DE2240995A1

DE2240995A1 - Gaskonditionierungs- und -analysiersystem

Info

Publication number: DE2240995A1
Application number: DE2240995A
Authority: DE
Inventors: Francis Richard Busch
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-08-21
Publication date: 1973-03-15
Also published as: IT964264B; FR2152170A5; JPS4837190A; US3788813A; JPS5420639B2; DE2240995C2

Description

Dr. Horst SchUlOT 2 Z 4 0.9 9 5

Patentanwalt

6 Frankfurt/Main t

Niddaetr. 52

18. August 197 2 Dr.Sb./pl.

2137-2i|-AT-N3629

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y,, U.S.A.

Gaskonditionierungs- und -analysiersystem

Kernkettenspaltungsreaktionen und die Reaktoren, in denen solche Reaktionen stattfinden, werden Jetzt häufig für die Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Ein typischer Reaktor umfaßt eine Baueinheit oder einen Kern für die Kettenreaktion, die oder der aus in Brennstoffelementen enthaltenem Kernbrennstoff besteht. Das Brennstoffmaterial ist im allgemeinen in einem korrosionsbeständigen, hitzeleitenden Behälter oder einer Umhüllung eingeschlossen. Der Reaktorkern, bestehend aus einer Vielzahl solcher Brennstoffelemente oder -stäbe, die im Abstand voneinander angeordnet sind sowie Steuerungsstäben ober -blättern, der Instrumentierung im Kern usw., ist in einem Behälter oder einer Kernummantelung eingeschlossen, durch welche das Reaktorkühlmittel strömt. Beim Hindurchströmen durch die im Abstand voneinander angeordneten Brennstoffstäbe wird das Kühlmittel durch die während der

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Spaltungsreaktion in dem Brennstoff entstehende thermische Energie erhitzt. Das erhitzte Kühlmittel verläßt dann den Reaktor und die Wärmeenergie wird zur Leistung brauchbarer Arbeit verwendet, wie dem Antreiben eines Turbogenerators zur Erzeugung elektrischer Energie. Das abgekühlte Kühlmittel von dem Turbogenerator wird dann durch Entfernen feststofförmigen Materials und/oder nicht kondensierbarer Gase gereinigt und in den Reaktor zurückgeführt,

In Siedewasser-Reaktoren ist das Kühlmittel Wasser, von dem ein Teil im Kern verdampft wird. Der erhaltene Dampf wird innerhalb des Reaktorkessels vom Wasser abgetrennt und einem Verbraucher, wie einer Turbine, zugeführt. Nach dem Hindurchströmen durch die Turbine 1st der Dampf kondensiert. Das Kondensat wird deminerall-

siert und feststofförmiges Material, wie Korrosion^sprodukte, wer

den entfernt und danach das Kondensat wieder in den Reaktor zurückgeführt.

Bei den derzeit üblichen kommerziellen Verfahren werden die nicht kondensierbaren Gase, die mit dem die Turbine verlassenden Strom vermischt sind, in dem Kühler entfernt, für eine geeignete Zelt gehalten, um irgendwelche kurzlebige Spalt- und Aktivierungsprodukte gasförmiger Art, die in dem Strom vorhanden sein können, bis zu ungefährlichen Mengen zerfallen zu lassen und dann werden die Gase (die als Abgase bezeichnet werden) durch einen Schornstein in die Atmosphäre entlassen. Diese Reaktorabgase bestehen in erster Linie aus Luft, welche durch verschiedene Flansche und Armaturen, die in dem Kernreaktor verwendet werden, in das System eingedrungen sind sowie aus Wasserstoff und Sauerstoff, die durch radiolytische Zersetzung von Wasser im Reaktorkern entstanden sind.

Bei der Erzeugung von Hochdruckdampf in einer Siedewasser-Reaktor

energieanlage, wird ein geringer Prozentsatz, etwa 0,007 %» des durch das Bestrahlungsfeld des Reaktors hindurchgeführten Wassers

durch Radiolyse unter Entstehung stöchiometrischer Mengen von Was

serstoff und Sauerstoff zersetzt. Dieser Gasgehalt geht zusammen

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mit dem Dampf durch die Energie erzeugende Turbine, Zusätzlich werden geringe Mengen radioaktiver Edelgase, wie Xenon und Krypton, in den Abgasen enthalten sein. In einem typischen großen Rsaktorsystem beträgt die Gesamtabgasmeηge etwa ^,6 mr (200 cubic feet) pro Minute, von denen etwa 90 % eine radiolytisch ge= bildete, stöchiometrische Mischung aus Sauerstoff und Wasserstoff und etwa 10 % Wasserdampf, Luft und andere Gase sind. Zu den anderen Gasen gehören auch einige Kubikzentimeter pro Minute von gasförmigen Spaltprodukten, wie Xenon und Krypton, Obwohl die Mengen (etwa 10" VoI,-% oder weniger) der radioaktiven Isotope

Xenon und Krypton sehr gering sind, so tragen sie doch am meisten zur Radioaktivität (etwa 300 Curie pro 0,0028 nr) der Abgase bei ο Die Anwesenheit dieser radioaktiven Verunreinigungen erfordert das Zurückhalten der Abgase für etwa 30 Minuten, um den Zerfall dieser Spaltprodukte zu gestatten, bevor man sie in die Umgabung entläßt.

Es ist allgemein erforderlich, die Abgase etwa 30 Minuten lang zurückzuhalten, um das Zerfallen der Xenon- und Kryptonisotope sowie der kurzlebigenAktivierungsprodukte bis auf einen sicheren Level zu ermöglichen, bevor man die Gase in die Atmosphäre abläßt. Dieser notwendige Verzug erfordert, daß ein großes Gasvolu= men, welches explosive Mischungen aus Wasserstoff und Sauerstoff enthält, während dieser Zeit gelagert werden muß, bevor man es entweichen läßt. Es war bisher die übliche Praxis, ein großvolu«= siiges Rohrsystem vorzusehen, welches Explosionen widerstehen konnte, um dieses Gasvolumen für die erfordern ch_e Zeit zu hai= ten· So kann z. B, ein solches Halterohr einen Durchmesser¹ iron einigen zehn Zentimetern (a few feet) aufweisen und sieh einig© hundert Meter (several hundred feet) weit erstrecken» Dieses Haltesystem Ist wegen seiner Größe und der erforderlichen Explo= sionssicherheit teuer. Es wäre daher höchst erwünscht₈ die mit der Notwendigkeit der» Zurückhaltung großer Mengen explosiver Gase für diese Zeit verbundenen Gefahren und Kosten zu eliminieren₀

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Es ist vorgeschlagen worden, dieses Abgasvolumen zu reduzieren, indem man die stöchiometrischen Mengen Wasserstoff und Sauerstoff unter Bildung von Wasser rekombiniert, das dann kondensierbar wäre. Dieses würde sowohl die zu lagernde Menge Gas beträchtlich verringern und auch die Explosionsgefahr beseitigen. Es sind Versuche zur Verwendung katalytischer Rekombinatoren unternommen worden, wobei ein sehr erfolgreicher Rekombinator die Form eines Abgasbrennersystems hatte, wie er in der US-Patentanmeldung der Anmelderin Ser.No. 811,769 vom 9. April 1969 mit dem Titel "Abgasbrennersystem für Nuklearreaktoren" beschrieben wurde,

Der vorgenannte als auch andere Reu-kombinationsapparate erfordern eine Anzeige der Gaszusammensetzung, vorzugsweise sowohl stromauf als auch stromab des Rekombinationsapparates, um eine rasche Anzeige der relativen Anteile der Gase zu haben, die in den Rekombinationsapparat eintreten und diesen verlassen. Gaschromatographen sind verbreitet für die Analyse von Wasserstoff in solchen Systemen verwendet worden, doch hat die Gaschromatographie den inhärenten Nachteil, daß sie eine lange Zeit (durchschnittlich 1 Minuten) für eine genaue Analyse der Gaszusammensetzung benötigt. Dieser lange Zeltverzug für die Gasanalyse führt zu einem langen Verzug bei der Anzeige eines Fehlers im Rekomftlnationseystem und einem längeren Verzug für die Vornahme einer Korrektur, wie dem Umschalten zu einem Reserve-Rekombinationsapparat, Weiter führt dieser lange Verzug bis zum Erhalten der Gasanalyseergebnisse wegen der Möglichkeit eines Fehlers im Rekombinationsapparat zu der Notwendigkeit, einen beträchtlichen Lagerraum für das Gas vorzusehen, bevor es dem Rekombinationsapparat zugeleitet wird. Es bleibt daher erwünscht, die Zeit für die Lieferung einer genauen Gasanalyse des In den und aus dem Rekombinationsapparat fließenden Gasstromes zu verringern, insbesondere bei einem mit einem Kernreaktor und dem Kernreaktor-DampfZuführungssystem verbundenen Retkombinationsapparat, um den jeweiligen Status des Re^kombinationsapparates bu überwachen.

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Die Erfindung wird durch ein Gaskonditionierungs- und -analysesystem ermöglicht, welches eine Gasprobe einer bestimmten Temperatur, Druckes und Feuchtigkeitsgehaltes für die Analyse der Probe konditioniert und dann die Probe mit einem Gasanalysator analysiert, Die Gasprobe wird sehr schnell zu den gewünschten Parametern konditioniert, bevor man eine relative Menge der vorhandenen gasförmigen Bestandteile analysiert, wobei eine bevorzugte Analyse sich auf den gasförmigen Bestandteil Wasserstoff richtet.

Die Analyse kann kontinuierlich durchgeführt werden, und man benutzt eine Vakuumeinrichtung, um die Probe in eine Anzeigekammer zu ziehen, welche einen Sensor in Form eines Detektorkopfes für die Analyse des Gaees enthält, wobei der Detektorkopf mit einem Anzeigegerät für die Angabe des Analyseergebnisses verbunden ist. Die Anzeigekammer enthält auch Mittel in Form einer Flüssigkeit bestimmter Temperatur, um die Konditionierung der Gasprobe zu ermöglichen. Da die gasförmigen Bestandteile in einigen Proben explosive Mischungen bilden können, wird eine Flüssigkeit an kritischen Punkten in Kontakt mit der Probe gehalten, während die Probe in dem Gaskonditionierungs- und -analysesystem enthalten ist, um die EntwicklungTdie Explosion fördernden Bedingungen zu vermeiden.

Durch die Erfindung wird ein besonders sicheres und zuverlässiges System geschaffen, da Flammsperren verwendet werden, um die Isolation von Explosionsbedingungen zu ermöglichen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein einfaches schematisches Fließdiagramm für eine Kernenergieanlage, die das erfindungsgemäße System enthält,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gaskonditionierungs- und -analysesystems und

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Pig. 3 eine detaillierte Darstellung des Vakuumdruckregulatorventils, das in der bevorzugten Ausführungsform des Gaskonditionierungs- und -analysesystems der Pig. 2 verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein einfaches schematlsches Diagramm einer Kernenergieanlage dargestellt, welche einen mit 10 bezeichneten Kernreaktor enthält, der einer Turbine 11 Dampf zuführt» Der dargestellte Reaktor 10 enthält einen im allgemeinen zylindrischen Druckkessel 12, der an seinem Unterteil durch einen tellerförmigen Kopfrund an seinem oberen Teil durch einen entfernbaren haubenförmigen Kopf 11 verschlossen ist, In dem Druckkessel 12 ist ein Kern 15 angeordnet, der innerhalb einer Ummantelung 16 montiert ist, die auf einem erweiterten Randteil 17 abgestützt ist. Durch den Kern 15 sind Offnungen 18 vorgesehen, um den Durchgang von Kühlmittel zu gestatten. Das Kühlmittel tritt in den Kern 15 vom unteren Einlaßraum 19 aus ein und verläßt den Kern 15 in den oberen Auslaßraum 20 in Form von Dampf. Die Reaktivität des Kernes 15 und demgemäß die Abgabe von Dampf wird durch Kontrollstäbe kontrolliert, die durch den Boden des Reaktors in den Kern eintreten. Für eine bessere Übersichtlichkeit ist nur ein Kontrollstab 21 dargestellt. Der ringförmige Raum zwischen der Ummantelung 16 und der zylindrischen Wand 12 des Druckkessels ist mit Wasser bis zu einer Höhe gefüllt, die durch die gestrichelte Linie 22 angegeben ist.

Während des Dauerbetriebes des Reaktors verläßt überhitzter Dampf den Auslaßraum 20 durch das Steigrohr 23 und das Dampfrohr 2flVtritt nach Passieren des Ventils 27 in die Turbine 11 ein. Der Dampf treibt die Turbine 11 an, die ihrerseits wiederum den Generator 28 treibt, der Elektrizität liefert. Der in Turbine 11 kondensierte Dampf verläßt diese durch die Leitung 33 und das Ventil und tritt dann in den Speisewassererhitzer 32 ein. Während des Dauerbetriebes ist das Ventil 29 in der parallelen Leitung 25 geschlossen. Der Dampf wird in dem Hauptkondensator 30 kondensiert und das Kondensat wird durch die Leitung 8, den Speisewassererhitzer 32, die Pumpe 35 und den Filter 12 zurück zu dem

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Reaktoreinlaßraum des Reaktors 10 geleitet, während die unkondensierten Gase durch die Leitung 37 zu einem Rekombinationsapparat 41 strömen, der Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf rekombiniert, welcher dann durch die Leitungen 46 und 31 zu dem Hauptkondensator 30 zurückgeführt und dort kondensiert wird. In Fig. 1 ist ein WasserBtoffkonditionierungs- und -analysesystem 40 mit der Leitung 37 verbunden, welche die Gase von dem Kondensator 30 durch eine Probdfabnahmeleitung 38 zu dem Rekombination sapparat 41 führt, Eine Probenrückführleitung 39 ist vorgesehen, um die Probe zum Kondensator 30 zurückzuführen. Ein zweites Wasserstoffkonditionierungsund -analysesystem 40A 1st mit der Leitung 44 verbunden, wobei eine Probenentnahme leitung 43 eine Probe aus dem den Rekombinationsapparat 41 vepl*eeenden Gas entnimmt und eine Probenrückführleitung 45 mit der Leitung 31 verbunden ist, um die Probe zum Kondensator 30 zurückzuführen, Die Arbeitsweise der Systeme

40 und 4OA, welche als Monitoren der in den Rekombinationsapparat

41 eintretenden und diesen verlassenden gasförmigen Zusammensetzungen dienen, wird welter unten beschrieben.

In Fig. 2 ist das Gaskonditionierungs- und -analysesystem 40 der vorliegenden Erfindung (ebenso wie das identische System 40A) in größerem Detail dargestellt, Gasproben werden von dem Hauptprozeßdampf aus der Leitung 37 entnommen und durch die Leitung38 mittels des Hauptkondensatorvakuums oder bei Abwesenheit ausreichenden Hauptkondensatorvakuums durch eine Hilfsvakuumpumpe durch die Linie 38 in das System gepumpt.

Die Gasproben des Prozesses passieren das Dreiwegeinlaßventil 111 und das Solenoid-Absperrventil 115, Das Ventil 111 kann so eingestellt werden, daß es entweder Prozeßgas von der Leitung 37 oder Raumluft durch den Filter 114 und die Leitung 112 erhält. Das Ventil 115 kann zum Beenden Jeder Gaszuführung durch die Leitung 38 dienen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gasprobe in der Leitung 38 wird durch einen Strömungsanzeigekontrollapparat 116 auf eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt und das

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Gas tritt durch eine gesinterte poröse Metallflammensperre 47, die sich in einer Flüssigkeit 48 befindet, in die Proben-Anzeigekammer 117 ein. Die Sperre 47 dispergiert das einströmende Gas in sehr kleine Blasen, so daß sich diese durch die Flüssigkeit nach oben bewegen und dabei Temperatur und Feuchtigkeit annehmen oder abgeben, Je nach der Temperatur der Flüssigkeit 18 in der Anzeigekammer 117t Die Blasenerzeugung dient weiter dazu, die Probe in der Weise zu konditionieren, daß alle in der Probe enthaltenen Feststoffpartikel durch die Flüssigkeit aufgenommen werden, Eine bevorzugte Flüssigkeit 48 ist Wasser, wenn das System 40 dazu dienen soll, die Probe auf ihren Wasserstoffgehalt zu untersuchen.

Die Flüssigkeit 48 wird durch die Leitung 93, das Ventil 91 und den Strömungsanzeigekontrollapparat 90 in die Anzeigekammer 117 eingefüllt, wobei der Kontrollapparat 90 in kontrollierter Weise eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit in die Anzeige- oder Detektorkammer 117 einströmen läßt, Dies sorgt für ausreichend Flüssigkeit mit einer gewünschten Temperatur in der Detektorkammer 1171 um den Feuchtigkeitsgehalt einer einströmenden Gasprobe zu einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zu ändern und auch eine gewünschte Temperatur einzustellen. Auf diese Weise kontrolliert die Detektorkammer 117 die Temperatur der Gasprobe, Eine Einrichtung 122 zum Kühlen oder Erhitzen oder für beides kann für die Detektorkammer 117 vorgesehen werden, um die Temperatur der Flüssigkeit in der Kammer 117 weiter zu regulieren. Ein Verschlußventil 92 wird für eine rasche Vorfüllung der Kammer 117, der Regulierkammer 55 und der Flammenbremskammer 59 mit Flüssigkeit vor der Inbetriebnahme des Systems verwendet.

Eine Sensoreinrichtung in Form eines Detektorkopfes 49 wird im allgemeinen oberhalb der Sperre 47 montiert, wobei eine Ummantelung 50 so angeordnet wird, daß sie die Strömung der Gasprobe zu dem Kopf 49 führt und das für die rasche Anzeige erforderliche relative Volumen der Gasprobe verringert, insbesondere für eine ra-

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sehe Anzeige der Konzentrationsänderungen in der einströmenden Gasprobe, Die Gasprobe wird auf den Wasserstoffgehalt in der Detektorkammer 117 durch den Detektorkopf ¹19 untersucht, der durch die Leitung 75 elektronisch mit einem Anzeigeinstrument 74 verbunden ist, Das Instrument 7²I gibt elektronisch eine kontinuierliche Anzeige proportional zum Wasserstoff gehalt in VoI,-/5, im Vergleich mit dem Gesamtgasvolumen der Gasprobe innerhalb der Detektorkammer 117 in irgendeinem gegebenen Moment, Eine beispielhafte Detektoreinheit für den Detektorkopf 49 ist entweder eine Standardeinheit mit heißem Draht, wie die durch die Mine Safety Appliance Company hergestellte MSA Thermatron-Einheit, eine Art katalytische Einheit, wie der durch die Mine Safety Appliance Company hergestellte I-500-Reihenanalysator oder irgendeine andere geeignete Detektoreinheit, Die Einheit mit dem heißen Draht mißt den Wärmeübergang des in Kontakt mit dem Draht stehenden Gasmediums, relativ zur Atmosphäre und gibt die Kühlwirkung aufgrund der speziellen Zusammensetzung des Gases an. So ist beispielsweise der Kühleffekt umso größer, je größer der Wasserstoffgehalt in dem analysierten Gas ist, Die katalytische Einheit mißt die Temperatur, die durch Verbrennen des Gehaltes des analysierten Gases erzeugt wird. Beispielsweise ist die Temperatur aufgrund der Verbrennung des Wasserstoffes umso höher, je größer der Wasserstoffgehalt in dem analysierten Gas ist.

Die elektrische Leitung 51 dient zur Verbindung der folgenden Teile:

der Schalter 87, 88, Sk, 95, 119 und 123, des Registriergerätes II8,

der Anzeigelampen 52, 53, 96 bis 105, 107 und 108 (die von dem Personal der Anlage an verschiedenen Plätzen in der Anlage sichtbar angeordnet sind, um sie vor möglichen Problemen mit dem Wasserstoff einlaß zu warnen und die so angeordnet sein können, daß einige der Lampen bei verschiedenen Wasserstoffkonzentrationen aufleuchten),

und eines Programmzeitgliedes 89, welches die Arbeitssequenz des Systems kontrolliert, um die Aufnahme von Gasen aus einer der

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Leitungen 37, 112, 85 oder 86 zu gestatten. Die Lampe 10b ist mit dem Temperaturschalter 121 und dem flüssigkeitsgefüllten Temperaturkolben 120 verbunden, der die Temperatur der Flüssigkeit 48 anzeigt. Die Lampe 106 wird betätigt, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht ist.

Die Gaseinlaßleitung 85 ist mit einer nicht dargestellten Gasquelle verbunden, die einen vorbestimmten Prozentgehalt Wasserstoff für Wasserstoffkalibrierungszwecke enthält. Die Gaseinlaßleltung 86 ist mit einer nicht dargestellten Quelle eines wasserstoffireien Gases für Kalibrierungszwecke auf den Referenzwert null verbunden. Die Leitung 85 ist mit den Ventilen 79 und 80 und die Leitung 86 mit den Ventilen 8l und 82 versehen, um die Strömung des Gases durch die Leitungen zu kontrollieren, die in Leitung 76 aufgehen, welche einen strömungsregulierenden Kontrollapparat 113 enthält,

Eine Flammensperre 78 ist in die Flüssigkeit 48, wie Wasser, in der Detektorkammer 117 eingetaucht, um Gas aus den Leitungen 85 und 86 ausströmen zu lassen. Die Gasströmung in den Leitungen 85 und 86 wird manuell durch die Kontrollschalter 87 und 88 oder automatisch durch ein Programmzeitglied 89 kontrolliert, welches eines der Solenoid-betätigten Ventile 80 oder 82 erregt (ebenso wie das Abschaltventil 115 in Leitung 38). Das Programmzeitglied 89 dient der Kontrolle des Wasserstoffgehaltes und der Null-Kalibrierung zu periodischen Intervallen, während welchen diese Kalibrierungsgase in der Detektorkammer 117 zu einer ungefähr genauen Temperatur und einem Feuchtigkeitsgehalt zusammen mit der Regulierung des Druckes konditioniert werden, wie dies für die Gasprobe aus der Leitung 37 der Fall ist.

Das Vakuum in der Detektorkammer 1171 um die Probe durch das System zu ziehen, wird durch das Regulierventil 68 kontrolliert, das noch näher beschrieben wird und welches auf irgendeine vorausgewählte Größe eingestellt ist, z, B, für ein Vakuum im Bereich von etwa 69 bis 76 cm (27 bis 30 Zoll) Wasser, Dies ist ein ausreichendes Vakuum, um die Gasprobe in und durch das System 40 zu

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ziehen, wenn die Gasprobe sich am Übergang von der Leitung 37 zur Leitung 38 auf Atmosphärendruck oder darüber befindet. Dies gestattet es, einen ständigen Strom der Gasprobe in die Detektorkammer 117 zu befördern,

Ein druckanzeigender Schalter 84 ist in dem System 40 vorgesehen, und mit den Gasprobeeinlaß-Sölenoidventilen 69, 73_s 80, 82 und 115 sowie der Vakuumpumpe 71 verbunden. Diese Einrichtung schafft die Bedingung für das öffnen eines Einlaßsolenoidventils für eine Gasprobe, wenn ein Vakuum an das System angelegt wird. Dies isoliert auch und schließt die Gasprobe ab,wenn ein Vakuumfehler, ein Energiefehler oder ein durch andere Gründe verursachter Vakuumverlust auftritt,

In der Detektorkammer 117 ist ein Überflußrohr 54 vorgesehen, um einen bestimmten Wasserpegel aufrecht zu erhalten und eine Lei-

aie
tung zu schaffen, durch\'die Gasprobe und die Flüssigkeit aus der Detektorkammer hinausfließen können. Das überfließende Wasser in dem Rohr 54 aus der Detektorkammer 117 wird in der Regulierkammer

55 gesammelt, wobei das Rohr 54 zum Einstellen des Wasserlevels in der Detektorkammer 117 dient, In der Regulierkammer 55 wird ein durch einen Schwimmer betätigtes Ventil 58 der Wasserpegel

56 aufrecht erhalten. Wird der Schwimmer 57 auf eine Höhe gehoben, die ausreicht, das Ventil 58 zu betätigen, dann läuft das Wasser durch'die Leitung 61 in den unteren Teil der Flammenkontrollkammer 59. Die Plammenkontrollkainmer 59 enthält einen vorbestimmten Wasserstand 60, wobei das überfließende Wasser aus der Kammer 59 in die Leitung 62 fließt und durch das Strömungsglas 63 und die Ventile 64 und 65 in den in Pig, 2 nicht dargestellten Hauptkondensator 30. Das vorbeschriebene System schafft eine Wasserbedeckung und eine Kühlwirkung für das in dem System befindliche Gas und verhindert entlang dem Wasserabzugsweg vpn der Detektorkammer 117 zum Hauptkondensator 30 durch eine positive Flammen- und Detonationsisolation eine Explosion, Da die Leitungen 67 und 54 mit den Flüssigkeiten 48 und 60 verbunden

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sind, ist die Flammensperre und Isolation auch in diesen Leitungen erreicht, Das Strömungsglas 63 ist in der zu dem Hauptkondensator führenden Leitung 62 vorgesehen, damit visuell die ausreichende Wasservorfüllung und die kontinuierliche Wasserzulieferung zu und von dem System 40 beobachtet werden kann. Zwischen dem Ventil 58 an der Verbindung von der Wasserstandsregulierkammer 55 zur Leitung 6l und dem Wasserstand 60 in der Flammenkontrollkammer 59 besteht ein Höhenunterschied von mindestens etwa 76 cm (30 inches) Wasser,

Nach der Erläuterung der Flüssigkeitsströmung in dem System 40 soll nun die Gasströmung aus der Kammer 117 durch den Rest des Systems 40 erläutert werden. Die Gasproben werden aus der Kammer 117 durch das an die T-Verbindung 66 angelegte Vakuum in die Leitung 54 gezogen, wobei das Vakuum eine Gasabtrennung von dem Wasser ermöglicht und das Gas strömt durch die Leitung 67, ein Vakuumregulierventll 68 und ein Solenoid-betätigtes Ventil 69 zur Flammenkontrollkammer 59 und tritt dort durch eine gesinterte
Metallflammensperre 70 in Form von kleinen Blasen in die Kammer 59 ein. Diese Trennung gestattet eine gleichmäßige Strömung von Gas und Flüssigkeit in dem System 40 und verhindert eine Druckänderung in diesem System, Wenn ein Hilfsvakuum notwendig ist, so, wenn das Hauptkondensatorvakuum nicht ausreicht, ein angemessenes Vakuum zu schaffen, dann wird das Dreiweg-Solenoidventil 69 erregt, so daß die HiIfsvakuumpumpe 71 in der Leitung 72 ein zusätzliches Vakuum erzeugt. Dies zieht das Gas in die Leitung 72 und durch das Ventil 73 in die Flammenkontrollkammer 59. Dann passiert das Gas ebenfalls die gesinterte Metallflammensperre 70, die in die Flüssigkeit 60 eingetaucht ist.

Das Vakuumregulierventil 68 schafft die konstante Druckregulierung für die Gasproben in der Detektorkammer 117t Wie in der Fig. 3 dargestellt, ist das Vakuumregulierventil 68 ein Diaphragma-betätigtes Ventil, das das an die Leitung 67 gelegte Vakuum dazu benutzt, den Ventilstopper 112 gegen den Ventilsitz 113 zu ziehen und so das Ventil 68 zu schließen, Ein Gleichgewicht ist erreicht, wenn

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das Vakuum in der Linie 67 gleich der entgegenwirkenden Kraft der Feder 114 auf das Diaphragma 115 ist, welches die Position des Stoppers 112 irgendwo zwischen der völlig geöffneten Stellung des Ventils auf dem Boden der Leitung 67 und der völlig geschlossenen Stellung am Ventilsitz 113 einstellt, Das Vakuum in der Leitung 67 wird auf einen konstanten Wert eingestellt, der ausgewählt wird durch Einstellen des Zuges der Feder- 114 auf das Diaphragma 115 in dem Gehäuse II6,

Das erfindungsgemäße System für die Gaskonditionlerung und !-analyse, das oben beschrieben wurde, hat die folgenden Funktionen und Vorteile. Das System 40 schafft konstanten Druck, konstante Temperatur und Feuchtigkeit für jede Probe oder jedes Kalibrierungsgas, das in die Detektorkammer 117 eingeführt wird, unabhängig von den Ausgangswerten des Gases für Druck, Temperatur und Feuchtigkeit der in die Kammer 117 eingeführten Probe, Dieses System erfordert wegen der raschen Konditionierung der durch die gesinterte Metallflammensperre 47 bläschenförmig durch das Wasser 48 zum Detektorkopf 49 geführten Gasproben nur eine kurze Einstellzeit von im allgemeinen weniger als etwa 10 Sekunden, um Wasserstoffkonzentrationsänderungen am Gasprobeneinlaß 38 anzuzeigen. Weiter wird durch die Wasserstandsregulierkammer 55 und die Flammenkontrollkammer 59 für den Wasserströmungspfad von dem Punkt der Abnahme einer Gasprobe bis die Probe dem Hauptkondensator wieder zugeführt wird, eine positive Flammendetonationssperre und -isolation geschaffen, Durch die Zugabe von Wasser in das System kann eine konstante Wasserzuführung stattfinden, die ein Kühlen oder Erwärmen der Gasproben ermöglicht, je nach der Temperatur der zugeführten Gase, Weiter kann ein zusätzliches Erwärmen oder Abkühlen durch entsprechende Heiz- oder Kühleinrichtungen ermöglicht werden, die entweder innerhalb oder um die Detektorkammer 117 herum angebracht sind, damit man jede gewünschte Temperatur und Feuchtigkeit für die Gasproben einstellen kann.

Das erfindungsgemäße System ist zwar im Zusammenhang mit seiner

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bevorzugten Verwendung für einen Kernspaltungsreaktor beschrieben worden und die damit verbundene Apparatur für die Wasserstoffanalyse mit der Flüssigkeit in dem System war Wasser, doch kann dieses System an viele andere Anwendungen angepaßt werden, bei denen es schwierig ist, stetige, zuverlässige und sichere Gasanalysen von feuchten oder trockenen GasVolumina zu erhalten.

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Claims

Patent a η s ρ r ü ehe

1. Gaskonditionierungs- und -analysesystem, g e k e η η zeichnet durch:

(a) Leitungen (38, 39), die einen Punkt zur Entnahme einer Probe und einen Punkt für den Auslaß mit dem System (40) verbinden, wobei der Punkt zur Entnahme der Probe durch die Leitung (38) mit folgenden Teilen verbunden ist,

(b) einer Detektorkammer (117) mit einem Flüssigkeitsreservoir (48) für die Aufnahme einer Gasprobe aus der Leitung (38), einer Detektoreinheit (49) für die Gasanalyse und einem Gas-Flüssigkeits-Auslaß (5¹O » welcher die Flüssigkeit führt zu

(c) einer Regulierkammer (55) mit einem Ventil (58) zur Regulierung der Höhe der Flüssigkeit (56) in der Kammer (55) und einem Gas-Flüssigkeits-Auslaß (6l), welcher das Gas leitet zu

(d) einer Flammenkontrollkammer (59), in der das Gas unter einer Flüssigkeit (60) ausströmt, wobei die Flammenkontrollkammer mit den Leitungen (62, 39) verbunden ist, die zu dem Auslaßpunkt führen und

(e) einer Vakuum erzeugenden Vorrichtung (30, 71), um die Gasprobe durch das System (¹IO) zu ziehen,

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (48, 56, 60) Wasser ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (49) Wasserstoff anzeigen kann,

4. System nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasprobe durch eine in die Flüssigkeit (48) eingetauchte Flammsperre (47) in die Detek-

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torkammer (117) eingeführt ist,

5. System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (49) in der Detektorkammer (117) eine katalytische Einheit oder eine Einheit mit einem heißen Draht ist.

6. System nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle mit einem Kalibriergas bekannter Wasserstoffkonzentration und eine Quelle mit wasserstofijreiem Kalibriergas selektiv an die Detektorkammer (117) angeschlossen werden können und daß die entsprechenden Gase durch eine in die Flüssigkeit eingetauchte Flammsperre (78) in die Detektorkammer eingeführt werden.

7. System nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkontrollkammer (59) eine unter der Flüssigkeit (60) liegende Flammsperre (70) enthält, durch die das Gas in die Flammkontrollkammer eintritt.

8. System nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Leitung (37) verbunden ist, durch welche die Gase aus einem Hauptkondensator (30) oder einer Rekombinationseinheit (¹Il) in einem Nukleardampf erzeugungssystem strömen.

9. Verfahren zum Konditionieren und Analysieren einer Gasprobe, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Einführen der Gasprobe in eine Detektorkammer (117) unter einer Flüssigkeit(48), die bestimmte Konditionen hat,

(b) Analysieren der in die Detektorkammer (117) eingeführten Gasprobe hinsichtlich der Konzentration des ausgewählten Bestandteiles,

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(c) Abtrennen des Gases von der Flüssigkeit,

(d) Einführen des Gases in eine Plammenkontrollkammer (59), wo das Gas unter einer Flüssigkeit (60) ausströmt und

(e) Ablassen der Flüssigkeit und des Gases von dem System zu einem Verbraucher (3o),

10, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (48, 60) Wasser ist.

11, Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff analysiert wird,

12, Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse mittels katalytischer Analyse oder durch Analyse mittels eines heißen Drahtes durchgeführt wird,

13t Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst unter Verwendung einer Quelle mit Wasserstoffkalibrierungsgas bekannten Wasserstoffgehaltes und einer Quelle eines wasserstoff-freien Kalibriergases eine Kalibrierung vorgenommen wird,

11, Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Gasprobe von dem Gasaus· laß eines Hauptkondensators (30) oder einer Rekombinationseinheit (¹Il) in einem Nukleardampferzeugungssystem entnommen wird.

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