CH657471A5

CH657471A5 - DEVICE FOR STORING HEAT-RELEASING RADIONUCLIDE CONFIGURATIONS.

Info

Publication number: CH657471A5
Application number: CH44982A
Authority: CH
Inventors: Reinhard Schoenfeld; Rudolf Prof Dr Jeschar; Michael Tenhumberg
Original assignee: Nukem Gmbh
Priority date: 1981-01-20
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1986-08-29
Also published as: FR2498367A1; ES8302344A1; ES508823A0; DE3101540A1; FR2498367B1; DE3101540C2; CA1169693A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Lagerung wärmefreisetzender Radionuklidkonfigurationen, die gegebenenfalls in Behältern eingeschlossen sind, bei freier Kühlung mit Umgebungsluft, im wesentlichen bestehend aus einem Gehäuse mit Beschickungsgang, Zu- und Abluftkanälen und mit Decken versehenen verschlossenen Lagerzellen, die Lagergestelle oder Lagerblöcke mit waagrecht oder schräg angeordneten Lagerschächten als Lagerpositionen für die Radionuklidkonfigurationen oder die Behälter mit radioaktiven Stoffen enthalten, wobei die Lagerschächte in axialer Richtung von Kühlluft durchströmt werden. The invention relates to a device for storing heat-releasing radionuclide configurations, which are optionally enclosed in containers, with free cooling with ambient air, essentially consisting of a housing with a loading aisle, supply and exhaust air ducts and closed storage cells provided with ceilings, the storage racks or storage blocks with horizontal or inclined storage shafts as storage positions for the radionuclide configurations or the containers with radioactive substances, wherein the storage shafts are flowed through by cooling air in the axial direction.

Radioaktive Stoffe und Radionuklidkonfigurationen, wie z. B. abgebrannte Kernbrennelemente oder verglaster hochradioaktiver Abfall, erzeugen beim Zerfall Wärme, so dass bei ihrer Lagerung eine ständige Kühlung erforderlich ist. Dies setzt voraus, dass das stete Vorhandensein eines Kühlmediums sichergestellt ist und dass keine unzulässigen Aktivitätsmengen mit dem Kühlmedium abgeleitet werden. Diese Forderungen werden beispielsweise durch ein mit Umgebungsluft direkt oder indirekt gekühltes Lager erfüllt. Radioactive materials and radionuclide configurations, such as B. burned nuclear fuel elements or glazed highly radioactive waste, generate heat when decay, so that constant cooling is required for their storage. This presupposes that the constant presence of a cooling medium is ensured and that no inadmissible amounts of activity are derived with the cooling medium. These requirements are met, for example, by a bearing that is directly or indirectly cooled with ambient air.

Für die trockene Zwischenlagerung von wärmefreisetzenden Radionuklidkonfigurationen werden verschiedene Konzeptionen vorgeschlagen. Various concepts are proposed for the dry intermediate storage of heat-releasing radionuclide configurations.

So wird in der DE-OS 2 730 729 vorgeschlagen, die Behälter mit dem radioaktiven Abfall in senkrechten, axial von unten nach oben mit Luft durchströmten Schächten, einzeln oder mehrfach übereinander gestapelt, zu lagern. In der DE-OS 2 906 629 erfolgt die Lagerung in horizontalen, von aussen in vertikaler Richtung querangeströmten Schächten, wobei die Behälter einzeln oder mehrfach hintereinander angeordnet sind. In beiden Fällen kann sowohl mit direktem, als auch mit indirektem Kühlsystem gearbeitet werden. It is proposed in DE-OS 2 730 729 to store the containers with the radioactive waste in vertical shafts, through which air flows axially from the bottom upwards, one or more times stacked one above the other. In DE-OS 2 906 629, the storage takes place in horizontal shafts, from which flow flows from outside in the vertical direction, the containers being arranged one after the other or several times. In both cases, direct as well as indirect cooling systems can be used.

Die DE-OS 2 837 839 beschreibt die Lagerung von Behältern in horizontalen Lagerblöcken mit seitlich angeordneten, in vertikaler Richtung querangeströmten Kühlkörpern. Auch die Lagerung in vertikalen Lagerbehältern mit stirnseitigem Abschirmdeckel, der gleichzeitig als Kühlkörper dient, ist bekannt (Nuclear Technology, Vol. 24, Dez. 1974) desgleichen die Lagerung horizontal mit Queranströmung innerhalb eines geschlossenen Raumes und Wärmeabfuhr mittels Wärmerohren an die Umgebung (Atom und Strom, Jg. 26 (1980)4). DE-OS 2 837 839 describes the storage of containers in horizontal storage blocks with laterally arranged heat sinks which are flowed transversely in the vertical direction. Storage in vertical storage containers with a front-side shielding cover, which also serves as a heat sink, is also known (Nuclear Technology, Vol. 24, Dec. 1974), as is storage horizontally with cross-flow within a closed room and heat dissipation to the environment by means of heat pipes (atom and Strom, vol. 26 (1980) 4).

Der Hauptnachteil der in DE-OS 2 730 729 beschriebenen Lagerung besteht in der Kühlung mit seitlich angeordneten Wärmetauschern (Wände) und der dazu erforderlichen Strömungsführung. Die dort aus den vertikal angeordneten Schächten mit maximaler Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit austretenden Zellenluft prallt auf die ebene Decke und wird dann horizontal zu den seitlichen Wärmetauschern geführt. The main disadvantage of the storage described in DE-OS 2 730 729 is cooling with laterally arranged heat exchangers (walls) and the flow guidance required for this. The cell air escaping from the vertically arranged shafts with maximum temperature and flow velocity hits the flat ceiling and is then guided horizontally to the side heat exchangers.

Durch eine Prallströmung auf die ebene Decke wird Strömungsenergie vernichtet. Desweiteren wird die horizontale Strömung zu den Wärmetauschern durch das äussere Kraftfeld (Gravitation) nicht begünstigt, da die erwärmte Luft bestrebt ist, nach oben aufzusteigen. Flow energy is destroyed by an impact flow on the flat ceiling. Furthermore, the horizontal flow to the heat exchangers is not favored by the external force field (gravitation), since the heated air tends to rise upwards.

Ein weiterer Nachteil des in der DE-OS 2 730 729 angeführten Konzeptes besteht darin, dass eine eindeutige Zuordnung der aus dem Lagergestellbereich abzuführenden Wärme zu einem der beiden Wärmeaustauscher nicht möglich ist. Another disadvantage of the concept cited in DE-OS 2 730 729 is that it is not possible to clearly assign the heat to be removed from the storage rack area to one of the two heat exchangers.

Der Hauptnachteil der in der DE-OS 2 837 839 und in «Nuclear Technology» beschriebenen Vorrichtungen besteht darin, dass für den Wärmezufluss aus den Lagerbehältern an den Kühlkörper steile Temperaturgradienten erforderlich sind, die zu thermischen Belastungen des Lagergutes führen können. Besonders nachteilig bei der Lagerkonzeption nach der DE-OS 2 837 839 ist, dass der Kühlkörper aus einem massiven, gut wärmeleitenden Stoff besteht, in der Regel aus Metall, wodurch sich sehr hohe Kosten ergeben. Ausserdem müssen durch das grosse Gewicht der Lagerblöcke mit Kühlkörper besondere bautechnische Anforderungen an die Lagergestelle gerichtet werden. The main disadvantage of the devices described in DE-OS 2 837 839 and in "Nuclear Technology" is that steep temperature gradients are required for the heat flow from the storage containers to the heat sink, which can lead to thermal loads on the stored goods. A particular disadvantage of the bearing design according to DE-OS 2 837 839 is that the heat sink consists of a solid, good heat-conducting material, usually of metal, which results in very high costs. In addition, the heavy weight of the bearing blocks with heat sinks means that special structural requirements must be placed on the storage racks.

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Die wesentlichen Nachteile des in «Atom und Strom» beschriebenen Konzeptes bestehen darin, dass eine eindeutige Zuordnung der aus dem Lagergestellbereich abzuführenden Wärme zu einem der beiden «Wärmerohrbündel-Wärmetauscher» nicht gegeben ist und dass keine praktischen Erfahrungen über das Verhalten von Wärmerohren im Strahlenfeld bestehen. Ausserdem erfolgt die Wärmeabfuhr auch hier seitlich, womit eine nicht optimale Strömungsführung gegeben ist. The main disadvantages of the concept described in “Atom and Electricity” are that there is no clear assignment of the heat to be removed from the storage rack area to one of the two “heat pipe bundle heat exchangers” and that there is no practical experience regarding the behavior of heat pipes in the radiation field . In addition, the heat is also dissipated from the side, which means that the flow is not optimal.

Bei der in der DE-OS 2 906 629 beschriebenen Vorrichtung ist auch der Umstand nachteilig, dass die Umgebungsluft dem Strahlenfeld der radioaktiven Stoffe ohne grössere Abschirmungsmassnahmen ausgesetzt ist. In the device described in DE-OS 2 906 629, the fact that the ambient air is exposed to the radiation field of the radioactive substances without major shielding measures is also disadvantageous.

Bei allen Vorrichtungen zur Zwischenlagerung wärmefreisetzender Radionuklidkonfigurationen mit indirekter Kühlung infolge freier Konvektionsströmung, haben sich wesentliche Nachteile vor allem hinsichtlich einer optimalen Strömungsführung und damit auch einer optimalen Wärmeabfuhr sowie Abschirmung der Umgebungsluft gegen Direkteinstrahlung durch radioaktive Stoffe ergeben. With all devices for the intermediate storage of heat-releasing radionuclide configurations with indirect cooling due to free convection flow, there have been significant disadvantages, above all with regard to optimal flow guidance and thus also optimal heat dissipation and shielding the ambient air against direct radiation from radioactive substances.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lagerung wärmefreisetzender Radionuklidkonfigurationen oder Behälter mit radioaktiven Stoffen bei freier Kühlung mit Umgebungsluft, zu schaffen, im wesentlichen bestehend aus einem Gehäuse mit Beschik-kungsgang, Zu- und Abluftkanälen und mit Decken versehenen, geschlossenen Lagerzellen, die Lagergestelle oder Lagerblöcke mit waagrecht oder schräg angeordneten Lagerschächten als Lagerpositionen für die Radionuklidkonfigurationen oder die Behälter mit radioaktiven Stoffen enthalten, wobei die Lagerschächte in axialer Richtung von Kühlluft durchströmt werden. Mit dieser Vorrichtung sollte eine Verbesserung der Kühlluft-Strömungsführung erreicht und damit eine sichere Wärmeabfuhr gewährleistet werden. Ausserdem sollte die Umgebungsluft gegen die Direkteinstrahlung der eingelagerten radioaktiven Stoffe abgeschirmt werden. The present invention was therefore based on the object of providing a device for storing heat-releasing radionuclide configurations or containers with radioactive substances with free cooling with ambient air, essentially consisting of a housing with a feed passage, supply and exhaust air ducts and blankets which are closed Storage cells containing storage racks or storage blocks with horizontally or inclined storage shafts as storage positions for the radionuclide configurations or the containers with radioactive substances, with cooling air flowing through the storage shafts in the axial direction. This device was intended to improve the flow of cooling air and thus ensure reliable heat dissipation. In addition, the ambient air should be shielded against direct radiation from the radioactive substances stored.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Decken der Lagerzellen als Wärmetauscher ausgebildet und innerhalb der Lagerzellen an den Lagerschachtöffnungen senkrecht stehende, räumlich und funktionell getrennte Auftriebs- und Abtriebskamine angeordnet sind, die im Bereich der Lagergestelle gegen diese offen sind. This object was achieved according to the invention in that the ceilings of the storage cells are designed as heat exchangers and vertically, spatially and functionally separate lift and driven chimneys, which are open in the area of the storage racks, are arranged at the storage shaft openings within the storage cells.

Dabei kann es vorteilhaft sein, für jedes Lagergestell jeweils einen separaten Auftriebs- und Abtriebskamin anzuordnen, oder den Beschickungsgang als gemeinsamen Auftriebs- oder Abtriebskamin für zwei Lagergestelle auszugestalten. It can be advantageous to arrange a separate lift and drive chimney for each storage rack, or to design the loading aisle as a common lift or drive chimney for two storage racks.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Lagerzellendecke in Richtung des Abtriebskamines zu neigen, wobei sich Winkel von <15° als günstig erwiesen haben. It is also advantageous to incline the bearing cell ceiling in the direction of the driven chimney, angles of <15 ° having proven to be favorable.

Durch die Anordnung eines separaten Auftriebskamins, über den die erwärmte Luft der als Wärmetauscher gestalteten Decke der Lagerzelle zugeführt wird, und eines separaten Abtriebskamins wird eine eindeutige Funktionstrennung von Auftriebskamin für das erwärmte Kühlmittel und Abtriebskamin für das an der Decke abgekühlte Kühlmittel erzielt. Sowohl Auftriebskamin, als auch Abtriebskamin sind in Richtung des Erdschwerefeldes, d.h. senkrecht ausgerichtet, was besonders günstig im Hinblick auf die Grösse der Druckverluste ist und was damit das Temperaturniveau im Lager günstig beeinflusst. The arrangement of a separate buoyancy chimney via which the heated air is fed to the ceiling of the storage cell, which is designed as a heat exchanger, and a separate driven chimney provide a clear separation of functions between the buoyancy chimney for the heated coolant and the output chimney for the coolant cooled on the ceiling. Both the lift chimney and the chimney are in the direction of the earth's gravity field, i.e. aligned vertically, which is particularly favorable with regard to the size of the pressure losses and what thus has a favorable influence on the temperature level in the bearing.

Den Wärmetauscher dort anzuordnen, wo die höchste Lufttemperatur innerhalb des Kühlkreislaufes auftritt, nämlich oberhalb der Lagergestelle, erweist sich aus thermody-namischer Sicht als besonders günstig, da dadurch der ther-modynamische Wirkungsgrad des Wärmetauschers am grössten ist. Arranging the heat exchanger where the highest air temperature occurs within the cooling circuit, namely above the storage racks, proves to be particularly favorable from a thermodynamic point of view, since this results in the thermodynamic efficiency of the heat exchanger being the greatest.

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Um die Umgebungsluft beim Durchströmen des Wärmetauschers (Decke) vor dem Einwirken von Direktstrahlung seitens des Lagergutes noch besser zu schützen, können vorteilhafterweise Einbauten unterhalb und seitlich der Decke zur Abschirmung der Strahlung angeordnet werden. Auftriebs- und Abtriebskamin sind dabei vorzugsweise konstruktiv so gestaltet, dass Streustrahlungseffekte vermieden werden. In order to better protect the ambient air as it flows through the heat exchanger (ceiling) from exposure to direct radiation from the stored goods, internals can advantageously be arranged below and to the side of the ceiling to shield the radiation. Buoyancy and driven chimneys are preferably designed such that stray radiation effects are avoided.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend anhand der schematischen Figuren 1 bis 6 beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The device according to the invention is explained in more detail below with reference to the schematic FIGS. 1 to 6. Show it:

Fig. 1: schematische Darstellung des Lagers mit abgetrenntem Beschickungsgang und verschliessbaren Chargieröffnungen, 1: schematic representation of the warehouse with a separate loading aisle and closable charging openings,

Fig. 2: Querschnitt durch eine Lagerzelle, Fig. 3: Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Lagerschacht, 2: cross section through a storage cell, FIG. 3: cross section through a schematically illustrated storage shaft,

Fig. 4: Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Lagerschacht, 4: longitudinal section through a schematically illustrated storage shaft,

Fig. 5: schematische Darstellung und Strömungsprinzip, Variante Beschickungsgang = Auftriebskamin und Fig. 5: schematic representation and flow principle, variant loading aisle = buoyancy chimney and

Fig. 6: schematische Darstellung und Strömungsprinzip, Variante abgetrennter Beschickungsgang mit verschliessbaren Chargieröffnungen. Fig. 6: schematic representation and flow principle, variant of separate loading aisle with closable charging openings.

Die Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren Lagerzellen (15), normalerweise getrennt durch Beschickungsgänge (10), die in einem Gebäude untergebracht sind. In diesen Lagerzellen (15) befinden sich Lagergestelle (9) bzw. Lagerblöcke mit Lagerschächten (2). Die mit dem Lagergut gefüllten Lagerbehälter (1) werden in die vorzugsweise leicht geneigten Lagerschächte (2) eingebracht und gegebenenfalls durch diese kontinuierlich hindurchgeschoben. Zur Zentrierung der Lagerbehälter (1) im Lagerschacht (2) dienen normalerweise Abstandshalter (12), die gleichzeitig als Berip-pung der Behälteroberfläche wirken können. Lagerbehälter (1) und Lagerschächte (2) bilden dabei einen freien Strömungsraum aus, der von der Kühlluft in axialer Richtung durchströmt werden kann. Bei im Querschnitt kreisförmigen Lagerbehältern (1) und im Querschnitt kreisförmigen Lagerschächten (2) ergibt sich als freier Strömungsquerschnitt ein Ringspalt (17). Andere geeignete Schachtquerschnitte, z.B. für rechteckige Lagerbehälter, sind möglich. Die Anordnung der Lagerschächte (2) in den Lagergestellen (9) ist beliebig, vornehmlich jedoch horizontal und quadratisch oder hexagonal (Fig. 1). Die Kühlluft erwärmt sich auf ihrem Weg durch die freien Strömungsräume (17) entlang der beheizten Lagerbehälter und Lagerschachtoberflächen. Die innenseitige Schachtoberfläche wird dabei sekundär durch Wärmetransport infolge Wärmestrahlung von den Lagerbehälteroberflächen beheizt. Die erwärmte Kühlluft strömt aus dem Lagerschacht (2) in den senkrechten Auftriebskamin (3) und steigt dort auf. The device consists of one or more storage cells (15), usually separated by loading passages (10), which are housed in a building. In these storage cells (15) there are storage racks (9) or storage blocks with storage shafts (2). The storage containers (1) filled with the stored goods are introduced into the preferably slightly inclined storage shafts (2) and, if necessary, pushed continuously through them. Spacers (12) are normally used to center the storage containers (1) in the storage shaft (2), which can simultaneously act as ribbing on the surface of the container. Storage containers (1) and storage shafts (2) form a free flow space through which the cooling air can flow in the axial direction. In the case of storage containers (1) which are circular in cross section and storage shafts (2) which are circular in cross section, an annular gap (17) results as the free flow cross section. Other suitable shaft cross sections, e.g. for rectangular storage containers are possible. The arrangement of the storage shafts (2) in the storage racks (9) is arbitrary, but mainly horizontal and square or hexagonal (Fig. 1). The cooling air heats up on its way through the free flow spaces (17) along the heated storage tanks and shaft surfaces. The inside surface of the shaft is heated secondarily by heat transfer due to heat radiation from the surfaces of the storage containers. The heated cooling air flows from the storage shaft (2) into the vertical lift chimney (3) and rises there.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung handelt es sich um ein indirekt gekühltes Lager, bei dem die erwärmte Kühlluft zu der vorzugsweise leicht in Strömungsrichtung geneigten, als Kühlfläche ausgebildeten Decke (4) geführt wird, entlang der sie sich bis auf die Lagerschachteintritts-temperatur abkühlt. Nach Austritt aus dem längs der Decke (4) angeordneten und von der Decke (4) und dem Lagerblock (9) bzw. Einbauten (21) gebildeten Kühlkanal (5) gelangt die Kühlluft über den Abtriebskamin (8) wieder zu den Lagerschächten (2). Die Umgebungsluft, die als äussere Kühlluft für die Kühlfläche über die Decke (4) streicht, gelangt über einen Zuluftkanal (7) an die Decke (4), wo sie erwärmt wird. Die so erwärmte Umgebungsluft wird über einen Abluftkanal (6) an die Umgebung zurück geführt. The device according to the invention is an indirectly cooled bearing, in which the heated cooling air is guided to the ceiling (4), which is preferably slightly inclined in the direction of flow and is designed as a cooling surface and along which it cools down to the storage shaft inlet temperature. After exiting from the cooling channel (5) arranged along the ceiling (4) and formed by the ceiling (4) and the bearing block (9) or internals (21), the cooling air returns via the driven chimney (8) to the storage shafts (2 ). The ambient air, which sweeps over the ceiling (4) as external cooling air for the cooling surface, reaches the ceiling (4) via a supply air duct (7), where it is heated. The ambient air heated in this way is returned to the environment via an exhaust air duct (6).

Auftriebskamin (3) und Abtriebskamin (8) sind dabei durch Chargieröffnungen (13) enthaltende Begrenzungswän- Buoyancy chimney (3) and driven chimney (8) are thereby defined by limiting walls containing charging openings (13).

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de (14) vom Beschickungsgang (10) und gegebenenfalls von einem Entnahmegang (11) abgetrennt. de (14) from the loading aisle (10) and possibly from a removal aisle (11).

Wird auf einen kontinuierlichen Lagerbetrieb verzichtet, so entfallt der Entnahmegang (11) und damit die Chargieröffnungen an dieser Begrenzungswand. If continuous storage operation is dispensed with, the removal aisle (11) and thus the charging openings on this boundary wall are dispensed with.

Daneben ist es auch möglich, die örtliche Trennung zwischen Auftriebskamin (3) bzw. Abtriebskamin (8) und Beschickungsgang (10) aufzuheben und den Beschickungsgang direkt als Auftriebskamin (3) bzw. Abtriebskamin auszubilden (Fig. 5). In diesem Fall entfallen auch hier die Begrenzungswände (14) mit den Chargieröffnungen (13). In addition, it is also possible to abolish the local separation between the buoyancy chimney (3) or the output chimney (8) and the loading aisle (10) and to design the loading aisle directly as a buoyancy chimney (3) or output chimney (FIG. 5). In this case, the boundary walls (14) with the charging openings (13) are also omitted here.

Durch die Neigung der Decke (4) und der Lagerschächte (2), kann für eine eindeutige Richtung der Umluftströmung gesorgt werden. The inclination of the ceiling (4) and the storage shafts (2) ensures a clear direction of the circulating air flow.

Die Vorgabe einer eindeutigen Richtung der Umluftströmung kann auch erreicht werden, wenn die Ausgestaltung der einzelnen Lagerschächte (2) im Lagergestell (9) und des Kühlkanals (5) so erfolgt, dass die Strömungswiderstände für beide Durchströmungsrichtungen unterschiedlich gross sind. Der Strömungswiderstand in der gewünschten Strömungsrichtung muss dabei kleiner sein, als derjenige für die entgegengesetzte Richtung. Das erreicht man durch entsprechend geformte Einbauten (20) an den Lagerschachtöffnungen (18, 19). The specification of a clear direction of the circulating air flow can also be achieved if the design of the individual storage shafts (2) in the storage rack (9) and the cooling channel (5) is such that the flow resistances are different for both flow directions. The flow resistance in the desired flow direction must be smaller than that for the opposite direction. This is achieved by means of appropriately shaped internals (20) at the storage shaft openings (18, 19).

Die Strömungsrichtung im äusseren Kühlkreislauf kann durch unterschiedliche Höhen des Zuluftkanals (7) und Abluftkanals (6) am Gehäuse ebenfalls gewählt werden. The flow direction in the outer cooling circuit can also be selected by different heights of the supply air duct (7) and exhaust air duct (6) on the housing.

Ein Deckenneigungswinkel von <15° hat sich als vorteilhaft erwiesen. Er ist auch aus bautechnischen Gründen anzustreben, um die Gehäusehöhe nicht höher als notwendig werden zu lassen. A ceiling slope angle of <15 ° has proven to be advantageous. It is also desirable for structural reasons so that the housing height is not higher than necessary.

Die Ausstattung der als Wärmetauscher ausgestalteten Decke (4) mit Kühlrippen (22) erweist sich aus thermodyna-mischen Gesichtspunkten als empfehlenswert. Durch die Vergrösserung der wärmeübertragenden Fläche wird das Temperaturniveau im Lager gesenkt und ausserdem wird, bei bestimmter Kühlleistung, der Raumbedarf für die Decke (4) verkleinert. Equipping the ceiling (4) designed as a heat exchanger with cooling fins (22) has proven to be recommendable from a thermodynamic point of view. By increasing the heat transfer area, the temperature level in the warehouse is reduced and, with a certain cooling capacity, the space required for the ceiling (4) is reduced.

Die Abschirmung der Decke (4) durch Einbauten (21) (z.B. eine eingezogene dicke Betondecke) verhindert eine Direktbestrahlung der im äusseren Kühlkreis geführten Umgebungsluft. Staubaktivierung und Bestrahlung anderer Substanzen, die mit der Umgebung in den Wärmetauscher gelangen, wird somit auf minimale Werte begrenzt. The shielding of the ceiling (4) by means of internals (21) (e.g. a thick concrete ceiling that is pulled in) prevents direct radiation of the ambient air in the external cooling circuit. Dust activation and radiation of other substances that get into the heat exchanger with the environment is thus limited to minimum values.

Für die Einbauten (21) werden Materialien verwendet, die vor allem eine Schwächung der Strahlendosis bewirken. Geeignete Materialien sind z.B. Beton, Eisen oder Blei. Die strahlenabschirmenden Einbauten (21) sind beispielsweise als abgehängte Betondecken ausgeführt. Diese Decke (21) kann direkt über dem Lagergestell (9) angeordnet werden. Sie hat im Bereich der Auf- (3) bzw. Abtriebskamine (8) Öffnungen (24), die ein Ein- bzw. Ausströmen der Kühlluft in den bzw. aus dem Kühlkanal (5) ermöglichen. Materials are used for the internals (21) which primarily weaken the radiation dose. Suitable materials are e.g. Concrete, iron or lead. The radiation-shielding internals (21) are designed, for example, as suspended concrete ceilings. This ceiling (21) can be arranged directly above the storage rack (9). It has openings (24) in the area of the upward (3) or downward chimneys (8), which allow the cooling air to flow in and out of the cooling channel (5).

Auftriebs- (3) bzw. Abtriebskamine (8) sind konstruktiv so gestaltet, dass Streustrahlungseffekte vermieden werden, d.h. eine ungehinderte Einstrahlung vom radioaktiven Material in die Auf- (3) bzw. Abtriebskamine (8) und Strah-lungsfortpflanzung durch Streuungen an den Begrenzungswänden wird verhindert. Buoyancy (3) or driven chimneys (8) are designed in such a way that scattered radiation effects are avoided, i.e. An unimpeded radiation from the radioactive material into the up (3) or down chimney (8) and radiation propagation by scattering on the boundary walls is prevented.

Die Decke (4) aus einem metallischen Werkstoff (z. B. Stahl) herzustellen, erweist sich deshalb als besonders günstig, da Metalle in der Regel sehr gute wärmeleitende Eigenschaften besitzen und damit der Wärmedurchgangswiderstand zwischen innerem und äusserem Kühlkreislauf minimiert wird. Aus dem gleichen Grunde ist es empfehlenswert, die Oberfläche der metallischen Decke (4) einer den Wärmetransport durch Strahlung begünstigenden Behandlung (z.B. Eloxieren, schwarzer Anstrich) zu unterziehen. Manufacturing the ceiling (4) from a metallic material (e.g. steel) has proven to be particularly advantageous, since metals generally have very good heat-conducting properties and thus the thermal resistance between the inner and outer cooling circuit is minimized. For the same reason, it is advisable to subject the surface of the metallic ceiling (4) to a treatment that promotes heat transport by radiation (e.g. anodizing, black painting).

Ein Korrosionsschutz (z.B. Verzinken, Eloxieren) bietet die Gewähr, dass die Decke (4) auch über einen längeren Zeitraum den gestellten Anforderungen entspricht. Corrosion protection (e.g. galvanizing, anodizing) ensures that the ceiling (4) also meets the requirements for a longer period.

Die Lagerschächte (2) und die Lagerbehälter (1) im Querschnitt kreisförmig auszubilden, erweist sich aus Kostengründen als günstig. Andere Querschnitte, wie z.B. quadratisch oder hexagonal, sind selbstverständlich auch anwendbar. To make the storage shafts (2) and the storage containers (1) circular in cross-section proves to be inexpensive for reasons of cost. Other cross sections, e.g. square or hexagonal, are of course also applicable.

Die schliessbaren Chargieröffnungen (13) in den Begrenzungswänden (14) erweisen sich deshalb als besonders günstig, da durch sie eine örtliche Trennung zwischen Lagerzelle (15), Beschickungsgang (10) und Entnahmegang (11) möglich ist, was im Hinblick auf eventuelle Interventionsmass-nahmen von grossem Vorteil ist. The closable charging openings (13) in the boundary walls (14) have proven to be particularly advantageous because they enable a local separation between the storage cell (15), the loading aisle (10) and the removal aisle (11), which in view of possible intervention measures is of great advantage.

Querströmungsbehindernde Einbauten (16) innerhalb der Lagergestelle (9) können vorteilhafterweise das Ausbilden eines Wärmestaus am höchsten Punkt des Lagergestells und somit auch die Möglichkeit lokaler hot-spot-Bildungen verhindern. Baffles (16) within the storage racks (9) that prevent cross flow can advantageously prevent the build-up of heat at the highest point of the storage rack and thus also prevent the possibility of local hot-spot formation.

Durch die Aufheizung der Lagerschachtwände (2) infolge des Wärmetransports durch Strahlung von der Oberfläche der Lagerbehälter wird die Luft in den Zwischenräumen der Lagergestelle (9) erwärmt und steigt nach oben, wo sie sich im oberen Bereich der Lagergestelle (9) sammelt, womit dort die Möglichkeit eines Wärmestaus besteht. By heating the shaft walls (2) as a result of the heat transport by radiation from the surface of the storage containers, the air in the spaces between the storage racks (9) is heated and rises to the top, where it collects in the upper area of the storage racks (9), thus there there is a possibility of heat accumulation.

Um dies zu vermeiden, sind daher beispielsweise quer angeordnete Bleche (16) in den Zwischenräumen der Lagergestelle (9) angebracht, um die Luft am Aufwärtsströmen zu hindern. In order to avoid this, for example, transversely arranged sheets (16) are arranged in the spaces between the storage racks (9) in order to prevent the air from flowing upwards.

Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemässe Vorrichtung auch mit mehreren hintereinander geschalteten Wärmetauschern als mehrstufiges Wärmetauschersystem ausführen (Fig. 6), wobei die Decke (4) mehrstufig ausgeführt ist. Of course, the device according to the invention can also be designed with several heat exchangers connected in series as a multi-stage heat exchanger system (FIG. 6), the ceiling (4) being designed in multiple stages.

Dies bedeutet, dass die in der Lagerzelle (15) erzeugte Wärme an der Lagerzellendecke (4) nicht direkt an die Umgebungsluft abgegeben wird, sondern an einen weiteren geschlossenen Kreislauf (23) der dann die Wärme an die Umgebungsluft abgibt. This means that the heat generated in the storage cell (15) is not released directly to the ambient air at the storage cell ceiling (4), but to a further closed circuit (23) which then releases the heat to the ambient air.

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3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

657 471 PATENTANSPRÜCHE657 471 PATENT CLAIMS

1. Vorrichtung zur Lagerung wärmefreisetzender Radio-nuklidkonfigurationen oder Behälter mit radioaktiven Stoffen, bei freier Kühlung mit Umgebungsluft, im Wesentlichen bestehend aus einem Gehäuse mit Beschickungsgang, Zu-und Abluftkanälen und mit Decken versehenen geschlossenen Lagerzellen, die Lagergestelle oder Lagerblöcke mit waagrecht oder schräg angeordneten Lagerschächten als Lagerpositionen für die Radionuklidkonfigurationen oder die Behälter mit radioaktiven Stoffen enthalten, wobei die Lagerschächte in axialer Richtung von Kühlluft durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Decken (4) der Lagerzellen (15) als Wärmetauscher ausgebildet und innerhalb der Lagerzellen (15) an den Lagerschachtöffnungen (18, 19) senkrecht stehende, räumlich und funktionell getrennte Auftriebs- (3) und Abtriebskamine (8) angeordnet sind, die im Bereich der Lagergestelle (9) gegen diese offen sind. 1.Device for storing heat-releasing radio nuclide configurations or containers with radioactive substances, with free cooling with ambient air, essentially consisting of a housing with a loading aisle, supply and exhaust air ducts and closed storage cells with ceilings, the storage racks or storage blocks with horizontally or diagonally arranged Containing storage shafts as storage positions for the radionuclide configurations or the containers with radioactive substances, wherein the storage shafts are flowed through by cooling air in the axial direction, characterized in that the ceilings (4) of the storage cells (15) are designed as heat exchangers and within the storage cells (15) the chute openings (18, 19) are arranged vertically, spatially and functionally separate lift (3) and driven chimneys (8), which are open in the area of the storage racks (9).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschickungsgang (10) als Auftriebs- (3) oder Abtriebskamin (8) ausgestaltet ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the loading aisle (10) is designed as a lift (3) or driven chimney (8).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Lagergestell (9) eine Auftriebs- (3) und ein Abtriebskamin (8) vorhanden ist. 3. Device according to claim 1, characterized in that for each storage rack (9) a buoyancy (3) and an output chimney (8) is present.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (4) der Lagerzelle (15) in Richtung des Abtriebskamins (8) geneigt ist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ceiling (4) of the bearing cell (15) is inclined in the direction of the driven chimney (8).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Decke (4)< 15° beträgt. • 5. The device according to claim 4, characterized in that the angle of inclination of the ceiling (4) is <15 °. •

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (4) der Lagerzellen (15) mit Kühlrippen (22) versehen ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ceiling (4) of the bearing cells (15) is provided with cooling fins (22).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (4) mit strahlungsab-schirmenden Einbauten (21) innerhalb der Lagerzellen (15) versehen ist. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ceiling (4) with radiation-shielding internals (21) is provided within the storage cells (15).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (4) aus einem metallischen Werkstoff besteht. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ceiling (4) consists of a metallic material.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der metallischen Decke (4) einer korrosionshemmenden und/oder einer die Wärmeabgabe durch Strahlung begünstigenden Behandlung unterzogen ist. 9. The device according to claim 8, characterized in that the surface of the metallic ceiling (4) is subjected to a corrosion-inhibiting and / or a treatment which promotes heat emission by radiation.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (4) der Lagerzellen (15) mehrstufig ausgeführt ist. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ceiling (4) of the storage cells (15) is designed in several stages.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Eintritts- (18) bzw. Austrittsöffnungen (19) der Lagerschächte (2) Einbauten (20) angebracht sind, die einen in der gewünschten Strömungsrichtung geringeren Strömungswiderstand aufweisen als in der entgegengesetzten Richtung. 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at the inlet (18) or outlet openings (19) of the storage shafts (2) internals (20) are attached which have a lower flow resistance in the desired flow direction than in the opposite direction.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Raum zwischen den übereinander angeordneten Lagerschächten (2) querströ-mungsbehindernde Einbauten (16) enthält. 12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the free space between the stacking shafts (2) contains cross-flow-obstructing internals (16).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebs- (3) bzw. Abtriebskamine (8) gegen den Beschickungsgang (10) mit schliessba-ren Chargieröffnungen (13) versehen sind. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the buoyancy (3) or driven chimneys (8) are provided with closable charging openings (13) against the loading passage (10).