DE2910115A1 - Abschirmbehaelter fuer radioaktive abfaelle - Google Patents
Abschirmbehaelter fuer radioaktive abfaelleInfo
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Description
- Abschirmbehälter für radioaktive Abfälle
- Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Abschirmbehälter für den Transport und für die Lagerung von radioaktiven Abfällen, insbes. von ausgebrannten (bestrahlten) Brennelementen von Kernreaktoren, - mit aus Stahlguß oder Gußeisen bestehendem, im wesentlichen zylindrischem Behältermantel, der außenseitig angeformte oder aufgesetzte Kühlrippen aufweist. - Der Ausdruck Gußeisen umfaßt im Rahmen der Erfindung insbesondere auch sphärolithisches Gußeisen. Der Behältermantel ist auch dann im wesentlichen zylindrisch, wenn er einen mehr oder weniger rechteckigen oder quadratischen Grundriß mit abgerundeten Grundrißecken aufweist und wenn darüber hinaus der Behältermantel innenseitig und/oder außenseitig leicht konisch oder kegelförmig verläuft.
- Bei den bekannten Abschirmbehältern der beschriebenen Gattung (DE-AS 19 34 o48) sind die Kühlrippen aus Abschnitten aus im Querschnitt winkelförmigen Profilstäben gebildet, die in Richtung des Behälterumfanges angeordnet und mit einem Profilschenkel an den Behältermantel angeschweißt sind, wobei dieser Profilschenkel mit dem Behältermantel einen Winkel von etwa 450 bildet.
- - Das genügt in bezug auf die angestrebte Kühlwirkung den Anforderungen zumindest dann nicht, wenn es sich um Abschirmbehälter handelt, die stehend gelagert, jedoch liegend transportiert werden, und die sowohl stehend als auch liegend eine vorgegebene Kühlfunktion erfüllen müssen. Stehende Lagerung meint, daß die Achse des zylindrischen Beiätermantels im wesentlichen vertikal angeordnet ist, im liegenden Zustand verläuft diese Achse im wesentlichen horizontal. Tatsächlich muß aber die Kühlwirkung sowohl im stehenden Zustand als auch im liegenden Zustand ausreichend sein, wenn gefährliche Uberhitzungen vermieden werden sollen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abschirmbehälter zu schaffen, bei dem die Kühlwirkung sowohl im stehenden Zustand als auch im liegenden Zustand ausreichend ist, bei der also insbes. bei stehender Lagerung und liegendem Transport ausreichende Kühlwirkung sichergestellt ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Kühlrippen aus einer Vielzahl von Kühlrippenabschnitten bestehen, die zu Kühlrippenreihen zusammengefaßt sind, und daß die Kühlrippenabschnitte in benachbarten Kühlrippenreihen unter Freilassung von Strömungsstraßen, die im wesentlichen parallel zur Zylinderachse verlaufen, pfeilförmig nebeneinander angeordnet sind. Pfeilförmig meint hier, daß die Kühlrippenabschnitte in den Kühlrippenreihen in einer Projektion auf den Behältermantel gleichsam fischgrätenartig angeordnet sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die Kühlrippenabschnitte in benachbarten Kühlmittelreihen einen Pfeilwinkel von etwa 900 einschließen. Das bedeutet, daß in bezug auf eine Mantellinie, die parallel zur Zylinderachse verläuft, dieser Winkel etwa 45° beträgt.
- Im Rahmen der erfindungsgemäßen Baulehre kann die Gestaltung der Kühlrippenabschnitte an sich und für sich ohne Schwierigkeiten den speziellen Verhältnissen angepaßt werden, die es zu beherrschen gilt. Das gilt insbes. in bezug auf unterschiedliche Größen des Abschirmbehälters ingesamt und damit in bezug auf die Höhe sowie die Wanddicke des Behältermantels. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzen die Kühlrippenabschnitte bei einer Höhe h des Behältermantels von 5700 mm eine Länge von etwa h/12 bis h/6, während die Kühlrippenhöhe etwa h/'50 bis h/30 ausmacht. Die einzelnen Kühlrippenabschnitte sollen dabei in den Kühlrippenreihen einen Abstand von etwa h/ 300 bis h/115 besitzen, ihre Dicke mag dann etwa h/ 300 bis h/80 betragen. Im Rahmen der Erfindung trägt die Strömungsstraße zum Wärmeübergang bei. Sie soll nicht zu breit sein. Ihre Breite liegt nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bei einem Abstand A der Kühlrippenabschnitte in den Kühlrippenreihen im Bereich von 1,5 A bis 2,0 A.
- Ein erfindungsgemäßer Abschirmbehälter genügt in bezug auf die Kühlwirkung überraschenderweise allen Anforderungen, wobei sich erreichen läßt, daß sich die Kühlwirkung bei stehender Lagerung und liegendem Transport nicht wesentlich unterscheidet, obwohl für das Wärmedurchgangsproblem an sich und für sich bei stehender Lagerung einerseits und liegendem Transport andererseits ganz andere Randbedirgingen gelten. Verwirklicht man einen erfindungsgemäßen AbschirmbehälfEr im Rahmen der konkreten Lehre der Erfindung, bei der also die Länge der Kühlrippenabschnitte, deren Abstand in den Kühlrippenreihen und die Dicke der Kühlrippen in der beschriebenen Weise auf die Höhe des Behältermantels bezogen ist, so erfüllt ein erfindungsgemäßer Abschirmbehälter ohne weiteres auch alle Anforderungen, die in mechanischer Hinsicht an den Abschirmbehälter insgesamt und an die Kühlrippen und deren Widerstand gegen mechanische Beanspruchungen gestellt wird, wenn der Behältermantel aus einem an sich bekannten Gußwerkstoff für Abschirmtransport- und Lagerbehälter aufgebaut ist.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
- Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abschirmbehälters Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1 und Fig. 3 die Abwicklung des Behältermantels aus dem Gegenstand nach Fig. 1.
- Der in den Figuren dargesellte Abschirmbehälter 1 ist für den Transport und für die Lagerung von radioaktiven Abfällen, insbes.
- von ausgebrannten Brennelementen von Kernreaktoren bestimmt. Er besitzt einen aus Stahlguß oder Gußeisen bestehenden im wesentlichen zylindrischen Behältermantel 2. Dieser Behältermantel 2 ist außenseitig mit angeformten oder aufgesetzten Kühlrippen 3 versehen. - Zum Abschirmbehälter 1 gehört selbstverständlich, daß an den Behältermantel 2 ein Behälterboden 4 angeschlossen ist und daß auf den Behältermantel 2 auch ein Deckel 5 aufgesetzt ist. Auch der Behälterboden 4 und der Behälterdeckel 5 erfüllen die dem Abschirmbehälter 1 insgesamt zukommende Abschirmfunktion.
- Die Wanddicke des Behältermantels 2 sowie die Wanddicke von Deckel 5 und Boden 4 sind entsprechend eingerichtet.
- Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 3 entnimmt man, daß die Kühlrippen 3 aus einer Vielzahl von Kühlrippenabschnitten 6 bestehen. Diese sind zu Kühlrippenreihen 7 zusammengefaßt. Die Kühlrippenabschnitte 6 in benachbarten Kühlrippenreihen 7 sind unter Freilassung von Strömungsstraßen 8, die im wesentlichen parallel zur Zylinderachse 9 verlaufen, pfeilförmig nebeneinander angeordnet. Das bedeutet, daß die Kühlrippenabschnitte 6 in den Kühlrippenreihen 7 in einer Projektion auf den Behältermantel 2 gleichsam fischgrätenartig angeordnet sind. - Der Begriff Strömungsstraße 8 bringt zum Ausdruck, daß es sich in aerodynamischer Strenge nicht um Strömungskanäle handelt, daß aber nihtsdestoweniger die Luft, die einen erfindungsgemäßen Abschirmbehälter 1 umgibt in diesen Strömungsstraßen 8 bevorzugt strömt, wenn der Abschirmbehälter 1 im stehenden Zustand aufgestellt oder abgestellt, beispielsweise gelagert ist. Insbes. aus der Fig. 3 ergibt sich, daß die Kühlrippenabschnitte 6 in benachbarten Kühlrippenreihen 7 einen Pfeilwinkel a von etwa 900 zueinander anschließen, d. h. in bezug auf eine Mantellinie 10 einen Winkel von 450 bilden.
- Nur angedeutet ist, daß die Kühlrippenabschnitte 6 bei einer Höhe h des Behältermantels von 5700 eine Länge L von etwa h/12 bis h/6 aufweisen, während die Rippenhöhe H im Bereich von h/ 50 bis h/30 liegt. Der Abstand A der Kühlrippenabschnitte 6 in den Kühlrippenreihen beträgt etwa h/'300 bis h/115, die Dicke D der Kühlrippenabschnitte 6 mag bei h/ 300 bis h/80 liegen. - Die Strömungsstraßen 8 besitzen eine Breite B die im Bereich von 1,5 A bis 2,0 A liegt.
- Wie aus der Theorie und der Praxis hinreichend bekannt ist, bestimmt bei einem Wärmedurchgangsproblem der größte Einzelwiderstand die Wärmedurchgangszahl. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem Abschirmbehälter 1 für den Transport und für die Lagerung von radioaktiven Abfällen, insbes. also von ausgebrannten Brennelementen von Kernreaktoren, dieser Widerstand auf der Außenseite des Behältermantels 2 liegt. Gestaltet man die Kühlrippen 3 nach der Lehre der Erfindung, so erreicht man, daß sowohl bei vertikaler Aufstellung als auch bei liegender Aufstellung bzw. bei liegendem Transport weitgehend die gleiche Wärmeabgabe durch Konvektion bzw. Strahlung erreichbar ist. Das gilt insbes. dann, wenn das Verhältnis aus der Höhe h des Behältermantels 2 zum unberippten Außendurchmesser im Bereich von 2 bis 3, insbes. bei 2,75 liegt. Tatsächlich kann man bei derartigenAbschirmbehältern 1, wenn sie für die Aufnahme von ausgebrannten Brennelementen von Kernreaktoren bestimmt sind, mit einer treibenden Temperaturdifferenz von 40 K rechnen. Im übrigen erhält man sowohl bei vertikaler Aufstellung als auch bei horizontaler Aufstellung in der Umgebungsluft ausgesprochene Wirbelströmungen. Diese bewirken eine sehr große Steigerung des Wärmeübergangs. Die Temperaturgrenzschichten werden bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform klein gehalten und daraus resultiert ein sehr großer mittlerer Wärmeübergangskoeffizient, der größer ist als bei einer laminaren oder turbulenten Längsströmung.
- Leerseite
Claims (7)
- Ansprüche 1. Abschirmbehälter für den Transport und für die Lagerung von radioaktiven Abfällen, insbes. von ausgebrannten Brennelementen von Kernreaktoren, - mit aus Stahlguß oder Gußeisen bestehendem, im wesentlichen zylindrischem Behältermantel, der außenseitig angeformte oder aufgesetzte Kühlrippen aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kühlrippen (3) aus einer Vielzahl von Kühlrippenabschnitten (6) bestehen, die zu Kühlrippenreihen (7) zusammengefaßt sind und daß die Kühlrippenabschnitte (6) in benachbarten Kühlrippenreihen (7) unter Freilassung von Strömungsstraßen (8), die im wesentlichen parallel zur Zylinderachse (9) verlaufen, pfeilförmig nebeneinander angeordnet sind.
- 2. Abschirmbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippenabschnitte (6) in benachbarten Kühlrippenreihen (7) einen Pfeilwinkel (a) von etwa 900 einschließen.
- 3. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippenabschnitte (6) bei einer Höhe h des Behältermantels (2) von 57 t eine Längs (L) von etwa h/12 bis h/6 aufweisen, wobei die Kühlrippenhöhe (H) etwa h/ 50 bis h/30 ausmacht.
- 4. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippenabschnitte (6) in den Kühlrippenreihen (7) einen Abstand (A) von etwa h/ 300 bis h/115 besitzen.
- 5. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Ausführungsform mit angeformten Kühlrippenabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippenabschnitte (6) bei einer Länge (L) eine Dicke (D) von etwa h/ 300 bis h/80 besitzen.
- 6. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsstraßen (8) eine Breite (B) aufweisen, die bei einem Abstand (A) der Kühlrippenabschnitte (6) in den Kühlrippenreihen (7) im Bereich von 1,5 A bis 2,0 A liegt.
- 7. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe (h) des Behältermantels (2) zum unberippten Außendurchmesser im Bereich von 2 bis 3, vorzugsweise bei 2,75 liegt.
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