DE2929467A1

DE2929467A1 - Trockenlager fuer abgebrannte brennelemente

Info

Publication number: DE2929467A1
Application number: DE19792929467
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Bokelmann; Klaus Gebke; Roland Kuehnel; Magnus Scholz; Mariana Dipl Ing Schueler
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-20
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1981-01-22
Also published as: US4366114A; FI801624A7; BR8004418A; ES493531A0; ES8301051A1; DE2929467C2

Description

KRAFTWERK UNION AKTISNGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 79 P 9 3 3 3 BRD

Trockcnlager IUx abgebrannte Brennelsacnte

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trockenlager für abgebrannte Brennelemente von Kernreaktoren, die in gasdichten Lagerbüchsen eingeschlossen sind. Beim Betrieb -νότα Kernkraftwerken, Torzugsweise solchen, die mit Leichtwasserreaktoren ausgerüstet sind, besteht die Notwendigkeit, die in den Lagerbecken des Reaktorgebäudes zwischengelagerten Brennelemente nach einer längeren Abklingzeit auszulagern, wenn diese Becken gefüllt sind. Dies ist notwendig, um für den nächsten Brennelement wechsel, der normalerweise jährlich einaal erfolgt, neue Lagerplätze zu schaffen oder die Brennelemente für eine spätere Wiederaufarbeitung bereitzuhalten. Sollten hier Engpässe entstehen, so ist dabei der Betrieb von Kernkraftwerken gefährdet. Hieraus ist

Mü 2 Ant / 10.7.1979

03006A/0528

- i - VPA79P9333BRD

zu erkennen, daß der Möglichkeit einer Lagerung von abgebrannten Brennelementen außerhalb des Gebäudes eine immer vordringlicher werdende Bedeutung zukommt.

Es sind bereits Lagergebäude vorgeschlagen worden, bei denen die Brennelemente in mit Wasser gefüllten Becken gelagert werden. Dazu sind aufwendige Systeme zur Kühlung und Reinigung des Beckenwassers zwecks Abführung der Nachzerfallswärme erforderlich. Auch der Kühlwasserbedarf muß sichergestellt werden. Es sind weiterhin Entwürfe bekannt, die sich mit der trockenen Einlagerung von Brennelementen befassen. Diese sind sämtlich prinzipieller Art und umfassen z.B. nicht die für solche Anlagen nötigen sicherheitstechnischen Einrichtungen. In diesem Zusammenhang sei insbesondere auf die in den deutschen Offenlegungsschriften 27 53 034 und 28 23 enthaltenen Vorschläge verwiesen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Brennelementlagerkonzeption zu finden, bei der auch sämtliche hand habungstechnischen und sicherheitstechnischen Einrichtungen mit integriert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trockenlager aus einem gegen Einwirkungen von außen (Eva) gesicherten Gebäude besteht, das Einrichtungen zur fernbedienten Entnahme der in Transportbehältern angelieferten Brennelemente sowie zum Einschließen dieser Brennelemente in gasdichte Lager-

03006A/0528

- f- ' VPA₇₉P 9333 BRD

büchsen unter Ausfüllung des Leervolumens derselben mit wärmeleitenden Stoffen oder Gasen enthält und einen oder mehrere Lagerräume mit Lagergestellen zum horizontalen Stapeln der Brennelementbüchsen mit Hilfe eines in Koordinaten verfahrbaren Transportgerätes besitzt, in denen durch in den Außenwänden angebrachte Wärmeableiteinrichtungen eine natürliche Luftumwälzung vorgesehen ist. Diese Wärmeableiteinrichtungen, die in an sich bekannter Weise aus Wärmerohren bestehen können, sind dabei mehrfach redundant vorgesehen und werden außerhalb des Gebäudes durch Naturzug gekühlt. Auch innerhalb des Gebäudes sind für den Fall des teilweisen Ausfalles diese Wärmeableiteinrichtungen zur Aufrechterhaltung der Luftumwälzung über die noch Intakten tfärmeleiteinrichtungen abschließbare Luftführungskanäle in der Boden- und Deckenregion vorgesehen.

Ein mögliches Konstruktionsbe.tspiel für ein derartiges Trockenlager ist in den BMg. 1-3 näher dargestellt, wobei Fig. 1 eir>en Horizontalschnitt durch das Lagergebäude in Höhe des ersten Obergeschosses und die Fig. 2 und 3 Yertikalachnitte entlang der Linien II-II und III-III von Fig. 1 zeigen. Der Aufbau dieses Lagergebäudes wird nun mit Hilfe der Bewegung eines eingelieferten Brennelementes über verschiedene vorbereitende Stationen bis zum eigentlichen Trockenlager beschrieben.

030064/0528

VPA₇₉P 9333 BRD

Das über Schienen oder Straße ankommende einzulagernde Brennelement befindet sich in einem Transportbehälter 1 und wird über die Eingangsschleuse 2 in das Gebäude eingebracht. Mittels einer Krananlage 3 wird der Transportbehälter 2 aufgerichtet und durch eine Schleusenöffnung 4 auf die Bedienungsebene 41 gehoben. Anschließend wird der Behälter durch eine öffnung 5 dieser Bedienungsebene 41 in einen hängenden Transportwagen 6 eingesetzt. Dieser fährt sodann in die Entladeposition 7 unter die Entladezelle 8. Dort wird zunächst der Deckel des Transportbehälters 1 geöffnet - evtl.

erst nach zusätzlicher Abkühlung desselben bzw. Druckentlastung des Innenraumes - und der Inhalt in Gestalt eines oder mehrerer Brennelemente 9 mittels nicht dargestellter maschineller Einrichtungen entnommen. Der nun- mehr leere Transportbehälter 1 wird dann auf dem gleichen Wege zurücktransportiert und nach evtl. Dekontamination in einer speziellen Dekontaminationseinrichtung 10 nach Verlassen der Eingangsschleuse 2 wieder auf sein Transportmittel verladen.

Da die Brennelemente auf ihrer Außenseite kontaminiert sein können und evtl. auch leichte Schäden aufweisen, werden sie vor ihrer Lagerung in Büchsen 12 luftdicht verpackt. Biese werden dem Büchsenlager 11 entnommen und in den Stationen 13 in die darunter fahrenden Transporteinrichtungen 14 eingesetzt. Diese fahren sodann mit den eingesetzten Büchsen 12 in die Stationen

030064/0528

- p- VPA 79 P 9 3 3 3 BRD

der Entladezelle 8, wo die Brennelemente 9 in die Büchsen 12 eingesetzt werden. Der Leerraum in den Büchsen wird dabei zweckmäßigerweise mit einem wärmeleitenden Granulat wie z.B. Grafit, dem auch Absorbermaterial beigegeben sein kann, oder mit einem Gas gefüllt. Anschließend werden die Büchsen in dieser Station gasdicht verschlossen und auf ihre Dichtigkeit nach an sich bekannten Methoden geprüft. Nach diesem Arbeitsgang werden die Büchsen 12 mit den eingeschlossenen Brennelementen in die Entladezelle 8 gehoben und auf einen Rollgang 16 gelegt, mit dessen Hilfe sie in den eigentlicher Lagerraum 17 ausgeschleust werden. Hier übernimmt eine horizontal und vertikal, also in Koordinaten verfahrbare Transporteinrichtung 18 die Büchsen und legt sie in der jeweiligen Lagerpoaition der Lagergestelle 19 ab. Diese Lagergestelle sind so aufgebaut, daß sie einen nur oben und unten offenen Block bilden, so daß die eich aus den Brennelementen entwickelnde Wärme über die Büchsen der Umluft mitteilt, die nun durch den Block der Lagergestelle 19 in den freien Raum nach oben aufsteigt. Aus diesem freien Raum 20 strömt die Luft in die Zwischenräume zwischen der Gebäudewand und dem Lagerblock 21 wieder nach unten, wobei sie die aus den Brennelementen aufgenommene Wärme an die in diesen Raum 21 hineinragenden Wärmerohre 22 abführt. Diese Wärmerohre durchdringen die Wände des Lagergebäudes und geben die aufgenommene Wärme an die Umluft außerhalb desselben ab. Die im Raum 21 abgekühlte Innen-

030064/0528

- g-

VPA 79 P 9 3 3 3 BRD

luft strömt anschließend im natürlichen Kreislauf wieder durch die Lagergestelle und führt somit die Nachzerfallswärme der Brennelemente ab, ohne daß dazu zusätzliche Energie aufgewendet werden müßte. Anstelle der Wärmerohre könnten selbstverständlich auch Wärmetauscher mit einem geschlossenen thermischen FlUssigkeitsunwälzsystem bzw. einem Verdampfungs- und Kondensationssystem mit innerhalb und außerhalb der Gebäudewand angeordneten Wärmetauscherflächen vorgesehen sein.

Für den Fall eines teilweisen Ausfalles von Wärmeableiteinrichtungen 21, seien es nun Wärmerohre oder Wärmetauscher, sind zur Aufrechterhaltung der Luftumwälzung über die noch intakten Wärmeleiteinrichtungen Luftführungskanäle 23 und 24 in der Boden- und Deckenregion der Lagerräume 17 vorgesehen, die normalerweise durch Klappen verschlossen sind. Je nach der im Schadensfall benötigten Umwälzrichtung werden diese Klappen dann geöffnet, um die Luftumwälzung im gesamten Lagerraum sicherzustellen. Dies ist möglich, da die Wärmeableiteinrichtungen 22 in redundanter Weise überdimensioniert Bind.

Das gesamte Lagergebäude ist dabei derartig stabil aufgebaut, daß es auch größten Belastungen von außerhalb, etwa z.B. einem Flugzeugabsturz, standhalten kann. Ähnlich wie bei Kernkraftwerken ist auch eine doppelte Betonummantelung möglich bzw. eine ganz oder teilweise unterirdische Bauweise. Bei letzterer wäre es dann lediglieh notwendig, die wärmeableitenden Einrichtungen in das

030064/0528

-3-

-^- VPA 79 P 9 33 3 BRD

Innere von Luftabzugskaminen einzubauen, wie sie im Prinzip bereits auch in car DE--OS 28 23 376 vorgeschlagen worden sind.

Abschließend sei erwähnt, daß die Lagerbüchsen den jeweils aufzunehmenden Brennelementen entsprechend dimensioniert sind. So könnten beispielsweise auch kugelförmige Brennelemente, wie sie für gasgekühlte Kernreaktoren Verwendung finden, darin in einer Grafitschüttung untergebracht worden oder auch Glaszylinder, wie sie bei der Konditionierung hochaktiver Abfälle aus der Wiederaufarbeitung entstehen. Durch die Art der Verpackung in luftdichten Büchsen ist dabei eine Kontamination des eigentlichen Lagerraumes praktisch ausgeschlossen, die wärmeableit3mden Einrichtungen stellen aufgrund ihrer bekannten Konstruktion außerdem einen doppelten Abschluß nach außen dar, 30 daß auch von dieser Seite eine Kontamination der Umgebung mit Sicherheit ausgeschlosser), v/erden kann. Wenn es auch selbstverständlich ist, 30 sei trotzdem nochmals darauf hingewiesen, daß die lagerung der Brennelemente geometrisch so vorgesehen ist, daß keine kritische Masse entstehen kann. Dies wird ebenfalls in bekanntar Weise zusätzlich noch dadurch sichergestellt, daß in ausreichendem Maße neutronenabsoibiererida Materialien Verwendung finden, einmal für die Lagergestelle selbst und zum anderen auch für die wärsieableitende Füllung der Brennelementbüchsen .

5 Patentanspruchs
3 Figuren

030064/0528

Claims

- S- VPA 79 P 9 3 3 3 BRD Patentansprüche

1. Trockenlager für abgebrannte Brennelemente von Kernreaktoren, die in gasdichten Lagerbüchsen eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem gegen Einwirkungen von außen gesicherten Gebäude besteht,das Einrichtungen zur fernbedienten Entnahme der in Transportbehältern (1) angelieferten Brennelemente (9) sowie zum Einschließen dieser Brennelemente (9) in gasdichte Lagerbüchsen (12) unter Ausfüllung des Leervolumens derselben mit wärmeleitenden Stoffen oder Gasen enthält und einezi oder mehrere Lagerräume (17) mit Lagergestellen (19) zum horizontalen Stapeln der Brennelementbüchsen (12) mit Hilfe eines in Koordinaten verfahrbaren Transportgerätes (18) besitzt, in denen durch in den Außenwänden angebrachte Wärmeableiteinricbtvingen (22) eine natürliche Luftumwälzung vorgesehen ist.

2. Trockenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmeableiteinrichtungen (22) mehrfach redundant vorgesehen sind und außerhalb des Gebäudes durch Naturzug gekühlt werden.

3. Trockenlager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableiteinrichtungen (22) aus Wärmerohren bestehen.

030064/0528 ORIGINAL INSPECTED

-2- VPA79P9333 BRD

4. Trockenlager nach den Ansprüchen 1 und 2 , d a durch gekennzeichnet, daß die Wärmeableiteinrichtungen (22) aus Wärmetauschern mit einem geschlossenen thermischen Flüssigkeitsumwälzsystem bzw. einem Verdampfungs- und Kondensationssystem bestehen.

5. Trockenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für den Fall eines tellweisen Ausfalles von Wärmeableiteinrichtungen (22) zur Aufrechterhaltung der Luftumwälzung über die noch intakten Wärmeleiteinrichtungen abschließbare Luftführungskanäle (23 und 24) in der Beden- und Deckenregion der Lagerräume (17) vorgesehen sind.

Q30064/0528