DE2445952C2 - Gaskonditionierungs- und -analysesystem - Google Patents

Description

nach Patentschrift 22 40 995, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditionierungskammer (117; 204) einen getrennten Flüssigkeitsauslaß (130; 256) aufweist, der die Flüssigkeit zu der Regulierkammer (55; 257) leitet, und einen getrennten Gasauslaß (128; 151; 236), der das Gas zu der Flammenkontrollkammer (59; 245) für den Auslaß unter Flüssigkeit leitet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (48, 206) in der Konditionierungskammer Wasser ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (49, 212) ein Gas, ausgewählt aus Wasserstoff, Sauerstoff und deren Mischungen, anzeigen kann.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (49, 121) in der Konditionierungskammer (117, 204) eine katalytische Einheit ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (49, 121) in der Konditionierungskammer (117,204) eine Einheit mit heißem Draht ist.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (49, 121) in der Konditionierungskammer (117, 204) eine elektrochemische Einheit ist.

7. Slystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenkontrollkammer (59, 245) eine Flammsperre (70, 246) unter Flüssigkeit (60, 247) aufweist, der das in die Flammenkontrollkammer einzuführende Gas zugeleitet wird.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Leitung (37) verbunden ist, die das Abgas von einem Hauptkondensator (30) in einem Nukleardampferzeugungssystem (10) aufnimmt.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Leitung (44) verbunden ist, die den Gasauslaß einer Rekombinationseinheit (41) in einem Kern-Dampferzeugungssystem aufnimmt.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Detektoreinheit (49,212) und dem Flüssigkeitsreservoir (48, 206) in der Konditionierungskammer (117,204) ein Spritzschutz (127,213) montiert ist.

11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (151) eine trichterförmig gestaltete öffnung (152) benachbart der Detektoreinheit (49) hat, die zum Schutz der Detektoreinheit vor Flüssikeitsspritzen dient.

12. Systerr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (38; 200), die das System (40, 40B) mit dem Punkt zur Entnahme seiner Probe verbindet, durch eine Heizeinrichtung (126, 202) erhitzt wird.

\3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (128, 152, 236) benachbart der Detektoreinheit (49, 212) angeordnet ist.

14. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß ein Wasserventil (150) dazu benutzt wird, das Flüssigkeitsreservoir (48, 206) in der Konditionierungskammer (117,204) zu regulieren.

Die Erfindung betrifft ein Gaskonditionierungs- und -analysesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der US-PS 23 29 459 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gasanalyse, insbesondere der Bestimmung des Prozentgehaltes eines Bestandteils, nämlich Sauerstoff, in einer Gasmischung, nämlich der Abgas von Verbrennungsmaschinen oder öfen, beschrieben. Nach dem Verfahren der vorgenannten US-PS wird das zu analysierende Verbrennungsgas mit einem Brennstoff, vorzugsweise einem flüssigen, wie Menthanol, vermischt und einer Einrichtung zum Nachverbrennen zugeleitet. Diese Einrichtung enthält einen katalytischen Draht, der Bestandteil einer Wheatstone'schen Brücke ist, so daß die bei der Nachverbrennung erzeugte Wärme, die eine Widerstandsänderung in dem katalytischen Draht bewirkt, zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in dem Abgas dient. Dieses Meßverfahren erfordert die genaue Dosierung des flüssigen Brennstoffes, so daß die der Erfindung nach der genannten US-PS zugrunde liegende Aufgabe die der Kontrolle der Verdampfung des flüssigen Brennstoffs ist. Zu diesem Zweck werden sowohl das zu analysierende Abgas als auch der flüssige Brennstoff durch Röhren geleitet, die innerhalb einer die Temperatur konstant haltenden Kammer verlaufen. Das Abgas wird zusätzlich vorher in einer separaten Einrichtung gereinigt und dabei unter anderem in Form von Blasen durch eine in einem Zylinder befindliche Reinigungsflüssigkeit, wie Wasser, geleitet. Von einer besonderen Konditionierung des Abgases, wie der Einstellung eines bestimmten Wassergehaltes durch Konstanthalten der Temperatur der Reinigungsflüssigkeit, ist in diesem Zusammenhang i^r

der genannten US-PS keine Rede.

In der US-PS 33 40 013 ist ein Flammendetektor für einen Gaschromatographen beschrieben, in dem ein aus der Kolonne des Gaschromatographen austretendes Gas nach dem Vermischen mit Wasserstoff verbrannt und anhand der dabei auftretenden Ionisation hinsichtlich seiner Zusammensetzung, insbesondere der spurenförmig vorhandenen Kohlenwasserstoffe, elektrisch bestimmt wird. Sowohl das mit Wasserstoff vermischte, zu analysierende Gas als auch die zur Verbrennung erforderliche Luft werden dem Flan?mendetektor getrennt durch mit Ablenkblechen versehene Kammern zugeleitet, um eine Explosion oder ein Durchschlagen der Flammen zu vermeiden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das Gaskonditionieruiigs- und -analysesystem der eingangs genannten Art nach der DE-PS 22 40 995 dahingehend zu verbessern, daß man potentiell explosive Mischungen von Gasproben in einer sicheren Weise und in noch kürzerer Zeit analysieren kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch diese Maßnahmen hält man die Gasprobe während des Aufenthaltes in dem System an kritischen Stellen in Berührung mit Flüssigkeit, um die Entwicklung von Bedingungen für eine Explosion in dem System zu isolieren und unwirksam zu machen. Die kritischen Stellen sind im allgemeinen solche, in denen irgendeine Explosion zum Stillegen der Anlage oder zu Verletzungen des Personals führen könnte.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Mit dem erfindungsgemäßen Gaskonditionierungs- und -analysesystem kann man allgemein eine rasche Bestimmung der Anwesenheit einer ausgewählten Komponente oder einer Mehrzahl ausgewählter Komponenten in einer Gaszusammensetzung ausführen, die aus einer Gasquelle entnommen ist, wobei die Gaszusammensetzung potentiell explosive Mischungen einschließen kann. Weiter ermöglicht die Erfindung das Überprüfen einer Gaszusammensetzung an einem Punkt stromauf und an einem Punkt stromab eines Rekombinators in einem Kernreaktor- und Dampferzeugungssystem. Dieses Überprüfen der Gaszusammensetzung vor und nach dem Rekombinatorsystem kann hinsichtlich Wasserstoffs oder Sauerstoffs oder beider erfolgen und stellt eine Überprüfung des Betriebs und der Wirksamkeit des Rekombinators dar. Weiter dient die Erfindung zur Schaffung eines Überprüfungssystems für den Gasstrom, der die Turbine verläßt, der Dampf von einem Kernreaktor zugeleitet wird. Und schließlich kann man mit der Erfindung die Behälteratmosphäre in einem Kernreaktor auf den Gehalt an Sauerstoff und Wasserstoff überprüfen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein einfaches schematisches Fließdiagramm für eine Kernenergieanlage, die das erfindungsgemäße Gaskonditionierungs- und -analysesystem an verschiedenen Orten in der Kernenergieanlage enthält,

F i g. 2 eine Ausführungsform des verbesserten Gaskonditionierungs- und -analysesystems nach der vorliegenden Erfindung mit einer Konditionierungskammer, die einen separaten Flüssigkeitsauslaß und einen separaten Gasauslaß aufweist,

Fig. 3 eine detaillierte Darstellung einer anderen Ausfiihrungsform eines Teils des erfindungsgemäßen Gaskonditionierungs- und -analysesystems, das die Konditionierungskammer und das Ventil zur Regulierung der Flüssigkeitshöhe in dieser Kammer zeigt, und

Fig.4 eine weitere Ausführungsform des verbesserten Gaskonditionierungs- und -analysesystems nach der vorliegenden Erfindung mit einer Konditionierungskami.ier, die einen getrennten Flüssigkeitsauslaß und einen getrennten Gasauslaß aufweist.

In F i g. 1 ist ein einfaches schematisches Diagramm einer Kernenergieanlage dargestellt, die einen mii 10 bezeichneten Kernreaktor enthält, der einer Turbine 11 Dampf zuführt und in einem Behälter 26 (gestrichelt dargestellt) angeordnet ist, der mit öffnungen für die Dampfleitung 24 und die Rückführungsleifang 8 versehen ist. Der dargestellte Reaktor 10 weist einen im allgemeinen zylindrischen Druckkessel 12 auf, der an seinem Unterteil durch einen tellerförmigen Boden 13 und an seinem oberen Teil durch einen entfernbaren haubenförmigen Deckel 14 verschlossen ist. In dem Druckkessel 12 ist ein Kern 15 angeordnet, der innerhalb einer Ummantelung 16 montiert ist, die durch einen erweiterten Randteil 17 abgestützt ist. Durch den Kern 15 sind Öffnungen 18 vorgesehen, um den Durchgang von Kühlmittel zu gestatten. Das Kühlmittel tritt vom unteren Einlaßraum 19 in den Kern 15 ein und verläßt diesen in Form von Dampf in den oberen Auslaßraum 20. Die Reaktivität des Kernes 15 und demgemäß die Abgabe von Dampf wird durch Kontrollstäbe 21 gesteuert, die durch den Boden des Reaktors in den Kern eintreten. Der besseren Übersichtlichkeit halber 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 angedeutet ist.

Während des Dauerbetriebs des Reaktors verläßt Dampf den Auslaßraum 20 durch das Steigrohr 23 und das Dampfrohr 24 und tritt nach Passieren des Ventils 27 in die Turbine 11 ein. Der Dampf treibt die Turbine 11, die ihrerseits den Generator 28 antreibt, der eine elektrische Ausgangsleistung liefert. Der in Turbine 11 kondensierte Dampf verläßt diese durch die Leitung 33 und das Ventil 34 und tritt dann in den Speisewasser-Erhitzer 32 ein. Während des Dauerbetriebs ist das Umgehungsleitungsventil 29 in der Umgehungsleitung 25 geschlossen. Der Dampf wird in dem Hauptkondensator 30 kondensiert und das Kondensat durch die Leitung 8, den Speisewasser-Erhitzer 32, die Pumpe 35 und den Filter 42 zurück zu dem unteren Einlaßraum 19 des Reaktors 10 geleitet, während die inkondensierten 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 F i g. 1 ist ein Gaskonditionierungs- und -analysesystem 40 durch eine Probenentnahmeleitung 38 mit der Leitung 37 verbunden, welche die Gase von dem Kondensator 30 zu dem Rekombinationsapparat 41 führt, und die Probenrückführleitung 39 führt die Probe zu dem Kondensator 30 zurück.

Ein zweites Gaskonditionierungs- und -analysesystem 40>4 ist mit der Leitung 44 verbunden, wobei eine Probenentnahmeleitung 43 eine Probe aus dem den Rekombinationsapparat 41 verlassenden 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, die als Monitoren der in den Rekombinationsapparat 41 eintretenden und diesen verlassenden gasförmigen Zusammensetzungen dienen, wird weiter unten beschrieben.

Ein drittes Gaskonditionierungs- und -analysesystem 40ß ist vorgesehen, um die Gasatmosphäre innerhalb des Behälters 26 des Kernreaktors 10 zu überprüfen, wobei die Probenentnahmeleitung 7 die Probe zu dem System 40ß führt und die Probenrückführungsleitung 9 die Probe wieder zurückführt. Das System 4OB ist vorgesehen, um eine kontinuierliche Überprüfung von Sauerstoff und Wasserstoff während des Betriebs der Anlage und des Stillstehens zu liefern, um irgendwelche Luftlecks in dem Behälter 26 anzuzeigen, da der Behälter während des Reaktionsbetriebs eine inerte Atmosphäre enthält. Während Stillstandzeiten ersetzt Luft die inerte Atmosphäre, damit das Personal während des Aufenthaltes in dem Behälter atmen kann, so daß die Überprüfung während des Stillstandes sehr wichtig ist.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Gaskonditionierungs- und -analysesystems 40 der vorliegenden Erfindung in größerem Detail dargestellt. Aus dem Hauptprozeßdampf der Leitung 37 werden Gasproben entnommen und durch Leitung 38 (der Leitung, die einen Punkt zur Entnahme der Probe mit dem System verbindet) mittels des Vakuums des Hauptkondensators 30 (der ein Vakuum erzeugenden Vorrichtung) oder einer Hilfsvakuumpumpe 71, wenn das Vakuum des Hauptkondensators nicht ausreicht, in das System gezogen.

Die Proben des Prozeßgases passieren das Solenoid-Absperrventil 115 und das von Hand betätigte Ventil 110. Das Ventil 115 ist mit dem Schalter 94 elektrisch verbunden und wird von diesem betätigt. Die Ventile 115 und 110 können dazu benutzt werden zu verhindern, daß in Leitung 38 vorhandenes Gas weiter in das System 40 gezogen wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Probengases in Leitung 38 wird durch das Ventil 110 auf eine vorausgewählte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, und das Probengas wird durch eine gesinterte poröse Metallflammsperre 47, die sich in einer Flüssigkeit 48 befindet, in die Konditionierungskammer 117 geführt. Die Sperre 47 dispergiert das einströmende Gas in sehr kleinen Bläschen, so daß es durch die Flüssigkeit nach oben perlt und dabei Temperatur und Flüssigkeit aufnimmt oder abgibt, je nach der Temperatur der Flüssigkeit 48 in der Kammer 117. Die Blasenerzeugung dient weiter dazu, die Probe in der Weise zu konditionieren, daß irgendwelche in der Probe enthaltene Feststoffteilchen durch die Flüssigkeit aufgenommen werden. Eine bevorzugte Flüssigkeit 48 ist Wasser, wenn das Sysiem 40 dazu dienen soll, die Probe auf ihren Wasserstoff- oder Sauerstoffgehalt oder den Gehalt an beiden Gasen zu analysieren. Eine Heizeinrichtung 125 mit einem Heizelement 126 ist für das Erwärmen der Leitung 38 vorgesehen, um jegliche Kondensation von Feuchtigkeit in der Leitung 38 aus der Feuchtigkeit der in Leitung 38 gezogenen Gasprobe zu verhindern.

Die Flüssigkeit 48 wird durch Leitung 93, die Ventile und 92 und den Strömungsanzeigekontrollapparat 90, der die Strömung zu einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge steuert, zu der Konditionierungskammer 117 hinzugegeben. Dadurch wird ausreichend Flüssigkeit in der Kammer 117 bei gewünschten Temperaturen gehalten, um die Temperatur der eingeführten Gasprobe zu ändern. Auf diese Weise regelt die Kammer 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 j zu regulieren. Die Strömung in Leitung 93 kann ausreichend hoch sein, um ein rasches Vorfüllen der Konditionierungskammer 117, der Regulierkammer 55 und der Flammkontrollkammer 59 mit Flüssigkeit zu ermöglichen, bevor das System in Betrieb genommen in wird.

Eine (oder mehrere) Detektoreinheit 49 in Form eines Detektorkopfes (oder einer Vielzahl von Detektorköpfen) wird im allgemeinen oberhalb der Flammsperre 47 montiert und es wird ein Sprühschutz 127 vorgesehen, I^ um den Detektorkopf 49 vor Flüssigkeitsspritzern zu schützen. Eine getrennte Gasauslaßleitung 128 tritt am oberen Teil der Kammer ί 17 ein und zieht das Gas, das von der Flammsperre 47 in die Konditionierungskammer 117 eingeführt wurde, an dem Detektorkopf 49 :o vorbei und in den Gasauslaß 128. Dies vermindert das Volumen des Probegases, das für eine rasche Anzeige benötigt wird, insbesondere für eine rasche Anzeige von Konzentrationsänderungen der eingeführten Gasprobe. Die Gasprobe wird durch den Detektorkopf 49 in der Kammer 117 auf den Gahalt an einem gegebenen gasförmigen Element analysiert, wobei der Detektorkopf elektronisch durch die Leitung 75 mit einem Anzeigeinstrument 74 verbunden ist. Das Instrument 74 gibt elektronisch eine kontinuierliche Anzeige und einen jn Ausgabeausschlag proportional zum Gehalt an dem gegebenen gasförmigen Element, das analysiert wird, in Volumenprozent, verglichen mit dem Gesamtgasvolumen der Gasprobe innerhalb der Konditionierungskammer 117 zu irgendeinem gegebenen Moment. υ Eine beispielhafte Detektorcinheit für den Detcktorkopf 49 ist entweder eine handelsübliche Standardeinheit mit heißem Draht, eine handelsübliche katalytische Einheit, eine handelsübliche elektrochemische Einheit oder irgendeine andere geeignete Detektoreinheit. -to Die Einheit mit heißem Draht mißt den Wärmeübergang von dem Gasmedium, das sich in Kontakt mit dem Draht befindet, relativ zur Atmosphäre und gibt die Kühlwirkung aufgrund der spezifischen Konzentration des Gasbestandteiles an. So ist beispielsweise der 4ϊ Kühleffekt umso größer, je größer der Wasserstoffgehalt in dem analysierten Gas ist. Die katalytische Einheit mißt die Temperatur, die durch das Verbrennen des Gehaltes des Gasbestandteiles, der analysiert wird, erzeugt wird. So ist beispielsweise die Temperatur so aufgrund der Verbrennung des Wasserstoffes umso höher, je größer der Wasserstoffgehalt in dem analysierten Gas ist Die elektro-chemische Einheit mißt den Gasgehalt durch eine chemische Reaktion des analysierten Gases mit einem Elektrolyten, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird, der proportional ist dem Gehalt des analysierten Gases in unmittelbarer Nähe des Detektors.

Die elektrische Leitung 51 dient zur Verbindung der folgenden Teile: der Schalter 83,87, 88,94,95,119 und t,o 123, des Registriergerätes 118, der Anzeigeleuchten 52, und 96 bis 105,107 und 108 (die an Stellen der Anlage vorgesehen sind, die von dem Personal von verschiedenen Plätzen in der Anlage aus sichtbar sind, um sie auf mögliche Probleme hinzuweisen und sie können so angeordnet werden, daß gewisse Leuchten anschalten, wenn das System verschiedene Konzentrationen des analysierten Gases anzeigt) und die Leitung 51 verbindet weiter das Programmzeitglied 89, welches die

Arbeitssequenz des Systems steuert, um die Aufnahme der Gase aus einer der Leitungen 37, 85 oder 86 zu gestatten. Die Leuchte 106 ist mit dem Temperaturschalter 121 und dem flüssigkeitsgefüllten Temperaturkolben 120 verbunden, der die Temperatur der Flüssigkeit 48 anzeigt. Der Lichtkolben 106 wird betätigt, wenn eine gewisse ausgewählte Temperatur erreicht ist. Es ist eine Alarmeinrichtung 109 in Leitung 51 vorgesehen, die beim Aufteten einer gewissen Gaskonzentration, wie sie durch das System 40 angezeigt wird, betätigt wird.

Die Gaseinlaßleitung 85 ist mit einer nicht dargestellten Gasquelle verbunden, die einen vorbestimmten Prozentgehalt eines gegebenen Gasbestandteiles (z. B. Wasserstoff, Sauerstoff usw.) für Kalibrierungszwecke enthält und sie wird als die Gasquelle bekannter Konzentration bezeichnet. Eine Lufteinlaßleitung 112 ist vorgesehen, um den Durchgang von Luft durch das Filter 114 und die Ventile 129,143 sowie die Leitung 76 zur Flammsperre 78 zu gestalten. Die Gaseinlaßleitung 86 ist mit einer nicht dargestellten Quelle eines Gases verbunden, das frei ist von dem gegebenen gasförmigen Bestandteil (z. B. Wasserstoff, Sauerstoff usw.) für Null-Kalibrierungszwecke und diese Quelle wird als Null-Kalibrierungsquelle bezeichnet. Die Leitung 85 ist mit einem Ventil 80 versehen und die Leitung 86 ist mit einem Ventil 82 versehen, um die Gasströmung durch die Leitungen zu steuern, die in Leitung 76 münden. Die Flammsperrt 78 ist unter der Flüssigkeit 48 in der Konditionierungskammer 117 angeordnet und entläßt dort das Gas aus den Leitungen 85, 86 und 112. Die Strömung des Gases in den Leitungen 85, 86 und 112 wird manuell durch die Steuerschalter 87 und 88 oder automatisch di-rch das Programmzeitglied 89 gesteuert, welches die Schalter erregt, die wiederum die Solenoid-betätigten Ventile 80, 82 und 129 betätigen. Das Programmzeitglied 89 dient zur Kalibrierungsüberprüfung in periodischen Intervallen mit Gasen aus den Leitungen 85 und 86, während welcher diese Kalibrierungsgase in der Kammer 117 bis zu der genauen Temperatur und dem Flüssigkeitsgehalt des Probegases aus Leitung 37 konditioniert werden.

Das an die Konditionierungskammer 117 angelegte Vakuum, um die Probe durch das System zu ziehen, wird durch ein Regulierventil 68 geregelt, das auf irgendeinen vorausgewählten Zustand eingestellt ist, z. B. ein Vakuum im Bereich von etwa 69 bis 76 cm Wasser. Dies reicht aus, um das Probegas in und durch das System 40 zu ziehen, wenn sich das Gas am Übergang der Leitung 37 zur Leitung 38 auf Atmosphärendruck oder darüber befindet. Dies gestattet die Aufrechterhaltung eines ständigen Stromes des Probegases in die Kammer 117.

ΐη diesem System 40 ist ein drucksnzcigendcr Schalter 84 vorgesehen, der mit den Solenoid-Einlaßventilen 69 und 73 sowie der Vakuumpumpe 71 für das Probegas verbunden ist Dies schafft einen Zustand, der es zuläßt, ein Solenoid-Einlaöventil für ein Probegas zu öffnen, wenn ein Vakuum an das System gelegt ist. Dies isoliert auch und schließt das Probegas ab für den Fall eines Energieausfalls oder Vakummverlustes in dem System.

Ein Flüssigkeitsauslaßrohr 130 ist in der Konditionierungskammer 117 vorgesehen, am einen gegebenen Flüssigkeitsstand aufrechtzuerhalten und eine Leitung für die Abgabe von Flüssigkeit aus der Kammer 117 zu schaffen. Der Flüssigkeitsauslaß 130 regelt die Flüssigkeitshöhe in der Kammer 117 und die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslaß 130 wird in der Regulierkammer 55 gesammelt. Der Flüssigkeitsstand 56 in der Regulierkammer 55 wird durch ein durch einen Schwimmer 57 betätigtes Ventil 58 aufrechterhalten. Wird der Schwimmer 57 bis in eine Höhe gehoben, die ausreicht, um das Ventil 58 zubetätigen, dann wird Flüssigkeit in Leitung 61 entlassen, die zum unteren Teil der Flammenkontrollkammer 59 führt. Die Flammenkontrollkammer 59 weist eine Flüssigkeitshöhe 60 auf, und die aus der Kammer 59 überfließende Flüssigkeit gelangt durch Leitung 62, durch das Strömungsglas 63, die Ventile 64 und 65 und die Leitung 39 zum in F i g. 2 nicht dargestellten Hauptkondensator 30. Es ist weiter eine Leitung 131 vorgesehen, um Luft abzulassen, die in der Regulierkammer 55 eingefangen ist, wenn anfänglich Wasser in diese eingeführt wird.

Das vorbeschriebene System erzeugt einen Flüssigkeitsabdeck- und Kühleffekt auf die Gasprobe in dcrn System und verhindert so eine Explosion entlang des Wasserabflußpfades von der Konditionierungskammer 117 zum Hauptkondensator 30 und schafft so eine positive Flammen- und Detonationsisolation. Aufgrund der Tatsache, daß die Leitung 128 zwischen der Kammer 117, die die Flüssigkeit 48 enthält, und der Flammenkontrollkammer 59, die die Flüssigkeit 60 enthält, verläuft, wird in dieser Leitung ebenfalls eine Flammensperre und Isolation geschaffen. Das Strömungsgias 63 ist in der zu dem Hauptkondensator 30 führenden Leitung 62 vorgesehen, damit visuell die ausreichende Wasservorfüllung und die kontinuierliche Wasserlieferung zu und das Abziehen von Wasser von dem System 40 beobachtet werden kann. Zwischen dem Ventil 58 an der Verbindungszuleitung 61 für die Fiüssigkeitshöhenregulierkammer 55 und der Flüssigkeitshöhe 60 in der Flammenkontrollkammer 59 wird ein Höhenunterschied von mindestens etwa 76 cm Flüssigkeit aufrechterhalten.

Nach der Erläuterung der Flüssigkeitsströmung in dem System 40 wird nun die Gasströmung aus der Kammer 117 durch den Rest des Systems 40 erläutert. Die Gasproben werden aus der Konditionierungskammer 117 durch das an Leitung 128 gelegte Vakuum in diese Leitung gezogen, die die Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit in der Kammer 117 gestattet, wobei das Gas in der Leitung 128 durch einen Gasströmungsindikator 170, ein Vakuumregulierventil 68 und das Solenoid-betätigte Ventil 69 und dann zur Flammenkontrollkammer 59 verläuft, in die das Gas durch eine aus gesintertem Metall bestehende Flammensperre 70 in kleinen Bläschen eingeführt wird. Diese Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit nach dem Herausziehen aus der Kammer 117 ermöglicht eine gleichmäßige Strömung von Gas und Flüssigkeit in dem System 40 und verhindert Druckvariaiicncn darin. Wer.r. ein Hilfsvakuum erforderlich ist, wenn das Hauptkondensator-Vakuum nicht ausreicht, um ein angemessenes Vakuum zu erzeugen, dann wird das Dreiweg-Solenoid-Ventil 69 erregt, so daß die Hilfsvakuumpumpe 71 in Leitung 72 ein zusätzliches Vakuum schafft. Dies zieht das Gas durch das Ventil 73 in die Leitung 72 und die Flammenkontroükammer 59. Das Gas tritt durch die gleiche gesinterte Metallflammensperre 70, die in der Flüssigkeit 60 untergetaucht ist. Die miteinander verbundenen Leitungen 140,142 bzw. 144 mit den darin enthaltenen Ventilen 141, 143 bzw. 145 dienen der raschen Entfernung der Flüssigkeit aus den Kammern 117,55 bzw. 59.

In F i g. 3 ist eine andere Ausführungsform für getrennte Gas- und Flüssigkeitsauslaßöffnungen aus der

Konditionierungskammer 117 zusammen mit einem Flüssigkeitsventil 150 für die Regulierung der aus der Kammer 117 abgezogenen Flüssigkeit gezeigt. Hier hat der separate Gasauslaß 151 einen erweiterten Trichterteil 152, der dazu dient, die Detektoreinheit 49 vor Spritzern der Flüssigkeit 48 zu schützen, wenn das Gas aus entweder der Flammensperre 78 oder der Flammensperre 47 entweicht. Das Gas wird so, wie es aus einem der Flammensperren 47 oder 78 in kleinen Bläschen entweicht, durch das an das System gelegte Vakuum an dem Detektorkopf 49 vorbei in den Trichterteil 152 und den Gasauslaß 151 gezogen. Die Flüssigkeitseinlaßleitung 93 weist eine schleifenförmige Verbindung 153 für die Zuführung von Flüssigkeit durch das Ventil 150 in eine Auslaßleitung 130 auf, wobei das Ventil ein Diaphragma 154, eine Feder 155 und einen Stab 156 enthält. Die Feder 155 hat eine Spannung, die so eingestellt ist, daß sie gleich ist der Differenz des Flüssigkeitskopfdruckes zwischen der Flüssigkeitshöhe in der Schleife 153 und der Flüssigkeitshöhe 48 in der Konditionierungskammer 117. Der Flüssigkeitsauslaß 130 erhält eine geringe Flüssigkeitszufuhr aus dem unteren Teil der Kammer 117, der durch den Teil des Stabes 156 in dem Flüssigkeitsauslaß 130 geregelt wird. Die Teile 120,121 und 122 haben die gleiche Bedeutung wie in F ig. 2.

In Fig.4 wird eine weitere Ausführungsform des Gaskonditionierungs- und -analysesystems der vorliegenden Erfindung gezeigt, das besonders angepaßt ist für die Stellung 40 ß in F i g. 1 zum Überprüfen des Gases innerhalb des Behälters 26 des Kernreaktors 10. Proben des Gases werden aus einer nicht dargestellten Quelle in Leitung 200 durch eine Vakuumpumpe in das System 40ß gezogen.

Die Gasprobe passiert das Einlaßventil 201 und den Teil der Leitung 200, der von einem Heizelement 202 umgeben ist, das durch die Heizeinrichtung 203 mit Energie versehen wird. Das Ventil 201 kann dazu benutzt werden, jeglichen Gasdurchgang durch die Leitung 200 zur Konditionierungskammer 204 zu unterbinden. Die Gasprobe wird durch eine gesinterte poröse Metallflammensperre 205 in die Kammer 204 eingeführt, wobei die Sperre 205 in einer Flüssigkeit 206 untergetaucht ist. Die Sperre 205 dispergiert das eintretende Gas in sehr kleine Bläschen, die durch die Flüssigkeit 206 nach oben strömen und dabei Temperatur und Flüssigkeit aufnehmen oder abgeben in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeit 206 in der Kammer 204. Die Blasenbildung dient weiter dazu, die Probe in der Weise zu konditionieren, daß das in der Probe mitgeführte Feststoffmaterial durch die Flüssigkeit 206 aufgenommen wird. Eine bevorzugte Flüssigkeit 206 ist Wasser, wenn das System 40ß dafür vorgesehen ist, die Probe auf ihren Wasserstoff-, Sauerstoffgehalt oder beides zu analysieren.

Die Flüssigkeit 206 wird in die Konditionierungskammer 204 durch Leitung 207 eingefüllt, die die Ventile 208 und 209 sowie die strömungsanzeigende Kontrolleinrichtung 210 enthält, welche den Zugang einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge zur Kammer 204 gestattet. Dadurch wird eine ausreichende Menge Flüssigkeit in der Kammer 204 bei einer Temperatur gehalten, um das eintretende Gas auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Auf diese Weise reguliert die Kammer 204 die Temperatur der Gasprobe. Eine Temperaturregeleinrichtung 211 zum Erwärmen oder Kühlen oder beidem kann für die Konditionierungskammer 204 vorgesehen sein, um die Temperatur der Flüssigkeit 206 in Kammer 204 weiter zu regulieren. Der flüssigkeitsgefüllte Temperaturkolben 269 zeigt ähnlich dem mit der Nummer 120 in F i g. 2 die Temperatur der Flüssigkeit 206 an und er ist über die Leitung 267 mit dem Temperaturschalter 268 verbunden.

Eine Anzeigeeinrichtung in Form von Detektoreinheiten 212 und 2i2A ist im allgemeinen oberhalb der Sperre 205 montiert und es ist ein Spritzschutz 213 so angeordnet, daß er die Detektoreinheiten 212 und 212,4

ίο vor Flüssigkeitsspritzern aus der Flüssigkeit 206 aufgrund der Abgabe des Gases aus der Sperre 205 schützt. Die Gasprobe wird auf den Gehalt der ausgewählten Gase durch die Detektorköpfe 212 und 212/4 in der Konditionierungskammer 204 untersucht, wobei die Detektorköpfe elektronisch durrh die Leitung 214 mit einem Anzeigeinstrument 215 verbunden sind. Das Instrument 2!5 gibt elektronisch eine kontinuierliche Anzeige und einen Ausgangsleistungsausschlag proportional zum Gehalt der ausgewählten Gase, die analysiert werden, in Volumenprozent, verglichen mit dem Gesamtgasvolumen der Gasprobe in der Kammer 204 zu irgendeinem gegebenen Moment.

Beispielhafte Detektoreinheiten 212 und 212Λ sind eine der oben näher beschriebenen Einheiten, nämlich entweder handelsübliche Standardeinheiten mit heißem Draht, eine handelsübliche katalytische Einheit, eine handelsübliche Wasserstoff- oder Sauerstoff-empfindliche elektrochemische Detektoreinheit oder irgendeine andere geeignete Detektoreinheit.

Die Gaseinlaßleitungen 216 und 217 sind jede mit einer separaten, nicht-dargestellten Quelle eines Gases verbunden, das einen vorbestimmten bekannten Prozentgehalt eines Gasbestandteils für Kalibrierzwecke für diesen speziellen Bestandteil enthält. Die Ventile 218 und 220 sind in Leitung 216 vorgesehen und die Ventile 219 und 221 in Leitung 217, um die Gasströmung in den Leitungen 216 und 217 zu regeln. Die Gaseinlaßleitung 222 ist mit einer nicht-dargesteliten Quelle eines Gases verbunden, das frei ist von den Bestandteilen in den Leitungen 216 und 217 und das als Null-Bezugsgas für Kalibrierzwecke verwendet wird. Die Leitung 222 enthält die Ventile 223 und 224 zur Regelung der Gasströmung in Leitung 222 Die Leitung 230 dient der Zuführung von Luft durch das Filter 231 und das Ventil

232. Die Leitungen 216, 217, 222 und 230 sind mit der Leitung 233 verbunden, die das Ventil 234 enthält, und die Leitung 233 tritt in die Konditionierungskammer 204 ein und endet in der Flammensperre 235. Die Flammsperre 235 ist in der Flüssigkeit 206 in der Kammer 204 untergetaucht zur Freilassung des Gases aus den Leitungen 216, 217, 222 und 230 in der Weise, daß das Gas die Form kleiner Bläschen hat. Diese Kalibriergase werden in der Kammer 204 zu der Temperatur der Gasprobe aus Leitung 200 konditioniert

Die Gasprobe, die in die Konditionierungskammer 204 gezogen wird, wird durch den Gasauslaß 236 entfernt der innerhalb der Kammer 204 benachbart den Detektoreinheiten 212 und 212/4 angeordnet ist. Der Gasauslaß 236 hat einen Druckindikatorschalter 237 und eine Strömungsindikatoreinrichtung 238, die stromauf von einem Dreiweg-Druck-Regulierventil 239 angeordnet ist, das das Vakuum an dem Gasauslaß 236 reguliert Eine Hilfsleitung 270 ist vorgesehen, um die Strömungsindikatoreinrichtung 238 zu umgeben, wenn dies erwünscht ist Der Gasauslaß 236 enthält eine Vakuumpumpe 240 und ein Ventil 241 und die Hilfsleitung 242 weist eine andere Vakuumpumpe 244

und ein Ventil 243 auf, die als unterstützende Einheit für die Einrichtung 240 oder als zusätzliche Vakuumkapazität dienen kann. Der Gasauslaß 236 tritt in die Flammenkontrollkammer 245 ein und ist mit einer Flammsperre 246 verbunden, die in der Flüssigkeit 247 untergetaucht ist. Auf diese Weise wird das Gas unter Flüssigkeit in die Flammenkontrollkammer 245 eingeblasen. Die Leitung 248 weist die Ventile 249 und 250 auf und führt von einer Flüssigkeitsqueüe, die nicht dargestellt ist, zu dem Reservoir 251 und schließlich zur Flammenkontrollkammer 245. Eine Leitung 252 zum Ablassen von Flüssigkeit mit einem Ventil 253 dient als Leitung zur Verbindung eines Punktes zum Ablassen mit dem System 40ß und führt von der Flammenkontrollkammer 245 zu dem Ablaßpunkt, der nicht dargestellt ist. Die Leitung 252 führt das Gas und die Flüssigkeit von der Flammenkontrollkammer 245 zu dem Auslaßpunkt. Eine zusätzliche Auslaßleitung 254 mit Ventil 255 ist vorgesehen für eine rasche Entfernung von Flüssigkeit aus der Flammenkontrollkammer 245.

Der Flüssigkeitsauslaß 256 in der Konditionierungskammer 204 ist ein Rohr mit einem gebogenen Teil und dient zur Bestimmung der Flüssigkeitshöhe in der Kammer 204. Der Flüssigkeitsauslaß 256 führt zur Regulierkammer 257, und die Wasserhöhe 258 ist durch einen Schwimmer 260 betätigtes Ventil 259 in der Regulierkammer 257 aufrechterhalten. Wenn der Schwimmer 260 soweit gehoben ist, daß er das Ventil 259 bedienen kann, wird Wasser durch Ventil 263 in die Leitung 261 abgelassen und zu einem Abfluß geführt, der nicht dargestellt ist. Eine zusätzliche Leitung 262 mit einem Abschlußventil 264 ist für eine rasche Entfernung der Flüssigkeit 258 zu dem Abfluß für die Flammenkontrollkammer 245 vorgesehen. Eine sich in der Leitung 262 fortsetzende zusätzliche Leitung 265 mit einem Abschlußventil 266 ist für eine rasche Entfernung der Flüssigkeit 206 aus der Konditionierungskammer 204 vorgesehen. Die Regulierkammer 247 wird über die Leitung 271 durch ein Ventil 272 zur Leitung 236 gelüftet, um verdrängte Luft abzulassen, wenn die Regulierkammer 257 das erste Mal mit Flüssigkeit aus der Leitung 256 gefüllt wird.

Die vorbesehriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems schafft einen Wasserbedekkungs- und Kühleffekt auf das Gas in dem System und verhindert eine Explosion entlang des Gasabblaspfades von der Konditionierungskammer 204 bis zum Ausiaßpunkt und schafft so eine positive Flammen- und Detonationsisolation.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems ?um Konditionieren und Analysieren von Gas haben die folgenden Funktionen

ίο und Vorteile: das System 40 schafft einen konstanten Druck und eine konstante Temperatur und eine Flüssigkeitsumgebung für jede Probe oder jedes Kalibriergas, das in die Konditionierungskammer 117 eingeführt wird, unabhängig vom Druck, der Temperatür und der Feuchtigkeit der ursprünglichen Gasprobe, die in Kammer 117 gezogen wird. Dieses System 40 schafft eine kurze Ansprechzeit von im allgemeinen weniger als etwa 10 Sekunden, um Konzentrationsänderungen in dem Probegas anzuzeigen, indem die von der Flammsperre in die Konditionierungskammer eingeführte Gasprobe, während sie in Form kleiner Blasen durch die Flüssigkeit zum Detektorkopf aufsteigt, rasch konditioniert wird. Weiter wird eine positive Flammendetonationssperre und Isolation durch die Flüssigkeitshöhenregulierkammer und die Flammenkontrollkammer für den Flüssigkeitsströmungspfad von dem Punkt des Abziehens einer Gasprobe bis zu dem Punkt des Ablassens der Probe geschaffen.

Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems gestatten auch eine raschere Anzeige von Änderungen im Probegas durch Schaffen eines getrennten Gasauslasses und durch Anordnen des Aufnahmeteiles des Gasauslasses benachbart der Detektoreinheit.
Obwohl dieses System für einen bevorzugten Gebrauch mit einem Kernspaltungsreaktor und die damit verbundene Apparatur zur Analyse von Wasserstoff oder Sauerstoff oder beiden beschrieben ist, wobei die Flüssigkeit in dem System Wasser ist, kann dieses System an viele andere Anwendungen angepaßt werden, in denen es schwierig ist, eine stetige, zuverlässige and sichere Gasanalyse feuchter und trockener Gasvolumina zu erhalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   l.Gaskonditionierungs- und -analysesystem mit

   (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 eine Leitung (38) verbunden ist mit

   (b) einer Konditionierungskammer (117) mit einem Flüssigkeitsreservoir(48) und einer Detektoreinheit (49) für die Bestimmung der Konzentration eines ausgewählten Bestandteils,

   (c) einer Einrichtung (30; 71), um die Gasprobe durch das System zu befördern,

   (d) einer Einrichtung (90, 91, 93) zur definierten Zufuhr von Flüssigkeit in die Konditionierungskammer (Il 7),

   (e) einer in die Flüssigkeit (48) der Konditionierungskammer (117) eingetauchten Flammsperre (47), durch die die zu untersuchende Probe in die genannte Flüssigkeit in Form von Blasen eingeführt wird,

   (f) einer weiteren in die Flüssigkeit (48) der Konditionierungskammer (117) eingetauchten Flammensperre (78) für die Nullkalibrierung mit dem ausgewählten Bestandteil,

   (g) einer Regulierkammer (55) mit einem Ventil (58) zur Regulierung der Höhe der Flüssigkeit (56) in der Kammer (55) und einem Flüssigkeits-Auslaß (61), welcher die Flüssigkeit leitet zu

   (h) einer Flammenkontrollkammer (59), die mit den Leitungen (62, 39) verbunden ist, die zu dem Auslaßpunkt führen,