DE2913520C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente

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DE2913520C2
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Alfa Laval Industrietechnik 2056 Glinde De GmbH
Alfa Laval Industrietechnik GmbH
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Alfa Laval Industrietechnik 2056 Glinde De GmbH
Alfa Laval Industrietechnik GmbH
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    • G21C19/02—Details of handling arrangements
    • G21C19/06—Magazines for holding fuel elements or control elements
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Description

a) das aus dem Lagerraum abströmende Kühlfluid unter Erzeugung von mechanischer und/oder elektrischer Energie entspannt, '
b) nachfolgend das Kühlfluid im entspannten Zustand durch Wärmetausch kondensiert,
c) nachfolgend das flüssige Kühifluid in den Lagerraum zurückpumpt und
d) die beim Entspannen des Kühlfluids erzeugte x> Energie zum Zurückpumpen des flüssigen Kühlfluids sowie ggf. den Wärmeübergang verbessernde Hilfsmaßnahmen benutzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlfluid durch Wärmetausch mit Luft kondensiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlfluid durch Wärmetausch mit einem durch Luft gekühlten Sekundärkreislauf kondensiert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlfluid im Lagerraum durch Wärmeiausch mit einem im Zwangsdurchlauf zugeführten, die Brennelemente !5 umspülenden Medium verdampft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei voneinander unabhängige Kreisläufe de:, Kühlfluids parallel betreibt, von denen jeder zur hinreichenden Wärmeabführung aus dem Lagerraum ausreicht.
6. Vorrichtung zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente, mit mindestens einer durch den Lagerraum geführten Kreislaufleitung für ^5 ein Kühlfluid, Vorrichtungen zum Umwälzen des Kühlfluids durch die Kreislaufleitung, mindestens einem in dem im Lagerraum liegenden Teil der Kreislaufleitung angeordneten Verdampfer zum mindestens teilweisen Verdampfen des zugeführten M flüssigen Kühlfluids sowie außerhalb des Lagerraumes angeordneten Vorrichtungen zum Kondensieren des aus dem Lagerraum abströmenden, mindestens teilweise verdampften Kühlfluids, dadurch gekennzeichnet, daß:
55
a) in den außerhalb des Lagerraums liegenden Teil der Kreislaufleitung eine von dem unter Überdruck abströmenden, mindestens teilweise verdampften Kühlfluid angetriebene Wärmekraftmaschine (3) zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie eingeschaltet ist,
b) der Wärmekraftmaschine (3) ein Kondensator (4) zur Verflüssigung des entspannten Kühlfluids nachgeschaltet ist,
c) dem Kondensator (4) eine Pumpe (t) zum Einführen des flüssigen Kühlfluids in den im Lagerraum liegenden Teil der Kreislaufleitung nachgeschaltet ist und
d) die Pumpe (1) und etwaige Hilfsvorrichtungen durch die von der Wärmekraftmaschine (3) erzeugte Energie angetrieben werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (2) in einem die Brennelemente aufnehmenden, vorzugsweise mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser gefüllten Lagerbecken angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Abhängigkeit von der abzuführenden Wärmemenge parallelschaltbare Verdampfer (2) vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Kreislaufleitungen mit jeweils eigenen Verdampfern (2) vorgesehen und die Verdampfer (2) so angeordnet sind, daß auch bei Betrieb nur eines Kreislaufs eine gleichmäßige Wärmeabführung aus dem Lagerbecken erwirkt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Verdampfer (2) außerhalb des Lagerbeckens angeordnet sind und Fördervorrichtungen zum Umwälzen der im Lagerbecken enthaltenen Flüssigkeit durch die Verdampfer (2) vorgesehen sind.
11. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 6 bis
10, gekennzeichnet durch Fördervorrichtungen zur Zuführung von Kühlluft zum Kondensator (4).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeabfuhr aus dem Kondensator (4) eine Kühlluft-Kreislaufleitung mit Fördervorrichtungen zum Umwälzen des Kühlmediums vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Wärmekraftmaschine (3) angetriebene Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) und/oder Hilfs Fördervorrichtungen durch die von der Wärmekraftmaschine (3) erzeugte elektrische Energie angetrieben werden.
65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente, bei welchem ein im Kreislauf durch den Lagerraum hindurchgeführtes Kühlfluid im Lagerraum mindestens teilweise verdampft und das daraus abströmende Kühlfluid außerhalb des Lagerraumes durch Wärmetausch kondensiert wird. Die entsprechende Vorrichtung besitzt mindestens eine durch den Lagerraum geführte Kreislaufleitung für ein Kühlfluid, Vorrichtungen zum Umwälzen des Kühlfluids durch die Kreislaufleitung, mindestens einen in dem im Lagerraum liegenden Teil der Kreislaufleitung angeordneten Verdampfer zum mindestens teilweisen Verdampfen des zugeführten flüssigen Kühlfluids sowie außerhalb des Lagerraumes angeordnete Vorrichtungen zum Kondensieren des aus dem Lagerraum abströmenden, mindestens teilweise verdampften Kühlfluids.
Bei der in der DE-OS 28 16 313 beschriebenen
Vorrichtung der vorstehend genannten Art sind die nuklearen Brennelemente jeweils einzeln in spezielle mehrwandige Behälter eingesetzt, die eine das Brennelement umgebende innere Schale und eine mit zahlreichen stachelartig nach außen ragenden Wandvorsprängen versehene äußere Schale aufweisen, wobei der Zwischenraum zwischen beiden Schalen durch ein fließfähiges Wärmeübertragungsmedium ausgefüllt ist. Zwischen der inneren und der äußeren Schale ist ferner eine mit radialen Durchtrittsöffnungen versehene dritte Schale vorgesehen, die ein von einem Kühlfluid zu durchströmendes Rohrleitungsnetz enthält, das über eine Zuleitung und eine Ableitung in einen Kühlfluid-Kreislauf eingeschaltet werden kann. Das aus zahlreichen parallelgeschalteten Behältern dieser Art abströmende Kühlfluid wird in einem Kompressor verdichtet, dann in einem Kondensator durch Wärmetausch abgekühlt und danach über ein Entspannungsventil in die als Verdampfer wirkenden mittleren Schalen der Behälter zurückgeführt. Das Abkühlen des Ivühlfluids im Kondensator kann durch Wärmetausch mit dem Dampfkreislauf einer Niederdruck-Dampfmaschine erfolgen, wobei der aus dem Kondensator austretende Dampf eine zum Antrieb des Kompressors dienende Turbine antreibt, danach in einem weiteren Kondensator durch Wärmetausch mit einem von einer Kältequelle kommenden Fluid kondensiert und über eine Umwälzpumpe in den ersten Kondensator zurückgeführt wird. Diese vorbekannte Vorrichtung ist jedoch hinsichtlich der Unterbringung der Brennelemente und der Kreislaufvorrichtungen sehr aufwendig und zudem noch nicht hinreichend autark, um auch bei völligem Ausfall jeder äußeren Zufuhr die Temperatur der nuklearen Brennelemente hinreichend niedrig zu halten.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bis 6 definierten Art zu schaffen, die mit möglichst einfachen Mitteln eine zuverlässige und autarke Temperaturbegrenzung der Brennelemente sicherstellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruches 1.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente mit den eingangs genannten Merkmalen, die gekennzeichnet ist durch die Merkmale djs Patentanspruches 6.
Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für in Kernkraftwerken oder in zentralen Sammel- oder Aufbereitungsanlagen befindliche Brennelement-Zwischenlager, bei denen die von den noch strahlenden Brennelementen während des Abklingens der Kernspaltung freigesetzte, nicht unerhebliche Restwärme auf solche Weise abgeführt werden muß, daß zum Betrieb der Umwälz- und Wärmeabführvorrichtungen keine Hilfsenergie und keine sonstige Zufuhr von außen benötigt wird. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nun selbst bei Ausfall der gesamten äußeren
Energieversorgung auch ohne anlageneigenes Notstromaggregat zuverlässig sichergestellt werden, daß die Temperatur der gelagerten Brennelemente nicht unzulässig hoch ansteigt. Da alle Umwälz-, Wärmeabfuhr- und Hilfsvorrichtungen durch die von den Brennelementen abgegebene Wärme angetrieben werden, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung von jeder äußeren Energiezufuhr völlig unabhängig und stellt auch in extremen Not- und Krisensituationen sicher, daß die Temperatur der gelagerten Brennstoffelemente nicht über die zulässige Grenze ansteigt. Angesichts des einfachen Aufbaus der Vorrichtung und der erzielbaren Senkung der Betriebskosten eines nuklearen Zwischenlagers bieten sich auch wichtige wirtschaftliche Vorteile. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 und 7 bis 14 beschrieben. Als Kühlfluid wird vorzugsweise Ammoniak oder ein anderes bei niedrigen Temperaturen siedendes Medium verwendet.
Im folgenden wird eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. Diese zeigt eine schematische Darstellung eines Brennelemente-Zwischenlagers mit einem wassergefüllten Lagerbecken 5 zur Aufnahme einer Vielzahl von Brennelementen 6. In das Lagerbecken 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Verdampfer 2 eingehängt, der von über eine Kreislaufleitung umgewälztem Kühlfluid durchströmt wird. In der Kreislaufleitung ist eine das Kühlfluid in den Verdampfer 2 einführende Pumpe 1, eine Wärmekraftmaschine 3 und ein Kondensator 4 eingeschaltet. Die Pumpe 1 fördert das Kühlfluid durch den in das Lagerbecken 5 eingehängten Verdampfer 2. Das in diesem mindestens teilweise verdampfte Kühlfluid wird aus dem Verdampfer 2 einer nachgeschalteten Wärmekraftmaschine 3
J5 zugeführt, in welcher die aus dem Beckenwasser zur Verdampfung des Kühlfluids abgezogene Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Das aus der Wärmekraftmaschine 3 abströmende Kühlfluid wird dann im Kondensator 4 durch Wärmetausch mit
mi Außenluft kondensiert. Das flüssige Kühlfluid strömt dann zur Pumpe 1 zurück.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 Patentansprüche:
1. Verfahren zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente, bei welchem ein im Kreislauf durch den Lagerraum hindurchgeführtes Kühlfluid im Lagerraum mindestens teilweise verdampft und das daraus abströmende Kühlfluid außerhalb des Lagerraums durch Wärmetausch kondensiert wird, dadurch gekennzeich-io net, daß man:
DE2913520A 1979-04-04 1979-04-04 Verfahren und Vorrichtung zur Wärmeabführung aus einem Lagerraum zur Zwischenlagerung verbrauchter nuklearer Brennelemente Expired DE2913520C2 (de)

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