DE4423979A1 - Druckentlastungsarmatur sowie Verfahren zur Druckentlastung eines Druckbehälters - Google Patents
Druckentlastungsarmatur sowie Verfahren zur Druckentlastung eines DruckbehältersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Druckentlastungsarmatur zur
Druckentlastung eines Druckbehälters, welche eine Einlaßöff
nung, eine Auslaßöffnung und einen Strömungsdurchgang zwi
schen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung hat, welche
durch ein Verschlußelement verschlossen ist, sowie ein Ver
fahren zur Druckentlastung eines mit einem Medium gefüllten
Druckbehälters, bei dem in Abhängigkeit des physikalischen
Zustands des Mediums, insbesondere der Temperatur oder des
Druckes des Mediums, ein Signal im Inneren des Druckbehälters
erzeugt und von dort über eine Signalleitung aus dem Druckbe
hälter herausgeführt wird.
Druckbehälter, wie sie beispielsweise in der chemischen Indu
strie oder bei der Energieerzeugung verwendet werden, weisen
zum Schutz gegen Überdruck in der Regel Druckentlastungsarma
turen zum Abbau eines eventuellen Überdrucks auf.
In der WO 93/18521 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung gegen
Überdruckversagen eines Reaktordruckbehälters beschrieben.
Diese Sicherheitseinrichtung weist eine Druckentlastungsarma
tur auf, welche in Form eines Rohres mit einer Ausbuchtung
ausgeführt ist. In der Ausbuchtung ist ein Kolben angeordnet,
der mit einem Lot mit der Wand der Druckentlastungsarmatur
festverlötet ist und damit den Querschnitt der Druckentla
stungsarmatur fest versperrt. Bei Erreichen einer Grenztempe
ratur schmilzt das Lot auf, und der Kolben gibt den Quer
schnitt der Sicherheitseinrichtung frei. Die Druckentla
stungsarmatur ist mit einem Ende mit der Hauptkühlmittellei
tung des Kernreaktors bzw. direkt mit der Wand des Reaktor
druckbehälters verbunden, mit dem anderen Ende öffnet die
Druckentlastungsarmatur in einen Abblasetank. Bei Überhitzung
des Reaktordruckbehälters findet ein erhöhter Wärmefluß über
die Hauptkühlmittelleitung bzw. die Wand des Reaktordruckbe
hälters zu der Druckentlastungsarmatur statt. Wird hinrei
chend viel Wärmeenergie an die Druckentlastungsarmatur über
tragen, so schmilzt das Lot auf, und das in dem Reaktordruck
behälter befindliche Medium kann in den Abblasetank ausströ
men. Diese vollständig passiv wirkende Sicherheitseinrichtung
erfordert zwar keinerlei großflächige Durchführungen durch
einen Deckel des Reaktorbehälters, reagiert aber aufgrund ih
rer relativ großen Entfernung zu dem Zentrum des Reaktor
druckbehälters relativ träge und mit nicht allzu hoher Emp
findlichkeit auf Änderungen im Inneren des Reaktordruckbehäl
ters.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckentlastungsarmatur
zur Entlastung eines Druckbehälters anzugeben, welche passiv
wirkt, keine großflächige, den Druckbehälter schwächende
Durchführungen durch die Wand des Druckbehälters bedingt so
wie schnell und präzise auf kritische Änderungen im Inneren
des Druckbehälters ansteuerbar ist. Eine weitere Aufgabe der
Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Druckentlastung
eines Druckbehälters anzugeben, welches passiv wirkend durch
geführt wird und schnell und präzise auf kritische Zustände
innerhalb des Druckbehälters reagiert.
Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungs
gemäß durch eine Druckentlastungsarmatur zur Druckentlastung
eines Druckbehälters gelöst, welche eine Einlaßöffnung, eine
Auslaßöffnung, einen Strömungsdurchgang, der durch ein
schmelzbares Verschlußelement verschlossen ist, und eine ak
tivierbare Wärmequelle zum Aufschmelzen des Verschlußelements
aufweist.
Aufgrund der aktivierbaren Wärmequelle ist eine Auslösung der
Druckentlastungsarmatur unabhängig von einem unpräzisen und
langsam reagierenden Wärmefluß zum Aufschmelzen des Ver
schlußelements gegeben. Zudem ist gewährleistet, daß die ak
tivierbare Wärmequelle unmittelbar auf kritische Änderungen
im Inneren eines Druckbehälters reagiert. Eine kritische Än
derung kann dabei ein extremer Temperaturanstieg auf über
1000°C sein, wie es beispielsweise bei einem Abschmelzen von
Kernbrennstoff in einem Kernreaktor der Fall sein könnte. Da
durch ist eine frühzeitige und daher unkritische Druckentla
stung eines Druckbehälters gewährleistet. Darüber hinaus kann
auf großflächige Durchführungen durch die Wand des Druckbe
hälters verzichtet werden, wodurch die mechanische Stabilität
des Druckbehälters erhöht wird.
Bevorzugtermaßen ist die Wärmequelle in der Druckentlastungs
armatur eine entzündbare Substanz, insbesondere Thermit.
Diese entzündbare Substanz ist auf einfache und passive Art
und Weise über einen elektrischen bzw. mechanischen Zünder
oder über eine Zündschnur entzündbar. Die entzündbare Sub
stanz ist dabei in unmittelbarer Umgebung um das Verschluß
element anordenbar und über eine Isolierung gegenüber der Um
gebung so isolierbar, daß bei ihrer Entzündung Wärme fast
ausschließlich auf das Verschlußelement übertragen wird. Da
durch kann die Menge der entzündbaren Substanz äußerst gering
gehalten werden, so daß eine Gefährdung des Druckbehälters,
sowie insbesondere eine Beschädigung der Druckentlastungsar
matur ausgeschlossen ist. Darüber hinaus ist beispielsweise
Thermit erst bei einer hohen Temperatur von ca. 1000°C ent
zündbar, so daß eine vorzeitige ungewollte Druckentlastung,
beispielsweise bei einer Betriebsstörung mit niedrigeren Tem
peraturen, die über andere Sicherheitsvorrichtungen sicher
beherrscht wird, ausgeschlossen ist. Je nach kritischer Tem
peratur kann eine entzündbare Substanz mit einer niedrigeren
oder höheren Zündtemperatur Anwendung finden.
Vorzugsweise weist das Verschlußelement eine Schmelzlot-Arre
tierung auf, an der die aktivierbare Wärmequelle angeordnet
ist. Das Verschlußelement wird durch die Schmelzlot-Arretie
rung in einer Position gehalten, so daß der Strömungsdurch
gang verschlossen ist. Durch ein Aufschmelzen der Schmelzlot-
Arretierung infolge einer Wärmeerzeugung durch die Wärme
quelle öffnet das Verschlußelement den Strömungsdurchgang,
und eine wirksame Druckentlastung findet statt. Ein Öffnen
des Verschlußelementes kann beispielsweise dadurch erfolgen,
daß zwei durch die Schmelzlot-Arretierung verbundene Teile
des Verschlußelementes bei Aufschmelzen der Schmelzlot-Arre
tierung gegeneinander bewegt werden. Ein solches Teil, bei
spielsweise eine bewegliche Klappe, ein beweglicher Kolben
oder ähnliches, kann bei normalen Betriebsbedingungen durch
die Schmelzlot-Arretierung fest mit einer Wand des Verschluß
elementes verbunden sein.
Das Verschlußelement kann ein schmelzbares Metallbauteil,
insbesondere eine Stahlplatte, aufweisen, an dem die akti
vierbare Wärmequelle angeordnet ist. Das schmelzbare Metall
bauteil hat vorzugsweise eine Schmelztemperatur von etwa
1000°C bis etwa 2000°C, insbesondere etwa 1300°C bis 1700°C,
beispielsweise ca. 1500°C. Eine Wärmequelle mit einer ent
zündbaren Substanz, beispielsweise Thermit, kann eine Tempe
ratur von bis über 2000°C erzeugen, so daß ein Aufschmelzen
des Metallbauteils, insbesondere einer Stahlplatte oder eines
Stahlzylinders, sicher gewährleistet ist.
Bevorzugtermaßen ist der Druckbehälter ein Reaktor-Druckbe
hälters eines Kernreaktors. Für einen solchen Reaktor-Druck
behälter eignet sich die Druckentlastungsarmatur besonders,
da schon durch eine kleine Öffnung des Reaktor-Druckbehälters
eine Signalleitung in dessen Inneres einführbar ist und mit
der Druckentlastungsarmatur ein sicherer und frühzeitiger
Schutz des Reaktor-Druckbehälter gegen Überdruckversagen ge
währleistet ist.
Vorzugsweise ist die Druckentlastungsarmatur an einer Haupt
kühlmittelleitung des Kernreaktors oder direkt an dem Reak
tor-Druckbehälter angeordnet. Eine Anordnung der Druckentla
stungsarmatur an der Hauptkühlmittelleitung hat darüber hin
aus den Vorteil, daß eine Herabsetzung der mechanischen Sta
bilität des Reaktor-Druckbehälters aufgrund großflächiger
Durchführungen vermieden wird.
Vorzugsweise steht die Druckentlastungsarmatur mit einer Si
gnalleitung in Wirkverbindung. Die Signalleitung ist mit ei
nem ersten Ende druckdicht in das Innere des Druckbehälters
hineingeführt und mit einem zweiten Ende außerhalb des Druck
behälters mit der Druckentlastungsarmatur verbunden, wobei
bei von den normalen Betriebsbedingungen abweichenden Bedin
gungen im Inneren des Druckbehälters ein Signal in der Si
gnalleitung erzeugbar ist, mit dem die Wärmequelle aktiviert
wird. Dadurch ist gewährleistet, daß kritische Änderungen,
die von den normalen Betriebsbedingungen des Druckbehälters
abweichen, direkt im Inneren, d. h. an ihrem Entstehungsort,
festgestellt und unmittelbar über die Signalleitung an die
Druckentlastungsarmatur so weitergegeben werden, daß die Wär
mequelle aktiviert wird und eine Druckentlastung stattfindet.
Vorzugsweise weist die Signalleitung an ihrem ersten Ende ei
nen Temperaturfühler auf, der eine Änderung der Temperatur
innerhalb des Druckbehälters erfaßt und bei Überschreiten ei
ner kritischen Temperatur das Signal erzeugt.
Die Signalleitung ist vorzugsweise eine Zündleitung, insbe
sondere mit einer brennbaren Zündschnur, die insbesondere im
Inneren des Druckbehälters aufgrund einer Temperaturerhöhung
entzündbar ist und eine schnelle Signalübertragung zu der
Druckentlastungsarmatur gewährleistet. Eine abbrennende Zünd
schnur ist insbesondere zur Aktivierung einer Wärmequelle aus
einer zündbaren Substanz besonders geeignet. Andere zur Über
tragung hoher Temperaturen geeignete Materialien können eben
falls Anwendung finden. Darüber hinaus ist durch eine brenn
bare Zündschnur die Integrität der Signalleitung auf jeden
Fall gewährleistet, so daß die Signalleitung im Inneren des
Druckbehälters intakt bleibt, wodurch eine Leckströmung durch
die Signalleitung aus dem Druckbehälter hinaus ausgeschlossen
ist.
Weitere, die Integrität der Signalleitung gewährleistende Si
gnale sind elektrische Signale sowie mechanische Signale. Die
elektrischen Signale können beispielsweise über piezo-elek
trische Kristalle im Inneren der Signalleitung erzeugt wer
den. Als mechanische Signale eignen sich ein Druck, insbeson
dere der Druck innerhalb des Druckbehälters, sowie eine
Kraft, die beispielsweise durch den Druck bzw. die Temperatur
im Inneren des Druckbehälters erzeugt wird.
Vorzugsweise wird das Signal in der Signalleitung infolge des
Überschreitens einer kritischen Temperatur im Inneren des
Druckbehälters ausgelöst. Die Temperatur steht unmittelbar
mit dem im Inneren des Druckbehälters herrschenden Druckes in
Beziehung, so daß hiermit eine Erzeugung des Signals in Ab
hängigkeit des Druckes erfolgt. Die kritische Temperatur kann
dabei etwa 1000°C betragen, wodurch eine Druckentlastung bei
einer extremen Abweichung von den normalen Betriebsbedingun
gen erzielt wird; auf weniger extreme Abweichungen kann somit
mit anderen Sicherheitsmaßnahmen, die speziell auf diese we
niger extremen Abweichungen ausgerichtet sind, reagiert wer
den. Beispielsweise kann auf diese Weise eine sichere Druck
entlastung erzielt werden, die ausschließlich im Falle einer
Kernschmelze eines Reaktorkerns wirksam ist.
Das Signal entsteht bevorzugtermaßen durch Zündung einer ent
zündbaren Substanz, insbesondere Thermit. Die Zündung der
entzündbaren Substanz kann ohne Gefährdung und unter Beibe
haltung der Integrität der Signalleitung im Inneren dieser
Signalleitung erfolgen. Dadurch ist gewährleistet, daß ein
unkontrolliertes Entweichen eines Mediums im Inneren des
Druckbehälters über die Signalleitung aus dem Druckbehälter
heraus vermieden ist. Eine Zündung der entzündbaren Substanz
erfolgt mit Sicherheit bei der kritischen Temperatur, so daß
Fehlauslösungen vermieden sind und eine ungewollte Druckent
lastung ausgeschlossen ist.
Vorteilhafterweise ist die Signalleitung durch ein in das In
nere des Druckbehälters hineinragendes Drucksteuerrohr ge
führt. Drucksteuerrohre sind in der Regel planmäßig an dem
Deckel eines Reaktor-Druckbehälters angebracht und dienen
beispielsweise der Einführung von Meßsonden. Durch eine Füh
rung der Signalleitung in einem Drucksteuerrohr wird eine Ab
nahme des Deckels des Druckbehälters im Falle einer Revision,
beispielsweise eines Kernreaktors, allenfalls geringfügig be
einträchtigt, wodurch zusätzlich Sicherheit erreicht wird oh
ne erhöhte Zeitbelastung im Falle einer Revision.
Vorzugsweise ist das erste Ende der Signalleitung zentrumsnah
im Inneren des Druckbehälters angeordnet. Insbesondere in ei
nem Reaktor-Druckbehälter werden auf diese Art Änderungen,
die zu kritischen Zuständen im Inneren des Reaktor-Druckbe
hälters führen, besonders schnell erkannt. Darüber hinaus ist
das erste Ende auf diese Weise in der Nähe des Reaktorkerns
angeordnet, wodurch beispielsweise die Temperatur des Reak
torkerns schnell und genau zur Auslösung der Druckentla
stungsarmatur erfaßbar ist.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch ein Ver
fahren zur Druckentlastung eines mit einem Medium befüllten
Druckbehälters dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von dem
physikalischen Zustand des Mediums, insbesondere der Tempera
tur oder des Drucks des Mediums, ein Signal im Inneren des
Druckbehälters erzeugt, von dort über eine Signalleitung aus
dem Druckbehälter herausgeführt und einer, mit einer Schmelz
lot-Arretierung verschlossenen Druckentlastungsarmatur zuge
führt wird, wobei das Signal eine Wärmequelle zum Aufschmel
zen der Schmelzlot-Arretierung aktiviert. Dadurch ist eine
schnelle und sichere Druckentlastung eines Druckbehälters
gewährleistet, sobald das Medium in seinem Inneren kritische
Werte, beispielsweise der Temperatur oder des Druckes,
überschreitet. Das Verfahren ist passiv ausgestaltet und
dadurch gegen Fehlauslösungen aufgrund menschlichen Versagens
oder technischer Defekte geschützt. Zudem ist bei einer
Überschreitung kritischer Werte des Mediums eine
Druckentlastung sicher gewährleistet.
Anhand der Zeichnung werden die Druckentlastungsarmatur sowie
das Verfahren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der
Druckentlastungsarmatur,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
der Druckentlastungsarmatur,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform
der Druckentlastungsarmatur und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Reaktordruckbehälter mit
einer Sicherheitseinrichtung einschließlich der Druck
entlastungsarmatur.
In den Fig. 1 bis 4 sind nur die für das Verständnis der Er
findung wesentlichen Komponenten dargestellt.
Innerhalb der Druckentlastungsarmatur 2 gemäß Fig. 1 ist ein
Verschlußelement 5 mit einem Kolben 25 angeordnet, der über
eine Schmelzlot-Arretierung 5a aus einem Hartlot mit einer
Außenwand 28 der Druckentlastungsarmatur 2 fest verlötet ist.
Die Schmelzlot-Arretierung 5a stellt bis zu einer Grenztempe
ratur, die abhängig von dem verwendeten Hartlot ist, eine fe
ste Verbindung zwischen dem Kolben 25 und der Außenwand 28
dar. Durch den Kolben 25 ist ein Strömungsdurchgang 34, bei
spielsweise für Wasserdampf, zwischen einer Einlaßöffnung 20
und einer Auslaßöffnung 15 der Druckentlastungsarmatur 2 ver
sperrt. Innerhalb des Kolbens 25 ist in der Nähe der Schmelz
lot-Arretierung 5a eine entzündbare Wärmequelle 8 in Form ei
ner Thermitpackung angebracht. An dieser Wärmequelle 8 befin
det sich das zweite Ende 7 einer Signalleitung 4, die inner
halb der Druckentlastungsarmatur 2 entlang der Hauptachse 26
der Druckentlastungsarmatur 2 geführt ist und in der Nähe der
Auslaßöffnung 15 aus dieser herausführt. Zwischen der Auslaß
öffnung 15 und der Wärmequelle 8 ist eine Isolierung 13 ange
bracht, mit der eine Wärmeabfuhr weg von der Schmelzlot-Arre
tierung 5a, vermieden wird. Eine weitere Isolierung 13, bei
spielsweise ein Luftpolster, befindet sich entlang der Haupt
achse 26 auf der anderen Seite der Wärmequelle 8. Dadurch ist
gewährleistet, daß die in der Wärmequelle 8 erzeugte Wärme
energie überwiegend an die Schmelzlot-Arretierung 5a abgege
ben wird. Bei Aufschmelzen der Schmelzlot-Arretierung 5a ist
der Kolben 25 entlang der Hauptachse 26 freibeweglich, so daß
er einen Druckentlastungskanal 27 freigibt, wodurch ein Me
dium 35, beispielsweise Wasserdampf oder ein Kühlmittel eines
Kernreaktors, ungehindert von der Einlaßöffnung 20 zu der
Auslaßöffnung 15 strömen kann. An der Einlaßöffnung 20 liegt
dabei das unter Druck stehende Medium 35 des Druckbehälters,
beispielsweise Wasserdampf, an. An der Auslaßöffnung 15 liegt
ein geringerer Druck als an der Einlaßöffnung 20 an, so daß
das Medium 35 bei geöffneter Druckentlastungsarmatur 2 durch
diese hindurch strömt. Über einen Flansch 33 ist die Druck
entlastungsarmatur 2 mit einer hier nicht dargestellten
Hauptkühlmittelleitung eines Kernreaktors verbunden.
In Fig. 2 ist eine Druckentlastungsarmatur 2 mit einem Ver
schlußelement 5 dargestellt, welches einen Ventilstößel 19,
einen Druckkolben 16 und eine Schmelzlot-Arretierung 5a auf
weist. Die Druckentlastungsarmatur 2 hat eine Hauptachse 26,
eine auf der Hauptachse 26 angeordnete Auslaßöffnung 15, eine
Einlaßöffnung 20 sowie einen Strömungsdurchgang 34, der eben
falls parallel zu der Hauptachse 26 ausgerichtet ist. Der
Strömungsdurchgang 34 ist durch einen Ventilstößel 19 eines
entlang der Hauptachse 26 gestreckten Druckkolbens 16 ver
schlossen. Auf der der Auslaßöffnung 15 gegenüberliegenden
Seite des Ventilstößels 19 liegt ein unter Druck stehendes
Medium 35, beispielsweise Wasserdampf oder Kühlmittel eines
Kernreaktors, an. Dieses unter Druck stehende Medium 35 liegt
ebenfalls im Inneren einer Balgabdichtung 18 an. Die Balgab
dichtung 18 ist entlang der Hauptachse 26 zwischen dem Ven
tilstößel 19 und einer unteren Kolbenplatte 29 angeordnet und
mit der unteren Kolbenplatte 29 dichtend verbunden. Auf die
untere Kolbenplatte 29 wirkt somit über das Medium 35 eine
Hebekraft, die bei einer freien Beweglichkeit des Druckkol
bens 16 eine Bewegung des Ventilstößels 19 entlang der Haupt
achse 26 und dadurch eine Freigabe des Strömungsdurchganges
34 bewirkt. Oberhalb der unteren Kolbenplatte 29 sind entlang
der Hauptachse 26 der Reihe nach ein Hohlraum 31, eine oberen
Kolbenplatte 36, die Schmelzlot-Arretierung 5a, eine Halte
platte 37 sowie eine unter Spannung stehende Feder 17 ange
ordnet. Die Feder 17 erzeugt während eines normalen Betriebs
zustandes eine Kraft auf den Ventilstößel 19, so daß dieser
den Strömungsdurchgang 34 dichtend verschließt. Die Schmelz
lot-Arretierung 5a ist axial von einer Wärmequelle 8 in Form
einer Thermitpackung umgeben. Die Wärmequelle wiederum ist
ebenfalls axial von einer Isolierung 13 umgeben, so daß die
in der Wärmequelle 8 erzeugte Wärme überwiegend radial nach
innen auf die Schmelzlot-Arretierung 5a wirkt. Das zweite En
de 7 der als Zündleitung ausgeführten Signalleitung 4 ist ra
dial nach innen an die Wärmequelle 8 geführt. Entstehende
Verbrennungsgase bei der Wärmeerzeugung durch die Wärmequelle
8, insbesondere bei Abbrennen des Thermits, sind durch Ab
strömbohrungen 14 oberhalb der Wärmequelle 8 aus der
Druckentlastungsarmatur 2 herausführbar.
Während eines normalen Betriebes verhindert die Schmelzlot-
Arretierung 5 eine Bewegung des Druckkolbens 16 entlang der
Hauptachse 26, die anderenfalls infolge der auf die untere
Kolbenplatte 29 wirkenden Hebekraft verursacht würde. Bei ei
nem Aufschmelzen der Schmelzlot-Arretierung 5a infolge einer
durch die Wärmequelle 8 erzeugten Wärmeenergie gelangt das
geschmolzene Schmelzlot beispielsweise in einen von der Wär
mequelle 8 freigegebenen Raumbereich. Der Druckkolben 16 wird
durch die Hebekraft entlang der Hauptachse 26 ungehindert
nach oben bewegt, so daß der Strömungsdurchgang 34 zwischen
der Einlaßöffnung 20 und der Auslaßöffnung 15 freigegeben
wird.
Fig. 3 zeigt eine Druckentlastungsarmatur 2 mit einer Haupt
achse 26, einer Auslaßöffnung 15, einer Einlaßöffnung 20 und
einem Verschlußelement 5, welches eine Stahlplatte 5b auf
weist, die einen Strömungsdurchgang 34 dichtend verschließt.
Auf der Stahlplatte 5b ist eine aktivierbare Wärmequelle 8,
insbesondere in Form einer Thermitpackung, angeordnet. Unter
halb der schmelzbaren Stahlplatte 5b sowie axial um die
Stahlplatte 5b und den Strömungsdurchgang 34 herum ist eine
Isolierung 13 angebracht. Eine Signalleitung 4 in Form einer
Zündleitung ist axial nach innen an die Wärmequelle 8 ge
führt. Bei einem Entzünden der Thermitpackung entsteht an der
Stahlplatte 5b eine Temperatur von bis zu etwa 2000°C, die
zu einem Schmelzen der Stahlplatte 5b führt, wodurch der
Strömungsdurchgang 34 freigegeben wird. Ein unter Druck ste
hendes Medium 35, welches entlang der Hauptachse 26 unterhalb
der Stahlplatte 5b während eines normalen Betriebes anliegt,
kann nach Aufschmelzen der Stahlplatte 5b ungehindert von der
Einlaßöffnung 20 zur Auslaßöffnung 15 durch die Druckentla
stungsarmatur 2 hindurchströmen. Eine sichere Druckentlastung
eines Druckbehälters, insbesondere eines Reaktordruckbehäl
ters im Falle eines Durchschmelzens des Kernbrennstoffes, ist
somit sicher gewährleistet.
In Fig. 4 ist der Druckbehälter 1 eines Kernreaktors darge
stellt. Der Druckbehälter 1 weist in seinem oberen Teil einen
Deckel 23 mit druckdichten Durchführung 22 auf. Unterhalb des
Deckels 23 mündet eine Hauptkühlmittelleitung 11 an einer
Seite des Druckbehälters 1 in diesen ein. Im Inneren 3 des
Druckbehälters 1 ist ein Reaktorkern 32 angeordnet. Zwischen
Deckel 23 und Reaktorkern 32 befinden sich Steuerstäbe 21,
die jeweils durch eine druckdichte Durchführung 22 hindurch
gesteuert werden. An die Hauptkühlmittelleitung 11 ist eine
Druckentlastungsarmatur 2 gemäß Fig. 1 über einen Flansch 33
angeflanscht. Von der Druckentlastungsarmatur 2 führt eine
Signalleitung 4 durch eine druckdichte Durchführung 22 in das
Innere 3 des Druckbehälters 1 hinein. Das erste Ende 6 der
Signalleitung 4 endet zentrumnah innerhalb des Inneren 3 des
Druckbehälters 1. Das zweite Ende 7 endet wie in Fig. 1 be
schrieben innerhalb der Druckentlastungsarmatur 2.
In Abhängigkeit von dem physikalischen Zustand des Mediums,
insbesondere der Temperatur oder des Drucks des Mediums, im
Inneren 3 des Druckbehälters 1 wird in der Signalleitung 4 an
derem ersten Ende 6 ein Signal erzeugt. Das Signal entsteht
aufgrund einer einen kritischen Wert überschreitenden Tempe
ratur durch Zündung einer Thermitpackung. Über die Signallei
tung 4, die eine Zündleitung ist, wird das Signal zum zweiten
Ende 7 der Signalleitung 4 in die Druckentlastungsarmatur 2
geführt. Dort findet eine Entzündung der Wärmequelle 8, die
ebenfalls eine Thermitpackung ist, statt. Aufgrund der ent
stehenden Wärmeenergie wird die Schmelzlot-Arretierung 5a ge
schmolzen und der Kolben 25 wird infolge des in der Haupt
kühlmittelleitung 11 herrschenden Druckes entlang der Haupt
achse 26 bewegt, so daß das Medium im Inneren 3 des Druckbe
hälters 1 durch die Druckentlastungsarmatur 2 in einen hier
nicht dargestellten Abblasetank entweichen kann. Dadurch wird
auf passive Art und Weise, d. h. ohne Eingriff des Bedienungs
personals oder eines Steuergerätes, automatisch und sicher
eine Druckentlastung des Druckbehälters 1 durchgeführt.
Die Erfindung zeichnet sich durch ihre passive Auslegung, so
wie dadurch aus, daß sie es ermöglicht, bei einem vorgebbaren
kritischen Zustand innerhalb eines Druckbehälters, beispiels
weise einer Temperaturerhöhung auf über 1000°C infolge einer
Kernschmelze eines Reaktorkerns, eine Entlastung dieses
Druckbehälters sicher zu gewährleisten. Gegenüber einer
Druckentlastungsarmatur mit einer Schmelzlot-Arretierung, die
infolge eines Wärmeflusses ausgelöst wird, zeichnet sich die
Erfindung durch einen wesentlich sensibleren und schnelleren
Auslösemechanismus aus. Kritische Zustände werden unmittelbar
bei ihrem Entstehen erfaßt und führen ohne wesentliche Zeit
verzögerung zu einer Entlastung des Druckbehälters. Weiterhin
kann ein Auslösen der Druckentlastungsvorrichtung bei Verwen
dung einer Wärmequelle aus Thermit und einer Signalerzeugung
am ersten Ende der Signalleitung ebenfalls durch Thermit auf
außergewöhnliche Betriebsstörungen mit einer extremen Tempe
raturerhöhung, beispielsweise bei einer Kernschmelze eines
Kernreaktors, beschränkt werden. Fehlauslösungen bei weniger
kritischen Betriebsstörungen sind dadurch sicher vermieden.
Claims (16)
1. Druckentlastungsarmatur (2) zur Druckentlastung eines
Druckbehälters (1), welche eine Einlaßöffnung (20), eine Aus
laßöffnung (15), einen Stömungsdurchgang (34) zwischen der
Einlaßöffnung (20) und der Auslaßöffnung (15), der durch ein
Verschlußelement (5) verschlossen ist, und eine aktivierbare
Wärmequelle (8) zum Aufschmelzen des Verschlußelements (5)
aufweist.
2. Druckentlastungsarmatur (2) nach Anspruch 1, bei der die
Wärmequelle (8) eine entzündbare Substanz, insbesondere Ther
mit, ist.
3. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der das Verschlußelement (5) ein schmelzbares
Metallbauteil, insbesondere eine Stahlplatte (5b), aufweist,
an dem die aktivierbaren Wärmequelle (8) angeordnet ist.
4. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 1
oder 2, bei der das Verschlußelement (5) eine Schmelzlot-Ar
retierung (5a) aufweist, an der die aktivierbare Wärmequelle
(8) angeordnet ist.
5. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Druckbehälter (1) ein Reaktor-Druckbe
hälter eines Kernreaktors ist.
6. Druckentlastungsarmatur (2) nach Anspruch 5, wobei die
Druckentlastungsarmatur (2) an den Druckbehälter (1) oder an
eine Hauptkühlmittelleitung (11) des Kernreaktors angeordnet
ist.
7. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche in einer Sicherheitsvorrichtung eines Druckbehäl
ters (1), mit einer Signalleitung (4), die mit einem ersten
Ende (6) druckdicht in das Innere (3) des Druckbehälters (1)
hineinführbar ist und mit einem zweiten Ende (7) außerhalb
des Druckbehälters (1) mit der Druckentlastungsarmatur (2) in
Wirkverbindung steht, wobei bei von den normalen Betriebsbe
dingungen abweichenden Bedingungen im Inneren (3) des Druck
behälters (1) ein Signal in der Signalleitung (4) erzeugbar
ist, mit dem die Wärmequelle (8) aktivierbar ist.
8. Druckentlastungsarmatur (2) nach Anspruch 7, bei der die
Signalleitung (2) eine Zündleitung, insbesondere mit einer
brennbaren Zündschnur (9), ist.
9. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 7
oder 8, wobei das Signal elektrisch ist.
10. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 7
bis 9, wobei das Signal mechanisch, insbesondere eine Kraft
oder ein Druck, ist.
11. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 7
bis 10, wobei das Signal bei einer kritischen Temperatur im
Inneren (3) des Druckbehälters (1) erzeugt wird.
12. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 7
bis 11, wobei das Signal durch Zündung einer entzündbaren
Substanz, insbesondere Thermit, entsteht.
13. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 7
bis 12, wobei die Signalleitung (4) im Inneren (3) des Druck
behälters (1) in einem in das Innere (3) hineinragenden
Drucksteuerrohr (12) geführt ist.
14. Druckentlastungsarmatur (2) nach einem der Ansprüche 7
bis 13, wobei das erste Ende (7) zentrumsnah im Inneren (3)
des Druckbehälters (1) angeordnet ist.
15. Verfahren zur Druckentlastung eines mit einem Medium be
füllten Druckbehälters (1), bei dem in Abhängigkeit von dem
physikalischen Zustand des Mediums, insbesondere der Tempera
tur oder des Drucks des Mediums, ein Signal im Inneren (3)
des Druckbehälters (1) erzeugt, von dort über eine Signallei
tung (4) aus dem Druckbehälter (1) herausgeführt und einer,
mit einem Verschlußelement (5) verschlossenen Druckentla
stungsarmatur (2) zugeführt wird, wobei das Signal eine Wär
mequelle (8) zum Aufschmelzen des Verschlußelementes (5) ak
tiviert.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verschlußorgan (5)
eine Schmelzlot-Arretierung (5a) oder eine schmelzbare Stahl
platte (5b) aufweist.
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