DE2823376B1

DE2823376B1 - Lager fuer Kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE2823376B1
Application number: DE2823376A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl-Phys Dr Peehs
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1979-09-13
Also published as: CA1124090A; FR2427665A1; FR2427665B1; BR7903301A; JPS54156998A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager für eine große Zahl von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen, das aus einem mit dicken Abschirmwänden versehenen Lagerbehälter besteht, der mit Lagergestellen für die Brennelemente und mit Einrichtungen zur Abführung der Nachzerfallswärme versehen ist. Derartige Lager sind notwendig, damit die Radioaktivität dieser abgebrannten Brennelemente bis zu ihrer Wiederaufarbeitung größtenteils in gesicherter Weise abklingen kann. Die von den eingelagerten Brennelementen abgegebene sogenannte Nachzerfallswärme muß dabei stets abgeführt werden, damit Überhitzungen der Elemente und damit mögliche Beschädigungen derselben, die mit dem Austritt von radioaktiven Stoffen verbunden sein könnten, mit Sicherheit vermieden werden.

Eine derartige Brennelementlagerung ist mit hohen Kosten verbunden, die sich aus dem Kapitaldienst und den eigentlichen Betriebskosten zusammensetzen. Diese Anteile betragen jeweils etwa 50% der gesamten Lagerkosten. Da die Nachzerfallswärme, wie bereits erwähnt, abgeführt werden muß, ist insbesondere für die Pumpen ein hoher Energieaufwand notwendig, der einen nennenswerten Anteil der Betriebskosten ausmacht. Im Hinblick auf die bei kerntechnischen Anlagen aus sicherheitstechnischer Hinsicht notwendige Redundanz ist ein durch die teilweise mehrfache Installation von der Wärmeabfuhr dienenden Einrichtungen ein außerordentlich großer und kostspieliger technischer Aufwand notwendig.

Es stellte sich daher die Aufgabe, den für die Abfuhr der Nachzerfallswärme erforderlichen technischen Aufwand, ohne Beeinträchtigung der Sicherheit, zu reduzieren und zu vereinfachen und gleichzeitig auf die Zuführung von Fremdenergie für die Abführung der Nachzerfallsleistung zu verzichten.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Lager erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Abführung der Nachzerfallswärme aus Wärmeröhren an sich hekannter Bauart besteht, deren wärmeabgebende Seite in neben dem Lagerbehälter angeordnete Naturzugkamine hineinragt. Die Erfindung

ίο geht also davon aus, daß bei der Lagerung von abgebrannten Brennelementen anfallende Nachwärmeleistung selbst zu benutzen um die Kühlung der Brennelemente zu gewährleisten. Eine von außen zuzuführende Fremdenergie ist dann nicht mehr notwendig.

Die F i g. 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen dieses Erfindungsprinzips, wobei F i g. 1 die Anwendung desselben im Falle eines sogenannten Naß-Lagerbekkens und die F i g. 2 jene im Falle eines Trocken-Lagerbeckens zeigt.

Das Lagerbecken selbst ist mit 1 bezeichnet, es ist von dicken Abschirmwänden 2 aus Beton umgeben. Im Lagerbecken sind sogenannte Lagergestelle 5 fest eingebaut, die außerdem dafür sorgen, daß die j eingelagerten Brennelemente 8 keine kritische Geometrie annehmen können. Außerhalb des Lagerbeckens sind sogenannte Naturzugkamine 10 angeordnet, das sind Kamine, die keine Ventilatoren enthalten und an ihrem Fußpunkt eine Lufteintrittsöffnung haben.

Die von den Brennelementen 8 entwickelte Nachzerfallswärme erwärmt das Beckenwasser 4. Über Wärmeröhren an sich bekannter Bauart 6 wird diese Wärme an gleichmäßig über das Beckenvolumen verteilten Punkten abgenommen und nach außen in die Naturzugkami-

r, ne 10 geführt. Dort sind diese Wärmeröhren noch mit Kühlelementen 61 versehen, z. B. in Gestalt vertikaler Bleche, so daß die dort abgegebene Wärme die Luft im Kamin erwärmt, diese zum Aufsteigen bringt und auf diese Weise stets neue kühle Luft aus der Bodenöffnung des Kamins ansaugt und zur Kühlung der Wärmeröhren und damit zur Wärmeabfuhr der Nachzerfallswärme nach oben bringt.

Die Wärmerohre sind dabei selbstverständlich so angeordnet, daß sie das Einsetzen und das Herausneh-

r> men der Brennelemente aus dem Lagerbecken 1 nicht behindern. Zweckmäßigerweise sind sie dabei mit dem Lagergestell selbst verbunden, das damit gleichzeitig als Wärmeaufnahmeelement für die Wärmeröhren dient. Die Wärmeröhren selbst sind dabei in an sich bekannter

ίο Weise mit einem Wärmeübertragungsmittel gefüllt, das bei der Beckenwassertemperatur verdampft und im Bereich des Kamins wieder kondensiert. Im einfachsten Fall wäre dies z. B. Wasser bei einem entsprechenden Unterdruck.

5^r) Ergänzend sei noch erwähnt, daß ein derartiges Naßlager nach oben hin offen ist und die Wasseroberfläche beispielsweise mit einer schwimmenden Folie aus Kunststoff abgedeckt ist. Eine derartige Abdeckung wäre auch möglich mit einem relativ niedrig schmelzen-

w) den Stoff, wie z. B. speziellen Wachsarten, die bei der normalen Betriebstemperatur des Beckenwassers eine feste Oberfläche bilden, dagegen bei Erhöhung der Temperatur des Beckenwassers schmelzen und damit die Entnahme bzw. die Bewegung der eingesetzten

b5 Brennelemente über den nicht dargestellten Transportmechanismus ermöglichen.

Die F i g. 2 stellt schematisch ein Trockenlagerbecken dar, das heißt, hier wird auf die Verwendung von Wasser

als Kühlmedium und Abschirmmedium verzichtet Der Lagerbehälter 1 ist hier mit einem mehrteiligen Deckel 3 nach oben hin abgeschlossen. In einem solchen Fall werden die Brennelemente 8 zweckmäßigerweise in eine Lagerbüchse 81 verpackt und der Zwischenraum mit einem kohlenstoffhaltigen Granulat 82 gefüllt. Dieses Granulat dient neben der Verbesserung der Wärmeleitung außerdem der Zurückhaltung evtl. austretender Spaltprodukte. Die Nachzerfallswärme wird in diesem Falle vorzugsweise durch Strahlung von :o diesen Büchsen 81 an das Lagergestell bzw. die Umgebung abgegeben. Die Wärmeröhren 7 sind hier wieder mit dem Lagergestell verbunden und umgeben auf diese Weise möglichst vollständig die eingelagerten Brennelemente 8. Wie im Beispiel nach der F i g. 2 sind die Wärmeröhren 7 im Bereich des Naturzugkamins 10 wieder mit wärmeabgebenden Elementen 71 versehen. Zur Sicherstellung ihrer Funktion sind diese Wärmeröhren im Bereich der Beckenwandung 2 mit einer Wärmeisolation 21 versehen, damit ihre Funktion nicht durch Wärmeabgabe im Bereich dieser Wand gestört wird.

Da die Wärmeröhren jede für sich ein nach außen hin abgeschlossenes Gebilde darstellen und bei relativ niedrigen Temperaturen betrieben werden, sind sie praktisch keiner Abnützung unterworfen und stellen somit ein äußerst betriebssicheres Wärmetransportmittel dar. Da sie in Anbetracht der Größe der Lagerbecken — diese sind für die Aufnahme von evtL Tausenden von Brennelementen eingerichtet — ebenfalls in entsprechend großer Anzahl vorhanden sind, stellen sie ein in sich redundantes Wärmeabführungssystem dar, d. h, der Ausfall einiger Wärmeröhren würde sich für den gesamten Betrieb praktisch überhaupt nicht bemerkbar machen können. Daraus geht hervor, daß eine Wartung dieser Einrichtungen praktisch ebenfalls nicht notwendig ist Als Antriebsenergie für die Wärmeabfuhr dient die Nachzerfallswärme selbst, eine Fremdenergie von außen wird nicht benötigt Da die Wärmeröhren zweckmäßigerweise entlang der Gitterstruktur der Lagergestelle angeordnet werden, kann das Be- und Entladen der Brennelemente in gewohnter Weise durchgeführt werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß sich die vorliegende Erfindung im wesentlichen mit der Abführung der Nachzerfallswärme mit Hilfe der Wärmeröhren befaßt Die konstruktive Gestaltung des Lagerbekkens selbst wird dabei nur im Hinblick auf die benötigten Durchführungen für die Wärmeröhren durch die Wandungen beeinflußt Diese Durchführungen können dabei auch durch in diesen Bereichen stufenförmig abgewinkelte Wärmeröhren gestaltet sein, so daß damit auch die Strahlungsabschirmung an diesen Wandstellen in vollem Umfang erhalten bleibt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lager für eine große Zahl von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen, bestehend aus einem mit dicken Abschirmwänden versehenen Lagerbehälter, der mit Lagergestellen für die Brennelemente und mit Einrichtungen zur Abführung der Nachzerfallswärme versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung aus Wärmerohren an sich bekannter Bauart (6 bzw. 7) besteht, deren wärmeabgebende Seite in neben dem Lagerbehälter (1) angeordnete Naturzugkamine (10) hineinragt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeaufnehmende Seite der Wärmeröhren (6 bzw. 7) in gut wärmeleitender Verbindung steht mit den Lagergestellen (5 bzw. den Brennelementen (8), die ihrerseits in Lagerbüchsen (81) verpackt sind.

3. Lager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Verbindung durch eine Füllung der Räume zwischen Lagerbüchse (81) und Brennelement (8) durch ein vorzugsweise kohlenstoffhaltiges Granulat (82) verbessert ist.

4. Lager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Kamine (10) hineinragenden Enden der Wärmerohre (6, 7) mit großflächigen Kühlelementen (71) versehen sind.

5. Lager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (1) in bekannter Weise als Naß- oder Trockenlager ausgebildet ist