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Lagerhalle für mit wärmeerzeugendem radioaktivem Mate-
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rial gefüllte Behälter Die Erfindung betrifft eine Lagerhalle für
mit wärmeerzeugendem radioaktivem Material gefüllte Behälter der im Oberbegriff
des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.
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Eine solche Halle 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 Hallenlängswandungen
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.
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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 Uberwachung 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.
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Bei der bekannten Anordnung liegen diese Komponenten somit relativ
nahe an den Behältern.
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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 unQ 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 Anhebung 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.
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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 der Behälter gegen Witterungseinflüsse. Die gleichmäßige
Verteilung der Kühlluftauslässe und ihre Konstruktion führt zu einer aufwendigen
bautechnischen Ausgestaltung des Lagerhallendaches.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagerhalle der
im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, bei der
die Effektivität des konvektiven Wärmeübergangs erhöht und der Strahlenschutz verbessert
wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur eine Hallenwandung als
Belüftungswandung ausgebildet ist und der Längstransportgang an die andere Hallenwandung
gelegt ist.
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Durch den nicht mittigen, an der Lagerhallenwandung ohne Lufteintrittsöffnungen
befindlichen Längstransportgang der Trockenlagerhalle ergeben sich im betrieblichen
Ablauf Vorteile für den Strahlenschutz. Die wartungsintensiven leittechnischen Einrichtungen
zur Behälterüberwachung können an der nicht mit Luftaustrittsöffnungen versehenen
Hallenwandung entlang des Transportganges 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.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung bietet sich weiterhin der Vorteil,
daß bei einer Hanglage des Lagerhallengrundstückes durch die direkte Einbaumöglichkeit
der
Lagerhalle in den Hang eine Platzersparnis entsteht, wobei die
Belüftungswand auf der Talseite angeordnet ist. Eine Anordnung der bekannten Lagerhalle
in eine Hang lauge bietet gewisse Schwierigkeiten; insbesondere kann der freie Lufteintritt
in die Lufteintrittsöffnungen behindert werden. Darüber hinaus sind die in der bergs
eit igen Ha llenwandung vorhandenen Lufteinlässe gegenüber Einwirkungen Dritter
gefährdet.
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Selbstverständlich dient der an die nicht zur Belüftung beitragenden
Hallenwandung verlegte Längstransportgang als Umlenkzone, in der der aus den Behälterreihen
austretende Kühlluftstrom zum Dach in umgelenkt wird.
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Um bei der erfindungsgemäßen Lagerhalle eine Rückmischung erwärmter
Luft aus dem oberen Lagerhallenvolumen und bei der bekannten Anordnung eine Rückmischung
und eine Rückströmung erwärmter Luft im oberen Behälter bereich zu verringern oder
ganz zu vermeiden, ist vorzugsweise im Bereich eines jeden Kühlluftaustritts ein
Einbau zur Beeinflussung des Kühlluftstroms vorgesehen. Der Einbau kann so gestaltet
sein, daß er den Querschnitt des Kühlluftaustritts in die Lagerhalle gleichmäßig
beaufschlagt, wodurch eine Vergrößerung der Grenzschichtdicke des eintretenden Luftstrahls
bei gleichzeitiger Verminderung der Eintrittsgeschwindigkeit in der Nähe des Hailenbodens
erreicht wird.
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Bei diesem Strömungsverlauf werden die Behälter über ihre Höhe gleichmäßig
angeströmt und Rüc]iströmungen und Rückmischungen durch die verkleinerten Eintrittsgeschwindigkeiten
vermindert. Insbesondere bei Aufbau des Einbaus durch sich quer zur Strömungsrichtung
erstreckende gekrümmte Bleche wird kein signifikanter Druckabfall erzeugt.
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Bei einer anderen Ausgestaltffng des Einbaus werden im Querschnitt
des Luftaustritts in die Halle mindestens zwei räumlich voneinander getrennte Luftströme
erzeugt, die unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten aufweisen. Die bodennahe
untere Luftströmung weist eine hohe Austrittsgeschwindigkeit auf, um die notwendige
Eindringtiefe zu gewährleisten. Bei der bekannten Ausführungsform der Lagerhalle
muß die Strömung den mittigen Längstransportgang erreichen, während bei der erfindungsgemäßen
Anordnung der Trockenlagerhalle der randständige Transportgang erreicht werden muß.
Die oberhalb der Bodenströmung liegenden Luftströmungen im oberen Behälterbereich
weisen eine niedrigere Geschwindigkeit auf und dienen zur strömungstechnischen Abschirmung
der Bodenströmung gegenüber dem oberhalb der Behälter liegenden Lagerhallenvolumen.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Einbau jeweils eine düsenförmige Austrittsöffnung
für die Bodenströmung sowie großflächige Luftaustritte für die darüberliegenden
Austrittsströmungen aufweist.
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Um den thermischen Einflüssen auf die in die Halle austretende und
noch nicht durch die Behälter erwärmte Luftströmung entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft,
wenn oberhalb der Bodenströmung eintretende Teilströme einen nach oben gerichteten
Spitzen Winkel mit der zum Boden parallelen Luftströmung einschließen.
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Man gelangt zu einer einfachen Ausführung des Lagerhallendaches, wenn
das Dach als im wesentlichen durchgehendes Flachdach ausgebildet ist und die Abluftauslässe
nahe einer Hallenlängswand angeordnet sind. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
können die Abluftauslässe an der Belüftungswandung oder an der von Lufteintrittsöffnungen
freien Wandung der Lagerhalle angeordnet sein. Dabei können die Luftauslässe in
der äußer-
sten Kante des Lagerhallendaches oberhalb der Lagerhallenwandung
oder in der Wandung selbst mit einem Überstand ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Abluftauslässe führt zu kostenmäßigen
Vorteilen bei der nicht durch Luftauslässe unterbrochenen Lagerhallendachausführung.
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Aufwendige Konstruktionen zur Berücksichtigung der Abschirmwirkung
gegen Sky-Shine-Strahlung an den Abluftauslässen werden vermieden; vielmehr wird
durch die nicht unterbrochene Ausführung des Lagerhallendaches die Abschirmwirkung
gegenüber dieser Strahlung verbessert.
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Durch die entstehende Temperaturschichtung über die Lagerhallenhöhe
verliert die Frage der Anordnung der Abluftauslässe im Dach für die Luftströmung
an Bedeutung, so daß bei einer ausreichenden Dimensionierung der Abluftauslässe
bei der beschriebenen Lösung keine strömungstechnischen Nachteile entstehen. Die
randständige Anordnung der Abluftauslässe kann auch bei der bekannten Lagerhalle
mit zwei Belüftungswänden und mittigem Transportgang eingesetzt werden. Die Überhöhung
an den Öffnungen vermeidet Einflüsse von Windanströmungen auf die Abluftauslässe.
Weiterhin wird dadurch unabhängig von der Anströmrichtung des Windes eine Sogwirkung
auf die Austrittsöffnungen erreicht, die zusätzlich zum thermischen Auftrieb in
der Halle zu einer Erhöhung des Naturzugs in der Lagerhalle führt.
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Die bekannte Lagerhalle und die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
sollen nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine bekannte Lagerhalle,
Figur
2 einen Teilgrundriß in Blickrichtung der Pfeile II - II in Figur 1, Figur 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 durchgezcgenen Linien und die Strömung mit einem Einbau gemäß Figur 5 punktiert
dargestellt ist, Figur 4 einen vergrößerten Teilschnitt vergleichbar Figur 3 mit
einem Einbau zur Vergleichmäßigung der Beaufschlagung des Luftaustrittsquerschnittes
und Figur 5 einen Teilschnitt vergleichbar Figur 3 mit einem Einbau zur Aufteilung
in Teilluftströme unterschiedlicher Geschwindigkeit.
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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 nachgeschaltete 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.
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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.
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Kühlluft KL wird mittels eines durch freie Konvektiosströmung 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 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.
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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.
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Bei der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Lagerha lle 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.
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In der Hallenwandung 13 sind Abluftauslässe 15 ausgebildet, vor denen
jeweils eine überhöhte Schutzwand 16 angeordnet ist.
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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).
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Die außerhalb der Halle dargestellten Pfeile WL zeigen, daß unabhängig
von der Anströmrichtung des Windes eine Sogwirkung an den Abluftauslässen 15 aufgebaut
wird.
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- Wie bereits erwähnt, können die Abluftöffnungen 15 auch in Wandung
1 angeordnet sein oder es 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.
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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.
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Um eine Rückmischung von Strömungen RM 2 zu verringern bzw. ganz zu
vermeiden ist bei der Figur 4 ein strömungstechnischer Einbau 17 bestehend aus die
Umlenkebene bestimmenden Luftleitblechhaltern 18 und mehreren gekrümmten Luftleitblechen
19 vorgesehen. Der Einbau 17 sorgt für eine gleichmäßige Beaufschlagung des Austrittsquerschnittes
des Kühlluftauslasses 8 und damit für eine 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 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.
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Pfeil RS' in Figur 4); dann spielt auch die Rückmischung RM 1 keine
Rolle mehr. Bei dem Einbau 17 gemäß Figur 4 ist die Schräglage der Halter 18 bezüglich
des Austrittsquerschnitts der Öffnung 8 wichtig, da hierdurch die Lage der Umlenkebene
bestimmt wirdr Dasselbe Ziel, eine Verminderung der Rückmischung und 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). 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 Luftströmung 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, 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.