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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckunterdrückungs-
oder Druckentlastungsvorrichtung und insbesondere auf eine Druckentlastungsvorrichtung,
die in einer Reaktorhülle
in einem Kernkraftwerk verwendet wird.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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1 ist
ein Querschnitt, der eine herkömmliche
Reaktorhülle
zeigt. In dieser Reaktorhülle 1 wird ein
Reaktorbehälter 3,
der einen Reaktorkern 2 mit Kernbrennstoff zur elektrischen
Stromerzeugung umfasst, von Sockeln 4 getragen. Die Reaktorhülle 1 ist weiter
mit einer von den Sockeln 4 umgebenen unteren Druckkammer 5,
einer den Reaktorbehälter 3 umgebenden
oberen Druckkammer 6 und Entlastungskammern 9 ausgestattet,
die von Trennböden 7 definiert
werden und Entlastungsbecken 8 darin aufweisen.
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Die
untere Druckkammer 5 und die obere Druckkammer 6 sind
beide über
Verbindungsrohre 10 und Belüftungsrohre 11 gekoppelt
und dadurch unter Wasser mit den Entlastungsbecken 8 in
der Entlastungskammer 9 verbunden. Eine Vielzahl von Druckkammerkühlern 12,
die in der Lage sind, innerhalb der unteren Druckkammer 5 und
der oberen Druckkammer 6 im regulären Betriebsmodus einen gekühlten Zustand
beizubehalten, sind als Druckentlastungsvorrichtung angeordnet.
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Jeder
Druckkammerkühler 12 umfasst
eine Druckkammerkühleinheit 15 und
ein Gebläse 16 als Zirkulator.
Die Druckkammerkühleinheit 15 umfasst ein Gehäuse 14 und
Kühlschlangen 13.
Kühlwasser wird
verwendet, um die Kühlschlangen 13 zu
kühlen, und
Luft innerhalb der unteren Druckkammer 5 und der oberen
Druckkammer 6 wird in das Gehäuse 14 geführt. Insbesondere
wird Druck im Gehäuse 14 vom
Gebläse 16 verringert,
indem ein Druckunterschied realisiert wird, und dadurch wird eine
Luftzirkulation durch das Gehäuse 14 erzeugt.
Die so erzeugte Luftzirkulation führt Luft in das Gehäuse 14 und
die eindringende Luft wird von den Kühlschlangen 13 gekühlt. Die
gekühlte
Luft wird dann durch Leitungen 17 und Dumper 18 in
die untere Druckkammer 5 und die obere Druckkammer 6 zirkuliert.
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Das
Kühlwasser
im Entlastungsbecken 8 wird von einer Restwärme-Entfernungspumpe 20 in eine
Restwärme-Entfernungsleitung 19 gepumpt
und der Wärmeaustausch
des Kühlwassers
wird von einem Restwärme-Entfernungswärmetauscher 21 durchgeführt. Sprühköpfe 22 sprühen das
gekühlte Wasser
zurück
in das Entlastungsbecken 8. Dieses Kühlsystem kühlt die Reaktorhülle 1 im
Hochtemperatur- oder Hochdruckzustand.
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Bei
der herkömmlichen
Reaktorhülle 1,
die so aufgebaut ist, wird im Falle eines Unfalls mit Kühlmittelverlust
(LOCA: loss of coolant accident: ein Unfall, bei dem Kühlmittel
in dem Reaktorbehälter 3 ausläuft) eine
große
Menge einer Fluidmischung mit z.B. Gasen, Dampf und Wasser einer
hohen Temperatur in der unteren Druckkammer 5 und der oberen
Druckkammer 6 erzeugt. In diesem Fall wird die Mischung zum
Kühlwasser
im Entlastungsbecken 8 der Entlastungskammer 9 geführt und
dadurch wird ein Druckanstieg in der Reaktorhülle 1 verhindert.
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Wenn
jedoch der oben dargestellte Unfall (LOCA) weitergeht und das Kühlsystem
für eine
längere
Zeitdauer betrieben wird, wird die Gasphase, die ein nicht kondensierbares
Gas enthält,
von dem in der Reaktorhülle 1 gespeicherten Wasser
unter Druck gesetzt, und dies kann zu einem Druckanstieg in der
Reaktorhülle 1 führen.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, kann der Druckkammerkühler 12 verwendet
werden, um den Druck zu entlasten. D.h., dass Luft in der unteren Druckkammer 5 und
in der oberen Druckkammer 6 effizient gekühlt werden
kann und Wärme
aus dem Reaktorbehälter 3 nach
außen
ausgestoßen
werden kann.
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Genauer
gesagt kann Dampf im Gehäuse 14 kondensiert
werden, indem Kühlwasser
in die Kühlschlangen 13 im
Druckkammerkühler 12 geströmt wird.
Dementsprechend kann der Dampfdruck in der Reaktorhülle 1 verringert
werden, indem der darin enthaltene Dampf in das Gehäuse 14 geführt wird.
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Jedoch
wird eine Stromversorgung 30, die ein Gebläse 16 im
Druckkammerkühler 12 mit
Strom versorgt, gewöhnlich
nur im regulären
Betriebsmodus betrieben und wird im Notfall automatisch gestoppt.
Daher sammelt sich nicht kondensierbares Gas, wie z.B. anfänglich in
der Reaktorhülle 1 eingeschlossener
Stickstoff, von der dort ansteigenden Temperatur und Druck erzeugtes
Wasserstoffgas und ähnliches
allmählich
im Gehäuse 14.
Dadurch enthält
das Gehäuse 14 eine
große
Menge an nicht kondensierbarem Gas. Dies verschlechtert die Wärmeaustauschleistung
des Druckkammerkühlers 12 und
der Anstieg des Dampfdrucks in der Reaktorhülle 1 kann nicht unterdrückt werden.
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Ein
Isolationskühler
mit passivem Kühlbetrieb
in einer Kernreaktordruckschale ist in der Veröffentlichung
EP 0 460 805 A1 offenbart.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben genannten Umstände gemacht
worden, und soll die oben genannten Probleme lösen. Insbesondere ist der Zweck
der vorliegenden Erfindung jener, eine Druckentlastungsvorrichtung
für eine
Reaktorhülle
bereitzustellen, die in der Lage ist, es einer Druckkammerkühleinheit
im Notfall zu erlauben, den Dampfdruck in der Reaktorhülle zu verringern.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Druckentlastungsvorrichtung bereit,
umfassend: einen Reaktorbehälter,
in dem Kernbrennstoff untergebracht ist, eine Reaktorhülle, in
der der Reaktorbehälter
untergebracht ist und die einen Druckkammerraum definiert; einen
Druckkammerkühler,
der ein Fluid wie z.B. Gase, Flüssigkeiten,
Dampf, Wasser oder Mischungen im Druckkammerkühler kühlt, um so den Druck im Druckkammerraum
zu entlasten; einen Zirkulator, der Fluid im Druckkammerraum in
den Druckkammerkühler
führt;
und eine Absaugvorrichtung, die ein nicht kondensierbares Fluid
aus dem Druckkammerkühler
absaugt.
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Hier
kann die Absaugvorrichtung ein Gebläse umfassen. Das Gebläse kann
so gestaltet sein, dass das Gebläse
arbeitet, wenn der Zirkulator stillsteht. Weiter kann der Zirkulator
mithilfe einer regulären
Stromversorgung arbeiten und das Gebläse kann mittels einer Notstromversorgung
arbeiten.
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Die
Absaugvorrichtung kann eine Tür
umfassen, die das Innere mit dem Äußeren des Druckkammerkühlers verbindet.
Die Tür
kann geschlossen sein, wenn der Zirkulator in Betrieb ist, und die
Tür kann
geöffnet
sein, wenn der Zirkulator nicht in Betrieb ist. Die Tür kann mechanisch
betätigt
werden oder die Tür
kann mithilfe eines Druckunterschiedes zwischen dem Inneren und
dem Äußeren des
Druckkammerkühlers
betätigt
werden.
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Weiter
kann die Absaugvorrichtung ein Material umfassen, das bei einer
gewissen Temperatur schmilzt und dann das Innere mit dem Äußeren des Druckkammerkühlers verbindet.
Das Material kann bei einer Temperatur schmelzen, die höher als
jene in der Reaktorhülle
im regulären
Betriebsmodus ist.
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Der
Zirkulator kann ein erstes Gebläse
umfassen und die Absaugvorrichtung kann ein zweites Gebläse umfassen.
Hier kann das erste Gebläse
größer als
das zweite Gebläse
sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingefügt sind und einen Teil davon darstellen,
veranschaulichen mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Reaktorhülle zeigt.
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2 ist
ein Querschnitt, die eine Reaktorhülle der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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3 ist
ein Querschnitt, die eine Druckentlastungsvorrichtung in der Reaktorhülle entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die die Druckentlastungsvorrichtung in
der Reaktorhülle
entsprechend einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die die Druckentlastungsvorrichtung in
der Reaktorhülle entsprechend
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6A und 6B sind
Querschnitte, die die Druckentlastungsvorrichtung in der Reaktorhülle entsprechend
einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen; 6A zeigt
den Zustand, indem ein Gebläse
betrieben wird, und 6B zeigt den Zustand, wenn das
Gebläse
stillsteht.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
einer Druckentlastungsvorrichtung für eine Reaktorhülle der
vorliegenden Erfindung wird nun spezifisch und detailliert in Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Wann immer möglich, werden dieselben Bezugsziffern
in den Zeichnungen verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
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Zuerst
wird eine Druckentlastungsvorrichtung, die in einer Reaktorhülle angeordnet
ist, unter Bezug auf 2 erläutert, welche eine Querschnittsansicht
der Reaktorhülle
zeigt.
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Das
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Absaugvorrichtung
für nicht
kondensierbares Fluid, wie z.B. ein zweites Gebläse 23, zusammen mit
dem Zirkulator, wie z.B. dem Gebläse 16, in der Reaktorhülle 1 angeordnet
ist, und das zweite Gebläse 23 durch
eine Notstromversorgung 31 betrieben wird.
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Im
Notfall, wie z.B. einem Unfall mit Kühlmittelverlust (LOCA), können die
Kühlschlangen 13 im Druckkammerkühler 12,
der eine Druckentlastungsvorrichtung darstellt, weiterhin Dampf
im Gehäuse 14 kondensieren.
Mit der Zeit jedoch sammelt sich nicht kondensierbares Gas, wie
z.B. anfänglich
in der Reaktorhülle 1 eingeschlossener
Stickstoff, dort durch steigende Temperatur und Druck erzeugtes
Wasserstoffgas und ähnliches
allmählich
im Gehäuse 14.
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In
dieser Situation ist die reguläre
Stromversorgung 30 aus Sicherheitsgründen bereits abgetrennt und
viele Vorrichtungen, inklusive des Gebläses 16, stehen still.
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Das
zweite Gebläse 23 kann
jedoch mit der Notstromversorgung 31 in der vorliegenden
Erfindung verbunden sein. Sobald daher die reguläre Stromversorgung 30 getrennt
wird, wird die Notstromversorgung 31 automatisch angeschlossen, und
dadurch wird dementsprechend das zweite Gebläse 23 betrieben. Durch
Verwendung des zweiten Gebläses 23 wird
das nicht kondensierbare Gas durch eine Abgasleitung 24 aus
der Druckkammerkühleinheit 15 nach
außen
oder in das Innere der Druckentlastungskammer 9 ausgestoßen.
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Der
Partialdruck des nicht kondensierbaren Gases um die Kühlschlangen 13 herum
nimmt ab; der Partialdruck des nicht kondensierbaren Gases im Gehäuse 14 der
Druckkammerkühleinheit 15 nimmt auch
ab und die Wärmetauschleistung
der Vorrichtung kann beibehalten werden. Dementsprechend können Anstiege
im Innendruck der Reaktorhülle 1 für eine lange
Zeit unterdrückt
werden.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die den Druckkammerkühler 12 in der Reaktorhülle in 2 zeigt.
Wie in 3 gezeigt, ist das zweite Gebläse 23 in der Druckkammerkühleinheit 15 des
Druckkammerkühlers 12 angeordnet,
der als Druckentlastungsvorrichtung der Reaktorhülle 1 dient. Ein Ende
der Abgasleitung 24 ist mit dem Ausgang des zweiten Gebläses 23 verbunden
und ein anderes Ende davon ist mit einem Rückschlagventil 25 verbunden.
Das Rückschlagventil 25 ist
so ausgestattet, dass es Luft und Dampf in der Druckkammerkühleinheit 15 daran hindert,
in das Gehäuse 14 zu
strömen,
und sich schließt,
wenn das zweite Gebläse 23 anhält.
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Hier
leitet das zweite Gebläse 23 Luft
zur unteren Oberfläche
der Druckkammerkühleinheit 15, und
sein Ausgang ist in der Richtung der Schwerkraft gewandt, wie in 2 gezeigt.
Dies liegt daran, dass Stickstoff, das ein anfänglich in der Reaktorhülle 1 eingeschlossenes,
nicht kondensierbares Gas ist, schwerer als Luft ist. Das Stickstoffgas
sammelt sich unterhalb des Gehäuses 14 und
kann leicht ausgestoßen
werden.
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Jedoch
ist die Position des zweiten Gebläses 23 nicht auf dieses
Beispiel beschränkt
und kann auf einer Seitenfläche
oder einer oberen Oberfläche
der Druckkammerkühleinheit 15 angeordnet
sein. Auf ähnliche
Weise ist die Anzahl der zweiten Gebläse 23 nicht auf eines
beschränkt;
eine Vielzahl von zweiten Gebläsen
können
in jeder Druckkammerkühleinheit 15 angeordnet
werden.
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Weiter
kann die Wärmetauschleistung
der Druckkammerkühleinheit 15 solange
beibehalten werden, wie das zweite Gebläse 23 das nicht kondensierbare
Gas aus dem Gehäuse 14 ausstößt. Aus diesem
Grund kann die Größe des zweiten
Gebläses 23 kleiner
als jene des Gebläses 16 sein.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die den Druckkammerkühler 12 entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Merkmal der zweiten Ausführungsform
ist, dass Türen 26a, 26b und 26c,
die sich öffnen,
wenn die Temperatur unter Druck in der Druckkammerkühleinheit 15 ansteigen,
auf dem Gehäuse 14 der
Druckkammerkühleinheit 15 angeordnet
sind. Die Türen, Ventilationsöffnungen,
Kanäle,
Blenden oder Öffnungen
stellen einen Druckentlastungsmechanismus bereit. Die Türen 46a, 46b und 46c sind
in einer oberen Oberfläche,
einer Seitenfläche
bzw. einer unteren Oberfläche
angeordnet.
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Wenn
der Dumper 18 auf der Leitung 17 sich öffnet oder
sich schließt,
werden die Türen 26a, 26b und 26c gleichzeitig
betätigt.
D.h., dass die Türen 26a, 26b und 26c mit
dem Ausgang des Dumpers 18 mechanisch verbunden sind, und
zwar z.B. mithilfe von Federn, und geöffnet werden, indem eine Kraft eingesetzt
wird, die erzeugt wird, wenn sich der Dumper 18 schließt.
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Wenn
das Gebläse 16 in
Betrieb ist, wird das Innere des Gehäuses 14 aufgrund seiner
Entleerung druckverringert. Daher ist es möglich, die Türen 26a, 26b und 26c so
zu betreiben, dass sie geschlossen sind, wenn das Gebläse 16 in
Betrieb ist, und dass sie automatisch durch Schwerkraft geöffnet werden, wenn
das Gebläse 16 anhält.
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In
dieser Ausführungsform
ist das in 3 gezeigte zweite Gebläse 23 nicht
erforderlich. Aufgrund der spezifischen Schwere im Vergleich mit
Luft können
die obere Tür 26a und
die Seitentür 26b hauptsächlich Wasserstoff
ausstoßen,
und die untere Tür 26c kann
hauptsächlich
Stickstoff aus dem Gehäuse 14 ausstoßen.
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Entsprechend
dieser Ausführungsform
kann Stickstoff, der unter den nicht kondensierbaren Gasen schwerer
als Dampf ist, hauptsächlich
aus der unteren Tür 26c ausgestoßen werden,
und Wasserstoff, der unter den nicht kondensierbaren Gasen leichter
als Dampf ist, kann hauptsächlich
aus der oberen Tür 26a und
der Seitentür 26b ausgestoßen werden.
Dadurch kann die Wärmetauschleistung
der Druckkammerkühleinheit 15 verbessert
werden.
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Zusätzlich ist
das zweite Gebläse
für diese Ausführungsform
nicht erforderlich; zusätzliche
Anlagen, wie z.B. die Notstromversorgung sind auch nicht notwendig.
Daher kann der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die den Druckkammerkühler 12 entsprechend
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Merkmal dieser Ausführungsform
ist, dass Materialien 27 mit einem geringen Schmelzpunkt
einen Teil des Gehäuses 14 ausmachen
und die Materialien 27 und das Gehäuse 14 die Umhüllung der Druckkammerkühleinheit 15 bilden.
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Diese
Materialien 27 schmelzen unter gewissen atmosphärischen
Bedingungen, die beim Design eines Kernreaktors gewählt werden;
die Materialien 27 schmelzen, wenn beispielsweise die Atmosphäre eine
Umgebungstemperatur in der Reaktorhülle 1 überschreitet.
Wenn die Temperatur in der Reaktorhülle 1 höher als
eine vorbestimmte Temperatur wird, schmelzen die Materialien 27 und
es treten dann Öffnungen
in der Wand des Gehäuses 14 auf.
Dadurch kann nicht kondensierbares Gas im Gehäuse 14 nach außen ausgestoßen werden.
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Die 6A und 6B sind
Querschnittsansichten, die den Druckkammerkühler 12 entsprechend
einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen. Hier zeigt die 6A den
Zustand, in dem das Gebläse 16 in
Betrieb ist, und 6B zeigt den Zustand, in dem
das Gebläse 16 angehalten
ist.
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In
dieser Ausführungsform
ist eine zweite Tür 28 in
der unteren Oberfläche
des Gehäuses 14 angeordnet.
Die zweite Tür 28 wird
durch die Absaugleistung des Gebläses 16 im normalen
Betriebsmodus geschlossen, wie in 6A gezeigt,
und wird durch Schwerkraft geöffnet,
wenn das Gebläse 18 anhält. Dies
macht es auch möglich,
nicht kondensierbares Gas im Gehäuse 14 nach
außen
auszustoßen.
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Die
vorangehende Diskussion offenbart und beschreibt mehrere beispielhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Wie der Fachmann verstehen wird, kann
die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden,
ohne vom Schutzbereich davon abzuweichen. Dementsprechend ist die
Offenbarung der vorliegenden Erfindung lediglich als veranschaulichend,
aber nicht beschränkend
für den
Schutzbereich der Erfindung gedacht, der in den folgenden Ansprüchen dargelegt wird.
Somit kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise innerhalb
des Schutzbereichs der Erfindung ausgeführt werden.
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Z.B.
wird die obige Erläuterung
gemacht, wenn die vorliegende Erfindung auf ein Kernkraftwerk mit
Siedewasserreaktor angewendet wird, jedoch wird die vorliegende
Erfindung auch auf andere Arten von Kraftwerken wie z.B. Kraftwerke
mit Druckwasserreaktoren angewendet.