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Gasgekühlter ochtemperaturreaktor mit
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mehreren Kühlkreislaufsträngen Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten
Hochtemperaturreaktor, dessen Kühlkreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche
Stränge (Loops) unterteilt ist, die je in Hintereinanderschaltung mindestens einen
wärmetauschenden Apparat, ein Gebläse, eine koaxial ausgebildete Heißgasleitung
sowie weitere Gasführungen umfassen, wobei der Hochtemperaturreaktor in einer mit
einem Liner ausgekleideten Kaverne und die weiteren Kreislaufkomponenten in mit
Linern ausgekleideten Pods in einem gemeinsamen Spannbetondruckbehälter untergebracht
und die koaxialen Heißgasleitungen in horizontalen Durchbrüchen verlegt sind, die
der Rückführung kalten Gases zum Reaktorkern dienen und im Bodenbereich der Reaktorkaverne
in
einen zwischen dem Liner der Reaktorkaverne und dem Seitenreflektor
befindlichen Ringraum einmünden.
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Derartige Anlagen sind aus den deutschen Offenlegungsschriften 24
55 507 und 24 55 508 bekannt. Bei den dort beschriebenen Anlagen wird die in einem
gasgekühlten IIochtemperaturreaktor gewonnene Wärmeenergie zur Erzeugung von Wasserstoff
für die hydrierende Kohlevergasung ausgenutzt. Dies geschieht mit Hilfe einer Reihe
von Röhrenspaltöfen, die in mit Linern ausgekleideten Pods in der Wandung des Spannbetondruckbehälters
installiert sind. Den Röhrenspaltöfen sind weitere energieverbrauchende Komponenten
wie Dampferzeuger nachgeschaltet, die ebenfalls in Pods in der Druckbehälterwandung
untergebracht sind.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die in einem Hochtemperaturreaktor
erzeugte Wärme an Wärmetauscher abzugeben, die sie zur Weiterverwendung in einer
Prozeßwärmeanlage an ein in einem Zwischenkreislauf umlaufendes Gas übertragen.
Die je in einem Pod in der Druckbehälterwandung installierten Wärmetauscher sind
- wie auch die Röhrenspaltöfen der bekannten Anlage - jeweils durch eine koaxiale
Gasführung mit dem Hochtemperaturreaktor verbunden, wobei die IIeißgasleitung innerhalb
eines horizontalen Durchbruchs zwischen der Reaktorkaverne und dem Pod installiert
ist und der Durchbruch der Rückführung des kalten Gases in den Reaktor dient.
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Fällt bei einer derartigen Anlage in einem der Primärkreislaufstränge
oder Loops das Gebläse aus, so strömt kaltes Gas von dem oberhalb des Reaktorkerns
befindlichen Kaltgassammelraum durch den Ringraum zwischen dem Liner der Reaktorkaverne
und dem Seitenreflektor durch den horizontalen Durchbruch und weitere Kaitgasführungen
rückwärts durch das Gebläse und von dort durch die Wärmetauscher bzw. Röhrenspaltöfen
in die
Ileißgasleitung und vermischt sich in dem unterhalb des Reaktorkerns
befindlichen Heißgassammelraum mit dem 950 0C heißen Kühlgas.
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Um diesen -Bypaß zum Reaktorkern zu unterbinden, ist an dem Gebläse
jedes Loops eine Absperrarmatur vorgesehen. Diese Armaturen sind jedoch wirkungslos,
wenn es zum- Versagen einer koaxialen Gasführung kommt (z.B. Reißen einer Heißgasleitung
oder des Mantels eines Wärmetauschers oder Röhrenspaltofens).
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In diesem Fall bildet sich ein totaler Bypaß zu dem Reaktorkern aus,
der größer ist als der Bypaß über eine nicht schließende Gebläsearmatur.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem auch im Falle des Versagens einer
koaxialen Gasführung die Entstehung eines Bypasses zum Reaktorkern verhindert wird
und die Absperrung eines Primärkreisloops gegen das Gesamtsystem vorgenommen werden
kann, so daß - in Verbindung mit weiteren Absperrmaßnahmen - der Ausbau von Primärkreislaufkomponenten
wie IIeißgasleitungen, Dampferzeugern oder Röhrenspaltöfen ermöglicht wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bereich
jedes horizontalen Durchbruchs in dem Ringraum eine von außerhalb des Spannbetondruckbehälters
zu betätigende Absperreinrichtung angeordnet ist, die im geschlossenen Zustand den
Ringraum gegen den horizontalen Durchbruch abdichtet.
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Die Absperrung des betreffenden Loops erfolgt erfindungsgemäß im Kaltgasbereich.
Die Dichtheit der Absperreinrichtungen braucht nicht größer zu sein als die der
Gebläse-Absperrarmaturen. Da eine der beiden Absperrungen in jedem Loop (Absperreinrichtung
oder Gebläse-Absperrarmatur) immer wirkungsvoll ist, kann ein Test oder eine Reparatur
an einer von beiden
vorgenommen werden, ohne daß ein Bypaß auftritt.
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Die erfindungsgemäßen Absperreinrichtungen bringen den weiteren Vorteil
mit sich, daß die Gebläse des in jedem Hochtemperaturreaktor vorhandenen Nachwärmeabfuhrsystems
nicht für störfallbedingte Bypässe ausgelegt werden müssen, da selbst im Störfall
'«Reißen einer koaxialen Gasführung" der betroffene Loop abgesperrt werden kann.
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Beim Ausbau von wärmetauschenden Komponenten oder einer Heißgasleitung
isoliert die erfindungsgemäße Absperreinrichtung den zu öffnenden Pod von dem Ringraum
zwischen dem Liner der Reaktorkaverne und dem Seitenreflektor und damit von dem
Gesamtsystem. Dadurch wird das Verschleppen von plate-out verhindert und ein Betrieb
des Nachwärmeabfuhrsystems ohne Bypässe ermöglicht. Zu dieser Absperrung des horizontalen
Durchbruchs mit Hilfeder erfindungsgemäßen Absperreinrichtung muß als weitere Abdichtungsmaßnahme
noch die Absperrung der Heißgasleitung in dem betreffenden Loop hinzukommen. Sie
wird mittels eines aufblasbaren Plastikballons vorgenommen, der durch den Pod der
auszubauenden Komponente in die Heißgasleitung eingebracht und dort aufgeblasen
wird. Falls eine der Heißgasleitungen selbst demontiert werden soll, muß die betreffende
eißgasaustrittsöffnung direkt hinter dem graphitischen Neutronenschild abgesperrt
werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsart der erfindungsgemäßen Absperreinrichtung
besteht diese aus zwei jeweils um eine senkrechte Achse schwenkbaren Klappen, die
beiderseits jeder Heißgasleitung in dem Ringraum angeordnet sind, sowie aus einer
oberhalb jeder Heißgasleitung fest installierten Deckplatte, die den von den geschlossenen
Klappen umgebenen Raum
nach oben abschließt. Die beiden Klappen
ermöglichen im geöffneten Zustand ein unbehindertes Ausströmen des kalten Gases
in den Ringraum, besitzen keine gleitenden Dichtflächen und benötigen nur sehr wenig
Zeit für die Schließbewegung.
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Diese wird noch unterstützt durch die bei einem Störfall vorliegenden
Druckverhältnisse.
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Die flügelartig ausgebildeten Klappen können aus Metall, Keramik oder
Graphit hergestellt sein. Bei Keramik- oder Graphitklappen ist eine Kühlung nicht
erforderlich. Metallklappen müssen gekühlt werden, da im Störfall "Reißen der Heißgasleitung"
heißes Gas von 950 0C an der Innenseite der schwenkbaren Klappen ansteht. Die Kühlung
erfolgt durch einen Kaltgasbypaß von 5 bis 7% des Nenn-Massenstromes, durch den
die Klappen auf ca. 300°C gehalten werden können. Durch eine Öffnung in jeder Klappe
kann der Kaltgasbypaß gezielt durch die. Klappen strömen und diese an der Innenseite
kühlen.
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Die schwenkbaren Klappen besitzen vorteilhafterweise eine exzentrisch
angeordnete Drehachse, wodurch die Druckdifferenz zwischen dem Kaltgassammelraum
und dem abgesperrten Loop ein Drehmoment verursacht, das in Richtung der Schließbewegung
der Klappen wirkt.
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Metallische Klappen können auch mit Drehachsen ausgestattet sein,
die sich in unmittelbarer Nähe des Liners der Reaktorkaverne befinden.
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Zweckmäßigerweise werden die schwenkbaren Klappen einmal am Boden
der Reaktorkaverne und zum anderen oberhalb der Deckplatte gehalten. Die obere Halterung
besteht aus einem Tragarm, der oberhalb der Deckplatte an dem Liner der Reaktorkaverne
angebracht ist.
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Die Abdichtung der schwenkbaren Klappen zum Liner der Reaktorkaverne
hin kann durch eine metallische Dichtleiste erfolgen,
während für
die Abdichtung zum Seitenreflektor hin ein Vorsprung im Graphitaufbau des Seitenreflektors
vorgesehen ist.
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Der oben erwähnte Kaltgasbypaß zur Kühlung der Klappen-Innenseite
kann teilweise an der Dichtleiste und dem Vorsprung im Graphitaufbau entlang in
den Klappen-Zwischenraum einströmen.
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Es ist vorteilhaft, die Deckplatte jeder Absperreinrichtung über ein
Thermosleeve an dem Liner der Reaktorkaverne zu befestigen, um Wärmespannungen zu
vermeiden. Zwischen der Deckplatte und dem Graphitaufbau des Seitenreflektors ist
eine Schiebeverbindung vorgesehen, so daß dieser frei nach außen dehnen kann.
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Zweckmäßigerweise besitzt jede schwenkbare Klappe einen eigenen Antrieb,
und dieser ist in Verlängerung der Drehachse nach unten entweder im Boden des Spannbetondruckbehälters
oder außerhalb dieses Behälters angeordnet.
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Um einen redundanten Antrieb sicherzustellen, sind die Antriebe der
zu einer Absperreinrichtung gehörigen schwenkbaren Klappen miteinander gekoppelt,
so daß bei Versagen eines Antriebs immer noch eine sichere Absperrung des kalten
Gases möglich ist.
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Es ist zweckmäßig, die schwenkbaren Klappen auf der der Heißgasleitung
zugewandten Seite mit einem Thermoschockblech auszustatten, um auf jeden Fall zu
verhindern, daß das 950 0C heiße Gas auch nur für kurze Zeit mit den eigentlichen
Klappen in Berührung kommt (z.B. während des Zeitraums zwischen dem Eintreten eines
Störfalls und dem Anfahren des Nachwärmeabfuhrsystems).
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Bei einem anderen Ausffihrungsbeispiel der erf indungsgemäßen Absperreinrichtung
besteht diese aus einem oberhalb des horizontalen Durchbruchs in dem Ringraum angeordneten
Absperrrahmen,
der vertikal nach unten bewegbar ist und im geschlossenen
Zustand die Einmündung des horizontalen Durchbruchs in den Ringraum abdichtet.
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Der Absperrahmen ist elastisch ausgebildet und läßt sich von oben
über die Ileißgasleitung stülpen.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als Absperreinrichtung einen
starren Rahmen zu verwenden, der den gesamten Querschnitt des Ringraumes ausfüllt
und nach oben offen ist. Er ist um die Einmündung des horizontalen Durchbruchs in
den Ringraum angeordnet und kann von oben mit einem Deckel verschlossen werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die Absperreinrichtung
aus einem zylinderartigen Scherenbalg herzustellen und diesen in dem Ringraum koaxial
zu der 13eiRgasleitung um die Einmündungsstelle des horizontalen Durchbruchs in
dem Liner der Reaktorkaverne anzuordnen. Der Scherenbalg läßt sich in horizontaler
Richtung auf den Seitenreflektor zu aufspreizen, so daß er in seiner Schließstellung
den in dem Ringraum befindlichen Teil der lleißgasleitung ganz umgibt.
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Neben der erfindungsgemäßen Absperreinrichtung, deren einzelne Ausführungsvarianten
im Vorhergehenden beschrieben worden sind, wird als weitere Lösung der gestellten
Aufgabe ein von außerhalb des Spannbetondruckbehälters zu betätigender zylindrischer
Absperrschieber vorgeschlagen, der in jedem horizontalen Durchbruch im Bereich von
dessen Einmündung in den Ringraum angeordnet ist, wobei er die Iieißgasleitung auf
diesem Abschnitt koaxial umgibt. Er ist als Teleskopsschieber ausgebildet und kann
auf pneumatischem Wege in Richtung auf den Seitenreflektor horizontal verschoben
werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der zuerst beschriebenen
Absperreinrichtung sowie ein Ausführungsbeispiel des zylindrischen Absperrschiebers
schematisch dargestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel
der zuerst beschriebenen Absperreinrichtung mit exzentrisch gelagerten Flügelklappen
im Schnitt nach Linie A-B der Fig. 2, Fig. 2 die Ansicht C der Fig. 1, Fig. 3 die
Ansicht D der Fig. 1, Fig. 4 eine mit "Y" bezeichnete Einzelheit der Fig. 1, Fig.
5 ein zweites Ausführungsbeispiel der zuerst beschriebenen Absperreinrichtung mit
am Liner der Reaktorkaverne gelagerten Flügelklappen, Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel
mit einem elastischen Absperrahmen, Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel mit einem
starren Rahmen, Fig. 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel der zuerst beschriebenen
Absperreinrichtung mit einem zylinderartigen Scherenbalg, Fig 9 eine Ausführungsvariante
mit einem zylindrischen Absperrschieber.
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Die Figuren 1 und 2 lassen einen Ausschnitt aus einem zylindrischen
Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, in dem zentral ein heliumgekühlter Uochtemperaturreaktor
und in auf einem Teilkreis angeordneten Pods die übrigen Kreislaufkomponenten (-Röhrenspaltöfen),
Dampferzenger, Gebläse, Nachwärmeabfuhrsystem) installiert sind (nicht dargestellt.).
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Der Hochtemperaturreaktor ist in einer Kaverne 2 eingebaut und von
einem ringartigen Seitenrflektor 3 aus Graphit umgeben. Die Kaverne 2 ist mit einem
Liner 4 ausgekleidet, der mit einer thermuschen Isolierung 5 versehen ist. Der Liner
4 =nd der kgUtenreflektor 3 begrenzen einen Ringraum 6, in den im Bodenbereich der
Kaverne 2 mehrere horizontale Durchbrüche 7, 7' einmünden, wen denen in der Fig.
1 nur zwei gezeigt sind. Diese sind ebenfalls mit einer thermischen Isolierung 8
und einem Liner 9 ausgestattet. Einige dieser horizontalen Durchbruche(7') nehmen
die Gasfuhrungen 10 zu dem Nachwärmeabfuhrsystem auf. Die weiteren horizontalen
Durchbrüchet7)dienen der Rückführung des von den Gebläsen kommenden kalten eliums
zu dem oberhalb des Reaktorkerns befindlichen Kaltgassammelraum, wobei das Kaltgas
nach dem Durchgang durch die horizontalen Durchbrüche 7 (wie durch Pfeile angedeutet)
in dem Ringraum 6 nach oben strömt.
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Innerhalb jedes Durchbruchs 7 und koaxial zu diesem ist eine Heißgasleitung
11 verlegt durch die das heiße IIelium aus dem Heißgassammelraum zu den Röhrenspaltöfen
geführt wird. Die Heißgasleitung 11 ist innen mit einer thermischen Isolierung 12
versehen und mittels einer Schiebeverbindung 13 an einem an dem Graphitaufbau des
Seitenreflektors 3 befindlichen Stutzen 14 befestigt.
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Innerhalb des Ringraumes 6 ist im Bereich jedes horizontalen Durchbruchs
7 eine Absperreinrichtung 15 vorgesehen.
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Bei dem ersten Ausführungsbeis1iel befindet sich beiderseits der Ileißgasleitung
11 in dem Ringraum 6 je eine um eine senkrechte Achse 17 schwenkbare Flügelklappe
16, die exzentrisch gelagert ist. Jede Flügelklappe 16 ist auf der der Heißgasleitung
11 zugewandten Seite mit einem Thermoschockblech 18 abgedeckt.
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Der zwischen den geschlossenen Flügelklappen 16 befindliche Raum wird
nach oben durch eine Deckplatte 19 abgedichtet, die über ein Thermosleeve 20 an
dem Liner 4 befestigt ist. Zwischen der Deckplatte 19 und dem Graphitaufbau des
Seitenreflektors 3 ist eine Schiebedichtung 21 vorgesehen (siehe Fig. 3).
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Die Flügeiklappen 16 werden einmal am Boden 22 der Reaktorkaverne
2 gehalten und zum anderen mittels eines Tragarmes 23, der oberhalb der Deckplatte
19 an dem Liner 4 angebracht ist. Jede Flügelklappe 16 besitzt einen eigenen Antrieb,
der in Verlängerung ihrer Drehachse 17 nach unten im Boden des Spannbetondruckbehälters
1 oder außerhalb dieses Behälters angeordnet ist (nicht dargestellt). Die Antriebe
der zu einer Absperreinrichtung gehörigen zwei Flügelklappen sind miteinander gekoppelt.
Für die Drehachse 17 sind zwei Lager 24 und 25 vorgesehen.
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Am Liner 4 sind zwei metallische Dichtleisten 26 angebracht, in die
je eine Dichtung 27 eingesetzt ist (siehe Fig. 4).
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Durch sie werden die Flügelklappen 16 zu dem Liner 4 hin abgedichtet.
Gegenüber jeder Dichtleiste 26 ist im Graphitaufbau des Seitenreflektors 3 ein Vorsprung
28 vorgesehen, in den ebenfalls eine Dichtung 29 eingelassen ist. Sie bewirkt die
Abdichtung der betreffenden Flügelklappe zu dem Seitenreflektor 3 hin. Über die
Dichtungen 27 und 29 kann ein geringer Kaltgasbypaß zu den Innenseiten der Flügelklappen
16 erfolgen.
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In der Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der crfindungsgemäßen
Absperreinrichtung 15 dargestellt, bei dem die Absperrung ebenfalls mit Klappen
30 bewerkstelligt wird. Die Drehachse 31 dieser Klappen befindet sich jedoch im
Unterschied zu den eben beschriebenen Flügelkiappen direkt an dem Liner 4 der Kaverne
2. Gleiche Gegenständc sind mit den gleiehen Bezugsziffern bezeichnet wie in den
Figuren 1 bis 4.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 6 gezeigt ist,
wird die Absperreinrichtung 15 von einem elastischen Absperrahmen 32 gebildet, der
oberhalb des horizontalen Durchbruchs 7 in dem Ringraum 6 angeordnet ist. Er läßt
sich vertikal nach unten bewegen und über die Heißgasleitung 11 stülpcn, so daß
cr in seiner Schließstellung die Einmündung des horizontalen Durchbruchs 7 in den
Ringraum G vollständig abdichtet.
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Die in der Fig. 7 dargestellte Absperreinrichtung 15 besteht aus einem
nach oben offenen starren Rahmen 33, der den gesamten Querschnitt des Ringraumes
6 ausfüllt und der Form dieses Ringraumes angepaßt ist. Er ist so angeordnet, daß
er die einmündung des horizontalen Durchbruchs 7 in den Ringraum 6 umschließt. Durch
einen Deckel 34, der von oben her betätigt werden kann, läßt sich der Rahmen nach
oben abschließen, so daß kein Gas aus dem Ringraum 6 in den horizontalen Durchbruch
7 einströmen kann.
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Als weitcrcs Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Absperreinrichtung
15 wird in der Fig. 8 ein zylinderartiger Scherenbalg 35 gezeigt, der um die Einmündungsstelle
des horizontalen Durchbruchs 7 in dem Liner 4 koaxial zu der ifrißgasleitung 11
in dem Ringraum 6 angeordnet ist. Mittels eines Gestänges 36 läßt sich der Scherenbalg
35 in horizontaler
Richtung aufspreizen, so daß er an dem Seitenreflektor
3 zum Anliegen kommt.
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In der Fig. 9 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das
Absperrelement nicht in dem Ringraum 6, sondern in dem horizontalen Durchbruch 7
installiert ist, und zwar im Bereich seiner Einmündung in den Ringraum 6. Als Absperrelement
wird ein pneumatisch zu betätigender zylindrischer Absperrschieber 37 verwendet,
der koaxial zu der iieißgasleitung 11 angeordnet ist. Er läßt sich teleskopartig
in horizontaler Richtung auf den Seitenreflektor 3 hin verschieben, so daß eine
vollständige Abdichtung des Ringraumes 6 gegen den horizontalen Durchbruch 7 bewirkt
wird.
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L e e r s e i t e