пассивная аварийная система уменьшения количества водорода для водоохлаждаемого ядерного реактора

Формула изобретения

1. Пассивная аварийная система уменьшения количества водорода для водоохлаждаемого ядерного реактора, имеющего внутри защитной оболочки активную зону реактора и связанные с ней трубопроводы теплоносителя, систему для удаления водорода из атмосферы под защитной оболочкой, образующегося в случае аварии с потерей теплоносителя при разрыве упомянутых трубопроводов теплоносителя, отличающаяся тем, что она содержит средства формирования под защитной оболочкой пути восходящего воздушного потока и пути нисходящего воздушного потока с конвективным обменом между ними, средства для канализации упомянутого пути восходящего воздушного потока от упомянутых трубопроводов теплоносителя и для ограничения пути увлеченного водорода только посредством канализированного восходящего воздушного потока и каталитическую водородную камеру рекомбинации увлеченного водорода с кислородом в упомянутом канализированном восходящем воздушном потоке, расположенную на упомянутом канализированном пути восходящего воздушного потока, при этом упомянутый путь восходящего воздушного потока установлен в зоне упомянутых трубопроводов теплоносителя с возможностью увлечения водорода от места упомянутого разрыва, а упомянутый путь нисходящего воздушного потока расположен в зоне стенки упомянутой защитной оболочки.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые средства для формирования пути восходящего воздушного потока и нисходящего воздушного потока включают в себя направляющую перегородку, расположенную между областью упомянутых трубопроводов теплоносителя и внешней защитной оболочкой и имеющую нижние и верхние отверстия, причем упомянутая направляющая перегородка определяет путь восходящего воздушного потока от нижних отверстий к упомянутым верхним отверстиям через область трубопроводов теплоносителя и путь нисходящего воздушного потока от упомянутых верхних отверстий до упомянутых нижних отверстий в области между упомянутой направляющей перегородкой и внешней защитной оболочкой.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что внутри защитной оболочки имеется кожух парогенератора, через который расположен проходящим упомянутый канализированный путь восходящего воздушного потока.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что нижние отверстия и кожух парогенератора в нормальном состоянии закрыты для прохода через них воздушного потока посредством выпускных клапанов, установленных с возможностью открытия при росте давления во время аварии с потерей теплоносителя.

5. Система по п.2, отличающаяся тем, что упомянутые верхние отверстия расположены выше, а упомянутые нижние отверстия - ниже уровня упомянутых трубопроводов теплоносителя.

6. Система по п.3, отличающаяся тем, что она включает в себя средства для отвода тепла от упомянутого нисходящего воздушного потока.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что упомянутые средства для отвода тепла выполнены в виде теплообменника, установленного на пути упомянутого нисходящего воздушного потока с возможностью конвективного обмена теплом с расположенным выше водяным бассейном.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к усовершенствованной системе для пассивного удаления водорода из-под защитной оболочки ядерного реактора в случае аварии типа потери теплоносителя, с использованием каталитической рекомбинации водорода.

Уровень техники

Типовые водоохлаждаемые ядерные реакторы проектируются с учетом минимизации угрозы целостности защитной оболочки при авариях с потерей теплоносителя (АПТ). АПТ может привести к возникновению двух проблем. Во-первых, наличие разрыва в контуре теплоносителя ядерного реактора приводит к выбросу воды и пара в пространство под защитной оболочкой. Несмотря на наличие систем для отвода тепла от защитной оболочки, давление и температура внутри нее могут превзойти предельные значения, заложенные при проектировании. Во-вторых, в случае тяжелых АПТ, связанных не только с потерей теплоносителя, но и с последующим ошибочным впрыском аварийного запаса теплоносителя в охлаждающую систему, следующий за этим разогрев топлива приводит к возникновению высокотемпературной реакции между остаточным паром в первом контуре и циркониевой оболочкой тепловыделяющего элемента. В серьезных случаях может произойти полное окисление оболочки. Эта реакция является экзотермической и протекает с образованием водорода. Образовавшийся в реакции водород вместе с паром проникает от точки разрыва в первом контуре в атмосферу под защитной оболочкой. В тяжелых аварийных случаях скорость высвобождения водорода может быть порядка килограмма в секунду. Хотя и используются системы для поддержания концентрации водорода ниже порога самовозгорания, тем не менее под защитной оболочкой реактора может образоваться потенциально взрывоопасная смесь.

В новых разработках водоохлаждаемых ядерных реакторов избегают применять решения, связанные с использованием электропитания, снабжением водой и человеческим фактором для ослабления эффектов АПТ. В них используют пассивные средства для отвода тепла из-под защитной оболочки через ее стенки для поддержания давления в заданных пределах, предусмотренных проектом. Например, для обеспечения отвода тепла используют стальные стенки защитной оболочки и внешнюю охлаждающую воду из емкостей, расположенных на высоких уровнях. В атмосфере под защитной оболочкой тепло к стенкам передается за счет естественной конвекции. Пар из точки разрыва смешивается с воздухом, поднимается в верхнюю часть оболочки и охлаждается при контакте с ее холодной стенкой. Более холодная и густая смесь теплоносителя устремляется вниз и начинается процесс естественной циркуляции, при которой поток у стенок движется вниз, а в центральной области - вверх. После начального скачка давление и температура под защитной оболочкой растут до тех пор, пока скорость конденсации пара на холодной стенке оболочки и других холодных поверхностях не сравняется со скоростью выхода пара из места разрыва.

В типовых реакторах используют различные способы уменьшения накопления водорода. Один из способов - создание инертной среды, и он заключается в создании до или в процессе запуска нормальной работы станции обедненной кислородом атмосферы под защитной оболочкой. Инертный газ, обычно азот, вдувается под оболочку, замещая воздух, который непрерывно вытесняется в окружающую среду, в то время как под оболочкой концентрация кислорода снижается ниже уровня, необходимого для возгорания водорода. Этот способ обычно применяется только для защитных оболочек малого размера ввиду практических трудностей присущих большим конструкциям.

Для средних и больших конструкций защитных оболочек обычно предлагается использовать для уменьшения количества водорода камеры сжигания. Камеры сжигания располагают в различных местах внутри защитной оболочки, в особенности в местах предполагаемого наибольшего скопления водорода. Камеры сжигания начинают действовать, как только концентрация водорода превосходит порог воспламенения, обеспечивая медленное выгорание, при котором энергия высвобождается локально и постепенно. Однако при использовании камер сжигания водорода имеется риск того, что воспламенение, вызванное в одном месте, распространится на соседние зоны, в том числе и на более близкие к точке образования водорода, или перекинется на близлежащие пламеопасные области (так называемое струйное воспламенение) или же распространится более интенсивно, чем ожидалось. Это может привести к переходу от медленного сгорания к детонации и соответственно к очень большим нагрузкам как на оболочку, так и на оборудование, размещенное под ней. Другим недостатком метода принудительного сжигания является непредсказуемость поведения смеси и тип горения, который может возникнуть при ее принудительном сжигании. Такая неопределенность послужила поводом для поиска удаления водорода без сжигания. Кроме того, камеры сжигания водорода, которые работают на переменном токе, могут оказаться бесполезными при отключении электропитания, а те, которые работают от батарей, вынуждены работать с перерывами из-за ограниченности электропитания. Каталитические окислители имеют ограничения, связанные с диапазоном смесей, которые могут сжигаться, их временем отклика и чувствительностью к отравлению, загрязнению или механическим повреждениям. В результате распространенной практикой является применение некоторых других способов поддержания концентрации водорода ниже порога воспламенения, а принудительное сжигание используют только в случае неэффективности этих других способов.

Одним из таких других способов является использование устройств для рекомбинации водорода - камер рекомбинации. В водородной камере рекомбинации происходит соединение водорода и кислорода с образованием воды, в результате чего падает концентрация водорода под защитной оболочкой. Каталитические камеры рекомбинации, которые в отличие от тепловых камер рекомбинации являются самозапускающимися и не требуют внешнего источника питания, могут быть соответственно использованы как часть пассивной системы. Хотя каталитические камеры рекомбинации водорода и были предназначены для использования в реакторной зоне, они не получили широкого практического распространения по ряду причин. Обычной практикой для больших реакторов является использование в атмосфере под оболочкой различных смесей для разбавления водорода, образовавшегося в месте разрыва и распространившегося по всему пространству под оболочкой. Это считается эффективным, так как большой объем под защитной оболочкой позволяет разбавлять очень большие количества водорода, прежде чем его уровень достигнет порога воспламенения. Таким образом предоставляется допустимый период времени, в течение которого могут быть предприняты противоаварийные действия для борьбы с последствиями АПТ.

Для своего эффективного действия водородные камеры рекомбинации требуют относительно больших скоростей потока воздуха. В случае больших объемов под оболочкой простое использование естественной циркуляции атмосферы под защитной оболочкой, которая возникает при ее охлаждении, не обеспечивает достаточно высоких скоростей потока, необходимых для эффективного действия пассивных камер рекомбинации водорода. Кроме того, из-за наличия в пространстве под оболочкой механизмов и локальных полостей, вид естественных конвективных потоков, связанных с возникновением АПТ, очень трудно предсказать или смоделировать, в результате чего места оптимального расположения камер сжигания водорода становятся в лучшем случае предметом для неопределенных научных изысканий. В итоге считается, что камеры сжигания водорода надо, как правило, размещать в вентиляционных магистралях, через которые прогоняется вентиляторами часть атмосферы под оболочкой. Это, конечно, не является пассивной системой и неэффективно в случае отключения энергии, приводящей в движение циркуляционные вентиляторы. Были предложены различные способы для усиления воздушного потока к камерам рекомбинации. В патенте Германии DE 3035103 показано использование вертикальных шахт и нагревательных приборов, расположенных в этих шахтах, для усиления потока к камерам рекомбинации за счет возникновения тяги в трубе. Хотя применение шахт эффективно для подвода потока к камерам рекомбинации, электронагреватели, предназначенные для создания восходящего воздушного потока, основаны на использовании внешних источников энергии. Кроме того, наличие больших шахт представляет очевидные физические трудности при их размещении среди оборудования, расположенного под защитной оболочкой.

Ввиду таких многочисленных ограничений водородные камеры рекомбинации нашли применение только для планового удаления водорода, образовавшегося в результате радиолиза и коррозии. Для использования при аварийных ситуациях в серийных реакторах не ограничивались до сих пор применением только водородных рекомбинаторов, но также дополнительно применяют камеры сжигания водорода и/или системы создания инертной среды. Поэтому есть необходимость в улучшении условий, при которых водород может быть удален с помощью каталитических камер рекомбинации.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом изобретения для водоохлаждаемого ядерного реактора, включающего размещенные за защитной оболочкой активную зону реактора и связанные с ней трубопроводы теплоносителя, предлагается система для удаления из атмосферы под защитной оболочкой водорода, поступающего из разрыва, образовавшегося в упомянутых трубопроводах в результате аварии с потерей теплоносителя, включающая средства для формирования пути восходящего воздушного потока и пути нисходящего воздушного потока с конвективным обменом между ними, причем упомянутый путь восходящего воздушного потока проходит в области упомянутых трубопроводов теплоносителя и эффективен для увлечения водорода от упомянутого разрыва, а упомянутый путь нисходящего воздушного потока прилегает к упомянутой стенке защитной оболочки, средства для канализации упомянутого восходящего воздушного потока, идущего от упомянутых трубопроводов теплоносителя, эффективные для ограничения пути увлеченного водорода только канализированным путем восходящего воздушного потока и каталитическую камеру рекомбинации водорода, размещенную на упомянутом канализированном пути восходящего воздушного потока для рекомбинации упомянутого увлеченного водорода с кислородом на упомянутом канализированном пути восходящего воздушного потока.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения средства для формирования пути восходящего воздушного потока и упомянутого пути нисходящего воздушного потока включают в себя направляющую перегородку, расположенную между областью упомянутых трубопроводов теплоносителя и внешней защитной оболочкой и имеющую верхние и нижние отверстия, причем упомянутая направляющая перегородка отделяет путь восходящего воздушного потока от упомянутых нижних отверстий до упомянутых верхних отверстий через область упомянутых трубопроводов теплоносителя с одной стороны от пути нисходящего воздушного потока от упомянутых верхних отверстий до упомянутых нижних отверстий в области между упомянутой направляющей перегородкой и внешней защитной оболочкой с другой стороны.

В соответствии с другим аспектом изобретения канализированный путь восходящего воздушного потока проходит через кожух парогенератора.

Перечень фигур чертежей

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

на фиг. 1 схематически представлена система уменьшения количества водорода в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 представлено поперечное сечение реактора CANDU, имеющего направляющую перегородку и камеры рекомбинации водорода в соответствии с настоящим изобретением.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 схематически представлена общая идея изобретения. Здание реактора в общем виде обозначено цифрой 10 и включает защитную оболочку 12. Наружная стена 14 окружает стенки защитной оболочки, имеет отверстия 16 в верхней ее части и 18 у дна и создает кольцевую область 20, через которую может проходить внешний охлаждающий воздух под действием естественной конвекции. Защитная оболочка 12 может быть сделана из стали или другого теплопроводного металла, в то время как внешняя стенка 14 обычно делается из бетона. Хотя на фиг. 1 представлена конструкция из стали и бетона, настоящее изобретение может быть использовано и в других конструкциях реакторов.

При АПТ возникает разрыв в трубопроводе теплоносителя. Активную зону реактора обычно располагают по центру у дна защитной оболочки, а трубопроводы теплоносителя концентрируются вокруг и выше активной зоны. Для иллюстрации область трубопроводов теплоносителя показана в общем виде под номером 22 на фиг. 1. Пар из разрыва в области 22 будет стремиться подняться в центральную область 23 внутри защитной оболочки и при этом будет охлаждаться у купола 24 и опускаться вдоль внутренней поверхности холодной стенки защитной оболочки 12. Это установит естественную конвективную циркуляцию, которая отводит тепло от области разрыва и из-под защитной оболочки 12 через ее стенку. Хотя в целях создания ясной картины детали на фиг. 1 опущены, специалисты в данном вопросе примут во внимание, что в области за защитной оболочкой на самом деле расположено большое количество пространств с механизмами, занимающих эту область, включая крышку реактора, ниши для перегрузки топлива, кожухи парогенераторов, насосные камеры и тому подобное. В результате естественная конвективная циркуляция, описанная выше, сталкивается со многими препятствиями, из-за которых скорость циркуляции относительно мала и точный путь потока трудно предсказать.

Согласно настоящему изобретению объем под защитной оболочкой разделен на путь восходящего потока и путь нисходящего потока. Направляющая перегородка 26 расположена так по отношению к стенке защитной оболочки 12, чтобы обеспечить между ними кольцевой зазор 28, определяющий путь нисходящего потока и центральное пространство 23, определяющее путь восходящего потока. Пути восходящего и нисходящего потоков, которые разделены вертикально расположенной стенкой направляющей перегородки 26, граничат друг с другом у своих верхних границ в области отверстий 30 в направляющей перегородке 26 выше источника водорода 22, а у своих нижних границ - в области отверстий 32 в направляющей перегородке 26 ниже источника водорода 22. Восходящий воздушный поток в центральном пространстве 23 может объединяться с нисходящим воздушным потоком в кольцевом зазоре 28 через верхние отверстия 30, а нисходящий воздушный поток в кольцевом зазоре 28 может объединяться с восходящим воздушным потоком в центральном пространстве 23 через нижние отверстия 32. На практике, внедрение пространств, занятых машинами и механизмами, приводит к тому, что пространство 28, определяющее путь нисходящего воздушного потока, в действительности не является кольцевой областью и должно охватывать ряд нерегулярно расположенных пространств по периферии внутри защитной оболочки 12. В результате путь нисходящего воздушного потока значительно менее свободен, чем показано на фиг. 1. На практике, в то время как нижние отверстия 32 могут быть действительно отверстиями, проделанными в направляющей перегородке 26, верхние отверстия 30 вполне могут быть сформированы как зазор между верхним краем направляющей перегородки 26 и куполом 24.

За счет использования направляющей перегородки 26 естественный конвективный поток в атмосфере под оболочкой усиливается и разделяется на каналы, формирующие определенные и предсказуемые пути восходящих и нисходящих воздушных потоков. За счет расположения отверстий 30 и 32 выше и ниже области 22, в которой находится источник водорода, выделившийся водород переносится по строго определенному пути восходящего воздушного потока.

Центральное пространство 23 в области над активной зоной реактора обычно насыщено пространствами, занятыми механизмами и оборудованием. В результате будет формироваться ряд отдельных путей восходящего воздушного потока. В соответствии с настоящим изобретением все пути восходящего воздушного потока, кроме тех, на которых расположены камеры рекомбинации, блокируются, и восходящий воздушный поток, идущий от упомянутых трубопроводов теплоносителя, канализируется, так чтобы ограничить путь увлеченного водорода путем канализированного восходящего воздушного потока. Это может быть достигнуто созданием или изменением перегородок, охватывающих пространства, занятые машинами и оборудованием, для того, чтобы канализировать или заключить в трубу воздух, идущий от трубопроводов теплоносителя, сформировав один или несколько путей восходящего потока, на которых размещают камеры рекомбинации водорода. На фиг. 1 показано упрощенное представление перегородок 36, которые формируют единственный канализированный путь восходящего воздушного потока 34, расположенный непосредственно над источником водорода 22, и на котором может быть благоприятно размещена камера рекомбинации водорода. Это строго ограничивает увлеченный водорода от места разрыва канализированным воздушным потоком, гарантируя тем самым то, что он пройдет через камеры рекомбинации перед последующим смешиванием и разбавлением с атмосферой под защитной оболочкой. Сильный восходящий воздушный поток, сформированный использованием направляющей перегородки 26, обеспечивает избыток кислорода для эффективной рекомбинации с поступающим водородом. В результате камера рекомбинации, размещенная на пути восходящего воздушного потока 34, работает в условиях, необходимых для поддержания уровней содержания водорода под защитной оболочкой, обеспечивающих отсутствие воспламенения. Кроме того, тепло, образовавшееся в результате экзотермической реакции рекомбинации водорода с кислородом, вносит ускорение в движение в атмосфере под защитной оболочкой восходящего потока от места разрыва и помогает таким образом установлению естественной конвективной циркуляции атмосферы под защитной оболочкой и переносу тепла.

На фиг. 2 показано применение настоящего изобретения в реакторе CANDU. В общем случае реактор включает защитную оболочку 40, которая закрывает активную зону реактора 42 и парогенераторы 44. В системе первого контура теплоноситель циркулирует от реактора 42 к парогенераторам 44 и обратно к реактору 42 за счет насосов 46 по трубопроводам теплоносителя, причем трубопроводы теплоносителя могут включать в себя входные коллекторы, обозначенные в общем случае позицией 48, и питатели, соединенные с отдельными топливными каналами в реакторе 42 через фидерные отсеки 49. В парогенераторах 44 за счет тепла, отданного теплоносителем, производится пар высокого давления, который передается через главный паропровод 50 к паровой турбине (не показана).

Объем под защитной оболочкой включает в себя недоступную зону, доступную зону и зону купола. Стенка направляющей перегородки 62 отделяет недоступную зону от доступной. Расположенная по центру недоступная зона обычно включает в себя кожухи парогенераторов 52, камеры 56 перегрузочной машины, области, прилегающие к входным коллекторам 48, и фидерные отсеки 49. Кольцевая или частично кольцевая доступная зона, обозначена позицией 58 и включает в себя различные пространства, занятые механизмами. Купольная зона в общем обозначена номером 60.

В соответствии с настоящим изобретением в направляющей перегородке 62 имеются нижние отверстия 64 на низком уровне, чтобы связать атмосферу между доступной зоной 58 и камерами 56 перегрузочной машины. Аналогично перегородка 62 имеет верхние отверстия 66 для возможности связать атмосферу центральной недоступной зоны с доступной зоной 58 через верхнюю часть кожуха парогенератора 52 и купольную зону 60, как будет более подробно показано ниже. Как видно из фиг. 2, направляющая перегородка 62 является по своему действию модифицированной стенкой внутри защитной оболочки, и необязательно непрерывна вокруг периферии защитной оболочки. В результате "кольцевая" доступная зона 58 между направляющей перегородкой 62 и стенкой защитной оболочки 40 непостоянна по форме и может представлять собой ряд отдельных пространств, расположенных по периферии внутри защитной оболочки. В альтернативном случае направляющая перегородка 62 может формироваться как поднимаемая краном стенка или другая вертикально располагаемая перегородка. Как это видно из фиг. 1, верхние отверстия 66 являются фактически зазором над верхним краем перегородки 62, через который осуществляется связь с недоступной зоной.

В начальной взрывной фазе после АПТ топливо поддерживается достаточно холодным. Через несколько минут, однако, с потерей аварийного запаса теплоносителя температура топлива будет существенно повышаться, так что начнется образование водорода и выделение его в атмосферу под защитной оболочкой. Этот промежуток времени очень важен, так как он позволяет установить естественную циркуляции воздуха и пара прежде, чем начнется выделение водорода. Когда начнет образовываться водород, он будет циркулировать с воздухом и паром по пути потока, сформированного естественной конвекцией.

В случае АПТ наиболее вероятное место разрыва будет в входных коллекторах 48 или в питателях в фидерных отсеках 49. Непосредственно после возникновения аварии пар и горячая вода будут быстро распространяться через место разрыва. Пар будет смешиваться с воздухом, быстро заполнять камеру 56 перегрузочной машины и подниматься через кожухи парогенераторов 52 в зону купола 60 через клапаны 68, которые открыты в верхних частях кожуха парогенераторов 52. Горячая смесь придет в контакт с холодной внутренней поверхностью зоны купола 60 и верхней части стенки защитной оболочки 40, и начнет охлаждаться и конденсироваться. Охлажденная и загустевшая паровоздушная смесь будет опускаться в кольцевом зазоре 58 вдоль внутренней поверхности стенки защитной оболочки 40, и начнется процесс естественной циркуляции, при котором поток смеси пара и воздуха в доступной зоне 58 будет опускаться и проходить в недоступную зону через нижние отверстия 64, при этом поток воздуха в центральной недоступной зоне будет подниматься вверх.

Стенка защитной оболочки 40 имеет ограниченную тепловую емкость и естественная конвективная циркуляция под защитной оболочкой будет затухать, пока другие меры не будут предприняты для отвода тепла из атмосферы под защитной оболочкой в кольцевом зазоре 58, определяющем путь нисходящего воздушного потока согласно настоящему изобретению. Этот отвод может быть осуществлен различными путями, известными специалистам в данной области. Например, для конструкций реакторов со стальными защитными оболочками известен способ, заключающийся в использовании охлаждающей воды из расположенных на верхних уровнях внешних емкостей, выливаемой на внешнюю поверхность защитной оболочки для улучшения отвода тепла. Часто это используется в сочетании с усиленной воздушной циркуляцией на внешней смоченной поверхности защитной оболочки вблизи внешних стен, которые схематически показаны на фиг. 1 под номером 14. В альтернативном варианте, как показано на фиг. 2 и описано в одновременно рассматриваемой заявке США, поданной 3 октября 1995 г., которая использована здесь в качестве ссылки, перенос тепла и естественная конвекция под защитной оболочкой могут быть усилены с помощью теплообменника, выполненного в виде трубного пучка 72, расположенного в верхней части кольцевого зазора 58 и приспособленного для передачи тепла от атмосферы под оболочкой к внешнему расположенному на более высоком уровне водному бассейну 74 по трубопроводам 76 за счет конвективного потока в трубах теплообменника.

Стенка направляющей перегородки 62 существенно улучшает естественную циркуляцию атмосферы под защитной оболочкой и обеспечивает надежное формирование достаточно мощного восходящего потока, проходящего через область трубопроводов теплоносителя. Восходящий поток непосредственно устремляется в область фидерных отсеков 49 и входных коллекторов 48, где может быть источник водорода, и ограничивается кожухами парогенераторов 52.

Согласно настоящему изобретению камеры рекомбинации водорода 70 расположены на пути восходящего воздушного потока непосредственно над источником водорода и могут быть успешно размещены внутри кожухов парогенераторов 52. Как показано на фиг 2, камеры рекомбинации 70 размещены по поперечному сечению парогенератора так, что восходящий воздушный поток внутри него должен пройти через камеру рекомбинации прежде, чем устремиться в купольную зону через открытые клапаны 68. Для обеспечения того, что восходящий воздушный поток не обойдет камеры рекомбинации 70, любой альтернативный путь, кроме как через кожухи парогенераторов 52, наглухо перекрыт. Если кожуха парогенераторов реактора неудобны для указанной цели, например по причине ограниченности доступа, может быть спроектирован другой путь или пути, специально предназначенные для установки камер рекомбинации.

Нижние отверстия 64 в направляющей перегородке 62 могут быть перекрыты в процессе нормальной работы станции (не показано) для предотвращения циркуляции воздуха из недоступной в доступную зоны. По сигналу о АПТ такие задвижки, так же, как клапаны 68 в верхней части кожуха парогенератора 52, могут открываться механически или при скачке давления, позволяя тем самым циркулировать воздуху под защитной оболочкой. В альтернативном варианте такие клапаны могут отсутствовать, и нижние отверстия 64 могут быть сформированы перекрытием частей стенки так, чтобы отсутствовал прямой канал между недоступной зоной в области камер 56 перегрузочных машин и доступной зоной 58, через который может проникать радиация от реактора. При такой схеме естественная циркуляция атмосферы под защитной оболочкой будет происходить при нормальной работе станции, и трубный пучок 72 или аналогично размещенный теплообменник может быть использован для конденсации насыщенного тритием пара и тем самым для уменьшения количества трития, который может циркулировать в доступную зону.

Расчеты АПТ для реакторов типа CANDU 6 показали, что скорость образования водорода достигает 2,7 м³/с. При наличии направляющей перегородки 62 и трубного пучка 72, расположенного на высоком уровне, достигается скорость восходящего паровоздушного потока, равная, по крайней мере, 85 м³/с для каждой из камер 56 перегрузочных машин в течение периода высвобождения водорода. Если предположить, что весь водород из разрыва смешивается с восходящим воздушным потоком в одной камере 56 перегрузочной машины, концентрация водорода, попадающего в камеры рекомбинации 70 составит примерно 3,1%. При таком воздушном потоке камеры рекомбинации, имеющие эффективность около 80%, снизят концентрацию водорода до величин ниже 0,6% на выходе из них. В итоге рециркулирующие воздух и пар будут иметь концентрацию водорода 0,6%, доводя тем самым концентрацию водорода на входе камеры рекомбинации до 4%. Это меньше, чем предел воспламенения, составляющий около 5%, и намного меньше предела детонации.

Для данных скоростей воздушного потока чем меньше площадь камеры рекомбинации, через которую проходит воздушный поток, тем выше эффективность. Однако слишком малая площадь потока будет приводить к большому падению давления, при котором не может быть достигнут достаточный воздушный поток. Кроме того, малое поперечное сечение потока в камере рекомбинации может привести к недопустимо высоким нагрузкам на нее во время выброса. Соответствующие расчеты для величины площади потока в камере рекомбинации для данной скорости восходящего потока и концентрации водорода хорошо известны. Для реакторов типа CANDU поперечное сечение потока через камеру рекомбинации составляет порядка 10 м² для одного кожуха парогенератора.

Как будет понятно специалистам, концентрации водорода в потоке, восходящем от камер рекомбинации, расположенных близко от места разрыва, могут превосходить уровни воспламенения, но воспламенение вблизи места разрыва должно быть ограничено количеством водорода в этом ограниченном объеме. Кроме того, может произойти повторная концентрация водорода, вышедшего из камер рекомбинации, в купольной зоне 60, что может вызвать необходимость в дополнительных камерах рекомбинации, обычно располагаемых в этой зоне.

Могут быть необходимы небольшие изменения в расположении трубопроводов, подверженных разрыву при АПТ, для того, чтобы весь водород от возможных источников устремлялся непосредственно к камерам рекомбинации. Например, трубопроводы системы сброса давления, связанные с насосами (не показаны), обычно отходят от насосов в их верхней части, на уровне, который может быть выше, чем оптимальный уровень расположения камер рекомбинации. Водород из разрыва в этой трубе может либо обойти камеры рекомбинации, либо собраться в недоступных местах. Для преодоления этой возможной проблемы трубопровод системы сброса давления может быть продолжен через внутреннюю полость компенсатора давления и далее через его дно до уровня ниже уровня камер рекомбинации. Другие аналогичные усовершенствования также могут быть сделаны в зависимости от конкретного расположения оборудования ядерного реактора, на котором используется данное изобретение.

Хотя настоящее изобретение было описано применительно к реактору с тяжелой водой под давлением типа AECL CANDU, оно с соответствующими доработками может быть использовано и для обычных конструкций реакторов, включая реакторы под давлением с легкой водой.