DE3603566C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Ober
begriff des Anspruches 1.
Bei der Wärmeabfuhr von Wärmequellen, z.B. bei der Küh
lung von Behältern mit selbsterhitzendem Inhalt, wie
aufkonzentrierte hochradioaktive Flüssigkeiten, wird
oft ein Konvektionskühlkreislauf eingesetzt. Die
Förderung des Kühlmittelflusses geschieht durch Konvek
tion. Das hat den Vorteil, daß zur Kühlung bzw. Wärme
abfuhr keine Fremdenergie notwendig ist, und daß die
Kühlung bei Bedarf selbst anläuft.
Ein solches System arbeitet passiv, d.h. es werden we
der Antrieb noch Steuerung benötigt. Daher eignet es
sich besonders zum Einsatz in nukleartechnischen Anla
gen, die aufgrund der radioaktiven Belastung schwer zu
gänglich sind.
Es wurde vorgeschlagen, den sekundären Konvektionskühl
kreislauf mit einem Kondensator und einem Luftkühler
auszurüsten. Im Primärkühlkreislauf führt die Selbster
hitzung des radioaktiven Konzentrates zu Dampfbildung.
Der Dampf wird in den Kondensator geleitet und abge
kühlt. Das Kondensat wird in den Behälter zurückge
führt.
Um einen Kühlmittelstrom auch bei niedrigen Temperatu
ren sicherzustellen, werden frostgeschützte Kühlmittel
eingesetzt. Unter anderem wird sechsmolare HNO3 als
Kühlmittel verwendet, die bis -40 Grad Celsius frost
sicher ist.
Das Kühlmittel strömt durch den Luftkühler und nimmt
unter Abgabe von Wärme an die Außenluft annähernd deren
Temperatur an. Der Kondensator wird daher von dem
Kühlmittel mit der angenommenen Temperatur beauf
schlagt, so daß die Möglichkeit denkbar ist, daß der
Kondensator bei länger andauernden Frostperioden
zufrieren kann. Die Wärmeabfuhr über den Kondensator
wäre damit blockiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einfrie
ren des Kondensators durch geeignete Maßnahmen, die
keinen Fremdenergieaufwand erfordern, zu verhindern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei
chen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die Erfindung wird die Volumenverringerung des
Kühlmittels aufgrund der Abkühlung ausgenutzt, um den
Kühlmittelstrom zu drosseln oder zu unterbrechen. Durch
konstruktive Auslegung ist es möglich, den Sekundär
kreis bei einer definierten Temperatur zu unterbrechen.
Der Kondensator kann damit nicht weiter abgekühlt
werden und bleibt somit auf der Temperatur der abge
schirmten Zelle, in der das Behälterlager angeordnet
ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird
durch den Merkmalen des Anspruchs 2 gekennzeichnet.
Durch die Anordnung von zwei Überlaufwehren am höchsten
Punkt des Sekundärkreislaufes ist eine vollständige
Trennung des Luftkühlers vom stehenden Kühlmittel
gewährleistet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
werden in den Unteransprüchen 3 und 4 gekennzeichnet.
Durch die Erfindung wird die Funktion der passiven Sie
dekühlung auch bei längeren Frostsituationen gewähr
leistet. Dabei werden keine Hilfsenergie für Regelein
richtungen und keine Wartungs- und Bedienungsarbeiten
benötigt.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungs
beispiel der Erfindung näher erläutert.
Ein HAWC (aufkonzentrierter hochradioaktiver flüssiger
Waste) enthaltender Lagerbehälter 1 ist über eine Rohr
leitung 3 mit der höchsten Stelle eines geneigt ange
ordneten Rohrschlangenkondensators 5 und über eine
Rücklaufleitung 7 mit dem unteren Auslaufende des Kon
densators 5 verbunden. Behälter 1, Rohrleitungen 3 und
7 sowie der Dampfraum innerhalb des Kondensators 5
bilden den Primärkühlkreislauf.
Der Sekundärkühlkreislauf besteht aus senkrechten Rohr
leitungen 9, deren obere Enden durch eine horizontale
Rohrstrecke 11 und deren untere Enden durch eine ge
neigt verlaufende Rohrstrecke 13 miteinander verbunden
sind. In dem Sekundärkühlkreislauf ist sechsmolare HNO3
als Kühlmittel eingefüllt. In der unteren Rohrstrecke
13 ist der Kondensator 5 eingesetzt. In der oberen
Rohrstrecke 11 ist ein Luftkühler 15 zur Wärmeabgabe
des Kühlmittels angeordnet. Vor und hinter diesem Luft
kühler 15 hat die Rohrstrecke 11 den Querschnitt erwei
ternde Kammern 17 und 19, in deren Bereich auf dem
Grund des jeweiligen waagerechten Rohrabschnittes 21
bzw. 23 jeweils ein Überlaufwehr 25 bzw. 27 angeordnet
ist.
Die in Strömungsrichtung hinter dem Luftkühler 15 ange
ordnete Kammer 19 ist mit einem Ausgleichsgefäß 29 ver
bunden, während die andere Kammer 17 an ihrem oberen
Punkt eine Entlüftungsleitung 31 aufweist. Das Aus
gleichsgefäß 29 vermag größere Ausdehnungen des Kühl
mittels aufzufangen. Der aus den Rohrleitungen 9, den
Rohrstrecken 11 und 13, Kondensator 5 und Luftkühler 15
gebildete Sekundärkreislauf weist seitlich oben ein
Füllstandsanzeigegefäß 33 über eine Verbindungsleitung
35 auf. Unterhalb der oberen Rohrstrecke 11 ist eine
parallel verlaufende kleinere Bypassrohrleitung 37 ein
gebaut, die die Kammern 17 und 19 und den Luftkühler 15
überbrückt.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Einrich
tung ist wie folgt.
Im Normalbetrieb der beschriebenen Kühleinrichtung ist
der Füllstand des Kühlmittels so eingestellt, daß die
Kammern 17 und 19 mit den Überfallwehren 25 und 27 ganz
gefüllt sind (siehe Niveau-Pfeil a). Der maximale
Massenstrom des Kühlmittels kann durch den einen Wärme
tauscher darstellenden Luftkühler 15 fließen.
Verringert sich die Temperatur des umlaufenden Kühlmit
tels, wird das Kühlmittelvolumen und damit auch der
Füllstand niedriger (Niveauanzeige Pfeil b). Der Mas
senstrom durch den Luftkühler 15 wird durch den nun
kleineren Strömungsquerschnitt in den Kammern 17 und 19
an den Überfallwehren 25 und 27 gedrosselt.
Sinkt die Temperatur des Kühlmittels weiter und wird
eine durch die Füllmenge einstellbare mittlere
Kreislauftemperatur unterschritten, sinkt der Füllstand
unter die Oberkante der Überlaufwehre 25, 27 (Pfeil c).
Dieses kann bei einer Dauerfrostperiode aufgrund des
Abkühlens über den Wärmetauscher 15 möglich sein. Das
Kühlmittel erfährt dadurch eine Volumen
verringerung, die die Ursache ist, daß der Füllstand
unter die Oberkante der Überlaufwehre fällt. Der Durch
lauf des Kühlmittels durch den Wärmetauscher 15 und da
mit eine weitere Abkühlung des Kühlmittels durch Wärme
abgabe an die Umgebungsluft ist nicht mehr möglich.
Lediglich durch die einen kleineren Durchmesser
aufweisende Bypassrohrleitung 37 findet ein Restumlauf
statt, der zur Vergleichmäßigung der Temperatur
verteilung im Kühlmittelkreislauf dient. Der Mindestum
lauf ist durch die Bypassrohrleitung 37 unter Umgehung
der Kammern 17 und 19 und des Luftkühlers 15 möglich.
Dadurch ist gewährleistet, daß die Volumenerhöhung ei
nes warmen Teiles des Kühlmittels nicht durch die
Volumenverringerung eines kälteren Teiles kompensiert
wird. Durch den kleineren Durchmesser ist
gewährleistet, daß beim Vollastbetrieb nur ein geringer
Teil des Kühlmittels durch die Bypassrohrleitung 37
fließt.
Steigt die Kühlmitteltemperatur aufgrund der in dem Be
hälter 1 erzeugten Nachzerfallswärme wieder über die
eingestellte mittlere Kreislauftemperatur an, dehnt
sich das Kühlmittel aus. Dadurch füllen sich die
Kammern 17 und 19 mit den Überlaufwehren 25 und 27 und
der Kühlmittelstrom kann wieder durch den Luftkühler 15
fließen.
Das üblicherweise verwandte Kühlmittel ist sechsmolare
Salpetersäure, die bis minus 40 Grad Celsius flüssig
bleibt.
Die Volumenänderung bei einer gegebenen Temperaturver
teilung hängt von der Gesamtmenge des Kühlmittels ab.
Die daraus resultierende Füllstandsänderung läßt sich
durch Veränderung des Querschnittes der Kammern 17 und
19 einstellen. Durch die Dimensionierung der Kammern
17 und 19 kann eine den jeweiligen Anforderungen eines
derartigen passiven Kühlsystems angepaßte Abhängigkeit
der Empfindlichkeit von der mittleren Kreislauftempera
tur erreicht werden.
Claims (4)
1. Passive Kühleinrichtung mit einem primären Siede
kühlkreislauf und einem sekundären Konvektionskühl
kreislauf, in dessen unterem Bereich ein von dem Kühl
mittel des Sekundärkreislaufes beaufschlagter Kondensa
tor für das abzukühlende Medium des primären Siedekühl
kreislaufes und in dessen oberen Bereich ein Wärmetau
scher zur Abkühlung des Kühlmittels auf annähernd
Umgebungstemperatur angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der sekundäre Konvektionskühlkreislauf (5, 9, 11,
13, 15) an seinem höchsten Punkt Mittel enthält, die
bei einer Volumenänderung des Kühlmittels aufgrund sich
erniedrigender Temperatur zu einem Drosseln oder Unter
brechen des Kühlmitteldurchflusses durch den Wärme
tauscher (15) führen.
2. Passive Kühleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor und nach dem Wärmetauscher (15) den Querschnitt
der Rohrleitungen erweiternde Kammern (17 und 19) vor
handen sind, die den höchsten Punkt des sekundären Kon
vektionskreislaufs bilden,
daß im Bereich der Kammern (17, 19) auf dem Grund des
jeweiligen Rohrabschnittes (21, 23) Überlaufwehre (25,
27) angebracht sind.
3. Passive Kühleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet
daß der sekundäre Konvektionskühlkreislauf ein Füll
standsanzeigegefäß (33) zur Überwachung der Füllhöhe
des Kühlmittels aufweist.
4. Passive Kühleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der sekundäre Konvektionskühlkreislauf eine die
Drosselstellen (25, 27) und den Wärmetauscher (15)
überbrückende Bypassrohrleitung (37) geringeren
Durchmessers aufweist.
Priority Applications (7)
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