CH638335A5

CH638335A5 - Cooling pond for spent fuel elements of light water nuclear reactors

Info

Publication number: CH638335A5
Application number: CH445979A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Dr Kienle; Roland Kuehnel
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1983-09-15
Also published as: SE7907047L; ES483709A1; BE878491A; JPS5535298A; DE2837859A1; BR7904956A; FR2435108A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerbecken für abgebrannte Brennelemente von Leichtwasserkernreaktoren, das mit einem Kühlmittel gefüllt ist und mindestens ein fest auf dem Beckenboden stehendes, den ungehinderten Kühlmitteleintritt erlaubendes Brennelement-Lagergestell enthält. Solche Lagerbecken sind Stand der Technik und gehören praktisch zu jedem der bis heute ausgeführten Kernkraftwerke. Sie haben die Aufgabe, die abgebrannten Brennelemente gegenüber der Umgebung strahlenmässig abzuschirmen und ausserdem die noch am Anfang ziemlich erhebliche Nachzerfallswärme abzuführen. Die Wände dieser Lagerbecken bestehen daher aus massivem Beton, sie sind normalerweise mit Wasser gefüllt, dem zur Neutronenabsorption evtl. noch Borsäure zugemischt ist. The present invention relates to a storage pool for spent fuel elements of light-water nuclear reactors, which is filled with a coolant and contains at least one fuel storage rack that stands firmly on the pool floor and allows unimpeded coolant entry. Such reservoirs are state of the art and practically belong to each of the nuclear power plants that have been built to date. They have the task of shielding the spent fuel elements from the environment in terms of radiation and, moreover, of dissipating the post-decay heat, which was still considerable at the beginning. The walls of these storage tanks are therefore made of solid concrete, they are usually filled with water, which may have boric acid mixed in to absorb neutrons.

Die in diesen Becken zu lagernden Brennelemente müssen leicht auswechselbar sein, sie dürfen aber auch niemals eine kritische Anordnung bilden können. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Brennelemente in sogenannte Lagergestelle eingesetzt, in denen für jedes einzelne Brennelement ein schacht-förmiger Aufnahmeraum vorgesehen ist. Solche Lagergestelle sind für eine Vielzahl von Brennelementen eingerichtet, beispielsweise 64, in quadratischer Geometrie. The fuel assemblies to be stored in these pools must be easy to replace, but they must never be able to form a critical arrangement. For this purpose, the individual fuel assemblies are used in so-called storage racks, in which a shaft-shaped receiving space is provided for each individual fuel assembly. Such storage racks are set up for a large number of fuel assemblies, for example 64, in square geometry.

Um eine Vorstellung von der Grössenordnung eines Lagerbeckens zu geben, sei erwähnt, dass in einem solchen für einen 1300 MW Druckwasserreaktor 768 Brennelemente zeitweilig gelagert werden können, das bedeutet, dass ein solches Lagerbecken mit 12 Lagergestellen für je 64 Brennelemente ausgerüstet ist. Diese sind mit dem Boden über Füsse fest verbunden, damit das Beckenwasser als Kühlmittel von unten in die eingesetzten Brennelemente eintreten und diese infolge der Aufhei-zung nach oben durchströmen kann. In order to give an idea of the size of a storage pool, it should be mentioned that 768 fuel elements can be temporarily stored in a 1300 MW pressurized water reactor, which means that such a storage tank is equipped with 12 storage racks for 64 fuel elements each. These are firmly connected to the ground via feet so that the pool water can enter the fuel elements from below as a coolant and flow through them as a result of the heating.

Aus diesen kurzen Erläuterungen bezüglich der grossen Anzahl von Brennelementen ergibt sich, dass grosse Massen in einem derartigen Lagergestell eingesetzt sind. Der Aufbau solcher Lagergestelle bringt solange keine besonderen Probleme mit sich, als ein derartiges Lagerbecken in erdbebensicheren Zonen sich befindet, allerdings müssen auch für erdbebensichere Zonen recht oft Erdbebenstandnachweise geführt werden. Da jedoch Kernkraftwerke auch in erdbebengefährdeten Lagen errichtet werden müssen, ergibt sich die Aufgabe, nicht nur für das Kernkraftwerk selbst eine erdbebensichere Bauweise zu finden, sondern auch für das Lagerbecken und die darin eingesetzten Lagergestelle. From these brief explanations regarding the large number of fuel assemblies, it can be seen that large masses are used in such a storage rack. The construction of such storage racks does not pose any particular problems as long as such a storage basin is located in earthquake-proof zones, however earthquake-proof records also have to be carried out quite often for earthquake-proof zones. However, since nuclear power plants also have to be built in locations prone to earthquakes, the task arises not only of finding an earthquake-proof construction for the nuclear power plant itself, but also for the storage basin and the storage racks used therein.

Horizontale Erdbebenstösse führen zu Horizontalkräften, die folgendes bewirken: Horizontal earthquake shocks lead to horizontal forces that do the following:

- Im Fall fehlender Arretierung am Beckenboden verrutschen die Gestelle am Beckenboden und beschädigen sowohl die Auskleidung des Lagerbeckenbodens als auch jene der Seitenwände und beschädigen sich gegenseitig. - If there is no locking on the pool floor, the frames on the pool floor slip and damage both the lining of the pool floor and that of the side walls and damage each other.

- Im Fall einer Arretierung über Stehbolzen (derzeitige Auslegung) können die Gestelle abheben bzw. sogar kippen, es werden relativ grosse Kräfte in die Konstruktion der Gestelle eingeleitet und die Standsicherheit ist nicht mehr gewährleistet. - In the case of a locking via stud bolts (current design), the frames can lift or even tip, relatively large forces are introduced into the construction of the frames and stability is no longer guaranteed.

- Im Fall der vollkommenen festen Verschraubung mit dem Lagerbeckenboden werden die auftretenden und in die Konstruktion einzuleitenden Kräfte noch grösser. - In the case of a completely tight screw connection to the bottom of the storage pool, the forces that occur and are to be introduced into the construction become even greater.

Eine entsprechende stabile Ausführungsform der Lagergestelle wäre wohl denkbar, jedoch ist sie mit einem hohen Materialaufwand verbunden, ganz abgesehen davon, dass bei einer besonders stabilen Verankerung im Boden des Lagerbeckens der Kühlmitteleintritt in die einzelnen gelagerten Brennelemente behindert würde. A correspondingly stable embodiment of the storage racks would be conceivable, but it is associated with a high outlay on materials, quite apart from the fact that the particularly cool anchoring in the bottom of the storage basin would prevent the coolant from entering the individual stored fuel elements.

Es stellte sich daher die Aufgabe, diese Schwierigkeit durch einen speziellen konstruktiven Aufbau der BE-Gestelle im. Lagerbecken zu vermeiden, gleichzeitig aber auch während des Normalbetriebes keine besonderen Spannungen in das gesamte Lagerbecken einzubringen. It was therefore the task to overcome this difficulty through a special constructive structure of the BE frames in the. Avoid storage basins, but at the same time do not introduce any particular stresses into the entire storage basin even during normal operation.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object was achieved by

dass das Brennelementlagergestell in der Nähe seines oberen Randes mit der Lagerbeckenwand über horizontale Abstützelemente verbunden ist, die gegenüber stossartigen Horizontalkräften als starre Körper wirken, gegenüber sich langsam verändernden Belastungskräften dagegen in ihrer axialen Länge nachgeben. Vorzugsweise bestehen die Stützelemente aus Kolben und Zylindern, wobei der vom Kolben abgeschlossene, mit Kühlmittel gefüllte Zylinderraum über eine in ihrer Länge einstellbare dünne Rohrleitung oder Kapillare mit dem Beckenraum in Verbindung steht. Die Stützelemente sind dabei gelenkig und kraftschlüssig mit dem Lagergestell einerseits sowie der Beckenwand anderseits verbunden. Für den Fall, dass in einem Lagerbecken mehrere untergebracht sind, ist es vorteilhaft, that the fuel assembly storage rack near its upper edge is connected to the storage pool wall via horizontal support elements, which act as rigid bodies against impact-like horizontal forces, but give way in their axial length to slowly changing load forces. The support elements preferably consist of pistons and cylinders, the cylinder space, which is closed off by the piston and filled with coolant, being connected to the pool space via a thin pipe or capillary which is adjustable in length. The support elements are articulated and non-positively connected to the storage rack on the one hand and the pool wall on the other. In the event that several are accommodated in one storage pool, it is advantageous

diese Stützelemente auch zwischen den einzelnen Lagergestellen anzuordnen. to arrange these support elements between the individual storage racks.

Zur näheren Erläuterung dieser Erfindung sei auf die beiliegende Fig. 1 und 2 verwiesen. Fig. 1 zeigt die Lage eines Lagergestelles in einem Ausschnitt des Brennelementbeckens, For a more detailed explanation of this invention, reference is made to the accompanying FIGS. 1 and 2. 1 shows the position of a storage rack in a section of the fuel pool,

woraus die Anordnung eines Abstützelementes zu ersehen ist. Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines derartigen Abstützelementes. from which the arrangement of a support element can be seen. Fig. 2 shows the schematic structure of such a support element.

Das Brennelementlagerbecken ist in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellt und trägt das Bezugszeichen 1. Darin eingesetzt befindet sich ein Lagergestell 2, das mit seiner Bodenstruktur 21 über Füsse 22 mit dem Lagerbeckenboden verbunden ist. Innerhalb des Lagergestelles 2 befinden sich Brennelemente 3. The fuel assembly storage pool is shown in detail in FIG. 1 and bears the reference number 1. Inserted therein is a storage rack 2, which is connected with its base structure 21 via feet 22 to the storage pool floor. Fuel elements 3 are located within the storage rack 2.

Das Lagergestell 2 kann, wie dargestellt, als Gerüst aus Profilteilen mit einer oberen und unteren Gitterplatte aufgebaut sein. The storage rack 2 can, as shown, be constructed as a scaffold from profile parts with an upper and lower grid plate.

An der oberen Gitterplatte 23 sind nun erfindungsgemäss Abstützelemente 4 gelenkig befestigt. Eine ähnliche Befestigung ist an der Beckenwand selbst vorgesehen. According to the invention, support elements 4 are now articulated to the upper grid plate 23. A similar attachment is provided on the pool wall itself.

Die Abstützelemente bestehen im wesentlichen aus einem Zylinder 41, in dem ein abdichtender Kolben 42 gleitend gelagert ist. Am Ende der Kolbenstange ist eine Ringöse 43 zur gelenkigen Befestigung an der Gitterplatte 23 des Lagergestelles vorgesehen. Die am Zylinder 41 angeordnete Ringöse 44 dient zur gelenkigen Befestigung an der Beckenwand. Als Verbin2 The support elements essentially consist of a cylinder 41 in which a sealing piston 42 is slidably mounted. At the end of the piston rod, an eyelet 43 is provided for articulated attachment to the grid plate 23 of the storage rack. The ring eyelet 44 arranged on the cylinder 41 is used for articulated attachment to the pool wall. As Verbin2

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

638 335 638 335

dung zwischen dem abgeschlossenen Zylinderraum 46 nach aussen ist eine dünne Rohrleitung 45 vorgesehen, deren Strömungswiderstand durch entsprechende Dimensionierung, also zum Beispiel Innendurchmesser und/oder Länge, eingestellt werden kann. Diese Verbindung könnte selbstverständlich auch im Kolben 42 eingebaut sein. A thin pipe 45 is provided between the closed cylinder space 46 to the outside, the flow resistance of which can be adjusted by appropriate dimensioning, that is to say for example the inside diameter and / or length. This connection could of course also be installed in the piston 42.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist so, dass kurz dauernde kräftige Stösse durch diese Abstützung aufgefangen werden, da das im Innenraum 46 befindliche Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, nicht rasch genug durch die Kapillare 45 nach aussen entweichen kann. Treten dagegen langsame Veränderungen, wie zum Beispiel Temperaturdehnungen auf, so stellt sich automatisch der Abstand zwischen den beiden Gelenken The operation of this device is such that short, strong impacts are absorbed by this support, since the coolant located in the interior 46, for example water, cannot escape to the outside quickly enough through the capillary 45. If, on the other hand, slow changes, such as temperature expansion, occur, the distance between the two joints is automatically set

43 und 44 nach, da das Kühlmittel im Raum 46 genügend Zeit hat, durch die Kapillare 45 einen entsprechenden Ausgleich für die Lage Veränderung des Kolbens 42 zu erlauben. Durch die gelenkige Befestigung des Abstützelementes am Lagergestell 5 einerseits und an der Beckenwand anderseits wird die Entstehung von Spannungen in den beteiligten Bauteilen weitestgehend verhindert. 43 and 44, since the coolant in the space 46 has sufficient time to allow a corresponding compensation for the position change of the piston 42 through the capillary 45. The articulated fastening of the support element on the storage rack 5 on the one hand and on the pool wall on the other hand largely prevents the development of stresses in the components involved.

Wie bereits eingangs erwähnt, können durch diese Abstütz-konstruktion die Lagergestelle sozusagen in Leichtbauweise 10 erstellt werden und trotzdem die im Falle von Erdbeben auftretenden ausserordentlich hohen horizontalen Kräfte ohne Beschädigung aufnehmen. As already mentioned at the beginning, this support construction allows the storage racks to be built in a lightweight construction 10, so to speak, and yet absorb the extraordinarily high horizontal forces which occur in the event of earthquakes without damage.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

638 335 PATENT CLAIMS

1. Storage pool for spent fuel elements of light water nuclear reactors, which is filled with a coolant and contains at least one fuel storage rack that is standing firmly on the ground and allows unhindered coolant entry, characterized in that xlass overlays the fuel storage rack (2) near its upper edge with the storage pool wall horizontal support elements (4) is connected, which act as a rigid body with respect to impact-like horizontal forces, but give way in terms of their axial length to slowly changing load forces.

2. Storage basin according to claim 1, characterized in that the supporting elements (4) consist of a piston (42) guided in a cylinder (41) and the cylinder chamber (46) closed by the piston (42) and filled with coolant via an in The length of the adjustable thin pipe (45) or capillary is connected to the pool area and the support elements (4) are connected in an articulated and non-positive manner to the storage rack (2) on the one hand and the pool wall (1) on the other.

3. Storage basin according to claim 1 and 2, characterized in that the support elements (4) not only opposite the pool wall (1), but are also arranged between them in the case of several storage racks (2).