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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckhalterapparat der Art, die einen
zylindrischen Tank aufweist, der durch ein Schott in einen unteren Teil, der kaltes Wasser
enthält, und einen oberen Teil geteilt ist, der heißes Wasser enthält, das im Gleichgewicht
mit einer Masse Dampf über diesem ist.
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Ein Apparat, der geeignet ist, den Druck in einem Druckkessel, der hydraulisch mit diesem
verbunden ist und in diesem Patent einen Kernreaktor enthält, auf einem vorbestimmten Wert
zu halten, ist aus EP-A-8 359 716 bekannt.
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Dieser Apparat besteht aus einem länglichen zylindrischen Tank innerhalb dessen ein
unterer Teil, der kaltes Wasser enthält, und ein oberer Teil, der heißes Wasser enthält, abgeteilt
durch ein Trennschott, vorhanden sind; die unteren und oberen Teile des Tanks stehen durch
Verbindungskanäle in hydraulischer Verbindung.
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Das Wasser in dem oberen Teil wird durch elektrische Widerstände oder andere Mittel
geheizt und steht in thermodynamischen Gleichgewicht mit dem Dampf, der im oberen Teil
des Tanks vorhanden ist.
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Das Aufheizen des Wassers im oberen Teil des Apparats hält den Dampf mit diesem bei
einem vorbestimmten Druck im Gleichgewicht, den dieser über die Verbindungskanäle zu dem
Wasser im unteren Teil des Apparats überträgt.
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Wenn der Druck in dem Apparat zu hoch wird, beispielsweise aus Gründen die mit dem
Betrieb des Kernreaktors im Zusammenhang stehen, ist es notwendig in der Lage zu sein, ihn
auf den gewünschten Wert zu reduzieren.
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Ein bekanntes Verfahren um diese Anforderung zu erfüllen, ist es, Wasser, mit einer
niedrigeren Temperatur als die des Wassers in dem Apparat, von außerhalb des Tanks in
die Dampfmasse zu sprühen; nachfolgend seinem Kontakt mit dem Wasser kondensiert der
Dampf und sein Druck, und folglich der des Apparats, fällt.
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Dieses Verfahren wird durch Kreisläufe außerhalb des Tanks bewirkt, die so angeordnet
sind, um Wasser aus Bereichen, deren Drücke ähnlich den in dem Apparat auftretenden sind,
zu entnehmen, beispielsweise stromabwärts der Pumpen in dem hydraulischen System, das
mit dem Reaktor verbunden ist. Diese weisen im allgemeinen ein Ventil auf, um Wasser in
einen Kanal abzuzweigen, der sich in das obere Ende des Tanks öffnet.
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GB-A-2,217,511 beschreibt einen verbesserten wassergekühlten Kernreaktor und
Druckbeaufschlagungsvorrichtung, wobei eine getrennte Druckbeaufschlagungsvorrichtung einen
Dampfraum und einen Wasserraum aufweist, die durch einen Wasserpegel getrennt sind,
und der Wasserraum ist durch eine Pumpleitung mit der Einlassraum des Reaktorkerns
verbunden.
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Eine Entlüftungsleitung 708 verbindet den Steigleitungsraum mit dem Dampfraum der
Druckbeaufschlagungsvorrichtung.
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Durch Anbringen einer hydraulischen Diode an der Pumpleitung kann ein beträchtlicher
Pumpstrom im Fall eines positiven Volumensprungs durch die Entlüftungsleitung zu dem
Dampfraum durchgelassen werden.
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Infolgedessen wird der Dampf mit kühlendem Wasser mit der Temperatur des
Reaktorkernausgangsraums besprüht, die, wenn sie auch niedriger ist als die des Dampfes, durchaus
hoch ist und einen begrenzten Kondensationseffekt bereitstellt, der viel geringer ist als der
durch Besprühen mit kaltem Wasser bereitgestellte.
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Das technische Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt ist, einen
Druckhalterapparat mit solchen strukturellen und funktionellen Eigenschaften bereitzustellen, um
die zuvor erwähnten Nachteile der Beispiele gemäß dem Stand der Technik zu überwinden,
das heißt, der keinen externen, den Druck regulierenden Kreislauf benötigt.
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Dieses Problem wird durch einen Apparat der oben erwähnten Art gelöst, dadurch
gekennzeichnet, daß er wenigstens einen Kanal, der die ersten und zweiten Teile verbindet,
mit einem ersten Ende, das in das heiße Wasser im oberen Teil eingetaucht ist, und einem
zweiten Ende, das in das kalte Wasser im unteren Teil eingetaucht ist, und wenigstens einen
Kondensationskanal aufweist, mit einem ersten Ende, das in der Dampfmasse angeordnet ist,
und einem zweiten Ende, das in das kalte Wasser im unteren Teil eingetaucht ist.
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Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels deutlicher werden, die als nicht beschränkendes Beispiel und in bezug
auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird.
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In diesen Zeichnungen ist:
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Figur 1 eine Schnittansicht des Druckhalterapparats gemäß der Erfindung;
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Figur 2 eine Schnittansicht eines zweiten Druckhalterapparats der Erfindung.
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In bezug auf diese Zeichnungen und speziell in bezug auf Figur 1, ist der
Druckhalterapparat gemäß der Erfindung allgemein mit 1 bezeichnet.
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Der Apparat 1 weist einen zylindrischen Tank 2 mit halbkugelförmigen oberen und unteren
Abschlußwänden 3 und 4 auf; der Tank ist transversal durch ein Schott 7 in zwei Teile geteilt,
einen oberen Teil 5 und einen unteren Teil 6.
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Der untere Teil 6 des Tanks 2 enthält kaltes Wasser bis zum Niveau des Schotts, während
das Wasser im oberen Teil 5 durch einen elektrischen Widerstand 8 geheizt wird.
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Das heiße Wasser füllt den oberen Teil 5 nicht vollständig und steht im Gleichgewicht mit
einer Masse Dampf 9 im oberen Ende 3 des Tanks 2.
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Ein Paar Verbindungskanäle 10 und 11 gehen durch das Schott 7 und erstrecken sich von
jeweiligen ersten Enden 10a, 11a, die in das heiße Wasser in dem oberen Teil 5 des Tanks
eingetaucht sind, zu jeweiligen zweiten Enden 10b, 11b, die in dem unteren Teil 6 angeordnet
sind.
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Ein dritter Kondensationskanal 12 geht durch das Schott 7 und erstreckt sich von einem
ersten Ende 12a, das in der Dampfmasse 9 angeordnet ist, zu einem zweiten Ende 12b, das
in dem unteren Teil 6 angeordnet ist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in
diesem Beispiel das zweite Ende 12b näher an dem Schott 7 angeordnet als die entsprechenden
Enden 10b, 11b der Kanäle 10 und 11.
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Eine Reihe von Stützen 13, die in diesem Beispiel aus Gittern bestehen, erstrecken sich
transversal in dem unteren Teil 6 und legen die Anordnung der Kanäle 10, 11 und 12 innerhalb
des Druckhalterapparats 1 fest.
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Der untere Teil 6 des Tanks 2 weist zwei Öffnungen 14, 15 auf, die hydraulisch mit einem
unter Druck stehenden Kessel verbunden sind, der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist.
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Der obere Teil 5 des Tanks ist mit einer Schicht 16 aus isolierendem Material bedeckt.
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In bezug auf den zuvor beschriebenen Druckhalterapparat erfolgt der Betrieb der
Erfindung wie folgt.
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Wie aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel deutlich wird, stellt der elektrische
Widerstand 8 die Wärme bereit, die notwendig ist, um den Druck innerhalb des Druckhalterapparats
1 über einem vorbestimmten minimalen Wert zu halten.
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Durch Variation der hierdurch erzeugten Wärme kann in der Tat die Temperatur des
Wassers im oberen Teil des Druckhalterapparats und folglich der Druck der darüberliegenden
Dampfmasse 9 reguliert werden.
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Der Druck der Gesamtheit des Druckhalterapparats 1 wird zusammen mit dem des
Dampfs durch die Verbindung zwischen den unteren und oberen Teilen, die aus den Kanälen
10,11 und 12 besteht, reguliert.
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Wenn der Druck in dem mit dem Apparat 1 verbundenem Kessel aufgrund von
Druckvariationen auf Werte steigt, die höher sind als die in dem Druckhalterapparat, entsteht eine
Wasserzirkulation von dem Behälter zu dem Druckhalterapparat und tritt in den Apparat 1
durch die Öffnungen 14 und 15 ein.
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Als Ergebnis dieser Zirkulation wird das Wasser in dem unteren Teil 6 durch die Kanäle
10, 11 und 12 in den oberen Teil 5 gedrückt.
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Wenn die Verluste durch die Beaufschlagung in den Kanälen 10 und 11 größer sind als der
statische Wasserdruck in dem Kanal 12, wobei dieser Druck zwischen dem Niveau des Endes
12a und dem Niveau des heißen Wassers, das in dem oberen Teil 5 enthalten ist, gemessen
wird, wird ein Wasserstrahl von dem Ende 12a emittiert.
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Dieser kalte Wasserstrahl verursacht, daß die Dampfmasse 9 kondensiert und folglich der
Druck in dem Druckhalterapparat 1 fällt.
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Es ist wichtig hervorzuheben, daß der wie zuvor beschrieben ausgeführte
Druckhalterapparat
zahlreiche Vorteile hat.
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Hauptsächlich ist er in der Lage, den Druck allein durch seine strukturellen Eigenschaften
zu regeln.
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Wie aus der Beschreibung seines Betriebs deutlich wird, sind sogenannte "aktive Mittel"
oder mechanische Pumpmittel von Mitteln, die Wasser von außerhalb in die Dampfmasse
abzweigen, nicht notwendig, um den Dampf zu kondensieren; überdies würden solche Mittel,
zusätzlich zu den zuvor in bezug auf den Stand der Technik erwähnten Nachteilen, Probleme
bezüglich der Zuverlässigkeit und Sicherheit mit sich bringen.
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In der Tat stellt der Apparat gemäß der Erfindung einen ständigen Betrieb ohne das
Risiko eines Ausfalis mechanischer Teile sicher, was mit den hohen auftretenden Drücken
gefährliche Situationen hervorrufen könnte.
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Die Erfindung, wie zuvor beschrieben, kann jedoch abgewandelt werden.
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Es ist beispielsweise möglich, den Druckhalterapparat mit verschiedenen
Kondensationskanälen oder Kanälen auszubilden, die sich zwischen jeweiligen ersten Enden, die in dem
Dampf, der über dem heißen Wasser liegt, auf jeweils von den anderen verschiedenen Höhen
angeordnet sind, und jeweiligen zweiten Enden erstrecken, die in dem unteren Teil 6 des
Druckhalterapparats angeordnet sind.
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Dies würde es ermöglichen, eine feinere und allmählichere Regulierung des Drucks in dem
Apparat 1 zu erzielen; genauer würde, als Ergebnis des Zirkulierens von Wasser von dem
unter Druck stehenden Kessel zu dem Druckhalterapparat, wie oben dargestellt, das kalte
Wasser bei verschiedenen jeweiligen Drücken die Kondensationskanäle verlassen und in den
Dampf fließen.
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Jedes erste, in dem Dampf angeordnete Ende der Kondensationskanäle würde einen
unterschiedlichen statischen Druck, wie oben festgelegt, aufweisen; wenn die Wasserzirkulation
so beschaffen ist, daß sie den Druck jedes Kondensationskanals überwindet, fließt das Wasser
aus.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung kann durch Eingliedern verschiedener
weiterer struktureller Elemente, gezeigt in Figur 2, in den oben beschriebenen
Druckhalterapparat
ausgebildet werden.
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Unter Bezugnahme auf diese Zeichnung ist der Druckhalterapparat gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei die Kanäle 10, 11 und 12 der Einfachheit
halber nicht dargestellt sind, stattdessen sind die zusätzlichen eingegliederten strukturellen
Elemente dargestellt.
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Diese zusätzlichen Elemente sind durch Bezugsnummern gekennzeichnet, während die
Elemente, die beiden Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, nicht mit Bezugszeichen versehen
sind.
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Der in Fig.2 gezeigt Druckhalterapparat 1 weist einen Zuführungskanal 17 auf, der sich
durch den oberen Teil 5 des Druckhalterapparats 1 erstreckt; dieser Kanal hat ein erstes
Ende 17a, das in der Dampfmasse 9 angeordnet ist, und ein zweites Ende 17b, das mit dem
Volumen 6 in Verbindung steht.
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Eine Saugpumpe 18, um Wasser von dem unteren Teil 6 des Druckhalterapparats 1
abzuziehen, ist in diesem Kanal angeordnet, beispielsweise an dem zweiten Ende 17b.
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Ein zusätzlicher Kanal 19 geht durch das Schott 7 und erstreckt sich, wie die Kanäle 9
und 10 des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, zwischen einem ersten Ende 19a,
das in das heiße Wasser im oberen Teil 5 eingetaucht ist, und einem zweiten Ende 19b, das
in dem unteren Teil 6 angeordnet ist.
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In diesem zweiten Ausführungsbeispiel des Druckhalterapparats wird die Pumpe 18 durch
einen Druckregler oder durch andere konventionelle Mittel, die hier nicht dargestellt sind,
gesteuert; sie sprüht vom unteren Teil 6 abgezogenes Wasser in die Dampfmasse 9, wodurch
diese kondensiert und folglich der Druck absinkt, wie bereits zuvor gezeigt wurde.
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Die verwendete Pumpe 18 ist eine Pumpe kleiner Größe, da sie nur den statischen Druck
zwischen dem Ende 17a des Kanals 17 und dem Niveau des heißen Wassers, das im oberen
Teil 5 enthalten ist, überwinden muß.
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Die Betriebseigenschaften der Kanäle 10, 11 und 12 bleiben unverändert, wie im Folgenden
deutlicher wird.
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Die Vorteile des zweiten Ausführungsbeispiels resultieren aus den strukturellen und
funktionellen
Eigenschaften des ersten Ausführungsbeispiels des Druckhalterapparats, kombiniert
mit denen der oben beschriebenen zusätzlichen Elemente.
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Genauer genügt, wenn es notwendig ist, den Druck in der Dampfmasse 9 als Ergebnis
eines fortschreitenden Druckanstiegs im Kessel zu verringern, das Inbetriebsetzen der Pumpe
18 durch ihren Druckregler, um die Situation auf normale Verhaltnisse zurückzuführen.
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Andererseits stellen beim Auftreten plötzlicher Druckanstiege innerhalb des Kessels,
beispielsweise aufgrund eines Ausfalls oder einer Betriebsfehlers eines in dem Kessel
angeordneten Reaktors, die Kanäle 10, 11, 12 und 19 des Druckhalterapparats eine bessere
Kompensation dieser steilen Anstiege bereit.
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Die Erklärung für das oben Gesagte liegt in der Tatsache, daß die Antwortzeiten der
zusätzlichen strukturellen Elemente, hauptsächlich durch die Detektion des Druckanstiegs
durch den Druckregler und das nachfolgende Starten der Pumpe 18, vergleichsweise lang sind
und besser geeignet sind, um vergleichsweise langsame Druckänderungen zu kompensieren.
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Die Kanäle 10, 11, 12, und 19 kommen jedoch sofort zur Wirkung, wenn die
Druckveränderung in dem Behälter so ist, daß verursacht wird, daß ausreichend Wasser in den
Druckhalterapparat 1 fließt.
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Es gibt daher keine einleitende Druckveränderung für die Druckregulierung, die durch
diese Kanäle bewirkt wird, und wenn eine Kompensation hoher Druckspitzen erforderlich ist,
sind diese Kanäle in der Lage sicherzustellen, daß der Druckhalterapparat korrekt arbeitet,
ohne die Möglichkeit eines Ausfalls, der die Pumpe 18 unterworfen sein könnte.
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Abschließend sollte betont werden, daß es möglich ist, den Druckhalterapparat durch
Einwirken auf die Verluste durch die Beaufscmagung innerhalb der Kanäle 10, 11, 12 und 19 oder
durch geeignetes Dimensionieren ihrer Längen und Durchmesser während der Konstruktion
zu kallbrieren.
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Genauer ist es möglich, das Niveau, bei dem die Druckregulierung, die durch diese Kanäle
bewirkt wird, zur Wirkung kommt, auf einen vorbestimmten Wert der Druckänderung pro
Zeiteinheit festzusetzen.
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Ein weiteres Ergebnis der passenden Konstruktion der Kanäle ist, daß es ermöglicht wird,
kaltes Wasser in die Dampfmasse so einfließen zu lassen, daß deren Druck mit einer
vorbestimmten Rate verringert wird, um es so zu ermöglichen, den Apparat mehr oder weniger
schnell zu betreiben.