DE3104260A1 - Device for storing hydrogen and for ducting it to the demand points of a water-cooled nuclear reactor plant - Google Patents
Device for storing hydrogen and for ducting it to the demand points of a water-cooled nuclear reactor plantInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zur Speicherung von Wasserstoff und zu dessenDevice for the storage of hydrogen and its
IIinführung an die Bedarfsstellen einer wassergekühlten Kernreaktoranlage.Introduction to the places where a water-cooled nuclear reactor is required.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Speicherung von Wasserstoff und zu dessen Hinführung an die Bedarfsstellen einer wassergekühlten Kernreaktoranlage.The invention relates to a device for storing hydrogen and to bring it to the point of need of a water-cooled nuclear reactor plant.
In einer wassergekühlten Kernreaktoranlage besteht bei verschiedenen Systemen ein Bedarf an Wassertoff. So wird z. i dem Primärsystem zum Zwecke der Konditionierung tiber ein Gaspols-ter oder das Volumenausgleichssystem Wasserstoff zugeführt.In a water-cooled nuclear reactor facility, there are several Systems a need for hydrogen. So z. i the primary system for the purpose of Conditioning via a gas cushion or the hydrogen volume compensation system fed.
Bisher werden die dazu benötigten Wasserstoffmengen von einem Druckgasflachenlager über Druckleitungen an die entsprechenden Bedarfsstellen herangeführt. Bei dieser Art von Vorratslagerung und Zuführung ist ein hoher leittechnischer Aufwand zu betreiben, um die Gefahr einer Wasserstoffexplosion zu vermeiden. Trotz dieses Aufwandes besteht ein erhebliches Restrisiko für die Bildung örtlicher zündfähiger Wasserstoff/Luftmischungen. Die Leitungswege sind lang, da die Druckgasflaschen aus Sicherheitsgründen in Nebenräumen gelagert sind.So far, the hydrogen quantities required for this have been obtained from a compressed gas flat storage facility brought up to the relevant points of need via pressure lines. At this The type of storage and supply requires a high level of control engineering effort. to avoid the risk of a hydrogen explosion. Despite this effort, there is a considerable residual risk for the formation of local ignitable hydrogen / air mixtures. The lines are long because the pressurized gas cylinders are in adjoining rooms for safety reasons are stored.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die Speicherung von Wasserstoff und dessen Einführung an dic Bedarfsstellen einer wassergekühlten Kernreaktoranlage derart vorztinehmen, daß die aufgezeigten Nachteile vermieden und somit die Gefahr einer Wasserstoffexplosion erheblich gemindert wird.The invention therefore has the task of storing hydrogen and its introduction at the point of need of a water-cooled nuclear reactor plant to act in such a way, that the identified disadvantages are avoided and thus the risk of a hydrogen explosion is considerably reduced.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der erforderliche Wasserstoff als Netall-Rydrid gespeichert ist, daß dasselbe über ein Leitungssystem niedrigen Dickes mi-t den Einspeisestellen verbunden und heiz- und kühlbar ist.This object is achieved according to the invention in that the required Hydrogen is stored as Netall-Rydrid, that the same over a pipe system low thickness connected to the feed points and can be heated and cooled.
Der Druck im Hydridspeicher ist niedrig, da der Wasserstoff in chemisch gebundener Form vorliegt. Beispielsweise beträgt der Wasserstoffpartialdruck von Magnesium-Hydrid bei Zimmertemperatur 10-7 7 bar. Soll Wasserstoff zur Versorgung einer Bedarfsstelle wie z.B. dem Primärkühlmittelsystem freigegeben werden, so wird das Metallhydrid erwärmt.The pressure in the hydride storage is low because the hydrogen is in chemical bound form is present. For example, the hydrogen partial pressure is from Magnesium hydride at room temperature 10-7 7 bar. Should hydrogen for the supply released to a point of demand such as the primary coolant system, then the metal hydride is heated.
Das dann abströmende Wasserstoffgas weis-t z.B. bei einer Erwärmung des Hydrid auf 2000C einen Druck von 1 bar auf, so daß das zu den Bedarfsstellen führende Lei-tunssystem kauen belastet wird.The hydrogen gas then flowing out shows e.g. when it is heated of the hydride to 2000C to a pressure of 1 bar, so that the points of need leading Lei-tun system of chewing is burdened.
Ein weiterer Vorteil der Einrichtung ist darin zu seben, daß der Bedarf an Wasserstoff über die Temperatur des Metallhydrid@ regelbar ist.Another advantage of the facility is that of sifting the need of hydrogen via the temperature of the metal hydride @ can be regulated.
Das Metallhydrid ist vorzugsweise in einem von Heiz- und Kühlelementen umgebenen Druckbehälter eingeschlossen, wobei außerhalb des Druckbehälters eine Isolierung vorgesehen ist.The metal hydride is preferably in one of heating and cooling elements enclosed pressure vessel included, with a outside of the pressure vessel Isolation is provided.
Insbesondere bei liegend angeordneten Druckbehä.ltern hat es sich als vorteilhaft gezeigt, die Heiz- und Kühlelemente mäanderförmig anzubringen. Dadurch kann flüssiges Kühl- oder Heizmedium, z.B. im Falle einer notwendigen Reparatur leichter aus den Elementen entfernt werden.This is particularly the case with pressure vessels arranged horizontally shown as advantageous to attach the heating and cooling elements in a meandering shape. Through this can be a liquid cooling or heating medium, e.g. in the event of a necessary repair easier to remove from the elements.
Eine andere Ausbildung der Einrichtung sieht vor, daß das Metallhaydrid von einer an der Innenwand des Druckbehälters sich anschließenden Isolierung umgeben ist, daß Heiz- und Kühlelemente das Metallhydrid durchdringen sowie durch die Isolierung und die Druckbehälterwand geführt sind. Durch die unmittelbare Kontaktierung des Metallhydrids mit den Heiz-bzw.Another design of the device provides that the Metallhaydrid surrounded by an insulation adjoining the inner wall of the pressure vessel is that heating and cooling elements penetrate the metal hydride and through the insulation and the pressure vessel wall are guided. Direct contact with the Metal hydrides with the heating or.
Kühlelementen läßt sich die Einrichtung wirtschaftlicher betreiben.The device can be operated more economically with cooling elements.
Mit der fahrbaren Ausbildung der Einrichtung läßt sich dieselbe außerhalb der Kernreaktoranlage bei entsprechender Kühlung befüllen und dann an den vorgesehenen Ort innerhalb der Kernreaktoranlage transportieren.With the mobile training of the device, the same can be outside the nuclear reactor plant with appropriate cooling and then to the intended Transport location within the nuclear reactor facility.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Isolierung feuerfest ausgebildet. Damit-wird sichergestellt, daß bei einem Brand der Wasserstoff nur langsam abströmt und den Brand praktisch nicht nähren kann.According to a further embodiment, the insulation is designed to be fireproof. This ensures that the hydrogen only flows off slowly in the event of a fire and practically cannot feed the fire.
Anhand der schematischen Zeichnungen der Fig. 1-3 werden zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine anders ausgebildete Einrichtung und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.With the aid of the schematic drawings of FIGS. 1-3, two exemplary embodiments are illustrated of the facility. They show: FIG. 1 a longitudinal section through a Device, Fig. 2 is a longitudinal section through a differently designed device and FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2.
Die Fig. 1 zeigt einen Transportwagen 1 mit einem darauf angeordneten Behälter 2, der unter Belassung eines Zwischenraumes einen Druckbehälter 3 umschließt. In dem Zwischenraum befindet sich zum Zwecke der Wärmedämmung eine feuerfest ausgeführte Isolierung 4. Der Druckbehälter weist eine Magnesium-Hydrid-Füllung5 auf,in welcher der Wasserstoff reversibel chemisch gebunden ist. Elektrische Heizelemente 6 und von Wasser durchflossene Kühlelemente 7 umfassen den Druckbehältermantel spiral- oder mäanderförmig. Je eine mit einem Kupplungsstück 8 und einer Armatur 9 versehene Leitung 10 stellt die Zu- bzw.Fig. 1 shows a trolley 1 with one arranged thereon Container 2, which encloses a pressure vessel 3 while leaving a gap. In the space there is a fire-resistant one for the purpose of thermal insulation Insulation 4. The pressure vessel has a magnesium hydride filling5 in which the hydrogen is reversibly chemically bound. Electric heating elements 6 and cooling elements 7 through which water flows enclose the pressure vessel jacket in a spiral or meandering. One each provided with a coupling piece 8 and a fitting 9 Line 10 provides the feed or
Abfuhrleitung für den Wasserkreislauf des Kühlelements 7 dar.Discharge line for the water circuit of the cooling element 7.
Die Temperatur des Metall-Hydrids, das in diesem Beispiel ein Magnesium-Hydrid ist, wird mit Hilfe eines Temperaturfühlers 11 überwacht. Mit den Heiz- und Kühl elementen ist der Druck innerhalb des Magnesium-Hydrids und damit auch der Bedarf an Wasserstoff stufenlos regelbar. Eine Wasserstoffentnahmeleitung 12, die bei einer Erwärmung des Magnesium-Hydrids auf 2000C mit einem Druck von 1 bar beaufschlagt ist, führt vom Druckbehälter 3 über eine Absperrarrnatur 13, eine Kupplungsvei.bindung 14 und eine Niederdruckleitung 15 zur Bedarfsstelle 16 S in einer nicht weiter dargestellten Kernreaktoranlage. Ein Abzweig 17 der I?rasserstoffen-l;nahmelei-tung 12 führt über ein Sicherheitsventil 18 zu einer in einen nicht dargestellten Aufnahmebehälter gerichteten Abblaseleitung 19.The temperature of the metal hydride, which in this example is a magnesium hydride is, is monitored with the aid of a temperature sensor 11. With the heating and cooling element is the pressure within the magnesium hydride and thus also the demand infinitely variable on hydrogen. A hydrogen extraction line 12, which at a Heating the magnesium hydride to 2000C with a Print from 1 bar is applied, leads from the pressure vessel 3 via a shut-off device 13, a Coupling connection 14 and a low pressure line 15 to the point of demand 16 S in a nuclear reactor facility not shown. A branch 17 of the hydrofoil management 12 leads via a safety valve 18 to a receptacle (not shown) directed blow-off line 19.
Der Druck in der Wasserstoffentnahmeleitung wird von der Meßeinrichtung 20 überwacht. An den Behäl-ter 2 schließt sich ein Anlaufbügel 21 an, der zum Schu-tz der auch dem Behälter ragenden Armaturen und Leitungen dient.The pressure in the hydrogen extraction line is determined by the measuring device 20 monitors. A stop bracket 21 connects to the container 2, which is used for protection which also serves the fittings and lines protruding from the container.
Die Fig. 2 zeigt einen Druckbehälter 3, an deni die Konsolen 22 zur Aufnahme der Radachsen 24 mit den Rädern 25 unniittelbar befestigt sind. Somit ist auch die Einrichtung nach dieser Ausbildung fahrbar. Entlang der Innenwand des Druckbehälters ist eine Isolierung 4 aus Aluminiumoxyd angeordnet. In die Isolierung ist ein Metallhydrid 5, wie z.B. eine Magnesium-Nickel-Hydrid -Füllung eingebettet. Das Metall-Hydrid wird von elektrischen Heizelementen 6 und von Wasser durchströmten Kühlelementen 7 durchzogen. An den Stirnseiten des Metall-Hydrids werden jeweils zwei Rohre des Kühlelements durch ein Verbindungsstück 27 überbrückt, so da ein geschlossener Kühlkreislauf entsteht, der mit einer Zu- bzw. Abfuhrleitung 10 versehen ist. Die Stromzufuhr für die elektrischen Heizelemente 6 ist bei 28 angedeutet. iSin Siebblech 29 aus Metall bzw. eine Sinterplatte 30 aus keramischem Oxyd begrenzt die Metall-Hydrid-Füllung 5 stirnseitig. Die Wasserstoffentnahmeleitung 12 führt vom Druckbehälter 3 über eine Absperrarmatur 13, eine Kupplungsverbindung 14 und cine Niederdruckleitung 15 zu einer Bedarfsstelle 16. tin Abzweig 17 der Wasserstoffentnahmeleitung 12 führt über ein Sicherheitsventil 18 zu einer mit einem nicht dargestellten Aufnahmebehälter verbundenen Abblaseleitung 19. An dem Druckbehälter is-t ein Anlaufbügel 21 befestigt, der zum Schutz der aus dem Druckbehälter ragenden Armaturen und Leitungen dient.Fig. 2 shows a pressure vessel 3 to which the consoles 22 for Receiving the wheel axles 24 are attached directly to the wheels 25. So is The facility can also be moved after this training. Along the inner wall of the pressure vessel an insulation 4 made of aluminum oxide is arranged. In the insulation is a metal hydride 5, such as a magnesium-nickel-hydride filling. The metal hydride is of electrical heating elements 6 and cooling elements through which water flows 7 crossed. Two tubes of the Cooling element bridged by a connecting piece 27, so there is a closed cooling circuit arises, which is provided with a supply or discharge line 10. The power supply for the electrical heating elements 6 is indicated at 28. iSin sieve plate 29 from Metal or a sintered plate 30 made of ceramic oxide delimits the metal-hydride filling 5 on the front. The hydrogen removal line 12 leads over from the pressure vessel 3 a shut-off valve 13, a coupling connection 14 and a low-pressure line 15 leads to a demand point 16. branch 17 of the hydrogen removal line 12 leads Via a safety valve 18 to a receiving container (not shown) connected blow-off line 19. A stop bracket 21 is attached to the pressure vessel, which serves to protect the fittings and lines protruding from the pressure vessel.
Ein Temperaturfühler 11 und eine Meßeinrichtung 20 sind zur Überwachung der Hydrid-Temperatur und des Druckbehälterinnendrucks vorgesehen.A temperature sensor 11 and a measuring device 20 are used for monitoring the hydride temperature and the pressure vessel internal pressure provided.
Aus der Fig. 3, die einen Querschnitt der Fig. 2 darstellt, sind Stege 31 zur Stabilisierung der Heiz- und Kühlelemente zu erkennen.From FIG. 3, which shows a cross section of FIG. 2, there are webs 31 to stabilize the heating and cooling elements can be seen.
Claims (6)
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