Die Erfindung betrifft eine Schnellöffnungsarmatur für die Kühlmittelversorgung einer Kühlanlage, insbesondere für die Kühlung eines Kernschmelzeauffangbehälters unterhalb eines Kernreaktors, mit einer schwenkbar in einem Klappengehäuse angeordneten Klappenscheibe, die über eine aus dem Klappengehäuse herausgeführte Betätigungswelle mit einem Betätigungsmechanismus verbunden ist, der bei Bereitschaftsstellung der Schnellöffnungsarmatur die Betätigungswelle der Klappenscheibe in der Schließstellung hält und nach Auslösung der Schnellöffnungsfunktion die Betätigungswelle der Klappenscheibe durch Schwerkraft im Öffnungssinne beaufschlagt.

Als Kühlmittel für die Kühlung von Kernschmelze Auffangbehältern, sogenannten Core-Catchern, unterhalb von Kernreaktoren verwendet man beispielsweise Borwasser, welches während der gesamten Laufzeit des Kernkraftwerks in geeigneten Behältern oder Becken bereitgehalten wird, um im Falle einer Kernschmelze schnell und in ausreichender Menge zur Verfügung zu stehen. Im Zuleitungssystem zwischen diesen Vorratsbehältern und dem Kernschmelzenauffangbehälter sind Schnellöffnungsarmaturen, sogenannte Floating-Valves angeordnet, die im Katastrophenfall absolut sicher ansprechen müssen. Aus Sicherheitsgründen müssen diese Schnellöffnungsarmaturen einer Reihe von strengen Anforderungen genügen. Insbesondere dürfen diese Schnellöffnungsarmaturen für Ihre Schnellöffnungsfunktion auf keinerlei Energiezufuhr angewiesen sein, und zwar weder für den Öffnungsvorgang selbst, noch für dessen Ansteuerung. Die Schnellöffnungsarmatur muss also absolut passiv funktionsfähig sein. Nach dem Stand der Technik sind Schnellöffnungsarmaturen der oben angegebenen Art bekannt, bei denen der Betätigungsmechanismus von einem mit der Betätigungswelle der Klappenscheibe verbundenen Hebelarm gebildet wird, der an seinem freien Ende mit einem Fallgewicht verbunden ist, dessen Gewicht über den Hebelarm die Betätigungswelle der Klappenscheibe im Öffnungssinne beaufschlagt. Außerdem greift an diesem Hebelarm ein Zugseil an, dessen Zugkraft den Hebelarm und damit die Betätigungswelle der Klappenscheibe im Schließsinne belastet und somit die Schnellöffnungsarmatur während der Bereitschaftsstellung in der Schließstellung hält. Über die an diesem Zugseil angreifende Zugkraft hat man zugleich das Schließmoment der Klappenscheibe im Griff.

Das oben erwähnte Zugseil wird über Rollen oder andere geeignete Umlenkungen derart unter dem Kernreaktor hindurchgeführt, dass es im Falle einer Kernschmelze zerstört wird und den mit dem Fallgewicht verbundenen Hebelarm freigibt, wodurch die Schnellöffnungsfunktion der Schnellöffnungsarmatur eingeleitet wird und der freigegebene Hebelarm unter dem Gewicht des Fallgewichts die Klappenscheibe in die Öffnungsstellung verschwenkt.

Ein Problem bei der nach dem Stand der Technik bekannten Schnellöffnungsarmatur der oben diskutierten Art besteht darin, dass sich die metallischen Dichtungen der Klappenscheibe während der sehr langen Bereitschaftszeiten allmählich an den ebenfalls metallischen Dichtsitzen des Klappengehäuses festsetzen, z. B. durch mineralische Ablagerungen aus dem Kühlmittel oder durch chemische Veränderungen an den metallischen Dichtflächen. Das kann zur Folge haben, dass das von dem Betätigungshebel und dem Fallgewicht auf die Betätigungswelle ausgeübte Öffnungsmoment nicht ausreicht, den Öffnungsvorgang einzuleiten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Schnellöffnungsarmatur der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass nach Einleitung der Öffnungsfunktion ein sehr großes Losbrechmoment zur Verfügung gestellt wird, welches ausreicht, den Öffnungsvorgang der in der Schließstellung festsitzenden Klappenscheibe einzuleiten. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Schnellöffnungsarmatur der eingangs genannten Art vor, dass zwischen dem Betätigungsmechanismus und der Betätigungswelle eine Freilaufkupplung angeordnet ist, die nach Auslösung der Schnellöffnungsfunktion eine Übertragung des Drehmoments von dem Betätigungsmechanismus auf die Betätigungswelle erst zulässt, nachdem sich der Betätigungsmechanismus über den Freiweg der Freilaufkupplung mit kinetischer Energie aufgeladen hat.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Freilaufkupplung bewirkt, dass sich der Betätigungsmechanismus, d. h. beim oben diskutierten Ausführungsbeispiel der Hebelarm mit dem Fallgewicht, nach Auslösung der Schnellöffnungsfunktion zunächst im freien Fall über den Freiweg der Freilaufkupplung bewegt und sich dabei mit kinetischer Energie auflädt, die am Ende des Freiweges der Freilaufkupplung schlagartig freigesetzt wird und für ein sehr hohes, im Öffnungssinne gerichtetes Losbrechmoment an der Klappenscheibe sorgt. Dabei sind natürlich die Masse des Fallgewichts, die Länge des Hebelarms und die Länge des Freiweges der Freilaufkupplung so aufeinander abgestimmt, dass das erzeugte Losbrechmoment auf jeden Fall ausreicht, die möglicherweise festsitzende Klappenscheibe aus der Schließstellung zu lösen.

Für den durch Schwerkraft im Öffnungssinne wirkenden Betätigungsmechanismus sind - abweichend vom oben diskutierten Hebelarm mit Fallgewicht - natürlich sehr unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen denkbar. Bevorzugt wird allerdings der bereits oben diskutierte Hebelarm mit Fallgewicht, weil der Betätigungsmechanismus in diesem Fall am wenigsten bewegliche Teile hat und deshalb besser langzeitstabil und wartungsarm ist. Zweckmäßig sind weiterhin die gegeneinander beweglichen Teile der Freilaufkupplung mit zusammenwirkenden Anschlagflächen versehen, die das Ende des Freiweges der Freilaufkupplung schlagartig begrenzen. Diese Anschlagflächen bewirken für die bewegten Massen von Fallgewicht und Hebelarm am Ende des Freiweges der Freilaufkupplung einen außerordentlich kurzen Verzögerungsweg und damit ein besonders hohes Losbrechmoment. Schließlich ist vorgesehen, dass die Betätigungswelle der Klappenscheibe in der Öffnungsstellung der Klappenscheibe fixierbar ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Schnellöffnungsventil nach dem Öffnungsvorgang nicht wieder in die Schließstellung zurückbewegt werden kann, beispielsweise durch zurückfließendes Kühlmedium.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : Die Schnellöffnungsarmatur gemäß der

Erfindung perspektivisch; Fig. 2: einen axialen Längsschnitt durch das

Gehäuse der Schnellöffnungsarmatur gemäß der Erfindung mit darin angeordneter Klappenscheibe;

Fig. 3: perspektivisch eine Detailansicht der

Freilaufkupplung; Fig. 4: einen axialen Schnitt durch die

Freilaufkupplung gemäß der Erfindung; Fig. 5: schematisch die Funktion der

Schnellöffnungsarmatur gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung ist das Klappengehäuse der Schnellöffnungsarmatur mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Im Inneren des Klappengehäuses 1 befindet sich ein Durchtrittskanal 2, dessen Querschnitt durch eine um etwas weniger als 90° verschwenkbare Klappenscheibe 3 absperrbar ist. Die Klappenscheibe 3 sitzt auf einer den Durchtrittskanal 2 querenden Betätigungswelle 4, die an einer Seite aus dem Klappengehäuse 1 herausgeführt ist.

Die Betätigungswelle 4 ist über eine Freilaufkupplung 5 mit einem Hebelarm 6 verbunden, dessen freies Ende mit einem Fallgewicht 7 verbunden ist, dessen Gewicht über den Hebelarm 6 auf die Betätigungswelle 4 ein im Öffnungssinne der Klappenscheibe 3 gerichtetes Moment ausübt.

Die Besonderheit der Erfindung liegt in der Anordnung und Ausgestaltung der Freilaufkupplung 5 zwischen dem Hebelarm 6 und der Betätigungswelle 4. Die wichtigsten Einzelheiten dieser Freilaufkupplung 5 ergeben sich aus den Figuren 3 und 4.

Die Freilaufkupplung 5 weist eine drehfest mit der Betätigungswelle 4 verbundene erste Kupplungshälfte 10 und eine drehfest mit dem Ende des Hebelarms 6 verbundene zweite Kupplungshälfte 11 auf, die verdrehbar auf dem äußersten Ende der Betätigungswelle 4 gelagert ist und durch einen Stützring 13 axial abgestützt ist. Beide Kupplungshälften 10 und 11 sind um einen begrenzten Winkelweg (Freiweg a) gegeneinander verdrehbar. Die Begrenzung des Freiwegs α der Freilaufkupplung 5 erfolgt durch Zusammenwirken von Anschlagflächen 10a und 11 a an den beiden Kupplungshälften 10 und 11.

Weiterhin ist der mit der Betätigungswelle 4 drehfest verbundenen Kupplungshälfte 10 eine Arretierungsvorrichtung 12 zugeordnet, die die Betätigungswelle 4 drehfest an dem Gehäuse 1 fixiert, sobald die Klappenscheibe 3 die volle Öffnungsstellung erreicht hat. Die in der Zeichnung dargestellte Schnellöffnungsarmatur funktioniert wie im Folgenden anhand von Figur 5 erläutert wird:

Die Figur 5 zeigt in ausgezogenen Linien schematisch die Schnellöffnungsarmatur in der Schließstellung. Zur Aufrechterhaltung der Schließstellung greift am freien Ende des Hebelarms 6 ein Zugseil an, dessen Zugkraft durch den Pfeil F angedeutet ist. Im Falle einer Kernschmelze wird dieses nicht dargestellte Zugseil zerstört, so dass dessen Zugkraft F wegfällt. Nach Wegfall der Zugkraft F fallen das Fallgewicht 7 und der Hebelarm 8 unter Einwirkung der Schwerkraft über den Freiweg α der Freilaufkupplung 5 frei nach unten und laden sich dabei mit kinetischer Energie auf. Die eingespeicherte kinetische Energie wird schlagartig freigesetzt, wenn das Ende des Freiweges α der Freilaufkupplung 5 erreicht wird und die Anschlagflächen 10a und 11 a der Kupplungshälften 10 und 11 der Freilaufkupplung 5 aneinander anschlagen. Die schlagartig freigesetzte kinetische Energie erzeugt ein starkes, im Öffnungssinne gerichtetes Losbrechmoment, unter dessen Einfluss sich die Klappenscheibe 3 auch dann von den zugehörigen Sitzen des Klappengehäuses 1 löst, wenn diese durch Anbackung oder Verkrustung festsitzt. Nach Lösen der Klappenscheibe 3 aus der Schließstellung wird sie unter Einwirkung der Schwerkraft über dem Öffnungswinkel ß in die Offenstellung verschwenkt. In der Offenstellung wird die Klappe mit Hilfe der Arretierungsvorrichtung 12 am Gehäuse 1 fixiert.