DE60014586T2

DE60014586T2 - Verpackung mit ständiger kontrolle ihrer dichtigkeit

Info

Publication number: DE60014586T2
Application number: DE60014586T
Authority: DE
Inventors: Christian Tombini
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: EP1153277B1; EP1153277A1; JP2002536658A; FR2789663B1; DE60014586D1; US6608490B1; WO2000047972A1; FR2789663A1

Description

Erfindungsgebiet
Die Erfindung hat eine Verpackungsvorrichtung, einen Container oder einen Schutzbehälter zum Gegenstand, deren Undichtheitsraten möglichst null oder sehr gering sein müssen. Die Erfindung betrifft insbesondere Transport- oder Lagerungscontainer für radioaktive Produkte oder giftige chemische Produkte.
Technischer Hintergrund
In der 1 ist ein Lagerungs- oder Transportcontainer für gefährliche Produkte dargestellt. Dieser Container umfasst in bekannter Weise eine Hülle 1, zum Beispiel aus Stahl. Diese Hülle enthält einen mechanischen und thermischen Schutz 2, in dessen Innern sich der eigentliche Schutzbehälter 3 befindet. Dieser Schutzbehälter ist aus einem Material hergestellt, das sich zur Lagerung gefährlicher Stoffe eignet. Der Schutzbehälter wird durch den eigentlichen Behälter 4 und einen Deckel 5 gebildet. Gleichermaßen umfassen die Hülle 1 und der mechanische und thermische Schutz 2 einen den Behälter 1 schützenden Teil und einen den Deckel 5 schützenden Teil. Im Allgemeinen sitzen die Dichtungen in dem Deckel 5 des Behälters. Einer der Dichtungssitze ist Teil des Behälters 4 und der andere Teil des Deckels 5. Die Dichtungssitze sind im Allgemeinen aus Metall, zum Beispiel aus Stahl. Bei zahlreichen Behältern wird die Abdichtung durch zwei Elastomerdichtungen sichergestellt. Der Abdichtungszwischenraum, das heißt das zwischen den beiden Dichtungen, dem Deckel 5 und dem Behälter 4 enthaltene Volumen, dient zum Messen der Undichtheitsrate. Nach dem Füllen des Behälters und seinem Verschließen kann man eventuell den Druck in dem Abdichtungszwischenraum messen, indem man zum Beispiel dieses Volumen leerpumpt und dann mit Helium füllt - vor der definitiven Lagerung oder dem Transport. Jedoch kann diese Kontrolle danach nicht mehr durchgeführt werden, wegen der Kontaminationsgefahr, die das in dem Abdichtungszwischenraum enthaltene Gas im Falle eines Lecks verursachen könnte. Außerdem gibt es keine dauerhafte Dichtheitsgarantie, da die Dichtungen porös werden können, insbesondere wegen der in dem Abdichtungszwischenraum enthaltenen Luft oder der in dem Behälter enthaltenen Produkte.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter, der ermöglicht, die beiden Probleme des Stands der Technik zu lösen: erstens durch permanente Kontrolle der Dichtheit des Behälters und zweitens durch Verringerung der Verschlechterung der Dichtungen.
Ein System mit permanenter Kontrolle der Dichtheit eines Behälters mit Hilfe eines mit dem Abdichtungszwischenraum verbundenen optischen Detektors ist aus dem Dokument US-A-5 090 871 bekannt. Das Dokument US-A-4 495 139 beschreibt ein System, bei dem die Dichtheit eines Schutzbehälters mit Hilfe von Sensoren gemessen wird, die empfindlich sind für die Präsenz eines aus dem Behälter entweichenden Spürgases, wobei dieses Spürgas in dem Abdichtungszwischenraum detektiert wird. Schließlich beschreibt das Dokument US-A-4 135 384 ein System, bei dem die Dichtheit eines Schutzbehälters mit Hilfe eines elektrischen Detektors gemessen wird, der das Messen der Veränderungen der elektrischen Leiffähigkeit einer den Behälter umgebenden Flüssigkeit ermöglicht.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Um die Undichtheitsrate des Behälters 3 permanent zu messen, füllt man in den Abdichtungszwischenraum - abgrenzt durch den Deckel, den Behälter und wenigstens zwei Dichtungen – eine Flüssigkeit ein. Die Flüssigkeit, die den Abdichtungszwischenraum einnimmt, ist an der Abdichtung der Verpackung beteiligt, da sie eventuelle kleine Löcher der Dichtungen verstopft. Die Veränderung einer zwischen dem Deckel und dem Behälter gemessenen elektrischen Größe, variabel in Abhängigkeit von der in dem Abdichtungszwischenraum enthaltenen Flüssigkeitsmenge, ermöglicht dann, einen Leckwert zu bestimmen. Wenn der Deckel 5 auf dem Behälter 4 angebracht und festgespannt wird, füllt man die Flüssigkeit zum Beispiel mit Hilfe eines ersten Hahns ein. Wenn die Flüssigkeit den Abdichtungszwischenraum füllt, entweichen die Luftbläschen und Flüssigkeitsüberschuss durch einen zweiten Hahn. Das Schließen der beiden Hähne ermöglicht dann, sicherzustellen, dass der Abdichtungszwischenraum mit Flüssigkeit gefüllt ist. Ein Leck drückt sich dann durch einen Flüssigkeitsverlust und folglich eine Veränderung des Werts einer zwischen dem Deckel und dem Behälter gemessenen elektrischen Größe aus. In ihrer allgemeinsten Form betrifft die Erfindung also eine dichte Verpackungsvorrichtung bzw. einen Container mit einer Aufnahme für einen Deckel, wobei diese Deckelaufnahme selbst wenigstens zwei Dichtungssitze und in diese Sitze eingefügte Dichtungen umfasst, und auch der entsprechende Deckel zwei Dichtungssitze umfasst, in welche die Dichtungen ebenfalls eingefügt sind, und zwei Dichtungen zusammen mit einer Zwischenfläche des Deckels und einer Zwischenfläche des Behälters einen Abdichtungszwischenraum abgrenzen. Dabei ist diese Verpackungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Einrichtungen zur reversiblen Verbindungsherstellung umfasst, die das genannte Zwischenvolumen reversibel mit einer Fluidzuführung, die der Verbindungsherstellungseinrichtung zugeordnet ist, und reversibel mit einer Fluidabführung, die der Verbindungsherstellungseinrichtung zugeordnet ist, verbindet, und elektrische Kopplungseinrichtungen umfasst, um mittels äußerer Messeinrichtungen einerseits den Deckel und andererseits den Behälter elektrisch zu koppeln.
Die Erfindung ermöglicht also vorteilhaft eine kontinuierliche Kontrolle der Leckrate der Verpackungsvorrichtung.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Einrichtungen zur Herstellung einer reversiblen Verbindung des Abdichtungszwischenraums mit einer Flüssigkeitszuführung beziehungsweise einer Flüssigkeitsabführung durch Ventile oder Hähne gebildet.
Die Dichtheitskontrolle wird prinzipiell durch die Einfüllung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in den Abdichtungszwischenraum realisiert, die eine elektrische Kontinuität zwischen dem Deckel und dem Behälter herstellt. Es genügt dann, mittels geeigneter Einrichtungen einen Strom fließen zu lassen zwischen dem Deckel und dem Behälter und kontinuierlich eine elektrische Größe (Stromstärke, Widerstand,...) zu messen: eine Abweichung dieser Größe oder eine totale Veränderung (Stromstärke wird null, Widerstand wird unendlich,...) beweist den Verlust der gesamten oder eines Teils der Flüssigkeit und folglich einen Dichtheitsverlust. Man bildet gewissermaßen einen Stromkreis, von dem ein Teil durch die leitende Flüssigkeit in dem Abdichtungszwischenraum gebildet wird und der sich öffnet, sobald eine entsprechende Menge der Flüssigkeit diesen Raum verlassen hat. Die Art dieser leitenden Flüssigkeit hängt von der Anwendung ab. Anzumerken ist, dass alleine schon die Präsenz der Flüssigkeit die Dichtheit verbessert, da sie in gewisser Hinsicht die Rolle einer dritten Dichtung spielt und die Lebensdauer der beiden anderen, eigentlichen Dichtungen verlängert. Vorzugsweise sind die Messeinrichtungen der elektrischen Größe selbst mit einer Auslösungseinrichtung eines sichtbaren oder hörbaren Alarms gekoppelt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Detektion der Lecks einer dichten Verpackungsvorrichtung, die einen Behälter, einen Deckel und zwei zwischen dem Behälter und dem Deckel eingeklemmte Dichtungen umfasst, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass:

– man den Abdichtungszwischenraum mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit füllt;
– man zwischen dem Behälter und dem Deckel einen elektrischen Strom fließen lässt;
– man den Widerstand oder den Stromwert misst, um daraus einen Verlust der in dem Abdichtungszwischenraum enthaltenen Flüssigkeitsmenge abzuleiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 definiert und das Verfahren in dem unabhängigen Anspruch 7. Die speziellen Realisierungsarten sind in den abhängigen Ansprüchen 2, 3, 4 und 6 definiert.
In der Folge wird ein Realisierungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
die schon beschriebene 1 zeigt einen schematischen Schnitt einer vorhergehenden dichten Verpackungsvorrichtung (emballage étanche générique);
die 2 zeigt einen schematischen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Verpackungsvorrichtung und dient auch dazu, die Fülleinrichtungen des Abdichtungszwischenraums darzustellen;
die 3 zeigt eine Draufsicht des Behälters der in der 2 dargestellten Verpackungsvorrichtung; und
die 4 zeigt einen schematischen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Verpackungsvorrichtung und dient auch dazu, die Einrichtungen darzustellen, die zur Messung einer zwischen dem Behälter und dem Deckel gemessenen elektrischen Größe, zur Auslösung eines Alarms und zur Erzeugung dieses Alarms dienen.
Die 2 ist ein Axialschnitt eines Behälters 4 und eines Deckels 5 gemäß der Erfindung. Diese Figur dient vor allem dazu, einerseits den Abdichtungszwischenraum und andererseits die Füll- und Überlaufventile darzustellen.
Der Behälter 4 hat eine Deckelaufnahme 32. Diese Deckelaufnahme umfasst zwei Dichtungssitz-Nuten, eine innere Nut 9 und eine äußere Nut 10. Sie umfasst auch eine mittlere Nut 13 zwischen den Nuten 9 und 10. Der Deckel 5 umfasst eine innere Nut 11 als Sitz einer Dichtung und eine äußere Nut 12. Auch er umfasst eine mittlere Nut 14 zwischen den Nuten 11 und 12. Wenn der Deckel sich in seiner Position befindet, stehen sich die Nuten 11 und 12 des Deckels und die Nuten 9 und 10 der Deckelauflage des Behälters 4 gegenüber und klemmen eine innere und eine äußere Dichtung 7 und 8 ein. Die Zwischennuten 13 des Behälters 4 und 14 des Deckels 5 stehen sich gegenüber und kommunizieren mit der Außenseite durch Ventile 15 bzw. 16 in reversibler Art. Das Ventil 15 kann das Füllventil sein und das Ventil 16 das Überlauf- und Entleerungsventil. Wenn die durch den Behälter 4 und den Deckel 5 gebildete Verpackungsvorrichtung in einen Container 1 mit der mechanischen und thermischen Schutzhülle 2 integriert ist (1), können die Ventile 15 und 16 in zugänglicher Weise in das Material eingegossen sein, das die mechanische und thermische Schutzhülle 2 bildet. Die Ventile 15 und 16 verbinden einen Abdichtungszwischenraum 33 jeweils mit einer Flüssigkeitszuführung 18 und einer Flüssigkeitsabführung 19.
In der 2 sind die Flüssigkeitszuführung 18 und die Flüssigkeitsabführung 19 in Form von Trichtern dargestellt, die in die Ventilleitungen münden. Je nach eingespeister Flüssigkeit kann es sich um dichte Anschlüsse bzw. Verbindungselemente oder irgend eine andere bekannte Einrichtung handeln.
Leitungen, dargestellt in der 4, ermöglichen, den Behälter 4 und den Deckel 5 jeweils mit Messeinrichtungen 17, 22 einer elektrischen Größe zu verbinden, die zwischen einem Teil 23 des Deckels 5 und einem Teil 24 des Behälters 4 gemessen wird. Die Funktionsweise ist die folgende: wenn der Deckel 5 mittels Schrauben (nicht dargestellt) auf dem Behälter 4 angebracht worden ist, wird ein Abdichtungszwischenraum - abgegrenzt durch eine Oberfläche 31 des Behälters 4 zwischen den Nuten 9 und 10 und eine Oberfläche 51 des Deckels 5 zwischen den Nuten 11 und 12 und durch die Dichtungen 7 und 8 -, mit einer Flüssigkeit gefüllt, die durch das Ventil 15 eingespeist wird. Während des Füllens ist das Ventil 16 geöffnet, so dass die in dem Abdichtungszwischenraum 33 enthaltene 33 enthaltene Luft durch das Ventil 16 entweichen kann. Wenn die Flüssigkeit in Höhe des Ventils 16 überläuft, das heißt nach einer Totalentleerung bzw. -verdrängung der Luft, werden die beiden Ventile 15 und 16 geschlossen. Im Sinne einer größeren Messempfindlichkeit wird das Volumen 33 vorzugsweise durch eine Nut 13 in dem Behälter und eine Nut 14 in dem Deckel vergrößert. Bei der bevorzugten Realisierungsart sind die Einrichtungen 17 und 22 jeweils ein Amperemeter und eine Spannungsquelle, die einige Milliampére erzeugt, die zwischen dem Deckel und dem Behälter fließen, wobei sie die Flüssigkeit durchqueren, die vorzugsweise eine leitende Flüssigkeit ist. Im Falle des Vorhandenseins eines Abdichtungslecks würde Flüssigkeit entweichen, was eine Erhöhung des Widerstands bis hin zu einer Unterbrechung des Stromkreises zur Folge hätte. Vorzugsweise ist das Amperemeter 17 mit Alarmauslösungseinrichtungen 25 gekoppelt, die einen Alarm auslösen, wenn der gemessene Wert eine bestimmte Schwelle unterschreitet. Die leitende Flüssigkeit kann eine leitende Metalllegierung aus Gallium, Indium und Zinn sein oder auch eine leitende Flüssigkeit des metallischen Typs wie zum Beispiel Quecksilber, dessen temperaturbedingter Einsatzbereich von -38°C bis +350°C geht, oder kostengünstige wässrige Lösungen wie Natriumchlorid- oder Kupfersulfatlösungen, oder Lösungen des organischen Typs wie langkettige organische Säuren, oder Phenole, um einen besseren Kontakt mit den Dichtungen herzustellen. Die Flüssigkeit kann auch eine Flüssigkeit mit einer hohen dielektrischen Konstante sein, wobei man in diesem Fall zwischen dem Deckel und dem Behälter eine Kapazität misst.

Claims

Dichte Verpackungsvorrichtung (3), einen Behälter (4) mit einer Aufnahme (32) für einen Deckel (5) umfassend, wobei diese Aufnahme (32) des Deckels (5) selbst wenigstens zwei Aufnahmen (9,10) für Dichtungen (7,8) aufweist, und Dichtungen (7,8) umfassend, eingefügt in die Aufnahmen (9,10) des Behälters (4) für die Dichtungen (7,8), und einen Deckel (5) umfassend, mit Aufnahmen (11,12) des Deckels (5) für die Dichtungen (7,8), wobei die Dichtungen (7,8) auch in die genannten Aufnahmen (11,12) für Dichtungen (7,8) des Deckels eingefügt sind und zwei Dichtungen (7,8) zusammen mit einer Zwischenfläche (51) des Deckels (5) und einer Zwischenfläche (31) des Behälters ein Zwischenvolumen (33) abgrenzen, und die Verpackungsvorrichtung (3) dabei dadurch gekennzeichnet ist, dass sie wenigstens zwei Einrichtungen (15,16) zur reversiblen Verbindungsherstellung umfasst, die das genannte Zwischenvolumen (33) reversibel mit einer Fluidzuführung (18), die der Verbindungsherstellungseinrichtung (15) zugeordnet ist, und reversibel mit einer Fluidabführung (19), die der Verbindungsherstellungseinrichtung (16) zugeordnet ist, verbindet, und elektrische Kopplungseinrichtungen (20,21) umfasst, um mittels äußerer Messeinrichtungen (17,22) einerseits den Deckel (5) und andererseits den Behälter (4) elektrisch zu koppeln.
Dichte Verpackungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (15) zur reversiblen Verbindungsherstellung zwischen dem Zwischenvolumen (33) und einer Fluidzuführung (18) eine Ventil oder einen Hahn umfassen, und dass die Einrichtungen (16), die der reversiblen Verbindungsherstellung zur Fluidabführung dienen, einen Ventil oder einen Hahn umfassen.
Dichte Verpackungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Messeinrichtungen eine Stromquelle (22) und ein Ampéremeter (17) umfassen.
Dichte Verpackungsvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Messeinrichtungen (17,22) mit Alarmauslösungseinrichtungen (25,26) verbunden sind.
Dichte Verpackungsvorrichtung (3), einen Behälter (4) mit einer Aufnahme (32) für einen Deckel (5) umfassend, wobei diese Aufnahme (32) des Deckels (5) selbst wenigstens zwei Aufnahmen (9,10) für Dichtungen (7,8) aufweist, und Dichtungen (7,8) umfassend, eingefügt in die Aufnahmen (9,10) des Behälters (4) für die Dichtungen (7,8), und einen Deckel (5) umfassend, mit Aufnahmen (11,12) des Deckels (5) für die Dichtungen (7,8), wobei die Dichtungen (7,8) auch in die genannten Aufnahmen (11,12) für Dichtungen (7,8) des Deckels eingefügt sind und zwei Dichtungen (7,8) zusammen mit einer Zwischenfläche (51) des Deckels (5) und einer Zwischenfläche (31) des Behälters ein Zwischenvolumen (33) abgrenzen, und die Verpackungsvorrichtung (3) dabei dadurch gekennzeichnet ist, dass sie wenigstens zwei Einrichtungen (15,16) zur reversiblen Verbindungsherstellung umfasst, die das genannte Zwischenvolumen (33) reversibel mit einer Fluidzuführung (18), die der Verbindungsherstellungseinrichtung (15) zugeordnet ist, und reversibel mit einer Fluidabführung (19), die der Verbindungsherstellungseinrichtung (16) zugeordnet ist, verbindet, und elektrische Kopplungseinrichtungen (20,21) umfasst, um mittels äußerer Messeinrichtungen (17,22) einerseits den Deckel (5) und andererseits den Behälter (4) elektrisch zu koppeln, und dadurch, dass in dem Zwischenvolumen (33) eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit enthalten ist.
Dichte Verpackungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Flüssigkeit eine metallische Gallium-Indium-Zinn-Legierung oder Quecksilber oder eine leitfähige organische Flüssigkeit ist.
Verfahren zur Detektion der Lecks einer dichten Verpackungsvorrichtung mit einem Behälter, einem Deckel und zwei zwischen dem Behälter und dem Deckel eingeklemmten Dichtungen, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: – man das Zwischenvolumen mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit füllt; – man zwischen dem Behälter und dem Deckel einen elektrischen Strom fließen lässt; – man den Widerstand oder den Stromwert misst, um daraus einen Verlust der in dem Zwischenvolumen enthaltenen Flüssigkeitsmenge abzuleiten.