(19)
(11) EP 0 058 956 B1

(12) EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45) Hinweis auf die Patenterteilung:
24.10.1984  Patentblatt  1984/43

(21) Anmeldenummer: 82101267.1

(22) Anmeldetag:  19.02.1982
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)3G21F 5/00

(54)

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Transportbehältern

Method and device for the cooling of a transport container

Méthode et dispositif pour le refroidissement d'un récipient de transport


(84) Benannte Vertragsstaaten:
BE CH DE FR GB LI SE

(30) Priorität: 24.02.1981 DE 3106753

(43) Veröffentlichungstag der Anmeldung:
01.09.1982  Patentblatt  1982/35

(71) Anmelder: TRANSNUKLEAR GmbH
D-6450 Hanau 11 (DE)

(72) Erfinder:
  • Christ, Richard, Dr. Dipl.-Ing.
    D-6454 Bruchköbel (DE)
  • Feyerbacher, Dieter, Ing. grad.
    D-6368 Bad Vilbel (DE)
  • Laug, Reiner, Dipl.-Ing.
    D-6450 Hanau (DE)
  • Stich, Werner, Ing. grad.
    D-6000 Frankfurt/Main (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Transportbehälters für Nachzerfallswärme abgebende Komponenten aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, zwecks anschliessender Entladung in einem Lagerbecken, durch Zugabe von Wasser in den Innenraum des Behälters und anschliessender Kühlmittelzirkulation, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

    [0002] Transportbehälter für radioaktive Abfälle bzw. für bestrahlte Brennelemente, insbesondere solche, die für trockenen Transport, d.h. ohne Verwendung eines flüssigen Kühlmittels im Innern des Behälters, ausgelegt sind, weisen im Transportzustand relativ hohe Temperaturen im Inneren (Brennelemente, Einsatzkorb) auf. Es ist deshalb erforderlich, den Behälter und seinen I nhalt vor der Entladung so weit abzukühlen, dass eine problemlose anschliessende Öffnung und Entladung in einem wassergefüllten Becken möglich ist.

    [0003] Entsprechend dem derzeitigen Stand der Technik (DE-AS Nr. 2747601, DE-OS Nr. 2814796, ferner "Symposium packaging and transportation of radioactive materials", Las Vegas, 1978, Proceedings, S. 494) wird für die Kühlung von Transportbehältern folgender Verfahrensablauf durchgeführt bzw. vorgeschlagen: Der Behälterinnenraum wird zunächst an die Leitungen eines Wasserkreislaufs angeschlossen. Anschliessend wird kaltes oder auch vorgeheiztes Wasser durch einen unteren Einlass in den Behälter eingeleitet, bis der Behälter mit Wasser gefüllt ist (Phase 1). Danach erfolgt eine ständige Zirkulation von Kühlwasser, bis Behälter und Inhalt auf eine für die Entladung geeignete Temperatur abgekühlt sind (Phase 2).

    [0004] Während der Phase 1 verdampft ein Teil des eingespeisten Wassers infolge Kontakt mit dem heissen I nhalt. Der Dampf streicht an den bis zu 550° C heissen Brennelementen entlang und überhitzt sich. Dabei kann die Überhitzung des Dampfes je nach Wärmeleistung und Temperatur des Behälterinhaltes so hoch werden, dass am Behälterdeckel und an den in ihm oder seitlich in Deckelnähe befindlichen Anschlüssen zur Versorgung und Entsorgung unzulässig hohe Temperaturen und Wärmespannungen entstehen. Diese Belastungen können zu Materialermüdungen sowie auch zum Versagen der Dichtungselemente am Deckel bzw. an den Versorgungs- bzw. Entsorgungsöffnungen führen.

    [0005] Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines Transportbehälters für Nachzerfallswärme abgebende Komponenten aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, zwecks anschliessender Entladung in einem Lagerbecken, durch Zugabe von Wasser in den Innenraum des Behälters und anschliessender Kühlmittelzirkulation zu schaffen, bei dem unzulässige Temperatur- und Wärmespannungen vermieden werden.

    [0006] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Temperatur des während der anfänglichen Wasserzugabe entstehenden überhitzten Wasserdampfes durch Einsprühen von Wasser über einen irn Abschirmdeckel des Transportbehälters befindlichen Anschluss erniedrigt wird.

    [0007] Durch die Wassereinsprühung durch den Dekkel des Transportbehälters, der auch als Lagerbehälter verwendbar sein kann, wird der überhitzte Dampf auf eine zulässige Temperatur abgekühlt, bevor er durch eine Versorgungs- bzw. Entsorgungsöffnung im Behälter in einen angeschlossenen Kühlkreislauf strömt. Die Einsprühung erfolgt vorzugsweise durch Eindüsen, wobei im Behälterdeckel Einzeldüsen oder ein Düsenstock angeordnet sein können.

    [0008] Es ist vorteilhaft, das für das Einsprühen erforderliche Wasser direkt aus dem Lagerbecken der kerntechnischen Anlage zu entnehmen. Das gleiche gilt für Wasser, das für die an sich bekannten Verfahrensschritte zum Füllen des Behälters und Zirkulieren von Kühlwasser benötigt wird.

    [0009] Besonders günstig ist es auch, den in Phase 1 entstehenden Dampf und das Kühlwasser aus Phase 2 auch in das Lagerbecken zurückzuführen. Damit wird das Lagerbecken als Wärmesenke genutzt, und es erübrigt sich ein zusätzlicher Wärmetauscher.

    [0010] Für die Kondensation des Dampfes wird bevorzugt ein im Lagerbecken angeordnetes Kühlelement, insbesondere ein Dampfstrahlanwärmer, vorgesehen.

    [0011] Es ergeben sich weitere Vorteile, wenn vor der Kühlung des Behälterinnenraumes eine Aussenkühlung des Behälters durchgeführt wird, um dem massiven Behälterkörper bereits Wärme zu entziehen. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Aussenflächen des Transportbehälters unter Ausbildung eines Zwischenraumes mit einem Mantel umhüllt werden und der Zwischenraum mit Wasser zur zusätzlichen Wärmeabfuhr beaufschlagt wird. Hierzu wird vorteilhafterweise sauberes, nicht kontaminiertes Wasser im Kreislauf gefahren und die Wärme über einen Wärmetauscher an das Wasser des Lagerbeckens abgeführt.

    [0012] Nachfolgend wird das Verfahren anhand einer vorteilhaften Vorrichtung in den schematischen Abbildungen und II beispielhaft beschrieben. Abb. I zeigt die Wasserzugabe zur Kühlung des überhitzten Dampfes im Behälterinneren. Abb. 11 gibt ein Kühlkreislaufschema wieder. Auf die Darstellung an sich bekannter Absperr- und Steuerorgane usw. wird hier aus Vereinfachungsgründen weitgehend verzichtet.

    [0013] Entsprechend den Abbildungen weist der Abschirmdeckel 4 eines Transportbehälters 1, der mit einer Wasserzuführungsöffnung 2 sowie mit einer weiteren Versorgungs- und Entsorgungsöffnung 3 ausgestattet ist, eine Durchführung 5 auf, durch die über eine Zuführungsleitung 9 Lagerbeckenwasser zu einer Düse 22 geführt wird. Die Düse 22 kann an der Unterseite des Abschirmdeckels 4 montiert sein. Es ist jedoch besonders günstig, die Düse 22 vor dem jeweiligen Entladevorgang durch die Durchführung 5 in das Behälterinnere, in der Nähe der Unterseite des Abschirmdeckels 4 einzustecken. Als Durchführung 5 können gegebenenfalls bereits vorhandene verschliessbare Öffnungen, beispielsweise Prüfanschlüsse, verwendet werden. Die Durchführung 5 kann jedoch auch für den erfinderischen Zweck spezieji gestaltet sein. Im Innern des Behälters 1 befinden sich Nachzerfallswärme abgebende bestrahlte Brennelemente 6. Der Abschirmdeckel 4 ist gegen den Behältergrundkörper 26 durch Dichtelemente 25 abgedichtet. Über die Wasserzuführungsöffnung 2 wird Kühlwasser 17, das dem Lagerbecken 23, z.B. mittels Pumpe 18, entnommen werden kann, in den ausserhalb des Lagerbeckens befindlichen Behälter 1 eingeleitet. Es bildet sich überhitzter Dampf, der mittels Einsprühung von Lagerbeckenwasser über die Düsen 22 so gekühlt wird, dass die Temperatur des über die Versorgungs- und Entsorgungsöffnung 3 entweichenden Dampfes die zulässigen Temperaturen für die Dichtelemente 25 sowie für die Anschluss- und Kupplungsorgane an der Versorgungs- bzw. Entsorgungsöffnung 3 nicht überschreitet. Das über die Düsen 22 in das Behälterinnere eingesprühte Wasser kann ebenfalls mittels Pumpe 18 gefördert werden.

    [0014] Der erfindungsgemässen Kühlung geht die entsprechende Vorbereitung des Behälters 1 am Bekkenrand 27 voraus. Dazu gehören die Ankupplung der wasserzuführenden Leitungen 8, 9 bzw. der wasser-/wasserdampfabführenden Leitung 10 an die Anschlüsse der jeweiligen Versorgungs- bzw. Entsorgungsöffnungen 2, 3, 5 sowie das Anlegen eines Kühlmantels 7 um den Behälter 1. Über eine separate Wasserversorgung (nicht gezeichnet) wird der Zwischenraum 28 zwischen dem Kühlmantel 7 und der Aussenfläche des Behälters 1 mit sauberem Wasser geflutet und entlüftet. Nach Anschluss der Kühlkreisleitungen 11,12 an die zugehörigen Anschlüsse 13,14 am Kühlmantel 7 ist der das Behälteräussere kühlende Kreislauf, weiterhin noch im wesentlichen bestehend aus einem Wärmetauscher 15 und einer Kreiselpumpe 16, betriebsbereit. Die dem Behälter 1 über den Mantelkühlkreislauf entzogene Wärme wird über den Wärmetauscher 15 an das Beckenwasser des Lagerbeckens 23 abgeführt.

    [0015] Der aus dem Behälter 1 aus der Entsorgungsöffnung 3 austretende gekühlte Dampf wird über eine Leitung 10 zu einem im Beckenkühlwasser befindlichen Kühlelement, z.B. einem Dampfstrahlanwärmer 19, geführt, wo der Dampf kondensiert. Hierbei wird der Dampf als Treibmedium des Dampfstrahlanwärmers 19 benutzt, und die in der Umgebung der in ihm befindlichen Mischdüse befindliche Flüssigkeit wird in den Dampfstrahlanwärmer eingezogen und der Dampf, wie bereits beschrieben, darin kondensiert. Die nichtkondensierbaren Anteile werden in den Gasraum 24 des darübergestülpten offenen Behälters 20 geleitet und können von dort über die Entlüftungsleitung 21 und gegebenenfalls Filterelementen an die Abluft abgegeben werden.

    [0016] Sobald der erfindungsgemässe Vorgang abgeschlossen ist und auch keine Verdampfung des Kühlwassers mehr erfolgt, wird der Transportbehälter 1 vollständig geflutet und anschliessend durch Kühlwasserzirkulation die Temperatur im Behälterinnenraum weiter erniedrigt, wobei das zirkulierende Kühlwasser über die Leitung 10 und den Dampfstrahlanwärmer 19 in das Lagerbecken 23 zurückgeführt wird. Nach Abkuppeln der Hilfseinrichtungen wird der Behälter 1 auf bekannte Weise nachfolgend in das Lagerbecken 23 abgesenkt, unter Wasser geöffnet und entladen.


    Ansprüche

    1. Verfahren zur Kühlung eines Transportbehälters (1) für Nachzerfallswärme abgebende Komponenten (6) aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, zwecks anschliessender Entladung in einem Lagerbecken, durch Zugabe von Wasser in den Innenraum des Behälters und anschliessender Kühlmittelzirkulation, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des während der anfänglichen Wasserzugabe entstehenden überhitzten Wasserdampfes durch Einsprühen von Wasser über einen im Abschirmdeckel (4) des Transportbehälters befindlichen Anschluss (5, 9) erniedrigt wird.
     
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsprühen des Wassers durch Eindüsen (22) erfolgt.
     
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Einsprühen erforderliche Wasser aus dem Lagerbecken (23) entnommen wird.
     
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Behälterinneren entstehende Wasserdampf mit Hilfe eines im Lagerbecken angeordneten Kühlelementes (20, 24) kondensiert wird.
     
    5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenflächen des Transportbehälters unter Ausbildung eines Zwischenraumes mit einem Mantel (7) umhüllt werden und der Zwischenraum (28) mit Wasser zur zusätzlichen Wärmeabfuhr beaufschlagt wird.
     
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Kühlung der Aussenflächen erforderliche Wasser in einem geschlossenen Kreislauf (11,12,13,14) zirkuliert und über einen mit Wasser aus dem Lagerbecken gekühlten Wärmetauscher (15) geführt wird.
     
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mit einem Abschirmdeckel (4) ausgestatteten Transportbehälter (1 ) für Nachzerfallswärme abgebende Komponenten (6) aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere bestrahlte Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Unterseite des Abschirmdeckels (4) Düsen (22) befinden, die über eine Durchführung (5) im Abschirmdekkel (4) miteinerWasserzuführungsleitung (9) lösbar verbunden sind.
     
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (22) durch die Durchführung (5) gesteckt sind.
     


    Claims

    1. A process for cooling a flask for components (6) which emit post-decay heat from nuclear power stations, in particular radiation-exposed fuel elements, for subsequent discharge into a storage tank, by addition of water into the interior of the container and subsequent circulation of coolant, characterised in that the temperature of the superheated steam which is produced when the water is first added is lowered by spraying in water through a connection (5,9) which is located in the shielding cover (4) of the flask.
     
    2. A process according to Claim 1, characterised in that the water is sprayed in through nozzles (22).
     
    3. A process according to Claims 1 and 2, characterised in that the water needed to spray in is taken from the storage tank (23).
     
    4. A process according to Claims 1 to 3, characterised in that the steam which is produced inside the flask is condensed by means of a cooling element (20, 24) which is located in the storage tank.
     
    5. A process according to Claims 1 to 4, characterised in that the outer surfaces of the flask are enclosed by a sheath (7), thereby forming a gap and the gap (28) is charged with water for additional heat dissipation.
     
    6. A process according to Claims 1 to 5, characterised in that the water needed to cool the outer surfaces circulates in a sealed circuit (11,12, 13, 14) and is passed through a heat exchanger (15) which is cooled with water from the storage tank.
     
    7. An apparatus for carrying out the process according to Claim 1, consisting of a flask (1) for components (6) which emit post-decay heat from nuclear power stations, in particular radiation-exposed fuel elements, which flask is provided with a shielding cover (4), characterised in that nozzles (22) are positioned on the underside of the shielding cover (4) which are connected in a removable manner to a water supply conduit (9) via a passage (5) in the shielding cover (4).
     
    8. An apparatus according to Claim 7, characterised in that the nozzles (22) are inserted through the passage.
     


    Revendications

    1. Procédé de refroidissement d'une cuve (1 ) de transport pour composants (6) dégageant de la chaleur de désagrégation résiduelle et provenant d'installations nucléaires, en particulier des éléments combustibles irradiés, en vue d'un déchargement subséquent dans un bassin de dépôt par introduction d'eau à l'intérieur de la cuve et circulation subséquente de cet agent de refroidissement, caractérisé en ce que la température de la vapeur d'eau surchauffée produite lors de l'introduction initiale d'eau est abaissée par pulvérisation d'eau au moyen d'un raccordement (5,9) placé dans le couvercle blindé (4) de la cuve de transport.
     
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pulvérisation d'eau s'effectue au moyen de buses (22).
     
    3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'eau utilisée pour la pulvérisation est prélevée dans le bassin de réserve (23).
     
    4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vapeur d'eau formée à l'intérieur de la cuve est condensée à l'aide d'un élément de refroidissement (20, 24) disposé dans le bassin de réserve.
     
    5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface extérieure de la cuve de transport est enfermée dans une enveloppe formant un volume intermédiaire et en ce que ce volume intermédiaire (28) est rempli d'eau en vue d'une évacuation supplémentaire de chaleur.
     
    6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'eau nécessaire au refroidissement des surfaces extérieures circule en circuit fermé (11, 12, 13, 14) et passe par un échangeur de chaleur (15) refroidi avec l'eau du bassin de réserve.
     
    7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, constitué par une cuve de transport (1) munie d'un couvercle blindé (4), pour composants (6) dégageant une chaleur résiduelle de désagrégation et provenant d'installations nucléaires, en particulier des éléments combustibles irradiés, dispositif caractérisé en ce que sur la face inférieure du couvercle blindé (4) se trouvent des buses (22) qui sont reliées de façon amovible avec une conduite (9) d'amenée d'eau, par un passage (5) dans le couvercle (4).
     
    8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les buses (22) sont enfoncées dans le passage (5).
     




    Zeichnung