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Flutvorrichtung für den Sicherheitsbehälter eines Schiffs-Kernreaktors
Die Erfindung betrifft eine Flutvorrichtung für den Sicherheitsbehälter eines Schiffs-Kernreaktors
mit Flutöffnungen, welche bei einer zuvor festgelegten Druckdifferenz zwischen Außenwasser
und Behälterinnenraum bis zum Erreichen des Druckausgleiches öffnen. Solche Flutvorrichtungen
haben die Aufgabe, eine Beschädigung des Sicherheitsbehälters im Falle eines Schiffsunterganges
in größere Meerestiefen durch den äußeren Wasserdruck zu verhindern, damit nicht
radioaktive Substanzen aus ihm heraustreten können. Wenn die Flutöffnungen nach
erfolgtem Druckausgleich wieder schließen, wird mit Sicherheit verhindert, daß auch
über einen längeren Zeitraum keine Umschichtung des Wassers im Behälter mit dem
Außenwasser erfolgen kann.
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Die Größe der erforderlichen Flutquerschnitte ist außer von der Festigkeit
des Behälters auch von der Sinkgeschwindigkeit des Schiffes abhängig und diese wiederum
vom Schiff, seinem Belastungszustand und der Art der Havarie, die zum Untergang
führt. Eine überschlagsrechnung ergibt, daß bei Beginn der Flutung in einer Wassertiefe
von 35 m unter dem vollen Außendruck ein Strömungsquerschnitt von etwa 0,5 m2 erforderlich
wird. Flutungen bei Wassertiefen von weniger als 35 m sind unerwünscht, da in diesen
Tiefen im allgemeinen eine Bergung durch Taucher möglich ist und man die Bergung
nicht durch einen vollgelaufenen Sicherheitsbehälter erschweren will. Der vorerwähnte
erforderliche Strömungsquerschnitt von 0,5 m2 setzt voraus, daß der volle Außendruck
auf die Flutöffnungen einwirkt, und zwar entweder durch bis dahin vollständige Flutung
des umgebenden Reaktorraumes oder mittels direkter Verbindung zum Außenwasser.
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Bei der starken und vielschichtigen Umwandung des Reaktorraumes durch
eventuell noch mit einem Zwischenboden versehenen Doppelboden, durch mit besonderem
Kollisionsschutz verstärkte Außenhaut, durch mit 0,5 m starkem Beton-Sekundärschutz
versehene Seitenlängsschotte, durch lange Querkofferdämme an den Enden der Abteilung,
durch Haupt-und Poopdeck nach oben hin ist es höchst unwahrscheinlich, daß die Umwandung
bei 35 m Wasserdruck derart - wenn überhaupt - zerstört ist, daß der Raum bereits
ganz voll Wasser laufen könnte. Im Normalfall ist daher eine relativ langsame Flutung
zu erwarten. Solche langsamen Flutungen sind aber aus naheliegenden Gründen äußerst
unerwünscht.
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Um trotz der starken und vielschichtigen Umwandung des Reaktorraumes
eine schnelle Flutung zu ermöglichen, ist bereits der Vorschlag gemacht worden,
in diesen Wandungen besondere Sollbruchstellen vorzusehen. Insbesondere wurde daran
gedacht, die Decksluke mit einer solchen Sollbruchstelle zu versehen. Jede Sollbruchstelle
im Schiffskörper beeinträchtigt aber die Sicherheit des Schiffes.
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Wollte man daher die Lukenabdeckung so ausbilden, daß sie bei 30 m
Wassertiefe mit Sicherheit total zusammenbricht, müßte man sie schwächer als üblich
ausführen, so daß gegebenenfalls auch damit gerechnet werden muß, daß die Luke der
dynamischen Belastung durch den Seeschlag nicht mehr standhält. In Dingen der Sicherheit
des Schiffes sollte man aber besonders bei kernenergiegetriebenen Schiffen höchste
Ansprüche erfüllen.
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Eine weitere Schwierigkeit, den Reaktorraum »vorzufluten«, besteht
auch noch darin, daß das Flutwasser (sofern es nicht von unten her eindringen kann)
auch noch besondere Öffnungen oder Sollbruchstellen im Sekundärschutz erfordert.
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Eine direkte Flutung des Sicherheitsbehälters durch eine Verbindung
zum Außenwasser erschien bisher ebenfalls nicht praktikabel, weil die Flutkanäle
den Strahlenschutzschild und auch die Wände des umgebenden Reaktorraumes durchqueren
müssen, sofern man diese Flutkanäle nicht unten anbringt und zum Schiffsdoppelboden
führt.
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Der hierbei auftretende entscheidende Nachteil liegt darin, daß eine
feste Verbindung vom Sicherheitsbehälter zum strandungsgefährdeten Schiffsboden
geschaffen wird, durch die der Behälter bei Bodenhavarie in Mitleidenschaft gezogen
werden könnte.
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Das Ziel der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile auszuschalten
und eine Flutvorrichtung zu schaffen, die im Falle eines Schiffsunterganges in größere
Meerestiefen sicher und schnell zur Flutung
des Sicherheitsbehälters
führt und so ausgebildet ist, daß es weder zu einer Schwächung der Schiffskonstruktion
noch zu einer Schwächung des Strahlenschutzschildes oder einer Gefährdung der Festigkeit
und Dichtigkeit des Sicherheitsbehälters bei Grundberührung kommt.
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Zur Lösung der vorstehenden Aufgaben dienen erfindungsgemäß die in
den Sicherheitsbehälter führenden Zu- und Abluftkanäle einer strömungsmäßig völlig
vom Sicherheitsbehälterinnenraum getrennten Reaktorhilfskühlung als Flutkanäle zwischen
Außenwasser und Behälterinnenraum und weisen zu diesem Zweck innerhalb des Sicherheitsbehälters
in ihren Wandungen Flutöffnungen auf, die unter zuvor festgelegten Druckbedingungen
selbsttätig öffnen und schließen. Es kann z. B. der Fall vorliegen, daß bei einem
Schiffsreaktor mittlerer Größe der Strahlenschutzschild von vier Rohren von 500
mm Durchmesser durchquert wird, um ausreichende Luftmengen zur Hilfskühlung des
Reaktors zu- und abzuführen. Diese Rohre werden innerhalb des Sicherheitsbehälters
wie ein Teil der Wandung des Behälters betrachtet und entsprechend stark bemessen.
Bei der Größe dieser Zu- und Abluftkanäle bereitet es keine Schwierigkeiten, Flutöffnungen
in erforderlicher Größe von beispielsweise viermal je etwa 0,25 m2 anzuordnen.
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Wenn man die Flutöffnungen der Luftkanäle vor und hinter dem Wärmeaustauscher
der Hilfskühlung anordnet, braucht dieser Wärmeaustauscher bei einer Flutung nicht
durchflossen zu werden, so daß Strömungswiderstände nur in den gebräuchlichen Elementender
Rohrleitungen auftreten.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Hilfskühlung, die bei Ausfall
der gesamten elektrischen Energieversorgung noch durch natürliche Belüftung wirken
soll, bei Schräglage des Schiffes ohnehin einen natürlichen Wasserumlauf ermöglichen
kann, sobald nämlich die Hilfskühlkreise samt ihren COffnungen unter die Wasseroberfläche
geraten. Eine Flutung der beiden Mlfskühlkreise ist somit für den Fall eines Schiffsunterganges
auf jeden Fall gewährleistet.
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Die so ausgebildete Flutvorrichtung ist selbst dann ein Vorteil, wenn
eine spezielle Rechnung ergibt, daß die erforderlichen Flutwassermengen nicht von
normal ausgebildeten Zu- und Abluftkanälen geführt werden können. In einem solchen
Falle könnte man die Zu- und Abluftkanäle geringfügig überdimensionieren. Eine solche
überdimensionierung der Zu- und Abluftkanäle hat auf die Reaktorhilfskühlung keinen
nachteiligen Einfluß, sondern ist sogar noch dazu angetan, die Kühlwirkung zu verbessern.
Der geringfügig vergrößerte bauliche Aufwand ist aber noch immer als minimal zu
betrachten, verglichen mit der einleitend besprochenen nachteiligen Anordnung besonderer
Flutöffnungen im Sicherheitsbehälter.
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Es ist besonders vorteilhaft, die Rohrwandstärken der Zu- und Abluftkanäle
der Reaktorhilfskühlung außerhalb des Sicherheitsbehälters so zu wählen, daß ein
Bruch unter etwa 60 m Wassersäule nicht zu befürchten ist. Ein solcher Bruch könnte
sonst dazu führen, daß statt des Sicherheitsbehälters der Reaktorrauen geflutet
wird. Wenn hier von einem Maximaldruck von 60 m Wassersäule gesprochen wird, so
ist hierbei zugrunde gelegt, daß voraussichtlich ab 50 m Wassertiefe der Reaktorraum
ebenfalls volläuft, da einige seiner Wände diesem Druck nicht mehr standhalten können.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, deren einzige Figur einen
schematischen Querschnitt einer Schiffsseite im Bereich des Kernreaktors darstellt,
beispielsweise erläutert.
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In der Zeichnung ist 1 die Außenhaut des Schiffes, 2 der Außenboden,
3 der Innenboden, 4 das Wetterdeck. Im Innern des Schiffes befindet sich über dem
Innenboden 3 der eigentliche Sicherheitsbehälter 5 mit einem starken Strahlenschutzschild
6. Nähere Einzelheiten des Reaktors sind nicht dargestellt, wohl aber einer der
beiden Hilfskühlkreise, zu dem ein Wärmeaustauscher 7, ein Zuluftkanal 8, ein Abluftkanal
9 und ein Lüfterkopf 10 und ein Ventilator 11 gehören. Die Zu- und Abluftkanäle
8 und 9 sind über Rohrkrümmer durch den Strahlenschutzschild 6 und die Wandung des
Sicherheitsbehälters 5 hindurchgeführt. Eine Verbindung zwischen dem Inneren des
Kühlluftkreises und dem Innenraum des Sicherheitsbehälters 5 besteht im Normalzustand
nicht. Vor bzw. hinter dem Wärmeaustauscher 7 innerhalb des Sicherheitsbehälters
5 werden in der Wand des Zuluftkanals 8 und in der Wand des Abluftkanals 9 Flutöffnungen
12 und 13 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise so ausgebildet sind, daß sie
bei einer zuvor festgelegten Druckdifferenz öffnen und bei Druckausgleich wieder
selbsttätig schließen. Die Flutöffnungen 12 und 13 können beispielsweise so dimensioniert
sein, daß sie in einer Wassertiefe von etwa 35 m öffnen.