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Behälter zum Transportieren und/oder Lagern von radio-
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aktiven Gegenständen, insbesondere von Brennelementen Die Erfindung
betrifft einen Behälter zum Transportieren und/oder Lagern von radioaktiven GegenWtänden,
insbesondere von Brennelementen, mit einer an der Beha:lteraußensete vorgesehenen
Wärmetauscheinrichtung.mit einer mit Bezug auf die Umhüllende des Behälters vergrößerten
Oberfläche.
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Radioaktive Gegenstände entwickeln aufgrund der bei der Kernspaltung
frei werdenden Energie selbsttätig dauernd Wärme.
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Für die Lagerung und den Transport insbesondere -on Brennelementen
in Behältern sind deshalb strenge Sicherheitsbestimmungen vorgeschrieben, gemäß
deren Vorkehrungen dafür getroffen werden müssen, daß die Temperatur an der Behälteraußenseite
bestimmte Werte nicht übersteigt. Es est bereits bekannt, hierzu an der Behälteraußer,seite
angeformte Rippen
als Wärmetauscheinrichtung vorzusehen, so daß
die Wärme über eine vergrößerte Oberfläche abgegeben wird. Diese an den Behälter
angegossenen Rippen sind jedoch sehr teuer in der Herstellung und sind unveränderbar
am Behälter vorhanden, unabhängig davon, ob die Brennelemente bereits derart lange
ausgelagert sind, daß diese nur noch eine sehr geringe Wärme entwickelnaie auch
ohne Rippen abgeführt werden könnte. Nan kann sich also den jeweiligen Gegebenheiten
nicht anpassen, was den weiteren Nachteil mit sich bringt, daß noch nach einer monate-oder
jahielangen Lagerung, wenn die Brennelemente praktisch "kalt" sind, unnötig viel
Lagerraum durch die abstehenden Rippen verloren geht. Des weiteren ist noch zu berücksichtigen,
daß jeder Behälter vor einer Wiederverwendung dekontaminiert werden muß, was durch
die angeformten Rippen erschwert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
Behälter der eingangs genannten Art zu schaffen, der hinsichtlich der Kühlung auf
einfache Weise an die auftretenden Temperaturen angepaßt und leichter gehandhabt
werden kann, wobei dazuhin die Uerstellungskosten gesenkt werden sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmetauscheinrichtung
von einem an der Behälteraussenseite lösbar befestigbaren umlaufenden Mantel aus
die Wärme gut leitendem Material, z.B. aus Aluminium, besteht.
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Beim Anmeldungsgegenstand wird die Wärmetauscheinrichtung also von
einem gesonderten Teil gebildet, das nur so lange am Behälter befestigt sein muß,
bis die Temperatur genügend weit
abgeklungen ist. Sodann kamm der
Matte; abgenommen werden.
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Nan kann auch verschieden große Mäntel auf Vorrat lagern und den jeweils
benötigten Mantel am Behälter anbringen.
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Entfernt man den Mantel nach einer gewissen Abklingzeit, kann man
die Behälter,im Behälterlager näher zusammenrücken.
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Dabei kann der abgenommene Mantel wieder verwendet und an einen Behälter
angelegt werden, der "heiße" Brennelemente enthält. Die Herstellungskosten deS:
Behälters werden durch den Mantel nicht berührt und der ManteL kann aucn an bereits
bestehenden Behältern angebracht werden. Schließlich läßt sich ein Behälter mit
einer glatten Aussenseite sicherlich leichter reinigen als ein Behälter mit Aussenrippen.
Der Mantel muß gemäß den herrschenden Bestimmungen-nach Gebrauch zwar ebenfalls
dekontaminiert werden, die- hierfür erforderlichen Einrichtungen sind jedoch weniger
autwandig als lur angegossene Rippen. Ein weiterer Vorteil. ist die Reparaturfreundlichkeit,
da man einen beschädigten Mantel leicht auswechseln kann, während angegossene Rippen
nur mit verhältnismäßig hohen Kosten ausgebessert werden können.
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Zweckmäßigerweise ist der Mantel in Behälterlängsrichtung gesehen
in mehrere Teilmäntel unterteilt In diesem Falle sind also jedem Behälter mehrere
teilmäntel zugeordnet, so daß man sich der jeweiligen Behältertemperatur durch das
Anlegen von mehr oder weniger vielen Teilmäntel anpassen kann.
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Nan kann auch mit zunehmender Lagerzeit die Beiltäntel nacheinander
entfernen, so daß nur die unbedingt notwendige Anzahl von Teilmäntel am Behälter
verbleibt. Die algenommenen Teilmäntel stehen dann zur weiteren Verwendung bereit.
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Eine besonders zweckmäBige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel aus blechförmigem Material besteht, ii Schnitt einen wellen-, sicken-
oder zick-zackahnlicnen Verlauf besitzt. Hierbei kann die Anordnung so getroffen
sein, daß die ron dem blechförmigen Material gebildeten Scheitellinien i;L Behälterlangsrichtung
oder in Umfanbsrichtung des Behälters verlaufen. Diese Ausführungsform ist besonders
billig in der Herstellung und wiegt außerdem verhältnismäßig wenig.
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Ferner erhält man nicht nur eine vergößerte Oberfläche und somit ei;e
gute Wärmeabgabe durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung, sondern auch eine Wärmeabfuhr
durch Konvektion über die Ttuftkanä:e. Dabei ergibt sich innerhalb der Luftkanäle
eine Kaminwirkung, die ein selbsttätige, nach oben Strömen der erwärmten Luft bewirkt.
Dabei nimmt die Luft in den Luft kanälen die abgestrahlte Wärme auf und transportiert
sie nach außen. Man erhält somit zusätzlich eine verbesserte Kühlwirkung.
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Zweckmäßigerweise sind die in Längsrichtung verlaufenden Luft kanäle
eijdseitig offen. In jedem Falle kann das blechförmige Material Durchbrechungen
z. B. in Gestalt von Löchern oder Schlitzen besitzen, über die ein luftaustausch
stattfinden kann.
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Besteht (er Mantel aus Teilmänteln, so,sind diese zweckmäßigerweise
mi axialem Abstand zueinander angeordnet. Auf diese Weise kann, verlaufen die Luftkanäle
in Behälterlängsrichtung und ist der Behälter stehend angeordnet, im Bereich der
ringförmigen Zwischenräume die erwärmte Luft austreten und kühlere iußenluSt in
die Kanäle des jeweils darüber liegenden
Teilmantels nachströmen.
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Die inneren Scheitellinien des Mantels können der Behälter außenseite
unmittelbar gegenüberliegen? die die Luftkanäle in diesem Falle innen begrenzt.
Es ist aber auch möglich, daß die inneren Scheitellinien des Mantels über ein Elantelrohr
mit dem Querschnitt der Behälteraußenseite riteinander verbunden sind.
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Für die Befestigung des Mantels bzw. der TeilmäMel kann man beispielsweise
Spannringe vorsehen. Die Befestigung kann auch derart erfolgen, daß an der Behälteraulenseite
Nuten zum Einstecken oder Einpressen von entsprechend geformten Vorsprüngen am Mantel
vorhanden sind, wobei die Vorsprünge von den inneren Scheitellinien des Mantels
gebildet werden können-. Selbstverständlich kann bei jeder Befestigungsart zusätzlich
z. B. beine Verschweißung mit der Behälteraußenseite stattfinden, falls dies gewünscht
seir sollte.
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Schließlich kann vor allem aus Herstellungsgründen der Mantel bzw.
die Teilmäntel auch in gesonderte Mantelsegnente unterteilt sein, die jeweils einen
Luftkanal begrenzer und randseit Ig aneinander angrenzen. Dabei können die Rärder
der Mantelsegmente abgekantet sein und eine- Befestigungsfläche bilden.
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susführungsbeispiele der Erfindung werden nun anLand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigen;
Fig. 1 die Seitenansicht eines Transport-
und/oder Lagerbehälters für Brennelemente in schematischer Darstellung, Fig. 2 den
Behälter nach Fig. 1 in Draufsic-ht, Fig. 3 eine Variante des Behälters, ebenfalls
in Draufsicht, Fig. 4 die Draufsicht einer weiteren Variante des Behälters, Fig.
5 die Wärmetauscheinrichtung nach den Fig. 1 und 2 in Schrägansicht in Teildarstellung,
Fig. 6 einen Behälter mit einer weiteren Ausführungsform der Wärmetauscheinrichtung
in Draufsicht Fig. 7 die Draufsicht einer weiteren Variante in Teildarstellung,
zig 8 ein Mantelsebment der Anordnung nach 2-'ig. 7 im Schnitt in Einzeldarstellung,
Fig. 9 eine Variante des Nantelsegments und Fig. 10 den schematischen Längsschnitt
eines mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Mantels versehenen Behälters in
kleinerer Darstellungsweise.
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Fig. 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines Behälters zum Transportieren
und/oder Lagern von Brennelementen. Der gezeigte Behälter 1 ist von zylindrischer
Gestalt, wobei er in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung .jedoch auch einen
rechteckigen, quadratischen oder einen anderen Querschnitt besitzen kann. Im vorliegenden
Zusammenhang interessiert auch nicht der innere Aufbau des Behälters, so daß dieser
lediglich durch seine Umhüllende schematifsh gezeigt ist. Außerdem wird darauf hingewiesen,
daß die im einzelnen noch zu beschreibende Erfindung in gleicher Weist auf Behälter
für andere radioaktiven Gegenstände als Brennelemente anwendbar ist. Im Inneren
solcher Behälter wird durch den radioaktiven Zerfall eine große Wärmemenge frei,
die nach außen hin abgeführt werden muß.
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Hierzu ist an der Behälteraußenseite 2 eine Wärmetauscheinrichtung
mit einer mit Bezug auf die Umhüllende des Behalter vergrößerten Oberfläche vorgesehen,
die von einem an der Behälteraußenseite 2 lösbar befestigbaren umlaufenden Mantel
aus die Wärme gut leitendem Material, insbesondere aus Metall, z. B. aus Aluminium,
besteht, der den behälter nach srt einer Manschette ringförmig umgreift.
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Dabei ist bei dem AusfiArungsbeispiel nach Fig. 1 der Mantel in mehrere
Teilmäntel 3 - 8 unterteilt, die in Behä.lterlängsrichtung hintereinander angeordnet
sich, Die Teilmäntel 3 - 8 weisen eine ringförmige Gestalt iuf und umschließen den
Behälter, indem sie auf diesen beispielsweise aufgesteckt sind.
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In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist auch ein
durchgehender Mantel möglich. Die Unterteilung in Teilmäntel erhöht jedoch die Variationsvielfalt.
Dabei besitzt bereits ein durchgehender Mantel den Vorzug, daß er wegen seiner lösbaren
BeS-estigbarkeit nach einem Abkling-en der Temperatur auf einen ungefährlichen Wert
abgenommen und für einen anderen Behälter verwendet werden kann. Die Behälter lassen
sich bei abgenommenem Mantel enger stapeln und auch leichter dekontaminieren. Ferner
werden die Herstellur£skosten des Behälters gesenkt, d& ja keine Kühlrippen
angegossen oder sonstwie angeformt werden müssen. Der vom eigentlichen Behälter
gesonderte Mantel läßt sich auch bedeutend einfacher reparieren als angeformte Rippen
und er bildet dazuhin einen auswechselbaren Stoßschutz, da er bei auftretenden Stößeln
oder Schlägen deren kinetische Energie aufnehmen und in Verformungsenergie umwandeln
kann. Wenn nun der Mantel in die Teilmäntel 3 - 8 unterteilt ist, kann man mit zunehmender
hbklingzeit die Teilmäntel nacheinander abnehmen, so daß man sich der jeweils auftretenden
Oberflächentemperatur des Behälters anpassen kann.
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Der Mantel bzw. die diesen bildenden Teilmäntel 3 - 8 bestehen aus
blechförmigem Material, es handelt sich also sozusagen um einen Blechring bzw. um
Blechringe. Zur Vergrößerung der Oberfläche kann der Mantel bzw. die Teiliäntel
einen wellen-, sicken- oder zick-zack-iiimlichen Verlauf besitzen. In Falle des
Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 und 2 handelt es sich um kreisbogenähnliche
Segmente 9, die an den inneren Scheitellinien 10 ineinander übergehen, wobei
benachbarte
Segmente 9 im Bereich der inneren Sc'leitellinien 10 einen spitzen Winkel miteinander
bilden Wegen dieses Querschnittverlaufs, bei dem die, Scheitellinien des Mantels
in Behälterlängsrichtung verlaufe, bildet der Mantel bzw.
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die Teilmäntel 3 - 8 in Behälterlängsrichtung verlaufende Luftkanäle
11, die endseitig offen können. kiese werden nach außen hin von den kreisbogenförmigen
Segmenten 9 und nach innen hin von der Außenseite 2 des Behälters 1 begrenzt, da
bei diesem Ausführungsbeispiel die inneren Scheitellinien 10 des Mantels der Behälteraußenseite
unmittelbar gegenüberliegen und mit dieser in Berührung stehen. Die an der Behälteraußenseite
2 auftretende Wärme wird zum einen in die Luftkanäle 11 abgestrahlt und zum anderen
durch Wärmeleitung in den Mantel bzw. in die Teilmäntel 3. - 8 geleitet, von wo
sie einerseits nach außen abgegeben und zum anderen wiederum in die Luftkanäle 11
gelangt. Aus diesen Luftkanälen 11 wird dann die Wärme durch Konvektion von unten
nach oben abgefbiirt, wobei sich eine Kaminwirkung ergibt. Dies führt zusätzlich
zu den bereits genannten Vorzügen zu einer verbesserten Wärmeableitung. Prinzipiell
ist es selbstverständlich auch möglich, den Mantel bzw, die Teilmäntei' aus vollem
Material zu fertigen.
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Wie aus Fig. 1 -des weiteren ersichtlich ist, sind die Teilmäntel
3 - 8 mit axialem Abstand zueinander angeordnet, so daß sich zwischen den Teilmänteln
umlaufende Ringschlitze 12 ergeben. Im Bereich dieser Ringschlitze 12 kann cie von
unten her ankommende erwärmte Luft ausströmen und Frischluft für
die
Kanäle des darüber liegenden Teilmantels einströmen (siehe die eingezeichneten Pfeile).
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Das ousführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem soeben
beschriebenen Nantel nur dadurch, daß in diesem Falle der Querschnitt des Mantels
bzw. der Teilmäntel 3a zick-zack- förmig ist, so daß sich im Querschnitt dreieckige
Luftkanäle 11a ergeben. Im Balle der Fig. 4 handelt es sich um einen wellblechartigen
Verlauf des Mantels bzw. der Deilmäntel 3b. Dabei ist sowohl in Fåg. 3 als auch
in Fig. 4 wiederum vorgesehen, daß die inneren Scheitellinien des Mantels an der
Behälteraußenshite 2a 2b anliegen.
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Der Mantel bzw. die Teilmäntel können ringförmig geschlossen ausgebildet
sein, so daß man sie in axialer Richtung auf den Behälter aufschiebt Es ist aber
auch möglich, den Mantel bzw. die Teilmäntel geschlitzt auszubilden, so daß sie
zum anlegen und abnehmen aufgebogen werden können. Die Befestigung an der Behälteraußenseite
kann beispielsweise durch Verschrauben oder auf andere Weise lösbar erfolgen. Besonders
zweckmäßig und einfach ist es, wenn man eine Befestigung mit Hilfe von Spannringen
vorsieht, wie in FLr. 5 schematisch dargestellt ist. Diese Fig. 5 zeigt einen entsprechend
i'ig. 2 geformten Teilmantel, z. B. den feilmantel 3 in Teildarstellung im abgenommenen
Zustand von innen her. Im Bereich der inneren Scheitellinien 10 sind ringförmig
umlaufende Spannringe 12, 13 vorgesehen, die durch öffnungen 14 in dem Segmenten
9 geführt sind. Die Vershlüsse dieser Spannringe können üblicher Bauart sein.
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In Fig. 5 ist außerdem gestrichelt angedeutet, daß das blechförmige
Material Durchbrechungen z. B. -in Gestalt von Löchern 19 oder Schlitzen 20 zum
Luftaustausch besitzen kann.
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Während bei den bisher beschriebenen. Ausführungsbeispielen die inneren
Scheitellinien des Mantels bzw. der 'i'eilmäntel an der Behälteraußenseite anliegen,-
ist bei der Ausführungsform nach Fig. 6 vorgesehen, daß die inneren Scheitellinen
10 über ein z. B. angeschweißtes Mantelrohr 15 miteinander verbunden sind, das an
der Behälteraußenseite anliegt und dort befestigt ist.
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Eine andere Befestigungsmögliehkeit ergibt sich aus Fig. 7 In diesem
Falle sind an der Behälteraußenseite in Längsrichtun' verlauf ende Nuten 16 vorhanden,
in die am Mantel bzw. an dem jeweiligen Teilmantel vorgesehene Vorsprünge eingesteckt
oder eingepreßt sind. Diese Vorsprünge werden zweckmäßigerweise von den inneren
Scheitellinien des Mantels oder des Teilmantels gebildet. In diesem Falle müssen
die Segmente des Mantels bzw. des Teilmantels an den inneren Scheitellinien nicht
einstückig miteinander verbunden sein, tieres in den Fig. 2 - 6 dargestellt ist.
Es ist vielmehr möglich, daß der Mantel bzw.
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die Teilmäntel in in Längsrichtung verlaufende gesonderte Elantelsegmente
9a unterteilt ist, die jeweils einen Luftkanal begrenzen und mit ihren Längsrändern
17 in die Nuten 16 eingepreßt sind, so daß die Längsränder 17 benachbarter Mantelsegmente
9a in den Nuten 16 aneinandergepreßt gehalten sindw Zusätzlich kann noch ein Verschrauben
der Mantelsegmente vorgesehen sein, wie bei 18 angedeutet ist.
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lig. 8 zeugt eines der gesonderten Mantelsegmente 9a in Linzeldarstellung
in Schnitt. Selbstverständlich können aucr ohne Vorhandensein der Nuten 16 gesonderte
Mantelsegmente vorgesehen sein, ähnlich wie sie in Fig. 7 dargestellt sind.
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Solche Mantelsegmente0 können beispielsweise auch über xbwinklungen
an der Behälteraußenseite betestigt werden, wie aus rrig.
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9 hervorgeht. Dieses gesonderte Mantelsegment 9b besitzt einen abgekanteten
Rand 21, der eine Befestigungsfläche bildet, die parallel zur Behälteraußenseite
verläuft.
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Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen verlaufen die
Scheitellinien des blechförnigen Materials in Behälter längsrichtung, SelbStverständlich
ist es aber auch möglich, den Mantel bzw. die Teilmäntel so zu formen, daß sich
die Scheitellinien in Umfang.srichtung des Behälters erstrecken.
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Dies ist aus Fig. 10 ersichtlich, die einen beispielhalber aus drei
Teilmänteln 22, 23, 24 bestehenden Mantel zeigt.
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Es versteht sich, daß für die Schnittgestalt des blechförmigen Materials
nicht nur die gezeigte Zickzackkontur sondern auch eine beliebig andere Kontur infrage
kommt, wie sie z. D.
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in den Fig. 1 bis 9 für in Behälterlängsrichtung verlauf end Scheitelllnien
dargestellt ist. Auch die anderen, in Zusammenhan@ mit den Ausführungsbeispielen
gemäß den Fig. 1 bis 9 beschriebenen Merkmale können entsprechend verwirklicht werder.