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Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelementlagerbecken eines Kernkraftwerks, das über eine verschließbare Schleuse mit einer neben dem Brennelementlagerbecken angeordneten Reaktorgrube verbunden ist.
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In einem Kernkraftwerk befindet sich in der Regel neben der Reaktorgrube ein geflutetes Brennelementlagerbecken, in dem abgebrannte Brennelemente in einem Brennelementlagergestell gelagert und durch Umwälzen des im Brennelementlagerbecken befindlichen Beckenwassers gekühlt werden bis ihre Aktivität soweit abgeklungen ist, dass sie außerhalb des Brennelementlagerbeckens transportiert werden können. Zwischen Reaktorgrube und Brennelementlagerbecken befindet sich eine mit einem Schütz verschließbare Schleuse, die während Revisionsarbeiten, bei denen die Reaktorgrube geflutet ist, geöffnet werden kann, um aus dem Kern mit Hilfe der Brennelementlademaschine entnommene abgebrannte Brennelemente unter Wasser von der Reaktorgrube in das Brennelementlagerbecken überführen und im Brennelementlagergestell abstellen zu können.
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Im Falle einer in der Reaktorgrube auftretenden Leckage, beispielsweise ein Rohrleitungsbruch einer die Reaktorgrube mit Wasser speisenden Leitung oder bei einem Siedewasserreaktor eine im Flutkompensator auftretende Leckage, muss die geöffnete Schleuse geschlossen werden, um ein Absinken des Wasserstandes im Brennelementlagerbecken zu vermeiden. Das Öffnen und Schließen des Schützes wird manuell ausgelöst.
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Da mit dem Auftreten einer solchen Leckage ein Absinken des Wasserstandes in der Reaktorgrube ein entsprechend höherer Strahlenpegel auf der Beckenflurebene einhergeht, wird beim Auftreten einer solchen Leckage unverzüglich Alarm ausgelöst, und die auf der Beckenflurebene zu diesem Zeitpunkt tätigen Mitarbeiter müssen das Gebäude umgehend verlassen. Da das Öffnen und Schließen des Schützes manuell ausgelöst wird, kann es vorkommen, dass das die Schleuse verschließende Schütz offen bleibt. Dies hat zur Folge, dass auch der Wasserstand im Brennelementlagerbecken zumindest bis zur Unterkante der Schleusenöffnung sinkt. Dadurch verringert sich die Wasserüberdeckung der im Brennelementlagergestell gelagerten Brennelemente, wobei im ungünstigsten Fall obere Teile der Brennelemente über den Wasserspiegel hinausragen, so dass der Strahlenpegel so groß wird, dass der Bereich in der Umgebung des Brennelementlagerbeckens nicht mehr begehbar ist und Maßnahmen zur Kühlung der Brennelemente nur sehr schwer oder nicht mehr durchgeführt werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Brennelementlagerbecken eines Kernkraftwerks mit einer Schleuse zu einer Reaktorgrube anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Probleme vermieden sind.
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Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Brennelementlagerbecken mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen ist die Schleuse zur Reaktorgrube mit einem Schütz zum automatischen Verschließen der Schleuse bei einem Absinken des Wasserspiegels im Brennelementlagerbecken unter einem vorgegebenen Grenzwert versehen. Durch diese Maßnahme ist eine ausreichende Überdeckung der im Brennelementlagerbecken gelagerten Brennelemente mit Wasser auch dann sichergestellt, wenn der Wasserspiegel in der Reaktorgrube aufgrund eines Störfalls den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Ferner weist das Schütz eine Mehrzahl von Segmenten oder Platten auf, die beim Verschließen des Schützes von einer Stapelanordnung in eine flächig ausgedehnte, als Fluidbarriere wirksame Anordnung überführt werden. Damit ist eine besonders platzsparende Bauweise verwirklicht, die sich gut mit den beengten Verhältnissen in einem Brennelementlagerbecken in Einklang bringen lässt.
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Wenn außerdem zum Antreiben des Schützes beim automatischen Verschließen ein passives Antriebssystem mit einem netzunabhängigen Energiespeicher vorgesehen ist, ist auch im Falle eines vollständigen Ausfalls des Versorgungsnetzes im Kernkraftwerk ein Verschließen der Schleuse gewährleistet. Ein solcher netzunabhängiger Speicher kann sowohl ein elektrischer als auch ein mechanischer Energiespeicher, beispielsweise ein angehobenes Gewicht oder eine vorgespannte Feder oder ein pneumatischer Energiespeicher sein, der unmittelbar und ohne elektrischen Antrieb mit dem Schütz gekoppelt ist. Eine besonders hohe Funktionssicherheit kann erzielt werden, wenn der Signalgeber für das Unterschreiten des Grenzwertes und zum Auslösen der Schließbewegung des Schützes einen Schwimmer umfasst.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen:
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1 ein neben einer Reaktorgrube angeordnetes und mit diesem über eine Schleuse fluidisch verbundenes Brennelementlagerbecken gemäß der Erfindung in einem schematischen Prinzipbild,
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2 eine vorteilhafte Ausführungsform, bei der als Signalgeber ein Schwimmer vorgesehen ist,
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3 bis 6 vorteilhafte Ausgestaltungen eines zum automatischen Verschließen der Schleuse geeigneten Schützes,
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7 bis 9 eine weitere vorteilhafte Variante eines Schützes, und
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10 bis 14 noch eine vorteilhafte Variante eines Schützes.
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Gemäß 1 befindet sich neben einer Reaktorgrube 2 eines Kernkraftwerkes ein Brennelementlagerbecken 4, in dem abgebrannte Brennelemente 6, von denen nur eines symbolisch dargestellt ist, in einem ebenfalls nur schematisch veranschaulichten Brennelementlagergestell 8 aufrecht stehend gelagert sind. Reaktorgrube 2 und Brennelementlagerbecken 4 sind über eine verschließbare Schleuse 10 fluidisch miteinander verbunden. In der 1 ist eine Situation dargestellt, in der die Reaktorgrube 2 mit Wasser geflutet ist, wobei sich der Wasserspiegel 12 in einer Höhe h nur geringfügig unterhalb der Beckenflurebene 14 befindet.
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1 zeigt einen Zustand des Kernkraftwerks, wie er bei der Durchführung von Revisionsarbeiten, beispielsweise beim Brennelementwechsel vorliegt. Ein in der Reaktorgrube 4 befindlicher Reaktordruckbehälter 16 ist geöffnet und ebenfalls mit Wasser geflutet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Situation in einem Siedewasserreaktor gezeigt, bei dem ein zwischen dem Reaktordruckbehälter 16 und der Wand 18 der Reaktorgrube 2 befindlicher Zwischenraum 20 nicht mit Wasser geflutet ist. Um ein Eindringen des Wassers in diesen Zwischenraum 20 zu verhindern, sind vor Beginn der Revisionsarbeiten zwischen dem Reaktordruckbehälter 16 und der neben diesem befindlichen Abstellflächen 22 sogenannte Flutkompensatoren 24 eingebracht worden.
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Der 1 ist nun zu entnehmen, dass sich im dargestellten Ausführungsbeispiel der Boden 26 der Schleuse 10 unterhalb der Oberkante 28 der Brennelemente 6 bzw. des Brennelementlagergestells 8 befindet. Dementsprechend würde sich bei geöffneter Schleuse 10 im Fall eines Leerlaufens der Reaktorgrube 2, beispielsweise bei Bruch eines Flutkompensators 24, auch das Brennelementlagerbecken 4 bis auf das Niveau dieses Bodens 26 entleeren. In diesem Fall würden die im Brennelementlagergestell 8 gelagerten Brennelemente 6 die sich dann einstellende Höhe hmin des Wasserspiegels 12 um ∆h überragen.
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Um dies zu vermeiden ist im Brennelementlagerbecken 4 ein Signalgeber 30 angeordnet, der ein Signal S erzeugt, wenn die Höhe h des Wasserspiegels 12 unter einen Grenzwert hG absinkt. Mit Hilfe dieses Signals S wird über einen netzunabhängigen Energiespeicher 30, beispielsweise eine Batterie, ein mechanischer, ein pneumatischer oder ein hydraulischer Energiespeicher 32, ein Antrieb 34 mit Energie versorgt, der ein geöffnetes Schütz 36 antreibt, mit dem die Schleuse 10 verschlossen wird. Mit anderen Worten: Bei Absinken des Wasserspiegels 12 unter einen Grenzwert hG wird die Schleuse 10 automatisch, d.h. ohne dass ein manuelles Auslösen erforderlich ist, und passiv, d.h. unabhängig von einer Versorgung durch ein externes Netz geschlossen, so dass ein weiteres Absinken des Wasserspiegels im Brennelementlagerbecken verhindert und eine ausreichende Wasserüberdeckung und Kühlung der im Lagergestell 8 gelagerten Brennelemente 6 sichergestellt ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 umfasst der Signalgeber 30 einen Schwimmer 38, der einen Schalter 40 betätigt, mit dem der Energiespeicher 32 dem Antrieb 34 zugeschaltet wird.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist eine Schleuse 10 dargestellt, bei der das Schütz 36 durch eine Platte 52 gebildet ist, die auf einer an der Wand des Brennelementlagerbeckens 2 angeordneten, horizontal verlaufenden Schiene 50 aufgegleist ist. Das Schütz 52 kann mit Hilfe von Hydraulikzylindern 54 zwischen einer Position, in der die Schleuse 10 geöffnet ist und einer gestrichelt eingezeichneten Position, in der die Schleuse 10 geschlossen ist, hin und her gefahren werden. Ein ebenfalls an der Wand des Brennelementlagerbeckens 2 angeordnetes Profil 56 dient als obere Führung des Schützes 52, um ein sicheres Verschließen der Schleuse 10 sicherzustellen.
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In einer in 4 dargestellten alternativen Ausführungsform ist als Schütz 36 eine schwenkbar gelagerte Platte 52 (Schwenkschütz) vorgesehen, die die Schleuse 10 mittels eines hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebs durch eine Schwenkbewegung verschließt.
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Alternativ zu den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen, bei denen das Schütz 36 im Wesentlichen durch eine Platte gebildet ist, ist in 5 und 6 ein Schütz 36 in Form eines Rollos 60 vorgesehen, das auf einer unterhalb des Bodens 26 der Schleuse 10 gelagerten Rolle 62 aufgewickelt ist und mit einem Zugseil 64 zum Verschließen der Schleuse 10 abgewickelt werden kann. Das Rollo 60 besteht aus einer elastischen gummiartigen Membran, die durch parallel zur Drehachse 66 der Rolle 62 angeordnete Profile 68 versteift ist, die außerdem zur Führung des Rollos 60 in neben der Schleuse 10 angeordneten Führungsschienen 70 dienen.
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Ein solches Rollo 60 kann beispielsweise auch ergänzend zu dem in 3 dargestellten verschiebbaren Schütz vorgesehen sein.
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In 7 bis 9 ist eine weitere Ausführungsform des Schützes 36 dargestellt. Das Schütz 36 wird hier im Wesentlichen durch zwei vertikal ausgerichtete, ungefähr gleich große Platten 72, insbesondere Stahlplatten, gebildet, die in der in 7 perspektivisch dargestellten Öffnungskonfiguration im Wesentlichen deckungsgleich mit geringem Abstand zueinander aufrecht stehend nebeneinander angeordnet sind. Sie sitzen dabei mit ihren Unterkanten am Boden 26 des Brennelementlagerbeckens 4 auf und befinden sich gewissermaßen in einer verdeckten Parkposition hinter einem Bodenvorsprung 74 im Übergangsbereich zwischen Brennelementlagerbecken 4 und Reaktorgrube 2, so dass die oberhalb des Bodenvorsprungs 74 liegende Schleusenöffnung komplett freigegeben ist. Zum Schließen der Schleuse 10 werden beide Platten 72 über ein gemeinsames passives Betätigungssystem der oben beschriebenen Art, etwa über Zugseile oder dergleichen, unter Beibehaltung ihrer vertikalen Ausrichtung nach oben in die in 8 dargestellte Schließkonfiguration gezogen. In der Schließkonfiguration befinden sich die beiden Platten 72 in einer gemeinsamen Flucht direkt übereinander, wobei die Unterkante der oberen Platte 72 auf der Oberkante der unteren Platte 72 aufliegt und die Unterkante der vom Boden 26 des Brennelementlagerbeckens 4 angehobenen unteren Platte 72 ein wenig nach unten über den direkt neben ihr befindlichen Bodenvorsprung 74 hinausragt. Damit ist die Schleusenöffnung komplett verschlossen.
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Zur Realisierung der für den Schließvorgang notwendigen Bewegungsabläufe sind die beiden Platten 72 an ihren Seitenkanten mittels seitlich abstehender Bolzen oder dergleichen in seitlichen Führungsschienen 76 gelagert. In ihrem unteren Bereich verlaufen die Führungsschienen 76 für die erste und die zweite Platte 72 jeweils parallel in geringem Abstand zueinander, so dass die beiden Platten 76 die oben beschriebene Öffnungskonfiguration einnehmen können, in der sie nach Art einer Stapelbildung unmittelbar nebeneinander liegen. Weiter oben, am Ende des Verschiebeweges für die in der Schließkonfiguration untere Platte 72 enden die beiden (links und rechts) ihr zugeordneten Führungsschienen 76. Die beiden Führungsschienen 76 für die andere, in der Schließkonfiguration obere Platte 72 sind hingegen weiter nach oben geführt, durchlaufen oberhalb des oberen Endes des anderen Schienenpaares eine in etwa S-förmige Biegung und erstrecken sich dann in einer Flucht zu dem anderen Schienenpaar liegend weiter nach oben. Damit ist es möglich, die beiden Platten 72 durch Verschiebung entlang der Führungsschienen 76 aus der Öffnungskonfiguration in die Schließkonfiguration zu überführen, in der sie zueinander fluchtend seriell übereinander angeordnet sind.
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Für eine gute Dichtigkeit in der Schließkonfiguration sind die obere Kante der unteren Platte 72 und die ihr zugewandte untere Kante der oberen Platte 72 nach Art einer Nut- und Federverbindung 78 oder Spundung komplementär zueinander ausgestaltet. In der Schließstellung greifen sie also ineinander und bilden damit gewissermaßen ein Dichtlabyrinth zur Abdichtung des Spaltes zwischen den beiden Platten 72 aus. Dies ist in 9 in einem entsprechenden Querschnittsausschnitt veranschaulicht.
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Zur Abdichtung der Seitenkanten der Platten 72 gegenüber den umliegenden Wandabschnitten, in denen die Führungsschienen 76 gelagert bzw. verankert sind, sind geeignete Dichtelemente vorgesehen, etwa in Gestalt von aufblasbaren Dichtkissen.
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Eine Verallgemeinerung des Ausführungsbeispiels auf den Fall von drei oder mehr Platten, die mittels geeigneter Führungsschienen von einer Stapelkonfiguration in eine flächig ausgedehnte, flüssigkeitsdichte Konfiguration verschiebbar sind, ist möglich. Selbstverständlich können auch mehrere solcher Partitionsschütze nebeneinander angeordnet sein.
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Diese hat gegenüber anderen Varianten den großen Vorteil, dass das Schütz 36 wesentlich platzsparender vom Bauraum her ist. Dies ist insofern wesentlich, als der Bauraum zwischen den im Brennelementlagergestell 8 gelagerten Brennelementen 6 und der Beckenauskleidung in der Regel sehr begrenzt ist.
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Eine weitere Ausführungsform des Schützes 36 ist schließlich in 10 bis 14 dargestellt.
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Das Notschütz wird hier als Faltschütz ausgeführt. Das Faltschütz besteht im Wesentlichen aus mehreren plattenförmigen Segmenten 80 mit jeweils rechteckigem Umriss, welche an den Längskanten durch geeignete Scharniere oder Gelenke 84 miteinander verbunden sind und welche wechselseitig aufeinander gelegt werden können und somit im zusammengefalteten Zustand (Öffnungskonfiguration, 10 rechts) ein kompaktes Paket bilden. Das Schütz 36 kann durch Ziehen am oberen Segment 80, beispielsweise mit Hilfe einer Kette, eines Seils oder ähnlichem, geschlossen werden. Dabei wird des Faltschütz segmentweise aufgeklappt und in die Endlage (Schließkonfiguration, 10 links) gebracht, welche der Strecklage des Schützes 36 entspricht. Hat es die Endlage erreicht, kann es durch aufblasbare Dichtungen gegenüber der Beckenauskleidung abgedichtet werden. Die Abdichtung der einzelnen Segmente 80 untereinander erfolgt bevorzugt jeweils durch eine Dichtlage, die zwischen den Segmenten 80 angebracht wird, bzw. durch eine aufrollbare Dichtmatte, die zwischen Beckenauskleidung und Faltschütz eingerollt wird. Das Faltschütz kann sowohl auf der Unterseite als auch an den Seiten der Schleuse 10 montiert werden.
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Zur Realisierung der erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade können ähnlich wie im Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 9 seitliche Führungsschienen 82 vorgesehen sein, in die die Segmente 80 des Faltschützes mittels seitlich abstehender Bolzen oder dergleichen eingreifen bzw. diese umgreifen. Der Verlauf der Führungsschienen 82 ist entsprechend der beim Schließvorgang gewünschten Kinematik geeignet gewählt und geht beispielhaft aus 11 bis 14 hervor. Der wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 9 besteht darin, dass dort die einzelnen Platten 72 in der Schließkonfiguration aufrecht stehend, also in jeweils vertikaler Ausrichtung nebeneinander gestapelt werden, während hier nun eine Stapelung der Platten bzw. Segmente 80 im liegenden, jeweils horizontal ausgerichteten Zustand erfolgt. Bei geeigneter Wahl der Segmentabmessungen lässt sich in beiden Fällen ein platzsparender Einbau verwirklichen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Reaktorgrube
- 4
- Brennelementlagerbecken
- 6
- Brennelement
- 8
- Brennelementlagergestell
- 10
- Schleuse
- 12
- Wasserspiegel
- 14
- Beckenflurebene
- 16
- Reaktordruckbehälter
- 18
- Wand
- 20
- Zwischenraum
- 22
- Abstellfläche
- 24
- Flutkompensator
- 26
- Boden
- 28
- Oberkante
- 30
- Signalgeber
- 32
- Energiespeicher
- 34
- Antrieb
- 36
- Schütz
- 38
- Schwimmer
- 40
- Schalter
- 50
- Schiene
- 52
- Platte
- 54
- Hydraulikzylinder
- 56
- Profil
- 60
- Rollo
- 62
- Rolle
- 64
- Zugseil
- 66
- Drehachse
- 68
- Profil
- 70
- Führungsschiene
- 72
- Platte
- 74
- Bodenvorsprung
- 76
- Führungsschiene
- 78
- Nut- und Federverbindung
- 80
- Segment
- 82
- Führungsschiene
- 84
- Gelenk
