JP2016024172A - 燃料棒筒に収容された燃料棒の乾燥の為の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な実施と、高い性能性によって際立っており、かつ例えば鎮静槽内での貯蔵の間に、特殊燃料棒内へと浸入する水量が、乾燥した貯蔵のために許容できる残水含有量へと減少されることが可能である、燃料棒筒内に収容された燃料棒の乾燥方法を提供する。
【解決手段】燃料棒筒１の内部室内１３に、一方側が液密に閉じられた少なくとも一つの収容管９が設けられ、燃料棒が、収容管９の開かれた端部を通って収容管９の収容空間内へと挿入され、収容管９の収容空間の乾燥段階において、好ましくは真空引き装置によって真空引きされ、かつ燃料棒筒１及び／又は燃料棒筒１の内部室１３が適温化メディアによって適温化され、好ましくは温められる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料棒筒内に収容された燃料棒の乾燥の為の方法に関する。

上述した形式の方法は実践から基本的に公知である。燃料棒の乾燥は、特に損傷した燃料棒、いわゆる特殊燃料棒が、長い期間にわたって、例えば４０年を超えて貯蔵されなければならないようなとき必要である。損傷した燃料棒は、例えば変形及び／又は裂目等を、放射性の燃料を含むスリーブ管内に有している。鎮静槽内における特殊燃料棒の貯蔵の枠内で、水は、特殊燃料棒のスリーブ管内の割れ目を通って燃料中、または燃料中に形成されている毛細管中へと浸入する。実践から公知の方法においては、特殊燃料棒を、燃料棒筒の収容管内へ持ち込み、かつ特殊燃料棒中へと浸入した水の引き離しの為に収容空間を真空引きすることが有効であると実証されている。しかし、乾燥された貯蔵または中間貯蔵の準備の為に水を特殊燃料棒から引き離す際の信頼性を改善することは努力する価値がある。乾燥された貯蔵の際に燃料棒筒は、好ましくはＣａｓｔｏｒ（登録商標）容器またはＣｏｎｓｔｏｒ（登録商標）容器中に配置される。

欧州特許出願第００６１８１９Ａ２号明細書 独国特許出願第３２２６９８６Ａ１号明細書

よって本発明の技術的課題は、簡単な実施と、高い性能性によって際立っており、かつ例えば鎮静槽内での貯蔵の間に、特殊燃料棒内へと浸入する水量が、乾燥した貯蔵のために許容できる残水含有量へと減少されることが可能である上述した形式の方法を提供することである。

この技術的課題の解決の為に、本発明は、燃料棒筒中に収容される燃料棒を乾燥するための方法であって、燃料棒筒の内部室内に、一方側が液密、特に気密に閉じられる少なくとも一つの収容管が設けられ、その際、燃料棒が、収容管の開放された端部から収容管の収容空間内へと挿入され、その際、乾燥段階において収容管の収容空間が、好ましくは真空引き装置によって真空引きされ、かつ燃料棒筒及び／又は燃料棒筒の内部室が適温化メディアによって適温化され、好ましくは温められることを特徴とする方法を教示する。適温化メディアは、燃料棒筒又は燃料棒筒の内部室と反対の側の表面を循環する。その際好ましくは適温化メディアの熱が燃料棒筒の壁部へと交わされる、または伝達される。目的にかなって、燃料棒筒の壁部に伝達される熱は、壁部の内部空間側の表面に導かれるので、内部室は好ましくは燃料棒筒の内部空間側の表面からの熱放出によって適温化され、好ましくは温められる。

特に好ましくは、乾燥段階において収容管の収容空間は、好ましくは真空引き装置によって真空引きされ、かつ適温化メディアは、収容管を循環し、かつ適温化を行いつつ、燃料棒筒の内部室内へと供給され、そして収容管の循環の後、冷却された適温化メディアとして燃料棒筒の内部室から導出される。

燃料棒は、スリーブ管を有することが可能である。このスリーブ管内には燃料が収容されている。燃料棒のスリーブ管は、ヘアライン状の裂目及び／又は穴、いわゆるピンホールを有する。これらヘアライン状の裂目及び／又はピンホールは、例えば１０μｍから１００μｍの範囲の大きさを有する。燃料棒筒内に収容された燃料棒の乾燥の為に発明にかかる方法によって、燃料棒の乾燥、特に特殊燃料棒の乾燥が、そのようなヘアライン状の裂目及び／又はピンホールによって効率的に可能となる。燃料棒筒は、本発明の枠内で、筒蓋部、筒側面部および筒底部を有する。その際、燃料棒筒は特に有利には、好ましくは鍛造されたモノリス式（一体）の構造体として形成されている。筒蓋部、筒側面部、および筒底部は、好ましくは燃料棒筒の壁部を形成する。一つの実施形に従い、筒蓋部内には蓋開口部が設けられる。この蓋開口部は、蓋開口部内に推奨されるべくはねじ込まれる封鎖要素、例えばねじ蓋部によって封鎖可能である。

好ましくは、収容管は収容バスケットの構成要素である。この収容バスケットは好ましくは蓋開口部を通して燃料簿等の内部室内へと挿入可能である。一つの有利な実施形に従い、収容バスケットは複数の収容管を有する。合目的的には、各収容管または収容管の各収容空間は乾燥部分において真空引きされる。各収容管が、一つの開かれた端部を有しており、この開かれた端部が収容空間の真空引きの為に、例えば真空引き装置に接続されていることが推奨される。

燃料棒は、破損した燃料棒であり得る。この破損した燃料棒は、本発明の枠内で特に特殊燃料棒と称される。特殊燃料棒は、例えば変形、及び／又は裂目を燃料を取り巻くスリーブ管中に有している。鎮静槽内における特殊燃料棒の貯蔵の枠内で、水が、スリーブ管の裂目を通って燃料中へと、および好ましくは燃料中に形成される毛細管中へと浸入する。目的にかなって、燃料棒筒が乾燥されると、燃料棒と、好ましくは特殊燃料棒は、一方側を閉じられた収容管内に配置される。

好ましくは、封鎖要素が蓋開口部から引き離され、そして燃料棒の乾燥のため乾燥ヘッドによって置き換えられる。乾燥ヘッドは、一または複数の収容管の開かれた端部が、其々、および好ましくは専有的に真空引き装置と接続される。

適温化メディアの流経路は、燃料棒筒の内部室を通って、収容管の収容空間から離されて形成されている。好ましくは、適温化メディアの温度は、例えば加熱装置によって調整される。一つの実施形に従い、適温化メディアは内部室に、好ましくは第一の適温化メディア経路を通じて適温化を行う適温化メディアとして供給される。目的にかなって、適温化メディアは蓋側で、第一の適温化メディア経路を通じて燃料棒筒の内部室内へと供給され、そして第二の適温化メディア経路を通じて内部室から導出される。好ましくは適温化メディアは、第二の適温化メディア経路の筒底部側の開口部内へ流れ、そして第二ンお適温化メディア経路を循環したのち、蓋開口部を通して好ましくは乾燥ヘッドによって適温化メディアの為の加熱装置へと戻るよう搬送される。一つの実施形に従い、加熱装置内で適温化メディアは予設定された温度（乾燥温度）へと暖められ、そして目的にかなって、乾燥ヘッドによって好ましくは燃料棒筒の内部室内へと導入される。

乾燥段階において適温化メディアの温度は、適温化メディアの温度が、少なくとも燃料棒筒の貯蔵温度と同じ高さであるという条件下で調整される。好ましくは、適温化メディアの温度は、乾燥段階において燃料棒筒の貯蔵温度よりも高い。貯蔵温度とは、好ましくは、燃料棒筒が好ましくは乾燥の後に搬送容器及び／又は貯蔵容器内で例えば４０年乾燥、中間貯蔵、または鎮静槽の外で貯蔵される温度である。好ましくは乾燥された中間貯蔵の間、搬送容器及び／又は貯蔵容器の内部室及び／又は好ましくは燃料棒筒の内部室は、例えば約６０℃から１４０℃の貯蔵温度、好ましくは約８０℃から１２０℃の貯蔵温度を有している。

一つの実施形に従い、適温化メディアは乾燥段階の実施の間、少なくとも３０℃、および好ましくは少なくとも６０℃の温度を有している。一つの有利な実施形に従い、適温化メディアは乾燥段階の実施の間、少なくとも１００℃、および好ましくは少なくとも１２０℃の温度を有している。適温化メディアが、乾燥段階の実施の間、例えば１４０℃から１６０℃の温度で燃料棒筒の内部室内へと導入されることが有効であると実証された。特に有利には、感動段階の間の適温化メディアの燃料棒筒の内部室への導入の際の温度は、１５０℃または約１５０℃である。乾燥段階を少なくとも２４時間という最小限の乾燥時間にわたって実施することが有利であると判明した。

管理段階中に、収容管の収容空間内、及び／又は内部室内に存在する残水含有量が検査され、その際好ましくは、収容空間内または内部室内に、予設定された管圧力または内部室圧力が調整され、かつ管圧力または内部室圧力の時間的変化が把握されることが推奨される。好ましくは、予設定された管圧力及び／又は内部室圧力は大気圧よりも低い。管理段階において、予設定された管圧力及び／又は内部室圧力が調整され、かつ収容空間及び／又は内部空間が液密に閉じられることは本発明の枠内にある。液密に閉じられた、燃料棒を収容する収容空間内の管圧力及び／又は内部室の内部室圧力の変化が計測されることが推奨される。推奨されるべくは管理段階において収容空間内及び／又は内部室内で圧力上昇が確認可能であり、この圧力上昇が予設定された許容できる圧力変化よりも低く、好ましくは３０ｍｉｎ毎に４×１０^−４ＭＰａの圧力変化よりも低いと、例えば管理段階によって、乾燥段階の終了が確定されることが可能である。

目的にかなって、管圧力及び／又は内部室圧力が管理段階において、液密に閉じられた収容空間の管圧力の許容できる時間的変化、及び／又は液密に閉じられた内部室の内部室圧力の許容できる時間的変化の下であると、燃料棒筒は、封鎖要素によって閉じられる。乾燥ヘッドは筒蓋部から蓋開口部の開放のもと引き離され、そして蓋開口部は封鎖要素によって閉じられ、そして好ましくはねじ蓋部により閉じられる。封鎖要素が蓋開口部内に完全にねじこまれるとき、封鎖要素、またはねじ蓋部がフランジ（カラー部）を有し、このフランジが内部室側と反対の側の、筒蓋部の端面に当接することが可能である。特に有利には、封鎖要素が、および一つの実施形に従い封鎖要素のフランジが、筒蓋部に溶接されている。

適温化メディアとして空気及び／又は窒素が使用されることが有効であると実証された。目的にかなって適温化メディアは温められた空気または温空気である。適温化メディアによって、水または湿気が、乾燥段階中に燃料棒筒の内部室から運びだされる。適温化メディアは、キャリア媒体として乾燥段階中機能する。

一つの実施形に従い、乾燥段階中、水が燃料棒筒の内部室から引き離され、好ましくはポンプ排出され及び／又はキャリアガスによって排出される。特に有利にはキャリアガスは、適温化メディアと同一である。目的にかなって、準備段階中に排水ランスが燃料棒筒の内部室中に、好ましくは第二の適温化メディア経路を通じて挿入され、かつ内部室内に存在するミスが、排水ランスによって吸引される。

特に有利には、まず準備段階が実施され、準備段階に引き続いて乾燥段階が実施される。乾燥段階のみ実施されることも基本的には、可能である。

本発明に係る方法の一つの実施形に従い、燃料棒筒が水中に保管されるとき、準備段階及び／又は乾燥段階が実施される。燃料棒筒が水中に保管されるとは、好ましくは、燃料棒筒が貯蔵槽または鎮静槽中に保管されることを意味する。燃料棒筒の周りに断熱外装がかぶせられており、これによって好ましくは燃料棒筒を取り囲む水の蒸発のもと１００℃を超える温度への燃料棒筒の加熱が可能となるということが可能である。目的にかなって断熱外装は、断熱外装と燃料棒筒の間に存在する水が乾燥段階の間少なくとも部分的に蒸発されることが可能であるという条件下で設計されている。

好ましくは、準備段階及び／又は乾燥段階が実施される。その際、燃料棒筒は水槽の外で処理される。本発明の一つの実施形に従い、燃料棒筒は、乾燥段階の間、及び／又は準備段階の間に空気環境または空気に取り巻かれている。燃料棒筒が鎮静槽から持ち上げられ、そして好ましくはしずく切りの後、保護ブロック内で保護されることが推奨される。筒蓋部側のシールプレートの引き離しの後、水槽（鎮静槽）の外側で準備段階及び／又は乾燥段階が実施される。準備段階及び／又は乾燥段階の実施の後、燃料棒筒の内部室をヘリウムで満たし、及び／又は燃料棒筒を封鎖要素で閉じることが推奨される。燃料棒筒の内部室の乾燥の後、これは通常の方法で搬送容器及び／又は貯蔵容器内へと挿入される。

本発明は、発明に係る方法によって燃料棒筒または燃料棒筒内に収容される特殊燃料の乾燥が高信頼性で可能であるという思想に基づく。本発明に係る方法は、その際、確実かつ簡単な実施可能性で際立っている。例えば、二酸化ウランペレット（独語でいうところのＵｒａｎｄｉｏｘｉｄｐｅｌｌｅｔ）または核燃料ペレットを含む特殊燃料棒が、信頼性をもって乾燥されることが可能であり、および例えば毛細管構造中または存在するスリーブ管リークを通して進入する水が、特殊燃料棒から信頼性をもって引き離されることが可能であるということが示された。一つの実施形に従い、燃料筒中に収容される燃料棒の乾燥の為の本発明に係る方法は、混合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）または再処理施設からの燃料の乾燥に適している。特に有利な方法で、本発明に係る方法でもって、引き続く貯蔵の間の温度の上に位置する温度で乾燥が行われるので、燃料棒筒内の特殊燃料棒からの水の事後の排出は発生しないか、または無視することができる程度だけ発生する。加圧水型原子炉設備からの特殊燃料棒は、５０ｇまでの水を各特殊燃料棒ごとに有し得ることが示された。沸騰水型原子炉設備からの特殊燃料棒は、８０ｇまでの水を含み得る。本発明に係る方法によって、燃料棒筒ごとに１グラムより少ない残水量が問題なく実現されることが可能である。

以下に本発明を、単に実施例を表す図面に基づき説明する。

発明に係る方法を実施するための乾燥処理ステーションの斜視図。 準備段階の間の燃料棒筒の簡略断面図。 乾燥段階の間の燃料棒筒の簡略断面図。

燃料棒筒１は、図示されていない鎮静槽の中で保護バスケット２の中で水中に挿入されている。この保護バスケット２には好ましくはおよび実施例に従い保護カバー３が載置されている。クレーン４によって、保護バスケット２内に収容された燃料棒筒１が鎮静槽の水から持ち上げられ、残水のしずくを切った後、乾燥処理ステーション６の保護ブロック５内へと挿入され、そして傾きに対して保護される。

図２には、保護カバー３および図示されていない封鎖蓋部を外した後、燃料棒筒１の蓋開口部７が開放されることが簡略的に表されている。図２には、燃料棒筒１内に、収容バスケット８が、図示されていない燃料棒のための複数の収容管と共に配置されていることが見て取れる。図２に簡略的に表された準備段階において、収容バスケット８は中央管１０を有している。この中央管１０は、収容バスケット８の蓋開口部側の端部から、収容バスケット８の筒底部１１に存在する端部まで延在している。中央管１０内には、準備段階において排水ランス１２が導入される。その筒底部側の端部において、中央管１０は、燃料棒筒１の内部室１３との液体を案内する接続を有している。矢印１４によって、排水ランス１２を通って燃料棒筒１の内部室１３内に存在する水が、図示されていないポンプ装置に搬送され、これによって燃料棒筒１の内部室１３から引き離されるのが表されている。

図３には、図２の燃料棒筒１が表されている。その際、排水ランス１２は、中央管１０から引き離され、そして蓋開口部７に乾燥ヘッド１５が載置されている。乾燥ヘッド１５によって、適温化メディアとしての、燃料棒筒１または燃料棒筒１の内部室と、収容バスケットの間に形成される流経路または第一の適温化メディア経路内の温空気が、燃料棒筒１の内部室１３内へと導入可能である。これは矢印１６によって表されている。温空気は、図示されていない加熱装置によって乾燥ヘッドに供給される。温空気は、乾燥ヘッド１５を介して、温空気が収容管９をその頭部側または蓋開口部側の端部から足部側または底部側の端部まで循環するという条件下で燃料棒筒１の内部室１３内へと導入される。収容バスケット８の底部側または筒底部側の端部において温空気は方向転換され、そして中央管１０および乾燥ヘッド１５を通って加熱装置へと戻される。このことは矢印１７によって表されている。中央管１０は、実施例に従い第二の適温化メディア経路を意味する。好ましくはおよび実施例に従い、温空気は、温空気が燃料棒を収容する収容管９内へと浸入しないよう乾燥ヘッド１５を通って燃料棒筒１の内部室１３へと導入される。

乾燥ヘッド１５は、図示されていない真空引き装置に接続されている。この真空引き装置によって収容バスケット８の収容管９の収容空間Ａが真空引きされる。乾燥ヘッド１５と燃料棒筒１および収容バスケット８の収容管９との協働は、収容空間Ａが真空引き可能であり、かつ収容管９内の圧力降下と関係なく収容管９の適温化が適温化メディア又は温空気によって行われるよう作用する。このようにして高い乾燥率が、アクティビティの解除を防止しつつ図られる。例えばおよび実施例に従い、燃料棒筒１の内部室１３および収容バスケット８の乾燥は、１５０℃の温度で行われる。その際、燃料棒筒１の内部室１内の残水の量は、燃料棒筒１が閉じられた後に長期の貯蔵の準備ができているよう下げられる。

Claims (15)

1. 燃料棒筒（１）内に収容された燃料棒の乾燥の為の方法であって、
   燃料棒筒（１）の内部室（１３）内に、一方側が液密に閉じられた少なくとも一つの収容管（９）が設けられ、
   燃料棒が、収容管（９）の開かれた端部を通って収容管（９）の収容空間（Ａ）内へと挿入され、
   収容管（９）の収容空間（Ａ）の乾燥段階において、好ましくは真空引き装置によって真空引きされ、かつ燃料棒筒（１）及び／又は燃料棒筒（１）の内部室（１３）が適温化メディアによって適温化され、好ましくは温められることを特徴とする方法。
2. 適温化メディアが、収容管（９）を循環しかつ適温化を行いつつ燃料棒筒（１）の内部室（１３）内へと送り込まれ、かつ適温化メディアが収容管の循環の後、冷却された適温化メディアとして燃料棒筒（１）の内部室（１３）から導出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 適温化メディアの流経路が、燃料棒筒（１）の内部室（１３）を通って、収容管（９）の収容空間（Ａ）から切り離されて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 適温化メディアの乾燥段階における温度が、適温化メディアの温度が少なくとも燃料棒筒の貯蔵温度と同じ高さであるという条件下で調整されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 適温化メディアが、乾燥段階の実施の間少なくとも３０℃、好ましくは少なくとも６０℃の温度であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 適温化メディアが、乾燥段階の実施の間、少なくとも１００℃、好ましくは１２０℃の温度であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 管理段階中に、収容管（９）の収容空間（Ａ）内、及び／又は、内部室（１３）内に存在する残水含有量が検査され、予設定可能な管圧力が収容空間（Ａ）内で、または、予設定可能な内部室圧力が内部室（１３）内で調整され、かつ管圧力または内部室圧力の時間的変化が把握されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 管理段階中に、予設定可能な管圧力及び／又は内部室圧力が調節され、かつ収容空間（Ａ）及び／又は内部室（１３）が液密に閉じられることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 管圧力または内部室圧力の変化が管理段階において、液密に閉じられた収容管（９）内の管圧力の予設定した時間的変化の下、または内部室の予設定した時間的変化の下に位置すると、乾燥段階が終了し、および燃料棒筒（１）が封鎖要素によって閉じられることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 適温化メディアとして空気及び／又は窒素が使用されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 準備段階において水が燃料棒筒（１）の内部室（１３）から引き離され、好ましくはポンプ排出される、及び／又はキャリアガスによって排出されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 準備段階において、排水ランス（１２）が内部室（１３）内に挿入され、かつ内部室（１３）内に存在する水が、排水ランス（１２）によって吸引されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. まず準備段階が実施され、その後乾燥段階が実施されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
14. 燃料棒筒（１）が水中に保管されるとき、準備段階及び／又は乾燥段階が実施されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 準備段階及び／又は乾燥段階が実施され、燃料棒筒（１）が水槽の外で処理されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。

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