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Dokumentenidentifikation DE3935916C2 26.01.1995
Titel Vorrichtung zum Zünden von Wasserstoff in einem Behälter
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Benke, Harald-Peter, Dipl.-Ing., 63796 Kahl, DE
DE-Anmeldedatum 27.10.1989
DE-Aktenzeichen 3935916
Offenlegungstag 02.05.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.01.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.01.1995
IPC-Hauptklasse G21C 9/06
IPC-Nebenklasse G21C 9/04   F23Q 3/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden von Wasserstoff in einem Behälter, insbesondere in einem Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors, mit einer im Behälter angeordneten Funkenstrecke, die mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses verbunden ist.

Eine gattungsgemäße Einrichtung zur kontrollierten Verbrennung eines zündfähigen Wasserstoff-Luftgemisches in einer kerntechnischen Anlage ist aus der DE 88 16 470 U1 bekannt.

Diese Einrichtung enthält meist elektronische Bauteile, die gegen die hohen Temperaturen, den hohen Druck und die hohe Strahlenbelastung im Sicherheitsbehälter geschützt werden müssen. Nur an die Stelle eines elektronischen Schalters kann beim Bekannten ein mechanischer Unterbrecher treten. Die bekannte Einrichtung kommt aber auch dann nicht ohne elektronische Bauteile aus.

Bei unterstellten Störungen in einem Leichtwasserreaktor kann im Sicherheitsbehälter Wasserstoff freigesetzt werden. Die Wasserstoffmenge kann dabei so groß sein, daß Druckbelastungen des Sicherheitsbehälters nicht auszuschließen sind. Aus der DE-OS 38 20 187 ist bekannt, schon nach Freisetzung eines kleinen Wasserstoffvolumens diesen Wasserstoff mit Hilfe von elektrischen Funken zu zünden und zu verbrennen. Bei einer Verbrennung eines kleinen Wasserstoffvolumens wird der Sicherheitsbehälter nicht beschädigt. Falls laufend neuer Wasserstoff entsteht, können nacheinander mehrere Zündungen vorgenommen werden. Dabei wird jeweils nur ein kleines Teilvolumen gezündet, was unbedenklich ist. Auf diese Weise kommt es nicht zu einer Wasserstoffansammlung, die zu Beschädigungen führen könnte.

Der Zündfunken zum Zünden des Wasserstoffes wird in einer Funkenstrecke erzeugt, die beispielsweise Teil einer Zündkerze sein kann. Der Funkenstrecke wird dazu ein elektrischer Spannungsimpuls zugeleitet. Beim Bekannten wird dieser Spannungsimpuls außerhalb des Sicherheitsbehälters erzeugt und über Leitungen, die durch die Wand des Sicherheitsbehälters hindurchgeführt sind, der Funkenstrecke zugeführt.

Die dabei erforderliche Leitungsdurchführung durch die Wand des Sicherheitsbehälters bedarf einer besonderen Abdichtung, die nur mit großem technischen Aufwand herzustellen ist. Ein nachträglicher Einbau in eine fertige Anlage ist mit vertretbarem Aufwand unmöglich.

Ein Einbau der üblicherweise verwendeten Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Spannungsimpulses in das Innere des Sicherheitsbehälters ist noch aufwendiger, da die Vorrichtung mit hohem Aufwand gegen hohe Temperaturen und gegen Strahlung geschützt werden müßte. Das gilt insbesondere dann, wenn die Vorrichtung elektronische Bauteile enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Zünden von Wasserstoff in einem Behälter, insbesondere in einem Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors, anzugeben, die in einfacher Weise ohne elektronische Bauteile aufgebaut ist und die daher ohne Leitungsdurchführungen durch die Wand des Sicherheitsbehälters auskommt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die im Behälter anzuordnende, mit der Funkenstrecke verbundene Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses besteht,

aus einer ersten Batterie, die über einen Schalter mit einem Elektromotor verbunden ist,

aus einer mit dem Elektromotor mechanisch verbundenen Scheibe, auf deren Umfang ein Schaltmagnet angeordnet ist, und

aus einem radial von der Scheibe entfernt angeordneten Magnetschalter, der Teil eines Stromkreises ist, der eine zweite Batterie aufweist,

und daß diesem Stromkreis die Funkenstrecke zugeordnet ist.

Eine solche Vorrichtung ist mit einfachen, kostengünstigen Mitteln aufgebaut. Sie ist darüber hinaus widerstandsfähig gegen Temperatur und Strahlungseinflüsse, da anstelle von Halbleiterbauelementen ausschließlich mechanische und elektrische Bauteile eingesetzt sind. Folglich wird der Vorteil erzielt, daß die Vorrichtung innerhalb des Behälters angeordnet werden kann. Die dort herrschenden Temperaturen und die Strahlungsbedingungen können die Funktion der Vorrichtung nicht beeinträchtigen.

Da die Vorrichtung innerhalb des Sicherheitsbehälters eines Leichtwasserreaktors einzusetzen ist, sind Leitungsdurchführungen durch die Wand des Sicherheitsbehälters, die die Funkenstrecke mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses verbinden, nicht erforderlich. Dadurch ist auch eine aufwendige Abdichtung einer solchen Leitungsdurchführung nicht notwendig. Darüber hinaus ist die Vorrichtung, da sie kompakt aufgebaut, z. B. in einem Gehäuse untergebracht sein kann, leicht handhabbar. Die Vorrichtung kann mit einfachen Mitteln in einen Behälter eingesetzt und wieder aus ihm entfernt werden. Ein nachträglicher, selbst nur vorübergehender Einbau ist möglich.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist wie folgt aufgebaut:

Eine erste Batterie ist über einen Schalter mit einem Elektromotor verbunden. Mit der Welle des Elektromotors ist mechanisch eine Scheibe verbunden, auf deren Umfang ein Schaltmagnet angeordnet ist. Diese Scheibe wird bei geschlossenem Schalter vom Elektromotor gedreht. Radial von der Scheibe entfernt ist ein Magnetschalter angeordnet. Dieser Magnetschalter wird geschlossen, wenn der Schaltmagnet auf der sich drehenden Scheibe sich ihm angenähert hat. Wenn sich der Schaltmagnet wieder entfernt, wird der Magnetschalter durch eine Rückstellfeder geöffnet. Der Magnetschalter ist Teil eines Stromkreises, der eine zweite Batterie aufweist. In diesem Stromkreis wird durch das Schließen und anschließende Öffnen des Magnetschalters ein Spannungsimpuls erzeugt.

Die Funkenstrecke, der dieser Spannungsimpuls zuzuleiten ist, ist dem Stromkreis, in dem sich der Magnetschalter befindet, zugeordnet.

Diese Vorrichtung kommt vorteilhafterweise ohne Halbleiterbauelemente aus. Der für die Funkenstrecke benötigte Spannungsimpuls wird allein mit einfachen mechanischen und elektrischen Bauteilen erzeugt.

Der Schalter ist beispielsweise so ausgestattet, daß er bei Überschreiten eines bestimmten Druckes oder einer bestimmten Temperatur im Behälter schließt oder aber von Hand zu schließen ist. Es können auch mehrere Schalter, ein druckabhängiger Schalter, ein temperaturabhängiger Schalter und ein Handschalter in Parallelschaltung angeordnet sein.

Beispielsweise kann der Schalter, wenn er geschlossen ist, nur von Hand zu öffnen sein. Dadurch bleibt der Schalter auch dann noch geschlossen, wenn nach einer Druckerhöhung oder einer Temperaturerhöhung Druck oder Temperatur wieder zurückgegangen sind. Solange der Schalter geschlossen ist, werden der Funkenstrecke Spannungsimpulse zugeführt. Erst zu einem späteren Zeitpunkt wird der Schalter von Hand geöffnet.

Beispielsweise ist der Schalter ein bistabiles Relais. Ein solches Relais zeichnet sich dadurch aus, daß es durch getrennte Schalter zu schließen und zu öffnen ist.

Beispielsweise steht die mit dem Motor verbundene Scheibe mit einer Schaltvorrichtung in Verbindung zum Abschalten des Motors bei einer festen Ruhestellung der Scheibe. Mit dieser Schaltvorrichtung wird bewirkt, daß beim Öffnen des Schalters zwischen erster Batterie und Elektromotor der Motor noch so lange weiterläuft, bis der Schaltmagnet so positioniert ist, daß der Magnetschalter geöffnet ist. Mit dieser Schaltvorrichtung wird der Vorteil erzielt, daß bei ausgeschalteter Anlage der Magnetschalter stets geöffnet ist. Eine Entladung der zweiten Batterie kann also nicht erfolgen.

Dem Magnetschalter kann als Schutzschaltung ein Kondensator parallelgeschaltet sein.

Beispielsweise ist die zweite Batterie über den Magnetschalter und einen Transformator mit der Funkenstrecke verbunden. Durch den Transformator wird die für die Zündung des Wasserstoffes an der Funkenstrecke erforderliche elektrische Spannung bereitgestellt.

Zur Primärseite des Transformators kann eine Diode parallel geschaltet sein. Diese arbeitet beim Öffnen des Magnetschalters als Löschdiode für die entstandene Induktionsspannung.

Beispielsweise ist die gesamte Vorrichtung zum Zünden von Wasserstoff in einem druckdichten Gehäuse angeordnet. Damit wird die Vorrichtung vor hohen Drücken, hohen Temperaturen und auch vor Strahleneinwirkungen geschützt.

Nach einem weiteren Beispiel sind die erste und die zweite Batterie der Vorrichtung strahlungs- und temperaturfeste Trockenbatterien.

Mit dem Verfahren und mit der Vorrichtung zum Zünden von Wasserstoff nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Wasserstoff unmittelbar in einem Behälter, der insbesondere ein Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors ist, gezündet werden kann, ohne daß Leitungsdurchführungen durch eine Wand des Behälters zur Versorgung eines Zünders erforderlich wären. Die Vorrichtung ist widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen, hohe Drücke und gegen Strahlung. Sie kann außerdem in einem kompakten Behälter untergebracht sein. Die Vorrichtung ist daher jederzeit mit geringem Aufwand in einen Behälter einzubringen und auch wieder aus ihm zu entfernen. Mit dieser Vorrichtung kann entstandener Wasserstoff schnell und zuverlässig gezündet werden.

Eine Vorrichtung, die geeignet ist, ein Verfahren zum Zünden von Wasserstoff in einem Behälter, insbesondere in einem Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors, durchzuführen, wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur besseren Verdeutlichung ist die eine Hälfte der Vorrichtung in Fig. 1 und die andere Hälfte in Fig. 2 dargestellt. Die Scheibe 15 in Fig. 2 entspricht dabei der Scheibe 15 in Fig. 1.

Zum Zünden von Wasserstoff in einem Behälter dient eine Funkenstrecke 1 nach Fig. 2. Damit ein Funken entstehen kann, ist der Funkenstrecke 1 ein Spannungsimpuls zuzuleiten. Zum Erzeugen eines solchen Spannungsimpulses dient die im folgenden beschriebene Anlage. Eine erste Batterie 2 nach Fig. 1 steht über einen Schalter 3 mit einem Elektromotor 4 in Verbindung. Der Schalter 3 enthält ein bistabiles Relais 5, bestehend aus einem Kippschalter 6, der durch eine erste Spule 7 in Verbindung mit einem Kondensator 8 geschlossen und durch eine zweite Spule 9 geöffnet wird. Zum Schließen des Kippschalters 6 steht die erste Batterie 2 über Einzelschalter 10, 11, 12 mit dem Kondensator 8 und der ersten Spule 7 in Verbindung. Wenn einer der Einzelschalter 10, 11, 12 geschlossen ist, wird auch das Relais 5 geschlossen und der Elektromotor 4 läuft an. Der erste Einzelschalter 10 schließt, wenn die Temperatur im Behälter einen Schwellenwert übersteigt. Der zweite Einzelschalter 11 schließt, wenn der Druck im Behälter einen Schwellenwert übersteigt. Der dritte Einzelschalter 12 kann von Hand geschlossen werden. Zum Öffnen des Relais 5 und damit zum Anhalten des Elektromotores 4steht die erste Batterie 2 über einen weiteren Einzelschalter 13 mit der zweiten Spule 9 in Verbindung. Dieser weitere Einzelschalter 13 ist nur von Hand zu betätigen. Selbst wenn Druck oder Temperatur die gegebenen Schwellenwerte wieder unterschritten haben, bleibt das Relais 5 geschlossen und damit der Elektromotor 4 in Betrieb bis der weitere Einzelschalter 13 betätigt wird.

Der Elektromotor 4 steht über eine Welle 14 mit einer Scheibe 15 mechanisch in Verbindung. Die Scheibe 15 wird durch den Elektromotor 4 um ihre Achse gedreht. Auf der Scheibe 15 ist an ihrem Rand ein Schaltmagnet 16 angeordnet. Der Scheibe 15 mit dem Schaltmagnet 16 zugeordnet befindet sich nach Fig. 2 radial von der Scheibe 15 entfernt ein Magnetschalter 17. Wenn der Schaltmagnet 16 auf der Scheibe 15 zwischen der Drehachse der Scheibe 15 und dem Magnetschalter 17 diesem am nächsten kommt, ist der Magnetschalter 17 bedingt durch die vom Schaltmagneten 16 ausgehenden Kraft geschlossen. Wenn der Schaltmagnet 16 vom Magnetschalter 17 entfernt ist, ist dieser durch die Kraft einer Rückstellfeder 18 geöffnet. Der Magnetschalter 17 befindet sich in einem Stromkreis, der eine zweite Batterie 19, einen Hochspannungstransformator 20 und die Funkenstrecke 1 aufweist. Bei geschlossenem Magnetschalter 17 wird in der Funkenstrecke 1 ein Funken erzeugt, der Wasserstoffgas entzünden kann. Als Schutzschaltung ist parallel zum Magnetschalter 17 ein Kondensator 21 angeordnet. Parallel zur Primärseite des Transformators 20 ist eine Diode 22 angeordnet. Sie dient beim Öffnen des Magnetschalters 17 als Löschdiode für eine entstandene Induktionsspannung.

Damit beim Öffnen des bistabilen Relais 5 nach Fig. 1, das an einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann, der Magnetschalter 17 nach Fig. 2 nicht geschlossen bleibt, wodurch die zweite Batterie 19 schnell entladen würde, ist die Scheibe 15 nach Fig. 1 mit einer Schaltvorrichtung 24 für die Endabschaltung verbunden. Dazu ist die Scheibe 15 nicht rund ausgebildet, sondern weist eine Abflachung 15a auf. Am Umfang der Scheibe 15 liegt eine Feder 23 an, deren Anliegepunkt beim Drehen der Scheibe 15 deren Umfang folgt. Mit der Feder 23 ist die Schaltvorrichtung 24 verbunden, die dann geöffnet ist, wenn die Feder 23 an der Abflachung 15a anliegt. Sonst ist die Schaltvorrichtung 24 geschlossen. Die Schaltvorrichtung 24 befindet sich in einer Verbindungsleitung 25 zwischen der ersten Batterie 2 und dem Elektromotor 4. Über diese Verbindungsleitung 25 wird bei geöffnetem Relais 5 der Motor 4 noch so lange betrieben, bis die Scheibe 15 die gewünschte Stellung einnimmt, wobei der Schaltmagnet 16 nach Fig. 2 möglichst weit vom Magnetschalter 17 entfernt ist und dadurch der Magnetschalter 17 geöffnet ist.

Falls die Temperatur im Behälter, der beispielsweise ein Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors ist, einen Schwellenwert übersteigt, wird der erste Einzelschalter 10 nach Fig. 1 geschlossen. Falls der Druck einen Schwellenwert übersteigt, wird der zweite Einzelschalter 11 geschlossen. Von Hand kann der dritte Einzelschalter 12 geschlossen werden. Wenn mindestens einer der Einzelschalter 10, 11, 12 geschlossen ist, wird das bistabile Relais 5 geschlossen und der Elektromotor 4 wird in Betrieb gesetzt. Zum Öffnen des bistabilen Relais 5 und damit zum Anhalten des Elektromotores 4 dient der weitere Einzelschalter 13. Vom Motor angetrieben wird die Scheibe 15 gedreht, auf der der Schaltmagnet 16 angeordnet ist. Immer wenn der Schaltmagnet 16 dem Magnetschalter 17 nach Fig. 2 am nächsten kommt, wird der Magnetschalter 17 geschlossen. Danach wird er durch die Rückstellfeder 18 wieder geöffnet. Bei geschlossenem Magnetschalter 17 liegt eine durch den Transformator 20 verstärkte Spannung an der Funkenstrecke 1 an. Es wird ein Funken erzeugt, der im Behälter befindlichen Wasserstoff zünden kann.

Die gesamte Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 kann innerhalb eines Behälters, der durch Behälterwände 26 begrenzt ist, in einem Gehäuse 27 angeordnet sein, das den Bedingungen im Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors standhält.

Die verwendeten Bauteile sind widerstandsfähig gegen hohe Drücke, hohe Temperaturen und auch gegen Strahlung. Es kann daher die gesamte Vorrichtung im Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors untergebracht werden, ohne daß Leitungsdurchführungen durch eine Wand des Sicherheitsbehälters erforderlich wären. Dadurch ist auch ein kurzfristiger Einsatz möglich.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Zünden von Wasserstoff in einem Behälter, insbesondere in einem Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors, mit einer im Behälter angeordneten Funkenstrecke (1), die mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im Behälter anzuordnende, mit der Funkenstrecke (1) verbundene Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsimpulses besteht:

    aus einer ersten Batterie (2), die über einen Schalter (3) mit einem Elektromotor (4) verbunden ist,

    aus einer mit dem Elektromotor (4) mechanisch verbundenen Scheibe (15), auf deren Umfang ein Schaltmagnet (16) angeordnet ist, und

    aus einem radial von der Scheibe (15) entfernt angeordneten Magnetschalter (17), der Teil eines Stromkreises ist, der eine zweite Batterie (19) aufweist, und daß diesem Stromkreis die Funkenstrecke (1) zugeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (3) bei Überschreiten eines Schwellenwertes des Druckes oder der Temperatur im Behälter oder von Hand zu schließen ist.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (3) von Hand zu öffnen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (3) ein bistabiles Relais (5) umfaßt.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (15) mit einer Schaltvorrichtung (24) in Verbindung steht zum Abschalten des Motors (4) bei einer festen Ruhestellung der Scheibe (15).
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Batterie (19) über den Magnetschalter (17) und einen Transformator (20) mit der Funkenstrecke (1) verbunden ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Batterie (2) und die zweite Batterie (19) strahlungs- und temperaturfeste Trockenbatterien sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem druckdichten Gehäuse (27) angeordnet ist.






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