DE1226223B - Kernreaktoranlage - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/22

Nummer: 1226 223

Aktenzeichen: A 44063 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. September 1963

Auslegetag: 6. Oktober 1966

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kernreaktoranlage, bestehend aus einem Sicherheitsgehäuse mit einem Kernreaktor, der einen Druckflüssigkeitskreislauf aufweist, und mit einem oder mehreren Räumen zur Aufnahme von auströmender Flüssigkeit und Dampf im Fäll eines Bruches im Druckflüssigkeitskreislauf, in denen Oberflächenkondensatoren zur Minderung des dabei auftretenden Druckes angeordnet sind.

Bei den bekannten Anlagen sind die Oberflächenkondensatoren als Kühlschlange oder Rohrregister ausgebildet. Die einzelnen Elemente der Oberflächenkondensatoren stehen untereinander in Verbindung und bilden mit äußeren Bauteilen einen Kühlflüssigkeitskrerslauf oder einen Kühlflüssigkeitskreisdurchlauf. .,.·

Damit die Oberflächenkondensatoren im Fall eines Bruches im Druckflüssigkeitskreislauf des Reaktors sofort wirksam sind, wird bei Anlagen der einen Art die Kühlflüssigkeit in ständigem Umlauf gehalten. Dies erfordert aber unnötige Unterhaltungskosten über lange Zeit, denn ein Reaktorunfall ist ja ein seltenes Ereignis.· .^:

Eine Möglichkeit, diesen unnötigen Aufwand zu .· vermeiden, besteht darin, die Kühlflüssigkeit erst dann in Umlauf zu setzen, wenn ein Reaktorunfall auftritt. Bei einigen Anlagen erfolgt dies, indem man eine tiefsiedende Kühlflüssigkeit Von einem Vorratsbehälter aus durch das Leitungssystem der Konden- ■ satoren strömen läßt und den dabei gebildeten-Kühlflüssigkeitsdampf in die Atmosphäre, abläßt. Dies hat aber den Nachteil, daß die Oberflächenkondensatoren im-Augenblick des Reaktorunfalls, der bekanntlich in kürzester Zeit abläuft, zunächst unwirksam sind; erst nachträglich — nach Einsetzen des Kühlflüssigkeitsumlauf s — dienen die Oberflächenkondensatoren dazu, die ursprünglichen Druck- und Temperaturverhältnisse wiederherzustellen. Es ist dabei ferner zu befürchten, daß die Mittel, die zum Auslösen des Kühlflüssigkeitsdurchlaufs durch die Kondensatoren dienen, durch die jahrelange Nichtbenutzung bei einem Reaktorunfall nicht mehr funktionssicher sind und versagen.

Die bekannten Anlagen besitzen darüber hinaus den Nachteil, daß im Fall einer Undichtigkeit an einem einzigen Kondensatorelement — die übrigens auch durch den Bruch im Druckflüssigkeitskreis des Reaktors entstehen kann— das gesamte Kühlflüssigkeitssystem unbrauchbar wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile der bekannten Anlagen zu beseitigen. Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen Kernreaktoranlage

Anmelder:

Aktieselskabet Burmeister & Wain's Maskin OG

Skibsbyggeri, Kopenhagen

Vertreter:

Dipl.-Ing. J. Ludewig und Dipl.-Phys. K. G. Buse, Patentanwälte,

Wuppertal-Bannen, Unterdörnen 114

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Peter Mogens Villadsen, Herlev

(Dänemark) ...

Beanspruchte Priorität: .
: Dänemark vom 20. September 1962 (4085)

dadurch erreicht, daß die Kondensatoren .als geschlossene, ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllte Oberflächenkondensatorelemente ausgebildet sind, deren Anordnung derart gewählt ist, daß der aus* strömende Dampf auf seinem Weg zur Wandung des Sicherheitsgehäuses unter allen Verhältnissen die Elemente umströmt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen geschlossenen Elemente der Oberflächenkondensatoren stellen eine Neuschöpfung auf diesem technischen Gebiet dar. Derartige Kondensatorelemente bringen wichtige Vorteile bezüglich der Sicherheit gegenüber den Folgen eines Reaktorunfalls. Sollten nämlich im Laufe der Zeit an einem Kondensatorelement Undichtigkeiten auftreten, so beeinträchtigen diese nur die Wirkungsweise des betreffenden Elementes. Die übrigen Kondensatorelemente besitzen unvermindert ihre volle ursprüngliche Wirkung, denn sie stehen untereinander und somit auch mit dem beschädigten Element nicht in Verbindung. Vergleichbare Vorteile können die bekannten Rohrregister bzw. Kühlschlangen der bekannten Reaktoranlagen nicht bieten.

Durch die vorerwähnte Anordnung der Elemente in der Weise, daß der ausströmende Dampf bei einem Reaktorbruch auf seinem Weg zur Wandung des Sicherheitsgehäuses unter allen Umständen die Elemente umströmt, ist es möglich, derartige Kernreak-

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toranlagen mit Vorteil auf Fahrzeugen, wie Schiffen, densatorelementen neuteonenabsorfoierende Stoffe zu-

zu installieren. Unabhängig von der Lage der Schiffe gesetzt sein oder Stoffe mit poßer Dichte in Lösung

und ihrer Bewegung behalten die Kondensatorele- gebracht sein, um die Gammaabsorption zu ver-

mente ihre volle Wirkung. Ja selbst in Fällen, wo das bessern.

Schiff nach einer Havarie auf der Seite oder kieloben 5 Zur weiteren Verbesserang der Kondensation liegen sollte, bleibt die Wirkung der Kondensator- empfiehlt es sich, die Außenseiten der Kondensatorelemente gewahrt. Mit gleichem Vorteil -wird man elemente mit einer die Tropfenkondensation fördernderartige Kernreaktoranlagen auch auf anderen Fahr- den Oberfläche zu versehen. Eine Tropfenkondenzeugen, wie z. B. Lokomotiven, installieren können. sation bietet nämlich bei einem Reaktorunfall einen Im Fall eines Zusammenstoßes oder bei einer Ent- io besseren Wärmeübergang zwischen dem Dampf und gleisung bleibt die Wirksamkeit der Oberflächen- den Kondensatoroberflächen als eine Filmkondenkondensatoren gewahrt. sation.

Die Kondensatorelemente können einmal im Reak- In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Austorraum selbst -angeordnet sein und dieser Raum als führungsbeispiel dargestellt. Es zeigt
Sicherheitsgehäuse dienen. Eine derartige Anordnung 15 F i g. 1 einen Teil eines Querschnittes durch ein kann auch dann benutzt werden, wenn der Reaktor- Schiff mit einer Anlage nach der Erfindung und
raum von einem gesonderten Sicherheitsbehälter mn- Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßgeben ist, z. B. falls dies von den Behörden verlangt stab einen Schnitt durch einen Teil der Anlage, der wird. Um den Zutritt zum Reaktor zu ermöglichen, die Kondensatorelemente im Querschnitt wiedergibt z. B. im Hinblick auf Besichtigung und etwaige Aus- 20 Das in Fig. 1 gezeigte Schiff wird mittels einer wechslung der Spaltstoffelemente, kann ein Teil der schematisch gezeigten Reaktoranlage 1 angetrieben. Kondensatorelemente ausbaubar gemacht sein. Letztere ist in einem Reaktorraum 2 angebracht, der

Die Kondensatorelemente können aber auch in von abschirmenden Seitenwänden 3 und einer ab-

einem oder mehreren Kanälen angebracht sein, die schirmenden Decke 4 umgeben ist. Zu jeder Seite des

den Reaktorraum mit einem gesonderten Raum zur 25 Reaktorraumes findet sich ein Kofferdamm 5 und

Aufnahme ausströmenden Dampfes und mitgerisse- außerhalb von diesem eine Anzahl Flügelbehälter 6.

nex Luft verbinden. Als gesonderter Raum kann ein über dem Reaktorraum 2 findet sich ein Spaltstoff-

über oder neben dem Reaktor befindlicher Raum die- auswechslungsraum 7, worin das Ladewerk des Reak-

nen, z. B. kann man den Spaltstoffauswechslungs- tors und sonstige Ausrüstung untergebracht sein

raum hierfür verwenden, der üblicherweise einen ver- 3° können. In der Zeichnung ist schematisch ein Kran-

hältnismäßig großen Rauminhalt besitzt. balken 8 mit einer Laufkatze 9 gezeigt. Neben dem

Die genannten Kanäle können an mehreren Stellen Spaltstoffauswechslungsraum 7 ist eine Schleuse 10

Einlaßöffnungen vom Reaktorraum aufweisen. Hier- zum Auswechseln von Spaltstoffelementen ange-

durch kann eine bessere Auswertung der einzelnen ordnet.

Kondensatorelemente erzielt werden. Die Einlaß- 35 Parallel mit den abschirmenden Wänden 3 des und/oder Auslaßöffnungen der Kanäle können dabei Reaktorraumes und in einigem Abstand innerhalb durch Membranen verschlossen sein, die so bemessen von diesen finden sich Wände 11, die mit den Wänsind, daß sie bei einem kleinen Druckunterschied den 3 senkrechte Kanäle 12 abgrenzen, worin ein bersten. Hierdurch wird während des normalen Be- System von Kondensatorelementen angebracht ist, die triebes der Anlage eine unnötige Durchlüftung der 40 aus Gründen der Überschaulichkeit nicht in F i g. 1 Kanäle verhindert, welche die Gefahr einer Korro- gezeigt sind. Die Kondensatorelemente bestehen in dierung der Kondensatorelemente aufkommen lassen der gezeigten Ausführungsform aus einer großen Ankönnte, zahl waagerechter, an den Enden geschlossener

Zweckmäßigerweise bildet man die Kondensator- Rohre 13 (s. Fig. 2), die "sich in der Längsrichtung

elemente nach der Erfindung aus einzelnen, beidendig 45 des Schiffes erstrecken und deren gegenseitige Lage

geschlossenen Rohren ohne gegenseitige Verbindung mittels Organen, wie Rohrwände oder Drahtnetze,

aus oder baut sie aus flachen, radiatorähnlichen EIe- zwischen den Wänden der Kanäle festgehalten ist.

menten auf. Jedes Rohr 13 ist unter anderem im Hinblick auf

Es empfiehlt sich, die Kondensatorelemente gegen- die Wärmedehnung bis etwas unterhalb seines maxi-

einander versetzt anzuordnen und zugleich als Ab- 5° malen Fassungsvermögens, z. B. 90 °/o, mit Flüssigkeit

schirmung für die Reaktorstrahlung zu verwenden. gefüllt.

In diesem Fall machen sich die Oberflächenkonden- Die Kanäle 12 sind unten durch dünne Membra-

satoren in der langen Zeit ihrer Nichtbenutzung auch nen 14 in der Wand 11 und oben durch entsprechende

als Strahlungsschutzmittel nützlich. Für diesen Schutz dünne Membranen 15 in der Decke 4 verschlossen,

ist es — in entsprechender Weise wie für die Druck- 55 Diese Membranen sind so bemessen, daß sie bei

begrenzung bei einem Reaktorunfall — von ent- einem ganz geringen Druckunterschied bersten, so

scheidender Bedeutung, daß die Kondensatorelemente daß die Kanäle 12 normalerweise verschlossen sind,

in sich geschlossen sind und somit ohne gegenseitige aber im Fall einer Reaktorstörung, die ein Ausströ-

Verbindung zueinander stehen. Undichtigkeiten an men von Dampf aus dem Reaktor 1 bewirkt, sofort

einem Element beeinträchtigen lediglich die Wir- ⁶° bersten und dadurch die Passage des Dampfes vom

kungsweise dieses einzelnen Elementes und nicht die- Reaktorraum 2 zum Spaltstoffauswechslungsraum 7

jenige der gesamten Schutzanlage. ermöglichen. Falls eine solche Reaktorstörung ein-

Durch die Verwendung der Oberflächenkonden- tritt, wird ein wesentlicher Teil des ausströmenden

satoren als Abschirmung für die Reaktorstrahlung Dampfes deshalb nach oben durch die Kanäle 12

können die übrigen üblichen zur Verminderung der ⁶S strömen und bei der Passage der mit Flüssigkeit ge-

Strahlung dienenden Bauteile vermindert werden. füllten Rohre 13 teilweise an der Außenseite der-

Zur Unterstützung dieser Wirkung der Oberflächen- selben kondensieren, wodurch der Dampfdruck stark

kondensatoren können der Flüssigkeit in den Kon- absinkt. Die hiervon bedingte Verminderung des bei

einer Reaktorstörung auftretenden Druckes im Reaktorraum ermöglicht eine Verminderung der Wandstärke in dessen Wänden 3.

Wie in F i g. 2 gezeigt, sind die Rohre 13 in Gruppen angebracht, je aus drei in der Hauptsache senkrecht verlaufenden Reihen übereinandergelegener Rohre bestehend. In F i g. 2 sind vier solche Gruppen 16,17,18 und 19 gezeigt. Die Rohre in den drei Reihen der einzelnen Gruppen liegen jedoch nicht genau senkrecht übereinander, sondern die Mittellinien der Rohre sind auf einer sinusähnlichen Kurve 20 gelegen. Innerhalb jeder Gruppe 16 bis 19 liegen drei Rohre aus je einer Reihe in gleicher waagerechter Ebene, und die Rohre in zwei benachbarten Gruppen, z. B. 16 und 17, sind in senkrechter Richtung um einen halben Rohrdurchmesser gegeneinander versetzt. Durch die gezeigte Anordnung der Rohre wird erzielt, daß es in den Kanälen 12 keine geradlinige Bahn gibt, auf der eine Strahlung verlaufen kann, ohne mehrere der Rohre 13 zu treffen. Die Rohre 13 dienen deshalb als eine wirksame Abschirmung gegen Strahlung aus dem Reaktorraum.

Wie oben erwähnt, enthalten die Rohre 13 Flüssigkeit, vornehmlich Wasser, aber auch andere Flüssigkeiten können benutzt werden. Gegebenenfalls können die Rohre somit eine Kältemischung enthalten, namentlich falls das Schiff für Fahrten unter arktischen Verhältnissen vorgesehen ist. Der Flüssigkeit in den Rohren 13 können, neutronenabsorbierende Stoffe zugesetzt sein, z. B. borhaltige Kompositionen oder Stoffe mit hoher Wichte und daraus folgendem hohem Absorptionsquerschnitt für Gammastrahlung. Bor kann in einer solchen chemischen Verbindung zugesetzt werden, daß ein Korrodieren der Rohre verhindert wird, aber zu diesem Zweck können der Flüssigkeit außerdem Inhibitoren zugesetzt sein.

Es wurde oben erwähnt, daß die Flüssigkeit in den Rohren 13 diese vornehmlich nicht gänzlich ausfüllt. Das restliche Volumen kann eventuell vor dem Verschließen der Rohre ausgepumpt sein, wodurch man eine Verbesserung der inneren Wärmeübergangszahl erzielen kann. Der Restraum in den Kondensatorrohren kann auch mit einem indifferenten Gas gefüllt sein.

Das Verschließen der Rohre 13 an den Enden kann auf jegliche geeignete Weise vorgenommen sein, z. B. durch Zuschweißen, durch Zupfropfen mittels eines eingeschraubten Stopfens oder durch Zusammenklemmen und Schweißen der Rohrenden. Wenn jedes Rohr 13 verschlossen und somit ohne Verbindung mit den übrigen Rohren ist, vermeidet man die Anwendung verhältnismäßig teurer Rohrwände oder Sammelkästen, und die Sicherheit des Kondensatorsystems wird auch dadurch erhöht, daß ein Leck in einem oder einigen Rohren die Funktionstauglichkeit der übrigen Rohre nicht beeinträchtigt.

Die in F i g. 2 gezeigten einzelnen Rohre 13 können durch Rohrschlangen ersetzt werden, wie auch die Rohre oder die Rohrschlangen in einem beliebig anderen Muster als das gezeigte angebracht werden können, jedoch vornehmlich in einem solchen, das durch seine geometrische Form zur Abschirmung des Reaktors beiträgt. Statt Rohre können auch Kondensatorelemente anderer Ausgestaltung verwendet werden, z. B. stahlblechradiatorähnliche Elemente.

In den geschlossenen Kanälen 12 kann ein indifferentes Gas eingeschlossen sein, das einer außenseitigen Korrosion der Kondensatorelemente entgegenwirken kann. Es kann auch in den Kanälen ein wasseransaugendes Mittel, wie Silikagel, angebracht sein. Die Kondensatorelemente können außen oder innen mit geeigneten Mitteln, beispielsweise Farbe oder Galvanisierung, die einer Korrosion entgegenwirken, präpariert sein, und sie können außen so behandelt sein, daß eine Tropfenkondensation des vorbeiströmenden Dampfes gefördert wird.

Die gezeigte Anordnung der Kondensatorelemente in senkrechten Kanälen an zwei oder mehreren der Wände des Reaktorraumes entlang hat ferner den Vorteil, daß sie die freie Zugänglichkeit zum Reaktor durch ein in der Decke 4 des Reaktorraumes ausgebildetes Loch 21, das, wie gezeigt, normal durch einen abnehmbaren Deckel 22 geschlossen ist, nicht behindert. Die Kondensatorelemente können jedoch auch auf andere Art und Weise angeordnet sein, z. B. im Reaktorraum selbst. Im Hinblick darauf, daß es normal wünschenswert ist, während des Betriebs oder kurz nach Stillsetzen (Shutdown) des Reaktors Zutritt zu diesem erzielen zu können, kann es zweckmäßig sein, daß ein Teil der Kondensatorelemente von ihrer Betriebslage entfernt werden kann. Durch Anwendung von Rohrregistern als Kondensatorelemente können z. B. alle oder ein Teil der über dem Reaktor liegenden Rohrregister so eingerichtet sein, daß sie abgehoben und zur Seite versetzt oder um Gelenke hochgeschwenkt werden können.

Bei der gezeigten Ausführungsform hat der Dampf Zutritt zu den Kanälen 12 allein durch die am Boden der Kanäle angebrachten Membranen 14, aber zwecks besserer Verwertung der Kühlflüssigkeit der Kondensatorelemente kann es zweckmäßig sein, an höher gelegenen Stellen in denselben mehrere Einlaßöffnungen zu den Kanälen anzubringen. Diese Öffnungen werden dann auch vornehmlich durch leicht durchbrechbare Membranen, den Membranen 14 entsprechend, verschlossen sein.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktoranlage, bestehend aus einem Sicherheitsgehäuse mit einem Kernreaktor, der einen Druckflüssigkeitskreislauf aufweist, und mit einem oder mehreren Räumen zur Aufnahme von ausströmender Flüssigkeit und Dampf im Fall eines Bruches im Druckflüssigkeitskreislauf, in denen Oberflächenkondensatoren zur Minderung des dabei auftretenden Druckes angeordnet sind, gekennzeichnet durch geschlossene ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllte Oberflächenkondensatorelemente, deren Anordnung derart gewählt ist, daß der ausströmende Dampf auf seinem Weg zur Wandung des Sicherheitsgehäuses unter allen Verhältnissen die Elemente umströmt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente aus einzelnen, beidseitig geschlossenen Rohren bestehen.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente aus flachen, radiatorähnlichen Elementen bestehen.

4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelemente gegeneinander versetzt angebracht sind und als Abschirmung der Reaktorstrahlung dienen.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit in

den Kondensatorelementen neutronenabsorbierende Stoffe zugesetzt sind.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit in den Kondensatorelementen Stoffe mit großer Wichte zugesetzt sind.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeitsfreien Raumteile im Inneren der Kondensatorelemente evakuiert sind.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten der Kondensatorelemente eine die Tropfenkondensation fördernde Oberfläche aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1 066 288; britische Patentschrift Nr. 859 653; Atompraxis, 2. Jahrgang, 1956, H. 4, S. 140 und 141.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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