DE2823376B1 - Storage for nuclear reactor fuel elements - Google Patents

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.The present invention relates to a store for a large number of spent nuclear reactor fuel assemblies, which consists of a storage container with thick shielding walls and storage racks for the fuel assemblies and is provided with facilities for dissipating the decay heat. Such Storage facilities are necessary to keep the radioactivity of this spent fuel down to its Remanufacturing can largely decay in a secure manner. The from the stored fuel elements so-called decay heat given off must always be dissipated to prevent overheating of the elements and thus possible damage to the same caused by the escape of radioactive substances could be avoided with certainty.

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.Such a fuel element storage is associated with high costs, resulting from the debt service and the actual operating costs. These proportions are each about 50% of the total Storage costs. Since the decay heat, as already mentioned, must be dissipated, is especially for the Pumps require a high expenditure of energy, which makes up a significant proportion of the operating costs. With regard to the redundancy necessary for nuclear systems from a safety point of view is a device that serves to dissipate heat due to the sometimes multiple installation extraordinarily large and expensive technical effort is necessary.

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 ErfindungThe task was therefore to reduce and simplify the technical effort required for the removal of the decay heat without impairing safety and at the same time to dispense with the supply of external energy for the dissipation of the decay power.
This object is achieved according to the invention in the above-mentioned warehouse in that the device for dissipating the decay heat consists of heat pipes of a known type, the heat-emitting side of which protrudes into natural draft chimneys arranged next to the storage container. The invention

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.ίο assumes that when storing to use the residual heat generated by spent fuel elements to cool the Guarantee fuel assemblies. There is then no longer any external energy to be supplied from the outside necessary.

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.The F i g. 1 and 2 show schematic representations of this principle of the invention, FIG. 1 the application the same in the case of a so-called wet storage basin and FIG. 2 those in the case of a dry storage pool shows.

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.The storage pool itself is denoted by 1, it is surrounded by thick shielding walls 2 made of concrete. So-called storage racks 5 are permanently installed in the storage pool, which also ensure that the fuel elements 8 stored cannot assume any critical geometry. Outside the storage basin, so-called natural draft chimneys 10 are arranged, these are chimneys that do not contain fans and have an air inlet opening at their base.

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-The decay heat developed by the fuel elements 8 heats the pool water 4 via heat pipes known design 6, this heat is at points evenly distributed over the pool volume removed and to the outside in the natural draft

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.r, ne 10 led. These heat pipes are still there Cooling elements 61 provided, for. B. in the form of vertical sheets, so that the heat emitted there the air in The chimney heats up, causes it to rise and, in this way, always new cool air from the floor opening the chimney and to cool the heat pipes and thus to dissipate the decay heat brings up.

Die Wärmerohre sind dabei selbstverständlich so angeordnet, daß sie das Einsetzen und das Herausneh-The heat pipes are of course arranged so that they can be inserted and removed

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 bekannterDo not hinder the flow of fuel assemblies from storage pool 1. Appropriately, they are with the Storage rack itself connected, which also serves as a heat absorbing element for the heat pipes. The heat pipes themselves are better known per se

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.ίο way filled with a heat transfer medium that evaporates at the pool water temperature and condenses again in the area of the chimney. In the simplest Case this would be z. B. water at a corresponding negative pressure.

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-5 ^r ) In addition, it should be mentioned that such a wet store is open at the top and the water surface is covered, for example, with a floating plastic film. Such a cover would also be possible with a relatively low melting point

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 eingesetztenw) the fabric, such as B. special types of wax used in the normal operating temperature of the pool water form a solid surface, however, when the Melt the temperature of the pool water and thus the withdrawal or movement of the used

b5 Brennelemente über den nicht dargestellten Transportmechanismus ermöglichen.b5 fuel elements via the transport mechanism, not shown enable.

Die F i g. 2 stellt schematisch ein Trockenlagerbecken dar, das heißt, hier wird auf die Verwendung von WasserThe F i g. 2 shows a schematic representation of a dry storage basin, that is, the use of water is referred to here

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.as a cooling medium and shielding medium omitted. The storage container 1 is here with a multi-part cover 3 completed at the top. In such a case, the fuel assemblies 8 are expediently in a bearing bush 81 is packed and the space is filled with carbonaceous granules 82. In addition to improving heat conduction, this granulate also serves to restrain any potential escaping fission products. The decay heat is in this case preferably by radiation from: o these cans 81 delivered to the storage rack or the environment. The heat pipes 7 are here reconnected to the storage rack and in this way surround the stored ones as completely as possible Fuel elements 8. As in the example according to FIG. 2 are the heat pipes 7 in the area of the natural draft chimney 10 again provided with heat-emitting elements 71. These heat pipes are used to ensure their function Provided in the area of the pool wall 2 with thermal insulation 21 so that it does not function is disturbed by heat emission in the area of this wall.

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.Since the heat pipes each represent an outwardly closed structure and with relative are operated at low temperatures, they are practically not subject to wear and tear thus an extremely reliable means of heat transport. Given the size of the Storage pools - these are set up to hold possibly thousands of fuel elements - as well are available in correspondingly large numbers, they constitute an inherently redundant heat dissipation system dar, d. That is, the failure of some heat pipes would practically not affect the entire operation at all can make noticeable. It follows that maintenance of these facilities is also practical is not necessary The decay heat itself, a External energy from the outside is not required as the heat pipes expediently along the lattice structure the storage racks are arranged, the loading and unloading of the fuel assemblies can be done in the usual way Way to be carried out.

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 bleibtFinally, it should be noted that the present invention essentially deals with the discharge the decay heat with the help of the heat pipes deals with the structural design of the storage basin itself is only carried out with regard to the required bushings for the heat pipes the walls affected These bushings can also be stepped through in these areas be designed angled heat pipes, so that the radiation shielding on these Wall spots is fully preserved

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Storage for a large number of spent nuclear reactor fuel assemblies, consisting of one Storage container with thick shielding walls, the one with storage racks for the fuel assemblies and is provided with devices for dissipating the decay heat, characterized in that that this device consists of heat pipes of a known type (6 or 7), their heat-emitting side in natural draft chimneys (10) arranged next to the storage container (1) protrudes. 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.2. Bearing according to claim 1, characterized in that the heat-absorbing side of the heat pipes (6 or 7) is in good heat-conducting connection with the storage racks (5 or the fuel assemblies (8), which in turn are packed in bearing bushes (81). 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.3. Bearing according to claim 1 and 2, characterized in that the thermally conductive connection by filling the spaces between the bearing bushing (81) and the fuel element (8) with a preferably carbonaceous granules (82) are improved. 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.4. Bearing according to claim 1 to 3, characterized in that the in the chimneys (10) protruding ends of the heat pipes (6, 7) are provided with large-area cooling elements (71). 5. Lager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (1) in bekannter Weise als Naß- oder Trockenlager ausgebildet ist5. Bearing according to claim 1 to 4, characterized in that the bearing (1) in known Way is designed as a wet or dry storage