DE3316639C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 29 09 858 ist ein Gerät zur Wärmebehandlung von radioaktiven Stoffen durch Mikrowellenenergie bekannt, bei dem in einem Schutzgehäuse eine Behandlungskammer angeordnet ist, wobei zwischen einem auf der Außenseite des Schutzgehäuses liegenden Generator zum Erzeugen von Mikrowellenenergie und der Behandlungskammer innerhalb des Schutzgehäuses ein Wellenleitrohr verläuft. Bei der thermischen Denitrierung von Kernbrennstoffmaterialien, wie beispielsweise Plutonium, Uran usw., die im allgemeinen in Form einer Lösung und in einigen Fällen in Form eines Breis vorliegen, werden diese Materialien in eine Schale mit einer vorbestimmten Tiefe eingebracht, die unter Berücksichtigung der Kritikalitätssicherheit gegeben ist, worauf der Schaleninhalt direkt Mikrowellen ausgesetzt wird. Hierbei ist nur eine chargenweise Behandlung des Materials möglich, nicht aber eine fortlaufende.

Aus der DE-AS 12 50 367 ist ein Trockner zur fortlaufenden Behandlung pulverförmigem oder gekörntem Gut im Hochfrequenzfeld bekannt, wobei zwei koaxial ineinander gesteckte Metallzylinder Elektrodenflächen eines Hochfrequenztrockners bilden und der Außenzylinder drehbar ist. Bei diesem für die chemische Verfahrenstechnik vorgesehenen Hochfrequenztrockner, der mit horizontal liegender Achse angeordnet wird, ist zwischen den beiden Zylindern ein durchgehender ringförmiger Behandlungsraum vorgesehen. Für die Behandlung von Kernbrennstoffmaterialien ist ein derartiger Trockner nicht geeignet.

Schließlich ist aus der DE-PS 22 40 119 eine Vorrichtung zum Beseitigen von mittels Wasser ausgespülten, radioaktiv kontaminierten Filterstoffen mittlerer bis starker Aktivität bekannt, wobei zwei parallel angeordnete, ineinandergreifende und gegenläufig drehende Schneckenwellen in einem Gehäuse angeordnet sind, dessen Achse zur Horizontalen geneigt ist und eine Eingabeöffnung für die zu behandelnde Mischung und eine Ablauföffnung für das abzutrennende Wasser aufweist, während am Ende der Schneckenwellen eine Austragsöffnung vorgesehen ist. Diese Vorrichtung ist für die Behandlung von hochradioaktivem Material wegen der fehlenden Kritikalitätssicherheit nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmebehandlungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß kontinuierlich mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit gearbeitet und die Kritikalitätssicherheit in einfacher Weise gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die radialen Trennwände in dem ringförmigen Durchgang kann in einfacher Weise durch die Unterteilung in Teilringräume die Kritikalitätssicherheit gewährleistet werden, während andererseits durch die Durchlässigkeit der Trennwände für das zu behandelnde Material ein kontinuierlicher Verarbeitungsvorgang möglich ist, der durch die in den Teilringräumen eingebrachten Kugeln und Rührelemente relativ schnell ablaufen kann. Die Vorrichtung hat einen kompakten Aufbau, so daß die Größe von Wiederaufbereitungsanlagen hierdurch verringert werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen schematischen Längsschnitt durch die Wärmebehandlungsvorrichtung wiedergibt.

Unter dem verwendeten Begriff Wärmebehandlung sind verschiedene Behandlungen zu verstehen, wie beispielsweise Verdampfen, Trocknen, Rösten, Reduzieren, thermisches Denitrieren usw., sowie verschiedene Behandlungen, die gleichzeitig mit der Erwärmung durchgeführt werden, wie beispielsweise Mischen und Zerkleinern. Das zu behandelnde Material liegt in Form einer Lösung und/oder eines Breis vor, der Kernmaterialien, wie beispielsweise Plutonium, Uran usw. enthält. Die Vorrichtung wird in Kernbrennstoff- Herstellungsanlagen oder Wiederaufbereitungsanlagen für verbrauchte Kernbrennstoffe verwendet.

Bei dem dargestellten Aufbau weist die Wärmebe­ handlungsvorrichtung, die mit Mikrowellen arbeitet, einen orstfesten äußeren Zylinder 4 und einen drehbaren inneren Zylinder 5 auf. Der äußere Zylinder 4 ist mit einer Einlaßöffnung 9 an einem Ende, einer Auslaßöffnung 2 zum Widergewinnen des behandelten Materials am anderen Ende, Mikrowellenleitern 3 und einem Gasauslaß 8 versehen. Der drehbare innere Zylinder 5 ist koaxial im äußeren Zylinder 4 so angeordnet, daß ein ringförmiger Längsdurchgang 14 dazwischen gebildet ist.

Der ringförmige Durchgang 14 ist derart schräg angeordnet, daß das Ende des ringförmigen Durchgangs, das der Einlaß­ öffnung 1 näher ist, höher als das andere Ende an der Auslaßöffnung 2 angeordnet ist. Im ringförmigen Durch­ gang ist eine Anzahl von Kugeln zum Pulverisieren des Ma­ terials vorgesehen, die im einzelnen im folgenden beschrie­ ben werden. Der ringförmige Durchgang 14 ist in eine Viel­ zahl von Abschnitten durch mehrere Unterteilungseinrichtungen, bei­ spielsweise verstärkte Netzelemente 16 oder perforierte feste Platten, unterteilt. Diese radialen Trennwände oder Netz­ elemente 16 verlaufen im rechten Winkel zur Drehwelle 20 des inneren Zylinders 5 und sie sind jeweils so ausgebildet, daß sie Mikrowellen und das zu behandelnde Material hindurchlassen, jedoch die Pulverisierungskugeln nicht hindurchlassen. Die Netzelemente 16 können an der Außenfläche des inneren Zylin­ ders 5 befestigt sein, so daß sie sich zusammen mit dem in­ neren Zylinder 5 drehen, oder starr an der Innenfläche des ortsfesten äußeren Zylinders 4 befestigt sein. Die Kugeln 15 zum Bewegen und Pulverisieren des Materials im ringför­ migen Durchgang 14 sind in jedem der Teilräume vorgesehen, die Anzahl der Kugeln nimmt jedoch fortschreitend zu, je näher die Abschnitte der Auslaßöffnung 2 sind, wie es sche­ matisch dargestellt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist eine Vielzahl von Bewegungs- oder Rührelementen 17 vorgesehen, die sich von der Außenfläche des inneren Zylinders 5 nach außen erstrecken, um die Kugeln 15 während der Drehung des inneren Zylinders zu bewegen. Vorzugsweise erstrecken sich die Rührelemente 17 weit genug nach außen, so daß sie in einem leichten Kontakt mit der Innenfläche des äußeren Zylinders 4 stehen und das vorstehende Ende der Rührelemente 17 als Schaber wirkt, der das Ma­ terial abkratzen kann, das an der Innenfläche des äußeren Zylinders anhaftet.

Der Gasauslaß 8 ist oben am Ende nahe der Einlaßöffnung 1 angeordnet. Die Mikrowellenleiter 3 sind an drei Stellen, d. h. auf der Einlaßseite, auf der Auslaßseite und an einer Zwischenstelle am Außenzylinder 4 angeschlossen. Es sind Elemente 10 in den Mikrowellenleitern vorgesehen, die verhindern, daß radioaktives Material zurückströmt, und die aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material bestehen. Unter der Auslaßöffnung 2 wird eine Transporteinrichtung für Behälter vorgesehen, die das behandelte Material aufnehmen. Die gesamte Wärmebehandlungsvorrichtung wird in einem nicht dargestellten Strahlenschutzkasten angeordnet, um eine Kontamination der Umgebung zu verhindern.

Eine ein radioaktives Material enthaltende Lösung wird in den ringförmigen Durch­ gang 14 durch die Einlaßöffnung 1 eingeführt und mit Mikrowel­ len erwärmt, denen es über die Mikrowellenleiter 3 ausgesetzt wird. Da der ringförmige Durchgang 14 schräg verläuft und zusätzlich die Kugeln 15 und die Rührelemente 17 darin vor­ gesehen sind, wird das Material zum Auslaßende des ringför­ migen Durchgangs transportiert, während sich der innere Zy­ linder dreht. Das Material wird in dieser Weise wärmebehan­ delt und von einem Stoff in Form einer Lösung in einen ge­ trockneten Stoff und schließlich in einen gerösteten Stoff umgewandelt. Das bei diesem Vorgang erzeugte Gas wird über den Gasauslaß 8 in ein nicht dargestelltes Abgasbehand­ lungssystem zur Wiederverwendung abgegeben. Wenn das Material, das leicht an der Innenfläche des äußeren Zylinders 4 haftet, an dieser Innenfläche anhaftet, wird es durch die Abkratz­ wirkung der Rührelemente 17 entfernt, die auch als Schaber wirken. Das in dieser Weise von der Innenfläche des äußeren Zylinders 4 entfernte Material wird durch die Kugeln pulve­ risiert und zum Auslaßende des ringförmigen Durchgangs 14 durch die Netzelemente 16 hindurch transportiert. In den Zwischenabschnitten und dem Auslaß­ abschnitt des ringförmigen Durchgangs werden die Pulveri­ sierungskugeln 15 durch die Rührelemente 17 während der Dre­ hung des inneren Zylinders 5 bewegt, wobei die Kugeln zum Boden jedes Abschnittes des Durchgangs 14 fallen und dadurch bewirken, daß der getrocknete Stoff pulverisiert wird. Die Kugeln 15 dienen weiterhin dazu, den Trocknungswirkungsgrad zu verbessern. Im letzten Schritt dieses Verfahrens wird ein vollständig gerösteter Stoff zum Auslaßende des ringförmigen Durchgangs transportiert und von der Auslaßöffnung 2 wieder­ gewonnen. Das behandelte Material, das aus der Auslaßöff­ nung 12 strömt, wird Behältern zugeführt, die eine bestimmte Form und Größe haben, um der Kritikalitätssicherheit zu ge­ nügen.

Um weiterhin die Sicherheit zu verbessern, enthalten die Ku­ geln 14 und/oder das Innere des inneren Zylinders 5 vorzugs­ weise ein Neutronengift.

Mit der Wärmebehandlungsvorrichtung wird eine ein radioaktives Material enthaltende Lösung fortlau­ fend getrocknet und ein Pulverprodukt mit ausgezeich­ neten Eigenschaften erhalten. Die Verarbeitungsgeschwindig­ keit kann gegenüber chargenweisem Betrieb in starkem Maße erhöht werden, und die Größe von Kernanlagen, wie beispielsweise von Kern­ brennstoffherstellungsanlagen und -wiederaufbereitungsanlagen, kann verringert werden. Daneben kann die Kritikalitätssi­ cherheit der Anlage, die eines der wichtigsten Anliegen auf diesem Gebiet ist, vollständig sichergestellt werden.

Claims (5)

1. Wärmebehandlungsvorrichtung zur fortlaufenden Mikro­ wellenbehandlung von Stoffen, die spaltbare Kernbrenn­ stoffe enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) sie einen ortsfesten Außenzylinder (4) aufweist, mit einer Einlaßöffnung (1) an einem Ende, einer Auslaßöffnung (2) am anderen Ende und einem Gasauslaß (8),
• b) sie einen drehbaren Innenzylinder (5) aufweist, der ko­ axial im Außenzylinder (4) angebracht ist, wobei die Achse des Außen- und des Innenzylinders schräg zur Ho­ rizontalen geneigt ist, so daß die Einlaßöffnung (1) höher liegt als die Auslaßöffnung (8),
• c) sich dadurch ein ringförmiger Durchgang (14) zwischen Innen- und Außenzylinder ergibt, in dem die Wärmebe­ handlung stattfindet,
• d) am Außenzylinder (4) Mikrowellenleiter (3) angeordnet sind, die vom Außenzylinder nach außen vorstehen und mit dem ringförmigen Durchgang (14) verbunden sind,
• e) der ringförmige Durchgang (14) durch radiale Trennwände (16) in eine Vielzahl von Teilringräumen unterteilt ist, mit einer derartigen Größe, daß die Kritikalitäts­ sicherheit gewährleistet ist,
• f) die Unterteilungseinrichtungen (16) den Durchgang des zu behandelnden Stoffes erlauben,
• g) in den Teilringräumen frei bewegliche Kugeln vorhanden sind, die nicht durch die Trennwände (16) hindurchge­ hen, und
• h) Bewegungs- beziehungsweise Rührelemente (17) in jedem Teilringraum vorhanden sind, die die Kugeln (15) während der Drehung des Innenzylinders (5) bewe­ gen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (5) ein Neutronengift enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (16) aus verstärkten netzartigen Elementen gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (16) aus perforierten Platten gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (15) ein Neutronengift enthalten.