DE2239952A1 - Kernreaktoranlage - Google Patents

Description

Westinghouse Electric Corporation Briangen, den ' '" * "'^ Pittsburgh, Pennsylvania ' Werner-von-Siemens-Str.

VPA 71/8453 Sm/Hgr

Kernreaktoranlage

Es wird die Priorität der entsprechenden US-Patentanmeldung Serial-No.. 179 077 vom 9.9.1971 in Anspruch genommen.

Der kommerziell zur elektrischen Energieerzeugung verwendete Kernreaktor ist ein wichtiges Mittel geworden, um die. Energiebedürfnisse der heutigen Gesellschaft zu befriedigen. Bei der Konstruktion solcher Kernreaktoren werden alle Anstrengungen unternommen, um die Freigabe von auch nur Spuren radioaktiver Stoffe an die Umgebung- zu verhindern. Zu diesem Zweck müssen die vorgesehenen Sicherheitssysteme, die die unwahrscheinlichen, aber nicht unmöglichen Unfällen verhindern sollen, mit absoluter Zuverlässigkeit arbeiten und wirksam sein.

Die meisten heutigen Reaktoren verwenden Wasser als Kühlmittel des Reaktorkerns. Beim Entwurf eines solchen Systems muß auch ein Unfall mit Kühlmittelverlust beachtet werden, so gering die Wahrscheinlichkeit seines Eintretens auch sein mag. In dem unwahrscheinlichen Pail eines solchen Unfalls enthält die Schutzhülle der Reaktoranlage das radioaktive Material, das vom Reaktordruckbehälter selbst freigegeben wird. Dieser Beanspruchung und allen nur denkbaren Druckwellen im System muß die Schutzhülle wiederstehen können, denn die Schutzhülle isoliert das nukleare System von der Umgebung. Im Anschluß an einen größeren Kühlmittelverlust bei einem Unfall in einem wassergekühlten Kernreaktor kann in der Schutzhülle Wasserstoff durch Radiolyse sowie durch Wasser-Zirconium-Raaktion und durch die Korrosion metallischer Elemente erzeugt werden. Die Atmosphäre in der Schutzhülle wird radioaktiv und bleibt notwendigerweise zusammen mit dem Reaktorsystem solange abgeschlossen, bis die Atmosphäre von der Radioaktivität gereinigt werden kann, um die Freigabe radioaktiver Verunreinigungen in

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die Umgebung zu verhindern. Mithin muß dafür gesorgt werden, daß die Wasserstoffkonzentration in der Schutzhülle begrenzt ist, damit keine gefährliche Ansammlung von Wasserstoff entsteht.

Wasserstoffgas wird ferner in einer Reihe anderer Systeme verwendet, die typischerweise mit einem wassergekühlten Kernreaktor in Verbindung stehen. Insbesondere dient es dazu, Spaltproduktgase von einer Berührung mit dem Primärkühlwasser fernzuhalten. Dabei verwendet man Wasserstoff als Trägergas, um Spaltprodukte aus dem Kühlmittel zu entfernen. Einzelheiten einer solchen Anordnung gehen aus der US-Patentschrift 3 362 883 hervor.

Die Erfindung betrifft somit eine Kernreaktoranlage mit einem insbesondere wassergekühlten Kernreaktor und einer Schutzhülle, die aktivitätsführende Komponenten einschließt. Sie ist gekennzeichnet durch eine vorzugsweise in der Schutzhülle angeordnete Rekombinationseinrichtung zum Verbinden von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.

Die Rekombinationsanlage umfaßt vorzugsweise eine Kammer mit einer Heizeinrichtung, durch die in der Schutzhülle vorhandener Wasserstoff auf eine zum Verbinden mit Sauerstoff ausreichende Temperatur erhitzt wird. Dies bietet mehrere wesentliche Vorteile. So erfordert das System z.B. keine beweglichen Teile, auch wird kein besonderer Brennstoff benötigt. Die Rekombinationsanlage kann leicht in der Schutzhülle untergebracht werden, während das Steuersystem dafür zweckmäßig außerhalb der Schutzhülle angeordnet ist. Die Wirksamkeit der Rekombinationsanlage kann periodisch geprüft werden! um den richtigen Betrieb sicherzustellen.

Ss ist wichtig festzuhalten, daß ein elektrischer Heizdraht zur sicheren Zündung von Wasserstoff bereits bekannt ist, der in einem Ofen verbrannt werden soll und in eine luftgefüllte Kammer gelangt. Die Wasserstoffkonzentration bei derartigen Anlagen liegt aber weit über 4 Volumenprozent, die aur Zünd-

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barkeit in Luft vorhanden sein müssen. Der Zünddraht mit sehr kleiner Oberfläche wird dabei nur zur anfänglichen Erzeugung einer örtlich begrenzten Erhitzung des Wasserstoffes benutzt, der dicht an dem Zünddraht vorbeiströmt. Diese örtliche Aufheizung reicht aus, um eine Flammverbrennung des faserstoff es einzuleiten. Die Flammverbrennung unterhalt sich dann selbst bei hohen Wasserstoffkonzentrationen. Sie· schreitet fort mit hohen Flammtemperaturen, die denen eines Wasserstoffschweißgerätes ähneln, das bekanntlich mit etwa 1300° arbeitet.

In der Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung wird die Wasserstoff konzentration weit unterhalb von 4 Volumenprozent gehalten, um die Wasserstoffkonzentration zu begrenzen. Vorzugsweise arbeitet man mit einem Wert von 2'Volumenprozent oder weniger. Deshalb wird zur Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff bei so niedrigen Wasserstoffkonzentrationen eine Heizeinrichtung vorgesehen, die das gesamte Gas aufheizt, das durch die Heizanordnung hindurchströmt. Dieses ganze Gas muß ausreichend hohe Temperaturen enthalten, um die Bildung von Wasserdampf zu ermöglichen. Wie gefunden wurde, erfordert dies eine Aufheizung des Gases auf mindestens etwa 620⁰C.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Reaktorschutzhülle mit der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung darin,

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung, >

Fig. 3 ist ein Schnitt der Rekombinationseinrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Heizstabes, der in αer Rekombinationseinrichtung nach den Fig. 2 .und 3 verwendet wird,

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Pig. 5 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Rekombinationseinrichtung nach der Erfindung zusammen mit einem Behandlungssystem für Abfallgas in einem wassergekühlten Kernreaktor,

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, wobei die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung zur Verwendung bei der Behandlung von Abfallgas in einem Reaktor während des normalen Betriebes vorgesehen ist und darüber hinaus zur Reinigung der Atmosphäre in der Schutzhülle nach einem Unfall mit Kühlmittelverlust dienen soll.

In Fig. 1 ist ein Kernreaktor 10 und das zugehörige Kühlsystem in einer Schutzhülle 11 untergebracht, die radioaktive Emissionen auffangen soll, um ihre Abgabe an die Umgebung bei einem Unfall zu verhindern. Oberhalb des Reaktordruckbehälters 10 ist eine Arbeitsbühne 12 vorgesehen. Sie bietet Platz zur Anordnung einer Rekombinationseinrichtung 13 in der Schutzhülle 11. Die Arbeitsbühne 12 beeinträchtigt einen freien Konvektionsstrom durch die Schutzhülle nicht. Die beiden Teile der Rekombinationseinrichtung 13 sind elektrisch mit einer Energiequelle außerhalb der Schutzhülle verbunden, die auch das zugehörige Steuersystem umfaßt. Es kann vorteilhaft sein, einen üblichen Detektor 15 für Wasserstoff in der Schutzhülle vorzusehen und zur Steuerung des Betriebes der Rekombinationseinrichtung zu verwenden. Zwei Rekombinationseinrichtungen 13 sind als redundante Ausführung in der Schutzhülle 11 vorgesehen, während tatsächlich nur eine für die Beseitigung des Wasserstoffgases benötigt wird. Ein typischer Konzentrationswert von Wasserstoffgas, der in der Schutzhülle erwartet werden kann, liegt bei 2 bis 4 Volumenprozent. Deshalb sollen die Teile der Rekombinationseinrichtung so ausgelegt sein, daß sie den Wasserstoffspiegel auf 4 Volumenprozent oder weniger begrenzen.

Eine Einrichtung 13 ist mit Einzelheiten in den Fig. 2, 3 und 4 gezeichnet. Sie umfaßt einen äußeren Rahmen 16'mit Einlaßschlitzen 17 an der Unterseite und Auslaßschlitzen 18 am

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oberen Ende des Rahmens. Die Ausbildung der Schlitze 17 und 18 hat den Zweck, das Eindringen von Sprühwasser so klein wie möglich zu halten. Solches Sprühwasser, das gewisse Chemikalien enthalten kann, kann in Schutzhüllen zur Entfernung ύοά Spaltprodukten aus der Atmosphäre der Schutzhülle verwendet werden. Elektrische Heizelemente 19 sind in der Mitte des Rahmens 16 angeordnet. Sie sind von einem inneren Gestell 20 umgeben, das in der bevorzugten Ausführungsform einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt hat. Das Gestell 20 ist mit Abstand vom Rahmen 16 angeordnet, um einen Vorheizbereich 21 zu erhalten. Der Vorheizbereich ist ferner durch die"Bodenplatte 22 und die Deckelplatte 23 begrenzt. Tragteile 24 für die Heizelemente 19 erstrecken sich vertikal von der Bodenplatte 22. Sie stützen das Gestell 20 mit den Heizelementen 19· Eine Düsenplatte 25 ist am Boden des Gestells 20 vorgesehen, durch das das Wasserstoff enthaltende Gas durch Konvektionsströmung in die Rekombinationszone 20a einströmt, die durch das Gestell 20 und die Düsenplatte 25 begrenzt ist. Man kann aber auch einen Ventilator 25a dazu verwenden, eine Zwangsströmung durch die Düsenplatte 25 oder an anderer Stelle zu erhalten.

Die elektrischen Heizelemente 19 sind auf fünf Abschnitte im Gestell 20 verteilt. Ein solcher Abschnitt ist in J¹Ig₀ 4 mit seiner im wesentlichen rechtwinkligen Ausbildung gezeigt» Jeder der fünf vertikal übereinander angeordneten Abschnitte besteht aus einer Anordnung von U-förmigen Heizrohren 26. Die Unförmigen Rohre sind in Gruppen von drei vertikalen Reihen von zwanzig Heizstäben pro Reihe angeordnet, so daß insgesamt sechzig U-förmige Rohre zu jedem der fünf Abschnitte gehören» Zwischen den Reihen der U-förmigen Elemente 26 ist ein so großer Abstand vorhanden, daß das Gas mit einer Menge von ungefähr 2,8m^ pro Minute bei Normaltemperatur und -druck hindurchgelangen kann. Die ü-förmigen Heizelemente·sind in einem Anschlußkasten 27 verschaltet, wo der Anschluß der Energieversorgung erfolgt»

Die gesamte Heizfläche der Heizrohre der dreihundert Einheiten beträgt ungefähr 35m². Solch eine Heizeinrichtung kann ungefähr ·

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2,8m Luft pro Minute bei Normaldruck und -temperatur durchsetzen. Die Heizeinrichtung wird mit etwa 43 kW Heizleistung betrieben. Sie heizt die Luft, die zu den Einlaßschlitzen eintritt, vom Anfangswert (zwischen 27 und 45⁰C) auf eine Endtemperatur von 620 bis 760°. Höhere Temperaturen werden meist nicht benötigt, und es ist wünschenswert, die Grase in diesen Temperaturbereich zu halten. Als metallische Umkleidung für die Heizrohre wird eine Eisen-Nickel-Legierung verwendet, die chemisch stabil ist und auch bei hohen Temperaturen keine Reaktionen zeigt. Auch das innere Gestell 20 muß aus einem hochtemperaturfesten Material hergestellt werden. Vorzugsweise besteht es ebenfalls aus einer Eisen-Nickel-Legierung.

Die einzelnen Heizelemente 26 entsprechen einer Standardausführung mit einer Nennleistung von ungefähr 30 kW pro nr Heizungsoberfläche. Es ist erwünscht, daß das Aufheizen des Gases bei einer geringen Leistungsdichte der Heizeinrichtung erreicht wird, um eine lange Betriebsdauer sicherzustellen. Typischerweise werden die Heizeinrichtungen bei einer Leistungsdichte von nur

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ungefähr 2,6 kW pro m Heizungsoberfläche betrieben· Diese Leistungsdichte beträgt weniger als 10 Prozent der Nennleistungsdichte.

Wie ersichtlich ist, hat der Ausfall einzelner Heizelemente nur eine geringe Auswirkung auf den Betrieb der Rekombinationseinrichtung. Die Rekombinationseinrichtung wird normalerweise etwa einmal pro Tag durchlaufen. Man kann auch einen einmaligen Zyklus in mehreren Tagen vorsehen. Dies gilt für den Fall, daß ein Unfall in der geschlossenen Schutzhülle vorgelegen hat und daß die Verschlußzeit der Schutzhülle in der Größenordnung von 100 Tagen liegt. Daher ist die Zuverlässigkeit der Heizeinrichtung im ganzen sehr wichtig.

Es ist vorteilhaft, verschiedene Leistungsdichten für jeden der fünf Heizungsabschnitte zu verwenden. Die Leistungsdichte an der Unterseite des Stapels der Heiseinrichtung kann am höchsten sein. Auf diese V/eise erhält man die maximale Leistungs -

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dichte "bei der geringstmöglichen Heizungstemperatur. Dies ist gleichbedeutend mit der maximalen Zuverlässigkeit. Die verstärkte Heizleistung der unteren Heizeinrichtung ist deshalb möglich, weil der Gasstrom so verläuft, daß die Heizungsabschnitte größerer Leistung mit dem einströmenden Gas gekühlt werden, das noch eine relativ geringe Temperatur aufweist, und wegen der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf, die eine exothermische Reaktion ist. An den oberen Heizungsabschnitten wird weniger Wärme benötigt, da dort die genannte Reaktion in der Rekombinationszone vorliegt. In einzelnen Fällen kann es wünschenswert sein, einen Kühlmantel mit Wasserkühlung in Nähe des oberen Endes der Heizeinrichtungen vorzusehen. Die Heizeinrichtung und die Leistungsdichte kann variiert werden, um der Menge des Gases angepaßt zu sein, die behandelt werden soll.

Das beheizte, Wasserdampf enthaltende Gas verläßt die Rekombinationszone 20a an der Spitze des Gerätes. Es gelangt von dort in eine Kühlzone 28a. Diese ist begrenzt durch den Oberteil 28 des äußeren Gestells 16, durch die Schlitze 18 und die Platte 23. Die Schlitze 18 sind im oberen Teil 28a des äußeren Gestells 16 vorgesehen, wobei der untere Teil der Schlitze 18 kalte Luft in die Kühlzone 28a gelangen läßt. Dort mischt sich diese Luft mit den erhitzten Gasen aus der Rekombinationszone 20a. Die gekühlte Mischung entweicht durch die oberen der Schlitze 28.

Der Konvektionsweg des Gases durch die Rekombinationseinrichtung ist durch die Pfeile in Pig. 3 angedeutet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Gasströmung durch natürliche Konvektion. Ss können jedoch auch Mittel zur Erzwingung einer Strömung verwendet werden, die das Gas durch die Rekombinationseinrichtung treiben.

I/er Vorheizbereich 21 wird durch Wärmeleitung innerhalb des Gestells 20 aufgewärmt, so daß das Gas dabei eine Temperatur von etwa 140⁰G annimmt. Mit dieser Temperatur tritt das Gas

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in den unteren Teil der Rekombinationseinrichtung 20a ein. Durch die Vorerwärmung wird das Gas getrocknet. Mithin empfängt die Heizeinrichtung vorgetrocknetes Gas, das weniger korrosiv ist und mit geringerer Wahrscheinlichkeit Ablagerungen auf der Heizeinrichtung bildet. Die Anordnung sorgt daher für eine wirksamere Wärmeverwendung durch eine Regenerativheizung des ankommenden Gases.

Eine Prüfung von Labormodellen der Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung bestätigte, daß die Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff als Ergebnis der Heizung der Grase und nicht auf Grund katalytischer Effekte durch die Metallumhüllung der Heizeinrichtung stattfindet. Bei der Prüfung wurde Wasserstoff und inerter Stickstoff durch die Heizeinrichtung gegeben, um den Wasserstoff auf eine hohe Temperatur zu bringen. Dann wurde Sauerstoff auf der Abströmseite oder in einiger Entfernung von den Rekombinationsheizeinrichtungen zugefügt. Die Rekombination wurde nur bewirkt, wenn der Sauerstoff eingeführt wurde. Da die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung keine katalytischen Aktivitäten erfordert, kann auch eine Verunreinigung der Einheit durch Spaltprodukte oder durch die Ablagerung anderer chemischer Produkte kein Problem darstellen. Für ein übliches Volumen einer Schutzhülle erfordert die Heizeinrichtung ungefähr eine Heizleistung von 43 kW.

Eine andere Ausführungsform einer Rekombinationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Diese Einheit ist typiech für die Verwendung in einem kleinen Volumen, das nur eine geringere Leistung erfordert. Die Rekombinationseinrichtung 29 hat eine im wesentlichen zylindrische Form mit einer zylindrischen Außenwand 30 und einem konzentrischen zylindrischen Gestell innerhalb der Außenwand 30, das mit Abstand davon angeordnet ist. Ein mit Blech umkleideter Heizstab 32 liegt zentral im inneren Gestell 31. Wiederum sind Einlaßöffnungen 33 in der Außenwand 30 vorgesehen. Eine Vorheizzone ist zwischen der Außenwand 30 und dem inneren Gestell 31 gebildet. Das innere Gestell 31 begrenzt die Rekombinationszone 31a

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in der Umgebung der Heizeinrichtung 32. Auslaßöffnungen 34 sind ebenfalls in der Außenwand vorgesehen. Sie liegen in der Nähe des oberen Endes der Außenwand 30. Elektrische Verbindungen zur Heizeinrichtung 32 werden am Klemmkasten 35 hergestellt. Die elektrisch bewirkte Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß keine beweglichen Teile benötigt werden, kein Brennstoff und kein Steuersystem innerhalb der Schutzhülle. Eine Prüfung solcher Systeme zeigt, daß im wesentlichen 100 Prozent des theoretischen Rekombinationswertes von Wasserstoff oder Sauerstoff mit der vorliegenden Erfindung erreicht wird, unabhängig von der Konzentration des Wasserstoffes"oder Sauerstoffes in der anfallenden Gasmischung. Man braucht auch keine Flamme, da das gesamte Gas, das durch die Rekombinationszone strömt, elektrisch auf eine Temperatur oberhalb der Reaktionstemperatur für Wasserstoff und Stickstoff aufgeheizt wird.

Die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung kann im Zusammenhang mit verschiedenen anderen Wasserstoff- und Säuerst of fgassystemen verwendet werden, wie schematisch in Fig. 6 gezeigt ist. Die Figur stellt die Verwendung bei einem Behandlungssystem für Kernreaktorabfallgas vor. Die Verwendung von Wasserstoffgas zur Auswaschung von Spaltgasprodukten aus dem Primärkühlmittel ist an sich bekannt. Dies geschieht in einem chemischen Tank 36 zur Volumensteuerung, der mit der Primärkühlmittelschleife 37 des Kernreaktors verbunden ist. Als Antriebsmittel für die Strömung wird eine Strahlpumpe 38 verwendet. Wasserstoff und Spaltgasprodukte werden in die elektrisch.betriebene Wasserstoff-Sauerstoffrekombinationseinrichtung 39 gemäß der vorliegenden Erfindung geführt. Dort werden sie auf eine Temperatur oberhalb der Wasserstoff-Sauerstoffrekombinationstemperatur aufgeheizt. Dabei wird der Rekombinationseinrichtung Sauerstoff von einer Sauerstoffhilfsquelle zugeführt. Der Wasserstoff und der Sauerstoff rekombinieren zu Wasserdampf, und der Wasserdampf wird zusammen mit Spaltgasprodukten einem Kondensatkühler 40 sowie einem Entfeuchter 41 zugeführt, wo ein wesentlicher Teil des Wasserdampfes entfernt wird. Das aus

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dem Entfeuchter austretende Medium ist in erster Linie Spaltgas, das nur einen geringen Prozentsatz Dampf und Wasserstoff enthält. Das Spaltgas wird in Spaltgasvorratstanks 42 geführt, die die Abtrennung oder Lagerung der Spaltprodukte gestatten. Das Spaltgas kann in diesen Tanks bei geringem Druck gespeichert werden, es kann auch auf Hochdruckgasflaschen abgefüllt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, es in großen Vorratstanks zu speichern und in die Rekombinationseinrichtung zurückzuführen, falls dies erwünscht ist. Eine solche Wiederholung des Kreislaufes ist in der schematischen Darstellung der Pig. 6 gezeigt. Dabei ist der Auslaß der Abgastanka 42 mit der Strahlpumpe 38 verbunden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die Rekombinationseinrichtung mit einem mit wassergekühlten Mantel 43 versehen.

In Fig. 7 ist die Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung schematisch in Verbindung mit einem Abgasbehandlungssystem bei Normalbetrieb eines Kernreaktors gezeichnet. Dabei sind Mittel zur Verbindung mit der Schutzhülle im Anschluß an einen Unfall mit Kühlmittelaustritt vorgesehen, um die Wasser st off konzentrat ion in der Schutzhülle zu überwachen. Beim Normalbetrieb des Kernreaktors ist die Rekombinationseinrichtung 49 an ein System angeschlossen, das im wesentlichen ebenso aufgebaut ist, wie das in Fig. 6 gezeigte. Es wird jedoch ein Kompressor 44 zum Antrieb der Strömung verwendet. Pur den Fall eines Unfalls mit Kühlmittelverlust werden Ventile 45 und 46 geschlossen, um das Abgassystem von der Rekombinationseinrichtung abzusperren. Weitere Ventile 47 bzw. 48 werden geöffnet. Sie verbinden die Rekombinationseinrichtung 49 mit der Schutzhülle 50. Mithin wird im Anschluß an einen Unfall mit Kühlmittelverlust die Atmosphäre der Schutzhülle durch die elektrisch beheizte Rekombinationseinrichtung 49 geführt, sowie durch den zugehörigen Kondensatkühler 51 und den Entfeuchter 52. Der in der Rekombinationseinrichtung erzeugte Wasserdampf wird in die Atmosphäre der Schutzhülle zurückgeführt.

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In dem in Fig. 7 gezeigten System ist die Rekombinationseinrichtung außerhalb der Schutzhülle 50 angeordnet. Um die Gasatmosphäre innerhalb der Schutzhülle durch die Rekombinationseinrichtung 49 zu leiten, werden ein Kompressor 44 und Hochdruckleitungen verwendet. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, die Rekombinationseinrichtung in jedem Fall innerhalb der Schutzhülle anzuordnen, mit Vorteil liegt sie jedoch in diesem Fall außerhalb.

Obwohl die vorliegende Erfindung so beschrieben wurde, daß Beispiele einer Rekombinationseinrichtung dargelegt wurden, die vorzugsweise eine Vorwärmung und eine Kühlung zusätzlich zu dem eigentlichen Rekombinationsraum besitzen, kann eine Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff auch dann erreicht werden, wenn nur Mittel vorgesehen sind, die dem Rekombinationsbereich entsprechen. Dort sind die Gase lediglich so zu heizen, daß Wasserdampf entsteht.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde vorausgesetzt, daß die Atmosphäre innerhalb der Schutzhülle Luft ist, so daß ausreichend Sauerstoff zur Kombination mit dem entwickelten Wasserstoff zur Bildung von Wasserdampf vorhanden ist. Es ist auch möglich, eine Atmosphäre mit inertem Gas zu verwenden. In diesem Falle muß Sauerstoff von einer Hilfsquelle zur Verfügung gestellt werden, so daß Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf rekombiniert werden können. Es ist ferner üblich, ein inertes Trägergas, z.B. Stickstoff, in Gasbehandlungssystemen für Abgas zu verwenden. Auch solches Gas kann in einem System mit der vorliegenden Rekombinationseinrichtung verarbeitet werden.

Me Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung kann auch in Sauerstoff enthaltenden Systemen eingesetzt werden, wo es erwünscht ist, den Sauerstoffgehalt unterhalb eines vorgegebenen Mindestwertes zu halten. In einem solchen System wird die Sauerstoff enthaltende Atmosphäre aufgeheizt, wobei eine

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Rekombinationseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird. Durch Zusatz von Wasserstoff zur Rekombinationseinrichtung, das aus einer Wasserstoffquelle stammt, vereinigen sich Sauerstoff und Wasserstoff, wenn sie auf höhere Werte ale 62O⁰C aufgeheizt werden und bilden Wasserdampf.

Es ist einzusehen, daß,wenn eines der beiden Gase, Wasserstoff oder Sauerstoff, nicht in der Atmosphäre anwesend ist,die zu behandeln ist, dieses Gas von einer Hilfsgasquelle zur Verfügung gestellt werden muß, damit es dem anderen Gas zugemischt werden kann. Das Gas von der Hilfsgasquelle kann dem Primärgas zugemischt werden, das behandelt werden soll, bevor dieses Gas über die Heizelemente gelangt. Es kann aber auch nach dem Aufheizen des Primärgases oder beim Passieren der Heizelemente zugefügt werden. Wesentlich ist nur, daß die zu mischenden Gase, Wasserstoff und Sauerstoff, eine Temperatur von mehr als 620° erreichen.

10 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims (10)

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Patentansprüche:

/1J Kernreaktoranlage mit einem insbesondere wassergekühlten Kernreaktor und einer Schutzhülle, die aktivitätsführende Komponenten einschließt, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise in der Schutzhülle (11) angeordnete Rekombinationseinrichtung (13) zum Verbinden von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationseinrichtung (13) eine Kammer (16) mit einer Heizeinrichtung (19) umfaßt, durch die in der Schutzhülle (11) vorhandener Wasserstoff auf eine zum Verbinden mit Sauerstoff ausreichende Temperatur erhitzt wird.

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in der Kammer (16) auf mindestens 62O⁰C, vorzugsweise 76O⁰Cj aufgeheizt wird.

4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßöffnungen (17,18) der Kammer (16) im Sinne einer natürlichen Konvektion unter Einwirkung der Heizeinrichtung (19) angeordnet sind.

5. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Ventilator (25a) zum Antrieb der Gasströmung durch die Kammer.

6. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine längliche elektrische Heizeinrichtung (19) vertikal in der Mitte der Kammer (16) angeordnet und von einer Wand (20) mindestens in ihrem oberen Bereich umgeben ist und daß der Gaseinlaß (17) im oberen Bereich der Wand vorgesehen ist, so daß das Gas zunächst bei einer nach unten verlaufenden Strömung vorgewärmt wird.

7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

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daß am oberen Ende der Wand (20) eine Umlenkung des dort austretenden Wasserdampfes vorgesehen ist.

8. Kernreaktoranlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (19) ein Widerstandsmaterial und einen dieses umgebenden korrosions- und wärmefesten Metallüberzug umfaßt.

9. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 %is 8, gekennzeichnet durch eine Leitung zur Zufuhr von Wasserstoff oder Sauerstoff zur Rekombinationseinrichtung.

10. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9i gekennzeichnet durch eine insbesondere auf den Wasserstoffgehalt in der Schutzhülle (11) ansprechende Meßsonde (15) zur automatischen Steuerung der Energiezufuhr

(14) zur Heizeinrichtung.

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