DE19929100C2

DE19929100C2 - Lagerbehälter für abgebrannte Brennelementekugeln

Info

Publication number: DE19929100C2
Application number: DE19929100A
Authority: DE
Inventors: Hans Hohn; Peter Phlippen; Manfred Kugeler; Holger Finken
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: DE19929100A1; ZA200003160B

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagerbehälter für abgebrannte Brennelementekugeln.

Der derzeitige Stand der Technik der Lagerung abgebrannter Brennelementekugeln sieht vor, Behälter von z. B. zylindrischer Form von oben mit den abgebrannten Brennelemente kugeln mit dem Durchmesser d zu befüllen, anschließend zu verschließen und zu lagern. Üblicherweise beträgt der Durchmesser z. B. d = 60 mm.

Dabei ist es problematisch, daß zu Beginn der Befüllung die Brennelementekugeln in den noch leeren Behälter, also über die gesamte Behälterhöhe (z. B. 10 m), auf den Behälterbo den fallen. Hierbei wird die zulässige Aufprallgeschwindigkeit (ca. 6 m/s) weit überschrit ten, so daß es zum Brennelementebruch und zur Freisetzung von Coated Particles kommen kann. Die an den Behältern von Zeit zu Zeit durchzuführenden Wartungsarbeiten und wie derkehrenden Prüfungen werden dadurch unnötig erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile einen Behälter zu schaffen, bei dessen Befüllung die Aufprall geschwindigkeit der einzufüllenden Brennelementekugeln verringert und damit die zulässi gen Grenzwerte der Belastung unterschritten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Lagerbehälter für abgebrannte Brennele mentekugeln mit innerhalb des Behälters angeordneten Einbauten gelöst, bei dem die Ein bauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindigkeit der einzufüllenden Brennelementeku geln gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 1, 4 und 6 ausgebildet sind. Hierdurch wird auch bei leerem Behälter sichergestellt, daß eine vor her definierte maximale Aufprallgeschwindigkeit nicht überschritten wird und die Kugeln "sanft" eingefüllt werden. Innerhalb dieser konstruktiven Grundkonzeption sind verschiede ne Varianten möglich.

Eine Variante sieht vor, daß die Einbauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindigkeit der einzufüllenden Brennelementekugel eine um einen Winkel β zur Horizontalen geneigte, schraubenlinienförmige Umlaufschiene umfaßt. Diese Umlaufschiene kann prinzipiell an verschiedenen Stellen des Behälterinnenraumes angeordnet sein. Bevorzugt wird die Befesti gung der Schiene an der Innenwand des Behälters. Sie ist außerdem radial nach innen um den Winkel β leicht geneigt Durch die Zentrifugalkraft als Folge der Umfangsgeschwindig keit der Brennelementekugel wird letztere an die Innenwand gedrückt und rollt auf der Schiene bis zum aktuellen Füllstand, wird abgebremst und fällt von der Schiene.

Die Breite b der Umlaufschiene ist variabel und kann in einer bevorzugten Ausführungsform etwa dem Brennelementekugeldurchmesser entsprechen.

Eine weitere Variante sieht vor, daß die Einbauten eine schraubenlinienförmige Umlauf schiene umfassen, deren Breite etwa dem Behälterradius entspricht. Hierdurch ergibt sich ein nach Art einer Förderschnecke ausgebildeter Einbau.

Diese Ausführungsform kann bevorzugt auch an der Außenwand eines im Zentrum des Be hälters angeordneten vertikalen Absaugrohrs befestigt sein. Letzteres dient der Behälterent leerung und ist auf der Behälterlängsachse angeordnet. Unter Absaugrohr wird dabei gege benenfalls auch ein das eigentliche Absaugrohr umschließendes, dem Luftaustausch dienen des Führungsrohr verstanden.

Eine völlig andere und ebenfalls bevorzugte Variante der Einbauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindigkeit der einzufüllenden Brennelementekugeln sieht mehrere vertikal übereinander angeordnete, zur Mittelachse und zur Innenwandung des Behälters jeweils mit einem Spalt von der Breite s < 3d beabstandete Kegelbleche vor. Damit die Brennelemen tekugeln immer wieder auf die Kegelbleche zurückgeführt werden, sind mehrere an der Mittelachse und der Innenwandung des Behälters angeordnete Umlenkbleche vorgesehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand derzeit bevorzugter Ausführungsformen unter Be zugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben, die Folgendes zeigen:

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Behälters;

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Behälters; und

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Behälters.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht der Behälter 1 aus einem im wesentlichen zylindrischen Mittelteil 2, an dessen Oberseite sich ein Deckel 3 befindet. In dem Deckel 3 ist eine Öff nung 4 zum Einfüllen der Brennelementekugeln 5 vorgesehen. An der Unterseite des zylin drischen Abschnittes 2 des Behälters 1 befindet sich ein kegelstumpfförmiger Boden 6, auf welchem sich die Brennelementekugeln 5 sammeln.

Weiter erkennbar ist noch ein Absaugrohr 7, welches an der Mittelachse des Behälters 1 ange ordnet ist und zur Absaugung der Brennelementekugeln 5 dient, die sich am tiefsten Punkt des kegelstumpfförmigen Bodens 6 angesammelt haben.

Innerhalb des Behälters 1 ist eine an der Innenwand des Behälters 1 angeordnete, zur horizon talen geneigte, schraubenlinienförmige Umlaufschiene 8 angeordnet, die sich im wesentlichen über den gesamten zylindrischen Abschnitt 2 erstreckt. Die Breite b der Umlaufschiene 8 ent spricht dabei in etwa dem Durchmesser der Brennelementekugeln 5, also z. B. 60 mm. Die Steigung h der Umlaufschiene 8 muß experimentell so bestimmt werden, daß die maximal zulässige Aufprallgeschwindigkeit der Brennelementekugeln 5 nach Verlassen der Umlauf schiene 8 an ihrem unteren Endpunkt nicht überschritten wird. Ebenso muß der Innennei gungswinkel β experimentell bestimmt werden.

Beim Einfüllen der Brennelementekugeln 5 durch die Öffnung 4 gelangen diese also auf die Umlaufschiene 8, werden aufgrund der Schwerkraft zunächst beschleunigt, bis alle auftreten den Kräfte, insbesondere die Hangabtriebskraft, die Zentrifugalkräfte sowie die Reibungskräfte zwischen Brennelementekugel 5 und Schiene 8 bzw. Brennelementekugel 5 und Wandung des Behälters 1 ein Gleichgewicht bilden und die Brennelementekugeln 5 mit konstanter Ge schwindigkeit auf der Umlaufschiene 8 entlangrollen. Am tiefsten Punkt der Umlaufschiene 8 treten die Brennelementekugeln 5 aus und fallen auf den Behälterboden 6. Mit zunehmender Befüllung des Behälters 1 mit Brennelementekugeln 5 ist es dann auch möglich, daß Bren nelementekugeln 5 von bereits am aktuellen Füllstand befindlichen Brennelementekugeln 5 abgebremst werden und schon vorher die Umlaufschiene 8 verlassen bzw. gegebenenfalls auch auf dieser liegenbleiben.

In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Gegen satz zu der Umlaufschiene 8 aus Fig. 1 erstreckt sich die hier dargestellte Umlaufschiene 9 nach Art einer Förderschnecke über den gesamten Behälterradius in seinem zylindrischen Teil 2. Die Befestigung der Umlaufschiene 9 erfolgt an der Innenwand des Behälters 1 und/oder der Außenwand des Absaugrohres 7. Bevorzugt ist es, die Umlaufschiene 9 an dem Absaug rohr 7 zu befestigen, da diese dann zusammen mit dem Absaugrohr 7 nach Entfernung des Behälterdeckels 3 aus dem Behälter 1 leicht entfernbar ist. Das optimale Steigungsmaß h der Umlaufschiene 9 muß experimentell ermittelt werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Variante von Einbauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindig keit der einzufüllenden Brennelementekugeln 5 dargestellt. Bei dieser Variante sind an dem Absaugrohr 7 in regelmäßigen Abständen im wesentlichen kegelförmige bzw. kegelstumpf förmige Bleche 10 angeordnet. Diese sind so konstruiert, daß zentral zum Absaugrohr 7 und zwischen Kegelblech 10 und der Wandung des zylindrischen Abschnittes 2 des Behälters 1 ein Spalt von z. B. s = 200 mm bei Brennelementekugeldurchmesser d = 60 mm verbleibt. An der Behälterinnenwand und an dem Absaugrohr 7 sind jeweils Umlenkbleche 11 und 12 darge stellt, die den genannten Spalt überdecken. Dadurch wird verhindert, daß Brennelementeku geln 5 über die gesamte Behälterhöhe durch die Spalten fallen. Wegen der vom Behälterzen trum gerichteten Neigung der Kegelbleche 10 kann sich kein stabiler Ring aus Brennelemente kugeln 5 bilden, so daß ein Brückenbildungseffekt, der den Abfluß der Brennelementekugeln behindern könnte, wirksam vermieden wird.

Anzumerken ist, daß die Umlenkbleche 11 und 12 der Übersichtlichkeit halber nur im unteren Bereich des Behälters 1 dargestellt sind. Die Kegelbleche 10 liegen lose auf radial angeordne ten Konsolen, die an der Behälterinnenwand befestigt sind. Dies ist in der Fig. 3 der Über sichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Teilungsmaß t, d. h. der Abstand zwischen den ein zelnen Kegelblechen 10 in vertikaler Richtung und der Neigungswinkel α der Kegelbleche 10 muß so bemessen sein, daß die zulässige Aufprallgeschwindigkeit von z. B. 6 m/s deutlich unterschritten wird. Möglich sind z. B. t = 1000 mm und α = 30°, wobei die genauen Werte jeweils experimentell ermittelt werden sollten. Die Umlenkbleche befinden sich jeweils in der Nähe der Mitte zwischen den Kegelblechen.

BEZUGSZIFFERNLISTE

1

Behälter

2

Mittelteil, zylindrisch

3

Behälterdeckel

4

Öffnung zum Befüllen

5

Brennelementekugeln

6

Boden, kegelstumpfförmig

7

Absaugrohr

8

Umlaufschiene, schraubenlinienförmig

9

Umlaufschiene, förderschneckenartig

10

Kegelblech

11

Umlenkblech

12

Umlenkblech

Claims

1. Lagerbehälter für abgebrannte Brennelementekugeln, mit innerhalb des Behälters ange ordneten Einbauten dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindigkeit der einzufüllenden Bren nelementekugeln eine zur Horizontalen um einen Winkel β geneigte, schraubenlinien förmige Umlaufschiene (8) umfassen.

2. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufschiene (8) an der Innenwand des Behälters (1) befestigt ist.

3. Lagerbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Umlaufschiene (8) etwa dem Brennelementekugeldurchmesser entspricht.

4. Lagerbehälter für abgebrannte Brennelementekugeln, mit innerhalb des Behälters ange ordneten Einbauten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindigkeit der einzufüllenden Bren nelementekugeln eine schraubenlinienförmige Umlaufschiene (8) umfassen, deren Breite etwa dem Behälterradius entspricht.

5. Lagerbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufschiene (9) an der Außenwand eines im Zentrum des Behälters (1) angeordneten vertikalen Absaug rohrs (7) befestigt ist.

6. Lagerbehälter für abgebrannte Brennelementekugeln, mit innerhalb des Behälters ange ordneten Einbauten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten zur Reduzierung der Aufprallgeschwindigkeit der einzufüllenden Bren nelementekugeln mehrere vertikal übereinander angeordnete, zur Mittelachse und zur Innenwandung des Behälters (1) jeweils mit einem Spalt beabstandete Kegelbleche (10) und mehrere an der Mittelachse und der Innenwandung des Behälters (1) angeordnete Umlenkbleche (11, 12) umfassen.