DE3143989C1

DE3143989C1 - Kernkraftwerk mit einem Sicherheitsbehaelter

Info

Publication number: DE3143989C1
Application number: DE3143989A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 6450 Hanau Heck
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1981-11-05
Filing date: 1981-11-05
Publication date: 1983-02-03
Also published as: JPS5885192A; JPH0471198B2; US4631164A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit einem Sicherheitsbehälter zum Einschluß der aktivitätsführenden Komponenten und mit einer Rekombinationseinrichtung zur gesteuerten Oxidation von freiem Wasserstoff innerhalb des Sicherheitsbehälters mit Hilfe von Leitungen, die zur Durchmischung der Gasatmosphäre in vertikaler Richtung über mindestens die halbe Höhe des Sicherheitsbehälters verlaufen, oben und unten offen sind und mit einer Fördereinrichtung für die Durchmischung der Gasatmosphäre im Sicherheitsbehälter und mit der Rekombinationseinrichtung versehen sind.

Bei dem oben genannten Kernkraftwerk nach der älteren Patentanmeldung P 30 35 103.2 sind die Leitungen als Schächte mit relativ großem Querschnitt ausgebildet und mit Heizeinrichtungen versehen, denn mit den Heizeinrichtungen soll die Gasströmung durch Kaminwirkung in Gang gesetzt werden. Die Strömungsrichtung verläuft dabei naturgemäß von unten nach oben, so daß Wasserstoff, der vorwiegend im unteren Teil der Sicherheitshülle auftritt, in den oberen Teil gefördert wird. Die Heizeinrichtungen können zugleich zur thermischen Rekombination des Wasserstoffes benutzt werden, wenn ihre Temperatur so gewählt wird, daß sie für eine Verbrennung des Wasserstoffes ausreicht.

Bei der Anordnung nach der älteren Patentanmeldung erhält man zwar die zur Durchmischung des Gasinhaltes im Sicherheitsbehälter gewünschte Gasströmung ohne bewegbare Teile. Die Gleichmäßigkeit der Wasserstoffverteilung ist aber nicht optimal, weil Gase hoher Wasserstoffkonzentration abgesaugt werden und ihre Verteilung in dem Oberteil des Sicherheitsbehälters dem Zufall überlassen bleibt. Außerdem kann die zur Rekombination erforderliche

ίο Erhitzung Rückwirkungen auf die zur Durchmischung gewünschte Gasströmung haben.

Die Erfindung geht deshalb von der Aufgabe aus, eine Verbesserung der Durchmischung der Gasatmosphäre im Sicherheitsbehälter und der Rekombinationswirkung zu erhalten.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kernkraftwerk dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Fördereinrichtung ein Ventilator ist, der Gas aus dem oberen Teil des Sicherheitsbehälters durch die Leitungen in dem unteren Teil des Sicherheitsbehälters fördert, und daß die Rekombinationseinrichtung hinter dem Ventilator im Nebenschluß zu dem Auslaß im unteren Teil des Sicherheitsbehälters angeordnet ist.

Bei der Erfindung braucht man zwar einen Ventilator mit bewegbaren Teilen, der unter Umständen gewartet werden und störfallfest sein muß. Es hat sich aber gezeigt, daß dies angesichts der nur ein Jahr betragenden Wartungsintervalle keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Wichtiger sind dagegen, daß die Förderrichtung des Ventilators mit dem Ansaugen wasserstoffarmer Gase aus dem Oberteil des Sicherheitsbehälters eine Verbesserung der Vergleichmäßigung ergibt, weil die Wasserstoffkonzentration im unteren Teil des Sicherheitsbehälters aktiv verdünnt, zum Beispiel durch größere Strömungsgeschwindigkeiten verwirbelt wird. Erst wenn der dabei aus dem unteren Teil verdrängte Wasserstoff, der über beliebige Wege in den Oberteil des Sicherheitsbehälters gelangt, dort zu einer hohen Konzentration führt, wird mit der gleichen Fördereinrichtung die Rekombinationseinrichtung beaufschlagt. Dabei ist durch die Anordnung im Nebenschluß die Möglichkeit unerwünschter Beeinflussungen der Durchmischungsströmung ausgeschlossen. Anders ausgedrückt kann die Rekombinationseinrichtung unabhängig von der für die Durchmischung gewünschten Leitungsführung ausgebildet werden. Dabei ist man auch nicht auf thermische Rekombinationseinrichtungen festgelegt. Vielmehr kann man auch katalytisch arbeitende Rekombinatoren verwenden.

Der Rekombinationseinrichtung können in vorteilhafter Weise Flammensperren vor- und nachgeschaltet sein. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung im Gegensatz zu der vorstehend erörterten Anordnung nach der älteren Anmeldung möglich, bei der solche Flammensperren die Durchmischungsströmung behindern würden.

Der Rekombinationseinrichtung kann ferner ein Wärmetaucher nachgeschaltet sein, dessen Sekundärseite in dem zum Auslaß führenden, parallel zur Rekombinationseinrichtung liegenden Teil der Leitung eingeschaltet ist. Damit wird die Temperatur der bei der Rekombination entstehenden Gase abgesenkt, zum Beispiel auf 200°, so daß keine unzulässigen Erhitzungen zu befürchten sind. Gleichzeitig wird das für die Durchmischung verwendete Gas aufgeheizt.. Es kann deshalb durch höhere Feuchtigkeitsaufnahme im unteren Teil des Reaktordruckbehälters zu einer gewünschten Trocknung beitragen.

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise so ausgebildet werden, daß die einem Ventilator zugeordnete Leitung mehrere Ansaugstellen und/oder Auslässe aufweist und daß diese mit motorbetätigten Armaturen versehen sind. Hierbei kann man lokale Wasserstoffanreicherungen gezielt bekämpfen oder aber bestimmte Belüftungsbedingungen berücksichtigen, zum Beispiel die Tatsache, daß im Inneren der Sicherheitshülle vorgesehene Betriebsräume im Normalfall von Anlagenräumen getrennt sind, in denen der Strahlungspegel höher ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der drei Figuren drei Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen für übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.

Die schematisch vereinfachte Darstellung zeigt von einem Kernkraftwerk mit einem Druckwasserreaktor den als Stahlkugel ausgeführten Sicherheitsbehälter 1, in dem die strahlenden Komponenten, insbesondere also der Primärkreis, aber auch weniger aktive Hilfsanlagen sowie Betriebsräume in bekannter Weise angeordnet sind. In dem Sicherheitsbehälter ist mindestens eine gestrichelt gezeichnete Leitung 2 vorgesehen, die in Form eines Rohres mit zum Beispiel einem Durchmesser von 200 mm ausgeführt ist. Sie verläuft aus dem oberen Bereich 3 im Inneren des Sicherheitsbehälters 1, in dem die Betriebsräume liegen, über fast den gesamten Durchmesser der Kugel in vertikaler Richtung nach unten. Der untere Bereich 4 des Sicherheitsbehälters 1 enthält die strahlenden Komponenten und den Leckwasser auffangenden Sumpf am nicht weiter dargestellten Boden des Sicherheitsbehälters 1 und ist deshalb in erster Linie durch freien Wasserstoff gefährdet

Die Leitung 2 enthält einen Ventialtor 6, dessen Förderrichtung von oben nach unten verläuft Die Förderleistung beträgt zum Beispiel 3000 m³/h.

Auf der Saugseite 7 des Ventilators 6 ist ein erster Einlaß 8 in der Kuppel des Sicherheitsbehälters 1 vorgesehen. Ein zweiter Einlaß 9 ist etwas tiefer gelegen und mit einer Drossel i0 versehen, mit der der Durchsatz in bezug auf den Einlaß 8 einzustellen ist. Die Strömungsrichtung ist durch die Pfeile 11 und 12 angedeutet.

Gemäß F i g. 1 ist am unteren Ende der Leitung 2 im Bereich 4 ein erster, oberer Auslaß 15 vorgesehen, dessen Durchsatz mit Hilfe einer Blende 16 eingestellt werden kann. Ein zweiter Auslaß 17 führt zu einer tieferen Stelle. Die Strömungsrichtung ist durch die Pfeile 18 und 19 dargestellt

In Strömungsrichtung hinter dem Ventilator 6 ist ein mit durchgezogenen Linien gezeichneter Nebenschluß zur Leitung 2 mit den Auslässen 15 und 17 mit einer Rekombinationseinrichtung 20 vorgesehen. Diese umfaßt in erster Linie einen Behälter 21 mit einer elektrischen Heizung 22. Der Rekombinationseinrichtung 20 ist eine Flammensperre 23 vorgeschaltet und eine weitere Flammensperre 24 nachgeschaltet. Zwischen der Rekombinationseinrichtung 20 und der Flammensperre 24, die praktisch einen Auslaß in den Sicherheitsbehälter 1 bildet, wie durch den Pfeil 25 dargestellt ist, liegt ein Wärmetauscher 26. Er wird auf der Primärseite von dem aus der Rekombinationseinrichtung kommenden erhitzten Gas beaufschlagt. Die Sekundärseite führt das kalte Gas der zur Durchmischung dienenden Leitung 2, das damit erwärmt wird.

Der Leitungszweig 28 mit der Rekombinationseinrichtung 20 kann in seinem Durchsatz mit Hilfe einer Blende 30 eingestellt werden, wenn die Rekombinationseinrichtung 20 gleichzeitig mit der Durchmischungsströmung betrieben wird. Das Ventil 31 ist motorbetätigt und ist während des Normalbetriebes geschlossen, um die lüftungstechnische Trennung zwischen Anlagen- und Betriebsräumen sicherzustellen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist die Rekombinationseinrichtung als katalytisch arbeitender Rekombinator 20' ausgebildet, weil der Heizeinrichtung 22 zur Katalyse dienende Stoffe in Form von edelmetallbeschichteten Tonkugeln 34 nachgeschaltet sind. Damit kann eine Verringerung der für die Rekombination erforderlichen Temperatur erreicht werden. Deshalb kann eine besondere Kühleinrichtung entfallen, so daß der Austritt durch ein motorbetätigtes Ventil 35 unmittelbar in das Innere des Sicherheitsbehälters 1 erfolgt, wie durch den Pfeil 36 angedeutet ist Eine weitere motorbetätigte Armatur 37 gestattet es, den Rekombinator mit seinem empfindlichen Katalysatormaterial 34 abzusperren und nur bei Bedarf an den Ventilator 6 anzuschließen.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist die in der Grundstruktur mit Fig.2 übereinstimmende Anordnung durch weitere Leitungen und Armaturen ergänzt. Parallel zum Ventilator 6, mit dem bis zum Ventil 31 führenden Teil der Leitung 2, ist eine Leitung 40 mit einer motorbetätigten Armatur 41 vorgesehen. Außerdem ist an dem Ventilator 6 eine weitere Auslaßleitung 42 mit einer Motorarmatur 43 angebracht, die eine Gasströmung in Richtung des Pfeiles 44 ermöglicht. Zwischen den Einlassen 8 und 9 und der Anschlußstelle 45 der Leitung 40 ist eine weitere motorbetätigte Armatur 46 vorgesehen.

Damit ist es möglich, den Ventilator auch von anderen Stellen als den Einlassen 8 und 9 zu speisen. Zum Beispiel kann nach Schließen der Armatur 46 sowie der Armatur 31 und Öffnen der Armatur 41 Gas durch die Auslässe 15 und 17 angesaugt, in den Rekombinator 20' geführt und über die Leitung 42 abgegeben werden. Die Armaturen in den einzelnen Leitungszweigen gestatten also eine Lokalisierung der Saugwirkung für einen räumlich gezielten Einsatz des Rekombinators.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 Patentansprüche:

1. Kernkraftwerk mit einem Sicherheitsbehälter zum Einschluß der aktivitätsführenden Komponenten und mit einer Rekombinationseinrichtung zur gesteuerten Oxidation von freiem Wasserstoff innerhalb des Sicherheitsbehälters mit Hilfe von Leitungen, die zur Durchmischung der Gasatmosphäre in vertikaler Richtung über mindestens die halbe Höhe des Sicherheitsbehälters verlaufen, oben und unten offen sind und mit einer Fördereinrichtung für die Durchmischung der Gasatmosphäre im Sicherheitsbehälter und mit der Rekombinationseinrichtung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung ein Ventilator (6) ist, der Gas aus dem oberen Teil (3) des Sicherheitsbehälters (1) durch die Leitungen (2) in dem unteren Teil (4) des Sicherheitsbehälters (1) fördert, und daß die Rekombinationseinrichtung (20) hinter dem Ventilator (6) im Nebenschluß (28) zu dem Auslaß (15, 17) im unteren Teil (4) des Sicherheitsbehälters (1) angeordnet ist.

2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekombinationseinrichtung (20) Flammensperren (23, 24) vor- und nachgeschaltet sind.

3. Kernkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekombinationseinrichtung (20) ein Wärmetauscher (2(S) nachgeschaltet ist, dessen Sekundärseite in dem zum Auslaß führenden, parallel zur Rekombinationseinrichtung (20) liegenden Teil der Leitung eingeschaltet ist.

4. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilator (S) zugeordnete, Leitung (2) mehrere Ansaugstellen (8, 9) und/oder Auslässe (15,17) aufweist und daß diese mit motorbetätigten Armaturen (31, 41, 43, 46) versehen sind.