DE3617524C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur temperaturabhängigen Druckentlastung von Druckbehältern, bei der ein in einer Ablaßleitung des Druckbehälters vorgesehenes Absperrorgan bei einer vorgegebenen Temperatur geöffnet wird.

Derartige Druckbehälter mit ggf. inneren Wärme­ quellen sollen dann, wenn die Behältertemperatur den vorgegebenen Wert erreicht hat, druckentlastet werden. Dieser Fall kann beispielsweise eintreten, wenn die vorhandene automatische Kühlung ausfällt.

Solche Behälter findet man z. B. bei kleinen Hochtemperaturreaktoren. Diese Reaktoren haben Stahldruckbehälter, die bei Betriebsdruck nicht über 400°C aufgeheizt werden dürfen. Kleine Hochtemperaturreaktoren sind so konstruiert, daß die durch den Zerfall der radioaktiven Spaltprodukte entstehende Nachwärmeleistung bei Ausfall der Zwangskühlung über die Behälter­ oberfläche an den Behälter umgebende Flächen­ kühler abgegeben wird, ohne daß zulässige Tem­ peraturen im Innern des Behälters oder in der Behälterwand überschritten werden. Nur bei Ausfall der redundanten Flächenkühler steigt die Behältertemperatur über 400°C an. Ein solcher Fall ist zwar sehr unwahrscheinlich, stellt aber den einzigen Mechanismus dar, der die Integrität des Reaktordruckbehälters gefährden könnte.

Üblicherweise wird der Druckbehälter von einem oder mehreren im Ansprechdruck gestaffelten Sicherheitsventilen nur vor zu hohem Druck geschützt. Zum Stand der Technik gehören Sicher­ heitsventile, die sich über einen Antrieb gegen die Schließkraft öffnen lassen. Nachteilig bei diesen Ventilen ist, daß Steuerungsfehler zu einem unbeabsichtigten Öffnen des Primär­ kreislaufs führen können. Außerdem ist man beim Öffnen auf Hilfsenergie angewiesen.

Aus der - zum Anmeldezeitpunkt dieses Patentes noch nicht offengelegten - DE-OS 35 26 377 ist ein Reaktordruckbehälter mit Sicherheitsventil bekannt, das als Federventil ausgebildet ist. Die Ventilfedern des Sicherheitsventils bestehen aus einem Material, dessen Federkraft bei Ansteigen der Temperatur abnimmt. Sie wird je nach Art und Zeitfolge eines Störfalls unterschiedlich mit Wärme aufgrund des nach Öffnen des Sicher­ heitsventils ausströmenden Gases beaufschlagt, wobei die Ventilfeder bei ansteigender Temperatur mit abnehmender Federkraft reagiert. Eine Kühl­ einrichtung sorgt im normalen Betriebsfall für eine Kühlung der Feder. Bei Ausfall der Kühleinrichtung wird das Ventil infolge der nachlassenden Federkraft geöffnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Druckentlastung von Druckbehältern der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mittels der der Behälter bei Überschreiten der zulässigen Temperatur automatisch und mit hoher Zuver­ lässigkeit über die Absperrorgane geöffnet wird.

Diese Aufgabe wird beim Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß ein von der Temperatur des Druckbe­ hälters beaufschlagtes längliches Konstruktions­ element vorgesehen ist, dessen eines Ende ortsfest fixiert und dessen anderes in Abhängigkeit von der Temperaturausdehnung ausgelenktes Ende mechanisch mit dem Absperrorgan verbunden ist. Hier wird ein anderes Lösungsprinzip, als in der DE-OS 35 26 377 beschrieben, angewendet.

Eine vorteilhafte Ausführungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Konstruktionselement der Druckbehälter ist. Der Behälter kann beispielsweise ein aufrecht stehender langer Stahlzylinder sein, der an seinem unteren Ende ortsfest fixiert ist. Demzu­ folge verschiebt sich der obere Teil des Be­ hälters bei Aufheizung des Behälters nach oben. Dieses in Abhängigkeit von der Temperaturausdehnung ausgelenkte Ende des Druckbehälters kann bei­ spielsweise mit einem Punkt entsprechender Höhe einer daneben stehenden Wand über eine die Relativbewegung der Punkte aufnehmende Hebelmechanik verbunden sein. Übersteigt die Relativbewegung ein bestimmtes Maß, so wird über den Hebelmechanismus beispielsweise ein federbelastetes Sicherheitsventil geöffnet.

Eine weitere Ausführungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Konstruktionselement eine benachbart zu dem Druckbehälter angeordnete Stange ist. Die Stange kann in einem Rohr frei beweglich geführt sein, wobei beide an einem Ende (an den Fixpunkten) miteinander verbunden sind. Behälter und Stange bestehen aus Werkstoffen unterschiedlicher Wärmeausdehnung und sind so angeordnet, daß beide über die Behälterwand auf die gleiche Temperatur aufgeheizt werden. Steigt die Temperatur der beiden Körper, so verschieben sich die anderen beiden Körperenden relativ zueinander. Diese Verschiebung wird auf den Stößel eines Sicherheitsventils übertragen, wenn sie ein bestimmtes Maß übersteigt und darüber hinaus das Sicherheitsventil öffnet.

Die Relativbewegung des beweglichen Punktes des Konstruktionselementes zu einem Punkt eines anderen Konstruktionselementes kann selbst­ verständlich auch zur Öffnung anderer Absperr­ organe verwendet werden. Naheliegende Beispiele sind: das Durchstoßen einer Platzmembrane oder das Öffnen einer Rückschlagklappe gegen den anstehenden Behälterdruck.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch ihre völlig autonome Funktion aus. Es ist weder eine Steuerung noch eine Hilfsenergie erforderlich, da die zu überwachende Behälter­ temperatur über die Wärmedehnung des Behälters selbst oder über wärmetechnisch an den Behälter angekoppelte Expansionskörper unmittelbar zur Durchführung der notwendigen Schutzaktion verwen­ det wird. Dies garantiert eine hohe Zuverlässig­ keit im Anforderungsfall. Da die Vorrichtung in Verbindung mit einem ohnehin vorhandenen Sicherheitsventil verwendet wird und der Mechanismus außer durch Temperaturüberschreitung des Behälters nicht wirksam werden kann, wird die Wahrschein­ lichkeit für ein zufälliges Öffnen des Behälters praktisch nicht erhöht. Eine Überwachung der Funktionsbereitschaft während des Betriebes wie bei einem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb ist nicht erforderlich. Der technische Aufwand als ganzes und die damit verbundenen Kosten sind außerordentlich gering, obwohl ein beträchtliches Maß an zusätzlicher Sicherheit erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung mit Druckbe­ hälter als Konstruktionselement;

Fig. 2 eine Vorrichtung mit einem Stab als Konstruktionselement.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist der senkrecht stehende zylindrische Stahldruck­ behälter 1 selbst das Konstruktionselement, neben dem sich die Wand 2 befindet. Die Fixpunkte der beiden Elemente sind die jeweiligen Auflage­ punkte bzw. Strichflächen 3 auf dem Boden.

Die beweglichen Punkte sind die Punkte 4 und 5 von Behälter bzw. Wand, an denen die aus den Teilen 6-9 bestehende Zwischenmechanik angebracht ist. Hebel 6 ist dabei mit einem vertikalen Spiel am beweglichen Punkt 4 des Behälters 1 angelenkt, und das vertikale Spiel (bedingt durch Öse 10) ist so ausgebildet, daß der Anlenkpunkt des Hebels 6 erst oberhalb einer bestimmten Wärmedehnung des sich nach oben ausdehnenden Behälters bewegt wird. Das andere Ende des Hebels ist durch die Betonwand 2 und den Kragbalken 7 in vertikaler Richtung fixiert. Der Gelenkhebel 8 verringert eine horizontale Fixierung des Behälters und stellt dadurch sicher, daß der Mechanismus im Erdbeben­ fall nicht belastet wird.

Das federbelastete Sicherheitsventil 11 wird ebenfalls durch die Wand 2 fixiert. Das hat zur Folge, daß der Ventilstößel 12 des Sicher­ heitsventils 11 über das Gelenkteil 9 angehoben wird, sobald die Wärmedehnung des Behälters das am Behälter angelenkte Ende des Hebels 6 nach oben verschiebt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsart der Vorrichtung, bei der Stange 2 a in einem Rohr 1 a geführt ist. Die beiden Körper sind an ihren unteren Enden durch die Verschraubung 3 a fest miteinander verbunden. Die beweglichen Punkte der Vorrichtung sind einerseits das obere Ende 4 a des Rohres und das obere Ende 5 a der Stange 2 a . Die Werkstof­ fe von Rohr und Stange sind so gewählt, daß das Rohr einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten aufweist als die Stange. Das bedeutet, daß bei Erwärmung der beiden Körper der mit dem oberen Ende der Stange 2 a verbundene Greifer 13 tiefer in die mit dem Rohr verbundene Hülse hineingezogen wird. Ab einer bestimmten Tiefe erfaßt der Greifer 13 die Mutter 15 des Ventil­ stößels 12 und öffnet damit das Sicherheits­ ventil 11.

Die Vorrichtung ist in dem Spalt zwischen dem zu schützenden Behälter 1 und den auf der Innen­ oberfläche der Wand 2 befindlichen Flächen­ kühlern 16 angeordnet. Eine ausreichende Wärme­ ankopplung an den Behälter ist dadurch gegeben. Dies liegt daran, daß sich im Spalt bei Ausfall der Flächenkühler annähernd die Temperatur der Behälterwand einstellt. Der Temperatur­ anstieg in der Behälterwand geht außerdem so langsam von statten, daß die Wärmedehnungs­ körper dieser Temperaturentwicklung ohne großen Temperaturunterschied folgen können.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur temperaturabhängigen Druckentlastung von Druckbehältern, bei der ein in einer Ablaß­ leitung des Druckbehälters vorgesehenes Absperr­ organ bei einer vorgegebenen Temperatur geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Temperatur des Druckbehälters beaufschlagtes längliches Konstruktionselement vorgesehen ist, dessen eines Ende ortsfest fixiert und dessen anderes in Abhängigkeit von der Temperaturausdehnung ausgelenktes Ende mechanisch mit dem Absperrorgan verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstruktionselement der Druckbehälter (1) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstruktionselement eine benachbart zu dem Druckbehälter (1) angeordnete Stange (2 a) ist.