DE2735924A1 - Aufbau fuer transport und lagerung von radioaktiven kernbrennstoffelementen - Google Patents

Description

77 021 Kü/u

United Kingdom Atomic Energy Authority, Patents Branch, 11, Charles II Street, London SW1Y 4ΠΡ / England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 35400/76 vom 25. August 1976 in Anspruch genommen.

Aufbau für Transport und Lagerung von radioaktiven Kernbrennstoffelementen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufbau für den Transport und die Lagerung von radioaktiven Kernbrennstoffelementen.

Für die Beförderung von Brennelementen ist es bekannt, dicht verschließbare Transportflaschen zu verwenden. Während des Transportes sind bestrahlte Brennelemente in Flüssigkeit (z. B. Wasser) innerhalb der Flasche eingetaucht, um die durch den Zerfall von Spaltprodukten erzeugte Wärme abzuleiten und auf diese Weise die Brennstofftemperatur zu begrenzen. Während eine Vorkehrung für Volumenänderung der Flüssigkeit in der Flasche getroffen sein muB, ist es wesentlich, daß die bestrahlten Brennstoffelemente während des Transportes jederzeit eingetaucht sind.

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In der GB-PS 1 378 6B1 (DT-DS 23 Q4 067) ist ein dicht verschließbarer Brennelement-Transportkanister zur Aufnahme von Brennelementen beschrieben, die in Flüssigkeit eingetaucht sind, wobei eine Einrichtung zur Selbstregelung von Flüssigkeitsmankos so eingerichtet und angeordnet ist, daß innerhalb einer Kammer zur Aufnahme der Brennelemente der freie Raum mit Flüssigkeit voll gefüllt gehalten werden kann. Insbesondere ist dort ein Kanister mit einer Primärkammer zur Aufnahme der in Flüssigkeit eingetauchten Brennelemente, einer zweiten Kammer zur Aufnahme von Flüssigkeit und Druckgas und einer Leitung beschrieben, die die Kammern untereinander verbindet und so angeordnet ist, daß sie dazwischen eine Luftschleuse bildet, wodurch der freie Raum in der Primärkammer voll Flüssigkeit gehalten werden kann. Es hat sich nunmehr herausgestellt, daß es nicht notwendig ist, die Kammer, welche die Brennelemente enthält, voll von Flüssigkeit zu halten, obwohl genügend Flüssigkeit in der Kammer vorhanden sein muß, damit die Brennelemente stets in die Flüssigkeit eingetaucht sind. Diese Bedingung ist für Transportflaschen wichtig, bei denen die Brennelemente in der einen Orientierung in die Flasche eingebracht werden und die Flasche in einer zweiten Orientierung transportiert wird.

Erfindungsgemäß wird ein Aufbau für den Transport und die Lagerung von radioaktiven Brennelementen geschaffen, der sich zusammensetzt aus einer Transportflasche und einem in der Flasche angeordneten Brennelementhalter, so daß Brennelemente im Halter in Flüssigkeit innerhalb der Flasche eingetaucht werden können und der Aufbau in der einen Lage zum Beschicken der Brennelemente und in der anderen Lage für den Transport der Brennelemente verwendet werden kann, wobei der Aufbau eine Einrichtung zur Selbstregelung von Flüssigkeitsmankos mit Vorratskammern zur Aufnahme von Flüssigkeit und einem Druckgas aufweist, und wobei die Anordnung der Vorratskammern so getroffen ist, daß in jeder Orientierung oder Lage des Aufbaus Flüssigkeit in allen Vorratskammern gehalten werden kann, um den Aus-

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tritt des darin befindlichen Druckgases zu verhindern und Volumenänderungen infolge von Temperaturschwankungen innerhalb der Flasche zu kompensieren.

Bei einer bevorzugten Anordnung sind längliche Vorratskammern um den Brennelementhalter herum angeordnet.

Die Vorratskammern können je zwei Verbindungen zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Vorratskammer aufweisen, wobei die erste der Verbindungen sich an demjenigen Ende der Vorratskammer befindet, welches in der vertikalen Lage des Aufbaus beim Beschicken unten liegt und so angeordnet ist, daß es sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Vorratskammer befindet, wenn der Aufbau in horizontaler Lage für den Transport verwendet wird, wobei die zweite Verbindung ein Rohr aufweist, welches sich von dem untersten Ende der Vorratskammer bis zu einer Mündungsstelle erstreckt, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Vorratskammer liegt, wenn der Aufbau zum Beschicken in vertikaler Lage verwendet wird, aber unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der Vorratskammer oder in den Vorratskammern liegt, wenn der Aufbau für den Transport in horizontaler Lage verwendet wird, wobei das Rohr so geformt ist, daß es den Austritt des Druckgases verhindert, wenn der Aufbau sich in horizontaler Lage befindet.

Der Aufbau für den Transport und die Lagerung von radioaktiven Brennelementen kann mit einer Vielzahl von langgestreckten Vorratskammern um den Brennelementhalter herum ausgestattet sein»

Der Aufbau kann ein Korbgestell aufweisen, an dem die Vorratskammern angeordnet sind. Das Korbgestell nimmt die Brennelemente auf, die in Brennstoffkanistern eingeschlossen sein können.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Aufriß eines Korbgestells zur Aufnahme

von Behältern, die Brennelemente im Innern einer Transportflasche halten,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie Y-Y in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Behälter zum Halten von Brennelementen.

Der nachfolgend zu beschreibende Aufbau weist ein Korbgestell zur Aufnahme von die Brennelemente haltenden Behältern auf, wobei das Korbgestell in einer Transportflasche aufgenommen werden kann, die schematisch in gestrichelten Linien in den Fign. 1 bis 3 dargestellt ist.

Das Korbgestell nach den Fign. 1 bis 3 weist ein zentrales Rohr 1 mit einer Vielzahl, z. B. acht, von sich im gleichen Winkelabstand voneinander radial erstreckenden Streben 2 auf, die am Rohr 1 auBen angeschweißt sind. Obere und untere Platten 3, 4 halten die Streben 2 zusammen, wodurch acht Kammern um das zentrale Rohr 1 herum gebildet werden. Die oberen und unteren Platten 3, 4 sind mit Umfangskragen 5 bzw. B versehen.

Eine U-förmige Führungsnut 7 ist am äußeren Ende einer der Streben 2 befestigt. Die Führungsnut 7 erstreckt sich über die gesamte Länge des Korbgestells und greift schiebbar über eine entsprechende Feder 7a, die an der Innenseite der Flasche angeformt ist, um das Korbgestell aufzunehmen. Die Nut-Federführung dient dazu, das Korbgestell innerhalb der Flasche auszurichten.

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Ein Flüssigkeitsmankorohr 8 ist am äußeren Ende von jeder der übrigen Streben 2 befestigt. Die Mankorohre erstrecken sich über die Länge der Strebe, und die Enden jedes Rohres sind durch Endkappen 9 und 10 verschlossen. Die untere Kappe 10 weist eine Bohrung 11 auf, die so angeordnet ist, daß sie einen Gasverlust verhindert, wenn sich das Korbgestell in horizontaler Lage befindet und in Wasser in der Flasche eingetaucht ist, aber einen Selbstabfluß bildet, wenn das Korbgestell bei vertikaler Flasche angehoben wird.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß jedes Mankorohr θ ein Rohr 12 von kleiner Bohrung aufweist. Das eine Ende des Rohres ist mit einer Ausnehmung 13 in der Kappe 10 verbunden. Das andere Ende des Rohres 12 ist offen und an der Wand des Hankorohres B an einer solchen Stelle befestigt, daß das offene Ende auf dem Boden seines Mankorohres liegt, wenn sich das Korbgestell in einer horizontalen Lage befindet. Das Rohr übt zwei Funktionen aus: Erstens wirkt es als Lufteinlaßrohr, um ein Auslaufen des Mankorohres beim Herausnehmen des Gestells aus der Flasche zu ermöglichen, wenn sich die Flasche in vertikaler Lage befindet. Zweitens stellt es sicher, daß bei horizontalem Gestell jedes Extrawasser, das von der Flasche in das Mankorohr gelangt, nur die Luft zusammendrückt, die bereits im Mankorohr vorhanden ist. Die Luft wird effektiv durch S-förmige Biegungen im schmalen Rohr 12 und durch die Lage der öffnungen 11, 13 eingefangen.

Die Ausnehmung 11 in der Endkappe 10 jedes Mankorohres ist mit Bezug auf die Führungsnut 7 so ausgerichtet, daß bei in der Flasche befindlichem Korbgestell und bei horizontal liegender Flasche die Ausnehmungen 11 und das entgegengesetzte Ende des Rohres 12 am untersten Teil des Mankorohres B oder zu diesem hin angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt einen Brennstoffbehälter. Das Korbgestell

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nach den Fign. 1 bis 3 kann insgesamt neun solcher Brennstoffbehälter aufnehmen, nämlich einen im zentralen Rohr 1 und je einen in den acht durch die Streben 2 gebildeten Kammern. Zweckmäßig ist das zentrale Rohr 1 mit einer Ringauskleidung aus Bohrkarbid versehen. Jeder Behälter 13 weist einen hohlzylindrischen Körper 14 mit einem verriegelbaren Deckel 15 auf, in dem sich ein Druckminderventil 16 befindet. Der Deckel ist mit einem Handgriff 17 und einer'Einlaßverbindung 18 versehen, durch welche eine Flüssigkeit in den Behälter eingebracht werden kann, um über einen Auslaß 19 wieder auszutreten. Die Ein- und Auslaßverbindungen bilden eine Durchwaschmöglichkeit. Der Behälter ist außerdem mit einem Flüssigkeitsmankorohr 20 versehen, wobei dieses kürzer ist als die Auslaßrohrverbindung. Der Handgriff 17 dient dazu, den Deckel unter Wasser auszuschrauben. Dieser Schraubvorgang betätigt eine Kugelverriegelung und drückt eine O-Ringdichtung zusammen. Das Druckminderventil kann so eingestellt werden, daß es bei einem Druck zwischen 200 und 300 psi (zwischen 14 und 22 bar) öffnet.

Bei Verwendung wird das die Brennstoffbehälter tragende Korbgestell in die Flasche eingelassen und in Wasser eingetaucht. Damit das Korbgestell in die Flasche gelangen kann, müssen Nut und Feder der Führung ausgerichtet sein. Wasser tritt in die Rohre über die Ausnehmungen 11 ein,-um die darin eingefangene Luft zusammenzudrücken, wenn das Korbgestell in das Wasser hinabgelassen wird.

Während des Transportes wird die Flasche im allgemeinen in einer horizontalen Lage sein, wobei eine normale horizontale Lage für die Orientierung durch Polster, Füße oder ähnliche Einrichtungen am Äußeren der Flasche vorbestimmt ist. In dieser normalen -horizontalen Lage dienen die Anordnung und Ausrichtung der Ausnehmungen 11, 13 und der Mündungsöffnung des schmalen Rohres 12 in jedem Mankorohr dazu, einen Luftverlust aus dem Mankorohr zu verhindern, Volumenänderungen

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infolge von Temperaturschwankungen können dazu führen, daß zusätzliches Wasser in die Mankorohre 8 gelangt, um die darin befindliche Luft weiter zusammenzudrücken. Wie bereits erwähnt, wird diese Luft effektiv durch die S-förmigen Biegungen der Rohre 12 eingefangen.

Die Mankorohre 8 kennen ein Volumen haben, das groß genug ist, um einen ausreichenden Raum zur Aufnahme jeder Änderung im Volumen der Flüssigkeit infolge einer Temperaturerhöhung aufzunehmen. Alternativ kann ein Luftraum oberhalb der Flüssigkeit in der Flasche selbst vorgesehen werden, um einen gewissen zusätzlichen Raum zu dem durch die Mankorohre 8 vorgesehenen zu bilden. Den ganzen erforderlichen Pufferraum in Form eines Luftpolsters in der Flasche vorzusehen, würde die Konstruktion von übermäßig großen Flaschen erfordern, die in der Herstellung aufwendig sind. Außerdem besteht eine Grenze für die Menge von Pufferraum, die innerhalb der Flasche in dieser Weise vorgesehen werden kann,da es wesentlich ist, daß die Brennelemente unter die Flüssipekeit getaucht sind, wenn sich die Flasche in jeder ihrer normalen Betriebslagen befindet. Die vorbeschriebene Ausführungsform bildet einen Pufferraum in Form der Mankorohre 8 am Korbgestell. Die Mankorohre nehmen eine Lage ein, die normalerweise ungenutzt bleibt, so daß die Anzahl von Brennelementen, die in einer besonderen Flasche gehalten werden können, nicht reduziert wird.

Wenn das Korbgestell in die Flüssigkeit in der Flasche hinabgelassen wird, wird Luft in den Mankorohren 8 eingefangen, die Bedienungsperson braucht nichts zu unternehmen, um den Pufferraum in den Rohren vorzusehen, so daß auf diese Weise die Gefahr einer Fehlbedienung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Wenn Wasser als Flüssigkeit in der Transportflasche verwendet wird, so ist dieses sowohl als Warmeubertragunpsmedium

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als auch als Neutronenabschirmung wirksam. Das Vorsehen der
sieben Mankorohre 8 um die Brennelemente herum trägt zu einer gleichmäRigen Verteilung des Wassers um die Brennelemente herum bei, wenn der Aufbau sich in seiner horizontalen Transportlage befindet. Dies ist insbesondere vorteilhaft für den Transport von hochbestrahlten Brennelementen.

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Claims (4)

1. United Kingdom Atomic Energy Authority

   Pate η t a nsprüche

   1 J Aufbau für den Transport und die Speicherung von radioaktiven Kernbrennstoffelementen mit einer Transportflasche und
   einem Brennelementhalter, der in der Flasche so angeordnet ist, daß Brennelemente im Halter in Flüssigkeit innerhalb der Flasche eingetaucht werden können und der Aufbau in der einen Ausrichtung zum Einbringen der Brennelemente und in einer anderen Ausrichtung für den Transport der Brennelemente verwendbar ist,
   wobei der Aufbau eine Einrichtung zum selbsttätigen Regeln von Flüssigkeitsmankos mit Vorratskammern zur Aufnahme von Flüssigkeit und Druckgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammern so angeordnet sind, daß in jeder Ausrichtung des Aufbaus Flüssigkeit in allen Vorratskammern gehalten wird, um den Austritt von darin befindlichem Druckgas
   zu verhindern und Volumenänderungen infolge Temperaturschwankungen innerhalb der Flasche zu kompensieren.
2. 2. Aufbau nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von langgestreckten Vorratskammern, die um den Brennelementhalter herum angeordnet sind.
3. 3. Aufbau nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammern je zwei Verbindungen zwischen dem Inneren und
   dem Äußeren der Vorratskammer aufweisen, daß die erste der Ver-

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   bindungen sich an demjenigen Ende der Vorratskammer befindet, welches bei Verwendung des Aufbaus in einer vertikalen Stellung zum Beschicken unten liegt und so angeordnet ist, daB sie sich unterhalb des Flüssigkeitspegels in der Vorratskammer befindet, wenn der Aufbau in einer horizontalen Lage für den Transport verwendet wird, daß die zweite Verbindung ein Rohr aufweist, das sich vom untersten Ende der Vorratskammer bis zu einer Mündungsstelle erstreckt, die sich oberhalb des Flüssigkeitspegels in der Vorratskammer bei vertikaler Lage des Aufbaus beim Beschicken, aber unterhalb des Flüssigkeitspegels in der Vorratskammer oder den Vorratskammern bei horizontaler Lage des Aufbaus während des Transportes befindet, und daß das Rohr so geformt ist, daß es den Austritt von Druckgas verhindert, wenn sich der Aufbau in der horizontalen Lage befindet.
4. 4. Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3,gekennzeichnet durch ein Korbgestell zur Aufnahme der Brennelemente, wobei die Vorratskammern am Korbaufbau angeordnet sind.

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