DE3117465C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager für kugelförmige Brennelemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Lager zur Aufnahme von Brennelementen dient vorrangig der zwischenzeitlichen Lagerung dieser Elemente, nachdem sie dem Kern eines Kernkraftwerkes entnommen worden sind. Ein derarti­ ges Lager soll so ausgelegt sein, daß weder im Normalbetrieb noch im Störfall der Wert des Multiplikationsfaktors k _eff 0,9 überschritten wird. Zur Erfüllung dieser Forderung kann ein solches Lager mit Absorberstäben ausgerüstet werden, die zwi­ schen den Brennelementen positioniert werden. Dies ist insbe­ sondere dann wichtig, wenn aufgrund einer Kernentleerung alle im Kern des Kernkraftwerkes enthaltenen kugelförmigen Brennele­ mente von dem Lager aufzunehmen sind. Absorberelemente sind auch dann erforderlich, wenn das Lager durch einen Wasserein­ bruch teilweise oder vollständig überflutet wird. Besonders wichtig sind diese Absorberelemente für den Fall, daß bei einer Störung der Kern des Reaktors entleert werden muß und gleich­ zeitig im Brennelementlager ein Wassereinbrauch auftritt.

Aus der DE-OS 29 09 549 ist ein Lager zur Aufnahme von kugel­ förmigen Brennelementen eines Kernreaktors bekannt, bei dem die abgebrannten Brennelemente in mehreren vertikalen, innerhalb einer Betonummantelung angeordneten Schächten gelagert werden.

Bevor die Brennelemente in dem Lager Aufnahme finden, werden sie in Kannen gefüllt, die dann von der Decke der Betonummante­ lung aus durch verschließbare Öffnungen in die Schächte einge­ bracht werden. Für die Kühlung der Kannen ist ein Kühlluft­ kreislauf vorgesehen. Durch die Anordnung einer gasdichten Blechwanne am Boden der Betonummantelung und weitere Maßnahmen wird das Lager trocken gehalten.

In der Zeitschrift "VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970" wird auf den Seiten 162 bis 165 die Beschickungsanlage eines Hochtempe­ raturreaktors mit kugelförmigen Brennelementen beschrieben, die zur Entnahme von Brennelementen aus dem Reaktorkern eine Aus­ schleusleitung aufweist, an die sich eine Abbrandmeßanlage an­ schließt. In dieser Anlage wird der restliche Spaltstoffgehalt der Brennelemente festgestellt. Brennelemente mit hohem Ab­ brandzustand werden sodann über eine Auslaßschleuse einer Ent­ nahmekanne zugeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager für kugel­ förmige Brennelemente gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß es sowohl die bei Normalbetrieb dem Reaktor entnommenen abgebrannten Brennelemente als auch die bei einer Kernentleerung anfallenden teilweise abgebrannten Brennelemente verschiedenster Abbrandstufen, die für eine Wiederbeladung ge­ eignet sind, sicher aufnehmen und zudem wirtschaftlich betrie­ ben werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete Lager besteht also aus einem Lagerteil für die Aufnahme der beim bestimmungsgemäßen Betrieb anfallenden abgebrannten Brennelemente, dem Silolager, und einem anderen Lagerteil zur Aufnahme der bei einer Entlee­ rung des Kernreaktors anfallenden nur teilweise abgebrannten Brennelemente, dem Schachtlager.

Um eine Korrosion des Graphits der wiederverwendbaren Brennele­ mente zu vermeiden, sind die Schächte, die diese Brennelemente aufnehmen, mit Helium gefüllt.

Gemäß einem Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Lagers werden die teilweise abgebrannten Brennelemente mit Hilfe einer Abbrandmeßanlage und der Verteileinrichtung in mehrere Abbrand­ klassen unterteilt, wobei für jede Abbrandklasse ein Schacht vorgesehen ist.

Es ist vorteilhaft, da kostensparend, daß die kugelförmigen Ab­ sorberelemente dann nur in diejenigen Schächte eingegeben wer­ den, die Brennelemente mit sehr geringem Abbrand enthalten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschrei­ bung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den schema­ tischen Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Darstellung der Verteileinrichtungen und der An­ ordnung der verschiedenen Lagerteile zueinander,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch das Lager gemäß der Linie II-II in Fig. 4,

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch das Lager gemäß der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch das Lager gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2.

Von dem in Fig. 1 nicht dargestellten Kernreaktor gelangen die aus dem Reaktor entnommenen kugelförmigen Brennelemente über einen ebenfalls nicht dargestellten Vereinzelner und die Lei­ tungen 1 zu den Armaturenblöcken 2. Die Armaturenblöcke 2 bein­ halten Absperrarmatur und Kugelzähler. Außerdem befindet sich an der Kugelausschleusleitung am Reaktor ebenfalls eine Ab­ sperrarmatur. Von den Armaturenblöcken 2 gelangen die Brennele­ mente über Leitungen 3 zu Abbrandmeßanlagen 4. Hier wird der jeweilige Abbrandzustand eines Brennelementes gemessen. Die Brennelemente rollen dann über Vordosierer 5 in Puffer- bzw. Schleusenstrecken 6. Die Pufferstrecken 6 werden durch Aus­ schleusblöcke 7 begrenzt.

Wenn die Pufferstrecken 6 mit Brennelementen gefüllt sind, wird mittels der Absperrarmaturen in den Armaturenblöcken 2 die Verbindung zum Reaktor geschlossen. Bei geschlossenen Absperr­ armaturen in den Armaturenblöcken 2 zum Reaktor und geschlos­ senen Ausschleusblöcken 7 werden die Pufferstrecken 6 evakuiert und gespült. Anschließend werden die Ausschleusblöcke 7 geöff­ net, die Kugeln gelangen zu Sammlern 8. Von diesen Sammlern 8 gelangen die Kugeln einzeln zu Verteilern 9 und 10. Die infolge der Schwerkraft vorhandene Rollbewegung von den Sammlern 8 zu den Verteilern 9 und 10 kann durch einen Gasstrom vorteilhaft unterstützt werden. Durch entsprechende Vorsteuerung der Ver­ teiler 9, 10 können die kugelförmigen Brennelemente die ent­ sprechende Lagerposition in den Schächten 11 bis 20 bzw. den Silos 21, 22 erreichen. Von dem Verteiler 9 können die Brenn­ elemente in die Schächte 11, 12, 13, 16, 17 und das Silolager 21 gelangen, während über den Verteiler 10 die Schächte 14, 15, 18, 19, 20 und das Silolager 22 erreicht werden können.

Die Silos 21 und 22 werden mit den Brennelementen beschickt, die bei bestimmungsgemäßem Betrieb aus dem Reaktor ausge­ schleust werden und abgebrannt sind. Bei einer Entleerung des Kerns des Reaktors infolge eines Störfalls werden aber auch die Brennelemente in einem Silo gelagert, die infolge eines bereits sehr hohen Abbrandes für eine Wiederbeladung des Kerns nicht geeignet sind. Es wird angenommen, daß etwa ein Drittel der in dem Reaktor enthaltenen Brennelemente, und zwar das untere Drittel, für eine Kernwiederbeladung nicht mehr geeignet ist. Dieses Drittel muß daher bei einer Kernentleerung infolge eines Störfalls in einem der Silos untergebracht werden. Die restli­ che Zweidrittelfüllung des Reaktorkerns muß dann von den Schächten 11 bis 20 aufgenommen werden.

Es ist zweckmäßig, die für die Wiederbeladung geeigneten Brenn­ elemente in z. B. acht Abbrandklassen einzuteilen. Die Kugeln mit dem geringsten Abbrand werden den Schächten zugeordnet, die über einen Verteiler, z. B. den Verteiler 9, erreichbar sind. In diesem Fall ist es möglich, nur für diese fünf Schächte die Zugabe von Absorberelementen vorzusehen.

Aus den Fig. 2, 3 und 4 sind Einzelheiten über die Anordnung und Ausbildung der Schächte bzw. der Silos zu entnehmen. Das Schachtlager besteht, wie bereits erwähnt, aus mindestens zehn Schächten 11 bis 20. Die Schächte besitzen einen Durchmesser von 1,5 m und eine Länge von etwa 12 m. Die Füllhöhe soll 10 m betragen. Am oberen Ende können die Schächte mit einem Ab­ schirmstopfen dicht verschlossen werden. Am unteren Ende ist ein Vereinzelner und eine Kugelausschleusleitung vorgesehen (nicht dargestellt). In den einzelnen Schächten 11 bis 20 herrscht eine Heliumatmosphäre, um eine unnötige Graphitkorro­ sion der wiederverwendbaren Brennelemente zu vermeiden. Auf den Außenwänden der Schächte sind wasserdurchströmte Kühlrohre zur Wärmeabfuhr angeordnet (nicht gezeigt). Der Wärmetransport von den Brennelementen zu diesen Kühlrohren erfolgt durch freie Konvektion des Innengases.

Die Absorberelemente, die zur Gewährleistung der Kritikalitäts­ sicherheit den nur teilweise abgebrannten Brennelementen hinzu­ gefügt werden, können kontinuierlich entsprechend der Anzahl der eingefüllten Brennelemente zugegeben werden. Es kann aber auch nach Einfüllung einer bestimmten Anzahl Brennelemente eine bestimmte Anzahl Absorberelemente in den betreffenden Schacht gefüllt werden.

Wie bereits erwähnt, besteht das Silolager aus den beiden Silos 21 und 22 für abgebrannte Brennelemente. Jedes Silo besitzt zweckmäßig einen Querschnitt von 9 m × 9 m, und die Silohöhe soll etwa 6,5 m betragen. Etwa 0,8 m oberhalb des Silobodens ist ein Zwischenboden 23 angeordnet. Der Neigunswinkel des Zwischenbodens 23 beträg 20 Grad. In dem Zwischenboden sind Luftschlitze vorgesehen, damit Kühlluft in die Kugelschüttung eintreten kann. Die Kühlluft wird über die Kanäle 24 zugeführt. Der Zwischenboden 23 in jedem der beiden Silos ist mit einem Kugelabzugsrohr 25 verbunden. Unterhalb der Silos 21, 22 befin­ den sich Abfülleinrichtungen und Schließstationen, in denen die abgebrannten Brennelemente in Transportkannen 26 abgefüllt und in einem mehrer Transportkannen 26 umfassenden Pufferlager 27 zwischengelagert werden können.

Während der Füllung der Transportkannen 26 aus einem Silo 21 bzw. 22 oder aus einem der Schächte 11 bis 20 sind die Trans­ portkannen 26 in Transportwagen 28 gelagert, wie sich aus Fig. 4 ergibt. Die Transportkanne 26 wird mit Hilfe eines nicht dar­ gestellten Kranes auf den abgeschirmten Transportwagen 28 abge­ senkt. Sobald der Transportwagen 28 die Abfüllposition erreicht hat, wird ein Teleskoprohr 29 auf die Transportkanne 26 herab­ gelassen, das mit dem Kugelabzugsrohr 25 verbunden ist. Durch Öffnen einer Absperrarmatur 30 wird die Verbindung zwischen einem in Betrieb genommenen Vereinzelner 31 und dem Teleskop­ rohr 29 hergestellt. Die kugelförmigen Brennelemente können aus einem der Silos bzw. aus einem der Schächte in die Transport­ kanne 26 gefüllt werden. Nach Füllung der Kanne erfolgt die Ab­ schaltung des Vereinzelners 31, und mittels der Absperrarmatur 30 wird die hergestellte Verbindung unterbrochen, so daß das Teleskoprohr 29 hochgefahren werden kann.

• Bezugszeichenliste  1 Leitungen
   2 Armaturenblöcke
   3 Leitungen
   4 Abbrandmeßanlagen
   5 Vordosierer
   6 Puffer-/Schleusenstrecken
   7 Ausschleusblöcke
   8 Sammler
   9 Verteiler
  10 Verteiler
  11 bis 20 Schächte
  28 Transportwagen
  21, 22 Silos
  23 Zwischenboden
  24 Kanäle
  25 Kugelabzugsrohr
  26 Transportkanne
  27 Pufferlager
  29 Teleskoprohr
  30 Absperrarmatur
  31 Vereinzelner

Claims (5)

1. Lager für kugelförmige Brennelemente,

• a) bei dem die aus dem Kern eines Kernreaktors abgezoge­ nen Brennelemente in einem Trockenlager untergebracht sind und
• b) bei dem das Trockenlager zur Erzielung einer geome­ trisch sicheren Anordnung in eine Vielzahl von Schächten räumlich unterteilt ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• c) das Lager besteht aus Silos (21, 22) und Schächten (11 bis 20), in die die Brennelemente direkt einge­ füllt sind, wodurch das Lager in zwei Lagerteile aufgeteilt ist, von denen der eine
  • c1) aus mindestens zwei Silos (21, 22) besteht und die beim bestimmungsgemäßen Betrieb sowie die bei einer Kernentleerung anfallenden abgebrannten Brennelemente aufnimmt, und von denen der andere
  • c2) eine Vielzahl von Schächten (11 bis 20) umfaßt und nur die bei einer Kernentleerung anfallenden teilwei­ se abgebrannten und für eine Wiederbeladung geeigne­ ten Brennelemente aufnimmt;
• d) das Lager enthält eine Verteileinrichtung (5, 8, 9, 10) für die Verteilung der Brennelemente auf die einzelnen Silos (21, 22) bzw. Schächte (11 bis 20) in Abhängigkeit von ihrem Abbrandzustand;
• e) den nur teilweise abgebrannten Brennelementen werden kugelförmige Absorberelemente beigefügt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schächte (11 bis 20) mit Helium gefüllt sind.

3. Verfahren zum Betrieb des Lagers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise abgebrannten Brennele­ elemente mit Hilfe einer Abbrandmeßanlage (4) und der Verteil­ einrichtung (5, 8, 9, 10) in mehrere Abbrandklassen un­ terteilt werden und für jede Abbrandklasse ein Schacht (11 bzw. 12 usw.) vorgesehen ist.

4. Verfahren zum Betrieb des Lagers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Absorberelemente nur in diejenigen Schächte (11 bis 20) eingegeben werden, die Brennelemente mit sehr geringem Abbrand enthalten.