DE1169598B

DE1169598B - Transport container for irradiated elements of a nuclear reactor

Info

Publication number: DE1169598B
Application number: DEB58890A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Bakos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-08-06
Filing date: 1960-08-06
Publication date: 1964-05-06

Description

Transportbehälter für bestrahlte Elemente eines Kernreaktors Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter für radioaktive, Zerfallswärme erzeugende, in einem Kernreaktor bestrahlte Brennelemente, in dem die erzeugte Wärmemenge mittels eines primären, die Brennelemente umgebenden Kühlmittelkreislaufs und eines sekundären Kühlmittelkreislaufs abgeführt wird, der durch die Behälterwand hindurch die Verbindung des Innenraumes mit einem Wärmeaustauscher herstellt.Transport container for irradiated elements of a nuclear reactor The invention relates to a transport container for radioactive, decay heat generating, in one Nuclear reactor irradiated fuel elements, in which the amount of heat generated by means of a primary, the fuel elements surrounding coolant circuit and a secondary Coolant circuit is discharged through the container wall through the connection of the interior with a heat exchanger.

Die bekannten Transportbehälter dieser Art werden meist in horizontaler Lage und geschlossen ausgebildet und die Wärmeabfuhr wird durch mechanische Umwälzeinrichtungen in mehreren Kreisläufen durch Kühlmittel gesichert. Es ist dabei schwierig, während eines Transportes, insbesondere während des Umladevorganges, ständig für die erforderliche Energie zu sorgen, um die Umwälzeinrichtung in Betrieb zu halten. Mechanische Umwälzeinrichtungen enthalten außerdem Motoren und schnell bewegliche Teile; man braucht daher ständig Aufsichts- und Wartungspersonal. Dadurch werden die Betriebs- und Unterhaltungskosten erhöht.The known transport containers of this type are mostly horizontal Positioned and closed and the heat is dissipated by mechanical circulating devices secured in several circuits by coolant. It's difficult while doing this of a transport, especially during the reloading process, constantly for the required To provide energy to keep the circulation device in operation. Mechanical circulation devices also contain motors and fast moving parts; one therefore needs constantly Supervision and maintenance personnel. This will reduce the operating and maintenance costs elevated.

Bei einer ebenfalls bekannten Ausführungsform eines Transportbehälters ist dieser in vertikaler Lage ausgebildet; innerhalb seines Bleimantels ist ein primärer Kühlmittelkreislauf angeordnet, während ein sekundärer Kühlmittelkreislauf in seinem wärmeabgebenden Teil nach außen an die seitliche Wand verlegt ist, wobei die Wärmeübertragung durch die stehende Anordnung des ganzen Gefäßes nur durch thermische Konvektion erfolgt. Die Übertragung durch thermische Konvektion in thermodynamisch ausgeführten Geräten ist altbewährt. Jedoch ist bei Transportbehältern für radioaktive Elemente folgendes besonders zu beachten: Bei der bekannten Lösung ist die strahlungsabschirmende Bleiwand für die sekundäre Kühlmittelführung seitlich mehrfach durchbohrt; dadurch wird die abschirmende Wirkung beeinträchtigt. Der wesentliche spezifische Wärmeausdehnungsunterschied zwischen Blei- und Stahlmantel und eventuelle, unsichtbare Lunkerbildung können dazu führen, daß das sekundäre Kühlsystem ausfällt, z. B. bei einem entstehenden Riß. Wenn er außen liegt, kann er zwar an Ort und Stelle repariert werden. Aber wenn er im Inneren liegt, ist eine Reparatur nicht ohne weiteres möglich. Das an der Außenwand angebaute, sekundäre Kühlsystem ist auch gegen Transportschäden häufig empfindlich. Weiterhin ist das bekannte Ein- und Ausladen der Behälter unter einer bestimmten Wasserschicht erschwert, wenn der innere Stahlbehälter mit primärem Kühlsystem und abschraubbarem Deckel versehen ist. Während einer Lagerung in geschlossenen Räumen oder in Schiffen bei ungenügender Luftzirkulation sinkt die Kühlwirkung des sekundären Kühlsystems rapide ab. Die bisherigen Lösungen enthalten keine Umschaltmöglichkeit auf Wasserkühlung, um die Kühlleistungsminderung zu beseitigen.In a likewise known embodiment of a transport container this is formed in a vertical position; inside its lead jacket is a arranged primary coolant circuit, while a secondary coolant circuit is laid in its heat-emitting part to the outside on the side wall, wherein the heat transfer through the standing arrangement of the whole vessel only by thermal Convection takes place. The transfer by thermal convection in thermodynamic executed devices is well-tried. However, in the case of transport containers for radioactive Particular attention should be paid to the following elements: In the known solution, the radiation shielding Lead wall for the secondary coolant supply drilled through several times at the side; through this the shielding effect is impaired. The main specific thermal expansion difference between lead and steel jacket and possible, invisible voids cause the secondary cooling system to fail, e.g. B. in an emerging Crack. If it is outside, it can be repaired on the spot. but if it is inside, repair is not easily possible. That on The secondary cooling system attached to the outer wall is also often used to prevent damage in transit sensitive. Furthermore, the known loading and unloading of the container is under one certain water layer difficult when the inner steel tank with primary cooling system and unscrewable cover is provided. During storage in closed In rooms or in ships with insufficient air circulation, the cooling effect of the decreases secondary cooling system rapidly. The previous solutions do not contain a switch option to water cooling in order to eliminate the reduction in cooling performance.

Durch die Erfindung sollen die erwähnten Nachteile der bekannten Transportbehälter beseitigt werden. Die Lösung dieser gestellten Aufgabe besteht bei einem Transportbehälter für Zerfallswärme erzeugende, in einem Kernreaktor bestrahlte Brennelemente, in dem die erzeugte Wärmemenge mittels eines primären, die Brennelemente umgebenden Kühlmittelkreislaufs und eines sekundären Kühlmittelkreislaufs abgeführt wird, der durch die Behälterwand hindurch die Verbindung des Innenraumes mit einem Wärmeaustauscher herstellt, der Erfindung gemäß darin, daß das Kühlsystem für den sekundären Kühlmittelkreislauf einschließlich Wärmeaustauscher ausschließlich mit dem Deckel des Behälters verbunden ist. Nach der Erfindung werden auf besonders einfache Weise alle bisherigen Nachteile dadurch beseitigt, daß die mit dem primären Kühlmittel gefüllte strahlungsabschirmende Stahl- und Bleiwand unverletzt bleibt. Die durch die inmitten des Behälters in Gitter eingesetzten Brennelemente erzeugte Wärme hält das Primärkühlmittel in natürlichem Umlauf; man braucht also kein besonderes Kühlsystem. Das sekundäre Kühlsystem ist mit dem Deckel des Behälters fest verbunden und seine in das Innere des Behälters ragenden Kühlrohre sind an der höchsten Stelle angeordnet, wo das primäre Kühlmittel am wärmsten ist. Da die Bohrungen am Dekkel ausgeführt sind, besteht keine Gefahr, daß das radioaktive primäre Kühlmittel ausläuft und die Strahlungssicherheit der Bedienungspersonen gefährdet. Im Fall einer Ein- und Ausladung gibt es keine Schwierigkeiten, weil einfach der Deckel mit dem mit ihm verbundenen Sekundärkühlsystem abgehoben werden kann und die Brennelemente dann frei zugänglich sind.The invention is intended to address the disadvantages of the known transport containers mentioned be eliminated. The solution to this problem is a transport container for fuel assemblies that generate decay heat and irradiated in a nuclear reactor, in which the amount of heat generated by means of a primary, surrounding the fuel elements Coolant circuit and a secondary coolant circuit is discharged, the through the container wall the connection of the interior with a heat exchanger manufactures, according to the invention in that the cooling system for the secondary coolant circuit including heat exchanger connected exclusively to the lid of the container is. According to the invention, all previous disadvantages are eliminated in a particularly simple manner thereby eliminated that the filled with the primary coolant radiation shielding Steel and lead wall remains intact. The through the middle of the container in lattice The heat generated by the fuel elements used keeps the primary coolant in natural Circulation; so you don't need a special cooling system. The secondary cooling system is firmly connected to the lid of the container and its into the interior of the container protruding cooling tubes are located at the highest point where the primary coolant is warmest. Since the holes are made on the lid, there is no risk of that the radioactive primary coolant leaks and the radiation safety of the Operators endangered. In the case of an invitation and an unloading there there are no difficulties, because simply the lid with the secondary cooling system connected to it can be lifted off and the fuel assemblies are then freely accessible.

Ferner besteht noch ein Erfindungsmerkmal darin, daß das äußere sekundäre Kühlsystem von Luft- auf Wasserkühlung umgeschaltet werden kann, indem das System an jedes Wasserleitungsnetz angeschlossen werden kann.Another feature of the invention is that the outer secondary Cooling system can be switched from air to water cooling by the system can be connected to any water supply network.

Durch die Ausbildung nach der Erfindung ist es möglich, das Gewicht des Transportbehälters für bestrahlte Brennelemente mit dem notwendigen Einbauraum auf ein Minimum herabzusetzen und die Herstellungs- und Transportkosten dadurch günstig zu beeinflussen.By training according to the invention, it is possible to reduce the weight of the transport cask for irradiated fuel assemblies with the necessary installation space reduce to a minimum and thereby the manufacturing and transport costs favorable to influence.

An Hand der Zeichnung soll der Gegenstand der Erfindung nunmehr ausführlich beschrieben werden, und zwar zeigt A b b. 1 einen stehenden, rundförmigen Transportbehälter für bestrahlte Brennelemente mit erfindungsgemäßem Aufbau im Querschnitt, A b b. 2 den Transportbehälter nach A b b. 1 im Schnitt entlang der Linie A-A. The object of the invention will now be described in detail with reference to the drawing, namely A b b. 1 shows a standing, round-shaped transport container for irradiated fuel assemblies with a structure according to the invention in cross section, A b b. 2 the transport container according to A b b. 1 in section along the line AA.

Der in den A b b. 1 und 2 beispielsweise dargestellte Transportbehälter für radioaktive, Zerfallswärme erzeugende, in einem Kernreaktor bestrahlte Brennelemente besteht aus einem stehenden rundförmigen Gehäuse mit oberem Deckel.The one in the A b b. 1 and 2, for example, shown transport container for radioactive, decay heat generating fuel elements irradiated in a nuclear reactor consists of a standing round housing with an upper cover.

Die bestrahlten Elemente werden im Innenraum 1 des Behälters in der Mitte stehend angeordnet, so daß der innere Platz am günstigsten ausgenutzt wird. Der Transportbehälter hat einen inneren Mantel 2, einen äußeren Mantel 3 und eine von der Strahlung bestimmte starke Bleiwand 4. The irradiated elements are arranged in the interior 1 of the container standing in the middle, so that the inner space is used most efficiently. The transport container has an inner jacket 2, an outer jacket 3 and a strong lead wall 4 determined by the radiation.

Die von den Elementen abgegebene Wärmemenge wird durch das im Innenraum 1 befindliche Primärwasser an das in der Rohrleitung 5 a bis 5 b zirkulierende Sekundärwasser abgeführt. Die nötige Kühlfläche hängt von der abzuführenden Wärmemenge ab. Die Rohrleitung 5 a bis 5 b selbst ist am Deckel 6 des Behälters befestigt. Durch diese Anordnung findet der Wärmeaustausch zwischen beiden Kühlsystemen im Bereich des wärmsten Primärkühlwassers statt.The amount of heat given off by the elements is carried away by the primary water located in the interior 1 to the secondary water circulating in the pipeline 5 a to 5 b. The required cooling surface depends on the amount of heat to be dissipated. The pipeline 5 a to 5 b itself is attached to the lid 6 of the container. With this arrangement, the heat exchange between the two cooling systems takes place in the area of the warmest primary cooling water.

Für die Ausdehnung des Kühlwassers wird der entsprechende Raum durch die Einstellung des Wasserniveaus gesichert, das durch Wasserstandsanzeiger 8 überwacht werden kann. Gegen eventuell auftretende Schäden bei einer unerwartet großen Ausdehnung des Wassers schützen die Sicherheitsventile 13 den Behälter und die Rohrleitungen. Die Kühlfläche des Sekundärkühlkreislaufs wird für Luftkühlung ausgelegt; aber die Rohrleitung hat eine Anschlußmöglichkeit 7 a bis 7 b für Wasserkühlung. In diesem Fall wird das Leitungswasser als Sekundärkühlwasser verwendet. Die Rohre (Kühlfläche) können rund oder kantig ausgebildet werden.For the expansion of the cooling water, the corresponding space is secured by setting the water level, which can be monitored by the water level indicator 8. The safety valves 13 protect the container and the pipelines against any damage that may occur in the event of an unexpectedly large expansion of the water. The cooling surface of the secondary cooling circuit is designed for air cooling; but the pipeline has a connection option 7 a to 7 b for water cooling. In this case, the tap water is used as secondary cooling water. The tubes (cooling surface) can be made round or angular.

Um auch die Temperatur des Kühlwassers und seine Radioaktivität kontrollieren zu können, sind bei dem Ausführungsbeispiel noch Temperaturanzeiger 9, Stutzen 10 für den Anschluß von Strahlungsmessern und Probeentnahmeventile 11 vorgesehen. Die Instrumente werden durch die angebrachten Schutzbleche 12 und die Kühlfläche des Sekundärkühlkreislaufes durch das Gitter 14 geschützt.In order to also be able to control the temperature of the cooling water and its radioactivity, temperature indicators 9, nozzles 10 for the connection of radiation meters and sampling valves 11 are also provided in the exemplary embodiment. The instruments are protected by the attached protective plates 12 and the cooling surface of the secondary cooling circuit by the grille 14 .

Claims

Claims: 1. Transport container for decay heat generating, in a nuclear reactor irradiated fuel elements, in which the amount of heat generated by means of a primary coolant circuit surrounding the fuel assemblies and a secondary one Coolant circuit is discharged through the container wall through the connection of the interior with a heat exchanger, characterized in that the cooling system for the secondary coolant circuit including the heat exchanger is constructed exclusively connected to the lid of the container.

2. Transport container according to claim 1, characterized in that the heat dissipation starts from the primary water the highest point is provided.

3. Transport container according to claims 1 and 2, characterized in that the secondary coolant circuit with the same The cooling system can be switched from air to water cooling. Considered Publications: German Auslegeschrift No. 1078 701; "Atompraxis" 2 (1956) 8, p. 272 to 274; "VDI-Zeitschrift", 101 (1959) 36, pp. 1751 to 1757; »Nuclear Energy», 5 (1960) 4, pp. 144 to 147; Report KAPL-M-BBB-2 of the Office of Techn. Services, US. Dep. of Commerce, Washington, January 17, 1958; Report DP-357 Metallurgy and Ceramics, January 1959; "Industrial Radioactive Waste Disposal", April 1959, p.1739.