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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren von mit Feststoffen beladenen radioaktiven Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei der Wiederaufarbeitung bestrahlter Kernbrennstoffelemente fallen Brennstofflösungen an, die trüb sind und einige Promille des Brennstoffgewichtes an suspendierten unlöslichen Anteilen enthalten. Bei den aus der Brennstofflösung abzutrennenden Feststoffen, den Auflöserückständen, handelt es sich um Zirkonpartikel und unlöslichen Schlamm unterschiedlicher Zusammensetzung.
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Es ist für den weiteren Prozeßablauf erforderlich, diese Feststoffanteile vor dem Eintritt in die Extraktion abzutrennen. Dieses wird entweder durch Zentrifugieren oder durch Filtration erreicht.
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Eine aus der konventionellen Technik bekannte Vorrichtung zum Filtrieren von mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten (Prospekt der Firma Seitz " Seitz-Trommelschichtenfilter Radium") wurde zur Bildung des Oberbegriffes herangezogen, deren Filtereinsatz einen zentralen Zulaufkanal zeigt, von dem aus das Filtrat zum Außenumfang des Filters strömt. Der Filtereinsatz kann nach oben aus der Vorrichtung herausgehoben werden. Die Durchflußrichtung für die zu filternde Flüssigkeit ist im Zentralkanal von unten nach oben. Es muß ein zusätzliches Förderorgan, z. B. eine Pumpe, vorgesehen werden, um die zu filternde Flüssigkeit im Zentralkanal anzuheben. Die Dichtfläche zwischen dem Zentralkanal und dem Zulaufstutzen liegt ungünstigerweise im Sammelraum des Filtrats. Bei dem Zulauf der Trübe kann es zu Sedimentbildung kommen. Ein Herausheben des Filtereinsatzes nach oben kann daher zu Ablagerungen auf der Dichtfläche führen, da diese am untersten Punkt des Sammelraumes vorhanden ist. Das Einsetzen eines neuen Filtereinsatzes ist mit der Gefahr eines undichten Einpassens zwischen Zentralkanal und Zulaufstutzen belastet. Die notwendige Dichtung in der Dichtfläche zwischen Zentralkanal und Zulaufstutzen ist im unteren Teil des Gehäuses angeordnet und nicht einsehbar.
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Es ist desweiteren allgemein bekannt, zur Filtration sogenannte Beutelfilter mit Kunststoffiltermitteln einzusetzen. Diese Beutel haben aber keine Rückhaltungswirkung im Mikron- und Submikronbereich und nur eine geringe Filterfläche pro Volumeneinheit, was die wirtschaftliche Anwendung beeinträchtigt. Darüber hinaus ist die mechanische Stabilität des Beutelfilters nicht in jedem Fall ausreichend.
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Für den genannten Zweck sind auch rückspülbare Edelstahlkerzenfilter zum Einsatz gekommen. Diese Kerzenfilter haben ebenfalls eine ungenügende Rückhaltung von Feststoffen im Submikronbereich. Darüber hinaus ist ein Nachteil der Kerzenfilter darin zu sehen, daß sie nur eine begrenzte Standzeit aufweisen, da die zugesetzten Filterporen durch Rückspülung nur teilweise gereinigt werden können.
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Aus der DE-OS 31 36 905 ist weiterhin ein Druckfilter für die Abscheidung von Rückständen aus der Naßveraschung Pu-haltiger Abfälle bekannt, das ein Gehäuse mit Deckel und Zulauf für die Lösung aufweist. In dem Gehäuse erfolgt die Trennung der Feststoffe und des Filtrates. Es ist ein Filterkopf angeordnet, in dem ein Siebkorb dicht eingesetzt ist. Zwischen der siebförmigen Bodenplatte des Siebkorbes und dem Boden des Filtertopfes entsteht ein Sammelraum für das Filtrat, welches über einen Filtratablaufstutzen dicht durch den Boden des Gehäuses mittels Druckbeaufschlagung des Gehäuseinnenraumes oder Unterdruckerzeugung am Filtratablaufstutzen abführbar ist. Dieses Filter stellt ein Einscheibenhorizontalfilter dar und weist einen geringen Durchsatz auf.
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Die beschriebenen Filtriervorrichtungen des Standes der Technik sind bei dem Wechsel eines beladenen Filtereinsatzes problematisch, weil die aufkonzentrierten radioaktiven Feststoffe zu einer Verschleppung der Radioaktivität führen können. Da das Auswechseln eines Filtereinsatzes über fernbediente Geräte mittels der Fernhantierungstechnik geschehen muß, ist die Gefahr der Verschleppung der radioaktiven Stoffe besonders groß.
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Mit den Filtriervorrichtungen gemäß dem Stand der Technik wird ein abgefiltertes Feststoffprodukt erzeugt, das zur weiteren Verarbeitung weitere aufwendige Verfahrensschritte und Vorrichtungen notwendig macht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, daß sie sich für den Einsatz in kerntechnischen Anlagen gut eignet, fernhantiert gut auswechselbar ist und dabei die Verschleppung radioaktiver Teilchen minimiert und einen großen Durchsatz bei sehr guter Rückhaltung feinster Feststoffanteile ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.
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Die mit Feststoff beladene radioaktive Flüssigkeit fließt dem Filtergehäuse von oben über den Zulauf im Gehäusedeckel zu und verteilt sich aus der Mitte heraus über den Zentralkanal in die Zwischenräume zwischen den Filterplatten. Auf dem Filtermittel der Filterplatten bildet sich durch Rückhaltung des Feststoffes ein dünner Filterkuchen aus, wobei eine zusätzliche Tiefenfiltration durch die Wahl des Filtermittels erreicht wird. Das Filtrat fließt durch das Filtermittel und wird radial nach außen abgeführt. Das Filtrat sammelt sich im unteren Teil des Filtergehäuses und wird seinem Bestimmungsort über eine Filtratleitung zugeführt.
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Wird nach einer längeren Betriebszeit die Beladung des Filterpaketes durch den Druckanstieg des Vorlaufdruckes signalisiert, muß der Filterplattenstapel durch einen neuen Filtereinsatz ersetzt werden. Dazu wird der Deckel des Filtergehäuses fernbedient geöffnet und der Filtereinsatz mit einem Hebezeug aus dem Filtergehäuse herausgehoben. Der radioaktive Abfall ist im Filterstapel sicher eingeschlossen und kann in geeigneten Behältnissen konditioniert und einer Endlagerung zugeführt werden. Ein neuer Filtereinsatz wird im umgekehrten Sinn in das Filtergehäuse eingesetzt und die Filtriervorrichtung wieder betriebsbereit verschlossen.
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Dabei ist es als Vorteil anzusehen, daß die Nahtstelle zwischen geklärter und ungeklärter Lösung während des fernbedienten Auswechselns einsehbar ist. Ein mechanisches Zerstören der Dichtung ist nahezu unmöglich, da der Filtereinsatz über die obere Spannplatte zentriert auf den umlaufenden Ringansatz gesetzt wird.
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Der Filtereinsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von der zulaufenden Flüssigkeitssäule oberhalb der oberen Spannplatte belastet und erhält damit schon von der Trübe eine weitere Dichtkraft.
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Die untere Spannplatte dient zum Abdichten des unteren Endes des Zentralkanals.
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Durch die Erfindung kann der lose eingehängte Filtereinsatz nun einfach an der Hantierungsöse der oberen Spannplatte aus dem Filtergehäuse herausgehoben werden. Durch den Ringansatz und die aufliegende Ringfläche der oberen Spannplatte wird der obere Zulaufraum des Gehäuses vom übrigen Gehäuseraum dicht abgetrennt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 2 gekennzeichnet. Durch diese Ausbildung wird eine einfache und funktionssichere Ver- und Entriegelung des Deckels auf dem Filtergehäuse fernhantiert ermöglicht.
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Zur Vermeidung von Verlusten gelöster Wertstoffe in den Filterkuchen, wie beispielsweise Uran oder Plutonium, kann der Filtereinsatz mit geeigneten Lösungsmitteln gespült werden. Die im Filtereinsatz befindliche Restflüssigkeit kann auch mittels Gas durch eine entsprechende Zuleitung herausgedrückt werden, bevor der Deckel des Filtergehäuses geöffnet und der Filtereinsatz herausgenommen wird.
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Durch die Erfindung wird ein kompakter Filtereinsatz geschaffen, der von innen nach außen von der zu filternden Flüssigkeit durchströmt wird und dabei die Feststoffe in sich festhält. Die Radioaktivität wird nicht verschleppt. Eine separate Handhabung von konzentrierten Feststoffschlämmen entfällt.
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Die Erfindung schafft eine Filtriervorrichtung mit einer erhöhten mechanischen Stabilität, die sich durch eine hohe Standzeit auszeichnet. Ein hoher Durchsatz bei gleichzeitigem feinen Filtrieren ist als weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen.
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Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Auf die Darstellung von an sich bekannten Einrichtungen wird der besseren Übersicht halber verzichtet. Es zeigt
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Fig. 1 in schematischer Darstellung einen in einem Filtergehäuse eingesetzten, aus einer Vielzahl übereinandergestapelter Filterplatten bestehenden Filtereinsatz,
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Fig. 2 in vergrößerter, geschnittener Ansicht einen Ausschnitt aus einem Stapel übereinander angeordneter Filterplatten, deren Zulauf mittig und deren Ablauf am Außenumfang ist,
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Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Filtereinsatz aus drei Filterplatteneinheiten.
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In der Fig. 1 wird ein Filtergehäuse 6 gezeigt, das von einem Deckel 7 mittels Flanschschrauben 8 verschlossen ist. Der Deckel 7 weist eine Hantierungsöse 9 auf und ist über einen Zulauf 11 mit einer Vorlaufleitung 12 für die feststoffbeladene Brennstofflösung verbunden. Die Vorlaufleitung 12 weist ein Druckmeßgerät 13 auf und ist mit einer Zweigleitung 14, die mit einer hier nicht gezeigten Gasdruckquelle in Verbindung steht, verbunden.
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Im Gehäuse 6 ist ein Filtereinsatz 15 angeordnet, der über eine obere Spannplatte 16 im Filtergehäuse 6 lose eingehängt und auf einem umlaufenden Ringansatz 17 aufliegt. Am unteren Ende des Filtereinsatzes 15 ist eine geschlossene Spannplatte 18 vorhanden, die mit einem Spannbolzen 19 fest verbunden ist. Über diesen Spannbolzen 19 werden die Platten des Filterstapels 15 zwischen den beiden Spannplatten 16 und 18 zusammengehalten.
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Die obere Spannplatte 16 weist eine von einer Druckfeder 21 belastete Hantierungsöse 22 auf und ist konzentrisch zum Spannbolzen 19 mit Bohrungen 23 versehen, die mit einem vertikalen Zuleitungskanal 24, der mittig im Filterstapel 15 angeordnet ist, in Verbindung stehen.
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Unterhalb der Spannplatte 18 ist ein Sammelraum 25 für das Filtrat vorhanden. Das Filtrat fließt über eine Filtratleitung 26 seinem Bestimmungsort zu.
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In der Fig. 2 werden übereinander angeordnete Filterplatten 31 des Filtereinsatzes 15 gezeigt, die das Filtermittel 32 tragen. Das Filtermittel 32 wird am äußeren Umfang und benachbart zur vertikalen Zuleitung 24 eingeklemmt. Dazwischen liegen unter jedem Filtermittel 32 eine Anzahl Abflußkanäle 33, die in die Filterplatten 31 eingearbeitet sind. Diese Abflußkanäle 33 enden in radialen Abflußöffnungen 34 in der äußeren Umfangsfläche des Filtereinsatzes 15.
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Jede über einem Filtermittel 32 liegende Filterplatte 31 weist auf der Unterseite eingearbeitete Zuflußkanäle 35 auf, die an ihrem der Mitte zugewandten Ende mit dem Zuleitungskanal 24 verbunden sind.
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Die oberste Filterplatte 31 weist zwei konzentrisch angeordnete Dichtringe 37 auf, die den Filtereinsatz 15 gegen die obere Spannplatte 16 abdichten.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:
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Die feststoffbeladene Trübe fließt dem Filtergehäuse 6 oberhalb der oberen Spannplatte 16 zu und durchströmt die Bohrungen 23 in der Spannplatte 16 und gelangt in den vertikalen zentralen Zuleitungskanal 24. Von dort verteilt sich die Brennstofflösung aus der Mitte heraus auf das Filtermittel 32 der Filterplatten 31. Auf dem Filtermittel 32 bildet sich durch Rückhaltung des Feststoffes ein dünner Filterkuchen aus, während das Filtrat durch das Filtermittel 32 in die Abflußkanäle 33 dringt und radial nach außen abgeleitet wird. Das Filtrat sammelt sich im unteren Sammelraum 25 des Filtergehäuses 6 und fließt über die Filtratleitung 26 seinem Bestimmungsort zu.
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Das Filtermittel 32 ist aus einem Glasfasergewebe aufgebaut.
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Steigt der Zulaufdruck am Druckmeßgerät 13 der Vorlaufleitung 12, wird dadurch die Beladung des Filtereinsatzes 15 signalisiert. Bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzdruckes in der Vorlaufleitung 12 wird der Zulauf abgestellt und im Filtereinsatz 15 befindliche Restflüssigkeit durch Aufgabe von Gas durch die Zweigleitung 14 herausgedrückt.
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Nach diesem Spülvorgang bzw. Trocknungsvorgang wird der Deckel 7 des Filtergehäuses 6 fernbedient geöffnet und der lose eingehängte Filtereinsatz 15 mit einem Hebezeug an der Hantierungsöse 22 komplett aus dem Filtergehäuse 6 herausgehoben. In einer separaten Arbeitsstation können die aus hochkorrosionsfestem Stahl bestehenden Teile der Filterhalterung, wie Spannplatten 16 und 18 und Spannbolzen 19, fernbedient ausgebaut und in einen neuen Filterstapel zu einem neuen Filtereinsatz 15 montiert werden.
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Nach dem Einsetzen eines neuen Filtereinsatzes 15 in das Filtergehäuse 6 wird der Deckel 7 verschlossen und das Filter ist wieder betriebsbereit.
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Die Filtriervorrichtung in Fig. 3 weist ein Gehäuse 41 auf, das von einem verriegelbaren Deckel 43 verschlossen ist. Die Verriegelung wird über eine mittig über dem Deckel 43 angebrachte Verriegelungsmechanik 45 bewirkt, die eine T-förmige Aufnahme 46 aufweist, in die ein Verriegelungskopf 47 einer Gewindedruckspindel 48 eines schwenkbar am Gehäuse 41 gelagerten Klemmbügels 49 einfaßt. Der Klemmbügel 49 weist zwei Klemmansätze 51 und 53 auf, die unter den Flansch 55 am Filtergehäuse 41 im verriegelten Zustand greifen. Am oberen Teil des Klemmbügels 49 ist eine Führung 59 angebracht, die den Schlagschrauber zum Betätigen der Gewindedruckspindel 48 führen soll.
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Das Filtergehäuse 41 weist seitlich eine Festpratze 60 zur Montage in einem Gerüst und im oberen Bereich einen Zulaufstutzen 61 für die zu filternde Trübe auf. In dem Filtergehäuse 41 ist ein umlaufender Ringansatz 63 vorhanden, auf den sich der Rand einer oberen Spannplatte 65 unter Einschließung eines umlaufenden Dichtinges 67 abstützt. Die Spannplatte 65 ist fest mit einer Hantierungsöse 69 verbunden und über einen federbelasteten Druckkopf 71 nach unten auf den Ringansatz 63 gepreßt. In der Hantierungsöse 69 endet ein Spannbolzen 73, der an seinem unteren Ende ein Innengewinde 75 aufweist, in das ein Gewindebolzen 77 einer unteren Spannplatte 79 geschraubt ist. Zwischen den beiden Spannplatten 65 und 79 sind drei Filterplattenstapeleinheiten 81, 83, 85 fest zusammengepreßt angeordnet, wobei die einzelnen Einheiten jeweils Dichtungsringe 87 einschließen.
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Der Spannbolzen 73 durchläuft einen zentralen, vertikalen Zuleitungskanal 89, der sich senkrecht durch den Filtereinsatz 91 erstreckt. Die obere Spannplatte 65 weist in dem Bereich des Zuleitungskanals 89 Bohrungen 93 auf, die den Zulaufraum 95 mit dem Zuleitungskanal 89 verbinden.
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Der Filtereinsatz 91 ist auf dem größten Teil seiner Länge von einem mit Öffnungen versehenen gitterartigen Gehäuse 97 umgeben, das einen weiteren mechanischen Schutz darstellt.
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Unterhalb des Filtereinsatzes 91 ist ein Sammelraum 99 für das Filtrat vorhanden. Im Boden des Filtergehäuses 41 ist die Filtratablaufleitung 101 angeordnet.
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Die Wirkungsweise des Austausches des Filtereinsatzes 91 in Fig. 3 ist wie folgt:
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Bei Ansteigen des Vorlaufdruckes wird der Zulauf abgestellt. Durch Heranführen eines Schlagschraubers wird die Gewindedruckspindel 48 über Ergreifen an ihrem Betätigungssechskant nach oben gedreht. Die Verspannung des Deckels 43 wird aufgehoben. Der Klemmbügel 49 wird zur Seite geschwenkt, wodurch die Klemmansätze 51 und 53 außer Eingriff mit dem Flansch 55 geraten und wodurch der formschlüssige Verriegelungskopf 47 der Gewindedruckspindel 48 dabei aus der T-Nut der Verriegelungsmechanik 45 am Deckel 43 fährt. Der Deckel 43 liegt frei und kann durch Ergreifen mit einem Hebezeug von dem Filtergehäuse 41 abgehoben werden. Dadurch liegt der Filtereinsatz 91 zum Ergreifen frei. Das Hebezeug faßt an der Hantierungsöse 69 an und hebt den Filtereinsatz 91 heraus und bringt diesen zu der Konditioniereinrichtung. Das Einsetzen eines neuen Filtereinsatzes 91 geschieht im umgekehrten Sinn.
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Der Gehäusedeckel 43 wird fernbedient auf das Filtergehäuse 41 gesetzt. Der Klemmbügel 49 wird über den Deckel 43 geschwenkt, so daß der formschlüssige Verriegelungskopf 47 der Gewindedruckspindel 48 in die T-förmige Nut der Verriegelungsmechanik 45 eingreift und die Klemmansätze 51 und 53 unter den Flansch 55 des Gehäuses 41 fassen. Über einen Schlagschrauber wird die Gewindedruckspindel 48 nach unten gedreht, so daß der Gehäusedeckel 43 fest verspannt wird.
- Bezugszeichenliste
6 Filtergehäuse
7 Deckel
8 Flanschschrauben
9 Hantierungsöse
11 Zulauf
12 Vorlaufleitung
13 Druckmeßgerät
14 Zweigleitung
15 Filtereinsatz
16 Obere Spannplatte
17 Umlaufender Ringansatz
18 Untere Spannplatte
19 Spannbolzen
21 Druckfeder
22 Hantierungsöse
23 Bohrungen
24 Vertikaler Zuleitungskanal
25 Sammelraum
26 Filtratleitung
31 Filterplatten
32 Filtermittel
33 Abflußkanäle
34 Abflußöffnungen
35 Zuflußkanäle
37 Dichtringe
41 Gehäuse
43 Deckel
45 Verriegelungsmechanik
46 T-förmige Aufnahme
47 Verriegelungskopf
48 Gewindedruckspindel
49 Klemmbügel
51 Klemmansatz
53 Klemmansatz
55 Flansch
59 Führung
60 Festpratze
61 Zulaufstutzen
63 Ringansatz
65 Spannplatte
67 Dichtring
69 Hantierungsöse
71 Druckkopf
73 Spannbolzen
75 Innengewinde
77 Gewindebolzen
79 Untere Spannplatte
81 Filterplattenstapeleinheit
83 Filterplattenstapeleinheit
85 Filterplattenstapeleinheit
87 Dichtungsringe
89 Zuleitungskanal
91 Filtereinsatz
93 Bohrungen
95 Zulaufraum
97 Gitterartiges Gehäuse
99 Sammelraum
101 Filtratablaufleitung