CH664414A5 - Lagerhalle fuer mit waermeerzeugendem radioaktivem material gefuellte behaelter und lagerhalle mit solchen behaeltern. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Lagerhalle für mit wärmeerzeugendem radioaktivem Material gefüllte Behälter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie eine Lagerhalle mit solchen Behältern gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Eine Halle dieser Art ist aus «Nuclear Engineering International», Oktober 1980, S. 53 ff, - «Transport casks help solve spent fuel interim Storage problems» - bekannt. Wie aus der Abbildung auf Seite 56 hervorgeht, sind die Hallen-längswandungen als Belüftungswandungen ausgebildet, so dass von beiden Hallenlängsseiten Kühlluftströme zwischen die Behälterreihen eintreten und in der Hallenmitte zusammentreffen und dort umgelenkt werden. Die Hauptströmung erfolgt längs der aus der oberen Figur auf Seite 56 ersichtlichen Quertransportgänge von den Belüftungswandungen zur Hallenmitte hin. Die zwischen den Quertransportgängen und in der Nähe der Hallenmittelachse angeordneten Behälter werden nach Umlenkung der Bodenströmungen in Richtung zu den Belüftungswandungen hin angeströmt. Behälter sind in der mittigen Umlenkzone nicht aufgestellt, um die Umlenkung der Bodenströmungen in auf die Belüftungswandungen zugerichtete Rückströmungen nicht zu beeinträchtigen. Aus diesem Grunde wurde die mittige Umlenkzone als Längstransportgang benutzt. Diese durch die Luftführung bedingte Anordnung führt zu einer gewissen Strahlenbelastung des in der Lagerhalle tätigen Betriebspersonals. Die kontinuierliche Überwachung der Behälter erfordert die Aufstellung von leittechnischen Geräten und Kabeln in der Lagerhalle. Diese wartungsintensiven Komponenten können aber nur an der Innenseite der Belüftungswandungen angebracht werden. Bei der bekannten Anordnung liegen diese Komponenten somit relativ nahe an den Behältern.

Bei der bekannten Anordnung sind die Einlässe für die Kühlluft mit Wetterschutzjalousien versehen. Am Austritt der Kühlluft in das Lager ergibt sich aufgrund des Coanda-Effekts eine ausgeprägte Bodenströmung mit einem hohen Strahlimpuls zur Hallenmitte hin. Wie bereits erwähnt, treffen im Bereich der Mittelachse der Lagerhalle die durch die Belüftungswandungen eintretenden Luftströmungen zusammen und werden in Höhe des oberen Bereiches der Behälter umgelenkt. Die umgelenkte Luft strömt in etwa gleicher Höhe mit abnehmenden Volumina und Strömungsgeschwindigkeiten zurück zu der Innenseite der Belüftungswände und wird im Bereich des Einlasses von dem noch nicht erwärmten eintretenden Kühlluftstrom angesaugt. Unmittelbar an der Belüftungswandung im Bereich des Kühlluftaustritts wird zusätzlich erwärmte Luft aus dem Lagerhallenbereich oberhalb der Behälter in diese Grundströmung eingesaugt. Diese Einflüsse führen zu einer unerwünschten Anhe-bung der Temperatur, mit dem die Kühlluft die Behälter anströmt, und somit zu einer Verkleinerung der konvektiven Wärmeübertragung von den Behältern auf die Kühlluft im Vergleich zu einer freien Anströmung ohne Umlenkung in der Hallenmitte.

Schliesslich ist bei der bekannten Lagerhalle das Dach bezüglich der Hallenmitte geneigt und es sind die Luftaustrittsöffnungen gleichmässig über das Lagerhallendach verteilt. Diese Abluftauslässe berücksichtigen in ihrer Ausführungsform die Abschirmwirkung des Lagerhallendaches gegen Sky-Shine-Strahlung sowie den notwendigen Schutz

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der Behältergegen Witterungseinflüsse. Die gleichmässige Verteilung der Kühlluftauslässe und ihre Konstruktion führt zu einer aufwendigen bautechnischen Ausgestaltung des Lagerhallendaches.

Weiterhin ist aus der DE-Zeitschrift: Atomenergie. Kerntechnik, Bd. 35 (1980), Seiten 111-122, insbesondere Seiten 115-117 mit Abbildungen 11,14,15 und 17, eine Lagerhalle für die Trockenlagerung verglaster hochradioaktiver Abfälle bekannt, bei der die Glasblöcke in ein Lagergestell eingebracht werden, das nicht auf dem Hallenboden aufsitzt, sondern mit Abstand von dem Hallenboden angeordnet ist. Es wird eine Kühlströmung angestrebt, die sich parallel zu den Mantelflächen der Glasblöcke erstreckt. Um dies zu erreichen, öfffnen sich die Kühlluftauslässe in einen unterhalb des Lagergestells ausgebildeten Zuluftkessel, aus dem die Luft nach oben in die Aufnahmeräume des Lagergestells strömt. Da ein geschlossenes Lagergestell und somit kein Transportgang vorhanden ist, erfolgt ein Transport der Glasblöcke oberhalb des Lagergestells.

Auch bei dieser Lagerhalle sind in zwei gegenüberliegenden Hallenwandungen oberhalb des Hallenbodens Kühllufteinlässe vorgesehen, in denen Gitter angeordnet sind, die ein Eindringen verhindern sollen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagerhalle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Effektivität des konvektiven Wärmeübergangs erhöht und der Strahlenschutz verbessert wird.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist hinsichtlich der Halle Gegenstand des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Halle mit den Behältern Gegenstand des Anspruchs 2.

Durch die Aufteilung des Kühlluftstroms in mindestens zwei übereinanderliegende Teilströme wird eine gleichmässige Beaufschlagung der Behälter mit der von den oberhalb des Hallenbodens liegenden Kühllufteinlässen herangeführten Luft erreicht, wodurch eine Vergrösserung der Grenzschichtdicke des eintretenden Luftstrahls bei gleichzeitiger Verminderung der Eintrittsgeschwindigkeit in der Nähe des Hallenbodens erreicht wird. Bei diesem Strömungsverlauf werden die Behälter über ihre Höhe gleichmässiger angeströmt und Rückströmungen und Rückmischungen durch verkleinerte Eintrittsgeschwindigkeiten vermindert. Insbesondere bei Aufbau des Einbaus durch sich quer zur Strömungsrichtung erstreckende gekrümmte Luftleitbleche wird kein spezifischer Druckabfall erzeugt.

Da nur eine Hallenwandung als Belüftungswandung ausgebildet ist und der Längstransportgang an die gegenüberliegende Hallen wandung gelegt ist, übernimmt der an die nicht zur Belüftung beitragende Hallenwandung verlegte Längstransportgang die Funktion einer Umlenkzone, in der der aus den Behälterreihen austretende Kühlluftstrom zum Dach hin umgelenkt wird. Durch den nicht mittigen, an der Lagerhallenwandung ohne Kühllufteinlässe und -auslässe befindlichen Längstransportgang der Lagerhalle ergeben sich im betrieblichen Ablauf Vorteile für den Strahlungsschutz. Die wartungsintensiven leittechnischen Einrichtungen zur Behälterüberwachung können an der nicht mit Luftauslässen versehenen Hallenwandung entlang des Transportgangs angeordnet werden. Durch den erhöhten Abstand zu den Lagerbehältern tritt bei den notwendigen Wartungsarbeiten eine geringere Strahlenbelastung des Wartungspersonals auf. Darüber hinaus wird die Aufstellung von mobilen Abschirmungen erleichtert. Ausserdem bietet die Verlegung des Längstransportgangs an die nicht als Belüftungswandung ausgebildete Hallenwandung den Vorteil, dass bei einer Hanglage des Lagerhallengrundstücks durch die direkte Einbaumöglichkeit der Lagerhalle in den Hang eine Platzersparnis entsteht, wobei die Belüftungswand auf der Talseite

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angeordnet ist. Eine Anordnung der aus der DÉ-Zeitschrift bekannten Lagerhalle in einer Hanglage bietet gewisse Schwierigkeiten; insbesondere kann der freie Lufteintritt in die oberhalb des Hallenbodens gelegenen Kühllufteinlässe behindert werden. Darüber hinaus wären die in einer berg-seitigen Hallenwandung angeordneten Lufteinlässe gegenüber Einwirkungen Dritter gefährdet.

Um sicherzustellen, dass bei sehr breiten Lagerhallen die Luft den randständigen Transportgang erreicht, ist es zweckmässig, die Lagerhalle nach den Merkmalen des Anspruchs 5 zu gestalten. Die bodennahe untere Luftströmung mit höherer Austrittsgeschwindigkeit gewährleistet die notwendige Eindringtiefe, während die oberhalb der Bodenströmung liegenden Luftströmungen mit der niedrigeren Geschwindigkeit der strömungstechnischen Abschirmung der Bodenströmung gegenüber dem oberhalb der Behälter liegenden Lagerhallenvolumen dienen.

Die bekannte Lagerhalle und die erfindungsgemässen Ausgestaltungen sollen nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bekannte Lagerhalle,

Fig. 2 einen Teilgrundriss in Blickrichtung der Pfeile II - II in Figur 1,

Fig. 3 einen Querschnitt vergleichbar Figur 1 durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Lagerhalle, wobei im Bereich der Behälter die Luftströmung ohne Einbau im Kühlluftaustritt in durchgezogenen Linien und die Strömung mit einem Einbau gemäss Figur 5 punktiert dargestellt ist,

Fig. 4 einen vergrösserten Teilschnitt vergleichbar Figur 3 mit einem Einbau zur Vergleichmässigung der Beaufschlagung des Luftaustrittsquerschnittes und

Fig. 5 einen Teilschnitt vergleichbar Figur 3 mit einem Einbau zur Aufteilung in Teilluftströme unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Gemäss Figuren 1 und 2 weist die bekannte Lagerhalle zwei gegenüberliegende Belüftungswandungen 1 und 2,

einen Boden 3 und ein Dach 4 auf ; hinzu kommen zwei nicht gezeigte Stirnwände. In den Wandungen sind oberhalb des Bodens liegende Kühllufteinlässe 5 ausgebildet, in denen Wetterschutzjalousien 6 angeordnet sind, die ein Eindringen von Schnee und Regen in die den Kühllufteinlässen 5 nachgeschalteten Luftführungskanäle 7 verhindern. Am unteren Ende der Luftführungskanäle 7 sind Kühlluftauslässe 8 ausgebildet, indem zum Beispiel die Begrenzungswände der Luftführungskanäle 7 nicht bis zum Hallenboden heruntergezogen sind.

Im Hallendach 4 sind gegen Witterungseinflüsse und Sky-Shine-Strahlung geschützte Abluftauslässe 9 ausgebildet. In der Halle ist eine Vielzahl von Behältern 10 für radioaktives Material in Reihen angeordnet, die Wärme an die Umgebungsluft abgeben. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Behälter gruppenweise zu beiden Seiten eines Längstransportganges 11 derart angeordnet, dass zwischen den Behältern noch Quertransportgänge 12 verbleiben.

Kühlluft KL wird mittels eines durch freie Konvektions-strömung entstehenden Druckgefälles über die senkrechten Luftführungskanäle 7 zu den Kühlluftauslässen 8 geführt. Die Kühlluft umströmt die Behälter in der in den Figuren 1 und 2 angegebenen Weise, wobei Wärme von den Behältern auf die Luft übertragen wird. Die erwärmte Luft steigt aufgrund ihrer niedrigeren spezifischen Dichte zum Lagerhallendach auf und strömt als Abluft AL durch die Abluftauslässe 9 ab. Die durch die Belüftungswandung 1 in die Halle eintretende Kühlluft strömt aufgrund des Coanda-Effekts entlang des Bodens bis zum Längstransportgang 11 und trifft

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dort mit der durch die Belüftungswandung 2 eintretenden Kühlluft zusammen. Die Luftströme werden - wie Modellversuche ergeben haben - in der in der Figur 1 gezeigten Weise umgelenkt und strömen in etwa gleicher Höhe mit abnehmenden Volumina und abnehmenden Strömungsgeschwindigkeiten (Pfeile RS) zurück zu der Belüftungswandung, durch die die Luft eingetreten ist. Wie die Pfeile RM 1 und Rm 2 in der Abbildung 1 anzeigen, wird im Bereich des Längstransportganges (mittige Umlenkzone) und nahe der Hallenwandungen, die natürlich auch für eine gewisse Abschirmwirkung ausgelegt sind, erwärmte Luft aus dem oberhalb der Behälter liegenden Hallenvolumen in die Kühlströmung eingemischt, d.h. bereits durch Wärmeübergang erwärmte Luft wird in den Bereich der zu kühlenden Behälter zurückgeführt. Aus der Figur 2 wird ersichtlich,

dass die Hauptbodenströmung zum Längstransportgang 11 hin in den Quertransportgängen 12 erfolgt.

Bei der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Lagerhalle steht der Belüftungswandung 1 eine Hallenwandung 13 gegenüber, in der keine Kühllufteinlässe vorgesehen sind. In Abweichung vom Dach 4 mit den gleichmässig verteilten Abluftauslässen 9 ist ein ununterbrochenes Flachdach 14 vorgesehen. In der Hallenwandung 13 sind Abluftauslässe 15 ausgebildet, vor denen jeweils eine überhöhte Schutzwand 16 angeordnet ist.

In der Halle sind die Behälter unter Verlegung des Längstransportganges 17 direkt an die Wandung 13 und unter Beibehaltung von Quertransportgängen 12 in durchgehenden Querreihen angeordnet. Wie aus den ausgezogenen Strömungslinien ersichtlich ist, wird das Einsaugen erwärmter Kühlluft in der Umlenkzone in den Bereich der Behälter 10 verringert. Zwischen den Behältern aufsteigende erwärmte Luft strömt über die Abluftauslässe 15 ab (ausgezogene Linien).

Die ausserhalb der Halle dargestellten Pfeile WL zeigen, dass unabhängig von der Anströmrichtung des Windes eine Sogwirkung an den Abluftauslässen 15 aufgebaut wird. - Wie bereits erwähnt, können die Abluftöffnungen 15 auch in Wandung 1 angeordnet sein öderes können Abluftöffnungen im Dach 14 vorgesehen sein. - Bevorzugt wird jedoch die eine Ausführungsform mit randständigen Abluftauslässen und unter diesen wieder die in der Figur 3 gezeigte Ausführungsform. Selbstverständlich muss bei nur einer Belüftungswand dafür Sorge getragen werden, dass Kühlluft in für die

Abfuhr der Nachzerfallswärme ausreichender Menge durch die eine Wandung zugeführt wird.

Um eine Rückmischung von Strömungen RM 2 zu verringern bzw. ganz zu vermeiden ist bei der Figur 4 ein strö-s mungstechnischer Einbau 27 bestehend aus die Umlenkebene bestimmenden Luftleitblechhaltern 18 und mehreren gekrümmten Luftleitblechen 19 vorgesehen. Der Einbau 27 sorgt für eine gleichmässige Beaufschlagung des Austrittsquerschnittes des Kühlluftauslasses 8 und damit für eine io gleichmässigere Anströmung der Behälter über ihre Höhe und vermindert durch verkleinerte Eintrittsgeschwindigkeiten die Rückmischung erwärmter Luft aus dem oberen Hallenbereich nahe der Wandungen und verkleinert bei Verwendung des Einbaus in einer bekannten Trockenlagerhalle 15 zusätzlich die Rückmischung RM 1 im Umlenkbereich des Längstransportganges 11 und kann die Rückströmung RS erwärmter Luft in einen Bereich oberhalb der Behälter verschieben, wo sie die Wärmeabfuhr von den Behältern 10 nicht mehr behindert (vgl. Pfeil RS' in Figur 4); dann spielt 20 auch die Rückmischung RM 1 keine Rolle mehr. Bei dem Einbau 27 gemäss Figur 4 ist die Schräglage der Halter 18 bezüglich des Austrittsquerschnitts der Öffnung 8 wichtig, da hierdurch die Lage der Umlenkebene bestimmt wird.

Dasselbe Ziel, eine Verminderung der Rückmischung und 25 ggf. der Rückströmung, wird durch einen Einbau 20 gemäss Figur 5 erreicht. Dieser Einbau 20 weist eine düsenförmige Austrittsöffnung 21 für die Bodenströmung auf und ist mit zwei Kühlluftaustritten 22 und 23 von grossem Querschnitt versehen (mehr als zwei der Kühlluftaustritte sind denkbar). 30 Durch die Düse 21 wird erreicht, dass die Bodenströmung eine höhere Geschwindigkeit als die darüberliegenden Luftströmungen aufweist, so dass die Bodenströmung strömungstechnisch gegenüber dem darüberliegenden Hallenbereich abgeschirmt ist. Die aus der Düse 21 austretende Luftströ-35 mung weist eine so hohe Geschwindigkeit auf, dass sie im Falle der bekannten Lagerhalle den mittigen Transportgang 11 und im Falle der erfindungsgemässen Lagerhalle gemäss Figur 3 den randständigen Transportgang 17 erreicht. Die die Luftaustritte 22 und 23 begrenzenden Bleche sind so geneigt, 40 dass aus den Austritten leicht nach oben gerichtete Luftströme austreten, wodurch den thermischen Einflüssen auf diese nicht erwärmte Eintrittsströmung entgegengewirkt wird. In der Figur 3 ist der Strömungsverlauf bei Anwendung des Einbaus gemäss Abbildung 5 punktiert dargestellt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

664414 PATENTANSPRÜCHE

1. Lagerhalle für mit wärmeerzeugendem radioaktivem Material gefüllte Behälter(lO), bei der zum Aufbau einer Naturzugluftkühlung oberhalb des geschlossenen Hallenbodens (3) für das reihenweise, voneinander distanzierte Aufstellen der Behälter ( 10) jeweils mit einem Einbau (6) versehene Kühllufteinlässe (5) für die Belüftung, unterhalb der Kühllufteiniässe (5) liegende und mit diesen in Verbindung stehende Kühlluftauslässe (8) für ein seitliches Anströmen der Behälter ( 10) durch die Kühlluft und Abluftauslässe (15) für die Abfuhr von Luft aus der Halle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich im Bereich eines jeden Kühlluftauslasses (8) ein Einbau (20,27) mit Luftleitblechen ( 19) zur Aufteilung des Kühlluftstroms in mindestens zwei übereinanderliegende Teilströme vorgesehen ist, damit diese auf die stehenden Behälter (10) seitlich in verschiedenen Höhen auftreffen, und dass nur eine (1) der Hallenwände (1, 13) als mit Kühllufteinlässen (5) versehene Belüftungswand ( 1) ausgebildet ist.

2. Lagerhalle mit wärmeerzeugendes, radioaktives Material enthaltenden Behältern, wobei die Behälter (10) in Reihen voneinander distanziert auf dem geschlossenen Hallenboden (3) aufgestellt sind, und zum Aufbau einer Natur-zugluftkühlung mindestens in einer Belüftungswandung (1) von zwei gegenüberliegenden Hallenwandungen (1,13) oberhalb des Hallenbodens (3) jeweils mit einem Einbau (6) versehene Kühllufteinlässe (5) für die Belüftung, unterhalb der Kühllufteinlässe (5) liegende und mit diesen in Verbindung stehende Kühlluftauslässe (8) für ein seitliches Anströmen der Behälter ( 10) durch die Kühlluft und Abluftauslässe (15) für die Abfuhr von Luft aus der Halle vorgesehen sind, in der Halle eine Umlenkung der durch die Behälterreihen strömenden Kühlluft erfolgt und im Aufstellbereich der Behälter ( 10) ein zur Belüftungswandung ( 1 ) paralleler Längstrans-portgang (TG) freigehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich im Bereich eines jeden Kühlluftauslasses (8) ein Einbau (20,27) mit Luftleitblechen ( 19) zur Aufteilung des Kühlluftstroms in mindestens zwei übereinanderliegende Teilströme vorgesehen ist, die auf die stehenden Behälter (10) seitlich in verschiedenen Höhen auftreffen, und dass nur eine (1) der Hallenwände (1,13) als mit Kühllufteinlässen (5) versehene Belüftungswand (1) ausgebildet ist und der Längs-transportgang (TG) an die der Belüftungswand ( 1 ) gegenüberliegende Hallenwand (13) gelegt ist.

3. Lagerhalle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Kühlluftauslässe (8) vorgesehenen Einbauten (27) so ausgebildet sind, dass sich die Teilströme parallel zueinander und parallel zum Hallenboden (3) erstrecken.

4. Lagerhalle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Kühlluftauslässe (8) vorgesehenen Einbauten (20) so ausgebildet sind, dass die oberhalb des über den Hallenboden (3) strömenden Bodenteilstroms in die Halle eintretenden Teilströme einen nach oben gerichteten spitzen Winkel mit dem Hallenboden (3) einschliessen, der durch den Neigungswinkel der Luftleitbleche bestimmt ist.

5. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der im Bereich der Kühlluftauslässe (8) vorgesehenen Einbauten (20) eine düsenförmige Austrittsöffnung (21) aufweist, um dem bodennahen unteren Teilstrom eine höhere Austrittsgeschwindigkeit als dem anderen durch Luftleitbleche bestimmten Teilstrom aufzuprägen.

6. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (14) der Halle als durchgehendes Flachdach ausgebildet ist und die Abluftauslässe (15)

nahe dem Dach ( 14) in der der Belüftungswand ( 1 ) gegenüberliegenden Hallenwand (13) angeordnet sind.