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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von Partikeln, die sich in einer Flüssigkeit befinden oder von dieser abgedeckt sind, insbesondere zum Entfernen von an zumindest einer Reaktorbehälterwandung und/oder in und/oder an einem Brennelement anhaftenden Partikeln.
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Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Anordnung zum Entfernen von Partikeln, die sich in einer Flüssigkeit befinden oder von dieser abgedeckt sind.
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Um z.B. Ablagerungen im Bodenbereich eines Behälters eines Kernkraftwerks oder von Brennelementen bzw. Brennstäben zu entfernen, werden Verfahren benutzt, bei denen Hochdruckreiniger oder Ultraschall zur Anwendung gelangen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass nur mit großem Aufwand Ablagerungen, insbesondere sogenannter CRUD (Korrosionsablagerungen/ -produkte) entfernt und aus der in dem Behälter vorhandenen Flüssigkeit entfernt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass effektiv Ablagerungen abgelöst und diese bzw. in der Flüssigkeit vorhandene Partikel aus der Flüssigkeit entfernt werden können.
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Zur Lösung der Aufgabe ist verfahrensgemäß im Wesentlichen vorgesehen, dass die Partikel mittels eines durch ein in der Flüssigkeit vertikal oder zur Vertikalen geneigt strömendes Flüssigkeit-Medium-Gemisch erzeugten Sogs entfernt werden, wobei es sich bei dem Medium vorzugsweise um Gas handelt. Hierzu ist vorgesehen, dass das Flüssigkeit-Medium-Gemisch durch ein in der Flüssigkeit vorhandenes und entsprechend vertikal oder geneigt zur Vertikalen angeordnetes Führungselement strömt, das selbständig von der Flüssigkeit gefüllt und in welches das Medium eingeleitet wird. Dabei handelt es sich nach einer bevorzugten Ausführungsform bei dem Führungselement um ein rohrförmiges Element mit unterer und oberer Öffnung, wobei an zumindest einer Stelle der Umfangswandung des rohrförmigen Elements das Medium in das rohrförmige Element eingeleitet wird.
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Das Medium hat eine geringere Dichte als die Flüssigkeit und ist insbesondere Gas, vorzugsweise komprimiertes Gas.
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Insbesondere wird komprimiertes Gas eingeleitet, um durch dessen Auftrieb eine Strömung in der in dem Führungselement vorhandenen Flüssigkeit zu erzeugen, so dass eine Sogwirkung im Bereich der unteren Öffnung, über die die Flüssigkeit nachströmt, erzeugt wird. Durch diese Sogwirkung können Ablagerungen abgelöst und abgesaugt werden.
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Gegebenenfalls kann ergänzend im Bereich der unteren Öffnung eine Hochdruckreinigungseinrichtung oder mechanische Mittel wie Bürsten vorgesehen sein, durch die zusätzlich ein Ablösen der Partikel erfolgt, die sodann durch das Führungselement abgesaugt werden.
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Die obere Öffnung ist insbesondere über einen Gasabscheider mit einer Filtereinrichtung verbunden, um die Partikel auszuscheiden. Die Filtereinrichtung selbst kann sich in der Flüssigkeit befinden.
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In dem Gasabscheider kann sich ebenfalls ein Partikelabscheider befinden, der Partikel bis zu einer festzulegenden Größe vorfiltert und das Betreiben weiterer angeschlossener Geräte gewährleistet. In diesem Falle spricht man von einem Gas- und Partikelabscheider. Wenn nachstehend von einem Gasabscheider gesprochen wird, ist grundsätzlich eine entsprechende Einrichtung gemeint, ohne dass dies jedoch zwingend ist.
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Das die Strömung in dem Führungselement bewirkende Medium, wie Gas, wird in einem Gasabscheider abgeschieden und einer Filteranlage zugeführt. Das in dem Gasabscheider verbleibende Wasser gelangt sodann zu einer Filtereinrichtung. Hierzu ist insbesondere in der Verbindung zwischen dem Gasabscheider und der Filtereinrichtung ein Förderaggregat wie z. B. eine Pumpe oder ein Unterwassersauger vorgesehen.
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Im erforderlichen Umfang kann das Führungselement sodann im Bodenbereich eines Behälters wie Druckwasserbehälter geführt werden, um die insbesondere korrosionsbedingten Ablagerungen abzusaugen und zu entfernen.
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Das Führungselement kann jedoch auch eine ein Brennelement aufnehmende Aufnahme umfassen, über die sowohl Flüssigkeit durch das Brennelement strömt als auch durch die das Medium, wie das Gas, zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß ist des Weiteren vorgesehen, dass die Aufnahme in deren Bodenbereich als Sockel zur Abstützung eines Brennelementfußes ausgebildet ist, über den das die Sogwirkung erzeugende Medium, wie Gas, zugeführt wird. Auch befindet sich im Bodenbereich eine Öffnung zum Nachströmen der Flüssigkeit.
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Wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise zum Ablösen und Entfernen von Ablagerungen im Bereich der Kerntechnik eingesetzt, so erfolgt hierdurch eine Beschränkung der erfindungsgemäßen Lehre nicht.
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Sofern ein Gas zur Erzeugung des Sogs benutzt wird, wird insbesondere komprimiertes Gas z. B. aus Druckgasflaschen oder ein von einem externen Kompressor erzeugtes Gas eingesetzt, das dem Führungselement zugeführt wird. Von den herrschenden Druckverhältnissen ist es abhängig, wo das Gas in gewünschter Höhe in das Führungselement eingeleitet wird. Um einen großen Auftrieb zu erzielen, sollte daher das Gas im möglichst großen Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche eingeleitet werden.
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Wird ein Gas benutzt, so bedarf es zum Zuführen des Flüssigkeit-Gas-Gemisches mit den darin enthaltenen Partikeln zu einem Gasabscheider grundsätzlich keines weiteren Förderaggregats wie Pumpe. Bei Bedarf kann ein solches jedoch in der Verbindung zwischen dem Führungselement und dem Gasabscheider vorgesehen sein.
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Das Führungselement, das vorzugsweise aus einem oder mehreren Rohren besteht, kann im gewünschten Umfang translatorisch oder rotatorisch oder in Kombinationen bewegt werden. Hierzu sind entsprechende Anschlagpunkte vorgesehen, die eine Bewegung ermöglichen. Die Anschlagpunkte können auch zum Transportieren, Positionieren, Installieren und Sichern dienen.
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Erwähntermaßen kann das Führungselement zusätzlich mit einer Düse oder einem gleichwirkenden Element ausgestattet sein, denen über eine oder mehrere gesonderte Leitungen in einem Verdichter komprimiertes Medium wie Flüssigkeit zugeführt wird, um gezielt im Bereich der unteren Öffnung des Führungselements das Medium austreten zu lassen, so dass Ablagerungen beaufschlagt und damit abgelöst werden.
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Ferner kann ein optischer Sensor wie Kamera von dem Führungselement wie dem Rohr ausgehen, um den Bereich zu beobachten, in dem das Führungselement Ablagerungen entfernt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für eine Vielzahl von Zwecken einsetzbar, wie z.B. Reinigen von mit sowohl freien als auch Feststoffpartikeln verunreinigten Behältnissen, insbesondere von Reaktordruckbehältern in einem Kernkraftwerk oder zur Reinigung von Brennelementen in einem Kernkraftwerk.
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Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für tiefe Behälter oder schlecht einsehbare oder schlecht erreichbare Umgebungen und Bereiche und gewährt somit eine große Reichweite mit Einsatzvielfalt.
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Insbesondere für die Reinigung von benutzten bzw. weiterhin zu benutzenden Brennelementen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf verschiedene Arten einsetzen.
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So besteht die Möglichkeit, dass Brennelement ähnlich wie in einem Brennelementlagergestell in einem Sockel anzuordnen, der Einschüsse und Bohrungen aufweist, über die das die Sogwirkung erzeugende Medium eingeleitet wird. Gleichzeitig weist der Sockel eine Öffnung zum Zuströmen von Flüssigkeit auf. Das zugeführte Gas dringt durch den Fuß des Brennelements in das Brennelement ein, erzeugt einen Auftrieb und somit die Strömung, um Partikel vom Brennelementfuß, den Brennstäben, den Brennelementabstandhaltern, dem Brennelementkasten, dem Brennelementkopf und anderen Bauteilen abzulösen und zu entfernen.
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Um das Flüssigkeit-Gas-Gemisch mit den abgelösten Partikeln gezielt zu einem Filter oder einer ähnlichen oder einer anderen gewünschten Einrichtung leiten zu können, kann der Sockel in einem Kasten montiert sein. Damit Flüssigkeit nachströmen kann, wird entweder der Sockel im Boden des Kastens befestigt oder im Boden des Kastens sind entsprechende Öffnungen zum Nachströmen der Flüssigkeit bzw. Zuführen des Gases vorhanden.
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Auf den Kasten kann sodann für den Reinigungsvorgang ein Deckel oder ein gleichwirkendes Element aufgesetzt werden, von dem ein Anschluss oder eine Leitung ausgehen, über die das Flüssigkeit-Gas-Gemisch mit den Partikeln einem Filter oder einer anderen Einrichtung zugeführt wird. Dabei ist der Kasten mit Sockel und Deckel so zu befestigen, dass der erzeugte Auftrieb eine Wirkung auf das Gesamtsystem nicht ausübt und unkontrollierte Bewegungen des Reinigungssystems unterbleiben.
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An der Außenseite des Kastens oder am Deckel können Anschlagpunkte zur Aufnahme und Bewegung, die translatorisch oder rotatorisch oder in Kombinationen sein kann, vorgesehen sein. Über die Anschlagpunkte kann das Reinigungssystem transportiert, positioniert, isoliert und gesichert werden.
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Das Reinigungssystem kann z.B. an einem Brennelementlagergestell oder am Becken- oder Behälterrand befestigt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Sockel in einem Schacht eines Brennelementlagergestells einzubringen und nach durchgeführter Reinigung des Brennelements/ der Brennelemente wieder zu entfernen.
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Ein entsprechender Schacht muss einen Verschluss aufweisen, um gezielt das Flüssigkeit-Gas-Gemisch mit den Partikeln einem Filter oder einer ähnlichen Einrichtung zuführen zu können.
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Eine Anordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich durch ein vertikal oder geneigt zur Vertikalen angeordnetes Führungselement sowie zumindest eine Mediumzuführung aus, über welche der im Inneren des Führungselements vorhandenen Flüssigkeit das Medium zuführbar ist, dessen Dichte kleiner als Dichte der Flüssigkeit ist. Dabei handelt es sich bei dem Medium insbesondere um ein Gas, vorzugsweise ein komprimiertes Gas. Hierzu ist vorgesehen, dass innerhalb oder außerhalb der Flüssigkeit eine das Gas komprimierende Einrichtung oder z. B. eine Druckgasflasche angeordnet ist.
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Bei dem Führungselement handelt es sich insbesondere um ein rohrförmiges Element, das eine untere Öffnung zum Zuströmen von Flüssigkeit und eine obere Öffnung aufweist, die mit einer Filtereinrichtung verbunden ist. Somit kann die untere Öffnung als Saugöffnung für die Partikel dienen.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Führungselement ein Element umgibt, von dem Partikel abgelöst werden sollen. In diesem Fall weist das Führungselement unterhalb des zu reinigenden Elements die Mediumzuführung und die untere Öffnung zum Zuströmen von Flüssigkeit auf.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Führungselement ein Brennelement umgibt, das auf einer Aufnahme angeordnet ist, die Abschnitt des Führungselements ist, wobei die Aufnahme die untere Öffnung sowie die Mediumzuführung aufweist.
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Dabei kann das Führungselement eine die obere Öffnung verschließende Abdeckung wie Deckel aufweisen, um über die obere Öffnung das durch das Führungselement strömende Flüssigkeit-Medium- wie Flüssigkeit-Gas-Gemisch mit den in diesem vorhandenen Partikeln gezielt abzuführen und insbesondere einer Filtereinrichtung zuzuleiten.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die obere Öffnung des Führungselements mit einem Gasabscheider verbunden ist, von dem die die Partikel enthaltende Flüssigkeit der Filtereinrichtung zugeführt wird.
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Aber auch das Brennelement, das auf einer entsprechenden Aufnahme angeordnet ist, kann die Funktion eines Führungselements ausüben, um im Inneren des Brennelements bzw. von Teilen von diesem Partikel abzulösen und zu entfernen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines in einer Flüssigkeit angeordneten Führungselements,
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2 eine Prinzipdarstellung eines Führungselements in einem Behälter und
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3 eine Prinzipdarstellung eines ein Brennelement aufnehmenden Sockels.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Anwendungsbeispiels in der Kerntechnik beschrieben, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll.
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Um in einem Behältnis, insbesondere in einem Reaktordruckbehälter und/oder in oder an einem Brennelement Ablagerungen entfernen zu können, wird erfindungsgemäß eine Saugeinrichtung benutzt, die in der Flüssigkeit des Behältnisses angeordnet ist und der ein Auftrieb ermöglichendes Medium zugeführt wird, dessen Dichte geringer als die der Flüssigkeit ist.
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Bei dem Medium handelt es sich insbesondere um Gas, so dass nachstehend das Medium vereinfacht als Gas bezeichnet wird, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgt. Insbesondere wird komprimiertes Gas verwendet, das z. B. mittels eines innerhalb oder außerhalb des Behältnisses vorhandenen Kompressors komprimiert wird oder in einer innerhalb oder außerhalb des Behältnisses gelagerten Druckgasflasche enthalten ist.
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Bei dem Behältnis handelt es sich erwähntermaßen im Ausführungsbeispiel um ein Becken oder Behälter 10 – nachstehend vereinfacht Becken 10 genannt – eines Reaktors wie Druckwasser- oder Siedewasserreaktors, in dem sich eine Flüssigkeit 12, wie Beckenwasser oder Behälterwasser oder eine Lösung oder ein Gemisch, befindet. Um im Bereich des Bodens 14 des Beckens 10 Ablagerungen abzulösen und zu entfernen, wird die in 1 rein prinzipiell dargestellte Einrichtung 16 benutzt, über die geführt vertikal oder zur Vertikalen geneigt die Flüssigkeit und das Gas strömt, wie durch die Pfeile 18, 20, 22 angedeutet wird.
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Bei der Einrichtung 16, die auch als Führungselement bezeichnet wird, handelt es sich im einfachsten Fall um ein Rohr. Daher wird die Einrichtung 16 nachstehend auch als Rohr bezeichnet.
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Das Rohr 16, das vorzugsweise vertikal ausgerichtet in der Flüssigkeit 12 angeordnet ist, weist eine untere Öffnung 24 und eine obere Öffnung 26 auf.
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Da sich das Rohr 16 in der Flüssigkeit 12 befindet, ist dieses mit Flüssigkeit gefüllt. Wird nun über Gaszuführungsöffnungen 28, 30 komprimiertes Gas im Abstand zu der oberen Öffnung 26, vorzugsweise im Bereich der unteren Öffnung 24 in das Innere des Rohrs 16 eingeleitet, so wird aufgrund des Auftriebs des Gases Flüssigkeit über die untere Öffnung 24 angesaugt, wie durch die Pfeile 18 angedeutet wird. In der Flüssigkeit 12 befinden sich zu entfernende Partikel 33, die somit mit abgesaugt werden. Die Gasblasen dehnen sich beim Aufsteigen im Rohr 16 in der Flüssigkeit 12 aus, wie durch die unterschiedlichen offenen Kreise 32 angedeutet werden soll. Durch den Auftrieb bedingt entsteht im Bereich der unteren Öffnung 24 eine Sogwirkung, sodass im Bodenbereich 14 des Beckens 10 vorhandene Ablagerungen abgelöst und abgesaugt werden können. Das Flüssigkeit-Gas-Partikelgemisch strömt sodann über die obere Öffnung 26 aus dem Rohr 16 (Pfeil 27), um sodann insbesondere einem Gasabscheider 31, 34 und sodann einer in dem Becken 10 vorhandenen Filtereinrichtung 36 zugeführt zu werden. Hierzu ist die obere Öffnung 26 über eine entsprechende Verbindung 37 wie Rohr oder Leitung mit dem Gasabscheider 31, 34 verbunden. Der Gasabscheider 31, 34 erstreckt sich bereichsweise oberhalb des Wasserspiegels der Flüssigkeit 12, so dass sich in diesem Bereich ein Aerosol sammelt, das sodann einer Einrichtung der kerntechnischen Anlage zugeführt und gereinigt werden kann. In dem mit dem Gasabscheider 31, 34 kombinierten Partikelabscheider 31 werden Partikel festzulegender Größe aus dem Flüssigkeit-Gas-Partikel-Gemisch bereits herausgefiltert.
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Der Gasabscheider 31, 34 ist des Weiteren über eine Leitung 38, 39 mit der Filtereinrichtung 36 verbunden. Gegebenenfalls kann in der Leitung 38 eine Fördereinrichtung 40 vorgesehen sein. Die die Filtereinrichtung 36 durchströmende und von den Partikeln befreite Flüssigkeit wird sodann dem Becken 10 wieder zugeführt. Insoweit strömt die Flüssigkeit in einem Kreislauf.
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Das gleiche Prinzip wird zum Reinigen von Brennelementen 42 benutzt. Hierzu ist das gesamte Brennelement 42 auf einem Sockel 44 angeordnet. Der Sockel 44 ist unterhalb des Brennelementfußes 46 offen (Hohlraum 49), so dass im Bodenbereich des Sockels 44 eine untere Öffnung 51 zur Verfügung steht, die der unteren Öffnung 24 des Rohrs 16 von der Funktion entspricht. Ferner wird der Sockel 44 von Zuführungen 50, 53 durchsetzt, die in den ausgesparten Hohlraum 49 des Sockels 44 unterhalb des Brennelementfußes 46 des Brennelements 42 münden. Des Weiteren verschließt der Sockel 44 bodenseitig eine das Brennelement 42 umgebende vereinfacht als Kasten bezeichnete Umhüllung 52, die sich über die gesamte Länge des Brennelements 42 erstrecken kann und kopfseitig über einen Verschluss verschließbar ist, der einen oder mehrere Anschlüsse aufweist, die die Funktion der oberen Öffnung 26 des Rohrs 16 ausüben. Des Weiteren besitzt der Sockel 44 Zuführungen 68, 70, die in dem Zwischenraum zwischen der Umhüllung 52 und dem Brennelement 42 münden.
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Auch möglich ist die Ausführung als geteilter Kasten mit gleichen oder unterschiedlichen Teillängen, bei dem der obere Teil an beliebiger Stelle einen oder mehrere Anschlüsse aufweist, die die Funktion der oberen Öffnung 26 des Rohrs 16 ausüben. Das Führungselement, das gemäß den 1, 2 das Rohr 16 bildet, wird somit zur Reinigung des Brennelements 42 durch den Sockel 44 und den Kasten 52 gebildet.
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Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre kann nunmehr nach Zuführen von komprimiertem Gas in den Hohlraum 49 unterhalb des Brennelementfußes 46 des Brennelements 42 Flüssigkeit über die untere Öffnung 51 aufgrund des Auftriebs des Gases angesaugt werden, so dass eine Reinigung des Brennelementfußes 46, der Brennstäbe, der Brennelementabstandshalter, des Brennelementkastens, des Brennelementkopfes und anderen Bauteilen erfolgt und abgelöste Partikel über zumindest einen Abschluss im Deckel des Kastens 52 dem Gasabscheider 31, 34 bzw. der Filtereinrichtung 36 zugeführt werden.
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Zur Reinigung der Außenseite des Brennelementes 42 sind sowohl im Sockel als auch an verschiedenen Stellen der Umhüllung 52 Zuführungen 65, 67, 68, 70 für komprimiertes Gas vorgesehen. Durch den damit erreichten Auftrieb zwischen der Umhüllung 52 und dem Brennelement 42 wird eine Strömung in der innerhalb der Umhüllung 52 vorhandenen Flüssigkeit erzeugt, so dass eine Sogwirkung im Bereich der verschließbaren Öffnungen 72, 74 in der Umhüllung 52 oder möglicher verschließbaren Öffnungen im Sockel 44 erzeugt wird. Diese Öffnungen im Sockel 44 können eine Verbindung zur Öffnung 49 haben.
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Durch diesen Auftrieb können Ablagerungen an den Außenseiten des Brennelements 42 abgelöst und zum kopfseitigen Verschluss, welcher die Funktion der oberen Öffnung 26 des Rohrs 16 ausübt, befördert werden.
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Zur Unterstützung für diese Außenreinigung können über entsprechende Anschlüsse 76, 78 für Hochdruckeinrichtungen in der Umhüllung 52 integriert werden, die das Brennelement 42 von außen mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagen und somit Verunreinigungen ablösen.
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Es besteht die Möglichkeit, in der Anordnung einen oder mehrere optische Sensoren wie Kameras zu integrieren, um das Absaugen und Entfernen der Partikel zu beobachten.
