DE2943085A1

DE2943085A1 - Storage vessel for irradiated fuel elements - has gaps at ends of cell partitions to promote gas convection

Info

Publication number: DE2943085A1
Application number: DE19792943085
Authority: DE
Inventors: Henning Dr. Baatz; Dieter 4300 Essen Rittscher
Original assignee: GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Current assignee: GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Priority date: 1979-10-25
Filing date: 1979-10-25
Publication date: 1981-05-07

Abstract

A transportation and/or storage vessel for irradiated nuclear reactor fuel elements is of cast iron, steel or similar metals and contains, within its heavy outer shielding structure, a storage basket composed of intersecting partition walls constituting individual cells in which the elements are placed. These partitions (5) terminate at a short distance from the base (8) and from the lid (2) so that there is a gap (B) in this region approximately equal to the convection boundary. In addition, apertures (9) through the partitions connect adjacent cells. These arrangements enable the gas within the vessel to circulate and remove heat from the stored elements. Preferably also, the partitions (5) are separated from the side walls of the container (3) by gaps approximately equal to the convection boundary. For either temporary or long-term storage of irradiated fuel elements. The arrangement enables expensive structures comprising high-conductivity metals and special connections for heat transmission to be eliminated, since cooling effect by circulating gas is considerably promoted inside the vessel.

Description

Transport- bzw. Lagerbehälter für bestrahlte Transport or storage container for irradiated

Kernreaktorbrennelemente Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Transport-bzw. Lagerbehälter aus Gußeisen, Stahl oder dergleichen, für bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, - mit zentraler, durch Deckel verschließbarer Aufnahmekammer, in der ein Korb mit gekreuzten, zellenbildenden Trennwänden angeordnet ist, dessen Zellen zur Aufnahme je eines Kernreaktorbrennelementes eingerichtet sind. Die Aufnahmekammer eines derartigen Transport-bzw. Lagerbehälters hat mit abgerundeten Ecken rechteckigen, quadratischen oder auch runden Querschnitt. Lagerbehälter meint sowohl Zwischenlagerbehälter als auch Endlagerbehälter. Die Zellen sind so eingerichtet, daß bei Beschickung mit Kern reaktorbrennelementen der erforderliche Sicherheitsabstand eingehalten ist. Sicherheitsabstand bezeichnet einen Abstand, der sicherstellt, daß bei Fehlbeschickung mit nichtbestrahlten oder nicht ausreichend ausgebrannten Kernreaktorbrennelenten und anderen ungünstigen Einflüssen (z. B. Wasserfüllung) eine reaktionskritische Massenanhäufung mit Gefahr einer Kettenreaktion nicht auftreten kann. Andererseits muß Vorsorge getroffen werden, daß in der beschickten Aufnahmekammer oder in Zellen des Korbes aus abklingenden Kernreaktionen bestrahlter Kernreaktiorbrennelemente zu hohe Temperaturen nicht entstehen, weil diese Zerstörungen der druckdicht gekapselten Kernreaktorbrennelemente bewirken könnten. Nuclear reactor fuel elements The invention relates generically on a transport or. Storage containers made of cast iron, steel or the like, for irradiated nuclear reactor fuel elements, - with central, closable by cover Receiving chamber in which a basket with crossed, cell-forming partitions is arranged is, the cells of which are set up to accommodate one nuclear reactor fuel element are. The receiving chamber of such a transport or. Storage container has a rectangular, square or round cross-section with rounded corners. Storage container means both intermediate storage containers and final storage containers. the Cells are set up so that when loaded with core reactor fuel elements the required safety distance is maintained. Designated safety distance a distance that ensures that in the event of incorrect loading with non-irradiated or insufficiently burned out nuclear reactor fuel elements and other unfavorable Influences (e.g. water filling) a reaction-critical mass accumulation with danger a chain reaction cannot occur. On the other hand, precautions must be taken that in the loaded receiving chamber or in cells of the basket from decaying Nuclear reactions of irradiated nuclear reactor fuel elements are not too high temperatures arise because this destruction of the pressure-tight encapsulated nuclear reactor fuel elements could cause.

Bei den (aus der Praxis) bekannten Transport- bzw. Lagerbehältern der beschriebenen Gattung erfolgt die Abführung der im beschickten Zustand entstehenden Wärme über die zellenbildenden Trennwände durch Wärmeleitung (Konduktion) und von den zellenbildenden Trennwänden an die Wand des Transport- bzw. Lagerbehälters, über dessen Oberfläche die Wärme dann abgeführt werdenkann. Dabei beobachtet man störende Temperaturerhöhungen im Zentrum der beschickten Aufnahmekammer. Um solche Temperaturerhöhungen zu reduzieren, setzt man Körbe ein, deren zellenbildende Trennwände aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitung bestehen, außerdem versucht man den Wärmewiderstand für die Konduktion durch dicke Wandstärke der zellenbildenden Trennwände und möglichstspaltfreien Anschluß der zellenbildenden Trennwände an die Innenwand der Aufnahmekammer zu erreichen, letzteres ggf. unter pilzförmiger Verbreiterung der zellenbildenden Trennwände in diesem Anschlußbereich, Einführung der zellenbildenden Trennwände in Nuten des Lagerbehälters u. dgl.. Das alles ist aufwendig und bringt nur geringen Erfolg.In the case of the transport or storage containers known (from practice) of the type described, the discharge of those produced in the loaded state takes place Heat through the cell-forming partitions through thermal conduction and from the cell-forming partition walls on the wall of the transport or storage container, The heat can then be dissipated via its surface. One observes disruptive temperature increases in the center of the loaded receiving chamber. To such Baskets with cell-forming partitions are used to reduce temperature increases consist of a material with high thermal conductivity, and thermal resistance is also attempted for conduction through the thick wall thickness of the cell-forming partitions and as gap-free as possible To achieve connection of the cell-forming partition walls to the inner wall of the receiving chamber, the latter possibly with mushroom-shaped widening of the cell-forming ones Partitions In this connection area, introduction of the cell-forming partitions in the grooves of the Storage container and the like .. All this is complex and brings little success.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Transport- bzw. Lagerbehälter die Abführung der im beschickten Zustand freiwerdenden Wärme zu verbessern.The invention is based on the object of a generic Transport or storage containers carry away those that are released when loaded To improve warmth.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die zellenbildenden Trennwände (bis auf Abstützpunkte) mit einem Abstand von Boden und vom Deckel der Aufnahmekammer angeordnet sind, der in bezug auf das in der Aufnahmekammer befindliche Gas zumindest der Konvektionsgrenze entspricht, und daß außerdem in den zellenbildenden Trennwänden zumindest im Bodenbereich sowie im Deckelbereich Konvektionsdurchbrüche angeordnet sind, die benachbarte Zellen verbinden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die zellenbildenden Trennwände außerdem auch mit ihren Stirnseiten (bis auf die Abstützpunkte) mit einem Abstand von der Innenwand der Aufnahmekammer angeordnet sind, der in bezug auf das in der Aufnahmekammer befindliche Gas zumindest der Konvektionsgrenze entspricht.To solve this problem, the invention teaches that the cell-forming Partition walls (except for support points) at a distance from the floor and from the cover of the Are arranged receiving chamber with respect to that located in the receiving chamber Gas at least corresponds to the convection limit, and that also in the cell-forming Partition walls at least in the bottom area and in the lid area convection openings are arranged connecting adjacent cells. According to a preferred embodiment the invention, the arrangement is made so that the cell-forming partitions also with their end faces (except for the support points) with a spacing are arranged from the inner wall of the receiving chamber, with respect to that in the Receiving chamber located gas at least corresponds to the convection limit.

Es mag sein, daß auch gattungsgemäße Transport- bzw. Lagerbehälter bekannt sind, bei denen der Korb mit seinem zellenbildenden Trennwänden auf dem Boden der Aufnahmekammer nur aufsteht, während ein entsprechender loser Anschluß für den Deckel vorgesehen ist. Dabei sind Spalte geringer Spaltdicke zwischen den zellenbildenden Trennwänden und dem Boden der Aufnahmekammer bzw. Deckel unvermeidbar. Sie tragen jedoch zu einem Wärmeübergang durch Konvektion nicht bei. Für den Wärmeübergang durch Konvektion zwischen zwei Wänden oder Begrenzungswänden ist es bekannt, daß es einen definierten Abstand dieser beiden Wände gibt, bei dem der Wärmeübergang durch Konvektion eintritt. Insoweit wird veriwesen auf die Literaturstelle Glastechnische Berichte" (1957) S. 175 bis 182, insbesondere S. 176, lk. Spalte, vorletzter Abschnitt und S. 180, lk. Spalte, Testabschnitt unter der Bildunterschrift von Bild 10. Die Konvektionsgrenze hängt von den Werkstoffen ab, aus denen die Trennwände aufgebaut sind. Sie hängt außerdem von der Gasfüllung und der Oberflächenrauhigkeit der Austauschflächen ab. Bei Metallen, wie wie sie bei Transport- oder Lagerbehältern der eingangs beschriebenen Gattung für diesen Behälter bzw. den Korb üblich sind, Füllung mit Luft oder Helium und üblicher Oberflächenbearbeitung liegt die Konvektionsgrenze im Bereich von 5 mm und mehr. - Regelmäßig wird man den Abstand nicht größer machen, als aus Komvektionsgründen erforderlich ist, also über die für die optimale Konvektion sich ergebende obere Grenze nicht hinausgehen. Auch insoweit wird auf die vorgenannte Literaturstelle verwiesen. Die Konvektionsgrenze und die obere Grenze für die Konvektion können im Bedarfsfall für jeden Transport- bzw. Lagerbehälter mit Korb experimentell leicht ermittelt werden. Es versteht sich von selbst, daß die Konvektionsdurchbrüche für einen Wärmeübergang durch Konvektion ausreichenden Durchmesser aufweisen müssen. Sie können als Schlitze ausgeführt sein. Nach bevorzugter Ausführungsform erstrecken sich die Konvektionsdurchbrüche über die gesamte Höhe der zellenbildenden Trennwände und sind sie insbesondere auch im Bereich von deren Ecken angeordnet.It may be that generic transport or storage containers are known in which the basket with its cell-forming partitions on the Bottom of the receiving chamber only stands up while a corresponding loose connection is provided for the lid. There are gaps of small gap thickness between the cell-forming partitions and the bottom of the receiving chamber or cover are unavoidable. However, they do not contribute to heat transfer by convection. For heat transfer by Convection between two walls or boundary walls is known to be one defined distance between these two walls, at which the heat transfer by convection entry. In this respect, reference is made to the reference glass technical reports " (1957) pp. 175 to 182, especially p. 176, lk. Column, penultimate section and P. 180, lk. Column, test section under the caption of Figure 10. The convection limit depends on the materials from which the partitions are constructed. She hangs also depends on the gas filling and the surface roughness of the exchange surfaces. In the case of metals, such as those described above for transport or storage containers Type for this container or the basket are usual, filling with air or helium and usual surface treatment, the convection limit is in the range of 5 mm and more. - You will not regularly make the distance larger than for reasons of comvection is required, that is to say about the upper one resulting for optimal convection Do not go beyond the limit. In this respect, too, reference is made to the aforementioned literature referenced. The convection limit and the upper limit for convection can if necessary, experimentally easy for each transport or storage container with a basket be determined. It goes without saying that the convection breakthroughs for must have a sufficient diameter for heat transfer by convection. They can be designed as slots. According to the preferred embodiment, extend the convection breakthroughs extend over the entire height of the cell-forming partitions and in particular they are also arranged in the area of their corners.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen Transport- und Lagerbehälter die Abführung von im beschickten Zustand entstehender Wärme wesentlich verbessert wird. Die Verbesserung liegt im Bereich von bis zu 100 %, - mit dem Ergebnis, daß die zellenbildenden Trennwände des Korbes sehr dünnwandig ausgeführt werden können und daß auch auf den Einsatz teurer Werkstoffe mit hoher Wärmeleitzahl häufig verzichtet werden kann. Diese Vorteile werden unabhängig davon überreicht, als der Lagerbehälter stehend, liegend oder in Schrägstellung angeordnet ist.The advantages achieved are to be seen in the fact that in an inventive Transport and storage containers for the removal of those that arise in the loaded state Warmth significantly improved will. The improvement is in the range of up to 100%, - with the result that the cell-forming partitions of the basket can be made very thin-walled and that also on the use of expensive materials with a high coefficient of thermal conductivity can often be dispensed with. These benefits become independent of which handed over when the storage container is standing, lying or inclined is arranged.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Transport- bzw.- Lagerbehälter, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 3 den vergrößerten Ausschnitt B aus dem Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 4 den vergrößerten Ausschnitt C aus dem Gegenstand nach Fig. 1.In the following the invention is based on only one embodiment Illustrative drawing explained in more detail. It show in a schematic representation 1 shows a longitudinal section through a transport or storage container according to the invention, Fig. 2 shows a section in the direction A-A through the object according to Fig. 1, Fig. 3 the enlarged section B from the object according to FIG. 1, FIG. 4 the enlarged Section C from the object according to FIG. 1.

Der in den Figuren dargestellte Transport- bzw. Lagerbehälter 1 besteht aus Gußeisen, Stahl oder dergleichen. Er ist für die Aufnahme bestrahlter Kernreaktiorbrennelemente bestimmt. Dazu besitzt er eine Zentrale, durch zumindest einen Deckel 2 verschließbare Aufnahmekammer 3, die mit abgerundeten Ecken rechtecktigen, quadratischen oder runden Querschnitt aufweisen mag.The transport or storage container 1 shown in the figures consists made of cast iron, steel or the like. It is designed to accommodate irradiated nuclear reactor fuel assemblies certainly. For this purpose, it has a central unit that can be closed by at least one cover 2 Receiving chamber 3, which are rectangular, square or round with rounded corners May have cross-section.

In dieser Aufnahmekammer 3 ist ein Korb 4 angeordnet, der seinerseits aus gekreuzten, zellenbildenden Trennwänden 5 aufgebaut ist. Die Zellen 6 sind zur Aufnahme je eines nicht gekennzeichneten Kernreaktorbrennelementes mit Sicherheitsabstand eingerichtet, wobei sich in den Zellen 6 noch Halterungen für die Kernreaktorbrennelemente befinden können.In this receiving chamber 3, a basket 4 is arranged, which in turn is made up of crossed, cell-forming partitions 5. The cells 6 are for Inclusion of an unmarked nuclear reactor fuel element with a safety distance set up, wherein there are still holders for the nuclear reactor fuel elements in the cells 6 can.

Insbesondere aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 3 entnimmt man, daß die zellenbildenden Trennwände 5, bis auf Abstützpunkte, mit einem beachtlichen Abstand 7 vom Boden 8 und vom Deckel 2 der Aufnahmekammer 3 angeordnet sind. Dieser Abstand 7 ist in bezug auf das eingefüllte Gas unter Berücksichtigung der Geometrie des Transport- und Lagerbehälters mit eingesetztem Korb sowie unter Berücksichtigung der Oberflächenrauhigkeit insgesamt so gewählt, daß er zumindest der oben erläuterten unteren Grenze der Konvektion entspricht, über die obere Grenze der Konvektion aber möglichst auch nicht hinausgeht. Das ist ein Abstand von z. B. 6 bis 15 cm. Außerdem sind in den zellenbildenden Trennwänden 5 zumindest im Bodenbereich sowie im Deckelbereich Konvektionsdurchbrüche 9 angeordnet, die benachbarte Zellen 6 verbinden. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 4 entnimmt man, daß außerdem im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung die zellenbildenden Trennwände 5, bis auf Abstützpunkte, mit einem Abstand 10 ihrer Stirnseiten von der Innenwand der Aufnahmekammer 3 angeordnet sind, die ebenfalls zumindest der Konvektionsgrenze entspricht.In particular from a comparative consideration of FIGS. 1 and 3 it can be seen that the cell-forming partitions 5, except for support points, with a considerable distance 7 from the bottom 8 and from the cover 2 of the receiving chamber 3 are. This distance 7 is taken into account with respect to the filled gas the geometry of the transport and storage container with the basket inserted and under Consideration of the surface roughness overall chosen so that he at least corresponds to the lower limit of convection explained above, beyond the upper limit the convection, however, if possible, does not go beyond it. That is a distance of z. B. 6 to 15 cm. In addition, in the cell-forming partitions 5 are at least in Arranged bottom area and in the lid area convection openings 9, the adjacent Connect cells 6. From a comparative consideration of FIGS. 1 and 4 takes one that also in the embodiment and according to the preferred embodiment of Invention, the cell-forming partitions 5, except for support points, with a distance 10 of their end faces are arranged from the inner wall of the receiving chamber 3, the also at least corresponds to the convection limit.

Claims

Claims: Transport and storage containers made of cast iron, steel or equal, for irradiated nuclear reactor fuel elements, - with central, through Lid closable receiving chamber in which a basket of crossed, cell-forming Partition walls is arranged, the cells of which each receive a nuclear reactor fuel element are set up that the cell-forming Partition walls (5) at a distance (7) from the bottom (8) and from the cover (2) of the receiving chamber (3) are arranged with respect to the filled gas at least the convection limit corresponds, and that also in the cell-forming partitions (5) at least in Convection openings (9) are arranged in the bottom area and in the lid area, connecting the neighboring cells (6).

2. Transport or storage container according to claim 1, characterized in that that the cell-forming partitions (5) also with a spacing (10) between their end faces of the inner wall of the receiving chamber (3) are arranged, which with respect to the filled Gas at least corresponds to the convection limit.