DE3438211C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von in einem Transportbehälter eingeschlossenen Kernreaktor-Brennelementen - Google Patents

Description

• Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß in einem vom Kühler zum Transportbehälter hinführenden Leitungsteil des Kühlkreises eine mit der Tensid- und Luftquelle verbundene Strahlpumpe vorgesehen ist, daß der Kühler als Zwischenspeicher ausgebildet ist, der einen Wasser- und einen Gasraum alllweist, daß ein vom Tr"insportbchältcr wegführendes Leitungsteil des Kühlkreiscs in den Wasserraum des Kühlers mündet und daß im Gasraum ein elektrisch beheiztes Gitter zur Schaumzerstörung angeordnet ist.
• Damit wird der Zwischenspeicher in die Lage versetzt neben dem Wasserinhalt des Kühlkreises den Wasserinhalt des Transportbehälters mit aufzunehmen. Ein weiterer Umlauf des Schaumes nach Beendigung der Schaumkühlung wird vermieden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß in dem vom Transportbehälter wegführenden Leitungsteil ein Schauglas angeordnet ist. Damit ist eine Sichtprüfung des Kühlmediums möglich.
• Schaumbildung im Schauglas zeigt an, daß die Temperatur im Innenraum des Transportbehälters unterhalb der Schaumzerstörungstemperatur liegt und eine Umschaltung auf alleinige Wasserkühlung erfolgen kann.
• Die zur Schaumbildung erforderliche Luft wird in vorteilhalfter Weise durch ein separates Druckluftnetz unter Zwischenschaltung von Düsen oder Sinterkörpern herbeigeführt.
• Eine besondere Ausbildung sieht vor, daß eine Filterstation in dem zum Transportbehälter hinführenden Leitungsteil in einem absperrbaren weiteren Bypass angeordnet ist. Damit kann während der Schaumkühlungsphase ein Durchfluß der Filterstation unterbleiben, so daß eine Schädigung der Filter durch Tensid vermieden wird.
• Eine weitere Barriere gegen eine Belegung der Filterstation durch Tenside ist dadurch gegeben, daß der Filterstation ein Aktivkohlefilter vorgeschaltet ist.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgesehen, daß in Durchflußrichtung gesehen vor einer Umwälzpumpe und hinter dem Anschluß einer als Bypass um den Transportbehälter dienenden Verbindungsleitung in dem zum Transportbehälter hinführenden Leitungsteil jeweils eine Absperrarmatur eingebaut ist, und daß der zum Transportbehälter hinführende Leitungsteil eine mit einer Absperrarmatur versehene Umführung aufweist, von der eine absperrbare Entleerungsleitung wegführt. Damit läßt sich auf einfache Weise nach abgeschlossenem Kühlvorgang das Wasser des Kühlkreises in den Zwischenspeicher fördern und erforderlichenfalls eine Entleerung des Kühlkreises vornehmen.
• Anhand der schematischen Zeichnung, die den Kühlkreis für einen Brennelement-Transportbehälter zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
• Der Transportbehälter 1 wird mit seinen Anschlußstulzen 2, 3 unter Verwendung von Kupplungsverbindiingcn 4,5 an die durch Absperrventile 6, 7 gesicherten Anschlußstutzen 8, 9 des Kühlkreises 10 angeschlossen.
• Somit ist der Transportbehälter 1 in den Kühlkreis 10 eingebunden und ist während des Kühlvorganges ein Tcil desselben. Der Kühlkreis 10 besteht im wesentlichen aus einem vom Transportbehälter 1 zu einem als Zwischenspeicher für das Kühlmedium Wasser ausgebildeten Kühler 11 führenden Leitungsteil 12 und einem vom Kühler zum Transportbehälter führenden Leitungsteil 13. Eine durch ein Absperrventil 14 gesicherte Verbindungsleitung 15 zwischen den Leitungsteilen 12, 13 dient zur Funktionsprüfung des Kühlkreises. Der Transportbehälter 1 enthält nicht dargestellte abgebrannte Kernreaktor-Brennelemente, die aufgrund der Nachzerfallswärme den Innenraum des Transportbehälters auf eine Temperatur von ca. 200"C gebracht haben. Mit Hilfe des Kühlkreises soll die Temperatur auf ca. 30 bis 40°C gesenkt werden, so daß die Entnahme der Brennelemente aus dem Transportbehälter erfolgen kann. Der als Zwischenspeicher ausgebildete Kühler 11 enthält eine Wassermenge, die sich aus einer Mindestmenge und dem Fassungsvermögen eines Transportbehälters zusammen setzt. Die Mindestmenge ist so ausgelegt, daß während des Umlaufs des Kühlmediums, das als Düsenrohr 16 ausgebildete freie Ende des Leitungsteiles 12 in jeder Betriebsphase unterhalb des Wasserspiegels 17 angeordnet ist. Die Entlüftung des Kühlers erfolgt über eine Blende 43. Ein unzulässig hoher Unterdruck wird durch einen Vakuumbrecher 44 verhindert.
• Die Wärme des durch den Kühler strömenden Wassers wird mit Hilfe eines Wärmetauschers 45 abgeführt.
• Nachdem die dem Leitungsteil 13 zugeordneten Absperrventile 18, 19 und 20, sowie die dem Anschlußstutzen 8, 9 beigestellten Absperrventile 6, 7 geöffnet sind startet die Umwälzpumpe 21. Mit dem Start dieser Umwälzpumpe 21 öffnet ein Absperrventil 22, das in einer Leitung 23 eingebaut ist. Sie bildet eine Verbindung zwischen einer in dem Leitungsteil 13 eingebauten Strahlpumpe 24 und einer Quelle 25 für ein schaumbildendes Tensid und Luft. Das die Strahlpumpe 24 durchströmende Wasser fördert eine vorgebbare Menge Tensid (ca. 0,01 bis 0,1 % bezogen auf das gesamte Umlaufwasser) und Luft in das Leitungsteil 13. Durch die über die Strahlpumpe 24 angesaugte Luft wird ein Zweiphasengemisch erzeugt, welches beim Eintreten in den Transportbehälter 1 stark aufschäumt und die Brennelemente schonend kühlt. Es ist ein solches Tensid ausgewählt, dessen Schaum bei Temperaturen kleiner als 100"C beständig bleibt.
• Im Transportbehälter wird daher ständig Schaum gebildet und unter Kontakt mit den heißen Brennstäben wieder zerstört bis die Temperatur der Brennelemente unterhalb der Zerstörungstemperatur des Schaumes zu liegen kommt. Während der Phase der Schaumkühlung ist das Absperrventil 27 der Wasser-Nachfülleitung 28, das Absperrventil 29 einer Umführung 30 und das Absperrventil 31 einer Entleerungsleitung 32 geschlossen.
• Ebenfalls geschlossen sind die Absperrventile 33, die eine im Bypass 34 angeordnete Filterstation 35 absperren, um eine Schädigung der Filter, insbesondere wenn sie als lonenaustauscher ausgebildet sind, zu vermeiden.
• Dem gleichen Zweck dient ein dieser Filterstation vor schaltbarer Aktivkohlefilter, der nicht dargestellt ist.
• Zur Anzeige der bleibenden Schaumbildung und damit einer auf unter 100"C gefallenen Temperatur des Transportbehälter-lnnenraumes dient ein Schauglas 26, das in dem vom Transportbehälter 1 zum Kühler 11 führenden Leitungsteil 12 vorgesehen ist. Sobald das Schauglas die Schaumbildung anzeigt, wird das Absperrventil 22 geschlossen und dadurch die Zufuhr von Tensid und Luft unterbrochen. Die weitere Abkühlung der Brennelemente wird nun allein durch den Wasserumlauf fortgeführt. Der noch im Transportbehälter und dem Leitungsteil 12 befindliche Restschaum wird mit Hilfe des Wassers ausgeschobe'n und gelangt in dcn Kühler 11. Durch die Anordnung des Düsenrohres 16 ca.
• einen halben Meter unterhalb des Wasserspiegels 17 im Wasserraum 36 des Kühlers 11 wird eine Wrasenbildung im Gasraum 37 vermieden. Der im Gasraum sich sammelnde Schaum wird durch ein dort angeordnetes elektrisch beheiztes Gitter 38 zerstört. Während der Wasser-Kühlphase ist das Absperrventil 19 in dem Leitungsteil 13 geschlossen und die Absperrventile 33 des Bypasses 34 sind geöffnet. Das Wasser durchströmt dann die Filterstation 35 und wird von radioaktiven oder partikelartigen Bestandteilen gereinigt. Sobald die Brennelemente auf den gewünschten Wert abgekühlt sind, wird die Umwälzpumpe 21 abgeschaltet, die Absperrventile 18 und 20 geschlossen und die Absperrvenlile 29 und 39 geöffnet. Die Umwälzpumpe 21 wird wieder in Betrieb genommen und fördert das im Transportbehälter im restlichen Kühlkreis befindliche Wasser durch die Umführung 30 des Leitungsteils 13 in die Verbundleitung 40 zum Kühler 11. Der Trockenlaufschutz der Umwälzpumpe 21 schaltet diese Pumpe ab. Noch im Kühlkreis befindliche Wasserreste werden durch Öffnen des Absperrventils 31 der Entleerungsleitung 32 abgeführt. Zur Überwachung der Füll- und Entleervorgänge sind die Schaugläser 26,41 und 42 mit kapazitiven Füllstandssonden ausgerüstet.
• Bezugszeichenliste 1 Transportbehälter 2,3,8,9 Anschlußstutzen 4,5 Kupplungsverbindung 6,7,14, 18, 19,20, 22,27,29, 31, 33,39 Absperrventile 10 Kühlkreis 11 Kühler 12,13 Leitungsteil 15,40 Verbindungsleitung t6 Düsenrohr 17 Wasserspiegel 21 Umwälzpumpe 23 Leitung 24 Strahlpumpe 25 Quelle 26,41,42 Schauglas 28 Wasser-Nachfülleitung 30 Umführung 32 Entleerungsleitung 34 Bypass 35 Filterstation 36 Wasserraum 37 Gasraum 38 Gitter 43 Blende 44 Vakuumbrecher 45 Wärmetauscher

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Kühlung von in einem Transportbehälter eingeschlossenen, abgebrannten Kernreaktor-Brennelementen, wobei der Innenraum des Transportbehälters in einen mit Absperrarmaturen, Umwälzpumpe, Filterstation, Kühler und Bypass um den Transportbehälter versehenen Kühlkreises eingeschlossen ist und wobei als Kühlmedium Wasser verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlmedium vor seinem Eintritt in den Transportbehälter (1) ein schaumbildendes Tensid und Luft zugeführt werden, daß die Tensid- und Luftzufuhr so lange fortgeführt wird, bis die Temperatur im Innenraum des Transportbehälters auf eine Temperatur unterhalb der Zerstörungstemperatur des Schaumes gefallen ist und daß die Kühlung dann allein mit Wasser als Kühlmedium fortgeführt wird, wobei durch das Wasser der noch im Innenraum des Transportbehälters (1) befindliche Restschaum ausgeschoben wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgeschobene Schaum in den Kühler (11) geleitet und dort unter Wärmeeinwirkung abgebaut wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vom Kühler (11) zum Transportbehälter (1) hinführenden Leitungsteil (13) des Kühlkreises (10) eine mit der Tensid- und Luftquelle verbundene Strahlpumpe (24) vorgesehen ist, daß der Kühler (11) als Zwischenspeicher ausgebildet ist, der einen Wasser- (36) und einen Gasraum (37) aufweist, daß ein vom Transportbehälter (1) wegführendes Leitungsteil (12) des Kühlkreises (10) in den Wasserraum (36) des Kühlers (11) mündet und daß im Gasraum (37) ein elektrisch beheiztes Gitter (38) zur Schaumzerstörung angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Transportbehälter wegführenden Leitungsteil (12) ein Schauglas (26) angeordnet ist
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Luftzufuhr ein separates Druckluftnetz unter Zwischenschaltung von Düsen oder Sinterkörpern vorgesehen ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterstation (35) in dem zum Transportbehälter (1) hinführenden Leitungsteil (13) in einem absperrbaren weiteren Bypass (34) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstation (35) ein Aktivkohlefilter vorgeschaltet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchflußrichtung gesehen vor einer Umwälzpumpe (21) und hinter dem Anschluß einer als Bypass um den Transportbehälter (1) dienenden Verbindungsleitung (40) in dem zum Transportbehälter (1) hinführenden Leitungsteil (13) jeweils eine Absperrarmatur (18, 20) eingebaut ist und daß der zum Transportbehälter (1) hinführende Leitungsteil (13) eine mit einer Absperrarmatur (29) versehene Umführung (30) aufweist, von der eine absperrbare Entleerungsleitung (32) wegführt.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von in einem Transportbehälter eingeschlossenen, abgebrannten Kernreaktor-Brennelementen, wobei der Innenraum des Transportbehälters in einen mit Absperrarmaturen, Umwälzpumpe, Filterstation, Kühler und Bypass um den Transportbehälter versehenen Kühlkreis eingeschlossen ist rund wobei als Kühlmedium Wasser verwendet wird.

   Ein derartiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung sind aus der DE-AS 27 47 601 bekannt. Dort wird das Wasser in einer so geringen Menge von unten in den Transportbehälter eingespeist, daß darin eine Dampfbildung erfolgt. Der Dampf wird mit Unterstützung einer Strahlpumpe abgesaugt und als Kondensat dem Kühlkreis wieder zugeführt. Eine Beschädigung der Hüllrohre des Brennelementes durch die wechselnde Beanspruchung von Dampf einerseits und kaltem Wasser andererseits ist dabei nicht auszuschließen. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Zufuhrmenge von Wasser ständig gesteigert, bis keine Dampfentwicklung mehr stattfindet. Dann erfolgt eine Umschaltung der Kühlwasserzufuhr, so daß Wasser nunmehr dem Transportbehälter von oben zugeführt wird. Hierzu sind zusätzliche Leitungsverbindungen, Ventile und Überwachungseinrichtungen erforderlich.

   Bei einem aus der DE-OS 31 06 753 bekannten Verfahren zur Transportbehälterkühlung wird der bei der Kühlwassereinleitung entstehende überhitzte Wasserdampf durch Einsprühen von Wasser erniedrigt.

   Weiterhin ist es aus der DE-OS 28 14 796 bekannt, zur Vermeidung von Thermoschockspannungen in den Transportbehälter wenigstens zeitweise - vorgeheiztes Wasser einzuleiten.

   Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach aufgebaut ist und eine Beschädigung der Hüllrohre durch Thermoschocks vermeidet.

   Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß dem Kühlmedium vor seinem Eintritt in den Transportbehälter ein schaumbildendes Tensid und Luft zugeführt werden, daß die Tensid- und Luftzufuhr so lange fortgeführt wird, bis die- Temperatur im Innenraum des Transportbehälters auf eine Temperatur unterhalb der Zerstörungstemperatur des Schaumes gefallen ist und daß die Kühlung dann allein mit Wasser als Kühlmedium fortgeführt wird, wobei durch das Wasser der noch im Innenraum des Transportbehälters befindliche Restschaum ausgeschoben wird.

   Durch die Zuführung von Tensid und Luft wird ein Zweiphasengemisch erzeugt, welches beim Eintreten in den Transportbehälter stark aufschäumt und die Brennelemente schonend kühlt. Dabei wird der Schaum so lange innerhalb des Transportbehälters zerstört bis die Temperatur in dessen Innenraum unter 100"C fällt. Enthält beim Verlassen des Transportbehälters der Kühlkreis Schaum, so ist dies ein Indiz für eine Innentemperatur von weniger als 100"C, so daß die Kühlung nunmehr allein mit Wasser fortgeführt werden kann.

   Zum schnellen und einfachen Abbau des nicht mehr benötigten Restschaumes im Kühlkreiswird vorgesehen, daß der ausgeschobene Schaum in den Kühler geleitet und dort unter Wärmeeinwirkung abgebaut wird.