebildet ist, während der Beschleuniger 42 der Auslösung der Sprinklervorrichtung
19 der Konstruktion nach Fig. 9 entspricht. Doch ist in diesem, Falle der Wasserstrahlejektor
59 durch die Rohrleitung 60 mit der Büchse 48 der Rohrleitung 47 verbunden.
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Die passive Sprinklervorrichtung 19 des erfindungsgemaßen Systems,
dargestellt auf iig. 11, 12 und 13 ist analog der auf Fig. 8 dargestellten Sprinklervorrichtung
19 ausgeführt.
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Der Unterschied nach Fig. 12 besteht aarin, daß der Behälter 56 durch
die Rohrleitung 63 mit der Zvzischenkammer 14 verbunden ist. Das bunde der Rohrleitung
63 ist innerhlab des Behälters 56 in einem gewissen Abstand vom Boden 64 des Behälters
56 angeordnet.
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Der Unterschied nach Fig. 13 besteht darin, daß im Beschleuniger
42 der Auslösung der Sprinklervorrichtun 19 ein Gasstrahlejektor 65 vorgesehen ist,
der zwischen dem ersten Raum 1 und der Zwischenkammer 14 eingeschaltet
ist,
und an dessen Saugkammer die Rohrleitung 63 des Behälters 56 angeschlossen ist.
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Das Arbeitsprinzip des Systems zur Begrenzung der Folgen einer Störung,
verbunden mit einem Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk besteht im folgenden.
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Bei einem Bruch der Rohrleitung 9 (Fig. 1) der Xe.aktoranlage 3 fließt
der Wärmeträger in den ersten Raum 1 und kocht auf, wobei sich Dampf bildet, der
den Raum 1 ausfüllt. In diesem Raum steigt der Druck an (Kennlinie 66 auf Fig. 14,
wo auf der Abszissenachse die Zeit C und auf der Ordinatenachse der jeweilige Druck
P abgelegt ist), und das infolge der Vermischung des Dampfes mit der im Raum 1 (Fig.
1) vorhandenen Luft gebildete Dampf-Luft--Gemisch gelangt durch die oeffnungen 12
(Fig. 1 und 2) der Landung 13, die Zwi,chenkammer 14, die Kanäle 16 (Fig. 1) in
die beckenartige Kondensations vorrichtung 11 (Fig. 1).
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Der Dampf wird in der Kondensations vorrichtung 11 kondensiert, während
die Luft durch das Wasser strömt und den zweiten Raum 2 ausfüllt. Gleichzeitig damit
gelangt das Dampf-Luft-Gemisch aus dem Raum 1 durch die Rohrleitung 22 in den Wasserraum
des Gefäßes 20 der passiven Sprinklervorrichtung 19. Dabei wird der Dampf kondensiert,
während sich die Luft im Luftraum des Gefäßes 20 ansammelt, wodurch der Druck in
diesem Gefäß ansteigt. Der Druck im Luftraum des Gefäßes 20 steigt gemeinsam mit
dem Druckanstieg im Raum 1 an, bleibt jedoch um eine Größe vom Druck in diesem
Raum
1 tiefer, die der Höhe der Wasserschicbt über dem im Wasser eingetauchten Ende der
hohrleitung 22 entspricht.
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Da der Strömungsweg des Dampf-Luft-Gemisches aus dem kaum 1 in die
Kondensationsvozrrichtungll einen bestimmten hydraulischen widerstand aufweist,
und die Dampfentwicklung aus dem aus fließenden Wärmeträger zu Beginn der Störung
am höchsten ist, erreicht der Druck im Raum 1 einige Sekunden nach Beginn der Störung
seinen Maximalwert (Kennlinie 66 aur Fig. 14) und beginnt zu sinken, nachdem der
Dampfzustrom in den Raum 1 geringer wird, als der Verbrauch des Dampf-Luft--Gemisches
aus dem Raum 1 in die Kondensationseinrichtung 11.
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Die Druckabnahme im Raum 1 steigt infolge der Dampfkondensation an
den kalten Oberflächen Qes Raumes 1. Nachdem der Druck im Raum 1 auf einen Wert
abfiel, bei dem die Druck differenz im Luftraum des Gefäßes 20 (Kennlinie 67 auf
Fig.14) und im Raum 1 die Höhe der Flüssigkeitssäule im Wasserverschluß der hohrleitung
22 (Punkt oK auf der Kennlinie 67 auf Fig. 14) übersteigt, beginnt ein Verdrängen
des Wassers 21 aus dem Gefäß 20 in das Versprühungsmittel 23, das im Raum 1 versprüht.
Das bewirkt eine Beschleunigung des Kondensationsprozesses im haum 1 und einen Druckabfall
in diesem Raum, bis ein Unterdruck gebildet wird, da ein bedeutender Teil der diesen
Raum ausfüllenden Luft gemeinsam mit dem Dampf-Luft-Gemisch in die Kondensationseiuri¢htung
11 und in den Raum 2 hinausgetragen wirdi
Nachdem der Druck im
Raum 1 geringer als der Druck im Raum 2 (Kennlinie 68 auf Fig. 14) ist, beginnt
ein Verdrängen des Wassers aus dem Behälter 37 der Kondensationseinrichtung 11 in
die Kanäle 16, wobei ein Wasserverschluß entsteht, der einen Rückstrom in den Raum
1 und in die Zwischenkammer 14 der aus ihnen in den Raum 2 verdrängten Luft verhindert.
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Auf diese Weise läßt sich die Möglichkeit gewährleisten, einen Unterdruck
im haum 1 eine längere Zeit aufrechtzuerhalten. Für diesen Zweck wird die aktive
Sprinklervorrichtung 10 eingeschaltet, die den Dampf kondensiert, der im Laum 1
dank der llestwärmeentwicklung des laktors 4 erzeugt wildo In der auf Fig. 3 dargtstellten
Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung des erfindungsgemäßen Systems wird
die Wasserverdrängung aus dem Gefäß 20 in das Versprühungsmittel 23 zum Versprühen
des Wassers sowie der Arbeitsbeginn der passiven Sprinklervorrichtung 19 durch Herabsetzung
des Druckpegels im haum 1 mit Hilfe des Beschleunigers 42 beschleuder nigt,l in
dem Moment einwirkt, sobald die Druckdifferenz im Luftraum des Gefäßes 20 und in
der Rohrleitung 43 des Beschleunigers 1 2 zwischen der Drossel 44 und dem Wasserveischluß
die Höhe der Wassersäule im Wasserverschluß übersteigt. Das Verdrängen des Wassers
aus dem Gefäß 20 in die Rohrleitung 43 und dessen Versprühen im Raum 1 beschleunigt
die Drucksenkung in diesem Raum und das Auslösen der passiven Sprinklervorrichtung
19.
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In der auf Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung
des erfindungsgemäßen Systems wird das Versprühen des aus dem Gefäß 20 dem Raum
1 zugeführten Wassers durch den BeschleuniEr 42 mit Hilfe der Wasserzerstäuber 46
begünstit.
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In der auf Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung
des erfindungsgemäßen Systems wird der in den Raum 1 sich entwickelnde Dampf an
der Cberfläche des Wärmeaustauschers 51 kondensiert, wodurch der Druckabfall im
Raum 1 und das Auslösen der passiven Sprinklervorrichtung 19 beschleunigt wird.
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In der auf Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung
des erfindungsgemäßen Systems bleibt der Druckanstieg in der Rohrleitung 22 dank
der Wirkung der Drossel 55 vom Druckanstieg im Luftraum des Gefäßes 20 zurück. Sobald
die Druckdifferenz im Luftraum des Gefäßes 20 und im Rauminhalt der Rohrleitung
22 zwischen der Drossel 55 und dem Wasserverschluß die Höhe der Wassersäule übersteigt,
beginnt die Rohrleitung 22 sich mit Wasser zu füllen, wobei ein Saugheber entsteht,
und das Wasser beginnt zum Versprühungsmittel 23 des Wassers in den Raum 1 zu gelangen.
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In der auf Fig. 8 dargestellten Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung
des erfindungsgemäßen Systems wird der Druckanstieg im Rauminhalt der Rohrleitung
22 infolge deren Erweiterung in Form eines Behälters 56 verzögert. Dadurch
wird
das Auslösen der Sprinklervorrichtung 19 beschleunigt.
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ln der Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems, dargestellt
auf Fig. 9 und 10 beginnt nach der Wasserverdrängung aus dem Gefäß 20 in das VJasserversprühungsmittel
23 die Arbeit des Wasserstrahlejektors 57, der die Luft aus dem Rauminhalt der Rohrleitung
22 über dem Wasserversonluß absaugt, wodurch die Arbeit des Saughebers erleichtert
wird.
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Den gleichen Effekt erreicht man in der auf Fig. 11 dargestellten
Ausführungsvariante des vorliegenden Systems infolge einer Luftabsaugung aus dem
Behälter 56 mit Hilfe des Ejektors 61.
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In der nach Fig. 12 ausgeführten Variante der Sprinklervorrichtung
des vorliegenden Systemsvlnachdem eine Lewegng des Dampf-Luft-Gemisches durch die
Uffnungen 12 (Fig. 1) begonnen hat,<wirdzwischen dem haum 1 (Flg. 12) und der
Zwischenkammer 14 ein Druckgefälle entstehen. Ein entsprechendes Druckefälle wird
zwischen dem Luftraum des Gefäßes 20 und der Zwischenkammer 14 entstehen. Unter
der Wirkung dieses Druckgefälles wird das Wasser aus dem Gefäß 20 in den Behälter
56 verdrängt und aus diesem wird es durch das Wasserversprühungsmittel 23 in den
Raum 1 gelangen.
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In der auf Fig. 13 dargestellten Ausführungsvariante der Sprinklervorrichtung
des vorliegenden Systems wird ein Teil des Dampf-Luft-Gemisches aus dem Raum 1 in
die Zwischenkammer 14 durch den Gasstrahlejektor 65 gerichtet und saugt dabei die
Luft aus dem Behälter 56 ab, wodurch dessen
Füllung mit Wasser
aus dem Gefäß 20 erleichtert wird.
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Das erfindungsgemäße System zur Begrenzung der Folgen einer Störung,
verbunden mit einem Verlust des Wärmeträgers in einem Atomkraftwerk gewährleistet
eine ausreichend schnelle (etwa 3-5 Minuten nach Beginn der Störung) Unterdruckbildung
im Raum, wo die Reaktoranlage angeordnet istdem gefährlichsten hinsichtlich der
Möglichkeit einer Verpestung der Umgebung durch die radioaktiven Spaltprodukte -ohne
solche aktive Vorrichtungen wie z.B. ein Rückschlagventil zu verwenden. Infolgedessen
wird eine hohe Zuverlässigkeit der Auslösung des Systems und eine höhere Effektivität
des Schutzes der Umgebung gegen radioaktive Verseuchungen erreicht.