用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备 |
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| 申请号 | CN202280055631.6 | 申请日 | 2022-08-11 | 公开(公告)号 | CN117916820A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 格斯根德尼肯核电股份公司; | 发明人 | 雷内·考尔巴希; 法比安·雅塔夫; 斯特凡诺·卡鲁索; 雷欧·奥诺; 马塞尔·里克尔; 达维德·帕皮尼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于量热确定 燃料 元件的衰变功率的设备(1)，所述设备具有：量热计容器(2)，用于布置在冷却剂池(3)中，所述冷却剂池具有用于容纳燃料元件的竖直的量热计井(2a)；具有冷却剂提取管线(5)的管线系统；输送 泵 (12)，用于产生穿过量热计井(2a)的冷却剂流并用于从量热计井(2a)提取冷却剂；流量测量装置(24)，用于确定在运行中从量热计井(2a)提取的冷却剂量；第一 温度 测量装置(21)，用于确定在运行中输送到量热计井(2a)中的冷却剂的温度；第二温度测量装置(23)，用于确定在运行中从量热计井(2a)中提取的冷却剂的温度；封闭盖(11)，用于可逆地封闭上部的井开口，其中封闭盖(11)在运行中通过由输送泵(12)在量热计井(2a)中相对于环境产生的 负压 密封地保持在上部的井开口上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备(1)，所述设备具有： |
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| 说明书全文 | 用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备技术领域[0001] 本发明涉及一种用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备。 背景技术[0002] 在核电站运行时，要特别注意乏燃料元件的处理。一旦燃料元件在反应堆堆芯中结束其预设的使用期限，所述燃料元件就首先被置于所谓的衰减池中。在此，乏燃料元件在其可被置于运输容器、临时储存容器或最终储存容器中之前必须衰减一段时间。这种衰减是必要的，因为燃料元件当其在使用寿命之后从反应堆堆芯中取出时仍会释放大量的热和辐射(即所谓的衰变功率)持续一段时间。衰变功率由于核裂变反应结束后短寿命的裂变产物通常仍然存在于燃料元件中而形成，所述裂变产物继续放射性衰变并产生余热。在此，至少在最初，存在高水平的热释放，所述热释放阻碍了以优化的紧凑布置存储在运输容器、临时存储容器或最终存储容器中。 [0003] 因此，有必要在衰减池中将乏燃料元件冷却一段时间——如果需要的话主动冷却——，直到衰变功率下降到可以将其置入所提到的运输容器、临时储存容器或最终储存容器中的程度。在此，自然期望：一方面在衰减池中的停留时间设计得足够长，但是另一方面还避免在衰减池中不必要长时间的储存。这使得需要：尽可能精确地确定乏燃料元件的衰变功率，所述衰变功率与辐射剂量相关。通常计算乏燃料元件的衰变功率。为了确定计算误差并验证计算方法，需要进行经验测试，来测量衰变功率。通过对应的实验安排，特别是通过量热计的使用，更精确地确定裕度并确定计算误差。 [0004] 不言而喻，衰变功率的测量须强制性地在考虑必要的安全措施的情况下执行，特别是在有乏燃料元件释放的放射性方面必要的安全措施。 [0005] 迄今为止提出的用于测量衰变功率的设备和方法尽管基本上是有效的，但具有以下缺点：即例如缺乏精度、使用有问题的测量方法或耗费显著。 发明内容[0006] 因此，本发明的目的在于：提出一种用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备，所述设备相对于现有技术中已知的这种设备有所改进。 [0008] 提出了一种用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备，所述设备具有： [0009] ‑量热计容器，用于布置在冷却剂池中，所述冷却剂池具有用于容纳燃料元件的竖直的量热计井，所述量热计容器具有至少一个用于将冷却剂输送到量热计井中的冷却剂入口并具有至少一个用于从量热计井中提取冷却剂的冷却剂出口，其中量热计井在上端部处具有用于将燃料元件引入量热计井中或从量热计井中提取的上部的井开口； [0010] ‑管线系统，具有至少一个与冷却剂出口连接的冷却剂提取管线并优选地具有与冷却剂入口连接的冷却器输送管线； [0011] ‑在输入侧与冷却剂提取管线连接的输送泵，用于产生(在冷却剂入口和冷却剂出口之间)沿着燃料元件穿过量热计井的冷却剂流，特别是限定的冷却剂流，并用于从量热计井经由冷却剂出口和冷却剂提取管线提取冷却剂； [0012] ‑冷却剂出口处的或冷却剂提取管线中的流量测量装置，用于确定在运行中从量热计井提取的冷却剂量； [0013] ‑冷却剂入口处的或——如果存在的话——冷却器输送管线中的第一温度测量装置，用于确定在运行中输送到量热计井中的冷却剂的温度； [0014] ‑冷却剂出口处的或冷却剂提取管线中的第二温度测量装置，用于确定在运行中从量热计井中提取的冷却剂的温度； [0015] ‑封闭盖，用于可逆地封闭上部的井开口，其中封闭盖在运行中通过由输送泵在量热计井中相对于环境产生的负压密封地保持在上部的井开口上。 [0016] 有利地，在此提出的设备尤其在以计算的方式求出乏燃料元件的衰变功率时与这借助已知设备的至今为止可行的方法相比允许更好地验证计算方法以及更好地确定计算误差。因此，处理乏燃料元件时的安全性由此得以改进。 [0017] 量热计容器优选具有大致柱形的形状。在垂直于竖直线的横截面中，量热计容器、特别是量热计井可以具有(正)圆形或矩形、特别是正方形形状。一方面，通过量热计井的竖直布置简化要检查的燃料元件的装载或卸载。有利地，通常总归存在于冷却剂池(衰减池)中的、用于燃料元件的装载设备可用于装载或卸载量热计井。此外，通过量热计井的竖直定向，自然对流可有利地用于将热释放给流过的冷却剂，所述冷却剂由于此而在量热计井中上升。通过量热计井的竖直定向，还可以以简单的方式有效地防止气穴或气泡的积聚。这种气体积聚例如会减小/妨碍充分冷却以将衰变热以不可接受的程度导出，但是或者还对用于量热确定的设备的测量精度产生负面影响。通过量热计井的上端部处的上部的井开口，提取和装载特别简单，尤其是在使用已经提到的装载设备的情况下。 [0018] 竖直的量热计井有利地具有向外部足够的热隔离，以便以该方式实现尽可能高的测量精度。特别地，由此通常可以以足够的程度防止热从冷却剂池(衰减池)的周围介质中导出或输送到其中(通常输送到其中)。在此，量热计容器的隔离基本上可以以任何方式进行。特别地，隔离体可以具有阻隔材料，但是附加地或替代地也可以具有真空隔离体。 [0019] 此外，可以考虑的是：在量热计容器内还设有附加的冷却剂导板，以便优化量热计容器中的为所设目的优化的冷却剂流。在设备的正常运行位置/测量位置中，冷却剂通常在冷却剂入口和冷却剂出口之间进行冷却剂流过量热计井的穿流，特别是从冷却剂入口流到冷却剂出口。特别地，由此可以确保均匀的穿流，优选地不形成无穿流或穿流差的区域，特别是在燃料元件的区域中。 [0020] 所提出的用于产生冷却剂流的输送泵的构成和布置，即特别是其与冷却剂提取管线的流体连接特别在如下方面是有利的：即由此在设备运行中在量热计容器中形成轻微的相对负压。由于相对于环境的负压(冷却剂池内的压力)，封闭盖可以可逆地保持在上部的井开口处，使得没有冷却剂(或只有最少量的冷却剂)可以流入所述区域中，这增加了测量精度。同时，由此运行特别安全，因为在输送泵的功率降低或失效的情况下，量热计容器中的相对负压崩溃并且由此封闭盖可以自动打开。然后，由于热引起的密度差(自然对流)实现被动地穿流量热计井，由此通常可以确保足够的紧急冷却。这在所谓的故障安全要求方面特别有利。 [0021] 在测量开始时，用于可逆地封闭上部的井开口的封闭盖优选地可以通过适合的手段置入其可逆的封闭位置中，并且必须保持在所述位置中直到接通与冷却剂提取管线连接的输送泵并且构建对于压紧封闭盖所需的负压。还可行的是：在接通输送泵之后将封闭盖置于其可逆的封闭位置中。原则上，这可以通过操作人员的对应的手动操作步骤来进行，但也可以通过封闭盖关闭设备以至少部分自动化的方式来进行，所述封闭盖关闭设备在所提出的设备的启动阶段中将封闭盖置于其可逆的封闭位置中。然而还需要注意的是：封闭盖通过这种操作步骤或关闭设备不或不应持久地保持在其可逆的封闭位置中。将封闭盖持久保持在其可逆的封闭位置中优选地仅通过由输送泵引入到系统中的相对负压来进行(或者应该由此进行)。在这方面，“持久”尤其至少是对于所设的量热测量所需的持续时间。 [0022] 特别地建议：封闭盖的平均密度小于990kg/m3。在这种情况下，封闭盖的平均密度足够低，以便其在输送泵切断、不工作或不充分工作的情况下为了产生冷却剂流而自动地打开。这尤其在典型在冷却剂池(衰减池)中使用的环境介质和/或典型地使用的冷却剂、即水方面适用。为了完整起见，需要注意的是：水必要时可以设有适当的添加剂(例如硼酸)，如其现有技术中原则上已知，和/或可以使用与天然存在的水相比具有提高份额的重水的水。 [0023] 衰变功率的量热确定基本上通过在穿流该设备室时(并且在此也在流过燃料元件时)确定冷却剂的温度增加来进行，其中该温度增加与冷却剂的流量关联。该测量原理本身在现有技术中是已知的。在此，冷却剂的流量可以通过冷却剂出口处和/或冷却剂提取管线中的至少一个流量测量设备确定。在此，原则上，可以使用现有技术中已知的任意的流量测量设备，即例如科里奥利流量测量设备。这种(科里奥利)流量测量设备是可市购的并且对于所设的使用目的证实为是适合的。冷却剂在通过该设备时的温度升高通过使用至少两个温度测量装置测量温度差来确定，所述温度测量装置中的一个布置在冷却剂出口处或冷却剂提取管线中(或冷却剂提取管线的边缘处)，所述温度测量装置中的另一个布置在冷却剂入口处或——如果存在的话——布置在冷却剂输送管线中(或布置在冷却剂输送管线的边缘处)。需要指出的是：由于输送泵的机械性能，一定的热功率被输入到冷却剂中。因此，有利的是：随后要引回的、进入冷却剂中的热能输入在随后的量热测量或计算中考虑。由于与冷却剂提取管线连接的输送泵通常以恒定速度运行，所以通过先前的精确校准测量可以良好地确定精度。适合的温度测量传感器本身同样在现有技术中是原则上已知的。在此，两个测量点之间的相对温度差尤其重要，而绝对温度则次要的。因此，重要的是：所涉及的温度测量装置优选地实现特别精确的温度差测量，其中所述温度测量装置的精度必要时还通过事先校准温度测量装置来促进。特别地，提供市售的温度测量石英探针作为温度测量装置，所述温度测量装置对于所设的使用目的证实为是尤其有利的。 [0024] 附加地或替代地，可以通过以下方式提高设备的测量精度：即设置用于将伽马辐射转换成热能的伽马辐射转换机构(例如铅护套)。伽马辐射转换机构优选地布置在量热计容器中，使得所述伽马辐射转换机构与在运行中容纳在量热计井中的燃料元件相邻地布置或者在运行中至少局部地围绕容纳在量热计井中的燃料元件。以该方式，伽马衰变功率也可以借助所提出的量热测量来确定，这是有利的。 [0025] 此外建议，在该设备中，冷却剂出口在上部的井开口下方布置在量热计井的上端部处。由此，实现量热计井的如下穿流方向：在所述穿流方向中可避免潜在不稳定的密度分层，所述密度分层又会导致测量误差不断增大。因为在所述构造中冷却剂(由于燃料元件的衰变功率而加热)的自然对流流动的主方向与通过输送泵引起的流动的主方向重合。在此，冷却剂出口可以通过侧向开口(例如具有圆形横截面、狭槽状横截面或其他横截面)来实现。必要时，也可以设有多个开口。还可以考虑的是：通过(部分)环形构成的管线或管线区段实现冷却剂出口。 [0026] 此外建议，至少一个冷却剂入口具有至少一个侧向地附接在量热计容器中的开口和/或附接在量热计井的可能的底部中的开口。以相同的方式，冷却剂出口可具有至少一个侧向附接在量热计容器中的开口。冷却剂入口和/或冷却剂出口还可具有软管凸缘或软管插接区域，所述软管凸缘或软管插接区域与侧向附接在量热计容器中或量热计井的底部中的开口形成流体连接。也可以考虑多个这种接口。冷却剂入口和/或冷却剂出口必要时还具有至少一个至少部分环形构成的管式分配器，以便实现冷却剂的很大程度旋转对称的馈送或抽吸。 [0027] 该设备尤其可以构成为，使得为了实现冷却剂出口，量热计井在上部的井开口下方在量热计井的上端部处优选地具有出口开口，特别是出口接管。以该方式，量热计井的整个长度的特别大的份额可用于量热测量。由此可以减少测量误差。此外，相对于要由量热计容器所容纳的燃料元件的最大长度，量热计容器的长度可以显得特别短且紧凑。显然，该设备、特别是量热计容器的这种尽可能小的尺寸设计出于空间原因，但是还出于测量精度的原因是有利的，尤其是因为热损失较低和热输入较低。 [0028] 此外提出：为了实现至少一个冷却剂入口，量热计容器或量热计井朝向下敞开，即具有敞开的下端部，或者具有在下端部处的下部开口。在这种情况下，敞开的下端部或下端部处的下部开口用作冷却剂入口。这种构成方案尤其在设备的所谓的故障安全实施方案方面会是特别有利的。在输送泵失效的情况下，如果量热计容器内的相对负压下降——这又导致封闭盖自动打开，则在量热计井中就会构成被动的热引起的对流流动。由此，通常，可以实现充分的(紧急)冷却，以便有效地防止燃料元件由于衰变功率而引起的过热。至少这可以适用于一定时间段和/或已经暂时储存的并且已经部分衰变的燃料元件。 [0029] 还可以考虑：该设备构成为使得量热计井在下端部处具有闭合的底部。在这种构造中，冷却剂入口——如上面描述的那样——可具有至少一个开口，所述开口优选侧向地附接在量热计容器中。特别地，该设备——尤其在量热计井在下端部处具有闭合的底部的情况下——为了实现至少一个冷却剂入口具有至少一个上部的入口开口、特别是上部的入口接管。上部的入口开口、特别是上部的入口接管优选布置在冷却剂出口下方。附加地或替代地，该设备在量热计井的下端部处、尤其在闭合的底部处具有至少一个下部的入口开口，特别是下部的入口接管。借助这种结构实施方案，尤其可实现输送温度可控制的或温度受控制的冷却剂。例如，这相对于处于冷却剂池(衰减池)中的其他流体在其温度方面可以升高或降低。特别地，通过预温度控制可以进一步改进测量精度。此外，必要时还可以更有针对性地引导冷却剂，特别是例如经过伽马辐射转换机构，使得还可以在伽马辐射方面量热测量衰变功率，或者可以提高其测量精度。 [0030] 例如，该设备可以具有伽马辐射转换机构——例如铅屏蔽件，所述伽马辐射转换机构布置成使得其至少局部地围绕、特别是包覆在运行中容纳在量热计井中的燃料元件。在这种构造中，为了实现至少一个冷却剂入口，该设备可以具有至少一个上部的入口开口，冷却剂从所述上部的入口开口在上方引入到量热计容器中并且在包覆燃料元件的伽马辐射转换机构的外侧上(但是在量热计容器的外套内)向下朝量热计井的底部方向引导。然后从那里，冷却剂可以在量热计井中的内侧上或在伽马辐射转换机构之内——沿着燃料元件——向上朝冷却剂出口的方向流动。在此，冷却剂在向下的路径上在伽马辐射转换机构的外侧上吸收由伽马辐射产生的热，并且在向上的路径上在伽马辐射转换机构之内吸收燃料元件的直接放射的热功率。还可以考虑的是：该设备为了实现至少一个冷却剂入口在量热计井的下端部处、特别是在闭合的底部处具有至少一个下部的入口开口，特别是下部的入口接管，冷却剂从所述底部起既沿着包覆燃料元件的伽马辐射转换机构的外侧，又在辐射转换机构之内沿着燃料元件向上朝冷却剂出口的方向流动，所述冷却剂然后在那里再次通过冷却剂出口从量热计容器提取。同样在这种构造中，由伽马辐射产生的热还有燃料元件直接放射的热功率都由流过的冷却剂吸收。 [0031] 如更上文所述，还可以提出：该设备构成为使得量热计容器、冷却剂提取管线——至少在冷却剂出口和第二温度测量装置之间——以及(如果存在的话)冷却剂输送管线——至少在冷却剂入口和第一温度测量装置之间——是热隔离的，或者具有隔离件。借助这种实施方案可以显著提高该设备的测量精度。原则上，任意的隔离机构是可行的，即例如固体泡沫状的隔离机构、发泡的隔离机构等。附加地或替代地，可以设有真空隔离件。尽管在附加或替代地使用真空隔离件时通常产生更高的耗费(在要提供的设备方面，还有在其运行时)，但是这种提高的耗费通常通过增加的测量精度来证明是合理的。特别地，在本这方面应当注意的是：冷却剂提取管线或冷却剂输送管线通常具有相对大的长度，并且此外具有相对较小的切面，使得表面积(经由所述表面可以吸收或释放热)与处于相关的管线中的冷却剂(“储热器”)的体积的比例尤其大。因此，由此会形成关于测量精度的显著恶化，这应该通过适当的措施(例如特别是当前提出的隔离措施)合理地解决。 [0032] 为了实现真空隔离可以提出；量热计容器、冷却剂提取管线——至少在冷却剂出口和第二温度测量装置之间——以及(如果存在的话)冷却剂输送管线——至少在冷却剂入口和第一温度测量装置之间——以双壁的方式构成有内壁部和环绕内壁部的外壁部，其中在内壁部和外壁部之间形成可抽空的中间空间。此外建议：该设备具有用于在可抽空的中间空间中产生真空的第一真空泵装置。以该方式可以至少在执行测量期间将真空引入限定的压力范围中和/或保持在所述压力范围中。由此，一方面，尤其良好的隔离作用是可行的。另一方面，还可行的是：进入相关的管线中的可能剩余的热能输入或从相关的管线离开的热能排出可以具有相对精确可指定的大小。由此尤其可行的是：可以进行计算上对应的校正，使得可以以简单的方式提高最终的测量精度。 [0033] 根据所提出的设备的另一有利的设计方案，管线系统还可具有冷却剂引回管线，其中冷却剂引回管线的布设在上游的端部在输出侧与输送泵连接，并且其中冷却剂引回管线的布设在下游的端部为了引回冷却剂能够布置在冷却剂池中。由此，可以以简单的方式形成闭合的回路，特别是以如下方式：即例如从冷却剂池(衰减池)中提取的冷却剂在其使用之后为了量热确定衰变功率而可以再次输送回到冷却剂池(衰减池)中。由此通常可以显著地降低所形成的或要处理的废水量。这出于环境观点和经济观点而是特别有利的。 [0034] 根据另一有利的设计方案，所提出的设备还可以具有冷却剂恒温器装置，用于对要输送到量热计井中的冷却剂进行恒温。在此，冷却剂恒温器装置可以具有混合容器或混合段，所述混合容器或所述混合段与冷却剂输送管线的布设在上游的端部连接，并且在需要时具有用于在混合容器或混合段中循环冷却剂的循环泵。通过这样事先对冷却剂恒温，通常可以实现量热测量的进一步提高的测量精度。特别地，通过适合的恒温可以有效地减少从冷却剂释放热或将热输入到冷却剂中，这可以对应地对测量精度产生正面作用。 [0035] 此外建议，管线系统还可以具有冷却剂抽吸管线，其中冷却剂抽吸管线的布设在下游的端部通入混合容器或混合段中，并且其中冷却剂抽吸管线的布设在上游的端部可以布置在冷却剂池中以抽吸冷却剂。由此，如之前已解释的那样，也可以减小所形成的或要进行处理的废水的量。此外，可以通过所提出的构成方案减小任何冷却剂恒温器装置的工程耗费或者必要时甚至完全消除。 [0036] 此外提出，冷却剂恒温器装置具有至少一个第一温度控制装置，用于加热或冷却要输送到量热计井中的冷却剂。在此，第一温度控制装置布置在冷却剂输送管线中或其周围的在混合容器或混合段与第一温度测量装置之间的部段中。这种结构也可以在量热测量的可实现的测量精度方面证实为是有利的。 [0037] 此外，在这种设备中建议：冷却剂恒温器装置具有第二温度控制装置，用于加热或冷却要输送到量热计井中的冷却剂，其中用于加热或冷却的第二温度控制装置布置在冷却剂输送管线中或周围的在用于加热或冷却的第一温度控制装置与第一温度测量装置之间的部段中。以该方式，一方面可以提高在冷却剂的温度控制方面的精度。另一方面，由此必要时温度控制装置在技术上也可以不那么耗费地构成，因为可以减少每个温度控制装置所需的温度控制步骤。在此，该划分可以对称地进行(分成两个基本上相等大的温度控制步骤)，但是或者也可以不对称地进行，例如以如下方式：即在流动方向观察，第一温度控制装置实现所设的温度控制的大部分，而第二温度控制装置执行成比例小的温度控制步骤，但所述温度控制步骤必要时以(尤其相对于第一温度控制步骤)提高的温度控制精度执行。 [0038] 此外建议：该设备具有第二真空泵装置，用于借助冷却剂对管线系统和——如果存在的话——混合容器或混合段进行负压填充。这种结构可以简化将该设备置于运行位置/测量位置中。必要时，可以借助这种真空泵装置也再次填充下降的冷却剂料位，所述冷却剂料位例如可以通过较长的测量时间而得出。 [0039] 此外建议：在所提出的设备中，用于在混合容器或混合段中产生负压的第二真空泵装置和与其连接的管线系统直接与混合容器或混合段连接。由此，可以实现在混合容器或混合段中的填充料位方面的尤其高的调节精度或混合容器或混合段的尤其顺利的填充。 [0040] 此外建议：在该设备中，管线系统具有位于冷却剂提取管线和冷却剂输送管线之间的可关断的连接管线。借助于这种可关断的连接管线尤其可以简化或加速在要执行的测量开始时填充该设备。必要时，可关断的连接管线也可以用于：实现冷却剂回路的(部分)短路，由此例如实现温度测量装置/温度测量传感器的特别有效的校准。例如，可以借助于适合的截止阀来实现连接管线的可关断性。截止阀可以手动设置，也可以构成为受控阀。当然，也可以考虑可附加地手动调节(特别是手动超控)的受控阀。 [0041] 此外建议：量热计容器具有围绕量热计井的铅屏蔽件。如更上文已经解释的那样，这种铅屏蔽件尤其可以用作热学的伽马辐射转换机构。借助这种构型尤其可行的是：由于所形成的伽马辐射，也可以以足够的精度和/或足够的程度实现该衰变功率。 [0042] 此外，可以提出：量热计容器为了使冷却剂在铅屏蔽件/伽马辐射转换机构的外侧上通过而具有围绕铅屏蔽件/伽马辐射转换机构的冷却剂通道，所述冷却剂通道至少形成在冷却剂入口和冷却剂出口之间通过量热计容器的流动连接的一部分。冷却剂通道例如可以通过铅屏蔽件/伽马辐射转换机构的外侧与量热计容器的外套的内侧之间的中间空间形成。在所述构造中——如上文已经描述的那样——该设备可以特别地具有上部的入口开口，所述入口开口优选地布置在冷却剂出口下方。冷却剂可以从上部的入口开口在上方被引入量热计容器中，并且通过冷却剂通道向下朝量热计井的(优选闭合的)底部的方向引导到包覆燃料元件的铅屏蔽件/伽马辐射转换机构的外侧上(但在量热计容器的外套内)。从那里，冷却剂然后可以在量热计井中的铅屏蔽件/伽马辐射转换机构的内侧上或内部——沿着燃料元件——向上朝冷却剂出口的方向流动。以该方式，可以有利地引导冷却剂，使得可以将热能从铅套/伽马辐射转换机构尽可能有效地输入到冷却剂中，以至于在测量范围中可以考虑要测量的燃料元件的衰变性能的所有方面。由此，可以进一步提高所提出的设备的测量精度。附图说明 [0043] 本发明的其他有利方面从参考附图对本发明的实施例的以下描述中得出，所述附图示出： [0044] 图1示出根据本发明的用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备的示例性的实施方式的示意性简化线路图； [0045] 图2示出图1所示的设备的细节部分图以解释测量仪器； [0046] 图3示出图1所示的处于运行位置中的设备； [0047] 图4示出图1所示的处于填充位置中的设备； [0048] 图5示出图1所示的处于清空位置中的设备； [0049] 图6示出量热计容器处于可能的第一连接位置中的一个实施例的示例侧视图；和[0050] 图7示出量热计容器处于可能的第二连接位置中的图6所示的实施例的示例侧视图。 具体实施方式[0051] 图1以简化且示意的形式示出根据本发明的用于量热确定燃料元件的衰变功率的设备1的示例性的实施方式的线路图。设备1具有带有竖直的量热计井2a的量热计容器2，所述量热计容器2为了测量引入量热计井2a中的燃料元件(未示出)的衰变功率而安置在冷却剂池3中，例如用于燃料元件的湿储存器的衰减池或冷却剂池中。量热计容器2优选具有大致柱形的形状。在垂直于竖直线的横截面中，量热计容器2、特别是量热计井2a可具有(正)圆形或矩形、特别是正方形的形状。量热计井2a在上端部37处具有上部的井开口，用于将燃料元件引入到量热计井2a中或从量热计井2a中取出。量热计井2a还具有封闭盖11，所述封闭盖用于可逆地封闭上部的井开口。量热计容器2在冷却剂池3的装载区域的下部部段中处于如下深度中：所述深度足以使量热计井2a的上端部与冷却剂池3的水位之间的间距大于要测量的燃料元件的长度，使得当所述燃料元件经由上部的井开口引入量热计井2a中或从量热计井2a中去除时，完全用冷却剂遮盖燃料元件。量热计井2a的上端部与冷却剂池3的水位之间的间距可以是例如7m。 [0052] 量热计容器2经由冷却剂提取管线5以及经由冷却剂输送管线7与测量站单元8流体连接，其中冷却剂提取管线5连接在量热计井2a的上端部处的冷却剂出口4处，并且冷却剂输送管线7连接于量热计井2a的下端部处的冷却剂入口6处。此外，在冷却剂池3和测量站单元8之间设有冷却剂引回管线9以及冷却剂抽吸管线10形式的流体连接。如从图1中可见：测量站单元8布置在冷却剂池3的外部。 [0053] 由于视图原因，图1中仅部分地示出测量站单元8的结构。更多细节在图2中绘出。然而，在设备1的当前示出的实施例中，图1所示的测量站单元8具有与图2所示的测量站单元8相同的仪器以及在其他方面相同的结构。此外，相同的内容也适用于设备1的不同运行状态的示意图，其在图3、4和5中示出。 [0054] 在当前的实施例中，测量站单元8具有对于输送用作为热载体的冷却剂所需的所有部件以及对于测量燃料元件的衰变功率所需的所有部件。因此，不需要传感器或其他的电运行的部件都必须在冷却剂池3中布置在水下。还可以避免测量装置/传感器暴露于增加的辐射剂量。 [0055] 用作热载体的冷却剂——当前主要是水——的输送经由构成为离心泵的输送泵12来进行。在当前所示的实施例中，输送泵12设计有通过变频器进行的转速调节。在运行中，冷却剂借助输送泵12经由冷却剂提取管线5从量热计井2a抽吸。抽吸的冷却剂经由冷却剂引回管线9在输送泵12的输出侧处输送回到冷却剂池3中。 [0056] 在输送泵12的运行中，在封闭盖11闭合的情况下，在量热计井2a中形成轻微的负压，所述负压在设备1的运行状态下将封闭盖11保持在其可逆的封闭位置中(也参见图3)。因此，在量热计井2a中产生的负压引起将流体通过冷却剂输送管线7抽吸到量热计井2a中。 冷却剂输送管线7又从设置在测量站单元8中的混合容器13中抽吸冷却剂，所述混合容器用冷却剂填充直至预设的料位。混合容器13经由冷却剂抽吸管线10从冷却剂容器3吸取冷却剂。 [0057] 循环泵14与混合容器13流体连接。循环泵14用于良好地混匀处于混合容器13中的冷却剂，使得所述冷却剂在混合容器13中不造成温度分层。在当前示出的实施例中，循环泵14同样构成为离心泵并且借助于变频器设有转速调节。 [0058] 此外，在测量站单元8中设有第一真空泵装置和第二真空泵装置15、16。第一真空泵装置15用于对量热计容器2的彼此相邻构成的内壁部和外壁部以及局部双壁构成的冷却剂提取管线5和冷却剂输送管线7的对应的内壁部和外壁部之间的中间空间抽空(分别通过图1至5的双线表明)。这样产生的真空引起量热计容器2以及冷却剂提取管线5和冷却剂输送管线7的双壁构成的区域的真空隔离。由此以高的隔离质量有效地减小在处于冷却剂提取管线5、冷却剂输送管线7中的且处于量热计容器2之内的冷却剂与冷却剂池3中的周围介质(冷却剂，当前主要是水)之间的热传递。有利地，因此可以显著地改进量热测量的精度。在这方面需要指出的是：冷却剂提取管线5和冷却剂输送管线7的位于测量站单元8之外的部分具有显著的长度，并且此外由于与液体介质(冷却剂池中的水3)的外部接触会潜在地具有高的热输入或高的热损失。相应的内容适用于量热计容器2。 [0059] 在将燃料元件引入量热计井2a中后，在测量开始时必须用封闭盖11封闭上部的井开口。为此，在所述封闭盖由于由输送泵12引起的负压而被保持在所述可逆的封闭位置中之前，可能必须借助于在此未详细示出的工具将封闭盖11引入其可逆的封闭位置中。封闭3 盖11构成为使得其平均密度小于990kg/cm 。由此，盖具有比周围介质(冷却剂池3中的水)更低的密度。因此，在输送泵12失效的情况下(或者如果所述输送泵被切断)，则封闭盖11自动地从其在上部的井开口处的封闭位置升起(封闭盖11浮起)，使得量热计井2a朝向冷却剂池3敞开。由于自然对流，位于量热计井2a中的燃料元件然后进行自动冷却，这在故障安全方面下是特别期望的。 [0060] 衰变功率的量热确定基本上通过确定冷却剂在沿着燃料元件穿流量热计容器时的温度增加来进行，其中该温度增加与冷却剂的流量相关。所述测量原理本身在现有技术中是已知的。在此，冷却剂温度的升高借助于冷却剂入口6处或冷却剂输送管线7中的第一温度测量装置21和冷却剂出口4处的第二温度测量装置23来检测。流量可以通过冷却剂出口4处和/或冷却剂提取管线5中的至少一个流量测量装置24确定。 [0061] 为了执行实际的量热测量，在测量站单元8中还设有另外的测量装置/传感器和设备。因此，为了提高设备1的测量精度，设有温度控制装置18、20，用于加热或冷却要输送到量热计井2a中的冷却剂，借助所述温度控制装置能够在所述冷却剂经由冷却剂输送管线7输送给量热计井2a之前对冷却剂以限定的方式(预)温度控制。所述温度控制装置18、20的基本布置在图1和图2中示出。用冷却剂在测量位置中对应地穿流设备1补充地从图3可见。从混合容器13中提取的冷却剂首先输送给第一前体温度测量装置17。基于第一前体温度测量装置17的测量值(以及温度目标值)，冷却剂在第一温度控制装置18中通过加热或冷却而置于较高或较低的温度。在第二前体温度测量装置19中测量这样加热或冷却的冷却剂的温度。基于第二前体温度测量值，冷却剂在第二温度控制装置20中进行进一步加热或冷却。在此，通常，冷却剂的温度控制进行为使得在第一温度控制装置18中进行更大的温度控制步骤，而在第二温度控制装置20中进行较小的温度控制步骤，然而所述较小的温度控制步骤以更大的温度控制精度进行。尽管通常以第一温度控制装置18和第二温度控制装置20“沿相同方向进行温度控制”的方式运行，即两者都加热或都冷却，但是也完全可以想象的是： 温度控制沿不同的方向进行，即例如使得第一温度控制装置18冷却冷却剂，而第二温度控制装置20加热冷却剂(或反之亦然)。为了检查第一温度控制装置18和第二温度控制装置20的功能，可以使用在此未详细示出的另外的测量仪器。 [0062] 由第二温度控制装置20温度控制的冷却剂在输送到实际的冷却剂输送管线7中之前被再次测量，更确切地说一方面借助于第一温度测量装置21在其温度方面以及——如上文已经提及的那样——借助于第一流量测量装置22在其流量方面进行测量。在此，可以首先进行温度测量，并且然后进行流量测量，或者如当前所示的那样，可以首先进行流量测量，并且然后进行温度测量)。 [0063] 此外，流回的冷却剂在其流经冷却剂输送管线7、量热计井2a(在那里主要通过位于量热计井2a中的燃料元件的衰变功率加热)和冷却剂提取管线5之后，被重新借助于第二温度测量装置23测量其温度，并且借助于第二流量测量装置24测量其流量。 [0064] 冷却剂的温度增加可以从第一温度测量装置21和第二温度测量装置23的测量值之差中来确定。从冷却剂的温度差和流量的商中又可以确定热功率，进而可以确定位于量热计井2a中的燃料元件的衰变功率。 [0065] 第一流量测量装置22和第二流量测量装置24处测量的流量应当是相同的。如果流量彼此偏差，则这表明：封闭盖11没有正确封闭量热计井2a，或者出现其他泄漏。在这种情况下，测量被评价为是不可靠的，并且通常应该被拒绝。 [0066] 此外，在冷却剂提取管线5与冷却剂输送管线7之间设有压差测量装置25。借助压差测量装置25，可以确定冷却剂管线5、7中和量热计井2a中的液压损失。液压损失的耗散最初表现为附加的热能，并且第一温度测量装置21和第二温度测量装置23之间的测量到的温度差因此过高。借助压差测量装置25，可以以计算的方式校正所述影响因素，进而提高测量精度。 [0067] 此外，沿流动方向观察，在输送泵12之前紧上游设置有压力测量传感器26，所述压力测量传感器用于监测输送泵12的抽吸压力。对应的负压表明封闭盖11正确地坐落在量热计井2a上。 [0068] 附加地，借助于料位测量装置27检查处于混合容器13中的冷却剂的料位。如果料位下降，则可以通过接通第二真空泵装置16并打开抽吸阀28将附加的冷却剂经由冷却剂抽吸管线10从冷却剂池3抽吸到混合容器13中。相反，如果料位过高，则可以通过打开排放阀29(与环境压力连接)来降低混合容器13中的料位。 [0069] 在图3可视化的测量位置中，可关断的连接管线30中的截止阀31闭合，所述连接管线将冷却剂提取管线5和冷却剂输送管线线7彼此流体连接或彼此分开(也参见图3)。此外，在测量位置(也参见图3)，第一真空泵装置15被接通并经由抽空阀32与冷却剂提取管线5、冷却剂输送管线7和量热计井2a的双重壁部的可抽空的中间空间连接，使得在此产生并维持隔离的真空。 [0070] 虽然图3说明在测量运行中的测量位置以及在所述位置中占主导的冷却剂流动方向和在测量位置中穿流不同的测量装置、温度控制装置和其他装置的顺序，但图4以示意的方式示出处于填充位置中或填充模式中的根据本发明的设备1。在填充位置中，接通第一真空泵装置15，并且抽空阀32打开，使得可以在冷却剂提取管线5、冷却剂输送管线7和量热计井2a的可抽空的中间空间中构建热隔离的真空。 [0071] 此外，第二真空泵装置16被接通并且抽吸阀28被打开。由此可以将最初空的混合容器13中的料位置于所需的高度。 [0072] 在填充模式开始时，量热计井2a的封闭盖11最初仍然敞开，输送泵12切断，并且可关断的连接管线30的截止阀31打开。由此，混合容器13经由所有管线、即经由冷却剂提取管线5、冷却剂输送管线线7、冷却剂引回管线9和冷却剂抽吸管线10填充冷却剂。由此有效地对相关的管线进行通风。此外，接通循环泵14，以便使已经存在于混合容器13中的冷却剂循环并且避免混合容器13中的温度梯度。 [0073] 通过闭合量热计井2a的封闭盖11、闭合可关断的连接管线30中的截止阀31并接通输送泵12来过渡到图3中所示的测量模式中。此外，在混合容器13中达到足够的料位之后，抽吸阀28应当关闭并且切断第二真空泵装置16。 [0074] 根据图5所示的示意图，例如在随后测量燃料元件的衰变功率之后，切断该设备。为此，切断第一真空泵装置15和第二真空泵装置16，闭合抽空阀32和抽吸阀18，以及打开通气阀33、排放阀29和可关断的连接管线30的截止阀31。另外，切断循环泵14和输送泵12。结果，冷却剂经由所有管线，即冷却剂提取管线5、冷却剂输送管线7、冷却剂引回管线9和冷却剂抽吸管线10流回到冷却剂池3中。由于输送泵12切断，量热计井2a中的负压一起破坏，并且封闭盖11自动打开。 [0075] 图6和图7分别示出如在根据本发明的设备1的一个具体的实施例中冷却剂如何能穿流过量热计容器2的不同的变型形式。在两种变型形式中，封闭盖11在量热计井2a的井开口上分别处于封闭位置中。 [0076] 根据图6，冷却剂借助于冷却剂输送管线7经由量热计容器2的下端部35处的下部的入口接管34来输送，所述量热计容器形成穿过量热计井2a的原本闭合的底部36的冷却剂入口6。在量热计井2a的上端部37处，设有用作冷却剂出口4的出口接管38，用于提取冷却剂。如图6中所示，冷却剂出口4还具有至少部分环形构成的管式分配器4a，以便实现冷却剂的基本上旋转对称的吸入。 [0077] 此外，在量热计井2a中设有铅屏蔽件39，所述铅屏蔽件在量热计容器2装载的状态下围绕容纳在其中的燃料元件，并用作伽马辐射转换机构。在当前的实施例中，铅屏蔽39件具有大约2cm的厚度。由此，由燃料元件释放的伽马辐射的显著的份额被吸收并转化为热。在运行中，经由量热计容器2的下端部35处的入口接管34引入的冷却剂既沿着铅屏蔽件39的外侧流动也在铅屏蔽件39的内部沿着燃料元件朝管式分配器4a的方向流动，从那里起所述冷却剂然后经由出口接管38再次从量热计容器2提取。由此，由伽马辐射产生的热和燃料元件直接放射的热功率都被流过的冷却剂吸收。与之相应地，燃料元件释放的伽马衰变功率也包括到设备1的量热测量中。 [0078] 图7示出冷却剂如何穿流过量热计井2a的替代的变型形式。在此，从冷却剂输送管线7引来的冷却剂经由用作冷却剂入口6的上部的入口接管40流入量热计井2a中。上部的入口接管40与出口接管38相邻地布置，但相对于所述出口接管向下偏移。又类似于冷却剂出口4，经由上部的入口接管40实现的冷却剂入口6也具有至少部分环形构成的管式分配器6a，以便实现冷却剂的基本上旋转对称的馈送。如通过箭头表明的那样，冷却剂从上部的进入接管40或管式分配器6a首先向下沿着铅屏蔽件39的外侧流动。在量热计井2a的下端部35处，冷却剂从闭合的底部36偏转，从所述底部起，所述冷却剂然后在铅屏蔽件39内沿着燃料元件向上朝出口接管38的方向流动。在此，冷却剂的流动方向选择成使得借助于铅屏蔽件 39将向下定向的流动路径(从上部的入口接管40朝闭合的底部36的方向)以及向下定向的流动路径(从下部的底部36朝出口接管38的方向)彼此分开。同样在该变型形式中，由伽马辐射产生的热和燃料元件的直接放射的热功率都被流过的冷却剂吸收。然而，借助于图7中选择的流动布置，可以实现铅屏蔽件39更好的散热，并且以这种方式可以提高测量精度。 [0079] 由于根据图6和图7的量热计容器2具有下部的入口接管34和上部的入口接管40，可以以有利的方式借助所述量热计容器2选择性地实现两种之前描述的流动布置。 |
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