DE19733283C2 - Abschirmbehälter für den Transport und/oder die Lagerung abgebrannter Brennelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abschirmbehälter für den Transport und/oder die Lagerung abgebrannter Brennelemente aus Kernkraftwerken, - mit Behältermantel, Behälterboden und zumindest einem Behälterdeckel, welcher Abschirmbehäl­ ter in seinem Behälterinnenraum eine Mehrzahl von Ein­ stellplätzen für die abgebrannten Brennelemente aufweist, wobei der Behälterdeckel mit zumindest einer verschließba­ ren Durchgangsbohrung versehen ist. - Lagerung meint im Rahmen der Erfindung insbesondere die Zwischenlagerung. Wenngleich der erfindungsgemäße Abschirmbehälter insbeson­ dere für den Transport und/oder die Lagerung abgebrannter Brennelemente vorgesehen ist, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, andere strahlende, insbesondere neutronenstrah­ lende Gegenstände in dem Abschirmbehälter zu transportieren und/oder zu lagern.

Abschirmbehälter der eingangs genannten Art sind in ver­ schiedenen Ausführungsformen bekannt (DE 41 35 066 C1). Die in die Abschirmbehälter einzustellenden Brennelemente bzw. Brennstäbe können im defekten Zustand während ihres Re­ aktoreinsatzes und/oder ihrer anschließenden Naßlagerung in der Regel eine beträchtliche Menge an Feuchtigkeit bzw. Wasser aufnehmen. Es versteht sich, daß diese Feuchtigkeit nicht im Abschirmbehälter verbleiben kann, da es ansonsten während der in der Regel mehrere Jahrzehnte dauernden Zwischenlagerung zu Korrosionserscheinungen an Abschirm­ behälterbauteilen, insbesondere auch im Bereich der Ab­ schirmbehälterdichtungen, kommen würde. Hierdurch wäre langfristig die Dichtigkeit des Abschirmbehälters gefähr­ det. Aus diesem Grund wird im Rahmen der aus der Praxis be­ kannten Maßnahmen zur Reduzierung des Feuchtigkeitsgehaltes im Behälterinnenraum eine Vakuumtrocknung dieses Behälte­ rinnenraums durchgeführt. Die Vakuumtrocknung wird norma­ lerweise über zumindest eine im Behälterdeckel vorgesehene Durchgangsbohrung durchgeführt, wobei die Feuchtigkeits­ teilchen bzw. Wasserteilchen über die zumindest eine Durchgangsbohrung abgezogen werden. Es wurde jedoch fest­ gestellt, daß durch diese Vakuumtrocknung zwar der Hauptan­ teil der Feuchtigkeit entfernt werden kann, nichtsdesto­ weniger jedoch eine störende Restfeuchte in dem Abschirm­ behälter verbleibt. Insbesondere bei der Lagerung von de­ fekten Brennstäben bzw. Brennelementen muß mit einem nicht zu vernachlässigenden Anteil an Restfeuchte gerechnet werden, der durch die Vakuumtrocknung nicht entfernbar ist. Diese in den Brennstäben bzw. Brennelementen noch vorhan­ dene Restfeuchte kann während der mehrere Jahrzehnte, bei­ spielsweise 40 Jahre, dauernden Zwischenlagerung in den Be­ hälterinnenraum entweichen und dort, insbesondere auch im Bereich der Dichtungen des Abschirmbehälters Korrosionser­ scheinungen hervorrufen. Es versteht sich, daß diese Korro­ sionserscheinungen die Dichtigkeit des Abschirmbehälters beeinträchtigen können.

Die Verwendung von Molekularsieben als Adsorber für Wasser ist bekannt (Ullmann's Encyklopedia of Industrial Chemistry, Vol. B3, S. 9-6 bis 9-10, VCH-Verlagsgesell­ schaft, Weinheim 1988; Lueger Lexikon der Technik, Bd. 16, Stichwort "Trocknungsmittel", Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart 1970), auf dem Gebiete der gattungsgemäßen Ab­ schirmbehälter bisher aber nicht in Betracht gezogen worden.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zu­ grunde, einen Abschirmbehälter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine funktionssichere und vollständige Entfernung der Restfeuchte auf einfache und wenig aufwen­ dige Weise verwirklicht werden kann und der in sicher­ heitstechnischer Hinsicht allen Anforderungen genügt.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung einen Abschirmbehälter der eingangs beschriebenen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Behälterinnenraum zumindest ein Restfeuchteadsorber mit Molekularsieb vorge­ sehen ist und daß der Restfeuchteadsorber im wesentlichen senkrecht unterhalb der Durchgangsbohrung angeordnet ist. - Die abgebrannten Brennelemente werden in den Abschirmbe­ hälter eingebracht und danach wird der Abschirmbehälter mit dem zumindest einen Behälterdeckel verschlossen. Vor­ zugsweise über die zumindest eine Durchgangsbohrung wird dann der Hauptanteil der Feuchtigkeit mittels einer Vakuum­ trocknung aus dem Behälterinnenraum abgeführt. Zweckmäßi­ gerweise wird das Molekularsieb bzw. die Molekularsiebmasse erst nach der Durchführung der Vakuumtrocknung über zumindest eine Durchgangsbohrung in den Behälterinnenraum eingeführt. Anschließend wird die Durchgangsbohrung vorzugsweise mit einem Blindstopfen verschlossen. Nach be­ vorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das Moleku­ larsieb über eine Durchgangsbohrung in den Behälterinnen­ raum eingeführt, welche Durchgangsbohrung auch als Entwäs­ serungsbohrung bei der Vakuumtrocknung eingesetzt wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Behälterdeckel eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen aufweisen kann, die zweck­ mäßigerweise mit einem Blindstopfen verschließbar sind. Es versteht sich, daß in den Behälterinnenraum auch eine Mehr­ zahl von Restfeuchteadsorbern mit zugeordnetem Molekular­ sieb eingebracht werden kann.

Molekularsieb meint im Rahmen der Erfindung insbesondere natürliche und synthetische Zeolithe mit starkem Adsorp­ tionsvermögen für Gase und Dämpfe. Solche Molekularsiebe haben in der Regel einheitliche Porendurchmesser, die in der Größenordnung der Durchmesser der zu adsorbierenden Mo­ leküle liegen. Aufgrund der großen inneren Oberfläche dieser Molekularsiebe wird ein hohes Adsorptionsvermögen erreicht. Diese Adsorptionswirkung beruht darauf, daß von den Molekularsieben nur solche Substanzen adsorbiert wer­ den, deren Moleküle in die Poren eindringen können. Es ver­ steht sich, daß die im Rahmen der Erfindung eingesetzten Molekularsiebe in erster Linie auf die Adsorption von Wassermolekülen ausgerichtet sind.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Restfeuchteadsorber mit einem Aufnahmebehälter für das Mo­ lekularsieb ausgerüstet und weist der Aufnahmebehälter Auf­ nahmebehälterwände auf, die für Feuchtigkeitsteilchen, ins­ besondere Wasserteilchen, durchlässig sind. Vorzugsweise bestehen die Aufnahmebehälterwände aus einem gesinterten Metall, zweckmäßigerweise gesintertem Edelstahl, welche gesinterten Metallwände für die Feuchtigkeitsteilchen, ins­ besondere Wasserteilchen, durchlässig sind. Dadurch, daß der Restfeuchteadsorber im wesentlichen senkrecht unterhalb der Durchgangsbohrung angeordnet ist, ist ein einfaches Einführen und/oder Ausführen und/oder Austauschen des Rest­ feuchteadsorbers und/oder des Molekularsiebs gewährleistet. Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin­ dung besondere Bedeutung zukommt, sind die Abmessungen des Restfeuchteadsorbers einerseits und die Abmessungen der Durchgangsbohrung andererseits mit der Maßgabe eingerich­ tet, daß der Restfeuchteadsorber über die Durchgangsbohrung in den Abschirmbehälter einführbar und aus dem Abschirmbe­ hälter ausführbar ist. Vorzugsweise wird nach der Durchfüh­ rung der Vakuumtrocknung der gesamte Restfeuchteadsorber über eine Durchgangsbohrung in den Abschirmbehälter einge­ führt, welche Durchgangsbohrung zweckmäßigerweise auch als Entwässerungsöffnung bei der Vakuumtrocknung eingesetzt wurde. Nach einer für die Adsorption der im Behälterinnen­ raum verbliebenen Restfeuchte ausreichenden Zeitspanne kann der Restfeuchteadsorber über die Durchgangsbohrung dem Ab­ schirmbehälter wieder entnommen oder ausgetauscht werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung wird der Aufnahmebehälter des Restfeuchteadsorbers in den Behälterinnenraum des Abschirmbehälters eingebracht und anschließend der Abschirmbehälter mit dem Behälter­ deckel verschlossen. Nach Durchführung der Vakuumtrocknung wird das Molekularsieb bzw. die Molekularsiebmasse über eine Durchgangsbohrung in den im wesentlichen senkrecht unterhalb der Durchgangsbohrung angeordneten Aufnahmebe­ hälter eingeführt und die Durchgangsbohrung anschließend zweckmäßigerweise mit einem Blindstopfen verschlossen. Vor­ zugsweise ist das Molekularsieb nach einer entsprechend langen Adsorptionszeitspanne über die Durchgangsöffnung aus dem Restfeuchteadsorber abziehbar, insbesondere absaugbar. Es versteht sich, daß das Molekularsieb bzw. die Molekular­ siebmasse auf die beschriebene Weise ausgetauscht werden kann.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist eine über einem Restfeuchteadsorber angeordnete Durchgangsboh­ rung im Bereich des Abschirmbehältermantels in den Behäl­ terdeckel eingebracht. Auf diese Weise wird effektiv der ohnehin am Abschirmbehälterrand zur Verfügung stehende und von Brennelementen freie Raum für einen Restfeuchteadsorber genutzt. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, einen Restfeuchteadsorber auf einem Einstellplatz eines Brennele­ mentes vorzusehen. Es versteht sich, daß dann eine zugeord­ nete Durchgangsbohrung im Behälterdeckel oberhalb des Rest­ feuchteadsorbers angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die ein­ gangs beschriebene Restfeuchte in einem Abschirmbehälter überraschend vollständig und funktionssicher mit einem er­ findungsgemäßen Restfeuchteadsorber entfernt werden kann. Besonders überraschend ist dabei, daß insbesondere auch die in defekten Brennstäben relativ fest eingebundene bzw. festgehaltene Feuchtigkeit sehr vollständig entfernt wird. Die erfindungsgemäßen Restfeuchteadsorber mit Molekularsieb zeichnen sich in den Abschirmbehältern durch eine große Adsorptionskapazität auch bei relativ niedrigen Feuchtigkeits- bzw. Wassergehalten und bei hohen Temperatu­ ren aus. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß das Mole­ kularsieb ausreichend strahlenbeständig ist und auch che­ misch weitgehend inert ist. Irgendwelche aus chemischen oder physikalischen Prozessen resultierenden negativen Be­ einträchtigungen des Abschirmbehälters bzw. seiner Funktion finden nicht statt. Der Erfindung liegt weiterhin die Er­ kenntnis zugrunde, daß ein erfindungsgemäßer Restfeuchtead­ sorber einsetzbar ist, ohne daß aufwendige Veränderungen an dem Abschirmbehälter vorzunehmen sind. Insoweit zeichnet sich die Erfindung durch Einfachheit und geringen Aufwand aus. Ohne Probleme können übliche und im Verkehr befind­ liche Abschirmbehälter mit einem erfindungsgemäßen Rest­ feuchteadsorber nachgerüstet werden. Der in dem Abschirmbe­ hälter zur Verfügung stehende Raum für die Brennelemente wird nicht reduziert, wenn nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Restfeuchteadsorber im Bereich des ohne­ hin zur Verfügung stehenden Freiraumes in unmittelbarer Nähe des Behältermantels angeordnet wird. Im Ergebnis kann bei dem erfindungsgemäßen Abschirmbehälter die Restfeuchte sehr vollständig entfernt werden, so daß auch langfristig eine Korrosion an Behälterbauteilen nicht auftritt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen er­ findungsgemäßen Abschirmbehälter in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 den Gegenstand gemäß Fig. 1 in einer anderen Ausfüh­ rungsform.

In den Figuren ist ein Abschirmbehälter 1 für den Transport und/oder die Lagerung abgebrannter Brennelemente 2 aus Kernkraftwerken dargestellt. Der Abschirmbehälter 1 besteht aus einem Behältermantel 3, einem Behälterboden 4 und einem Behälterdeckel 5. Der Abschirmbehälter 1 weist in seinem Behälterinnenraum 6 eine Mehrzahl von Einstellplätzen für die abgebrannten Brennelemente 2 auf. Der Behälterdeckel 5 ist im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 mit einer durch einen Blindstopfen 13 verschließbaren Durchgangsboh­ rung 8 versehen. In dem Behälterinnenraum 6 ist ein Rest­ feuchteadsorber 9 mit Molekularsieb 10 angeordnet. Im Aus­ führungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist der Rest­ feuchteadsorber 9 mit einem Aufnahmebehälter 11 für das Mo­ lekularsieb 10 ausgerüstet, welcher Aufnahmebehälter 11 Auf­ nahmebehälterwände 12 aufweist, die für Feuchtigkeitsteil­ chen bzw. Wasserdampf durchlässig sind. Die Aufnahmebehäl­ terwände 12 bestehen zweckmäßigerweise aus gesintertem Edelstahl. Der Restfeuchteadsorber 9 ist senkrecht unter­ halb der Durchgangsbohrung 8 angeordnet. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 weist der Restfeuchteadsorber 9 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise und gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 entspricht die Länge eines erfindungsgemäßen Restfeuchtead­ sorbers 9 im wesentlichen der Höhe, vorzugsweise zumindest zwei Drittel der Höhe, des Behälterinnenraums 6. In den Fig. 1 und 2 ist erkennbar, daß der Restfeuchteadsorber 9 und die zugeordnete Durchgangsbohrung 8 bevorzugt am Außen­ rand des Behälterinnenraumes 6 bzw. im Bereich des Behäl­ termantels 3 angeordnet sind. Es liegt im Rahmen der Erfin­ dung, daß zwei oder mehr Restfeuchteadsorber 9 in dem Be­ hälterinnenraum 6 vorgesehen werden und jedem Rest­ feuchteadsorber 9 eine entsprechende Durchgangsbohrung 8 zugeordnet ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Durchmesser des Restfeuchteadsorbers 9 geringfügig kleiner ausgeführt als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 8. Nachdem in den Ab­ schirmbehälter 1 nach Fig. 1 die Brennelemente 2 einge­ stellt worden sind und der Behälterdeckel 5 aufgebracht wurde, wird zunächst eine Vakuumtrocknung des Behälterin­ nenraumes 6 über die Durchgangsbohrung 8 durchgeführt. An­ schließend kann der gesamte Restfeuchteadsorber 9 mit Auf­ nahmebehälter 11 und darin befindlichem Molekularsieb 10 über die Durchgangsbohrung 8 in den Behälterinnenraum 6 eingeführt werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Restfeuchteadsorber 9 senkrecht unterhalb der Durch­ gangsbohrung 8 angeordnet. Nach bevorzugter Ausführungsform und gemäß Fig. 1 ist der Restfeuchteadsorber 9 an einen Blindstopfen 13, der zum Verschließen der Durchgangsbohrung dient, angehängt. Somit wird der Restfeuchteadsorber 9 zusammen mit dem Blindstopfen 13 eingeführt, wobei die Durchgangsbohrung 8 zugleich verschlossen wird. Nach einer entsprechenden Zeitspanne kann ohne Probleme der Blind­ stopfen 13 zusammen mit dem Restfeuchteadsorber 9 aus dem Abschirmbehälter 1 gezogen werden. Der Restfeuchteadsorber 9 kann dann ggf. durch einen neuen oder regenerierten Rest­ feuchteadsorber ausgetauscht werden. Es versteht sich, daß hierzu der Behälterdeckel 5 nicht abgenommen werden muß. Insbesondere die Ausführungsform nach Fig. 1 zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß der ohnehin im Bereich des Be­ hältermantels 3 zur Verfügung stehende Freiraum für den Restfeuchteadsorber 9 ausgenutzt wird, so daß kein Raum für die Brennelemente 2 verloren geht.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Abschirmbehälter 1, bei dem eine größere Molekularsiebmasse zur Entfernung der Restfeuchte erforderlich ist. Hier weist der Restfeuchtead­ sorber 9 bzw. der Aufnahmebehälter 11 einen größeren Durch­ messer als die Durchgangsbohrung 8 auf. Der oben offene Aufnahmebehälter 11 wird zunächst ohne Molekularsieb bei geöffnetem Abschirmbehälter 1 in den Behälterinnenraum 6 eingeführt. Anschließend wird der Behälterdeckel 5 aufge­ setzt. Die nachfolgende Vakuumtrocknung findet vorzugsweise über die Durchgangsbohrung 8 statt. Anschließend wird über die Durchgangsbohrung 8 das Molekularsieb 10 bzw. die Mole­ kularsiebmasse in den Aufnahmebehälter 11 des Rest­ feuchteadsorbers 9 gefüllt. Vorzugsweise und im Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Aufnahmebehälter 11 daraufhin mit einem Stopfen 14 verschlossen. Danach wird die Durchgangsbohrung 8 mit einem Blindstopfen 13 geschlos­ sen. Soll das Molekularsieb 10 nach einer entsprechenden Zeitspanne entfernt oder ausgetauscht werden, so kann nach Abnehmen des Blindstopfens 13 und des Stopfens 14 die Mole­ kularsiebmasse abgezogen, vorzugsweise abgesaugt oder aus­ geblasen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den gesamten Behälterdeckel 5 abzunehmen und den gesamten Rest­ feuchteadsorber 9 mit Aufnahmebehälter 11 und integriertem Molekularsieb 10 dem Behälterinnenraum 6 zu entnehmen. Hierzu weist der Aufnahmebehälter 11 zweckmäßigerweise einen Greiferkopf 15 für einen Krantransport auf.

Claims (6)

1. Abschirmbehälter (1) für den Transport und/oder die La­ gerung abgebrannter Brennelemente (2) aus Kernkraftwerken, - mit Behältermantel (3), Behälterboden (4) und zumindest einem Behälterdeckel (5), welcher Abschirmbehälter (1) in seinem Behälterinnenraum (6) eine Mehrzahl von Einstell­ plätzen für die abgebrannten Brennelemente (2) aufweist, wobei der Behälterdeckel (5) mit zumindest einer ver­ schließbaren Durchgangsbohrung (8) versehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Be­ hälterinnenraum (6) zumindest ein Restfeuchteadsorber (9) mit Molekularsieb (10) vorgesehen ist und daß der Rest­ feuchteadsorber (9) im wesentlichen senkrecht unterhalb der Durchgangsbohrung (8) angeordnet ist.

2. Abschirmbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Restfeuchteadsorber (9) mit einem Aufnahmebe­ hälter (11) für das Molekularsieb (10) ausgerüstet ist, welcher Aufnahmebehälter (11) für Feuchtigkeitsteilchen durchlässige Aufnahmebehälterwände (12) aufweist.

3. Abschirmbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufnahmebehälterwände (12) aus einem gesinter­ ten Metall, vorzugsweise gesintertem Edelstahl, bestehen.

4. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Rest­ feuchteadsorbers (9) einerseits und die Abmessungen der Durchgangsbohrung (8) andererseits mit der Maßgabe einge­ richtet sind, daß der Restfeuchteadsorber (9) über die Durchgangsbohrung (8) in den Abschirmbehälter (1) einführ­ bar und aus dem Abschirmbehälter (1) ausführbar ist.

5. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Molekularsieb (10) über die Durchgangsbohrung (8) in den Restfeuchteadsorber (9) ein­ füllbar ist.

6. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Molekularsieb (10) über die Durchgangsbohrung (8) aus dem Restfeuchteadsorber (9) ab­ ziehbar, insbesondere absaugbar ist.