DE3129141A1

DE3129141A1 - Method for cooling a spent fuel shipping flask (cask)

Info

Publication number: DE3129141A1
Application number: DE19813129141
Authority: DE
Inventors: Mladen Dipl.-Ing. 8522 Herzogenaurach Storga
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1983-03-17

Abstract

The cooling of a dry spent fuel shipping flask which is performed by removing evaporating cooling water is controlled in accordance with the invention by a pressure drop of between 7 bars and 100 mbars in accordance with the saturated-steam curve.

Description

Verfahren zur Kühlung eines Brennelement-TransportbehElters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Brennelement-Transportbehälters mit einem den Innenraum des Transportbehälters umfassenden Kühlkreis mit einem verdampfbaren Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, wobei das Kühlmittel dem Innenraum des Transportbehälters bei Beginn der Kühlung in einer so geringen Menge pro Zeiteinheit zugeführt wird, daß Dampf entsteht, wobei der Dampf aus dem Transportbehälter abgezogen wird und wobei die Kühlung durch Wärmeabfuhr mit Hilfe des Dampfes mindestens so lange fortgesetzt wird, bis eine Verringerung der Temperatur des abgezogenen Dampfes eintritt. Nach dem Patent 2 747 601 kann der Kühlkreis unter einem erhöhten Druck stehen. Genannt ist zum Beispiel ein Wert von bis zu 10 atü. Er wird durch einen Stickstoffanschluß aufgeprägt.Method for cooling a fuel assembly transport container The invention relates to a method for cooling a fuel assembly transport container with a the interior of the transport container comprehensive cooling circuit with an evaporable Coolant, preferably water, the coolant being the interior of the transport container is supplied in such a small amount per unit of time at the start of cooling, that steam is generated, the steam being withdrawn from the transport container and the cooling by heat dissipation with the aid of the steam continued for at least as long until there is a decrease in the temperature of the steam withdrawn. To According to patent 2,747,601, the cooling circuit can be under increased pressure. Called is for example a value of up to 10 atm. He is through a nitrogen connection imprinted.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, durch eine Weiterentwicklung des Kühlverfahrens bei minimaler Kühlwassermenge Temperaturgradienten für die Abkühlung vorzugeben, die die Wärmeabfuhr zu optimieren gestatten. Dazu ist zu sagen, daß die mit dem Patent 2 747 601 angestrebte schonende Abkühlung, d.h. ohne Wärmeschocks, beibehalten, aber dennoch eine möglichst schnelle Abkühlung erreicht werden soll.The invention is based on the task by means of a further development of the cooling process with a minimum amount of cooling water, temperature gradients for cooling which allow the heat dissipation to be optimized. It should be said that the gentle cooling aimed at with patent 2,747,601, i.e. without thermal shocks, maintained, but the fastest possible cooling should be achieved.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Transportbehälter mit zunehmender Wärmeabfuhr gesenkt und damit die Temperatur des aus dem Transportbehälter austretenden Sattdampfes verringert wird. Hier ist der Druck für das Kühlsystem also nicht mehr fest vorgegeben. Vielmehr wird die für Wärmespannungen maßgebende Temperaturänderung durch die Änderung des Druckes bestimmt. Der Zusammenhang zwischen der Temperatur der Brennelemente und dem Druck ist durch die Dampfdruckkurve gegeben, solange genügend Kühlwasser im Transportbehälter vorhanden ist. Dennoch braucht die Kühlwassermenge nicht groß zu sein, weil die Wärmekapazität des Kühlwassers durch Verdampfungswärme maximal ausgenutzt wird, denn im Gegensatz zu bisherigen Abkühlungsmöglichkeiten erfolgt während praktisch der gesamten Kühlphase eine Verdampfung des Kühlmittels0 Der Anfangsdruck im Kühlkreis richtet sich nach der zu erwartenden größten Temperatur. Er beträgt zum Beispiel wie nach dem Hauptpatent 10 bar. Jedenfalls sollte er 5 bar nicht unterschreiten0 Dann wird der Druck stetig oder in kleinen Stufen verringert, und zwar zur Ausnützung der Verdampfungswärme für Temperaturen von weniger als 1000C auch auf kleinere Werte als den Normaldruck.The invention is characterized in that the pressure in the transport container decreased with increasing heat dissipation and thus the temperature of the Saturated steam emerging from the transport container is reduced. Here is the one The pressure for the cooling system is no longer fixed. Rather, the for Thermal stress decisive temperature change determined by the change in pressure. The relationship between the temperature of the fuel assemblies and the pressure is through the vapor pressure curve is given as long as there is enough cooling water in the transport container is. However, the amount of cooling water need not be large because of the heat capacity of the cooling water is used to the maximum by heat of evaporation, because in contrast to previous cooling possibilities takes place during practically the entire cooling phase an evaporation of the coolant 0 The initial pressure in the cooling circuit depends on the highest temperature to be expected. It is, for example, as in the main patent 10 bar. In any case, it should not fall below 5 bar0 Then the pressure becomes steady or reduced in small steps to utilize the heat of evaporation for temperatures of less than 1000C also to values lower than normal pressure.

Als technisch und ökonomisch brauchbare Grenze des Unterdruckes kann man 100 mbar ansehen, Zur Drucksteuerung kann man einen regelbaren Auslaß vorsehen. Bei Drücken unter Normaldruck verwendet man dabei eine Vakuumpwnpe, Sie hat vorzugsweise einen verstellbaren Aussaugvolumenstrom, mit dem die jeweils gewünschte Kühlgeschwindigkeit eingestellt werden kann.As a technically and economically useful limit of the negative pressure 100 mbar can be seen. An adjustable outlet can be provided for pressure control. In the case of pressures under normal pressure, a vacuum pump is used, it preferably has an adjustable suction volume flow with which the required cooling speed can be adjusted.

Die Drucksteuerung kann im einfachsten Fall von Hand vorgenommen werden, wobei die zeitabhängigen Druckänderungen nach Erfahrungswerten oder dergleichen in Form von Tabel- len oder Kurven vorgegeben werden. Die Vorgaben können aber auch mit bekannten Steuerschaltungen automatisiert werden. Ferner kann die Drucksteuerung von Temperatur-und insbesondere Temperaturgradientenwerten ausgehen.In the simplest case, the pressure control can be done by hand, the time-dependent pressure changes according to empirical values or the like in the form of table len or curves can be specified. The specifications but can also be automated with known control circuits. Furthermore can the pressure control is based on temperature and, in particular, temperature gradient values.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Figur zeigt in schematischer Darstellung die wesentlichen Einrichtungen zur erfindungsgemäßen Kühlung eines Brennelement-Transportbehälters.For a more detailed explanation of the invention is based on the enclosed Drawing an embodiment described. The figure shows in schematic Representation of the essential devices for cooling a fuel assembly transport container according to the invention.

Der gestrichelt dargestellte Transportbehälter 1 ist an einer Zwischendecke 2 aufgehängt, so daß er im wesentlichen unterhalb dieser Decke liegt. Er trägt an seiner Oberseite 3, insbesondere an einem nicht weiter hervorgehobenen Deckel, zwei Kühlanschlüsse 4 und 5, die über flexible Leitungen 6 und 7 mit fest verlegten Rohrleitungen 8 und 9 eines als Ganzes mit 10 bezeichneten Kühlkreises angeschlossen sind. Mit dem Kühlanschluß 4 ist eine Bohrung 11 verbunden, die in der Transportbehälterwandung zum Behälterboden 12 verläuft. Die Bohrung ist mit geeigneten Auslässen zum Transportbehälterinneren versehen.The transport container 1 shown in dashed lines is on a false ceiling 2 suspended so that it is essentially below this ceiling. He is wearing its top 3, in particular on a not further emphasized cover, two Cooling connections 4 and 5, the flexible lines 6 and 7 with fixed pipes 8 and 9 of a cooling circuit designated as a whole as 10 are connected. With the cooling connection 4 is connected to a bore 11 in the transport container wall runs to the container bottom 12. The bore is with suitable outlets to the inside of the transport container Mistake.

Der Kühlkreis 10 umfaßt als Antriebsmittel für das zur Kühlung dienende Wasser eine Pumpe 15. Diese drückt das Kühlwasser über einen Wärmetauscher 16 und ein Druckminderventil 17, das mit einem Absperrventil 18 überbrückt werden kann, in die über ein Ventil 20 angeschlossene Rohrleitung 8. Vor dem Ventil 20 ist eine Temperaturmeßeinrichtung 21 und eine Druckmeßeinrichtung 22 vorgesehen. Außerdem ist hinter den Ventilen 17, 18 eine Entlüftungsleitung 24 mit einem Absperrventil 25 angeordnet.The cooling circuit 10 comprises as a drive means for the one used for cooling Water a pump 15. This pushes the cooling water through a heat exchanger 16 and a pressure reducing valve 17, which can be bridged with a shut-off valve 18, into the pipeline 8 connected via a valve 20. In front of the valve 20 there is a Temperature measuring device 21 and a pressure measuring device 22 are provided. aside from that is behind the valves 17, 18 a vent line 24 with a shut-off valve 25 arranged.

Der an die Rohrleitung 9 über ein Ventil 27 angeschlossene, zur Rückführung dienende Teil des Kühlkreises umfaßt einen Kondensationsbehälter 28, der bis zu einem Spiegel 29 mit Wasser gefüllt ist Unter dem Wasserspiegel ist eine Auslaßdüse 30 angeordnet An dem Behälter 28 sitzen eine Druckmeßeinrichtung 33 und eine dem Gasraum 34 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 29 zugeordnete Temperaturmeßeinrichtung 35. Eine weitere Temperaturmeßeinrichtung 36 ist dem Wasservolumen 37 zugeordnet, dessen Menge mit einer Füllstandsmeßeinrichtung 38 erfaßt wird Aus dem unteren trichterförmigen Ende 40 des Behälters führt über ein Absperrventil 41 ein Leitungsstrang 42 zu zwei parallel angeordneten Filtern 43 und 44. Der Druckabfall über die Filter ist mit Druckmessern 45 und 46 zu bestimmen. Ferner ist jedem Filter ein Strahlungsmeßgerät 47, 48 insbesondere zur Messung von Gamma-Strahlung zugeordnet.The connected to the pipeline 9 via a valve 27, for return Serving part of the cooling circuit comprises a condensation tank 28, which is up to a mirror 29 is filled with water. Below the water level is an outlet nozzle 30 arranged on the container 28 sit a pressure measuring device 33 and a dem Temperature measuring device assigned to the gas space 34 above the liquid level 29 35. Another temperature measuring device 36 is assigned to the water volume 37, the amount of which is detected with a level measuring device 38 from the lower funnel-shaped At the end 40 of the container, a line section 42 leads to two via a shut-off valve 41 filters 43 and 44 arranged in parallel. The pressure drop across the filters is with Pressure gauges 45 and 46 to be determined. Furthermore, each filter is a radiation meter 47, 48 assigned in particular to the measurement of gamma radiation.

Der Gasraum 34 des Behälters 28 ist über ein Absperrventil 50 mit einer Abgaslettung 51 verbunden. Außerdem ist an ihm über ein Ventil 52 eine Vakuumpumpe angeschlossen, die als strichpunktiert umrandete Einschubeinheit 53 ausgebildet ist. Die Vakuumpumpe 55 ist als Flüssigkeitsringpumpe mit Ponymotor ausgebildet An ihrer Saugleitung 56 sitzt eine Druckmeßeinrichtung 57. Auf der Druckseite ist ein Auffangbehälter 58 vorgesehen, der über eine Leitung 59, die ein motorbetätigtes Absperrventil 54 enthält, mit der Abgasleitung 51 verbunden ist. An dem Auffangbehälter 58 ist eine Druckmeßeinrichtung 60 und eine Füllstandsmeßeinrichtung 61 angeschlossen. Zur FShrung einer Sperrflüssigkeit, deren Temperatur mit einer Temperaturmeßeinrichtung 62 bestimmt wird, ist die Vakuumpumpe 55 über eine Leitung 63 mit einem Kühler 64 darin an die Unterseite des Auffangbehälters 58 angeschlossen.The gas space 34 of the container 28 is connected via a shut-off valve 50 an exhaust gas duct 51 is connected. In addition, a vacuum pump is attached to it via a valve 52 connected, which is designed as an insertion unit 53 bordered by a dash-dotted line is. The vacuum pump 55 is designed as a liquid ring pump with a pony motor A pressure measuring device 57 is seated on its suction line 56. Is on the pressure side a collecting container 58 is provided, which is via a line 59, which is a motor-operated Shut-off valve 54 is connected to the exhaust line 51. At the collecting container 58, a pressure measuring device 60 and a level measuring device 61 are connected. For guiding a barrier fluid, the temperature of which with a Temperature measuring device 62 is determined, the vacuum pump 55 is via a line 63 with a cooler 64 connected therein to the underside of the collecting container 58.

Zwischen der Saugleitung 56 und der Leitung 59 ist ein Druckregelventil 65 so angeschlossen, daß es auf der dem Behälter 28 zugekehrten Seite eines motorbetätigten Absperrventils 66 liegt. Die dem Behälter 28 abgekehrte Seite des Ventils 66 ist über ein motorbetätigtes Absperrventil 67 mit der Atmosphäre verbunden. Daraus ergibt sich folgende Drucksteuerung bei der Abkühlung eines Brennelement-Transportbehälters: Nach der Herstellung der Anschlüsse am Transportbehälter über die flexiblen Leitungen 6, 7 wird mit der Vakuumpumpe 55 der Einschubeinheit 53 zunächst ein Uberdruck erzeugt, der im Gasraum 34 hervorgerufen und damit auf den gesamten Kühlkreis 10 geprägt wird. Zu diesem Zweck wird das Ventil 67 geöffnet, das Ventil 54 geschlossen und das Ventil 65 temperaturabhängig, nämlich entsprechend der Anfangstemperatur im Transportbehälter 1 geregelt. Bei den höchsten Brennelementtemperaturen von zum Beispiel 2700C wird ein Überdruck von 7 bar aufgeprägt. Deshalb ergibt sich bei dem anschließenden Anlaufen der Pumpe 15, die Wasser in den Transportbehälter 1 fördert, eine Verdampfung mit einer Sattdampftemperatur von etwa 1700C.A pressure control valve is located between the suction line 56 and the line 59 65 connected so that there is on the container 28 facing side of a motor-operated Shut-off valve 66 is located. The side of the valve 66 facing away from the container 28 is connected to the atmosphere via a motorized shut-off valve 67. From this it follows The following pressure control occurs when a fuel assembly transport cask cools down: After making the connections on the transport container via the flexible lines 6, 7, an overpressure is first generated with the vacuum pump 55 of the slide-in unit 53, caused in the gas space 34 and thus stamped on the entire cooling circuit 10 will. For this purpose, the valve 67 is opened, the valve 54 is closed and the valve 65 temperature-dependent, namely according to the initial temperature in Transport container 1 regulated. At the highest fuel element temperatures from to Example 2700C is subjected to an overpressure of 7 bar. Therefore results in the subsequent start-up of the pump 15, the water in the transport container 1 promotes evaporation with a saturated steam temperature of around 1700C.

Bei der weiteren Abkühlung wird der Druck in zum Beispiel gleichmäßigen Stufen oder kontinuierlich so verringert, daß nach zwei Stunden eine Temperatur von 500C für den Sattdampf erhalten wird. Zu diesem Zweck prägt die Vakuumpumpe 55 dann einen Druck von 130 mbar, also einen Unterdruck auf den Kühlkreis 10.As the cooling continues, the pressure becomes, for example, even Steps or continuously reduced so that after two hours a temperature of 500C for the saturated steam is obtained. The vacuum pump is used for this purpose 55 then a pressure of 130 mbar, i.e. a negative pressure on the cooling circuit 10.

Beim Unterschreiten des Normaldruckes, also zum Abkühlen mit Unterdruck wird das Ventil 67 geschlossen9 das Ventil 66 und das Ventil 54 geöffnet und der Gasraum 34 mit Hilfe der Pumpe 55 in die Abgasleitung 51 evakuiert 3 Patentansprüche 1 Figur LeerseiteWhen the pressure falls below normal, i.e. for cooling with negative pressure the valve 67 is closed9 the valve 66 and the valve 54 opened and the Gas chamber 34 evacuated into exhaust pipe 51 with the aid of pump 55 1 figure Blank page

Claims

Patent claims 1. Method for cooling a 3rennelement transport container with a cooling circuit encompassing the interior of the transport container with a vaporizable one Coolant, preferably water, the coolant being the interior of the transport container is supplied in such a small amount per unit of time at the start of cooling, that steam is generated, the steam being withdrawn from the transport container and the cooling with a pressure different from normal pressure by heat removal with the help of the steam is continued at least until a decrease the temperature of the withdrawn steam occurs, d u r c h e k e n n z e i c h -n e t that the pressure in the transport container decreases with increasing heat dissipation and thus the temperature of the saturated steam emerging from the transport container is decreased.

2. The method according to claim 19 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the pressure is lowered to values smaller than normal pressure.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, d a d u r c h e k e n n z e i c h -n e t that an outlet line (7) of the transport container (1) a suction pump (53) with an adjustable suction volume flow is assigned