DE3718510A1 - Method for generating nuclear heat of up to a maximum of 250@C - Google Patents

Method for generating nuclear heat of up to a maximum of 250@C

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DE3718510A1
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    • G21C1/14—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated moderator being substantially not pressurised, e.g. swimming-pool reactor
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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Abstract

Method for generating nuclear heat of 150@C to 200@C, 250@C at most, by re-using spent fuel assemblies in a small nuclear reactor moderated by heavy water, that is surrounded in an outer chamber (pool) by an organic liquid containing boron for preference.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeu­ gung von Wärme von 150 bis 200°C höchstens 250°C mit einem nuklearen Reaktor.The invention relates to a method for generating heat from 150 to 200 ° C with a maximum of 250 ° C a nuclear reactor.

Die am meisten benötigte Wärmeenergie wird bei Tempera­ turen bis 200°C verbraucht, z. B. für Raumheizung, Meer­ wasserentsalzung etc.The most needed thermal energy is at Tempera doors used up to 200 ° C, e.g. B. for space heating, sea water desalination etc.

Für diese Zwecke wird heute in den meisten Fällen Erdöl, Erdgas oder Kohle eingesetzt, was einerseits zu hohen Kosten beim Verbraucher führt und an­ dererseits nur auf endliche Zeiträume machbar ist, da die zur Verfügung stehenden Mengen der einzelnen Energieroh­ stoffe nur noch wenige Generationen ausreichen. Außerdem sind sie eine wesentliche Quelle der Luftverschmutzung.For these purposes, today Most cases use petroleum, natural gas or coal what on the one hand leads to high costs for the consumer which, on the other hand, is only feasible for finite periods because the available amounts of individual energy raw only a few generations are sufficient. Furthermore they are an essential source of air pollution.

Die Erfindung soll hier, wenn auch nur in einzelnen Be­ reichen, Abhilfe schaffen.The invention is intended here, if only in individual cases suffice, remedy.

Die Aufgabe wird mit den erfindungsgemäßen Vorschlägen da­ durch gelöst, daß mindestens zwei, vorzugsweise gebrauchte, sogenannte abgebrannte Brennelemente aus Leichtwasser- ggf anderen Reaktoren, oder mehr, z. B. 16 Brennelemente, horizontal, vorzugsweise vertikal einzeln oder zu vieren in Röhren ohne Böden oder auch kompakt, alle 16 in einem Gefäß ohne Boden, welche/s in einem Druckbe­ hälter angeordnet sind/ist, so daß vertikal abwärts außen an den Röhren oder dem Gefäß fließend abgekühl­ tes D2O als Moderator dient, sich umkehrt und durch die/den offenen Böden/Boden in den Röhren oder dem Ge­ fäß aufwärts fließend als Kühlmittel fungiert, wobei es immer unter Druck steht und die Gesamtanlage in einem Außenraum (Pool) angeordnet ist, in dem sie allseitig von borigem Wasser (1,5-2%ig) oder vorzugsweise einer borhaltigen, organischen Flüssigkeit, wie z. B. Diphenyl oder Terphenyl etc. umgeben wird oder die Röhren oder der Behälter als Druckröhren oder Druckbehälter ausge­ bildet sind/ist und sie/er von einem drucklosen Calan­ dria umschlossen werden/wird welcher selbst frei auf Beinen oder Traversen in einem Außenraum (Pool) steht, der mit borigem Wasser (1,5-2%ig) oder vorzugsweise einer borhaltigen, organischen Flüssigkeit wie z. B. Di­ phenyl oder Terphenyl etc. angefüllt ist, wobei im Ca­ landria fast drucklos D2O als Moderator dient und mit einem Kühlkreislauf ausgestattet sein kann, während als Kühlmittel in Druckröhren bzw. Druckbehälter vertikal H2O oder D2O zirkuliert.The object is achieved with the proposals according to the invention by the fact that at least two, preferably used, so-called spent fuel elements from light water or other reactors, or more, for. B. 16 fuel elements, horizontally, preferably vertically individually or four in tubes without bottoms or compact, all 16 in a vessel without bottom, which / s are arranged in a Druckbe container /, so that vertically downwards on the outside of the tubes or D 2 O, which is cooled in a flowing manner, serves as a moderator, reverses and acts as a coolant flowing upwards through the open floors / bottom in the tubes or the vessel, whereby it is always under pressure and the entire system is located in an outdoor area (pool ) is arranged in which it is all around of boric water (1.5-2%) or preferably a boron-containing organic liquid, such as. B. Diphenyl or terphenyl etc. is surrounded or the tubes or the container are / are formed as pressure tubes or pressure vessels and they are enclosed by an unpressurized calan dria / which itself is free on legs or trusses in an outdoor space (pool) stands with boric water (1.5-2%) or preferably a boron-containing organic liquid such. B. Di phenyl or terphenyl etc. is filled, in the Ca landria D 2 O serves almost as a moderator and can be equipped with a cooling circuit, while vertically H 2 O or D 2 O circulates as a coolant in pressure tubes or pressure vessels.

Das natürliche Uran weist gegenwärtig folgende Isotopen­ zusammensetzung aus: 99,27% Uran-238, 0,72% Uran-235 sowie 0,0056% Uran-234. Im Brennelement für Leichtwas­ serreaktoren ist das Uran-235 auf ca. 3,2% angereichert.Natural uranium currently has the following isotopes composition of: 99.27% uranium-238, 0.72% uranium-235 and 0.0056% uranium-234. In the fuel element for light water The uranium-235 is enriched to approx. 3.2% in serreactors.

Bei einem Brennelementewechsel z. B. nach einem Abbrand von ca. 35 000 MWd)t U für ein DWR-Brennelement sind in diesem noch ca. 0,8% Uran-235 enthalten und es ist noch ca. 0,6% des spaltbaren Plutoniums vorhanden, das er­ brütet wurde. Es ist also mehr spaltbares Material vor­ handen als im Natururan. Die Brennelemente sind das teuerste im gesamten Reaktorbetrieb, aus diesem Grunde könnten höhere Abbrände z. B. 50 oder 100 000 MWd/t wirtschaftliche Vorteile erbringen.When changing fuel z. B. after a burn of approx. 35,000 MWd) t U for a DWR fuel element are in this still contains about 0.8% uranium-235 and it is still  approx. 0.6% of the fissile plutonium is present hatched. So there is more fissile material in front act as in natural uranium. The fuel elements are most expensive in the entire reactor operation, for this reason could higher burns z. B. 50 or 100,000 MWd / t bring economic benefits.

Die Versprödung der Brennelemente mit zunehmendem Abbrand ist bisher der li­ mitierende Faktor. Bei diesem Konflikt bieten sich bis jetzt zwei Möglichkeiten an:The embrittlement of the Up to now, fuel assemblies with increasing burnup have been left mitigating factor. In this conflict, up to now two options:

  • a) Aufarbeitung der Elemente mit Rückgewinnung des Rest­ brennstoffes, was im Moment unwirtschaftlich ist odera) Processing of the elements with recovery of the rest fuel, which is currently uneconomical or
  • b) Endlagerung des gesamten Brennelementes mit Verlust des Restbrennstoffes, was ungefährlicher erscheint.b) disposal of the entire fuel assembly at a loss of the residual fuel, which appears to be less dangerous.

Einen dritten Weg zeigt die Erfindung auf, in dem diese gebrauchten Brennelemente in kleineren Reaktoren mit niedrigerer Temperatur und damit auch mit niedrigerem Druck wieder eingesetzt werden, was durch die Steuerung mit einem Reaktorgift wie z. B. Bor leicht möglich ist. Auch das Umkehren ganzer Brennelemente oder der einzelnen Brennstäben in den Brennelementen, wodurch die Fließrich­ tung des Kühlmittels umgekehrt wird, kann von Vorteil sein und die Lebensdauer der Brennelemente stark erhöhen, da die Korrosion an den Hüllenrohren gleichmäßiger ver­ teilt wird. Es ist bis jetzt (nach mehr als 20 Jahren) noch kein Fall bekannt, daß eine Schwächung von Hüllen­ rohren oder Strukturteilen festgestellt wurde oder aber das Brennstabdefekte aufgetreten sind. The invention shows a third way in which this used fuel elements in smaller reactors with lower temperature and therefore lower Pressure can be reinstated by the controller with a reactor poison such as B. boron is easily possible. Also the reversal of entire fuel elements or the individual ones Fuel rods in the fuel assemblies, creating the flow direction reversing the coolant can be an advantage be and greatly increase the life of the fuel elements, since the corrosion on the cladding tubes ver is shared. It is so far (after more than 20 years) No case is known yet of a weakening of envelopes pipes or structural parts was found or that fuel rod defects have occurred.  

Zur inhärenten Sicherheit ist der Reaktor in einem Außenraum (Pool) mit kaltem borigem Wasser oder vor­ zugsweise einer borhaltigen, organischen Flüssigkeit wie z. B. Diphenyl oder Terphenyl etc. angeordnet. Außen­ raum (Pool) und Kühlkreislauf sind an bestimmten Schnitt­ stellen indirekt miteinander verbunden, d. h. bei norma­ lem Betrieb reicht der Druck der Kühlmittelpumpe aus, durch eine Sperre den Zufluß von Flüssigkeit aus dem Außenraum (Pool) in den Reaktor zu verhindern. Bei einer Unterbrechung der Kühlmittelströmung würde durch Bruch der Sperre die Flüssigkeit aus dem Außenraum (Pool) in den Kühl­ kreislauf fließen. Das in der Flüssigkeit enthaltene Bor würde durch Neutronenabsorption die Kettenraktion unter­ brechen. Das große Volumen des Außenraums (Pools) wäre ausreichend, um den Reaktor für einige Tage ohne einen Eingriff durch Bedienungspersonal und ohne Notkühlsystem zu kühlen.The reactor is in one for inherent safety Outside space (pool) with cold boric water or in front preferably an organic liquid containing boron such as B. diphenyl or terphenyl etc. arranged. Outside Room (pool) and cooling circuit are at a certain cut indirectly linked to each other, d. H. at norma During operation, the pressure of the coolant pump is sufficient through a barrier the inflow of liquid from the To prevent outside space (pool) in the reactor. At a Interruption of the coolant flow would result in breakage of the Lock the liquid from the outside (pool) in the cooling circulation flow. The boron contained in the liquid would reduce the chain reaction by neutron absorption break. The large volume of the outside space (pools) would be sufficient to run the reactor for a few days without one Intervention by operating personnel and without an emergency cooling system to cool.

Die Verwendung einer borhaltigen, organischen Flüssigkeit wie Diphenyl etc. im Außenraum (Pool) hat den Vorteil, daß bei einem Störfall das Kühlmittel und auch ggf. der Modera­ tor (D2O) leicht von der Flüssigkeit des Außenraums (Pool) getrennt werden kann.The use of a boron-containing, organic liquid such as diphenyl etc. in the outdoor area (pool) has the advantage that the coolant and possibly the moderator (D 2 O) can be easily separated from the liquid in the outdoor area (pool) in the event of an accident .

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung von nuklearer Wärme bis höchstens 250°C, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - mindestens zwei, vorzugsweise gebrauchte, sogenannte abgebrannte Brennelemente aus Leichtwasser- ggf. an­ deren Reaktoren, oder mehr, z. B. 16 Brennelemente, horizontal, vorzugsweise vertikal einzeln oder zu vie­ ren in Röhren ohne Böden oder auch kompakt, alle 16 in einem Gefäß ohne Boden, welche/s in einem Druckbehälter angeordnet sind/ist, so daß vertikal abwärts außen an den Röhren oder dem Gefäß fließend abgekühltes D2O als Moderator dient, sich umkehrt und durch die/den offenen Böden/Boden in den Röhren oder dem Gefäß aufwärts flie­ ßend als Kühlmittel fungiert, wobei es immer unter Druck steht und die Gesamtanlage in einem Außenraum (Pool) angeordnet ist, in dem sie allseitig von borigem Was­ ser (1,5-2%ig) oder vorzugsweise einer borhaltigen, organischen Flüssigkeit wie z. B. Diphenyl oder Terphenyl etc. umgeben wird,
  • - die Röhren oder der Behälter als Druckröhren oder Druck­ behälter ausgebildet sind/ist und sie/er von einem drucklosen Calandria umschlossen werden/wird, welcher selbst frei auf Beinen oder Traversen in einem Außen­ raum (Pool) steht, der mit borigem Wasser (1,5-2%ig) oder vorzugsweise einer borhaltigen, organischen Flüs­ sigkeit wie z. B. Diphenyl oder Terphenyl etc. ange­ füllt ist, wobei im Calandria fast drucklos D2O als Moderator dient und mit einem Kühlkreislauf ausgestat­ tet sein kann, während als Kühlmittel in Druckröhren bzw. Druckbehälter vertikal H2O und D2O zirkuliert.
1. A process for generating nuclear heat up to a maximum of 250 ° C, characterized in that
  • - At least two, preferably used, so-called spent fuel elements from light water, possibly at their reactors, or more, for. B. 16 fuel elements, horizontally, preferably vertically individually or to vie ren in tubes without bottoms or compact, all 16 in a bottomless vessel, which / s are arranged in a pressure vessel, so that vertically downwards on the outside of the tubes or D 2 O, which is cooled and flowing in the vessel, serves as a moderator, reverses and acts as a coolant flowing through the open floor / floor in the tubes or up the vessel, while it is always under pressure and the entire system is in an outdoor space (pool) is arranged in which it is on all sides of boron water (1.5-2%) or preferably a boron-containing organic liquid such. B. diphenyl or terphenyl etc. is surrounded,
  • - The tubes or containers are / are designed as pressure tubes or pressure containers and they are enclosed by an unpressurized calandria, which itself stands freely on legs or trusses in an outdoor space (pool) which is filled with boric water (1 , 5-2%) or preferably a boron-containing organic liquid such as. B. diphenyl or terphenyl, etc. is filled, D 2 O serving as moderator in the Calandria almost without pressure and can be equipped with a cooling circuit, while H 2 O and D 2 O circulate vertically as a coolant in pressure tubes or pressure vessels.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kühlkreislauf an zwei Schnittstellen durch Sperren mit dem Außenraum (Pool) und somit mit dem bori­ gen Wasser oder vorzugsweise einer borhaltigen, organi­ schen Flüssigkeit wie z. B. Diphenyl oder Terphenyl etc. indirekt verbunden ist, so daß bei außergewöhnlichen Druck­ veränderungen im Kühlkreislauf durch Bruch der Sperre eine Kühlung und Abschaltung des Reaktors gewährleistet ist.2. The method according to claim 1, characterized in net that the cooling circuit through at two interfaces Lock with the outside space (pool) and thus with the bori gene water or preferably a boron-containing, organic rule liquid such. B. diphenyl or terphenyl etc. is indirectly connected, so that at exceptional pressure Changes in the cooling circuit due to the lock being broken ensures cooling and shutdown of the reactor is. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei außergewöhnlichen Veränderungen im Kühl­ kreislauf im selben Bor freigesetzt wird.3. The method according to claim 1, characterized in net that with extraordinary changes in the cooling cycle is released in the same boron. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlmittel mehr oder weniger mit einem Reaktorgift, z. B. Bor angereichert ist, um die Kühl­ mitteltemperatur durch Steuerung des Neutronenflusses auf 150 bis 200°C höchstens 250°C zu begrenzen.4. The method according to claim 1, characterized in net that the coolant more or less with one Reactor poison, e.g. B. Boron is enriched to the cooling mean temperature by controlling the neutron flow limited to 150 to 200 ° C at most 250 ° C. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß durch Umkehren der Brennelemente oder Umkehren der Brennstäbe in den Brennelementen eine entgegenge­ setzte Fließrichtung des Kühlmittels als im vorher­ gehenden Einsatz erreicht wird.5. The method according to claim 1, characterized in net that by reverse fuel or reverse the fuel rods in the fuel assemblies a counter  set the flow direction of the coolant than in the previous outgoing use is achieved. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei der niedrigen Temperatur des Kühlmittels durch den Einsatz des Clausius-Rankine-Prozesses mit einem bei tieferen Temperaturen siedenden Kreislauf­ mittels elektrische Energie erzeugt wird.6. The method according to claim 1, characterized in net that at the low temperature of the coolant through the use of the Clausius-Rankine process a circuit boiling at lower temperatures is generated by means of electrical energy.
DE19873718510 1987-05-15 1987-06-03 Method for generating nuclear heat of up to a maximum of 250@C Ceased DE3718510A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1316506C (en) * 2002-06-19 2007-05-16 北京北大青鸟有限责任公司 Deep water tank nuclear heat supply reactor adopting waste fuel of nuclear power station

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1316506C (en) * 2002-06-19 2007-05-16 北京北大青鸟有限责任公司 Deep water tank nuclear heat supply reactor adopting waste fuel of nuclear power station

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