DE19949297A1 - Lagerhalle für mit wärmeerzeugendem radioaktivem Material gefüllte Behälter - Google Patents

Abstract

Zur Bildung einer Naturzugluftkühlung ist in einer ersten Belüftungswandung (1) oberhalb des Hallenbodens (3) ein Z-förmiger Kühlluftkanal (10) angeordnet. In dem Kühlluftkanal sind ein Kühllufteinlaß (11), ein daran rechtwinklig anschließender Kanalabschnitt (12) und ein unterhalb des Kühllufteinlasses angeordneter Kühlluftauslaß (13) vorgesehen. An einer Umlenkstelle im Übergangsbereich zwischen dem Kühllufteinlaß (11) und dem zum Kühlluftauslaß (13) führenden Kanalabschnitt (12) sind gekrümmte Luftführungslamellen (14) eingebaut, die die Strömungsbahn der Kühlluft (KL) nach deren Eintritt in den Kühllufteinlaß (11) vergleichmäßigen und in den vertikalen Kanalabschnitt (12) einlenken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerhalle für mit wärmeer­ zeugendem, radioaktivem Material gefüllte Behälter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus "Nuclear Engineering International", Oktober 1980, SS 53-54 ist eine Lagerhalle dieser Art bekannt, bei der die beiden Hallenlängswandungen als Belüftungswandungen ausge­ bildet sind. Die von beiden Hallenlängswandungen ausgehenden Kühlluftströme treffen etwa in der Hallenmitte zusammen und werden dort umgelenkt. Der die mittlere Umlenkzone bildende Bereich wird nicht mit Behältern besetzt, um die Umlenkung der Bodenströmungen in auf die Belüftungswandungen gerich­ tete Rückströmungen nicht zu beeinträchtigen. Die Kühlluft­ einlässe sind jeweils mit einem Einbau versehen, der den Strömungswiderstand der Naturzugluftströme erhöht.

Aus der CH-PS 664414 ist eine andere Lagerhalle der gat­ tungsgemäßen Art bekannt, bei der zusätzlich im Bereich ei­ nes jeden Kühlluftauslasses ein Einbau mit Luftleitblechen zur Aufteilung des Kühlluftstroms in mehrere übereinander­ liegende Teilströme vorgesehen ist. Nur eine Hallenwandung ist als Belüftungswandung ausgebildet, und der Längstrans­ portgang ist nahe der anderen Hallenwandung angeordnet.

Durch die Auffächerung der Teilströme und deren Anströmung der Behälter in unterschiedlichen Höhen wird bereits die Ef­ fektivität des konvektiven Wärmeübergangs erhöht, wobei zu­ sätzlich ein ausgezeichneter Strahlenschutz erreicht wird.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Na­ turzugluftkühlung innerhalb der Lagerhalle wesentlich von einer Minimierung des Strömungswiderstandes in den Kühlluft­ einlässen abhängig ist. Eine Umlenkung ist allerdings aus Strahlenschutzgründen unvermeidbar, so daß zumindest ein Z- förmiger Kühlluftkanal in solchen Abmessungen notwendig ist, daß ein direktes Austreten der Strahlung von den zu kühlen­ den Behältern zuverlässig vermieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Naturzug­ luftströme in den Innenraum der Lagerhalle zu verbessern und dadurch die Effektivität der Behälterkühlung zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merk­ male des Patentanspruchs 1 vor. Die gekrümmten Luftführungs­ lamellen im Übergangsbereich zwischen dem Kühllufteinlaß und einem zum Kühlluftauslaß führenden Kanalabschnitt bewirken eine Vergleichmäßigung der Kühlluftströmung und vermindern die mit Reibungsverlusten verbundenen Turbulenzen. Die Rei­ bungsverluste infolge der aus Strahlenschutzgründen notwen­ digen Umlenkung in dem Z-förmigen Kühlluftkanal werden mini­ miert. Die Luftauffächerung beim seitlichen Anströmen der Behälter wird begünstigt.

Der angestrebte Effekt einer Verringerung von Strömungs­ verlusten läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch verbessern, daß die Abluftauslässe im oberen Bereich einer dem Kühlluftkanal gegenüberliegenden Hallenwandung angeord­ net sind und jeweils wenigstens einen L-förmigen Abluftab­ schnitt aufweisen und daß an der Umlenkstelle des L-förmigen Abluftkanalabschnittes gekrümmte Luftführungslamellen einge­ baut sind, die die Strömungsbahn der Abluft im Umlenkbereich vergleichmäßigen und in einen im wesentlichen vertikalen Ka­ nalabschnitt einlenken.

Die Luftführungslamellen können beispielsweise als Seg­ mente von Hohlzylindern und/oder als gekrümmte Tragflächen ausgebildet sein. Die Krümmungsradien der Luftführungslamel­ len sollten von innen nach außen zunehmen.

Zur weiteren Vergleichmäßigung der Strömung können die umströmten Eckbereiche von Kühllufteinlaß und -auslaß abge­ rundet oder abgeschrägt sein. Dadurch ergibt sich auch eine Verkürzung der Strömungswege für die an den Umlenkstellen innen strömenden Strömungsfäden und dementsprechend eine partielle Verkürzung der Strömungswege.

Die Außenecken der Z- bzw. L-förmigen Kühlluft- und Ab­ luftkanäle sind in Weiterbildung der Erfindung mit als Strahlungsfallen wirkenden Elementen besetzt. Zusätzlich oder alternativ können die Kanalwände mit strahlenabsorbie­ rendem Material belegt sein. Ferner kann das Material der Kanalwände mit einem strahlenabsorbierenden Material ge­ mischt sein; beispielsweise kann dem Beton der Kanalwände eine Bohrverbindung beigemischt sein.

Die Außenecken der Kühlluft- und Abluftkanäle werden von der Luftströmung nicht oder nur unwesentlich angeströmt. Dies kann bei einer Weiterbildung der Erfindung zur Verbes­ serung des Strahlenschutzes dadurch genutzt werden, daß die als Strahlungsfallen wirkenden Elemente in gegenseitigem Ab­ stand angeordnete Vorsprünge sind. Diese Vorsprünge sind vorzugsweise in vertieften Wandmulden im Eckbereich einge­ ordnet.

Die Vorteile der Erfindung sind nicht nur bei der bevor­ zugten Anordnung nutzbar, bei der nur eine Hallenwandung als Belüftungswandung ausgebildet ist und der Längstransportgang an die andere Hallenwandung gelegt ist. Der Effekt der Ver­ besserung der Naturzugluftkühlung läßt sich auch bei solchen Lagerhallen nutzen, bei denen die Abluftauslässe im Decken­ bereich angeordnet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische vertikale Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform der Lagerhalle, wobei an den je­ weils ersten Umlenkstellen im Übergangsbereich zwischen Kühllufteinlaß und dem zum Kühlluftauslaß führenden Kanalab­ schnitt einerseits und in einem L-förmigen Abluftkanal ge­ krümmte Luftführungslamellen eingebaut sind;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt mit einem abge­ wandelten Kühlluftkanal, bei dem die Außenecken des Z-förmi­ gen Kühlluftkanals mit als Strahlungsfallen wirkenden Vor­ sprüngen besetzt sind; und

Fig. 3 eine alternative Lagerhallenanordnung mit zwei einander gegenüberliegenden Belüftungswandungen, deren Kühl­ luftkanäle mit gekrümmten Luftführungslamellen versehen sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Lagerhalle weist eine Kühl­ luftwandung 1 und eine Abluftwandung 2, ferner einen ebenen Boden 3 und ein Dach 4 auf. In der Wandung 1 sind mehrere Z- förmige Kühlluftkanäle 10 ausgebildet, von denen nur einer dargestellt ist. In der gegenüberliegenden Wandung 2 sind mehrere L-förmige Abluftauslässe 20 angeordnet, von denen ebenfalls nur einer dargestellt ist. Jeder Kühlluftkanal hat einen Kühllufteinlaß 11, durch den Kühlluft KL etwa horizon­ tal eingesaugt wird, einen daran anschließenden, etwa verti­ kal verlaufenden Kanalabschnitt 12 und einen im unteren Ende des Kanalabschnitts 12 in Bodennähe angeordneten Kühlluft­ auslaß 13.

Die Kühlluft KL wird mittels eines durch freie Konvekti­ onsströmung entstehenden Druckgefälles in den Z-förmigen Kühlluftkanal 10 eingesaugt und zu dem zugehörigen Kühlluft­ auslaß 13 geführt. Von dort umströmt die Kühlluft die Behäl­ ter in der in Fig. 1 schematisch dargestellten Weise, wobei Wärme von den Behältern auf die Kühlluft übertragen wird.

Die Kühlluft KL umströmt die in beabstandeten Reihen an­ geordneten Behälter 5, wobei Wärme von den Behältern auf die Luft übertragen wird. Erwärmte Luft steigt aufgrund der mit der Erwärmung abnehmenden Dichte zum Lagerhallendach 4 auf und strömt als Abluft AL durch die L-förmigen Abluftkanäle 20 nach oben ab. Die durch die Belüftungswandung 1 in den Innenraum der Lagerhalle eintretende Kühlluft durchströmt die Halle in Querrichtung. Vor der Abluftwandung 2 ist ein Längstransportgang 6 angeordnet. Aufgrund des Coanda-Effekts strömt die eintretende Kühlluft im wesentlichen entlang des Bodens bis zum Längstransportgang 6, wird an der Wandung 2 umgelenkt und strömt zurück bei abnehmenden Volumina und ab­ nehmenden Strömungsgeschwindigkeiten. Dieser Rückstrom nimmt weitere Wärme von den Behältern 5 auf. Das Einsaugen erwärm­ ter Kühlluft in den Bereich zwischen den Behältern ist rela­ tiv gering; in Abhängigkeit von dem Erwärmungsgrad steigt die erwärmte Luft AL zunächst in Richtung der als Flachdach ausgebildeten Decke 4 auf und wird zu den Abluftkanälen 20 umgelenkt. Jeder Abluftkanal 20 ist an seinem dem Lagerhal­ leninnenraum zugewandten Einlaßende durch einen unteren Überhang 21 begrenzt und steht mit seinem oberen Auslaß 22 kaminartig über die Decke 4 vor. Der Vertikalabschnitt 23 des L-förmigen Abluftkanals ist zumindest so lang bemessen, daß ein direkter Austritt von Strahlung von den Behältern 5 nach außen ausgeschlossen ist.

An jeder Umlenkstelle im Übergangsbereich zwischen dem Kühllufteinlaß 11 und dem zum Kühlluftauslaß 13 führenden Kanalabschnitt 12 sind erfindungsgemäß gekrümmte Luftfüh­ rungslamellen 14 eingebaut. Wie zu sehen ist, sorgen die Luftführungslamellen 14 für eine gleichmäßige Einlenkung des Kühlluftstroms in den vertikalen Kanalabschnitt 12 und da­ durch für einen verringerten Strömungswiderstand. Die Luft­ führungslamellen können bei der kastenförmigen Ausbildung des Z-förmigen Kühlluftkanals als Segmente von Hohlzylindern ausgebildet sein, deren Krümmungsradien von der inneren Ecke der Wandung 1 in Richtung des L-förmigen äußeren Wandab­ schnitts zunehmen. Die Luftführungslamellen können aber auch als gekrümmte Tragflächen ausgebildet sein, die der Kühl­ luftströmung KL geringen Strömungswiderstand entgegensetzen.

Ähnliche Einbauten von gekrümmten Luftführungslamellen 24 sind auch an der Umlenkstelle des L-förmigen Abluftkanals 20 eingebaut. Ihre Ausbildung und Wirkung entsprechen denje­ nigen der gekrümmten Luftführungslamellen 14 im Kühlluftka­ nal 10.

In der Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Kühlluftkanals 10' dargestellt. Im Eckbereich der dem Lager­ halleninnenraum 8 zugewandten, L-förmigen Begrenzungswand 15 sind als Strahlungsfallen wirkende Elemente in Form von in gegenseitigem Abstand und vertieft angeordneten Vorsprüngen 16 angeordnet. Eine entsprechende Vorsprunganordnung ist auch im äußeren Eckbereich am Übergang zwischen der Wandung 1 und dem Boden 3' der Lagerhalle angeordnet. Die bodensei­ tige Gruppe von Vorsprüngen 16 endet im Bereich des Kühl­ luftauslasses 13'. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel endet die vertikale Anordnung von Vorsprüngen 16 noch unter­ halb der oberen Begrenzung des Kühlluftauslasses 13'. Diese Anordnung von als Strahlenfallen wirkenden Vorsprüngen 16 ändert das Strömungsverhalten der Kühlluft KL nur unbeacht­ lich, da der Hauptstrom sowohl an der oberen als auch an der unteren Umlenkstelle des Z-förmigen Kühlluftkanals den kür­ zeren Strömungsweg verfolgt.

Die innengelegenen umströmten Eckbereiche von Kühlluft­ einlaß 11 und Kühlluftauslaß 13' sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit Abschrägungen 17 ver­ sehen. Anstatt der Abschrägungen können auch Abrundungen vorgesehen sein. Die Abschrägungen bzw. Abrundungen 17 tra­ gen ebenfalls zur Vergleichmäßigung der Kühlluftströmung und damit zur Verringerung des Strömungswiderstandes bei.

Fig. 3 zeigt eine andere Lagerhallenausführung, bei der die beiden einander gegenüberliegenden Wandungen 1 und 2' als Belüftungswandungen ausgebildet sind. Kühlluft KL strömt von beiden gegenüberliegenden Längsseiten durch jeweils Z- förmige Kühlluftkanäle 10 in den Innenraum 8 der Lagerhalle ein. An den oberen Umlenkstellen in den Übergangsbereichen zwischen den Kühllufteinlässen 11 und den Kanalabschnitten 12 sind gekrümmte Luftführungslamellen 14 eingebaut, welche die Strömungsbahn der Kühlluft vergleichmäßigen.

Im Hallendach 4' sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 Abluftauslässe 9 ausgebildet. Sie sind gegen Witte­ rungseinflüsse geschützt. Die Behälter 5 werden von beiden Seiten aus durch einströmende Kühlluft KL in Quertransport­ gängen umspült, wobei eine Wärmeübergabe stattfindet. Die erwärmte Luft steigt aufgrund ihrer niedrigeren spezifischen Dichte zum Lagerhallendach 4' auf. Der Längstransportgang ist bei diesem Ausführungsbeispiel etwa in der bodennahen Mitte der Lagerhalle angeordnet.

Die Wände der Kühlluftkanäle 10 wie auch der Abluftka­ näle 20 können mit einem strahlenabsorbierenden Material be­ legt sein, um etwaige Strahlungsaustritte zu minimieren. Ein solches strahlungsabsorbierendes Material ist beispielsweise Polyethylen. In alternativer Ausführung kann zur Verbesse­ rung des Strahlungsschutzes dem Material der Kanalwände ein strahlenabsorbierendes Material beigemischt sein. Geeignet sind beispielsweise Borverbindungen, die dem Beton der La­ gerhallenwände insbesondere im Bereich der Kanäle 10 beige­ mischt sind.

Anstelle der ausgeprägten Außenecken an den Umlenkstel­ len der Kühlluftkanäle 10 können auch abgerundete oder ge­ krümmte Eckbereiche vorgesehen sein, die aufgrund ihrer Form die Strömung vergleichmäßigen.

Claims (12)

1. Lagerhalle für mit wärmeerzeugendem, radioaktiven Ma­ terial gefüllte Behälter (5), die in Reihen mit gegenseiti­ gem Abstand auf einem geschlossenen Hallenboden (3, 5') auf­ gestellt sind, wobei zur Bildung einer Naturzugluftkühlung in mindestens einer ersten Belüftungswandung (1) oberhalb des Hallenbodens ein im wesentlichen Z-förmiger Kühlluftka­ nal(10, 10') angeordnet ist, der einen Kühllufteinlaß (11) und einen unterhalb des letzteren gelegenen Kühlluftauslaß (13) zum seitlichen Anströmen der Behälter mit Kühlluft auf­ weist, wobei Abluftauslässe (20) für die Abfuhr von erwärm­ ter Luft aus der Lagerhalle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Umlenkstelle im Übergangsbereich zwischen dem Kühllufteinlaß (11) und einem zum Kühlluftauslaß (13) führenden Kanalabschnitt (12) gekrümmte Luftführungslamellen (14) eingebaut sind, die die Strömungsbahn der Kühlluft (KL) nach deren Eintritt in den Kühllufteinlaß (11) vergleich­ mäßigen und in den im wesentlichen vertikalen Kanalabschnitt (12) einlenken.

2. Lagerhalle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftauslässe (20) im oberen Bereich einer dem Kühlluftkanal (10) gegenüberliegenden Hallenwandung (2) an­ geordnet sind, und jeweils wenigstens einen L-förmigen Ab­ luftkanalabschnitt aufweisen und daß an der Umlenkstelle des L-förmigen Abluftkanalabschnittes gekrümmte Luftführungsla­ mellen (24) eingebaut sind, die die Strömungsbahn der Abluft im Umlenkbereich vergleichmäßigen und in einen im wesentli­ chen vertikalen Kanalabschnitt (23) einlenken.

3. Lagerhalle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftführungslamellen (14, 24) als Segmente von Hohlzylindern ausgebildet sind.

4. Lagerhalle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der Luftführungslamellen (19, 24) von innen nach außen zunehmen.

5. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungslamellen (14, 24) als gekrümmte Tragflächen ausgebildet sind.

6. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die umströmten Eckbereiche des Kühlluft­ kanals zwischen Kühllufteinlaß (11) und -auslaß (13, 13') abgerundet oder abgeschrägt sind, so daß die Strömungswege der an den Umlenkstellen innen strömenden Strömungsfäden verkürzt werden.

7. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenecken der Z- oder L-förmigen Luftkanäle (10; 10'; 20) mit als Strahlungsfallen wirkenden Elementen (16) besetzt sind.

8. Lagerhalle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Strahlungsfallen wirkenden Elemente in gegensei­ tigem Abstand angeordnete Vorsprünge (16) sind.

9. Lagerhalle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (16) in vertieften Wandmulden eingeordnet sind.

10. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwände mit strahlenabsorbieren­ dem Material belegt sind.

11. Lagerhalle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlungsabsorbierendes Material Polyethylen vorge­ sehen ist.

12. Lagerhalle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Material der Kanalwände ein strahlenabsorbierendes Material beigemischt ist.