DE3833401A1 - Device for the elimination of hydrogen from a post-accident atmosphere of a nuclear power station - Google Patents

Device for the elimination of hydrogen from a post-accident atmosphere of a nuclear power station

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Abstract

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Description

Die Erfindung ist ein Zusatz zu Hauptanmeldung P 38 20 187.9 "Beseitigung von Wasserstoff aus einer Nachunfallatmosphäre eines Kernkraftwerks" des gleichen Anmelders mit Eingangsdatum 14.06.88 und bezieht sich auf eine Ausgestaltung der Vorrichtung.The invention is an addition to main application P 38 20 187.9 "Removal of hydrogen from an after accident atmosphere Nuclear Power Plant "by the same applicant with an entry date of 14.06.88 and relates to an embodiment of the device.

Es ist bekannt, daß ein Einsatz offener Zündquellen [vergl. SIEMENS: Wasserstoffzünder Bestell-Nr. A 19100-U822-A107 Mai 1988] in einer zündfähigen Wasserstoffatmosphäre im Sicherheitsbehälter (SB) eines Kernkraftwerks bei einem Kernschmelzunfall eine Wasserstoffdeflagration oder -detonation auslöst.It is known that the use of open ignition sources [cf. SIEMENS: hydrogen igniter Order no. A 19100-U822-A107 May 1988] in an ignitable hydrogen atmosphere in the containment (SB) of a nuclear power plant with a nuclear meltdown a hydrogen deflagration or detonation.

Zur Abschätzung der Folgen einer solchen Deflagration sei bei einem Kernschmelzunfall angenommen, daß aufgrund einer Metall-Wasser-Reaktion mit einem Teil des Reaktorkerns soviel Wasserstoff entsteht, wie mit 50% des im SB vorhandenen Luftsauerstoffs reagieren können. Nach dem Reaktordruckbehälterversagen sei der SB außer mit homogen verteilt angenommenem Wasserstoff (H₂) mit gesättigtem Wasserdampf, der einen Partialdruck von 3 bar aufweist, sowie mit der ursprünglich vorhandenen Luft gefüllt. Vernachlässigt man den H₂-Partialdruck von ca. 0,3 bar, so beträgt der Druck im SB vor einer H₂-Deflagration ca. 4 bar (3 bar H₂O-Dampf- +1 bar Luftdruck). Bei einer H₂-Deflagration baut sich aufgrund der Energiefreisetzung ein länger anhaltender (Zeitdauer <20 s) Druck auf. Eine Überschlagsrechnung für eine Deflagration, die im Sekundenbereich (2-10 s) abläuft, liefert eine Druckerhöhung um einen Faktor 2,5-3,0 im SB. Damit erreicht der Druck 10-12 bar im SB und übersteigt den Versagensdruck des SB von ca. 9,5 bar. Ein solches Überdruckversagen des SB führt aufgrund der damit verbundenen, massiven Freisetzungen radioaktiver Stoffe zu katastrophalen Folgen in der Umwelt.To estimate the consequences of such a deflagration, one of them Nuclear meltdown believed to be due to a metal-water reaction with part of the reactor core as much hydrogen is produced as can react with 50% of the atmospheric oxygen in the SB. To the failure of the reactor pressure vessel, the SB was also distributed homogeneously assumed hydrogen (H₂) with saturated water vapor, the one Has partial pressure of 3 bar, as well as with the original one Air filled. If one neglects the H₂ partial pressure of approx. 0.3 bar, so the pressure in the SB before an H₂ deflagration is approx. 4 bar (3 bar H₂O steam +1 bar air pressure). With an H₂ deflagration builds a longer lasting period of time due to the release of energy <20 s) press. A rough calculation for a deflagration that expires in the second range (2-10 s), provides a pressure increase by one Factor 2.5-3.0 in the SB. The pressure thus reaches 10-12 bar in the SB and exceeds the failure pressure of the SB of approx.9.5 bar. Such one Overpressure failure of the SB leads due to the associated massive Releases of radioactive materials have catastrophic consequences in the Environment.

Die Frage, ob Detonationen - ggf. lokal begrenzt - bei schweren Kernkraftwerksunfällen, wie z. B. Kernschmelzunfällen, im SB in Kauf genommen werden sollten, wenn der SB die letzte, intakte Barriere gegenüber der Umwelt darstellt, ist bisher nicht mit Großraumexperimenten in einem sinnvollen Volumenverhältnis zum SB sondern nur anhand von Computerrechnungen für simulierte Unfallabläufe geprüft worden. Alle derartigen Computercodes erfordern die Festlegung bestimmter Randbedingungen, die die ′unvorhersehbaren Ereignisabläufe′ - so der Fachterminus für gravierende Unfälle, gegen die Kernkraftwerke nicht ausgelegt werden - vollständig erfassen und beschreiben müssen.The question of whether detonations - possibly localized - in severe nuclear power plant accidents, such as B. meltdowns in the SB accepted should be when the SB faces the last, intact barrier representing the environment has not yet been combined with large-scale experiments  sensible volume ratio to the SB but only based on computer calculations has been tested for simulated accident processes. All of these Computer codes require the definition of certain boundary conditions, that the 'unpredictable event sequences' - so the technical term for serious accidents, not designed against the nuclear power plants become - must fully record and describe.

Hier bleibt die Frage, ob und inwieweit ein potentieller Kernschmelzunfall evtl. von den vorgedachten Ereignisablaufvorstellungen der Anwender solcher Simulationscodes abweichen kann.The question remains whether and to what extent a potential meltdown possibly from the pre-conceived event flow ideas of the users such simulation codes may differ.

Neben den Wasserstoffzündern von Siemens ist vorgeschlagen worden, H₂ mit katalytischen Oberflächenreaktionen zu beseitigen [z. B. Chakraborty, A.: Katalysationsfolie zur H₂-Beseitigung GRS-SPEKTRUM 2/88 S. 12 ff.]. Da eine Kernschmelzunfallatmosphäre in Spuren einen Großteil der chemischen Elemente und zahlreiche Verbindungen dieser Elemente enthalten wird, ist zum Stand der Technik bereits in der Hauptanmeldung P 38 20 187.9 ausgeführt, daß aufgrund einer Adsorption von als Katalysatorgifte wirkenden Spurenelementen und/oder -verbindungen auf den katalytisch wirksamen Oberflächen mit sehr großer Wahrscheinlichkeit eine Katalysatorvergiftung auftreten wird. [Römps Chemie-Lexikon 1983, 8. Auflage, sagt dazu gasförmigen Reaktanten und festem Katalysator auf S. 2054 ff. ". . . Kontaktgifte (Katalysatorgifte) sind z. B. Blausäure, Kohlenmonoxid, Schwefel- und Arsenverb. u. a. Verunreinigungen (Berndt u. Ksinsik, Chemie-Techn. 9 (1980) 63-65). Diese Substanzen müssen deshalb vor dem Einsatz eines Katalysators aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden . . . Zu den unerwünschten Katalysatorgiften gehören auch die - bes. bei erhöhter Temp. wie z. B. beim Kracken entstehenden - teerartigen Ablagerungen . . ."]. Vom Anmelder selbst liegen eigene, frühere Untersuchungen zur Chemiesorption an Metalloberflächen, einer wesentlichen Grundlage der heterogenen Katalyse vor [ Moesta, H.; J. Wiesemes: Über die optische Anregung adsorbierter Cäsium-Atome Z.f.Phys.Chem. (Ffm) 65 46 (1969) und Wiesmes, J.: Dissertation: Zur Photochemie in Adsorptionssystemen . . . Universität Bonn Juni 1971].In addition to the hydrogen igniters from Siemens, it has been proposed Eliminate H₂ with catalytic surface reactions [z. B. Chakraborty, A .: Catalyst film for H₂ removal GRS-SPECTRUM 2/88 p. 12 ff.]. Because a core meltdown atmosphere traces one Most of the chemical elements and numerous compounds of them Elements is already included in the state of the art Main application P 38 20 187.9 carried out that due to adsorption of trace elements and / or acting as catalyst poisons -connections on the catalytically active surfaces with very catalyst poisoning is very likely to occur. [Römps Chemie-Lexikon 1983, 8th edition, says gaseous reactants and solid catalyst on p. 2054 ff. "... contact poisons (catalyst poisons) are z. B. hydrocyanic acid, carbon monoxide, sulfur and arsenic verb. u. a. Impurities (Berndt and Ksinsik, Chemical Techn. 9 (1980) 63-65). These substances must therefore be used before using a catalyst be removed from the reaction mixture. . . To the unwanted Catalyst poisons also belong to the - especially at high temperatures such as e.g. B. during cracking - tar-like deposits. . . "]. From Applicants themselves have their own earlier investigations into chemisorption on metal surfaces, an essential basis of heterogeneous Catalysis before [Moesta, H .; J. Wiesemes: About optical excitation adsorbed cesium atoms Z.f.Phys.Chem. (Ffm) 65 46 (1969) and Wiesmes, J .: Dissertation: On photochemistry in adsorption systems. . . University of Bonn June 1971].

Weiterhin steigen bei hohen H₂-Umsätzen die Oberflächentemperaturen der Katalysatorfolien auf ca. 600°C [Prof. Dr. Hicken, GRS München, private Mitteilung 8.8.88] und überschreiten somit die Zündtempera­ tur eines H₂-Luftgemisches von 570°C, so daß bei entsprechender H₂- Konzentration im SB eine H₂-Deflagration und/oder -Detonation ausgelöst wird. Auch der Siemens-Wasserstoffzünder [Siemens: loc.cit.] nutzt, soweit eine katalytische Zündung vorgesehen ist, die hohen Temperaturen von Katalysatoroberflächen, um eine - allerdings unkontrollierte - H₂-Deflagration und/oder -Detonation im SB zu initiieren.Furthermore, the surface temperatures rise with high H₂ sales the catalyst foils to approx. 600 ° C [Prof. Dr. Hicken, GRS Munich, private communication 8.8.88] and thus exceed the ignition temperature  door of an H₂-air mixture of 570 ° C, so that with a corresponding H₂- Concentration in the SB triggered an H₂ deflagration and / or detonation becomes. The Siemens hydrogen igniter [Siemens: loc.cit.] Insofar as catalytic ignition is provided, uses the high Temperatures of catalyst surfaces around one - albeit uncontrolled - Initiate H₂ deflagration and / or detonation in the SB.

Nachteilig bei der Hauptanmeldung P 38 20 187.9 ist der Anstieg der Temperatur des siebartigen Wandmaterials bei höherem H₂-Umsatz. Um zu hohe Temperaturen zu vermeiden, muß gem. der Hauptanmeldung die Zündung so lange abgeschaltet werden, bis das siebartige Wandmaterial wieder abgekühlt ist. Weiterhin können die Vorrichtungen der Hauptanmeldung eine H₂-O₂-Konzentration unterhalb der Zündgrenzen mit den Zündfunken der Zündkerzen praktisch nicht beseitigen.A disadvantage of the main application P 38 20 187.9 is the increase in Temperature of the sieve-like wall material with higher H₂ sales. Around To avoid too high temperatures must acc. the main filing the Ignition is switched off until the sieve-like wall material has cooled down again. Furthermore, the devices of the main application an H₂-O₂ concentration below the ignition limits with the Practically do not remove the spark from the spark plugs.

Beispielsweise könnte sich über längere Zeiten (z. B. über Tage) eine nahezu homogen verteilte H₂-O₂-Konzentration unterhalb der Zündgrenzen im SB aufbauen, die plötzlich integral oder lokal die Zündgrenzen überschreiten und damit zündfähig werden könnte.For example, one could develop over a longer period of time (e.g. over days) almost homogeneously distributed H₂-O₂ concentration below the ignition limits build up in the SB that suddenly integrally or locally the ignition limits could exceed and thus become ignitable.

Stünde zu diesem Zeitpunkt nur eine Funkenzündung in den Vorrichtungen gem. Hauptanmeldung zur Verfügung, so könnte sich bei den dann vorliegenden Konzentrationsverhältnissen evtl. die Situation ergeben, daß die Vorrichtungen gem. Hauptanmeldung das gerade zündfähige H₂-O₂-Gemisch nicht schnell genug beseitigen könnten. Zeitweilig könnte die H₂-Verbrennungsrate etwas geringer sein als die H₂-Freisetzungsrate in den SB. Ein geringerer H₂-Umsatz in den Vorrichtungen gem. Hauptanmeldung ist mit entsprechend geringerer Energiefreisetzung verbunden, so daß die Aufheizung der Gase in den Vorrichtungen gem. Hauptanmeldung geringer ausfällt und damit die Verstärkung der vertilen, atmosphärischen Konvektion nicht im sonst auftretenden Maße stattfindet. Somit würde in dieser Situation weniger unverbranntes H₂-O₂-Gemisch an die Teilvolumina herangeführt.At this point, there would only be spark ignition in the devices acc. Main registration available, so it could be with the then existing Concentration, possibly the situation show that the devices acc. Home registration just ignitable Could not eliminate H₂-O₂ mixture quickly enough. Intermittently the H₂ burn rate could be slightly lower than the H₂ release rate in the SB. Lower H₂ sales in the devices acc. Main registration is with a correspondingly lower energy release connected so that the heating of the gases in the devices acc. Main registration is lower and thus the reinforcement of the extant, atmospheric convection not to the extent that otherwise occurs takes place. This would make the unburned less in this situation H₂-O₂ mixture introduced to the partial volumes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Hauptanmeldung P 38 20 187.9 vorgeschlagenen Vorrichtungen zur sicheren H₂-Verbrennung zu verbessern. Dazu wird die Temperatur des siebartigen Wandmaterials bei nahezu unvermindertem H₂-Umsatz durch geeignete Maßnahmen erniedrigt. Diese Temperaturerniedrigung reduziert die Anzahl der elektrischen Abschaltungen pro Zeiteinheit. The invention is based on the object in the main application P 38 20 187.9 proposed devices for safe H₂ combustion to improve. This is the temperature of the sieve-like wall material with almost undiminished H₂ sales through suitable measures degraded. This decrease in temperature reduces the number of electrical shutdowns per unit of time.  

Auch soll neben einer kurzfristigen Beseitigung eines zündfähigen H₂-O₂-Gemisches eine ebenso sichere, langfristige Beseitigung eines H₂-O₂-Gemisches unterhalb der Zündgrenzen ermöglicht werden.In addition to a short-term elimination of an ignitable H₂-O₂ mixture an equally safe, long-term removal of one H₂-O₂ mixture below the ignition limits are made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das siebartige Wandmaterial, das die entscheidende Abgrenzung der Teilvolumina gegen den übrigen Gasraum gem. Hauptanmeldung P 38 20 187.9 bildet, durch im folgenden beschriebene Maßnahmen bei gleichem H₂-Umsatz eine geringere Temperaturzunahme als die der Hauptanmeldung aufweist.This object is achieved in that the sieve-like Wall material that contrasts the crucial delimitation of the partial volumes the remaining gas space acc. Forms main application P 38 20 187.9 measures described below with the same H₂ sales a lower Temperature increase than that of the main application.

Erfindungsgemäß wird diese Temperaturerniedrigung des siebartigen Wandmaterials durch folgende, zusätzliche Maßnahmen erreicht:According to the invention, this temperature decrease of the sieve-like Wall material achieved by the following additional measures:

  • - Es wird zusätzlich ein grobmaschiger Metallkäfig im Teilvolumen eingebracht, der die bei einer H₂-Verbrennung freigesetzte Wärmeenergie zum großen Teil aufnimmt und ableitet;- There is also a coarse-meshed metal cage in the partial volume introduced that the thermal energy released in an H₂ combustion largely absorbs and derives;
  • - eine sich bei H₂-Verbrennung einstellende Naturkonvektion durch die Teilvolumina wird durch geeignete Einrichtungen wie z. B. Ventilatoren und/oder Strömungsleitbleche verstärkt; mit der verstärkten atmosphärischen Konvektion kann pro Zeiteinheit mehr Wärmeenergie abgeführt und größere Mengen H₂-O₂-Gemisch zugeführt werden;- A natural convection that occurs during H₂ combustion the sub-volumes are by suitable facilities such. B. fans and / or flow baffles reinforced; with the reinforced Atmospheric convection can do more per unit of time Dissipated thermal energy and supplied larger amounts of H₂-O₂ mixture will;
  • - die Frequenz der Zündfunken der Zündkerzen und/oder die Temperatur der heißen Oberflächen der Glühkerzen in einem oder mehreren zusammenhängenden gegen Deflagrations-(Explosions-) oder Detonationsausbreitung gesicherten Teilvolumina wird in Abhängigkeit von der Temperatur des siebartigen Wandmaterials elektronisch so gesteuert, daß mit steigender Temperatur des Wandmaterials die Frequenz der Zündfunken abnimmt und der in der Hauptanmeldung genannte Grenzwert von 2/3 der Zündtemperatur des explosiblen Gasgemisches praktisch nicht erreicht wird.- The frequency of the spark from the spark plugs and / or the temperature the hot surfaces of the glow plugs in one or more related against deflagration (explosion) or detonation spread secured partial volumes will depend electronically on the temperature of the screen-like wall material controlled so that with increasing temperature of the wall material the frequency of the ignition sparks decreases and that in the main application specified limit of 2/3 of the ignition temperature of the explosive gas mixture is practically not achieved.

Diese aufgeführten Maßnahmen erhöhen die Wärmeabfuhr aus den Vorrichtungen und/oder vergrößern den H₂-Umsatz pro Teilvolumen und Zeiteinheit.These measures listed increase the heat dissipation from the devices and / or increase the H₂ sales per partial volume and unit of time.

Die langfristige Beseitigung eines H₂-O₂-Gemisches unterhalb der Zündgrenzen erfolgt durch eine zusätzliche Ausstattung von Teilvolumina mit Glühkerzen, so daß erfindungsgemäß neben Zündkerzen auch parallel Glühkerzen in gesicherten Teilvolumina zur H₂-Beseitigung eingesetzt werden können. Eine Kombination von Zünd- und Glühkerzen in einem oder mehreren zusammenhängenden Teilvolumina erweist sich dann als beson­ ders geeignet für eine H₂-Beseitigung, wenn im SB mit unterschiedlichen Graden der H₂-Konzentration zu rechnen ist. Zündfähige H₂-O₂-Gemische lassen sich durch Funken in gesicherten Teilvolumina zünden und kurzzeitig - z. B. im Bereich einer Stunde, wie eine Überschlagsbetrachtung weiter unten zeigen wird - verbrennen. Ein im SB möglicherweise auch auftretender, langsamer Anstieg der H₂-O₂-Konzentration unterhalb der Zündgrenzen - z. B. über Tage hinweg - kann unterbrochen werden, indem das H₂-O₂-Gemisch an ständig heißen Oberflächen von z. B. Glühkerzen in gesicherten Teilvolumina permanent verbrannt wird. Die Anzahl der benötigten Glühkerzen ist bei der erfindungsgemäßen Kombination von Zünd- und Glühkerzen deutlich geringer als beim Vorschlag der Hauptanmeldung, die Zündkerzen durch Glühkerzen zu ersetzen. Eine verringerte Anzahl der benötigten Glühkerzen bedeutet eine wesentliche Einsparung an elektrischer Energie, die im Einsatzfall bereitzustellen ist. Die erfindungsgemäße Kombination von Zünd- und Glühkerzen verhindert, daß sich auch über längere Zeiten im SB ein zündfähiges H₂-O₂-Gemisch aufbauen kann.
The long-term elimination of an H₂-O₂ mixture below the ignition limits is achieved by additionally equipping partial volumes with glow plugs, so that according to the invention, in addition to spark plugs, glow plugs can also be used in parallel in secured partial volumes for H₂ elimination. A combination of spark and glow plugs in one or more contiguous partial volumes proves to be particularly suitable for H₂ removal if different degrees of H₂ concentration are to be expected in the SB. Ignitable H₂-O₂ mixtures can be ignited by sparks in secured partial volumes and briefly - e.g. B. in the area of an hour, as a rollover analysis will show below - burn. A possibly occurring in the SB, slow increase in the H₂-O₂ concentration below the ignition limits - z. B. for days - can be interrupted by the H₂-O₂ mixture on constantly hot surfaces of z. B. glow plugs are permanently burned in secured partial volumes. The number of glow plugs required in the combination of spark and glow plugs according to the invention is significantly less than in the proposal of the main application to replace the spark plugs with glow plugs. A reduced number of glow plugs required means a substantial saving in electrical energy, which must be provided in the application. The combination of spark and glow plugs according to the invention prevents an ignitable H₂-O₂ mixture from building up even over long periods in the SB.

*) Die vom Anmelder vorgeschlagene Verbrennung des H₂ in gesicherten Teilvolumina lag noch nicht zur Beurteilung vor, die Patentanmeldung erfolgte erst am 14.6.1988.*) The combustion of the H₂ proposed by the applicant in secured Partial volumes were not yet available for assessment, the patent application did not take place until 14.6.1988.

Gegenüber allen diskutierten, früheren Lösungsvorschlägen zur H₂-Beseitigung weist die H₂-Verbrennung in gesicherten Teilvolumina gem. Hauptanmeldung P 38 20 187.9 einen deutlich höheren Sicherheitsgrad auf. Teilweise läßt sich dies bereits mit folgender Literatur [Langer, G.; E. Schimetschka: Möglichkeiten der Wasserstoffbeseitigung BMU-1986-134 S. 3-1 ff.] belegen: Langer und Schimetschka bewerteten frühere, bis dahin vorgeschlagene Maßnahmen gegen H₂ im SB vor allem unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten *). Die genannten Autoren fanden als relativ beste Methode die ′gesteuerte Zündung′ von ungeschützten Glühkerzen als offene Zündquellen im SB, die z. Z. in USA in bestimmten Kernkraftwerken als Maßnahme gegen H₂ zum Einsatz kommen [Camp, A. L.: Light Water Reactor Hydrogen Manual NUREG/CR-2726, SAND 82-1 37, August 1983]. Vorteile, die bereits für eine ′gesteuerte Zündung′ mit ungeschützten Glühkerzen im SB gelten, sprechen natürlich auch für die in der Hauptanmeldung und in dieser Zusatzanmeldung genutzte ′gesteuerte Zündung′ der in Teilvolumina gesicherten Zündquellen. Daher folgt eine Zusammenstellung genereller Vorteile für eine ′gesteuerte Zündung′ der genannten Autoren [loc. cit.]:Compared to all of the earlier proposed solutions for H₂ removal discussed, the H₂ combustion in secured partial volumes acc. Main application P 38 20 187.9 has a significantly higher level of security. In part, this can already be done with the following literature [Langer, G .; E. Schimetschka: Possibilities of hydrogen elimination BMU-1986-134 pp. 3-1 ff.] Prove: Langer and Schimetschka assessed previous, previously proposed measures against H₂ in self-service, especially from a safety point of view *). The authors mentioned found the 'controlled ignition' of unprotected glow plugs as open ignition sources in the SB, the z. Currently used in the USA in certain nuclear power plants as a measure against H₂ [Camp, AL: Light Water Reactor Hydrogen Manual NUREG / CR-2726, SAND 82-1 37, August 1983]. Advantages that already apply to a 'controlled ignition' with unprotected glow plugs in the SB speak, of course, also for the 'controlled ignition' used in the main application and in this additional application of the ignition sources saved in partial volumes. Therefore, a summary of general advantages for a 'controlled ignition' by the authors mentioned [loc. cit.]:

  • - Der Containmentabschluß - Containment SB - braucht nicht aufgehoben zu werden, d. h. keine Spaltproduktverschleppung nach außen;- The containment closure - containment SB - does not need to be canceled, d. H. no carryover of fission products outward;
  • - das System ist technisch einfach, d. h.
    • - keine großen Containmentdurchdringungen,
    • - einfache Wartung und Funktionsprüfung,
    • - keine aufwendigen Entwicklungsarbeiten erforderlich,
    • - eine evtl. Nachrüstung bestehender Anlagen ist einfach;
    - The system is technically simple, ie
    • - no large containment penetrations,
    • - easy maintenance and functional testing,
    • - no complex development work required,
    • - Retrofitting existing systems is easy;
  • - es entsteht keine Gefahr bei Fehlanregungen während des Normalbetriebs, dies bedeutet auch:- There is no danger of false excitation during the Normal operation, this also means:
  • - Sehr frühes Einschalten ist möglich, d. h. keine problematische Aktivierungsstrategie;- It is possible to switch on very early, i. H. no problematic Activation strategy;
  • - sehr kurze Zeit bis zur Funktionsbereitschaft;- very short time until ready for operation;
  • - geringer Energiebedarf; Betriebsmittel müssen nicht bevorratet werden;- low energy consumption; Operating resources do not have to be kept in stock will;

und weiterhin Langer und Schimetschka [loc. cit. S. 3-7]: "Die Verlegung der erforderlichen Verkabelung innerhalb des SB bereitet keine besonderen Schwierigkeiten, da hinreichend viele Reserve-Kabeldurchführungen in der SB-Wand vorhanden sind. Auch innerhalb des SB sind genügend Kabeltrassen verfügbar."and furthermore Langer and Schimetschka [loc. cit. Pp. 3-7]: "Preparing to lay the necessary cabling within the SB no particular difficulties, since there are enough reserve cable bushings are present in the self-service wall. Even inside there are enough cable routes available at the SB. "

Über diese generellen Vorteile hinaus weist eine H₂-Verbrennung in gesicherten Teilvolumina gem. der Hauptanmeldung bzw. dieser Zusatzanmeldung als den entscheidenden Vorteil auf, daß beispielsweise bei potentiellen Kernschmelzunfällen keine großvolumige H₂-Deflagration und/oder -Detonation im SB - beabsichtigt oder unbeabsichtigt - in Kauf zu nehmen sind. Dies ist für eine Beherrschung des sicheren Einschlusses der radioaktiven Stoffe im SB bei derartigen Kernkraftwerksunfällen von entscheidender Bedeutung, da bei Einsatz der in der Hauptanmeldung P 38 20 187.9 und in dieser Zusatzanmeldung vorgeschlagenen Vorrichtungen sicherheitstechnisch relevante Einrichtungen im SB mit sehr großer Wahrscheinlichkeit nicht durch hohe Temperaturen und hohen Druck (z. B. 700°C und 10-20 bar) beansprucht werden.In addition to these general advantages, H₂ combustion has secured partial volumes acc. the main application or this additional application as the decisive advantage that, for example in case of potential meltdowns no large-volume H₂ deflagration and / or detonation in self-service - intended or unintentional - to be accepted. This is for mastering the safe Inclusion of radioactive substances in self-service in such nuclear power plant accidents of crucial importance because when using the in the main application P 38 20 187.9 and proposed in this additional application Devices relevant to safety technology in the SB with a very high probability not through high ones Temperatures and high pressure (e.g. 700 ° C and 10-20 bar) will.

Abschließend ist für eine ausgewählte Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit Funkenstrecke eine Bestimmung der H₂-Verbrennungsrate mit einer Rechnung unter vereinfachten Annahmen (Durckwasserreaktor = DWR):Finally, for a selected modification of the invention Devices with spark gap a determination of the H₂ combustion rate with a calculation under simplified assumptions (pressure water reactor = DWR):

  • - In einem DWR-SB mit einem freien Volumen V = 70 000 m³ befindet sich vor Unfallbeginn trockene Luft mit einer Temperatur t = 30°C und einem Druck p = 1 bar bei 23,3 Gew.-% O₂ und 76,7 Gew.-% N₂;- In a DWR-SB with a free volume V = 70,000 m³ there is dry air with a temperature t = 30 ° C and a pressure p = 1 bar at 23.3% by weight O₂ and 76.7% before the accident begins .-% N₂;
  • - mit der damit festgelegten O₂-Masse von 18 743 kg können maximal 2361,6 kg H₂ verbrannt werden; diese H₂-Masse entspricht einer homogenen H₂-Konzentration von max. 33,7 g H₂/m³;- With the defined O₂ mass of 18 743 kg can be a maximum 2361.6 kg of H₂ are burned; this H₂ mass corresponds a homogeneous H₂ concentration of max. 33.7 g H₂ / m³;
  • - die Summe der gegen Explosionsausbreitung gesicherten Teilvolumina sei willkürlich mit 15 m³ unterstellt; die vertikale Höhe der Teilvolumina sei 0,02 m, die Summe der Grundflächen der quaderförmig angenommenen Teilvolumina sei folglich 750,0 m²;- the sum of the partial volumes protected against the spread of explosions be arbitrarily assumed with 15 m³; the vertical height the partial volume is 0.02 m, the sum of the base areas is cuboid assumed partial volume is therefore 750.0 m²;
  • - in der SB-Atmosphäre sei eine homogene H₂-Konzentration von 10 g H₂/m³ ( 8,8% H₂ im SB) vorhanden;- In the self-service atmosphere is a homogeneous H₂ concentration of 10 g H₂ / m³ (8.8% H₂ in the SB) available;
  • - die vertikale Konvektionsgeschwindigkeit der SB-Atmosphäre betrage 0,1 m/s, es werde kontinuierlich frisches Gasgemisch mit 10 g H₂/m³ zugeführt;- The vertical convection speed of the self-service atmosphere is 0.1 m / s, fresh gas mixture is continuously added 10 g H₂ / m³ supplied;
  • - die Zündfrequenz zur H₂-Verbrennung betrage im Mittel 5 Hz;- The ignition frequency for H₂ combustion is on average 5 Hz;
  • - die Wärmeabfuhr aus den Teilvolumina sei ausreichend, so daß Abschaltungen der Zündfunken zur Abkühlung des siebartigen Wandmaterials nicht erforderlich werden.- The heat dissipation from the partial volumes is sufficient so that Switching off the ignition sparks to cool the sieve-like Wall material will not be required.

In einer Sekunde (s) füllen sich alle Teilvolumina 5 malIn a second (s) all partial volumes fill 5 times

0,1 m/s / 0,02 m = 5/s;0.1 m / s / 0.02 m = 5 / s;

mit 5 Zündungen pro s( 5 Hz) wird der H₂-Anteil in den Teilvolumina 5 mal verbrannt, d. h. 15 m³ × 10 g H₂/m³ × 5 = 750 g H₂, die pro s verbrannt werden;
pro Stunde (h) werden dann 3600 × 750 g H₂/s = 2700 kg H₂ verbrannt.with 5 ignitions per s (5 Hz), the H₂ portion in the partial volumes is burned 5 times, ie 15 m³ × 10 g H₂ / m³ × 5 = 750 g H₂, which are burned per s;
3600 × 750 g H₂ / s = 2700 kg H₂ are then burned per hour (h).

Diese vereinfachten Rechnungen zeigen, daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen diejenigen H₂-Masse, die mit dem vorhandenen O₂ der Luft im SB maximal reagieren kann, in weniger als 1 h durch Verbrennung beseitigen können.These simplified calculations show that the inventive Devices those H₂ mass that with the existing O₂ Air in the SB can react to a maximum in less than 1 h by combustion can eliminate.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Beseitigung von Wasserstoff aus einer Nachunfallatmosphäre im Sicherheitsbehälter eines Kernkraftwerks durch Verbrennung des Wasserstoffs, indem die Zündung des H₂-Luftgemisches durch elektrische Funken oder durch heiße Oberflächen in kleinen durch siebartiges Wandmaterial gegen Explosionsausbreitung geschützten Teilvolumina des Gasraumes gemäß Hauptanmeldung p 38 20 187.9 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Einrichtung innerhalb des und im Abstand zum siebartigen Wandmaterial ein grobmaschiges, mechanisch stabiles Metallgitter mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit eine Teilmenge des jeweiligen Teilvolumens umschließt.1. Device for the removal of hydrogen from an after-accident atmosphere in the safety container of a nuclear power plant by burning the hydrogen by igniting the H₂-air mixture by electrical sparks or by hot surfaces in small part-volumes of the gas space protected against explosion propagation by sieve-like wall material according to main application p 38 20 187.9 is carried out, characterized in that a coarse-mesh, mechanically stable metal grid with very good thermal conductivity encloses a partial amount of the respective partial volume as an additional device within and at a distance from the screen-like wall material. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein grobes, mechanisch stabiles Metallgitter ein oder mehrere Teilvolumina umgibt und Einrichtungen zur Verstärkung einer atmosphärischen Konvektion durch die Teilvolumina z. B. in Form von Ventilatoren und/oder Strömungsleitblechen trägt.2. Device according to claim 1, characterized in that a coarse, mechanically stable metal grid one or more partial volumes surrounds and facilities for reinforcing an atmospheric Convection through the partial volumes z. B. in the form of fans and / or Baffles carries. 3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung die Frequenz der Zündfunken und/oder die Temperatur der heißen Oberflächen von z. B. Glühkerzen umgekehrt proportional zur Temperatur des siebartigen Wandmaterials eines oder mehrerer zusammenhängender Teilvolumina regelt.3. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that an electronic control the frequency the spark and / or the temperature of the hot surfaces from Z. B. Glow plugs inversely proportional to the temperature of the sieve Wall material of one or more connected partial volumes regulates. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zusammenhängende Teilvolumina mit Grenzflächen aus siebartigem Wandmaterial eine Kombination von Zünd- und Glühkerzen enthalten.4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that one or more contiguous partial volumes a combination with interfaces made of sieve-like wall material of spark and glow plugs included.
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