DE1104850B - Sicherheitseinrichtung fuer mit Kernreaktoren betriebene Schiffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für mit Kernreaktoren betriebene Schiffe, um die bei Schiffzusammenstößen, Strandungen, Bränden und anderen Unglücksfällen auf See durch Überhitzung des Reaktors auftretenden Gefahren zu vermeiden. Fällt bei einem Unglück die Kraftanlage ganz oder teilweise aus, wird nämlich noch viele Stunden nach dem Ausfall der Kraftanlage Zerfallswärme durch den Reaktor erzeugt.

Es ist bekannt, für den Kernreaktor auf Schiffen eine Sicherheitseinrichtung in Form einer flüssigkeitsdichten, den Reaktor enthaltenden Zelle vorzusehen, die innerhalb einer Abschirmung angeordnet ist, wobei sich zwischen derselben und der Zellenwandung ein Wassermantel befindet. Fallen durch einen Unglücksfall alle Umlaufpumpen aus, so steigt die Temperatur des Reaktorbrennstoffs, bis ein Entspannungsventil, eine Zerreißscheibe od. dgl. das Brennmaterial aus dem Reaktorkern und dem Leitungssystem auf den Boden der metallenen Zelle abläßt. Danach erfolgt aber eine weitere Erhitzung des Brennmaterials. In einer Zelle, die eine zum Einbau in Schiffe geeignete Größe besitzt, nimmt der Dampfdruck des Brennmaterials Werte an, die unter Umständen eine Zerstörung der Zellenwand verursachen können, so daß der gefährliche radioaktive Dampf des Brennmaterials in die Außenatmosphäre entweichen kann. Wenn das Brennmaterial in einer wäßrigen Lösung oder in einer Schlämmung enthalten ist, steigt der Dampfdruck des Wassers bei mäßigen Temperaturen rasch an.

Gemäß der Erfindung ist der Wassermantel zwischen Abschirmung und Zellenwandung mit dem Schiffsboden und mit der Außenhaut auf beiden Seiten des Schiffes durch eine Vielzahl von beiderseits offenen Rohren verbunden., die wenigstens je zwei Krümmer von 90° haben, jedoch sonst im wesentlichen gradlinig verlaulaufen, einen möglichst großen lichten Querschnitt und Absperrorgane aufweisen, die durch Anschluß an eine Kraftquelle in Schließstellung gehalten werden und so beschaffen sind, daß sie sich im Falle des Versagens dieser Kraftquelle öffnen. Hierdurch wird erreicht, daß ohne Rücksicht auf die Lage des Schiffes bei einem Unglücksfall, auch beim Sinken des Schiffes mehrere Rohre offen sind und sich wenigstens zwei dieser offenen Rohre in verschiedener Höhe über dem Meeresspiegel befinden. Durch die weiter erzeugte Zerfallswärme entsteht dann eine natürliche Zirkulation des Seewassers durch die Rohre und den Wassermantel infolge der Thermosiphonwirkung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein Reaktor mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung im einzelnen beispielsweise und mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Quer-Sicherheits einrichtung
für mit Kernreaktoren betriebene Schiffe

Anmelder:
Foster Wheeler Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. November 1957

Cecil B. Ellis, New York, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Schnitts eines die Sicherheitsvorrichtung aufweisenden .Schiffes;

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 von Fig. 1 und zeigt eine mögliche Anordnung einer einzelnen Leitung in der Reaktorabschirmung;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines in einer Leitung gemäß Fig. 1 angeordneten Ventilorgans, und

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ventilorgans, das eine dem in Fig. 3 gezeigten Organ ähnliche Wirkungsweise besitzt.

Die Sicherheitseinrichtung in Fig. 1 ist an Bord eines Schiffes 12 mit einem Rumpf 13 gezeigt. Eine dickwandige Reaktorabschirmung 14 aus Beton, Stahl, Wasser oder Blei, getragen durch Bauteile 15, ist in einem Raum 16 des Schiffes 12 untergebracht. Die Abschirmung 14 ist im wesentlichen von rechteckigem Querschnitt, obgleich sie auch kugelförmig sein oder irgendeine andere gewünschte Gestalt besitzen kann. Ein metallischer, kastenähnlicher Teil 19, beispielsweise aus Stahl, ist in der Reaktorabschirmung angeordnet und durch nicht dargestellte Mittel von der Abschirmung getrennt, um mit letzterer einen Wassermantel 21 zu umgrenzen. Der Teil 19 ist auf seinem ganzen Umfang fest verschlossen, um gegenüber dem Wassermantel 21 eine flüssigkeitsdichte Zelle 23 zu bilden. Die Zelle 23 ist geeignet dimensioniert, um einen Reaktorkern und das ganze Leitungssystem und die aus einer Hauptstufe bestehende Ausrüstung aufzunehmen ; die letztere und der Reaktorkern sind nicht gezeigt, jedoch durch einen Kasten 24 in Fig. 1 dargestellt. Der für die vorliegende Erfindung verwend-

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bare Kernreaktor ist von der Art, der das Brennmaterial Drehpunkt 35 beweglich ist und an einen Ring 36 anin flüssiger oder verflüssigter Form zugeführt werden liegt und durch eine Feder 38 um den Drehpunkt 35 in muß, z. B. ein Reaktorbrennmaterial, welches in Was- entgegengesetztem Uhrzeigersinn gedreht wird. Eine ser oder in einer flüssigen Metallösung oder in einer Kolbenstange 39 ist mit einem Ende an den unteren Schlämmung enthalten ist. Gegebenenfalls kann ein 5 Teil der Platte 34 angelenkt, während das andere Ende Vorwärmer 26 und ein Überhitzer 28 in Verbindung an einem Kolben 40 befestigt ist, der in einem Zylinmit dem Reaktor verwendet werden; das mit dem Vor- der 41 gleitet. Die Kolbenstange 39 besitzt ein Gewärmer und dem Überhitzer verbundeneLeitungssystem lenk 42, um die Bewegung des Kolbens 40 in dem sowie der Reaktor sind — der besseren Übersichtlich- Zylinder 41 der entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgenkeit halber — in Fig. 1 weggelassen. io den Bewegung der Platte 34 anzupassen. Der Zylinder 41

Bei Verwendung eines Kernreaktors für mit Kern- ist an einem Befestigungsträger 43 in der Leitung 30 energie angetriebene Wasserfahrzeuge ist darauf zu angebracht und durch eine Luftleitung 44 mit einer achten, daß entsprechende Vorsichtsmaßnahmen für den Luftdruckquelle, beispielsweise einem (nicht gezeigten) Fall eines Schiffsunglücks getroffen werden, welches motorgetriebenen Kompressor angeschlossen. Eine zu einer Explosion führen kann, wodurch der gefahr- 15 kleine Luftauslaßöffnung 45 ist in dem Zylinder 41 liehe radioaktive Dampf des Brennmaterials in die vorgesehen, um ein Entweichen von Luft aus dem Zy-Außenluft gelangt. Wie dem Fachmann wohl bekannt, linder zu ermöglichen, wenn sich der Kolben 40 nach kann die Möglichkeit einer Explosion bei einem Reaktor rechts bewegt, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist. Bei noreintreten, dem das Brennmaterial in flüssiger Form malern Schiffsbetrieb wird angenommen, daß der den zugeführt wird, wenn die Pumpe oder die Pumpen, die 20 (nicht gezeichneten) Kompressor antreibende Motor das Reaktorbrennmaterial dem Wärmeaustauscher in einwandfrei arbeitet und dem Zylinder 41 Druckluft der Hauptstufe zuführen, außer Betrieb sind, oder wenn zuführt, wobei über die Kolbenstange 39 eine Kraft die Kraftanlage stillgelegt wird. In einem solchen Fall ausgeübt wird, um die Platte 34 in der in Fig. 3 gesteigt die Temperatur des Reaktorbrennmaterials in- zeigten Schließstellung zu halten. Wenn das Schiff folge der radioaktiven Zerfallswärme, bis ein Entspan- 25 beschädigt und dadurch die Druckluftzufuhr zu dem nungsventil, eine Zerreißscheibe oder irgend eine ahn- Zylinder 41 unterbrochen wird, wird der Druck in dem liehe Vorrichtung das Brennmaterial aus dem Reaktor- Zylinder zu gering, um die Spannung der Feder 38 kern und aus dem Leitungssystem auf den Boden der noch überwinden zu können und die Platte 34 hebt umgebenden Zelle, z. B. der Zelle 23 in Fig. 1, abläßt. sich von dem Ring 36 ab und bewegt sich um den Dreh-Der Dampfdruck des Brennmaterials kann unter Um- 30 punkt 35, wodurch eine Verbindung zwischen dem ständen in der Zelle bis zu einem Punkt ansteigen, bei Wassermantel 21 und der Schiffsaußenseite hergestellt dem die Zelle zerstört wird. Dieses Gefahrenmoment wird. Infolgedessen kann das Meerwasser oder das ist im Falle eines Schiffszusammenstoßes, eines Stran- umgebende Wasser durch die Leitungen 30 in den dungsfalles, einer Explosion oder eines Brandes ge- Wassermantel 21 fließen.

geben, wenn die LJmlaufpumpen außer Betrieb gesetzt 35 Eine zweite Ausführungsform eines Ventilorgans

\verden. (Fig. 4) kann in den rumpfseitigen Enden der Leitun-

Zweck vorliegender Erfindung ist die Verhinderung gen 30 vorgesehen werden. Das zweite Ventilorgan beder Explosion des Reaktors und der Entweichung steht aus einer metallenen Ventilplatte 50, die an einer radioaktiven Dampfes des Brennmaterials, indem die in der Leitung 30 geeignet angebrachten Welle 51 benach der Stillegung der Pumpen und der Kraftanlage 40 festigt ist. Die Welle 51 wird durch eine (nicht gezeigte) noch erzeugte radioaktive Zerfallswärme abgeleitet Feder im Uhrzeigersinn gedreht, um die Ventilplatte oder verteilt wird. Diesem Zweck dient eine Vielzahl in die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Lage zu von Leitungen 30 mit großem Durchmesser, welche den bringen. Ein Paar Elektromagnete 53 sind auf entWassermantel 21 mit der Außenseite des Schiffes und gegengesetzten Seiten der Platte 50 in der Leitung 30 mit dem umgebenden Wasser in Verbindung bringen. 45 angebracht und durch Leitungskabel 54 an eine (nicht Alle Leitungen 30 sind mit dem einen Ende an den gezeichnete) elektrische Stromquelle angeschlossen. Es Wassermantel 21 über dessen ganzen Umfang verteilt ist offensichtlich, daß sich bei normalem Schiffsbetrieb angeschlossen und die Leitungen verlaufen dann durch die Ventilplatte 50 in der in Fig. 4 in ausgezogenen die Reaktorabschirmung 14 und durch den offenen Linien dargestellten Lage befindet und in dieser durch Schiffsraum 16. Alle in der Abschirmung 14 verlaufen- 50 die von den Elektromagneten 53 ausgeübte magnetische den Teile der Leitungen 30 sind genügend gekrümmt Kraft gehalten wird, entgegen der Drehkraft, welche oder gebogen (s. z. B. Fig. 2). so daß dadurch der durch die nicht gezeichnete Feder auf die Welle 51 Austritt der schädlichen, im Reaktorkern erzeugten ausgeübt wird. Wird nun das Schiff beschädigt und Neutronenstrahlung verhindert wird, die andernfalls fällt infolgedessen die Stromquelle aus oder werden durch die an den Wassermantel 21 angeschlossenen 55 die Elektromagnete 53 von ihr getrennt, werden letz-Leitungsenden geradlinig austreten könnten. Die an- tere stromlos und die Feder (nicht gezeigt) ruft eine deren Enden der Leitungen 30 werden von den Öffnun- Drehung der Welle 51 und damit der Ventilplatte 50 gen auf dem Boden und in den Seiten des Schiffsrump- in die in Fig. 4 durch strichpunktierte Linien angefes 13 aufgenommen und sind nach der Außenseite des gebene Stellung hervor.

Schiffes und dem umgebenden Wasser zu offen, wobei 60 Bei normalem Betrieb wird die Verbindung zwischen

der Wasserspiegel durch den Buchstaben »L« in Fig. 1 dem Wassermantel 21 und der Schiffsaußenseite durch

bezeichnet ist. die beweglichen Ventilorgane in den Leitungen 30 ge-

In jeder der Leitungen 30 sind nahe dem Schiffs- sperrt. Wenn eine Beschädigung des Schiffes die Stillrumpf 13 bewegliche Ventilorgane angeordnet, welche legung der Kraftanlage oder der Umlaufpumpen verdazu dienen, die Leitungen abzuschließen und dadurch 65 ursacht, wird das Reaktorbrennmaterial aus dem Redie Verbindungen zwischen der Außenseite des Schiffes aktorkern und dem zugehörigen Leitungssystem auf und dem Wassermantel 21 während des normalen den Boden der Zelle 23 abgelassen, wobei der Dampf-Schiffsbetriebs abzusperren. Eine Ausführungsform druck infolge der radioaktiven Zerfallswärme allmählich eines Ventilorgans ist schematisch in Fig. 3 gezeigt, zunimmt. Angenommen, die Quelle, die je nachdem worin dasselbe aus einer Platte 34 besteht, die um einen 70 Druckluft oder elektrische Energie den Ventilorganen

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zuführt, ist unwirksam oder von letzteren getrennt, so werden die Ventilorgane in Stellungen gebracht, die eine Verbindung des Wassermantels mit der Schiffsaußenseite ermöglichen. Auf diese Weise kann Meerwasser durch die Leitungen 30 und in den Wassermantel 21 fließen, wo es in Wärmeaustausch mit den Wänden des kastenähnlichen Teils 19 tritt, das von innen her durch die radioaktive Wärme erhitzt wird. Das an den Wänden erwärmte Seewasser steigt infolge seiner verminderten Dichte durch irgendeine der Leitungen 30, deren rumpfseitige Enden im Vergleich zu den anderen rumpfseitigen Leitungsenden höher liegen. Durch das Steigen des warmen Wassers dringt kaltes Wasser von den tiefer liegenden, mit dem Seewasser in Verbindung stehenden Leitungen nach.

Es mag bemerkt werden, daß die Leitungen 30 so in dem Schiffsraum 16 angeordnet sind, daß, ungeachtet der Lage des beschädigten Schiffes in dem umgebenden Wasser oder auf dem Meeresgrund, die rumpfseitigen Enden mehrerer Leitungen nicht gesperrt sind und wenigstens zwei dieser ungesperrten Leitungen sich auf verschiedenen Höhen über dem Meeresgrund befinden, so daß eine natürliche Seewasserzirkulation in den Leitungen und dem Wassermantel stattfinden kann. Da die radioaktive Zerfallswärme an das Meerwasser abgeführt wird, ist der nunmehr erzeugte Druck so gering, daß er die metallene Zelle 23 nicht mehr zerstören kann. Demzufolge werden Explosionen verhindert und der gefährliche radioaktive Dampf tritt nicht in die Außenluft, selbst wenn das Schiff entzweibricht oder völlig sinkt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Sicherheitseinrichtung für mit Kernreaktoren betriebene Schiffe, bestehend aus einer flüssigkeitsdichten, den Reaktor enthaltenden Zelle, die innerhalb einer Abschirmung angeordnet ist, wobei sich zwischen derselben und der Zellenwandung ein Wassermantel befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantel (21) mit dem Schiffsboden und mit der Außenhaut (13) auf beiden Seiten des Schiffes durch eine Vielzahl von beiderseits offenen Rohren (30) verbunden ist, die wenigstens je zwei Krümmer von 90° haben, jedoch sonst im wesentlichen gradlinig verlaufen, einen möglichst großen lichten Querschnitt und Absperrorgane aufweisen, die durch Anschluß an eine Kraftquelle in Schließstellung gehalten werden und so beschaffen sind, daß sie sich im Falle des Versagens dieser Kraftquelle öffnen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisch betätigtes Ventil (50) an dem außenbordseitigen Ende der Leitung (30) und ein fiüssigkeitsbetätigtes Ventil (34) an dem innenbordseitigen Ende derselben angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen