DE19548510C1 - Vorrichtung zum Heben, Senken und Transport eines Gegenstands in einem flüssigkeitsgefüllten Becken, insbesondere eines Brennelementes einer Kernkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heben, Senken und Transport eines in einem flüssigkeitsgefüllten Becken ange­ ordneten beweglichen Gegenstands.

In einer Kernkraftanlage sind flüssigkeitsgefüllte Becken, wie ein Brennelement-Lagerbecken, ein Absetzbecken, und/oder ein Flutraum zur Bedeckung des Reaktordruckbehälters vorhan­ den, die eine eine radioaktive Strahlung abschirmende Was­ serschicht enthalten. Innerhalb dieser Becken werden radio­ aktiv strahlende Gegenstände, wie Brennelemente, Steuerstäbe und Inneneinbauten des Reaktordruckbehälters gelagert sowie unter der Wasseroberfläche transportiert. Vor allem bei einem Brennelementwechsel ist es erforderlich, Brennelemente aus dem in dem Reaktordruckbehälter angeordneten Reaktorkern zu entnehmen und in einem Abklingbecken zwischenzulagern, bis die Strahlungsaktivität der Brennelemente auf einen vorgege­ benen Wert abgesunken ist. Bei einem solchen Brennelement­ wechsel werden die abgebrannten Brennelemente aus dem Reak­ torkern herausgezogen und unter der Wasseroberfläche in eine vorgegebene Lagerposition transportiert. Hierfür ist es er­ forderlich, die Brennelemente zu heben, zu transportieren und zu senken. Dies kann beispielsweise über Seilwinden mit ent­ sprechenden Antriebsvorrichtungen und Sicherheitsvorrichtun­ gen, wie beispielsweise Bremsen, erfolgen (vgl. auch DE 29 07 324 C2).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Heben, Senken und Transport eines in einem flüssigkeitsgefüllten Becken beweglich angeordneten Gegenstandes anzugeben, welche ein sicheres Heben und Senken des Gegenstandes bei gleich­ zeitigem geringen Platzbedarf und konstruktiv einfacher Aus­ führung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung ge­ löst durch einen schwimmfähigen Tauchbehälter, der einen ge­ schlossenen, mit einem Fluid befüllbaren Flutraum aufweist, wobei der Flutraum an eine Fluidzuführung angeschlossen ist, so daß dem Flutraum ein Fluid zuführbar und/oder entnehmbar ist, wobei an dem Tauchbehälter eine Greifvorrichtung zum Greifen des Gegenstandes vorgesehen ist.

Die Vorrichtung erlaubt somit durch Ausnutzung des Auftriebes eines schwimmfähigen Körpers, des Tauchbehälters, auf einfa­ che Art und Weise ein Heben, Senken und einen Transport eines in dem mit Flüssigkeit gefüllten Becken angeordneten Gegen­ standes. Der Tauchbehälter kann hierbei entsprechend den technischen Anforderungen eine geeignete Form aufweisen, bei­ spielsweise kastenförmig sein oder in Form eines Ellipsoids, einer Kugel oder eines Torus vorliegen. Er kann ein druckfe­ ster weitgehend starrer oder ein aufblasbarer Behälter, wie beispielsweise eine Schwimmblase, sein. Ist der Tauchbehälter als starrer Behälter mit einem konstanten Innenvolumen ausge­ führt, so kann über die Fluidzuführung eine Flüssigkeit hin­ eingepumpt und/oder abgesaugt werden, wodurch der Flutraum mit einer vorgebbaren Menge an Flüssigkeit befüllbar ist, insbesondere vollständig entleert bzw. gefüllt ist. Die Fluidzuführung kann zusätzlich so ausgeführt sein, daß mit ihr gleichzeitig eine Zuführung bzw. Abführung eines Gases möglich ist. Es kann auch eine zweite Fluidführung vorgesehen sein. Im Inneren des Flutraumes ist somit ein Teil des Volu­ mens mit Flüssigkeit und ein Teil mit einem Gas, beispiels­ weise Luft, gefüllt. Hierdurch kann der Tauchbehälter belie­ big tief in dem flüssigkeitsgefüllten Becken abgesenkt und mit einer zusätzlichen Last versehen unter Ausnutzung des Auftriebes an die Oberfläche der Flüssigkeit gehoben werden. Hierdurch ist auf einfache Art und Weise ein Heben und Senken des Tauchbehälters und damit auch eines über die Greifvor­ richtung gehaltenen Gegenstandes ermöglicht. Die Vorrichtung erfordert zudem nur einen geringen apparativen Aufwand. Die Flutzuführung kann beispielsweise als eine Schlauchleitung ausgeführt sein, die von dem Tauchbehälter flexibel zu einem Schwimmkörper oder aus dem Becken herausgeführt sein kann, so daß nahezu keine mit der Flüssigkeit benetzte Komponenten aus dem Becken herausgeführt sind.

Der Flutraum des Tauchbehälters hat vorzugsweise ein Volumen von 0,5 m³ bis 2 m³, insbesondere 1 m³, wodurch das Heben und Senken eines schweren Gegenstandes in Wasser ermöglicht ist. Der von der Vorrichtung beanspruchte Platz ist auf einige we­ nige Kubikmeter begrenzt, so daß die Vorrichtung während ei­ nes normalen Betriebes einer Kernkraftanlage aus dem entspre­ chenden Becken der Kernkraftanlage herausgenommen sein und gegebenenfalls komplett außerhalb eines den Reaktordruckbe­ hälter einschließenden Sicherheitsbehälters gelagert werden kann.

Die Vorrichtung verfügt vorzugsweise über einen eigenen An­ trieb zur horizontalen Fortbewegung des Tauchbehälters. Die­ ser Antrieb kann beispielsweise ein Elektromotor mit einem Propeller, welcher an dem Tauchbehälter befestigt ist, sein. Über eine entsprechende Fernbedienung mittels Funk oder Kabel kann der Tauchbehälter an jeden Ort innerhalb des Beckens fernbedienbar bewegt werden.

Die Fluidzuführung ist vorzugsweise mit einer Zuführeinrich­ tung zum Be- und Entleeren des Flutraumes verbunden. Bei ei­ nem Tauchbehälter, welcher als starrer Behälter ein konstan­ tes Raumvolumen einschließt, kann die Zuführeinrichtung eine Pumpe enthalten, durch welche eine Flüssigkeit, beispielswei­ se Wasser, in den Flutraum hinein bzw. herausgepumpt werden kann. Die Zuführeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine Druckluftquelle aufweisen. Hierdurch läßt sich der Auf­ trieb des Tauchbehälters schnell und exakt einstellen, wo­ durch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und Präzision der Vor­ richtung gegeben ist. Bei einem Tauchbehälter, welcher bei­ spielsweise eine aufblasbare Schwimmblase ist, weist die Zu­ führeinrichtung, beispielsweise ein Druckluftquelle auf, durch die die Schwimmblase aufgeblasen wird. Durch eine ge­ naue und schnelle Einstellung der Luftmenge in der Schwimm­ blase läßt sich auch in diesem Fall der Auftrieb des Tauchbe­ hälters schnell und genau einstellen. Zur Erreichung einer zusätzlichen diversitären Sicherheit der Vorrichtung können zwei unabhängige Tauchbehälter vorgesehen sein, beispiels­ weise ein starrer Tauchbehälter für den normalen Betrieb der Vorrichtung und ein aufblasbarer Tauchbehälter als Absturz­ sicherung.

Für eine exakte ortsgenaue Bedienung der Vorrichtung weist der Tauchbehälter vorzugsweise eine Positionsanzeige auf, durch welche eine Bestimmung der Position der Greifvorrich­ tung gegeben ist. Diese Position kann zu einer außerhalb des Beckens vorgesehene Bedieneinrichtung übertragen werden.

An dem Tauchbehälter ist vorzugsweise eine Haltevorrichtung vorgesehen, an der ein Eingreifen einer den Tauchbehälter tragenden Transportvorrichtung ermöglicht ist. Diese Trans­ portvorrichtung kann beispielsweise ein Kran mit einem ent­ sprechenden Haken sein, durch welchen der Tauchbehälter in horizontaler Richtung verfahrbar ist. Die Haltevorrichtung kann auch der Befestigung eines zusätzlichen Tauchbehälters dienen.

In einer weiteren Ausführung weist der Tauchbehälter zusätz­ lich zu dem Flutraum eine Druckkammer zur Aufnahme eines un­ ter Druck stehenden, komprimierten Gases, wie Druckluft, auf. Diese Druckkammer ist über eine eine Gaszuführung darstel­ lende Druckleitung mit dem Flutraum verbunden. Die Drucklei­ tung kann über ein fernbedienbares Absperrorgan verschlossen und geöffnet werden. Durch ein Einströmen des unter Druck stehenden Gases aus der Druckkammer in den Flutraum ist es möglich, in dem Flutraum vorhandene Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auszublasen. Hierdurch ist die Menge der in den Flut­ raum vorhandenen Flüssigkeit einstellbar und damit auch der Auftrieb des Tauchbehälters regelbar.

Vorzugsweise eignet sich die Vorrichtung für einen Einsatz in einem Becken in einer Kernkraftanlage zur Handhabung, insbe­ sondere zum Heben, Senken und Transport von Brennelementen, Steuerstäben, Steuerstabführungsrohren, Neutronenquellen, Neutronenflußmeßlanzen, Einbauten innerhalb des Reaktordruck­ behälters sowie sonstigen Werkzeugen und Gerätschaften. Auf­ grund des geringen Volumens und der dadurch resultierenden einfachen Transportierbarkeit der Vorrichtung kann diese in jedem beliebigen Becken innerhalb des Sicherheitsbehälters der Kernkraftanlage, wie einem Brennelement-Lagerbecken, ei­ nem Absetzbecken für die Brennelemente, einem Transportbehäl­ terbecken und/oder einem Flutraum, eingesetzt werden. Beson­ ders eignet sich die Vorrichtung zur Durchführung eines Brennelementwechsels, bei dem abgebrannte Brennelemente aus dem Reaktordruckbehälter in das Brennelement-Lagerbecken transportiert und unverbrauchte Brennelemente in den Reaktor­ druckbehälter eingebracht werden. Auch eignet sich die Vor­ richtung zur Durchführung von Reparatur- und Inspektionsmaß­ nahmen an den Brennelementen sowie Steuerstäben der Kern­ kraftanlage.

Die Vorrichtung funktioniert derart, daß durch ein Befüllen des Flutraumes mit einem Fluid der Auftrieb des Tauchbehäl­ ters in einer Flüssigkeit eines Beckens so eingestellt wird, daß die Greifvorrichtung bis auf die Höhe des zu greifenden Gegenstandes abgesenkt wird, die Greifvorrichtung den Gegen­ stand greift und der Flutraum von dem Fluid, dem Wasser, so geleert wird, daß der Auftrieb des Tauchbehälters zum Heben des Gegenstandes ausreicht. Der Transportbehälter kann über einen eigenen Antrieb bzw. über eine an dem Tauchbehälter an­ greifende Transportvorrichtung in horizontaler Richtung an jede beliebige Position innerhalb des Beckens bewegt werden. Durch Veränderung des Auftriebes kann ein Gegenstand durch die Vorrichtung innerhalb des Beckens in der Flüssigkeit ge­ hoben und wieder abgesenkt werden. Die Handhabung zeichnet sich durch seine einfache Durchführbarkeit und durch den ge­ ringen apparativen Aufwand aus. Die Vorrichtung ist besonders geeignet zur Handhabung von Brennelementen und Steuerstäben in einer Kernkraftanlage, beispielsweise im Zuge eines Brenn­ element-Wechsels. Da die Vorrichtung vollständig fernbedien­ bar sowie weitgehend vollständig unterhalb der Flüssigkeits­ oberfläche in dein entsprechenden Becken angeordnet ist, blei­ ben andere Arbeitsabläufe in der Kernkraftanlage weitgehend unberührt.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ le wird die Vorrichtung zur Handhabung eines in einem flüs­ sigkeitsgefüllten Becken angeordneten Gegenstandes näher er­ läutert. Es zeigen in schematischer nicht maßstäblicher Dar­ stellung

Fig. 1 eine Vorrichtung in einem Längsschnitt in einem Becken und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung in einem Längsschnitt.

Gleiche Bezugszeichen haben in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils die gleiche Bedeutung.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Brennelement-Lager­ becken 11 einer Kernkraftanlage, welches mit einer Flüssig­ keit 20, insbesondere demineralisiertem Wasser, gefüllt ist. In dem Brennelement-Lagerbecken 11 ist ein Brennelement-La­ gergestell 12 zur Lagerung von Brennelementen 10 angeordnet, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich schematisch ein Brennelement 10 dargestellt ist. Geodätisch oberhalb des Brennelement-Lagergestells 12 ist eine Vorrichtung 1 zur Handhabung eines Gegenstandes 10′, des Brennelementes 10, dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen Tauchbehälter 2 auf, welcher hier als Ellipsoid ausgeführt ist. Je nach An­ forderung kann der Tauchbehälter 2 auch ein Kasten, eine Ku­ gel, ein Torus oder eine aufblasbare Schwimmblase sein. An seiner dem Brennelement-Lagergestell 12 zugewandten Seite hat der Tauchbehälter 2 eine als Haken ausgestaltete Greifvor­ richtung 5. Diese Greifvorrichtung 5 ist selbstverständlich je nach Anforderung und Auslegung des Gegenstandes 10 anders ausführbar, beispielsweise als Zange, als Magnetverschluß, etc. An der Greifvorrichtung 5 ist eine Positionsanzeige 8 angebracht, durch die ferngesteuert eine genaue Position der Greifvorrichtung 5 in dem Brennelement-Lagerbecken 11 an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung zur Bedienung der Vor­ richtung 1 übertragbar ist. An der der Greifvorrichtung 5 ge­ genüberliegenden Seite des Tauchbehälters 2 ist eine Halte­ vorrichtung 6 angeordnet, in die ein weiterer nicht darge­ stellter Tauchbehälter oder eine ebenfalls nicht dargestellte Transportvorrichtung, wie beispielsweise ein Kran, eingreifen kann. Hierdurch ist eine horizontale Bewegung des Tauchbehäl­ ters in dem Brennelement-Becken 11 bzw. eine redundante Si­ cherung 2 des Tauchbehälters gegenüber einem unkontrollierten Absinken gegeben.

An dem Tauchbehälter 2 ist darüber hinaus ein Antrieb 7 vor­ gesehen, welcher vorzugsweise einen Elektromotor aufweist, der fernbedienbar ist, und einen Propeller 7a sowie ein Ruder 7b aufweist. Durch diesen Antrieb 7 kann der Tauchbehälter 2 von der oben bereits erwähnten nicht dargestellten Steuerein­ richtung fernbedient werden und in horizontaler Richtung an jede beliebige Position innerhalb des Brennelement-Lager­ beckens 11 verfahren werden. In den Tauchbehälter 2 führt ei­ ne Fluidzuführung 4 hinein, welche über eine Schlauchleitung 21 mit einer Zuführeinrichtung 9 außerhalb des Brennelement- Lagerbeckens 11 verbunden ist. Die Zuführeinrichtung 9 weist vorzugsweise eine Pumpe auf, über die Wasser in einen Flut­ raum 3 des Tauchbehälters 2 hinein- bzw. auch wieder heraus­ gepumpt werden kann. Der Flutraum 3 ist somit mit Wasser be­ füllbar. Um ein freies Ein- und Ausströmen von Luft oberhalb des von dem Wasser 13 in dem Flutraum 3 eingenommenen Luftbe­ reiches 14 zu gewährleisten, ist dieser geodätisch oberhalb des Wassers 13 liegende Luftbereich 14 mit einer Luftzufüh­ rung 4a verbunden. Diese Luftzuführung 4a ist beispielsweise ebenfalls eine Schlauchleitung 21, die in einem Schwimmer 22 auf der Oberfläche der Flüssigkeit 20 des Brennelement-Lager­ beckens 11 endet. Selbstverständlich ist diese Luftzuführung 4a in die Fluidzuführung 4 integrierbar.

Durch eine Einstellung der Menge an Wasser 13 in dem Flutraum 3 des Tauchbehälters 2 ist der Auftrieb des Tauchbehälters 2 genau einstellbar. Hierdurch kann nach einer horizontalen Po­ sitionierung des Tauchbehälters 2 über den Antrieb 7 ein Ab­ senken bzw. Heben des Tauchbehälters 2 erfolgen. Durch Zufüh­ rung von Wasser 13 in den Flutraum 3 wird der Tauchbehälter 2 so abgesenkt, daß die Greifvorrichtung 5 das Brennelement 10 greift. Durch Abpumpen des Wassers 13 steigt der Auftrieb des Tauchbehälters 2, so daß das Brennelement 10 vollständig aus dem Brennelement-Lagergestell 12 herausgezogen wird. Durch horizontale Verschiebung des Tauchbehälters 2 und anschlie­ ßender Absenkung des Brennelementes 10, durch erneute Zufüh­ rung von Wasser 13 in den Flutraum 3, wird das Brennelement 10 an einer anderen Position abgestellt. Hierdurch kann ein abgebranntes Brennelementes 10 aus dem Reaktorkern eines Re­ aktordruckbehälters einer Kernkraftanlage gezogen und in dem Brennelement-Lagerbecken oder in einem Absetzbecken abgesetzt werden, bis die von dem Brennelement 10 ausgehende Radioakti­ vität auf einen vorgegebenen Wert abgeklungen ist. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung ist es ebenfalls möglich, ande­ re Gegenstände in einem flüssigkeitsgefüllten Becken einer Kernkraftanlage zu heben, zu senken und zu transportieren, wie beispielsweise Steuerstäbe, Neutronenmeßlanzen, Neutro­ nenquellen, Werkzeuge oder Einbauteile des Reaktordruckbehäl­ ters.

Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt einen analog zu Fig. 1 auf­ gebauten Tauchkörper 2. Der Tauchkörper 2 weist neben einem Flutraum 3 eine Druckkammer 15 auf, die mit Druckluft oder einem ähnlichen komprimierten Gas befüllbar ist. Die Druck­ kammer 15 ist über eine Druckleitung 16 mit dem Flutraum 3 verbunden. Die Druckleitung 16 weist ein Absperrorgan 18 auf, durch welches die Druckleitung 16 abgesperrt bzw. geöffnet werden kann. Das Absperrorgan 18 ist hierzu vorzugsweise ein fernbetätigbares Ventil. An der geodätisch tiefstliegenden Stelle des Flutraums 3 ist die Fluidzuführung 4 vorgesehen, welche ein Steuerventil 19, beispielsweise ein Rückschlag­ ventil, aufweist. Bei einem Öffnen der Druckleitung 16 ge­ langt die Druckluft in den Flutraum 3 und verdrängt einen Teil des darin befindlichen Wassers 13 über die Fluidzufüh­ rung 4 in das Brennelement-Lagerbecken 11 hinaus. Durch Öff­ nen der Druckleitung 16 wird somit der Auftrieb des Tauch­ behälters 2 erhöht, wodurch ein Heben eines Gegenstandes 10, insbesondere eines Brennelementes, erreicht wird. Durch Öff­ nen der Fluidzuführung 4 zu dem Brennelement-Lagerbecken 11 dringt zusätzliches Wasser 20 in den Flutraum 3 ein, wenn Gas aus dem Flutraum abgelassen oder Fluid in den Flutraum ge­ pumpt wird, wodurch der Auftrieb verringert wird und sich der Tauchbehälter 2 absenkt. Durch eine Fernbedienbarkeit sämtli­ cher Komponenten wie Greifvorrichtung 5, Absperrorgan 18, An­ trieb 7 und Steuerventil 19 ist die Vorrichtung 1 quasi wie ein ferngesteuertes U-Boot einsetzbar. In diesem Fall sind keinerlei Zuführungen und Leitungen aus der Flüssigkeit 20, dem demineralisierten Wasser, des Brennelement-Beckens 11 hinausgeführt. Mögliche Kontaminationen und Strahlungsbela­ stungen durch abtropfendes Wasser 20 werden somit von vorn­ herein vermieden.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Vorrichtung aus, bei der über eine Regelung des Auftriebes eines Tauchkörpers ein Gegenstand in einem mit Flüssigkeit gefüllten Becken gehoben, gesenkt und transportiert werden kann. Die Vorrichtung eignet sich hierdurch besonders für den Einsatz in einer Kernkraft­ anlage zur Handhabung eines Brennelementes, eines Steuersta­ bes oder eines irgendwie gearteten beweglichen Einbauteils eines Reaktordruckbehälters. Die Vorrichtung kann völlig au­ tark und fernbedienbar ausgeführt sein, so daß sie nach Art eines U-Bootes in einem Becken frei beweglich ist. Durch den geringen Platzbedarf der Vorrichtung kann diese außerhalb der eigentlichen Einsatzzeiten gegebenenfalls sogar außerhalb des Sicherheitsbehälters der Kernkraftanlage herausgebracht und separat gelagert werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung (1) zum Heben, Senken und Transport eines in einem flüssigkeitsgefüllten Becken (11) angeordneten beweg­ lichen Gegenstands (10), gekennzeichnet durch einen schwimmfähigen Tauchbehälter (2), der einen geschlossenen, mit einem Fluid (13, 14) befüllbaren Flutraum (3) aufweist, wobei der Flutraum (3) an eine Fluidzuführung (4) angeschlossen ist, so daß dem Flutraum (3) Fluid (13, 14) zuführbar und/oder entnehmbar ist, wobei an dem Tauchbehälter (2) eine Greifvorrichtung (5) zum Greifen und Halten des Gegenstandes (10′) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flutraum (3) ein Volumen von 0,5 m³ bis 2,0 m³, insbesondere 1 m³, hat.

3. Vorrichtung (1) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (7) zur horizontalen Verschiebung des Tauchbehälters (2) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung (1) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführeinrichtung (9), insbesondere eine Pumpe, zum Befüllen und Entleeren des Flutraums (3) mit Fluid (13, 14) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung (1) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Positionsanzeige (8) zur genauen Bestimmung der Position der Greifvorrichtung (5).

6. Vorrichtung (1) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Haltevorrichtung (6) für die Befestigung einer den Tauchbehälter (2) tragenden Transportvorrichtung (17).

7. Vorrichtung (1) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchbehälter (2) eine Druckkammer (15) zur Aufnahme von un­ ter Druck stehendem, komprimierten Gas (14) aufweist, wobei die Druckkammer (15) über eine die Gaszuführung bildende Druckleitung (16) mit dem Flutraum (3) verbunden und mit einem fernbedienbaren Absperrorgan (18) verschließbar sowie freigebbar ist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einer Kernkraftanlage mit einem Reaktor­ druckbehälter mit Brennelementen und Steuerstäben, einem Brennelement-Lagerbecken, einem Transportbehälter-Becken und/oder einem Flutraum zum Heben, Senken und Transport eines Gegenstandes (10′), insbesondere eines Brennelements, eines Steuerstabs oder eines Bauteils des Reaktordruckbehälters, einsetzbar ist.