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Dokumentenidentifikation DE3435926C2 25.11.1993
Titel Lagergestell zur Lagerung von verbrauchten Brennelementen in einer Kernreaktoranlage
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Goetzmann, Claus, Dipl.-Ing., 8520 Erlangen, DE;
Bittermann, Dietmar, Dipl.-Ing., 8520 Erlangen, DE;
Rau, Peter, Dipl.-Ing. (FH), 8551 Leutenbach, DE
DE-Anmeldedatum 29.09.1984
DE-Aktenzeichen 3435926
Offenlegungstag 10.04.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.11.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.11.1993
IPC-Hauptklasse G21C 19/07

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lagergestell zur Lagerung von verbrauchten Brennelementen in einer Kernreaktoranlage,

  • a) bei welcher der Kernreaktor einen Reaktordruckbehälter besitzt,
  • b) der einen aus Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern mit einem Kerngitter zur Festlegung der Brennelementpositionen umschließt.


Ein solches Lagergestell ist durch die DE 27 58 670 A1 bekannt, wenn man unterstellt, daß bei dem bekannten Lagergestell die zugehörige Kernreaktoranlage einen (in der genannten DE-A1 nicht dargestellten) Reaktordruckbehälter mit einem aus Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern und mit einem Kerngitter zur Festlegung der Brennelementpositionen aufweist. Da beim bekannten Lagergestell dieses in einem wassergefüllten Lagerbecken angeordnet ist, so handelt es sich um die Lagerung von verbrauchten Brennelementen.

Dies trifft auch für ein weiteres bekanntes Lagergestell nach der DE 28 40 594 A1 zu, wonach zur Lagerung von verbrauchten Brennelementen in einem Kernkraftwerk (oder in einem Entsorgungszentrum) ein Lagerbecken vorgesehen ist.

Das aus der DE 32 16 855 C2 zu entnehmende Lagergestell ist dagegen nicht zur Lagerung von verbrauchten Brennelementen, sondern von noch unverbrauchten (frischen) Brennelementen vorgesehen; es ist innerhalb des Containments eines Kernreaktors im Ringraum zwischen der Sicherheitshülle und einem inneren Betongebäude angeordnet.

Auf der Innenseite des inneren Betongebäudes befindet sich ein Brennelement-Laberbecken zur temporären Lagerung der verbrauchten Brennelemente, die durch die unverbrauchten zyklisch ersetzt werden.

Die Brennelemente von Kernreaktoren werden nach einem sogenannten Brennelement-Zyklus ausgewechselt oder umgesetzt. Die Auswechslung betrifft bei modernen Leistungsreaktoren etwa ein Drittel der Brennelemente des Reaktorkerns, so daß nach drei Brennelement-Zyklen, die jeweils durchschnittlich ein Jahr dauern, die Brennelemente des gesamten Reaktorkerns außerhalb des Reaktordruckbehälters zu lagern oder zu bearbeiten sind.

Dieses Konzept liegt den vorstehende genannten drei bekannten Lagerstel-Typen zugrunde. Die damit verbundenen Kosten sind insbesondere bei Kernreaktoren kleiner Leistung groß im Vergleich zu den Gesamtkosten der Kernreaktoranlage.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die für die Lagerung verbrauchter Brennelemente bei Kernreaktoren kleiner Leistung erforderlichen Kosten zu verringern, weil diese im Verhältnis zu den Gesamtkosten besonders groß sind. Insbesondere soll auch der Einsatz von qualifiziertem Personal reduzierbar sein, das vor allem in Entwicklungsländern nicht zur Verfügung steht, besonders dann, wenn solche kleinen Kernreaktoren zu Heizzwecken eingesetzt werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Lagergestell gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst,

  • c) daß neben dem Reaktorkern in dem Reaktordruckbehälter Gestelle für die Lagerung von verbrauchten Brennelementen angeordnet sind und
  • d) daß die Gestelle von Randpositionen des Kerngitters gebildet werden.


Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Wie gefunden wurde, sind insbesondere in den Reaktordruckbehältern kleiner Leistung noch freie Volumina vorhanden, die bei der Erfindung ausgenutzt werden. Damit gelingt es, den außerhalb des Reaktordruckbehälters erforderlichen Aufwand für die Unterbringung und den Abtransport verbrauchter Brennelemente wesentlich zu verringern. Bemißt man die Nutzung der Brennelemente bei den geringen Literleistungen, die bei kleinen Reaktoren, z. B. Heizreaktoren üblich sind, genügend groß, z. B. auf einige Jahre, so kann der neue Reaktor alle während seiner Lebensdauer erforderlichen Brennelemente im Reaktordruckbehälter aufnehmen. Damit entfallen die sonst erforderlichen Lager- und Behandlungsmöglichkeiten außerhalb des Reaktordruckbehälters praktisch vollständig. Die von Randpositionen des Kerngitters gebildeten Gestelle stimmen baulich mit der Gestaltung des Kerngitters überein, so daß auf diese Weise die verbrauchten Brennelemente eine Abschirmung des aktiven Kerns bilden.

Die Lagergestelle haben vorteilhafterweise etwa die doppelte Höhe des Reaktorkerns. Dies bedeutet, daß die Grundfläche der Gestelle für die Aufbewahrung einer Kernladung nur gleich dem halben Kernquerschnitt zu sein braucht. Alternativ können auch mehr Brennelemente als die eines Kerns aufgenommen werden. Durch den eingangs zitierten Stand der Technik nach der DE 28 40 594 A1 und nach der DE 27 58 760 A1 ist es an sich bekannt, ein zweites (oberes) Teillagergestell auf ein erstes (unteres) Teillagergestell aufzusetzen, so daß die Lagerung der Brennelemente in mehr als einer Ebene erfolgen kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei einem Lagergestell, dessen zugehöriger Reaktordruckbehälter Wärmetauscher aufweist, vorgesehen, daß die Wärmetauscher am Außenrand des Reaktordruckbehälters mit Abstand voneinander angeordnet sind und daß der Zwischenraum mit Einrichtungen zur Aufbewahrung und/oder Reparatur von Brennelementen versehen ist. Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei sind ein Heizreaktor für z. B. 200 MWth und ein zugehöriges Lagergestell in einem Längsschnitt und einem Querschnitt dargestellt.

Der Heizreaktor sitzt in einer Betonabschirmung 1 in der sogenannten Reaktorgrube 2, die auf der Ebene des Ladeflurs 3 mit einem Betondeckel 4 verschlossen werden kann. In der Reaktorgrube 2 ist als Sicherheitshülle ein Stahlbehälter 6 untergebracht, der mit einem Deckel 7 verschlossen ist. Die Deckelbefestigung erfolgt mit Schrauben 8 an Flanschen 9. Der Zwischenraum 10 zwischen dem Sicherheitsbehälter 6 und der Wand der Reaktorgrube 2 enthält eine thermische Isolierung 11.

In dem Sicherheitsbehälter 6 ist zentrisch der metallische Reaktordruckbehälter 12 untergebracht, der mit Pratzen 13 auf einem Träger 14 abgestützt ist. Der Reaktordruckbehälter 12 ist mit einem Deckel 15 verschlossen, der mit Schrauben 16 und Flanschen 17 befestigt ist.

Im Reaktordruckbehälter 12 ist eine Tragstruktur 18 im unteren Teil vorgesehen, auf der der Reaktorkern 19 abgestützt ist. Der Reaktorkern 19 ist aus 180 Brennelementen zusammengesetzt, wie der Querschnitt der Fig. 2 zeigt. Die Brennelementpositionen sind durch eine als Kerngitter 20 bezeichnete Führung bestimmt, mit der die Brennelemente in Vierergruppen, sogenannten Kernzellen 21, zusammengefaßt sind. Das Kerngitter besteht im wesentlichen aus einer unteren Gitterplatte 22 mit einem bis auf die eingezogenen Ecken quadratischen Querschnitt und aus Blechschächten 23, die an der Gitterplatte 22 und aneinander abgestützt sind.

Neben dem Reaktorkern 19 sind am Rand des Kerngitters 20 weitere 184 Brennelementpositionen als Stellplätze für verbrauchte Brennelemente in Gestellen 24 vorgesehen. Die Gestelle 24 bestehen wie das Kerngitter aus miteinander verbundenen Blechschächten, entsprechend den Vierergruppen der Kernzellen 21, die parallel zu den vertikalen Randflächen des Reaktorkerns 19 auf der Abstützung 18 angeordnet sind. Die Höhe H&sub1; der Gestelle 24 ist jedoch doppelt so groß wie die Kernhöhe H&sub2;. Deshalb ist der Querschnittsbedarf der Gestelle 24 für die Brennelemente des Reaktorkerns 19 nur halb so groß wie die Querschnittsfläche des Kernreaktorkerns 19.

Im oberen Teil des Reaktordruckbehälters 12 sind am Rand der Gestelle 24 zwölf Wärmetauscher 25 um den Reaktorkern 19 gruppiert, die mit radial verlaufenden konzentrischen Zu- und Ableitungen 26 eines Heizungsnetzes verbunden sind. Zwischen den Wärmetauschern 25 ist auf gegenüberliegenden Seiten des Reaktorkerns noch ein Freiraum 28 und 29 von jeweils etwa der Fläche von zehn bis zwölf Brennelementpositionen vorhanden. Dieser Freiraum 28, 29 kann zur Unterbringung weiterer Gestelle 24 für verbrauchte Brennelemente genutzt werden. Man kann dort aber auch Inspektions- und Reparaturarbeiten an Brennelementen ausführen, so daß die sonst dafür außerhalb des Reaktordruckbehälters 12 erforderlichen Räumlichkeiten ebenfalls eingespart werden können.


Anspruch[de]
  1. 1. Lagergestell zur Lagerung von verbrauchten Brennelementen in einer Kernreaktoranlage,
    1. a) bei welcher der Kernreaktor einen Reaktordruckbehälter (12) besitzt,
    2. b) der einen aus Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern (19) mit einem Kerngitter (20) zur Festlegung der Brennelementpositionen umschließt,

      dadurch gekennzeichnet,
    3. c) daß neben dem Reaktorkern in dem Reaktordruckbehälter (12) Gestelle (24) für die Lagerung von verbrauchten Brennelementen angeordnet sind und
    4. d) daß die Gestelle (24) von Randpositionen des Kerngitters (20) gebildet werden.
  2. 2. Lagergestelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestelle (24) etwa die doppelte Höhe (H&sub2;) des Reaktorkerns (19) haben.
  3. 3. Lagergestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekapazität der Gestelle (24) so groß wie die Zahl der Brennelemente des Reaktorkerns (19) ist.
  4. 4. Lagergestell nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Wärmetauschern im Reaktordruckbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (25) am Außenrand des Reaktordruckbehälters (12) mit Abstand voneinander angeordnet sind und daß der Zwischenraum (28, 29) mit Einrichtungen zur Aufbewahrung und/oder Reperatur von Brennelementen versehen ist.






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