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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablassen eines geschmolzenen
Materials, wie etwa Glas, aus einem Tiegel, dessen Wände und
Boden zumindest teilweise gekühlt
sind.
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Die
Erfindung betrifft auch eine dieses Verfahren anwendende Ablassvorrichtung.
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Die
Erfindung eignet sich zum Ablassen jedes in einem Tiegel enthaltenen
geschmolzenen Materials, dessen Wände und Boden zumindest teilweise
gekühlt
werden. Eine bevorzugte Anwendung betrifft das Einglasen nuklearer
Abfälle
von sehr hoher Radioaktivität.
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Stand der
Technik
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Um
ein Material wie etwa Glas zu schmelzen, kann man es bekanntlich
im festen Zustand in einen Tiegel geben, wo es dann, zum Beispiel
mittels Induktionserwärmung,
zum Schmelzen gebracht wird.
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Um
die Lebensdauer des Tiegels zu erhöhen, indem man ihn auf einer
relativ niedrigen Temperatur hält,
kann man, was ebenfalls bekannt ist, seine Wände und seinen Boden zumindest
teilweise kühlen.
Diese Kühlung
kann insbesondere in Form eines Wasserkreislaufs realisiert werden.
Dies hat die Wirkung, dass sich durch den Kontakt mit den gekühlten Teilen
der Wände
und des Bodens des Tiegels eine feste Schicht aus erstarrtem Glas
bildet, welche diese Teile von dem geschmolzenen Material trennt.
Man kann also Materialien wie etwa Glas mit hohen Temperaturen (über 1150°C) einschmelzen, ohne
den Tiegel allzu oft ersetzen zu müssen.
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Wenn
diese bekannte Technik für
das Einglasen nuklearer Abfälle
von sehr hoher Radioaktivität benutzt
wird, werden die Abfälle
in die in dem Tiegel enthaltene Glasschmelze eingeschmolzen. Die
diese Abfälle
enthaltende Glascharge wird anschließend durch eine zu diesem Zweck
im Boden des Tiegels vorgesehene Ablassvorrichtung in einen unter
dem Tiegel befindlichen Behälter
entleert.
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Die
Erhöhung
der Lebensdauer der Tiegel, die man durch die Kühlung der Wände und des Bodens dieses Tiegels
erzielt, ist bei dieser Anwendung besonders vorteilhaft. Die ausgedienten
Tiegel bilden nämlich
radioaktive Abfälle,
die man konditionieren und lagern muss.
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Zudem,
wenn die Tiegel mit gekühlten
Wänden
und Boden zum Einglasen nuklearer Abfälle benutzt werden, bilden
sie Abfälle,
deren Radioaktivitätsniveau
niedriger ist als das der nicht gekühlten Tiegel. Das geschmolzene
Glas schrumpft nämlich beim
Kontakt mit den gekühlten
Wänden,
so dass das erstarrte Glas nicht an diesen haftet. Der Tiegel kann
also vor der Ausmusterung einwandfrei gereinigt werden, im Gegensatz
zu einem nichtgekühlten Tiegel,
an dem immer noch – selbst
nach der Reinigung – feste,
verkrustete, sehr radioaktive Glaspartikel haften.
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Um
das in einem Tiegel enthaltene geschmolzene Material abzulassen,
kennt man verschiedene Entleerungstechniken.
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Nach
einer ersten Technik benutzt man einen Abflussstutzen, der den Boden
des Tiegels vertikal durchquert und sich unter diesem über eine
bestimmt Höhe
erstreckt. Die Kühlung
des Stutzens ermöglicht,
in seinem Innern einen Glasstopfen auszubilden, der normalerweise
die Entleerung des Tiegels verhindert. Wenn man eine Entleerung
durchführen möchte, erwärmt man
den Stutzen, zum Beispiel mit Hilfe eines zusätzlichen Induktionserwärmungssystems.
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Diese
Entleerungstechnik hat verschiedene Nachteile:
- – die Abflussstutzen
sind Verschleißteile
von geringer Lebensdauer;
- – wenn
der Stutzen erhitzt wird, um eine Entleerung durchzuführen, fällt der
blockartige Stopfen in das flüssige
Glas, was Spritzer verursacht und ungünstig ist, wenn das Glas hochradioaktive
Abfälle
enthält;
- – die
Kühlung
des Abflussstutzens erfolgt mit einer sehr großen Trägheit, so dass es unmöglich ist,
die Abflussmenge zu kontrollieren und den Abfluss schnell zu stoppen.
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Eine
andere Entleerungstechnik wird insbesondere in dem Dokument FR-A-2
704 634 beschrieben.
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In
diesem Fall umfasst die Ablassvorrichtung eine den gekühlten Boden
des Tiegels durchquerende runde Ablassöffnung, ein gekühltes Schieberventil zum
kontrollierten Öffnen
und Schließen
dieser Öffnung
sowie einen in die Ablassöffnung
eingefügten, ebenfalls
runden Stutzen. Bei dieser Vorrichtung hat der generell aus Molybdän hergestellte
metallische Stutzen eine Temperatur, die sich von der des Bodens
des Tiegels unterscheidet, und er ragt auf der Innenseite des Bodens
aus diesem nach oben heraus, so dass er die auf dem Boden des Tiegels
vorhandene erstarrte Glasschicht durchquert und in die Glasschmelze
hineinragt.
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Wenn
der Schieber des Ventils geschlossen ist, bildet sich in dem metallischen
Stutzen ein fester Stopfen aus Glas, der Kontakt hat mit der gekühlten Oberfläche des
Schiebers. Das Ventil ist also auch von der Glasschmelze getrennt,
so dass seine Lebensdauer annähernd
dieselbe wie die des Tiegels ist und es ebenso effizient gereinigt
werden kann.
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Wenn
man Ablassen will, Öffnet
man den Schieber des Ventils. Da der Metallstutzen und der Glasstopfen,
der sich in ihm gebildet hat, keinen Kontakt mit dem gekühlten Schieber
mehr haben, nimmt die Viskosität
des mit dem Stutzen Kontakt habenden heißen Glases ab, was die Elimination
des festen Glasstopfens ermöglicht,
der aufgrund der Schwerkraft nach unten fällt. Die Stellung des Ventilschiebers
ermöglicht
anschließend,
die Durchflussmenge an geschmolzenem Glas zu regulieren, indem die Ablassöffnung mehr
oder weniger weit geöffnet
wird.
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Diese
Abflussvorrichtung hat auch gewisse Nachteile.
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Ein
erster Nachteil betrifft die Oxidation des Abflussstutzens. Man
stellt nämlich
fest, dass die Flächen
des Stutzens, die Kontakt mit der Luft haben, am Ende der Entleerung
oxidiert sind. Dies reduziert die Lebensdauer des Stutzens, was
dem angestrebten Zweck entgegenwirkt, darin bestehend, einen gekühlten Tiegel
zu benutzen, um dessen Lebensdauer zu erhöhen.
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Ein
Nachteil der in dem Dokument FR-A-2 704 beschriebenen Vorrichtung
ist ein permanenter Glasrückstand
am Ende der Entleerung. Da der Stutzen ein Stück aus dem Boden des Tiegels
herausragt, ist die Entleerung nicht vollständig. Dies kann Probleme verursachen,
insbesondere in dem Fall, wo das in dem Tiegel enthaltene geschmolzene
Material ein Glas mit einem hohen Gehalt an Platinoiden ist. Wenn
diese Elemente nämlich
nicht wieder in Suspension gehalten werden, setzen sie sich auf
dem Boden des Tiegels ab. Dies kann zu Funktionsstörungen elektrischen
Ursprungs führen,
zum Beispiel zu Lichtbögen,
die ein lokales Schmelzen der oberen Wand der Doppelwandstruktur
verursachen können, die
den Boden des Tiegels bildet. Dieses Schmelzen kann zu Löchern in
der genannten oberen Wand führen,
durch die Kühlwasser
in den Tiegel eindringen kann.
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In
einem solchen Fall besteht die einzige Lösung darin, den Ablassöffnungsstutzen
wegzulassen. Dann riskiert man aber, dass ein Ablassen nicht möglich ist.
Wenn nämlich
das geschmolzene Material ein ziemlich schlechter Wärmeleiter
ist und einen besonders hohen Schmelzpunkt hat, wie dies insbesondere
der Fall der Glasarten mit einem hohen Gehalt an Platinoiden ist,
kommt es nach Öffnung
des Ventils fast nie zu einem Abfließen der Glasschmelze. Tatsächlich verformt
sich der Glasstopfen dann unter der Wirkung seiner Erhitzung und
der Glaslast in dem Tiegel, ehe er eine Gleichgewichtsposition einnimmt,
die das Schließen
des Ventilschiebers verhindert.
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Darstellung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Ablassen eines in einem Tiegel enthaltenen geschmolzenen Materials wie
etwa Glas ohne die Nachteile der bekannten Ablasstechniken vorzuschlagen,
wobei insbesondere die genaue Beherrschung von Beginn, Ende und Durchsatz
des Ablassvorgangs gewährleistet
ist und Teile verwendet werden, deren Lebensdauer mit derjenigen
eines kalten bzw. gekühlten
Tiegels vergleichbar ist. Außerdem
ist der Abflussvorgangs gut reproduzierbar, versacht keine Glasspritzer
und ermöglicht
eine gute Kontrolle und eine gute Stabilität des Strahls aus geschmolzenem
Glas, unabhängig von
der Glasart und ohne Glasrückstand
am Ende der Entleerung.
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Erfindungskonform
erhält
man dieses Resultat mittels eines Verfahrens zum Ablassen eines
geschmolzenen Materials, enthalten in einem Tiegel, dessen Boden
zumindest teilweise gekühlt
wird, um eine erstarrte Schicht des Materials zu bilden, dass Kontakt
hat mit diesem Boden, wobei man bei diesem Verfahren den Ablassvorgang
durchführt,
indem man ein ebenfalls gekühltes
Ventil öffnet,
das anfänglich
eine Ablassöffnung
verschließt,
die in dem Boden des Tiegels ausgebildet ist, und dieses Verfahren
dabei dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Ablassöffnung benutzt,
deren Form von oben gesehen länglich
ist, und dadurch, dass man das Ablassen an einem ersten Ende der
genannten Öffnung
einleitet, indem man eine Wärmbrücke zwischen
einem das genannte erste Ende abgrenzenden Teil des Bodens und dem
in dem Tiegel über
der genannten erstarrten Schicht enthaltenen geschmolzenen Material
ausbildet.
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Indem
man also die übliche
runde Form der Ablassöffnung
ersetzt durch eine längliche
Form und eine Wärmbrücke zwischen
einem der Enden dieser Öffnung
und dem geschmolzenen Material ausbildet, stellt man sicher, dass
man den Abfluss des geschmolzenen Materials einleiten kann, unabhängig von
seiner Art und ohne die Gefahr, dass nach dem Ende der Entleerung
noch ein Rückstand
vorhanden ist.
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Da
sich die Wärmebrücke total
im Innern des Tiegels befindet, hat sie nie Kontakt mit Luft, so
dass das Risiko einer Oxidation gering ist. Ihre Lebensdauer ist
folglich ebenso groß wie
die des gesamten Tiegels.
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Außerdem ermöglicht die
Anordnung der Wärmebrücke an einem
Ende einer länglichen
Ablassöffnung,
den Abfluss kontrolliert und reproduzierbar einzuleiten.
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Insbesondere
schmilzt der durch das Material gebildete Stopfen progressiv von
diesem Ende aus, so dass im Gegensatz zu allen bekannten Techniken
nicht die Gefahr von Spritzern besteht, verursacht durch den Sturz
des festen Stopfens.
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Vorzugsweise
bildet man die Wärmebrücke, indem
man einen Stab aus einem wärmeleitfähigen Material
in dem Tiegel anordnet, in Kontakt mit dem Teil des Bodens längs des
ersten Endes der Ablassöffnung.
Die Temperatur des abfließenden
Glases ist jedoch auf die Schmelztemperatur des die Wärmebrücke bildenden
Materials beschränkt.
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Bei
einer bevorzugten Realisierungsart verwendet man ein Ventil mit
einem gekühlten
Schieber, der unter der Ablassöffnung
verschiebbar ist, gemäß einer
Längsachse
von dieser.
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Vorzugsweise
lokalisiert man die Einleitung des Ablassvorgangs gemäß der Längsachse
der Ablassöffnung,
indem man dem ersten Ende von dieser und einem Angriffsende des
gekühlten
Schiebers Formen gibt, die jeweils konvex und konkave sind und auf
die Längsachse
zentriert sind. Das erste Ende der Ablassöffnung ist vorzugsweise im
Wesentlichen V-förmig.
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Bei
der bevorzugten Realisierungsform der Erfindung verwendet man einen
Tiegel, dessen Boden um die Ablassöffnung herum eine relativ kleine Dicke
aufweist. Diese Charakteristik erleichtert nach dem Öffnen des
Ventils das Schmelzen des Stopfens, der sich in der Ablassöffnung gebildet
hatte.
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Aus
demselben Grund hat Boden des Tiegels vorzugsweise keine Kühleinrichtungen
in unmittelbarer Nähe
der Ablassöffnung.
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Die
Erfindung hat auch einen Tiegel mit einer Vorrichtung zum Ablassen
eines in dem Tiegel enthaltenen geschmolzenen Materials zum Gegenstand,
wobei der Tiegel einen Boden umfasst und Einrichtungen, um diesen
wenigstens teilweise zu kühlen,
um eine erstarrte Schicht aus dem Material zu bilden, das mit dem
Boden Kontakt hat, und die Ablassvorrichtung ein Ventil, Kühleinrichtungen
von diesem und eine Ablassöffnung
umfasst, ausgebildet in dem Boden des Tiegels und normalerweise
verschlossen durch das Ventil, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ablassöffnung
in der Draufsicht eine längliche
Form aufweist, und dadurch, dass die eine Wärmebrücke bildenden Einrichtungen
eingefügt
sind zwischen einem das genannte erste Ende der Ablassöffnung abgrenzenden
Teil des Bodens und dem in dem Tiegel über der genannten erstarrten
Schicht enthaltenen geschmolzenen Material.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nun
wird beispielartig und nicht einschränkend eine bevorzugte Realisierungsart
der Erfindung beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen:
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die 1 ist
eine schematische Schnittansicht, die einen Teil einer Kalttiegel-Schmelzanlage mit
einer erfindungsgemäßen Ablassvorrichtung
darstellt;
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die 2 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Ablassvorrichtung der in
der 1 dargestellten Anlage detaillierter zeigt; und
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die 3A bis 3D sind
der 1 vergleichbare schematische Schnittansichten,
welche die vier aufeinanderfolgenden Schritte des erfindungsgemäßen Ablassverfahrens
zeigen.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Realisierungsart der Erfindung
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Wie
die 1 sehr schematisch zeigt, umfasst eine Kalttiegel-Schmelzanlage
zur Einglasen nuklearer Abfälle
von sehr hoher Radioaktivität
einen permanent gekühlten
Tiegel 10, Leitungen 12 und 14 zum Einfüllen jeweils
des Glases und der Abfälle
in den Tiegel 10, Heizeinrichtungen 16 wie zum
Beispiel eine den Tiegel umgebende Induktionserwärmungseinrichtung, eine Ablassvorrichtung 18 und
einen Behälter 20,
angeordnet unter dem Tiegel 10, zur Aufnahme des geschmolzenen
Glases bei der Betätigung
der Ablassvorrichtung.
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Der
Tiegel 10 umfasst eine zum Beispiel zylindrische Umfangswand 22 sowie
einen ebenen Boden 24, auch "Sohle" genannt. Die Wand 22 und der Boden 24 des
Tiegels 10 sind wenigstens teilweise mit unabhängigen Kühleinrichtungen
versehen. Bei der dargestellten Realisierungsart bestehen diese Kühleinrichtungen
aus einem Wasserumlauf mit geregelter Temperatur – mit zum
Beispiel 20°C – im Innern
der Wände 10 und
des Bodens 24. Diese weisen zu diesem Zweck eine doppelwandige
Struktur auf, wie dargestellt in der 1.
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Wenn
das Glas in fester Form durch die Leitung 12 in den Tiegel 10 eingefüllt worden
ist, wird es eingeschmolzen durch die Inbetriebnahme der Heizeinrichtungen,
hier gebildet durch eine Induktionserwärmungseinrichtung 16.
Gleichzeitig bildet sich unter der kontinuierlichen Wirkung der
Kühleinrichtungen
der Wände 22 und
des Bodens 24 des Tiegels an diesen Wänden und auf dem Boden eine
Schicht 26 aus erstarrtem Glas. Die in dem Tiegel 10 enthaltene Glasschmelze 28 ist
also durch die erstarre Glasschicht 26 von den Wänden 22 und
dem Boden 24 getrennt.
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Die
Nuklearabfälle
von sehr hoher Radioaktivität,
die konditioniert werden sollen, lässt man in diesem Stadium durch
die Leitung 14 in die Glasschmelze 28 fallen.
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Wenn
man die die Abfälle
enthaltende Glasschmelze 28 in den unter dem Tiegel 10 angeordneten
Behälter 20 entleeren
will, betätigt
man die Ablassvorrichtung 18.
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Erfindungskonform
umfasst die Ablassvorrichtung 18 eine den Boden 24 des
Tiegels 10 durchquerende Ablassöffnung 30, ein diese Öffnung normalerweise
verschließendes
Schieberventil 32 sowie eine eine Wärmebrücke bildende Einrichtung, deren Realisierung,
Anordnung und Funktion in der Folge beschrieben werden.
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In
der durch den Boden 24 des Tiegels 10 gebildeten
Ebene, das heißt
in der Draufsicht, hat die Ablassöffnung 30 eine längliche
Form und relativ große
Abmessungen. Bei der genauer in der 2 dargestellten
Realisierungsart hat die Ablassöffnung 30 ungefähr die Form
eines Rechtecks mit einem ersten Ende 30a, das konvex und
im Wesentlichen V-förmig ist,
wobei die Spitze des V's
gerundet ist. Noch genauer ist dieses erste Ende 30a der
Ablassöffnung 30 auf
die Längsachse 34 dieser Öffnung zentriert,
das heißt
symmetrisch in Bezug auf diese Achse. Alle anderen Seiten der Öffnung 30 sind
geradlinig. Die Abmessungen der Ablassöffnung 30 sind zum
Beispiel 100 mm × 60
mm.
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In
der Praxis ist die Ablassöffnung
vorteilhafterweise in der Nähe
der Wand 22 des Tiegels 10 ausgebildet, so dass
man die Führungs-
und Steuerungseinrichtungen des Schiebers 22 des Ventils
außerhalb
bzw. mit Abstand von dieser Wand 22 anordnen kann. Dies
ermöglicht,
diese Führungs-
und Steuerungseinrichtungen vor der durch die Glasschmelze abgegebenen
Hitze zu schützen.
Dies reduziert die Gefahren von Funktionsstörungen, zum Beispiel dem Blockieren
des Schiebers 32 aufgrund von Wärmedehnungen der Führungen
oder einem schlechten Funktionieren der Steuerungseinrichtungen.
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Die
Längsachse 32 der
Ablassöffnung 30 ist in
Bezug auf die Wand 22 des Tiegels 10 vorzugsweise
radial ausgerichtet. Das erste Ende 30a der Ablassöffnung 30 ist
dann der Mitte des Tiegels zugekehrt, während das entgegengesetzte
Ende der Öffnung 30 der
Wand 22 zugekehrt ist.
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Außerdem erstrecken
sich die Kühleinrichtungen
des Bodens 24 des Tiegels 10, hier durch eine
doppelwandige Struktur realisiert, nicht bis zu den Rändern der
Ablassöffnung 30.
So hat der zentrale Teil dieser Öffnung
einen relativ großen
Abstand von den Kühleinrichtungen.
Dies ermöglicht,
die verschiedenen Elemente der Ablassvorrichtung auf einer ausreichend
niedrigen Temperatur zu halten, um jede Funktionsstörung zu
vermeiden, dabei aber den Stopfen aus festem Glas, der sich in der
Ablassöffnung 30 bildet,
wenn das Ventil geschlossen ist, nicht zu sehr abzukühlen. Wenn
man dieses öffnet,
wird also der größte Teil
des von der Glasschmelze 28 stammenden Wärmeflusses
zum Stopfen übertragen und
nicht zum Kühlwasser,
das in dem Boden 24 des Tiegels zirkuliert. Diese erleichtert
die Erhitzung des Stopfens, die nötig ist, um das Ablassen einzuleiten. Die
Temperatur der Glasschmelze ist jedoch auf die Schmelztemperatur
des die Wärmebrücke bildenden Metalls
beschränkt.
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Außerdem und
wie insbesondere in der 1 dargestellt, ist die Ablassöffnung 30 in
einem Teil des Bodens 24 des Tiegels 10 ausgebildet,
der relativ dünn
ist. Bei der dargestellten Realisierungsart, wo die Kühlung des
Bodens 24 mit Hilfe einer doppelwandigen Struktur realisiert
wird, in der ein Kühlwasserumlauf
stattfindet, ist die Ablassöffnung 30 in
einem Teil des Bodens 24 ausgebildet, der eine Struktur
mit nur einer Wand aufweist, die mit der oberen Wand dieser doppelwandigen
Struktur fluchtet. Die Dicke dieser einen Wand beträgt zum Beispiel ungefähr 5 mm.
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Festzustellen
ist, dass in der Praxis der Teil des Bodens 24, der die
Ablassöffnung 30 enthält, in dem
Ventilkörper
ausgebildet sein kann, der dazu dient, diese Öffnung zu verschließen. Der
Ventilkörper
ist dann integrierender Bestandteil des Tiegelbodens und umfasst
Kühleinrichtungen,
welche die vorhergehend beschriebenen Merkmale aufweisen.
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Wie
die Wände 22 und
der Boden 24 des Tiegels 10 ist der Schieber 32 des
Ventils mit unabhängigen
Kühleinrichtungen
ausgestattet. Wenn das Ventil geschlossen wird, gewährleisten
diese Kühleinrichtungen
die Kühlung
des Teils des Bodens 24 des Tiegels 10, in dem
sich die Ablassöffnung 30 befindet.
Sie tragen insbesondere zur Bildung eine Stopfens aus festem Glas
in dieser Öffnung
bei. Bei der dargestellten Realisierungsart sind die Kühleinrichtungen
des Schiebers 32 Einrichtungen für einen Kühlwasserumlauf im Innern dieses
Schiebers, der zu diesem Zweck eine doppelwandige Struktur aufweist.
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Der
Schieber 32 befindet sich unter dem Boden 24 des
Tiegels und noch genauer unter dem Teil dieses Bodens, in dem die
Ablassöffnung 30 ausgebildet
ist, um diese Öffnung öffnen und
verschließen zu
können,
indem man ihn verschiebt. Der Schieber 32 ist etwas größer als
die Öffnung 30,
um deren totalen Verschluss zu garantieren, wenn das Ventil geschlossen
ist.
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Der
Schieber 32 hat ein vorderes Ende oder Angriffsende 32a,
das sich in Richtung erstes Ende 30a der Öffnung 30 bewegt,
wenn das Ventil in Verschlussrichtung betätigt wird. Wenn das Ventil
geschlossen ist, befindet sich das Angriffsende 32a etwas
hinter dem ersten Ende 30a der Ablassöffnung 30, so dass
diese total verschlossen ist.
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Wie
die 1 und 2 zeigen, ist das Angriffsende 32a des
Ventilschiebers 32 nach unten spitzwinklig abgeschrägt. Zudem
weist das Angriffsende 32a des Schiebers 32 in
der Draufsicht in der Richtung der Breite der Ablassöffnung eine
konkave Form auf, annähernd
kreisbogenförmig.
Diese konkave Form ist auf die Längsachse 34 der
Ablassöffnung 30 zentriert,
das heißt
in Bezug auf diese Achse symmetrisch angeordnet.
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Die
jeweils konvexen und konkaven Formen der sich gegenüberstehenden
Enden 30a und 32a bilden ein auf die Längsachse 34 zentriertes
Diaphragma, das sich progressiv öffnet,
wenn der Schieber 32 in Öffnungsrichtung betätigt wird.
Wie man in der Folge besser verstehen wird, ermöglicht diese Konzeption, das
Schmelzen des die Ablassöffnung 30 zunächst verschließenden Glasstopfens
an ihrem Ende 30a einzuleiten. Sie ermöglicht auch, dass sich dieses
Schmelzen in Richtung entgegengesetztes Ende der Ablassöffnung entsprechend
ihrer Längsachse 34 fortsetzt.
Derart findet ein kontrolliertes und reproduzierbares Schmelzen
des Glasstopfens statt, ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser
Stopfen in den Behälter 20 stürzt.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt, umfasst die Ablassvorrichtung
außerdem
eine Einrichtung, die in der dargestellten Realisierung eine Wärmebrücke in Form
eines Stabs 36 bildet. Dieser Stab 36, zum Beispiel
aus nichtoxidierendem Stahl, hat in dem Teil Kontakt mit dem Boden 24 des
Tiegels 10, der unmittelbar an das erste Ende 30a der
Ablassöffnung 30 angrenzt.
Noch genauer ist der Stab 36 zum Beispiel auf der Oberfläche des
Bodens 24 festgeschweißt,
in seinem durch eine einfache Wand gebildeten relativ dünnen Teil,
längs des
Rands der Öffnung 30,
der die Spitze des Endes 30a dieser Öffnung bildet. Der Stab 36 bildet
also in der Draufsicht ein gerundetes V, symmetrisch angeordnet
in Bezug auf die Längsachse 34 der
Ablassöffnung 30.
Zudem ragt der Stab 36 nach oben ins Innere des Tiegels 10 hinein,
bis auf eine solche Höhe,
dass sein Oberteil mit dem geschmolzenen Glas 28 Kontakt
hat. Diese Höhe
beträgt
zum Beispiel 30 mm. Der Stab 26 bildet also eine Wärmebrücke zwischen
der Glasschmelze 28 und dem Boden 24 des Tiegels 10,
wobei sie die erstarrte Glasschicht 26 durchquert, die
den Boden bedeckt. Ausgehend von dem Rand der Öffnung 30 hat der
Stab 36 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr 3 mm.
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In
Verbindung mit der länglichen
Form der Ablassöffnung 30 trägt die durch
den Stab 36 gebildete Wärmebrücke dazu
bei, beim Öffnen
des Schiebers 32 das Ablassen am Ende 30a der
Ablassöffnung 30 einzuleiten.
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In
der Folge wird die Betätigung
der erfindungsgemäßen Ablassvorrichtung 18 mit
Bezug auf die 3A bis 3D beschrieben.
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Zu
Beginn (3A) nimmt der Schieber 32 seine
vorgeschobenste Stellung ein. Er verschließt dann die Ablassöffnung 30 total.
Unter der Wirkung der Kühlung
des Bodens 24 des Tiegels und des Schiebers 32 des
Ventils bedeckt eine Schicht aus erstarrtem Glas 26 den
Boden des Tiegels und bildet einen Stopfen, der die Ablassöffnung 30 ausfüllt.
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Wenn
das Ventil geöffnet
wird, zieht der Zylinders 35 (1) den Schieber 32 zurück. Sein
Angriffsende 32a befindet sich dann ungefähr 70 mm von
dem ersten Ende 30a der Ablassöffnung 30 entfernt.
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Drei
oder vier Minuten später
beginnt der Ablassvorgang. Genauer ausgedrückt beginnt der Stopfen aus
erstarrtem Glas, der die Öffnung 30 verschließt und der
jetzt nicht mehr durch den Ventilschieber 32 gekühlt wird,
unter der Wirkung der durch den Stab 36 gebildeten Wärmebrücke am ersten Ende 30a der Öffnung 30 entsprechend
seiner Längsachse 34 zu
schmelzen. Diesen Übergangszustand
stellt die 3B dar.
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Sobald
es begonnen hat, breitet sich das Schmelzen des Glasstopfens sehr
schnell und fast momentan entsprechend der Achse 34 der Öffnung 30 aus,
bis zum Angriffsende 32 des Ventilschiebers, wie dargestellt
in der 3C. In diesem Zustand ist der
Ablassdurchsatz an geschmolzenem Glas maximal, ohne dass feste Glasstücke in den
Behälter 20 stürzen, der
sich unter der Öffnung 30 befindet.
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Die
Ablassmenge wird dann unmittelbar durch eine partielle Schließung des
Ventilschiebers 32 kontrolliert (3D), um
die Glasbadpegeländerung
in dem Tiegel 10 zu kompensieren.
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Man
stoppt den Abfluss, indem man den Ventilschieber 32 schließt. Es bildet
sich dann durch den Kontakt mit dem gekühlten Schieber 32 sofort wieder
ein Glasstopfen. Die Anlage befindet sich dann wieder in dem in
der 3A dargestellten Anfangszustand.
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Die
erfindungsgemäße Ablassvorrichtung
ermöglicht
also, die Verzögerung
bei der Einleitung des Ablassvorgangs sowie die Ablassdurchsatzmenge genau
zu beherrschen.
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Außerdem befindet
sich der aus nichtoxidierendem Stahl realisierte und die Wärmebrücke bildende
Stab 36 zur Gänze
im Innern des Tiegels 10, so dass er keiner Oxidation ausgesetzt
ist. Seine Lebensdauer entspricht folglich der des gesamten Tiegels.
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Außerdem ermöglicht die
Benutzung einer lokalen Wärmebrücke, jeden
Glasrückstand
in dem Tiegel 10 zu vermeiden, wenn dieser total entleert wird
bzw. werden muss.
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Zudem – was Wesentlich
ist – ermöglicht die Kombination
von stabförmiger
Wärmebrücke 36 plus länglicher
Form der Abflussöffnung 30 das
Schmelzen des die Öffnung
total verschießenden
Stopfens von einem Ende dieser Öffnung
zum andern, wenn das Ventil geöffnet
ist. Damit wird vermieden, dass erstarrte Glasstücke in den Behälter stürzen und Spritzer
auslösen.
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Schließlich gewährleisten
die besonderen Formen der Enden 30a der Abflussöffnung und 32a des
Ventilschiebers 32 eine vorteilhafte Zentrierung und Stabilität des Glasschmelzestrahls
beim Ablassen.
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Die
vorangehende Beschreibung betrifft das Ablassen einer hochradioaktive
Nuklearabfälle
enthaltenden Glasschmelze. Das Verfahren und die Vorrichtung nach
der Erfindung eignen sich jedoch zur Entleerung jedes Typs von in
einem gekühlten
Tiegel enthaltenem geschmolzenem Material.