DE1142041B - Vorrichtung in der Druckschale eines Kernreaktors zur Verminderung des beim Platzen eines Teiles des Primaerkreises entstehenden Dampfdruckes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

L 34773 VIHc/21g

ANMELDETAG: 24. NOVEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

3. JANUAR 1963

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung des beim Platzen eines in einem Druckbehälter befindlichen Teiles des Primärkühlkreises eines Kernreaktors entstehenden Dampfdrucks, welche innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist und den entstehenden Dampf zur Kondensation durch kaltes Wasser leitet.

Wassergekühlte Reaktoren werden aus Sicherheitsgründen mit einer Drackschale umgeben, die so ausgelegt ist, daß beim Platzen eines Teiles des primären Kühlkreises der bei der Verdampfung des Wassers entstehende Druck aufgenommen werden kann. Aus verschiedenen Gründen bemüht man sich, die Anlage möglichst kompakt zu bauen, d. h. mit kleinen Abmessungen für die Druckschale auszukommen. Dabei wird allerdings der Auslegungsdruck der Druckschale höher als bei einer großen Druckschale. Die Folge ist, daß unter anderem die Einsparung an Baukosten durch Verringerung der Abmessungen durch Vergrößerung der Wandstärken der Druckschale wieder verlorengeht.

Es ist bereits bekannt, den sich in einer Druckschale einstellenden Druck nach Platzen eines Teiles des Primärkreises dadurch gering zu halten, daß man durch geeignete Einbauten den entstehenden Dampf zwingt, durch ein kommunizierendes System zu strömen, das mit kaltem Wasser gefüllt ist. Wenn der Dampf durch das kalte Wasser strömt, wird er zum Teil kondensieren, das Wasser wird aufgewärmt, und der sich insgesamt einstellende Druck in der Druckschale ist wesentlich geringer. Große Schwierigkeiten in der konstruktiven Auslegung einer derartigen Anlage bestehen darin, daß sichergestellt werden muß, daß der Dampf wirklich durch das Wasser perlt und daß während des Durchtritts des Dampfes eine ausreichende Herabsetzung seines Druckes bzw. eine ausreichende Kondensation eintritt. Nach den bekannten Vorschlägen drückt bei einem Reißen des Primärkievses. der in der Umgebung des Druckgefäßes oder der geplatzten Primärleitung entstehende Dampf auf den Wasserspiegel des einen Schenkels des kommunizierenden Systems. Infolge des Dampfdrucks wird dieser Wasserspiegel gesenkt, bis der tiefste Punkt des kommunizierenden Systems erreicht ist. Der Dampf kann dann auf der anderen Seite nach oben strömen, wobei er durch das Wasser hindurchperlt. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß zur Beschleunigung der Wassersäule im kommunizierenden System zuviel Zeit benötigt wird, so daß in der Zwischenzeit der Druck so hoch ansteigt, daß das System explodiert. Die Zeiten, in denen der Dampf beim Platzen des Reaktordruckgefäßes aus Vorrichtung

in der Druckschale eines Kernreaktors

zur Verminderung des beim Platzen

eines Teiles des Primärkreises

entstehenden Dampfdruckes

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Heinz Kornbichler, Walldorf (Bez. Lagen), ist als Erfinder genannt worden

diesem freigesetzt wird, liegen weit unter einer Sekunde. Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß der Dampf um die Unterkante des kommunizierenden Systems herum unter Umständen einen durchgehenden Dampfschlauch bildet, der an einer einzigen Stelle des zweiten Schenkels hochschießt, so daß nicht genügend Zeit und keine ausreichende Möglichkeit zur Kondensation vorhanden ist.

Den bisher bekannten Vorrichtungen zur Druckunterdrückung liegt die Annahme zugrunde, daß es sich um relativ kleine Unfälle handelt, bei denen sich der Druck im Reaktordruckgefäß langsam aufbaut. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird die Annahme gemacht, daß der größte Unfall darin besteht, daß der größte Stutzen des Druckgefäßes reißt. Für einen solchen Unfall läßt sich mit Hilfe des Ausflußgesetzes die aus dem Primärkreis austretende Dampfmenge berechnen und es läßt sich eine der bekannten Vorrichtungen zur Druckunterdrückung, ζ. Β. ein Röhrensystem, das den Dampf in kaltes Wasser leitet, so auslegen, daß ein bestimmter Druck in der Druckschale nicht überschritten wird. Die entscheidende Frage ist aber, welche einschränkende Annahme für den Verlauf eines Unfalls gemacht werden darf, ohne daß ein gewisses Risiko eingegangen wird. Die Annahme, daß der größte praktisch denkbare Unfall durch ein Reißen des größten Anschlußstutzens gegeben ist, kann nicht als absolut sicher angesehen werden.

Macht man hinsichtlich des Unfalls an Reaktordruckgefäßen aber keinerlei Einschränkungen mehr,

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d. h., läßt man auch ζ. Β. das Platzen einer Längsnaht zu, so vollzieht sich das Ausströmen des Inhalts des Primärkreises innerhalb weniger Millisekunden. Einem derartigen Unfall ist keines der bis heute bekanntgewordenen Konzepte der Druckunterdrückung gewachsen, denn bis diese Systeme infolge Verdrängung des Wassers zum Arbeiten kommen, ist in der Druckschale ein Druck aufgebaut, der praktisch dem Gleichgewichtsdruck ohne Vorhandensein der Druckunterdrückungsvorrichtungen entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einer Vorrichtung zur Verminderung des beim Platzen eines in einem Druckbehälter befindlichen Teiles des Primärkühlkreises eines Kernreaktors entstehenden Dampfdruckes, welche innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist und den entstehenden Dampf zur Kondensation durch kaltes Wasser leitet, oberhalb des Kernreaktors eine horizontale Trennwand angeordnet ist, welche den Druckbehälter in zwei Räume abtrennt, daß auf dieser Trennwand eine Schicht kalten Wassers mit einer freien Wasseroberfläche liegt und daß in der Trennwand öffnungen vorgesehen sind, deren Verschlüsse bei einem durch Platzen des Primärkühlkreislaufes plötzlich auftretenden großen Überdruck aufreißen, so daß der Dampf die Wasserschicht von unten nach oben durchströmt.

Die Erfindung ermöglicht die Druckunterdrückung in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit, indem eine Wasserschicht von unter einem Meter Dicke nur um wenige Zentimeter bewegt wird, um bereits eine große intensiv durchwirbelte Oberfläche von kaltem Wasser zur Kondensation des Dampfes zu schaffen. Die Öffnungen sind nur für eine Druckdifferenz ausgelegt, die dem Gewicht des darauf ruhenden Wassers entspricht. Im Unfallsfalle wirken jedoch Differenzdrücke von einigen Atmosphären und der Mechanimus der Öffnung ist nicht mehr durch die Festigkeitseigenschaften der Verschlüsse, sondern nur noch durch die Massenträgheit des darüberliegenden Wassers bestimmt. Der Öffnungsvorgang kann sich daher an den verschiedenen Verschlüssen nur geringfügig unterscheiden. Dies ist von Vorteil, weil auf diese Weise die Oberfläche des kalten Wassers noch mehr aufgerissen wird. Der besondere durch die Erfindung erzielte Vorteil liegt darin, daß der Dampf nicht erst Wasser in einem Schenkel eines kommunizierenden Gefäßes verdrängen muß, sondern durch den Eintritt von unten in die zu durchperlende Wasserschicht ohne Umweg und Zeitverlust direkt in die Wasserschicht eindringt, in der die Kondensation erfolgt. Dies wird durch eine Vorrichtung ermöglicht, bei der der Raum, in dem sich der Primärkreis befindet, von dem übrigen Raum in der Druckschale durch eine Zwischenwand getrennt ist, und bei der in dieser Zwischenwand eine Vielzahl von Bohrungen vorgesehen sind, die z. B. durch Platzscheiben verschlossen sind. Die zu durchperlende Wasserschicht befindet sich über diesen Bohrungen, so daß beim Entstehen eines Überdrucks im Räume des Primärkreises der entstehende Dampf direkt von unten und ohne Umweg in die zu durchperlende Wasserschicht eintritt.

Die Erfindung soll an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Reaktordruckschale 1, in der sich der Siedewasserkondensator 2 und der Wärmetauscher 3 befindet. Wenn das Druckgefäß des Reaktors 2, der Wärmetauscher 3 oder die Leitungen 4 des Primärkreises aus irgendeinem Grund platzen sollten, dann verdampft ein großer Teil des im Primärkreis vorhandenen Wassers, das vorher unter Druck von etwa 70 ata stand. Der Raum 6 ist von dem Raum 5 durch eine Zwischenwand 7 getrennt. Die Zwischenwand 7 besitzt eine sehr große Anzahl von Öffnungen 8, die durch Platzscheiben od. dgl. verschlossen sind. Diese Zwischenwand kann beispielsweise wie der Rohrboden eines Wärmetauschers gebohrt werden, so daß nur relativ schmale Stege stehen bleiben. Auf jeder der Bohrungen befindet sich ein dünnes Blechplättchen. Die gesamte Anordnung ist durch einen Überzug mit einem geeigneten Lack oder einer geeigneten Kunststoffolie abgedichtet. Wenn sich im Primärkreis ein Unfall ereignet und die großen Dampfmassen nach oben schießen, treffen sie auf die Zwischenwand 7. Infolge des Überdrucks werden die Öffnungen freigemacht — im gewählten Beispiel würden die Plättchen losgerissen werden — und der Dampf wird durch viele Öffnungen eindringen und die Wasserschicht 9 durchperlen. Der Dampf kann auf der gesamten Unterfläche der Wasserschicht angreifen. Die Zwischenwand 7 selbst bietet dem hochschießenden Dampfstrom nur relativ geringen Widerstand, da die Stege sehr dünn gehalten werden und überdies gegebenenfalls durch senkrecht stehende Streben, die an der Unterkante angeschweißt sind, noch verstärkt werden können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. In der Druckschale 1 befindet sich der Reaktor 2, der von einem Betonpanzer 11 umgeben ist. Der Raum 6 ist durch die Zwischenwände 7 und den Deckel 12 von dem Raum 6 getrennt. Beim Platzen des Reaktordruckgefäßes 2 nimmt der Betonpanzer 11 und der Deckel einen Teil der Wirkung der ersten Druckwelle auf. Der entstehende Wasserdampf muß — wie an Hand der Fig. 1 erläutert wurde — die Wasserschicht 9 von unten her durchdringen. Hierbei findet die gewünschte Kondensation des Wassers statt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Vorrichtung zur Verminderung des beim Platzen eines in einem Druckbehälter befindlichen Teiles des Primärkühlkreises eines Kernreaktors entstehenden Dampfdruckes, welche innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist und den entstehenden Dampf zur Kondensation durch kaltes Wasser leitet, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Kernreaktors (2) eine horizontale Trennwand (7) angeordnet ist, welche den Druckbehälter (1) in zwei Räume (S und 6) abtrennt, daß auf dieser Trennwand (7) eine Schicht kalten Wassers (9) mit einer freien Wasseroberfläche liegt und daß in der Trennwand (7) Öffnungen (8) vorgesehen sind, deren Verschlüsse bei einem durch Platzen des Primärkühlkreislaufes plötzlich auftretenden großen Überdruck aufreißen, so daß der Dampf die Wasserschicht von unten nach oben durchströmt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: »Power«, September 1955, S. 75 bis 79.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 209 750/142 12.62