DE4127313C2 - Containment eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Containment eines Kernreak­ tors mit einem inneren Sicherheitsbehälter aus Stahl und ei­ ner, diesen mit Abstand umgebenden äußeren Betonschale, wobei der Zwi­ schenraum zwischen Sicherheitsbehälter und Betonschale an seinem unteren, dem Boden zugewendeten Ende eine Verbindung zur Außenluft in Form eines Kanales durch die Be­ tonhülle und in einer bestimmten geodätischen Höhe darüber eine weitere Verbindung oder Öffnung zur Außenluft aufweist.

Die Erfindung basiert auf Verfahren zur passiven Wärmeabfuhr aus dem von einer Betonschale umgebenen Sicherheitsbehälter eines Kernreaktors, mittels welchen die z. B. bei einem Stör­ fall im Behälter entstehende Wärme zunächst mittels Wärmelei­ tung und Strahlung durch die Stahlhülle des Sicherheitsbehäl­ ters hindurch transferiert und anschließend über einen Zwi­ schenraum zwischen Stahlhülle und Betonschale mittels Luft und Naturkonvektion in diesem nach oben durch eine Öffnung in der Betonschale gefiltert an die Atmosphäre abgeführt werden soll.

Ein Containment, bestehend aus dem Stahl-Sicherheitsbehälter und der, den Sicherheitsbehälter abstützenden Betonschale, ist aus der EP 0 232 186 A2 bekannt. Die Abfuhr der Wärme mittels der den Zwischenraum durchströmenden Luft scheitert jedoch an den großen, zur Kühlung benötigten Luftmengen, die zur Abfuhr der Nachwärme an der Außenseite des Sicherheitsbehälters ent­ lang geführt werden müssen und die bei Voraussetzung eines gewissen Leckagestromes aus dem Sicherheitsbehälter nur über Filter an die Außenluft abgegeben werden können.

Dazu würden, abhängig von der Nachwärmeleistung im Druckbehäl­ ter und der zulässigen Innentemperatur, Luftmengen im Bereich zwischen ca. 50 und 800 m³/s benötigt. Die aus dem Sicher­ heitsbehälter austretenden Leckagen würden direkt in die Kühl­ luft eintreten und ohne Filterung mit dieser an die Umgebung abgegeben werden. Eine Filterung würde Filteranströmflächen von beispielsweise < 700 m² für einen Kühlluftstrom von 100 m³/s erfordern. Filterflächen dieser Größenordnung wären je­ doch nur schwer unterzubringen, so daß dieses Konzept nicht verwirklicht werden kann.

Aus der DE 35 17 632 A1 ist weiterhin ein Kernreaktor mit bio­ logischem Schild um das Druckgefäß bekannt. Dieser Schild ist unmittelbar um den eigentlichen Reaktor herum angeordnet, wo­ bei innerhalb des Schildes noch ein Trennblech in Form eines Zwischengefäßes angebracht ist. Aus geometrischen Gründen ist diese Anordnung mit den Kühlluft führenden Räumen in ihren Ab­ messungen so stark eingeschränkt, daß nur geringe Wärmemengen abgeführt werden können. Sie ist daher lediglich zur Abfuhr der Nachzerfallswärme beim Abschalten des Reaktors geeignet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat nun die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Containment der eingangs beschrie­ benen Art zu schaffen, bei welchem die z. B. bei einem Stör­ fall im Behälter entstehende Wärme zunächst mittels Wärmelei­ tung und Strahlung durch die Stahlhülle des Sicherheitsbehäl­ ters hindurch transferiert und anschließend über einen Zwi­ schenraum zwischen Stahlhülle und Betonschale mittels Luft und Naturkonvektion in diesem nach oben durch eine Öffnung in der Betonschale gefiltert an die Atmosphäre abgeführt werden kann. An dem Containment sollen keine großen Filterflächen mehr benötigt werden, damit es auch an einem Kernreaktor verwirk­ licht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin­ dung bei einem Containment der eingangs beschriebenen Art die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 ange­ führt sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Er­ findung sind in den Merkmalen der Unteransprüche zu sehen.

Die Erfindung ermöglicht nun in besonders vorteilhafter Weise durch Trennung und getrennte sowie gefilterte Abfuhr des Leck­ luftstromes eine hinreichende Wärmeabfuhr bei ausreichender Filterung des Leckluftstromes. Durch die Trennung mittels der Dichthaut, die den Stahlsicherheitsbehälter in einem gewissen Abstand umschließt, kann das sogenannte "Barrierenkonzept" voll erfüllt werden. Die Kombination von passiver Wärmeabfuhr durch die Außenluft und getrennte Abfuhr der Leckluft des Si­ cherheitsbehälters war bisher nicht bekannt. Daraus ergibt sich als besonderer Vorteil der Erfindung die Möglichkeit der Beibehaltung des "Barrierenkonzeptes", das derzeit eine Voraussetzung für die atomrechtliche Genehmigung ist. Bei passiver Wärmeabfuhr werden die zu filternden Luftmengen auf Werte in der Größenordnung der zu filternden Leckluft redu­ ziert. Dies bedeutet gegenüber der reinen Kühlluftfilterung einen Reduktionsfaktor von < 500.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im fol­ genden und anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen

die Fig. 1 den schematischen Querschnitt durch das Containment eines Kernreaktors,

die Fig. 2 bis Fig. 4 die Einzelheiten A, B und C der Fig. 1 und

die Fig. 5 die Wandung in vergrößerter Darstellung gem. Schnitt DD in der Fig. 1.

Rechnungen haben gezeigt, daß die, bei einem Störfall eines Kernreaktors abzuführende Wärme mittels Wärmeleitung und Strahlung durch die Stahlhülle des Sicherheitsbehälters in einen zwischen dieser und der Betonschale vorhandenen Zwi­ schenraum übertragen werden kann. Dabei muß davon ausgegangen werden, daß ein gewisser Leckagestrom aus dem Containment durch die Stahlhülle dringt, wodurch die im Zwischenraum strö­ mende Kühlluft kontaminiert würde. Dies bedingt jedoch eine Filterung der Kühlluft vor Abgabe an die Atmosphäre. Das we­ sentliche der Erfindung besteht nun darin, daß die ab­ zuführende Wärme in zwei Teile aufgeteilt wird:

• 1. Der innere, d. h. der der Stahlhülle zugerichtete Anteil mit der kontaminierten Leckluft wird durch einen abgetrennten Spühlluftstrom separat abgeführt, wobei ein relativ gerin­ ger Durchsatz genügt. Dieser kleinere Luftstrom mit einem geringen Wärmeanteil kann nun über Filter geleitet und ge­ gebenfalls über den Abluftkamin der Anlage an die Atmos­ phäre abgegeben werden. Der für diesen Luftstrom notwendige Unterdruck wird vorzugsweise durch den Abluftkamin der An­ lage erzeugt, an den der Luftstrom angeschlossen wird. Ebenso kann auch ein Abluftventilator eingesetzt wer­ den.
• 2. Der größere Teil wird nun durch einen weiteren, von dem ersteren abgetrennten Luftstrom aufgenommen und kann, da er nicht kontaminiert ist,, ungefiltert an die Atmosphäre gege­ ben werden. Dies bedingt natürlich eine gut wärmeleitende Trenneinrichtung zwischen den beiden Luftströmen in dem Zwischenraum zwischen Stahlhülle und Betonschale. Als sol­ che Trenneinrichtungen bieten sich evtl. mit Kühlrippen versehene Stahlschalen an, die natürlich dicht eingesetzt sein müssen.

Die Zu- und Abführöffnungen der beiden Luftströme werden in so großer, unterschiedlicher geodätischer Höhe an dem Contain­ ment angeordnet, daß sich Naturkonvektion einstellt und eine rein passive Wärmeabfuhr ermöglicht wird. Berechnungen haben auch hier gezeigt, daß dies möglich ist, ebenso daß die Wärme durch eine weitere Trennwand außerhalb der Stahlschale bei tolerierbaren Temperaturen übertragen werden kann.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen nun schematisch, wie das Contain­ ment eines Kernreaktors, z. B. das eines Druckwasserreaktors der fortgeschrittenen Generation, aufgebaut ist. Vereinfacht besteht das Re­ aktordruckgefäß 1 und Einbauten 2 umgebende Containment aus dem Stahlsicherheitsbehälter 3 und der diesen mit einem gewis­ sen Abstand umgebenden Betonschale 4. Der Zwischenraum 5 zwi­ schen beiden ist in einen inneren 6 und einen äußeren Raum bzw. Teil 7 aufgeteilt, wobei die Abtrennung mittels der dicht eingesetzten Stahlwand 8 erfolgt. Die Aufteilung erstreckt sich bei der dargestellten Ausführung nur über den unteren zy­ lindrischen Teil des Containmentes, sie kann jedoch auch den gesamten Zwischenraum 5 umfassen.

Wie die Fig. 5 vergrößert zeigt, ist die Zwischenwand 8 dicht so in den Zwischenraum 5 eingebaut, daß ein innerer, kleine­ rer Teil bzw. Raum 6 und ein äußerer, größerer Teil 7 gebil­ det wird, die beide gasdicht voneinander getrennt sind. Die als Dichthaut ausgebildete Wand 8 ist dabei an im Beton der Schale 4 verankerten Kastenträgern 9 befestigt oder angeschweißt, die der Abstützung der Stahlwand des Sicherheitsbe­ hälters 3 bei dessen Dehnung dienen. Die Zwischenwand 8 kann, wie dargestellt, gewellt sein, oder Kühlrippen tragen.

Der innere Teil 6 des Zwischenraumes ist mit am unteren Teil der Betonschale 4 gelegenen Spülluftkanälen bzw. -öffnungen 10 versehen, die ihn mit der Atmosphäre 17 durch die Betonschale 4 hindurch verbinden und nach außen hin mittels Filtern 11 verschlossen sind. Durch die Kanäle 10 wird die Spülluft 12 in den inneren Raum 6 geleitet, die Filter 11 verhindern einen eventuellen Austritt von Kontamination an die Atmosphäre 17 in umgekehrter Richtung (siehe Fig. 4). Die Spülluft 12 umspült nun die gesamte Stahlschale des Sicherheitsbehälters 3 im Teilraum 6 und führt, eventuelle Leckageströme aus diesem ab. An der Oberseite der Schale 4 wird sie dann durch Abführöff­ nungen 13 in einem Sammelraum 14 gesammelt und anschließend über weitere Filter 15 zur Aufrechterhaltung eines geringen Un­ terdruckes dem Abluftkamin 16 der Anlage zugeführt. Dieser sorgt für ausreichenden Zug, so daß in dem Raum 6 Unterdruck herrscht. Ein Rückströmen verhindert das Filter 11 am Anfang bzw. Eingang des inneren Raumes 6. Die Filter 15 können wahl­ weise so wie in der Fig. 1 dargestellt oder wie in der Fig. 2 angeordnet sein.

In den äußeren Raum 7 wird nun Kühlluft 18 zum Abführen des Hauptteiles der Wärme geleitet. Dazu ist dieser mit ebenfalls am unteren Teil der Betonschale 4 gelegenen unteren Kühlluft­ öffnungen 19 versehen. Die Kühlluft 18 tritt dann weiter oben an der Betonschale 4 durch die oberen Luftaustrittsöffnungen 20 wieder aus, wobei auch hier eine genügend große geodäti­ sche Höhendifferenz für ausreichenden Zug bzw. Naturkonvektion sorgt. Der abgeführte Hauptteil der Wärme wird durch Strahlung und Wärmeleitung durch die Zwischenwand 8 übertragen.

Bezugszeichenliste

1 Druckgefäß
2 Einbauten
3 Sicherheitsbehälter
4 Betonschale
5 Zwischenraum
6 innerer Teil
7 äußerer Teil
8 Zwischenwand
9 Kastenträger
10 Spüllufteintrittskanal
11 Filter
12 Spülluft
13 Abführöffnung
14 Sammelraum
15 Filter
16 Abluftkamin
17 Atmosphäre
18 Kühlluft
19 Kühlluftöffnungen
20 Luftaustrittsöffnungen

Claims (3)

1. Containment eines Kernreaktors mit einem inneren Sicherheitsbehälter aus Stahl und einer, diesen mit Abstand umgebende äußeren Betonschale, wobei der Zwischenraum zwischen Sicherheitsbehälter und Betonschale an seinem unteren, dem Boden zugewendeten Ende eine Verbindung zur Außenluft in Form eines Kanales durch die Betonhülle und in einer bestimmten geodätischen Höhe darüber eine weitere Verbindung oder Öffnung zur Außenluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (5) mittels einer wei­ teren, gasdichten und wärmeleitenden Zwischenwand (8) min­ destens teilweise um den Sicherheitsbehälter (3) herum in zwei dicht voneinander getrennte Räume (6, 7) aufge­ teilt ist, von denen der innere (6) kleinerer als der äußere (7) ist, und die beide jeweils obere Auslaßöffnungen (13, 20) in unterschiedlicher Höhe für jeden Raum (6, 7) sowie untere (10, 19) Öffnungen durch die Betonschale (4) nach außen für die Naturkonvektion von Außenluft (12, 18) aufweisen, wobei die unteren Öffnungen (10) des inneren Raumes (6) in Form von Spüllufteintrittskanälen unterhalb der unteren Öffnungen (19) des äußeren Raumes (7) an der Außenseite der Betonschale (4) gelegen und mit Filtern (11) verschlossen sind, und daß lediglich der innere Raum (6) zwischen Sicherheitsbehälter (3) und Zwischenwand (8) an seiner oberen Auslaßöffnung (13) über einen Filter (15) mit der Außenluft (17) in Ver­ bindung steht.

2. Containment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmseite des Filters (15) an der oberen Auslaßöffnungen (13) des inneren Raumes (6) zur Erzeugung von Unterdruck gegen die Atmosphäre an den Abluftkamin (16) des Kernreak­ tors oder einen Abluftventilator angeschlossen ist.

3. Containment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdichte Zwischenwand (8) aus Stahl besteht und zur Vergrößerung ihrer Oberfläche gewellt oder mit Kühl­ rippen versehen ist.