DE19532178B4 - Sicherheitsarmatur zur Einleitung von Kühlmittel sowie Verfahren zur Flutung des Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage - Google Patents

Abstract

Sicherheitsarmatur (1) zur Einleitung von Kühlmittel, insbesondere zur Flutung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, mit einem Leitungselement (2) zur Führung von Kühlmittel, mit einem Absperrelement (23), das den Querschnitt (4) des Leitungselements (2) verschließt und an einer Einlaßseite (5) mit Kühlmittel beaufschlagbar und an einer der Einlaßseite (5) gegenüberliegenden Auslaßseite (6) über eine Steuerarmatur (7) hydraulisch und/oder mechanisch abstützbar ist, wobei das Absperrelement (23) bei Überschreiten einer kritischen Kraftdifferenz zwischen der jeweils an der Einlaßseite (5) und der Auslaßseite (6) herrschenden Kraft den Querschnitt (4) zumindest teilweise bei Überschreiten einer kritischen Temperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters freigibt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsarmatur zur Einleitung von Kühlmittel, insbesondere zur Flutung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, mit einem Leitungselement zur Führung von Kühlmittel und einem Absperrelement, welches den Querschnitt des Leitungselementes verschließt und an einer Einlaßseite mit Kühlmittel beaufschlagbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einer Sicherheitsarmatur in einer Kernkraftanlage Sicherheitsbehälters oder des Reaktordruckbehälter sowie ein Verfahren zur Flutung eines Sicherheitsbehälters oder Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage.
• In der EP 0 419 159 B1 ist eine passiv wirkende Sicherheitsarmatur zur Flutung der Druckkammer eines Siedewasser-Reaktors beschrieben. Die Sicherheitsarmatur weist ein Leitungselement auf, welches durch eine Wandung unterhalb des Reaktordruckbehälters in die Druckkammer geführt ist. Innerhalb der Druckkammer ist die Sicherheitsarmatur mit einem Verschlußelement verschlossen, welches ein Schmelzlot aufweist. Das Schmelzlot schmilzt bei Temperaturen zwischen 200 °C und 370 °C auf, so daß in Folge des in dem Leitungselement herrschenden Wasserdrucks das Verschlußelement aus seiner verschließenden Position gedrückt und dadurch ein Strömungsweg in die Druckkammer hinein freigegeben wird. Um bei einer entsprechenden Temperaturerhöhung innerhalb der Druckkammer, welche charakteristisch für eine anomale Betriebsbedingung der Kernkraftanlage ist, ein sicheres Aufschmelzen des Schmelzlotes zu gewährleisten, ist das Verschlußelement gegenüber dem in dem Leitungselement anliegenden Kühlwasser thermisch zu isolieren. Weiterhin ist das Schmelzlot korro sionsgefährdet, so daß zusätzlich eine Korrosionsschutzschicht mit einem deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als das Schmelzlot, beispielsweise aus einem Kunststoff, vorgesehen werden sollte. Diese Eigenschaften der Sicherheitsarmatur stehen einer feinfühligen und genau einstellbaren Auslösung, d.h. einem Öffnen eines Strömungsweges, entgegen. Zudem erfolgt ein Auslösen der Sicherheitsarmatur ausschließlich bei Eintritt von Kernschmelze in die Druckkammer, so daß die Bedingungen innerhalb des Reaktordruckbehälters bei der Auslösung der Sicherheitsarmatur keine Rolle spielen.
• Aus der DE 43 37 367 A1 ist eine Verschlußeinrichtung bekannt, durch die eine Kühlung einer Kernschmelze eingeleitet werden soll. Die Hitzeeinwirkung durch die Kernschmelze ist dabei als Auslösefaktor vorgesehen, wobei die Bedingungen innerhalb des Reaktordruckbehälters vor Auftreten der Kernschmelze bei der Auslösung der Sicherheitsarmatur ebenfalls keine Rolle spielen.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sicherheitsarmatur , anzugeben, die ein sicheres und fein einstellbares Auslösen gewährleistet und insbesondere unmittelbar auf die physikalischen Bedingungen innerhalb eines Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage reagiert. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Flutung eines Sicherheitsbehälters oder Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage anzugeben.
• Erfindungsgemäß wird die auf eine Sicherheitsarmatur zur Einleitung von Kühlmittel, insbesondere zur Flutung eines Sicherheitsbehälters und/oder eines Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage, dadurch gelöst, daß ein Leitungselement mit einem Querschnitt zur Führung von Kühlmittel und ein Absperrelement vorgesehen sind, wobei das Absperrelement den Querschnitt verschließt, an einer Einlaßseite mit Kühlmittel beaufschlagbar und an einer der Einlaßseite gegenüberliegenden Auslaßseite über eine Steuerarmatur hydraulisch und/oder me chanisch abstützbar ist, wobei das Absperrelement bei Überschreiten einer kritischen Kraftdifferenz zwischen der jeweils an der Einlaßseite und der Auslaßseite herrschenden Kraft den Querschnitt zumindest teilweise bei Überschreiten einer kritischen Temperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters freigibt.
• Mit der Sicherheitsarmatur ist eine sichere, schnelle und genau einstellbare Freigabe des Querschnittes gegeben. Dies vor allem deshalb, weil über eine hydraulische und/oder mechanische Abstützung des Absperrelementes mittels der Steuerarmatur sehr genau an der Auslaßseite eine Kraft bzw. ein Druck sowie durch das Kühlmittel ebenfalls ein Druck an der Einlaßseite sehr genau einstellbar ist. Hierdurch ist die Kraftdifferenz zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite ebenfalls sehr genau einstellbar. Je nach Anwendungsfall wird ein Absperrelement gewählt, welches in einem für den Anwendungsfall charakteristischen bzw. günstigen Kraftbereich den Querschnitt freigibt, beispielsweise dadurch, daß es zerbricht, umklappt, verschoben oder gedreht wird. Das Absperrelement kann ein einfaches mechanisches differenzdruck- bzw. kraftdifferenzbelastetes Bauteil, wie ein Schieber, eine Drehklappe, eine Wippe, ein Ventilkolben oder ähnliches, sein. Da die Freigabe des Querschnittes nicht wie bei bekannten Sicherheitsarmaturen des Standes der Technik über eine Wärmeeinwirkung auf das Absperrelement erfolgt, sondern auf einer mechanischen und/oder hydraulischen Kraftwirkung beruht, und diese einfach, genau und sicher auch über eine längere Wegstrecke ohne Zeitverzögerung übertragbar ist, ist eine sichere und schnelle Auslösung der Sicherheitsarmatur gewährleistet. Die Problematik der langdauernden und ungenauen Temperaturübertragung an das Absperrelement ist vermieden. Die Sicherheitsarmatur kann sowohl aktiv bedienbar oder rein passiv wirkend ausgestaltet sein.
• Bevorzugtermaßen ist das Absperrelement eine Berstscheibe. Die Berstscheibe besteht aus einem Metall, einem Kunststoff oder einem Glas. Aufgrund der Wahl des Materials, der Querschnittsgeometrie sowie einer Wölbung der Berstscheibe kann die Kraftdifferenz, bei der die Berstscheibe zerbirst, in engen Toleranzgrenzen eingestellt werden. Bei einem vorgegebenen, durch das Kühlmittel erzeugten Druck an der Einlaflseite wird durch eine feinfühlige Steuerung der hydraulisch und/oder mechanisch an der Auslaßseite erzeugten Kraft über die Steuerarmatur ein Bersten der Berstscheibe genau steuerbar. Eine thermische Isolierung der Berstscheibe gegenüber dem Kühlmittel ist genausowenig erforderlich wie ein Korrosionsschutz. Die Berstscheibe ist vorzugsweise eine kreisförmige, kugelförmig gewölbte Berstscheibe nach dem Knickstab-Umkehrprinzip. Eine solche Berstscheibe ist geeignet für Berstdrücke von unter 0,1 bar bis 70 bar, beispielsweise bei einer Temperatur von 22 °C. Der Durchmesser der Berstscheibe kann hierbei zwischen ca. 20 und 300 mm liegen. Bei einer Einsatztemperatur von bis 230 °C eignet sich als Material für die Berstscheibe Aluminium, bei einer Einsatztemperatur von bis 490 °C sind geeignete Materialien beispielsweise Vanadium, Nickel und Molybdän. Bei einer Einsatztemperatur bis 550 °C finden beispielsweise Inconel, Tantal oder Titan Anwendung.
• Vorzugsweise ist die Steuerungsarmatur passiv wirkend ausgebildet, so daß stromab des Absperrelementes ein geschlossener Druckraum gebildet ist, von dem eine Druckleitung abzweigt, welche mit einem thermisch zerstörbaren Verschluflelement verschlossen ist. Der Druck innerhalb des Druckraumes ist über die Druckleitung steuerbar, wobei bei einer thermischen Zerstörung des Verschluflelementes eine Verringerung des Druckes in dem Druckraum stattfindet und dadurch die zur Freigabe des Querschnittes erforderliche Kraftdifferenz aufgebaut wird. Die Druckleitung führt mit einem das thermisch zerstörbare Verschlußelement aufweisenden Ende vorzugsweise an eine thermisch kritische Stelle, beispielsweise in das Innere eines Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage, hinein, so daß bei Erreichen einer kritischen Temperatur das Verschlußelement unmittelbar öffnet und somit auch eine Freigabe des Querschnittes erfolgt. Hierdurch wird die Einleitung von Kühlmittel, beispielsweise zur Flutung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, direkt über eine Temperaturänderung an einer möglicherweise weit von dem Absperrelement entfernten Stelle, beispielsweise im Inneren eines Reaktordruckbehälters, gesteuert. Derart wird ein frühzeitiges und, falls erforderlich, präventives Einleiten von Kühlmittel er reicht. Dies hat insbesondere bei einer verminderten Kühlung von Brennelementen innerhalb des Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage den Vorteil einer frühzeitigen Kühlung von außen oder zusätzlich von innen durch Flutung mittels der Sicherheitsarmatur, so daß der Gefahr einer möglichen Kernschmelze entgegengewirkt werden kann. Die Druckleitung kann hierzu über bereits vorhandene Stutzen für die Kernmeßinstrumentierung in den Reaktordruckbehälter eingeführt werden.
• Das Verschlußelement der Druckleitung weist vorzugsweise ein Schmelzlot auf, welches bei Temperaturen von einigen 100 °C aufschmilzt und beispielsweise aus einem Metall oder Kunststoff besteht. Das Verschlußelement der Druckleitung kann alternativ eine Berstscheibe oder ähnliches aufweisen.
• Eine passiv wirkende Steuerarmatur mit einer mechanischen Abstützung des Absperrelementes weist vorzugsweise ein Abstützelement auf, welches mit einer Zugstange gekoppelt ist, wobei sich bei einer Bewegung der Zugstange eine von dem Abstützelement auf das Absperrelement, insbesondere eine Berstscheibe, ausgeübte Kraft verringert. Die Zugstange ist beispielsweise von einem entlang der Zugstange gestreckten Dehnrohr umgeben und mit diesem an einem zweiten Ende festverbunden, wobei das Dehnrohr und die Zugstange jeweilige voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bei einer Temperaturänderung dehnen sich Zugstange und Dehnrohr unterschiedlich aus. Diese unterschiedliche Ausdehnung wird auf das Abstützelement derart übertragen, daß sich die von diesem auf das Absperrelement ausgeübte Kraft verringert, und dadurch eine Freigabe des Querschnittes bei einer vorgebbaren Temperaturdifferenz an der Zugstange gewährleistet. Abstützelement und Zugstange können dabei eine jeweilige Hauptachse aufweisen, die gegeneinander geneigt sind, wobei Abstützelement und Zugstange an einem Schnittpunkt der Hauptachsen gegeneinander drehbar sind. Hierdurch wird eine Längsdehnung der Zugstange in eine Drehbewegung des Abstützelementes umge setzt, wodurch die Anpreßkraft des Abstützelementes an der Auslaßseite des Absperrelementes mit zunehmender Längsdehnung der Zugstange verringert wird. Selbstverständlich kann eine Längsdehnung der Zugstange ebenfalls in eine Längsdehnung des Abstützelementes entlang dessen Hauptachse umgesetzt werden.
• Vorzugsweise ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dehnrohres größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zugstange. Das Dehnrohr kann aus einem austenitischen Stahl mit einem linearen Wärmeausdehungskoeffizient von 18 × 10^–6 K^–1 bis 19,5 × 10^–6 K^–1 in einem Temperaturbereich von etwa 300 °C bis etwa 800 °C bestehen. Die Zugstange besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer metallischen Legierung mit einem deutlich geringeren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dies kann unter anderem Wolfram mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,4 × 10^–6 K^–1 bei 300 °C und 3,6 × 10^–6 K^–1 bei 800 °C sein. Bei einer Länge des Dehnungsrohres sowie der Zugstange von einem und mehr Metern sowie einer Änderung der Temperatur um einige 100 °C ist dadurch eine Längsverschiebung der Zugstange um einen Zentimeter und mehr erreichbar.
• Vorzugsweise ist das zweite Ende der Zugstange innerhalb des Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage angeordnet und in diesen beispielsweise über einen bereits vorhandenen Stutzen zur Kernmeßinstrumentierung eingeführt. Die Sicherheitsarmatur erfordert somit keine weiteren Durchführungen durch den Reaktordruckbehälter und kann auch im Zuge der Nachrüstung an bereits bestehenden Kernkraftanlagen installiert werden.
• Besonders eignet sich eine passiv wirkend ausgestaltete Sicherheitsarmatur zur Verwendung in einem Sicherheitsbehälter einer Kernkraftanlage, wobei das Leitungselement an einen Kühlwasser enthaltenden Flutbehälter angeschlossen ist, so daß während des normalen Betriebes der Kernkraftanlage Kühlwasser an dem Absperrelement anliegt. Das Leitungselement kann dabei in den Sicherheitsbehälter oder unmittelbar in den Reaktordruckbehälter führen. Hierdurch ist eine schnelle und frühzeitige Flutung gewährleistet.
• Die auf ein Verfahren zur Flutung eines Sicherheitsbehälters oder eines Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage gerichtete Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem an einem Absperrelement einer Sicherheitsarmatur während des normalen Betriebes der Kernkraftanlage Kühlmittel anliegt und dieses an einem Einströmen in den Sicherheitsbehälter bzw. in den Reaktordruckbehälter durch das Absperrelement gehindert wird, und wobei bei einem Überschreiten einer kritischen Temperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters eine Steuerarmatur, welche das Absperrelement gegen den Druck des Kühlmittels abstützt, passiv wirkend diese Abstützung so reduziert, daß das Absperrelement einen Strömungsweg für das Kühlmittel freigibt.
• Die Steuerarmatur kann über einen mit dem Reaktordruckbehälter verbindbaren Druckraum hydraulisch eine Abstützung des Absperrelementes gewährleisten, wobei über eine in den Reaktordruckbehälter hineinragende Druckleitung der Druck in dem Druckraum so reduziert werden kann, daß das Absperrelement einen Strömungsweg für das Kühlmittel freigibt. Die Steuerarmatur kann auch über ein Abstützelement eine rein mechanisch Abstützung des Absperrelementes gewährleisten, wobei das Abstützelement vorzugsweise über eine in den Reaktordruckbehälter hineinragende Zugstange steuerbar gegen das Absperrelement gedrückt wird. Die Zugstange ist mit einem zweiten Ende in den Reaktordruckbehälter hineingeführt und an diesem zweiten Ende fest mit einem in den Reaktordruckbehälter hineinragenden, die Zugstange umhüllenden und entlang dieser gestreckten Dehnrohr verbunden, welches wiederum fest mit der Wandung des Reaktordruckbehälters verbunden ist. Dehnrohr und Zugstange weisen deutlich voneinander verschiedene lineare thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, so daß bei einer Temperaturerhöhung innerhalb des Reaktordruckbehälters über eine unterschiedliche Ausdehnung des Dehnrohres und der Zugstange eine Längsverschiebung der Zugstange erreicht wird. Diese Längsverschiebung der Zugstange wird in eine Längsverschiebung bzw. eine Drehbewegung des Abstützelementes übertragen, wodurch eine Änderung der von dem Abstützelement auf das Absperrelement ausgeübten Kraft erreicht wird. Mit dem Verfahren wird unmittelbar über eine Temperaturänderung im Inneren des Reaktordruckbehälters eine Flutung des Sicherheitsbehälters oder des Reaktordruckbehälters selbst ausgelöst. Das Verfahren trägt hierdurch zur inhärenten Sicherheit einer Kernkraftanlage wesentlich bei, da insbesondere hiermit frühzeitig einer möglichen Kernschmelze durch Kühlung des Reaktordruckbehälters von innen und/oder außen wirksam entgegengewirkt werden kann.
• Anhand der Zeichnung wird die Sicherheitsarmatur sowie das Verfahren zur Flutung eines Sicherheitsbehälters oder Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage näher erläutert. Hierzu zeigen in schematischer und nicht maßstäblicher Darstellung
• 1 eine Sicherheitsarmatur in einem Längsschnitt mit einem Absperrelement und einem über eine Druckleitung steuerbaren Druckraum sowie
• 2 eine Sicherheitsarmatur in einem Längsschnitt mit einem Absperrelement, welches über eine Zugstange und ein Abstützelement abgestützt ist.
• In 1 ist schematisch in einem Längsschnitt eine Sicherheitsarmatur 1 dargestellt. Die Sicherheitsarmatur 1 weist ein längs einer Achse 32 verlaufendes Leitungselement 2 auf, welches einen Druckraum 8 hat. Der Druckraum 8 wird von einem Absperrelement 23, welches als eine Berstscheibe 3 ausgebildet ist, und einer weiteren Berstscheibe 25 begrenzt. Die Berstscheibe 3 hat eine Auslaßseite 6, die in dem Druckraum 8 liegt sowie eine der Auslaßseite 6 gegenüberliegende Einlaßseite 5 an der Kühlwasser eines nicht dargestellten Flutbeckens anliegt. Der durch das Kühlwasser verursachte Wasserdruck ist symbolisch durch die Pfeile 33 dargestellt, welche nach einem Bersten der Berstscheibe 3 auch die Strömungsrichtung des Kühlwassers angeben. Die Berstscheibe 3 ist zwischen zwei Flanschen 29 eingeflanscht und in dem Leitungselement 2 symmetrisch zur Achse 32 zum nicht dargestellten Flutbehälter, d.h. stromauf, gewölbt. Die weitere Berstscheibe 25 ist ebenfalls stromauf symmetrisch zur Achse 32 gewölbt und gegenüber der Berstscheibe 3 stromabwärts angeordnet. Sie ist ebenfalls durch zwei Flansche 29 eingeflanscht. An den Druckraum 8 ist ein Druckrohr 9 angeschlossen, welches in einen Reaktordruckbehälter 17 einer Kernkraftanlage mündet und durch den Boden 21 des Reaktordruckbehählters 17 eingeführt ist. Das Druckrohr 9 ist über einen bereits in dem Reaktordruckbehälter 17 vorgesehenen Kernmeßstutzen 24 für die Kerninstrumentierung eingeführt. An seinem in den Reaktordruckbehälter 17 hineinragenden Ende 35 ist das Druckrohr 9 mit einem Verschluflelement 10, welches aus einem plattenförmigen Schmelzlot 11 besteht, verschlossen. Das Verschluflelement 10 veschließt ebenfalls ein Füllrohr 34, welches innerhalb des Reaktordruckbehälters 17 das Druckrohr 9 umgibt. An dem Druckraum 8 ist weiterhin eine Zuführung 26 vorgesehen. Die Zuführung 26 dient dem Befüllen und der Drucküberwachung des in dem Druckraum 8 herrschenden Druckes.
• Während des normalen Betriebes der Kernkraftanlage sind in der Sicherheitsarmatur 1 drei Zonen mit unterschiedlichem Druck vorhanden. In einer ersten Zone stromaufwärts der Berstscheibe 3 liegt der Wasserdruck des Kühlwassers des nicht dargestellten Flutbehälters an. In einer zweiten Zone, die durch den Druckraum 8 gebildet wird, liegt ein vorgegebener Druck an, der über die Zuführung 26 überwacht wird. In der dritten Zone, die stromab der weiteren Berstscheibe 25 liegt, herrscht der normale Druck eines nicht dargestellten Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, in dem die Sicherheitsarmatur 1 angeordnet ist. Stromab der weiteren Berstscheibe 25 ist die Sicherheitsarmatur 1 in den Sicherheitsbehälters hinein geöffnet. Die Berstscheibe 3 ist gegen einen geringeren Druck als den auf ihr lastenden Wasserdruck ausgelegt und wird im Normalfall auf hydraulische Weise durch den Druck im Druckraum 8 gegen Bersten gestützt. Die Kraftdifferenz zwischen der durch den Wasserdruck erzeugten Kraft an der Einlaßseite 5 sowie der durch den Druck in dem Druckraum 8 erzeugten Kraft an der Auslaßseite 6 ist somit geringr als die zum Bersten der Berstscheibe erforderliche Kraft. Bei einer Temperaturerhöhung innerhalb des Reaktordruckbehälters 17, die eine vorgegebene maximale Grenze überschreitet, schmilzt das Schmelzlot 11 auf und der Druck im Druckraum 8 wird über das nun offene Ende 35 des Druckrohrs 9 abgebaut. Durch den Druckabfall in dem Druckraum 8 wird der Berstscheibe 3 die abstützende Wirkung entzogen und der Wasserdruck an der Einlaßseite 5 bringt die Berstscheibe 3 zum Bersten. Durch das in dem Druckraum 8 einströmende Kühlwasser wird die weitere Berstscheibe 25 ebenfalls zum Bersten gebracht und das Kühlwasser kann entlang eines nun offenen Strömungsweg 20 durch das Leitungselement 2 hindurch in den Sicherheitsbehälter ausströmen.
• In 2 ist ebenfalls schematisch in einem Längsschnitt eine Sicherheitsarmatur 1 mit einem Leitungselement 2 dargestellt. Das Leitungselement weist analog zu 1 eine Berstscheibe 3 auf, die zwischen zwei Flanschen 29 eingeflanscht ist. Ebenfalls analog zu 1 ist die Berstscheibe 3 stromaufwärts symmetrisch zur Achse 32 gewölbt. An ihrer Einlaßseite 5 liegt Kühlwasser an, welches in der durch die Pfeile 33 dargestellten Richtung einen entsprechenden Wasserdruck auf die Berstscheibe 3 ausübt. An der Auslaßseite 6 liegt in der Wölbung der Berstscheibe 3 ein Abstützelement 13 an, welches über einen drehbaren Knickhebel 27 mit einer Zugstange 14 verbunden ist. Die Zugstange 14 ist entlang einer Achse 31 gestreckt, wobei die Achse 31 orthogonal zur Achse 32 des Leitungselementes 2 verläuft. Der Knickhebel 27 hat an der dem Abstützelement 13 gegenüberliegenden Seite ein Gegenlager 28. Die Zugstange 14 ist mit einem zweiten Ende 15a in den Reaktordruckbehälter 17 in einem Kernmeßstutzen 24 durch den Boden 21 des Druckbehälters eingeführt. Innerhalb des Kernmeßstutzens 24 ist die Zugstange 14 von einem Dehnrohr 16 umschlossen und an dem zweiten Ende 15a mit dem Dehnrohr 16 festverbunden. Zwischen dem Boden 21 des Reaktordruckbehälters 17 und dem Leitungselement 2 ist in der Zugstange 14 ein Spannschloß 22 vorgesehen. An einem ersten Ende 15b ist die Zugstange 14 über eine Verbindungsstelle 19 mit dem Knickhebel 27 drehbar gelagert. Die Zugstange 14 ragt durch das Leitungselement 2 hindurch und ist in einer einen Anschlag bildenden Fixierung 30 fixiert. Das Leitungselement 2 ist stromab der Berstscheibe 3 zu einem nicht dargestellten Sicherheitsbehälter der Kernkraftanlage geöffnet.
• Die Berstscheibe 3 ist auf einen Berstdruck von zirka der Hälfte des auf ihr lastenden Wasserdruckes ausgelegt. Der restliche Druck plus einem Sicherheitszuschlag, um ein Bersten der Berstscheibe 3 während eines normalen Betriebes der Kernkraftanlage zu vermeiden, wird auf die Berstscheibe 3 über das Abstützelement 13 und den Knickhebel 27 übertragen. Das Abstützelement 13 ist an der Auslaßseite 6 pilzförmig dem Krümmungsradius der Berstscheibe 3 angepaßt geformt. Das Gegenlager 28 der aus Abstützelement 13, Knickhebel 27, Gegenlager 28 und Zugstange 14 gebildeten Steuerarmatur 7 ist ein in die Sicherheitsarmatur 1 eingeschweißtes Rechteckprofil, und verhindert ein Abgleiten des Abstützelementes 13 während des normalen Betriebes der Kernkraftanlage. Der Knickhebel 27 wird durch die Fixierung 30 in einer stabilen Lage fixiert. Bei einer anomalen Erhöhung der Temperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters 17, beispielsweise in Folge eines Störfalles, wird der Knickhebel 27 durch eine Längsverschiebung der Zugstange 14, die mit dieser an der Verbindungsstelle 19 verbunden ist, betätigt. Die Befestigung der Zugstange 14 an der Verbindungsstelle 19 des Knickhebels 27 erfolgt beispielsweise mittels Bolzen, wobei die Zugstange 14 in Knickrichtung ein Langloch besitzt. Bei einer Verschiebung der Zugstange 14, d.h. der Verbindungsstelle 19 über den Knickpunkt hinaus, welcher erreicht ist, wenn die beiden Arme des Knickhebels 27 in einer Linie liegen, wird die Berstscheibe 3 entlastet, bricht, und der Knickhebel 27 fällt in eine Endstellung.
• Eine Zugkraft der Zugstange 14, welche eine Verschiebung der Verbindungsstelle 19 bewirkt, erfolgt unter Ausnutzung unterschiedlicher Längenausdehnungen zwischen dem Dehnungsrohr 16 und der Zugstange 14. Der Festpunkt zwischen Dehnrohr 16 und Zugstange 14 ist das zweite Ende 15a, an dem beide miteinander festverbunden, insbesondere verschweißt, sind. Das Dehnrohr 16 ist zudem mit dem Boden 21 des Druckbehälters 17 festverbunden. Die Zugstange 14 besteht aus einem Material mit deutlich geringerem linearen Wärmeausdehnungskoeffizient als das Dehnrohr 16. Beispielsweise besteht das Dehnrohr 16 aus einem austenitischen Stahl und die Zugstange aus Wolfram, wobei bei einer Temperatur von etwa 500 °C der Stahl einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der etwa achtbis zehnmal so groß ist wie derjenige des Wolframs ist. Bei einer Temperaturerhöhung innerhalb des Reaktordruckbehälters 17 längt sich das Dehnrohr 16 gegenüber der Zugstange 14 deutlich stärker, so daß letztere entlang der Achse 31 verschoben wird und dadurch eine passiv wirkende Betätigung des Knickhebels 27 erfolgt. Hierdurch wird auf passive Art und Weise eine Freigabe des Querschnitts 4 des Leitungselementes 2 erreicht, wodurch auf passive Art und Weise eine Flutung des Sicherheitsbehälters gewährleistet ist.
• Die Erfindung zeichnet sich durch eine Sicherheitsarmatur zur Einleitung von Kühlmittel, insbesondere zur Flutung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage aus, wobei in ei nem Leitungselement ein Absperrelement vorgesehen ist, welches über eine Steuerarmatur hydraulisch und/oder mechanisch gegen den Druck von aus einem Flutbecken zugeführtem Kühlwasser abgestützt ist. Die Abstützung des Absperrelementes, welches vorzugsweise eine Berstscheibe ist, kann in Abhängigkeit einer Temperaturerhöhung innerhalb eines Reaktordruckbehälters der Kernkraftanlage aktiv oder passiv vermindert werden, so daß eine Freigabe des Querschnittes des Leitungselementes erfolgt. Das Absperrelement ist vorzugsweise so ausgelegt, daß es bei einer vorgebbaren Kraftdifferenz zwischen dem an einer Einlaßseite anliegenden Wasserdruck und an einer Auslaßseite herrschenden Abstützkraft den Querschnitt des Leitungselementes freigibt.

Claims (8)

1. Sicherheitsarmatur (1) zur Einleitung von Kühlmittel, insbesondere zur Flutung eines Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, mit einem Leitungselement (2) zur Führung von Kühlmittel, mit einem Absperrelement (23), das den Querschnitt (4) des Leitungselements (2) verschließt und an einer Einlaßseite (5) mit Kühlmittel beaufschlagbar und an einer der Einlaßseite (5) gegenüberliegenden Auslaßseite (6) über eine Steuerarmatur (7) hydraulisch und/oder mechanisch abstützbar ist, wobei das Absperrelement (23) bei Überschreiten einer kritischen Kraftdifferenz zwischen der jeweils an der Einlaßseite (5) und der Auslaßseite (6) herrschenden Kraft den Querschnitt (4) zumindest teilweise bei Überschreiten einer kritischen Temperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters freigibt.
2. Sicherheitsarmatur (1) nach Anspruch 1, bei der das Absperrelement (23) eine Berstscheibe (3) ist.
3. Sicherheitsarmatur (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerungsarmatur (7) passiv wirkend ist, wobei stromab des Absperrelements (23) ein geschlossener Druckraum (8) gebildet ist, von dem eine Druckleitung (9) abzweigt, welche mit einem thermisch zerstörbaren Verschlußelement (10) verschlossen ist, das bei Überschreiten einer kritischen Temperatur passiv öffnet und eine Druckentlastung des Druckraums (8) bewirkt.
4. Sicherheitsarmatur (1) nach Anspruch 3, bei der das Verschlußelement (10) ein Schmelzlot (11) aufweist.
5. Sicherheitsarmatur (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerungsarmatur (7) passiv wirkend ist, wobei ein Abstützelement (13) zur Abstützung des Absperrelementes (23) vorgesehen ist, welches mit einem erstem Ende (15b) einer Zugstange (14) gekoppelt ist, so daß sich bei einer Bewegung der Zugstange (14) eine von dem Abstützelement (13) auf das Absperrelement (23) ausgeübte Kraft verringert, wobei die Zugstange (14) von einem entlang der Zugstange (14) gestreckten Dehnrohr (16) umgeben und mit diesem an einem zweiten Ende (15a) fest verbunden ist, und das Dehnrohr (16) und die Zugstange (14) jeweilige voneinander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
6. Sicherheitsarmatur (1) nach Anspruch 5, in einer Kernkraftanlage, wobei das zweite Ende (15a) der Zugstange (14) innerhalb eines Reaktordruckbehälters (17) der Kernkraftanlage angeordnet ist.
7. Sicherheitsarmatur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche innerhalb des Sicherheitsbehälters einer Kernkraftanlage, wobei das Leitungselement (2) an einen Kühlwasser enthaltenden Flutbehälter angeschlossen ist, so daß Kühlwasser zur Flutung des Sicherheitsbehälters oder des Reaktordruckbehälters an dem Absperrelement (23) anliegt.
8. Verfahren zur Flutung eines Sicherheitsbehälters oder Reaktordruckbehälters einer Kernkraftanlage, bei dem an einem Absperrelement (23) einer Sicherheitsarmatur (1) während eines normalen Betriebs der Kernkraftanlage Kühlmittel anliegt, welches von einem Einströmen in den Sicherheitsbehälter bzw. Reaktordruckbehälter durch das Absperrelement (23) gehindert wird, wobei bei Überschreiten einer kritischen Temperatur innerhalb des Reaktordruckbehälters (17) eine Steuerarmatur (7), welche das Absperrelement (23) gegen den Druck des Kühlmittels abstützt, passiv wirkend diese Abstützung so reduziert, daß das Absperrelement (23) einen Strömungsweg (20) für das Kühlmittel freigibt.