DE4223442A1

DE4223442A1 - Kernbrennstoffbehaelter

Info

Publication number: DE4223442A1
Application number: DE4223442A
Authority: DE
Inventors: Harry Matthews
Original assignee: British Nuclear Fuels PLC
Current assignee: Sellafield Ltd
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1993-01-21
Also published as: FR2679372B1; JPH05188194A; US5265133A; FR2679372A1; KR930003174A; GB9214659D0; GB2257648A

Description

Diese Erfindung betrifft einen Kernbrennstoffbehälter und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen Kernbrennstoffbehälter zur Aufnahme verstrahlter Kernbrennstoffanordnungen.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Behälter für Kernbrennstoff vorgesehen, wobei der Behälter eine Anzahl von Zellen zur Aufnahme des Kernbrennstoffs aufweist, welche abnehmbare Deckel aufweisen und fortlaufend in einer parallelen Reihenzuordnung angeordnet sind, eine Entlüftungseinrichtung zwischen benachbarten Zellen, eine Einlaßeinrichtung zum Einführen von Druckgas in die erste genannte Zelle, sowie eine Ventileinrichtung zur Abgabe von Strömungsmittel aus der genannten letzten Zelle.

Bevorzugt sind mindestens einige der Zellen jeweils so angeordnet, daß sie eine Kernbrennstoff-Baugruppe enthalten.

Vorteilhaft ist die Entlüftungseinrichtung nahe der Oberseite der genannten benachbarten Zellen angeordnet und erstreckt sich tiefer in die erste der genannten benachbarten Zellen als in die zweite der benachbarten Zellen, um einen Leerraum an der Oberseite der ersten benachbarten Zelle unter Wirkung des Druckgases zu bilden. Bevorzugt ist eine Druckgas-Meßeinrichtung an oder nahe der Oberseite der ersten genannten Zelle angeordnet und kann im Deckel der ersten Zelle sitzen. Die Ventileinrichtung kann im Deckel der letzten Zelle angeordnet sein.

Jede Zelle kann mehrere Abteilungen zur Aufnahme des Kernbrennstoffs bilden, wobei die Abteilungen in einer Parallelanordnung angeordnet sind. Bevorzugt sind Strömungsmittel zwischen benachbarten Abteilungen vorgesehen.

Die Erfindung umfaßt auch in einem zweiten Gesichtspunkt ein Verfahren zum Beladen des Behälters des ersten Gesichtspunkts der Erfindung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Anordnen des Behälters mit abgenommenen Deckeln in einem Flüssigkeitsvolumen und unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit,
b) Einbringen des Kernbrennstoffs in die erste Zelle,
c) Verschließen des Deckels der ersten Zelle,
d) Anlegen von Druckgas an die Einlaßeinrichtung, um die Flüssigkeit aus der ersten Zelle durch die jeweilige Entlüftungseinrichtung zu verdrängen und einen Leerraum an der oberen Seite der ersten genannten Zelle zu erzeugen,
e) Einbringen des Kernbrennstoffs in die nächste Zelle,
f) Verschließen des Deckels der nächsten Zelle, Anbringen des Druckgases an die Einlaßeinrichtung, um die Flüssigkeit aus der Zelle durch die jeweilige Entlüftungseinrichtung zu verdrängen und einen Leerraum an der Oberseite der nächsten Zelle zu bilden,
g) Fortfahren in fortlaufender Weise, Kernbrennstoff in benachbarte Zellen einzuladen, deren Deckel zu verschließen und das Druckgas an die Einlaßeinrichtung anzulegen, bis alle erforderlichen genannten Zellen den Kernbrennstoff enthalten.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß Gastaschen oder Leerräume unter den Deckeln der Behälter vorgesehen sind, welche den Austritt von Flüssigkeit aus dem Behälter in das Flüssigkeitsvolumen verhindern. Ein solcher Vorteil entsteht auch bei einem Behälter, der nur eine einzige Zelle und einen einzigen Deckel aufweist. Somit ist in einem dritten Gesichtspunkt ein Behälter vorgesehen, der eine Zelle aufweist für die Unterwasserlagerung verstrahlter Kernbrennstoffelemente hierin, wobei die Zelle dichtend von einem abnehmbaren Deckel verschließbar ist und eine Anordnung aus länglichen Kanälen aufnimmt, um verstrahlte Kernbrennstoffelemente aufzunehmen, sowie eine Blendenöffnung in einer Wand der Zelle, um eine Gaszufuhr einzuleiten, um unter dem Deckel eine Gastasche zu bilden und aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung wird nun weiter beispielsweise nur unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 bis 3 schematische Perspektivdarstellungen der Behälter zeigen,

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine schematische Darstellung eines Behälters längs Linie IV-IV in Fig. 3 zeigt, der in einem mit Wasser gefüllten Becken angeordnet ist,

Fig. 5 eine schematische Perspektivdarstellung eines anderen Behälters zeigt und

Fig. 6 eine schematische Ansicht längs Linie VI-VI in Fig. 5 ist.

Es wird nun auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen; Beispiele von Behältern 10, 12, 14 für Kernbrennstoff sind gezeigt, wobei jeder Behälter 10, 12, 14 eine Anzahl von Zellen 16a-16n mit jeweils einem Deckel 18a-18n aufweist, die in paralleler Zuordnung angeordnet sind. Der Behälter 10 weist drei Zellen 16a-16c auf, der Behälter 12 weist vier Zellen 16a-16d auf, und der Behälter 14 weist zehn Zellen 16a-16j auf (nicht alle Zellen sind gezeigt).

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist jede Zelle 16a-16c unterteilt in drei Abteilungen 22 durch aufrechte Wände 24, welche in etwa jener Höhe enden, bei denen sich die Belüftungen 26a und 26b nach oben in benachbarte Zellen 16b bzw. 16c erstrecken. Die Wände 24 weist Blendenöffnungen 28 auf, um die Strömung zwischen benachbarten Abteilungen 22 in einer Zelle 16a oder 16b oder 16c zu ermöglichen. Ein Gasdruckraum 30 ist von einer Wand 33 zwischen einer Endwand 32 der Zelle 16a und einem benachbarten Abteil 22 gebildet und weist einen Gaseinlaß 34 aus der Endwand 32 auf. Die Wand 33 endet oberhalb der benachbarten Wand 24. Der Deckel 18a ist mit einem Druckmeßgerät 36 versehen, um den Druck im Inneren der Zelle 16a und hierbei auch den Wasserspiegel in der Zelle 16a anzuzeigen, und der Deckel 18c weist eine selbstdichtende Kupplung 38 auf, die mit einem Tauchrohr 39 verbunden ist, das sich unter dem Deckel 18c erstreckt. Eine jeweilige Anbringung 37 ist passend an jeden Deckel 18a-18c angebaut, um das Entfernen und das Wiederanbringen des Deckels 18a-18c zu unterstützen.

Im Betrieb ist der Behälter 10 in einem mit Wasser gefüllten Becken 13 unterhalb der Oberfläche 15 mit entfernten Deckeln 18a, 18b, 18c angeordnet. Kernbrennstoffanordnungen 40 (nur eine ist gezeigt) werden in die Abteilungen 22 der Zelle 16a eingeladen. Der Deckel 18a wird geschlossen, und eine Gasquelle (nicht gezeigt) wird an den Gaseinlaß 34 angeschlossen, um ein Druckgas in die Zelle 16a einzuleiten. Dieses veranlaßt das Wasser, aus der Zelle 16a durch die Entlüftung 26a verdrängt zu werden und hinterläßt einen Leerraum 42. Dieser Ladevorgang wird in der Zelle 16b und 16c wiederholt, um einen Leerraum (nicht gezeigt) in der Zelle 16b, 16c zu hinterlassen, obwohl in der Zelle 16c Wasser durch das Tauchrohr 39 und die selbstdichtende Kupplung 38 abgegeben wird, um den Leerraum in der Zelle 16c zu hinterlassen. Ein flexibler Rohranschluß (nicht gezeigt) kann zur selbstdichtenden Kupplung 38 hingestellt werden, durch welchen Wasser aus der Zelle 16c zur Außenseite des Beckens 13 abgegeben werden kann.

Einer der Vorzüge der Behälter der Fig. 1 bis 4 ist es, daß die Entfernung des Kernbrennstoffes unter Wasser aus irgendeiner Zelle nicht den Leerraum in benachbarten Zellen zerstört. Radiolytische Gase, die aus dem Kernbrennstoff in irgendeiner Zelle erzeugt werden können, werden durch Druckausgleich längs der Reihe von Zellen übertragen, bis sie schließlich durch die Öffnung 34 abgegeben werden, wenn alle die Deckel verschlossen bleiben.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Behälter 12 und 14 mit Kernbrennstoff in ähnlicher Weise zu jener geladen werden können, die in Verbindung mit dem Behälter 10 beschrieben wurde.

Behälter mit einer anderen Anzahl von Zellen können benutzt werden, und einer anderen Anzahl von Abteilungen. Beispielsweise ist, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, ein Behälter 50 dichtend verschlossen durch einen abnehmbaren Deckel 52. Bevorzugt ist, wie in Fig. 5 gezeigt, der Behälter 50 im Querschnitt rechteckig, und sowohl der Behälter 50 als auch der Deckel 52 kann aus rostfreiem Stahl gebildet sein.

Eine Anordnung von Kanälen 53 zur Aufnahme von Brennstoffelementen (nicht gezeigt) ist im Inneren des Behälters 50 angeordnet, wobei die Höhe oder Länge der Anordnung kleiner ist als die des Behälters 50, so daß ein Spalt 54 unter dem Deckel 52 verbleibt. Eine Blendenöffnung 55 in einem unteren Bereich in einer Wand des Behälters 50 steht unmittelbar mit dem benachbarten Kanal 56 der Anordnung der Kanäle 53 in Verbindung.

Eine Gaszufuhr (nicht gezeigt) kann durch die Blendenöffnung 55 eingeleitet werden, und bequemerweise ist die Gaszufuhr Stickstoff.

Im Gebrauch wird der Behälter 50 in das Wasser eines Aufbewahrungsbeckens 57 abgesenkt und eingetaucht. Bei entferntem Deckel 52 werden verstrahlte Kernbrennstoffelemente in die Kanäle 53 der Anordnung, mit Ausnahme des Kanals 56, eingebracht. Nach dem Beladen mit den Brennstoffelementen wird der Deckel 52 am Behälter 50 angeordnet.

Im Lauf der Zeit wird das Wasser im Inneren des Behälters 50 hochradioaktiv und es ist möglich, daß dieses Wasser in das Wasser im Becken 57 durch Schadhaftwerden der Dichtung am Deckel 52 austreten kann. Ein solcher Austritt muß vermieden werden, da er eine Gesundheits- und Sicherheitsgefahr bildet.

Dementsprechend wird unmittelbar nach dem Einladen der verstrahlten Brennstoffelemente in den Behälter 50 Gas durch die Blendenöffnung 55 in den Behälter 50 eingeleitet. Das Gas ist bevorzugt Stickstoff. Das Gas verdrängt das Wasser aus dem Inneren des Behälters 50 und der Wasserspiegel fällt im Inneren des Behälters 50 ab. Das Wasser aus dem Behälter 50 wird in das Becken 57 durch die Blendenöffnung 55 hinausgedrängt und hinterläßt eine Tasche 58 aus Gas (Stickstoff) unter dem Deckel 52. Diese Gastasche 58 isoliert die Dichtung am Deckel 52 vom Wasser im Behälter 50, um hierdurch den Austritt von Wasser aus dem Behälter 50 zu verhindern. Das Gas steht nicht unter Druck, und zum Aufrechterhalten der Gastasche 58 wird es erforderlich sein frisches Gas in den Behälter 50 und, wenn erforderlich, durch die Blendenöffnung 55, einzuleiten.

Ein Behälter 10 für Kernbrennstoff weist eine Anzahl von Zellen 16a-16c zur Aufnahme des Kernbrennstoffs auf. Die Zellen 16a-16c haben abnehmbare Deckel 18a-18c und sind fortlaufend in paralleler Reihenzuordnung angeordnet. Eine Entlüftung 26a, 26b ist zwischen benachbarten Zellen 16a-16c vorgesehen, und ein Einlaß 34 für ein Druckgas ist an der ersten Zelle 16a angeordnet. Ein Ventil 38 an der letzten Zelle 16c ermöglicht es dem Strömungsmittel, aus dieser Zelle 16c abgegeben zu werden.

Claims

1. Behälter für Kernbrennstoff, mit einer Anzahl von Zellen zur Aufnahme des Kernbrennstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (16a-16c) abnehmbare Deckel (18a-18c) aufweisen und auf fortlaufende Weise in paralleler Reihenzuordnung angeordnet sind, und ferner gekennzeichnet durch Belüftungseinrichtungen (26a, 26b) zwischen benachbarten Zellen (16a-16c), eine Einlaßeinrichtung (34) zum Einleiten von Druckgas in die erste Zelle (16a) und eine Ventileinrichtung (38) zur Abgabe von Strömungsmittel aus der letzten Zelle (16c).

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtung (26a, 26b) nahe der Oberseite benachbarter Zellen (16a-16c) angeordnet ist und sich tiefer in die erste (16a, 16b) der benachbarten Zellen als in die zweite (16b, 16c) der benachbarten Zellen erstreckt, um einen Leerraum (42) an der Oberseite der ersten (16a, 16b) der benachbarten Zellen unter der Einwirkung von Druckgas herzustellen.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmeßeinrichtung (36) in oder nahe der Oberseite der ersten Zelle (16a) angeordnet ist.

4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (36) im Deckel (18a) der ersten Zelle (16a) sitzt.

5. Behälter nach jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (38) im Deckel (18c) der letzten Zelle (16c) angeordnet ist.

6. Behälter nach jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (16a-16c) eine Vielzahl von Abteilen (22) zur Aufnahme des Kernbrennstoffes bildet, und daß die Abteile (22) in einer Parallelanordnung vorliegen.

7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungseinrichtung (28) zwischen benachbarten Abteilen vorgesehen ist.

8. Behälter nach jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinrichtung (34) so angeordnet ist, daß sie in einen Gasdruckraum (30) nahe der Endwand (33) der ersten Zelle (16a) fördert.

9. Behälter nach jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Zellen (16a-16c) so angeordnet sind, daß sie eine Kernbrennstoff-Baugruppe enthalten.

10. Behälter nach jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (38) eine selbstdichtende Kupplungseinrichtung aufweist.

11. Behälter mit einer Zelle, um hierin verstrahlte Kernbrennstoffelemente unter Wasser zu lagern, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (50) von einem abnehmbaren Deckel (52) dichtend verschließbar ist und eine Anordnung länglicher Kanäle (53) zur Aufnahme der verstrahlten Kernbrennstoffelemente enthält, sowie eine Blende (55) in einer Wand der Zelle (50) zum Einleiten einer Gasförderung zur Bildung und Aufrechterhaltung einer Gastasche unter dem Deckel (52).

12. Verfahren zum Beladen eines Behälters nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Anordnen des Behälters (10) mit abgenommenen Deckeln (18a-18c) in einem Flüssigkeitsvolumen (13) und unter der Oberfläche (15) der Flüssigkeit,
b) Einbringen von Kernbrennstoff in die erste Zelle (16a),
c) Verschließen des Deckels (18a) der ersten Zelle (16a),
d) Anlegen von Druckgas an die Einlaßeinrichtung (34), um die Flüssigkeit aus der ersten Zelle (16a) durch die entsprechende Belüftungseinrichtung (26a) zu verdrängen und einen Leerraum (42) an der Oberseite der ersten genannten Zelle (16a) zu bilden,
e) Einbringen von Kernbrennstoff in die nächste Zelle (16b),
f) Verschließen des Deckels (18b) der nächsten Zelle (16b), Anlegen des Druckgases an die Einlaßeinrichtung (34) zum Verdrängen der Flüssigkeit aus der nächsten Zelle (16b) durch die entsprechende Belüftungseinrichtung (26b) und Erzeugen eines Leerraumes (42) an der Oberseite der nächsten Zelle (16b),
g) fortschreitende Fortsetzung der Einbringung des Kernbrennstoffs in benachbarte Zellen (16c), Verschließen der Deckel (18c) dieser und Anlegen von Druckgas an die Einlaßeinrichtung (34), bis alle erforderlichen genannten Zellen (16a-16c) Kernbrennstoff enthalten und an ihrer Oberseite einen Leerraum (42) aufweisen.