DE3306940A1

DE3306940A1 - Kernbrennstoff-transportbehaelter

Info

Publication number: DE3306940A1
Application number: DE19833306940
Authority: DE
Inventors: Malcolm Haydon Broadstone Dorset Burgess; Christopher John Wareham Dorset Fry
Original assignee: British Nuclear Fuels Ltd
Current assignee: British Nuclear Fuels Ltd
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1983-09-15
Also published as: GB2130520B; GB8305599D0; JPS58166297A; FR2522868B1; FR2522868A1; GB2130520A

Description

2 5. FEB. 1983

83 012 KU/u

B_ri tish Nuclear Fuels Limited, Risley, Warrington, Cheshire / Engiand

ANR: 1101676

VNR: 106836

Für	di	ese	Anmel	dung wird di	!dung	e Priorität	aus
bri	ti s	chen	Pate	ntanme	cht.	Nr. 8206587	vom
5.	März 19	82 beanspru

Kern brennstoff-Transportbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf Kernbrennstoff-Transportbehä1ter.

Es ist notwendig, Wärme, die durch radioaktiven Zerfall von Spaltprodukten bei in einem Kernbrennstoff-Transportbehälter transportierten bestrahlten Kernbrennstoffelementen erzeugt wird, abzuführen. Die Wärmeabführung durch Konvektion kann durch Vergrößerung der effektiven Oberfläche des Kernbrennstoff-Transportbehälters, beispielsweise durch Hinzufügen von Rippen, begünstigt werden. Im Prinzip wird die Wärmeübertragung durch Verwendung von mehr Rippen, längeren Rippen und dickeren Rippen verbessert, doch müssen in der Praxis die Konstruktionen optimiert werden, um Gewicht und/oder Kosten einzusparen. Solche Verbesserungen werden im allgemeinen bei großen Behältern für den Transport von bestrahltem Kernbrennstoff zur Anwendung gebracht. Es ist notwendig, nicht nur die Zerfallswärme durch natürliche Konvektion und Strahlung abzuführen, sondern auch die Zerstörungswirkungen eines äußeren Feuertests auf ein Mindestmaß herabzusetzen. In der GB-OS 20 60 466 ist eine ummantelte Rippe beschrieben.

Jedes Verfahren zur Förderung der Wärmeabfuhr durch natürliche Konvektion bringt leider zusätzliches Gewicht und/oder vergrößerte Gesamtabmessungen mit sich. Wenn daher diese Parameter begrenzt sind, dann ist auch der Bereich für eine verbesserte Konstruktion begrenzt. Darüber.hi naus werden durch kleineren Abstand der Rippen die Schwierigkeiten erhöht, die sich bei der Schweißbefestigung ergeben, da Schweißungen auf jeder Seite des Rippenfußes durch benachbarte Rippen behindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kernbrennstoff-Transportbehälter zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Kernbrennstoff-Transportbehälter einen lösbaren umgebenden Aufbau für den Behälter auf, und an diesem umgebenden Aufbau ist eine Anzahl von nach innen gerichteten Wärmeübertragungsrippen befestigt.

Der umgebende Aufbau kann durch einen Mantel gebildet werden. Alternativ kann der umgebende Aufbau auch ein offenes Rahmenwerk sein.

Vorteilhaft werden die nach innen gerichteten Rippen nicht an der Behälteroberfläche befestigt. Die nach innen gerichteten Rippen liegen zwischen Wärmeübertragungsrippen, die am Hauptkörper des Behälters befestigt sind. Es ist außerdem vorteilhaft, Unterbrechungen in den nach innen gerichteten Rippen zur Förderung der konvektiven Kühlung vorzusehen. 30

Nach innen gerichtete Rippen -- im nachfolgenden "Mantelrippen" genannt -- wirken durch abfangende Strahlung von den Seiten der Hauptrippen am Behälter, wobei die Strahlung sonst durch eine ähnliche Hauptrippe absorbiert werden würde. Auf diese Weise wird die durch die Mantelrippe absorbierte Strahlung für die Konvektion von den Seiten der Mantelrippe verfüg-

bar gemacht. Die Oberfläche für die Konvektion wird folglich vergrößert, und zwar ohne ernsthafte Beeinträchtigung des strahlungsbedingten Wirkungsgrades. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen umgebenden Aufbau für einen Kernbrennstoff-Transportbehälter, wobei der umgebende Aufbau nach innen gerichtete Wärmeübertragungsrippen aufweist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Kernbrennstoff-Transportbehälters, einschließlich einer vergrößerten Einzeldarstellung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines rechteckigen. Kernbrennstoff-Transportbehälters, wiederum mit einer vergrößerten Einzelheit, und 20

Fign. 3a, 3b und 3c jeweils eine Rippenform.

Fig. 1 zeigt einen allgemein mit 1 bezeichneten zylindrischen Kernbrennstoff-Transportbehälter, der in einer im wesentlichen horizontalen Lage gehalten werden soll. Der Behälter 1 weist einen Körper 2, Stützfüße 3 und Aufhängezapfen 4, 5, 6 und 7 auf. Entsprechende, nicht sichtbare Aufhängezapfen befinden sich auch jeweils auf der gegenüberliegenden Seite. Eine Stoßabsorbervorrichtung 8 ist am einen Ende des Behälters angebracht. Der Behälterkörper 2 trägt Rippen 10, die am deutlichsten in der vergrößerten Einzeldarstellung erkennbar sind. Ein Mantel 12 umgibt den Behälter und trägt nach innen gerichtete Rippen 13, die sich zwischen den Rippen 10 am Körper 2 erstrecken.

In Fig. 2 werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 für gleiche Teile verwendet. Aus der vergrößerten Einzeldarstellung der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Anordnung von Rippen allgemein ähnlich derjenigen der Fig. 1 ist. Natürlich sind die am Behälter befestigten Rippen in Fig. 2 rechteckig,"während jene, die am Behälter nach Fig. 1 befestigt sind, ringförmig ausgebildet sind. Das gleich gilt auch für die an den Mänteln nach den Fign. 2 bzw. 1 befestigten Rippen.

Es sei nun auf Fig. 3a Bezug genommen, in der wiederum für gleiche Teile die gleichen Bezugzeichen wie in den Fign. 1 und 2 verwendet werden. Fig. 3a veranschaulicht die Probleme, die beim Anschweißen der Rippen an einem Behälter auftreten können, wenn die Rippen dicht beieinander liegen. In Fig. 3a sind Schweißnähte allgemein mit 15 bezeichnet. Zur Herstellung der Schweißnähte 15 steht für das Schweißwerkzeug ein mit« bezeichneter Winkel zur Verfügung; außerhalb dieses Winkels wird das Werkzeug an einer benachbarten Rippe anstoßen. Fig.

3b zeigt Rippen von größerem Abstand. Aus Fig. 3b ist ersichtlich, daß ein größerer Winkel ß vorgesehen ist. Das Anschweißen der Rippen 10 an den Behälterkörper 2 wird folglich erlei chtert.

Fig. 3c zeigt bestrahlte Wärmeübertragungswege zwischen den Rippen 10 (den Behälterkörperrippen) und den Rippen 13 (den Mantel rippen). Bestrahlte Wärmeübertragungswege sind durch Pfeile 20 angedeutet. Eine normale konvektive Luftströmung verläuft parallel zu den Rippenebenen, d.h. senkrecht zur Zeichenblattebene. Ein konvektiver Luftkühlweg zur Luftkühlung des Behälters, wenn dieser mit den Rippenebenen horizontal angeordnet ist, ist bei 21 angedeutet. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Bedingung der Kühlweg zwischen den Behälterrippen 10 und den Mantelrippen 13 verläuft. Außerdem können durch Löcher oder Aussparungen 25 gebildete Unterbrechungen in den Mantelrippen vorgesehen werden,um die Lüftung

zur Verbesserung der konvektiven Kühlung zu ermöglichen. Ein Kühlgebläse (nicht dargestellt) kann in Verbindung mit der Belüftung durch die Löcher oder Aussparungen 25 verwendet werden.
5

Aus vorstehendem ergibt sich, daß die effektive Konvektionsflache vergrößert wird, und zwar ohne großen Verluft an Strahlungsoberfläche, insbesondere dort, wo ein Mantel zum Feuerschutz oder aus anderen Gründen vorgesehen ist. Wenn sonst ein Mantel nicht notwendig ist, dann können die nach innen gerichteten Rippen auch an einer Anordnung eines offenen Rahmenwerks befestigt sein. Solche Rippen liegen dann trotzdem zwischen den Hauptrippen des Behälters.

Der Hauptrippenabstand wird für eine gegebene Wärmeabführungsrate durch Anwendung der Erfindung vergrößert, so daß der Aufbau solcher Behälter erleichtert wird.

Es können außerdem auch kürzere Rippen verwendet werden, um die Gesamtabmessungen für eine gegebene Wärmeübertragungsbelastung zu reduzieren. Die Mantelrippen, wenn sie mit dem Mantel lösbar angeordnet werden, dienen dazu, das Gewicht des Behälters zu reduzieren, und ermöglichen einen verbesserten Zugang für die Reinigung und Entseuchung wegen der größeren Hauptrippenabstände.

Da die Mantelrippen Abstrahlungsenergie absorbieren und Wärme durch Konvektion zerstreuen, müssen sie nicht unbedingt aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden, obwohl die Oberfläche ein hohes Wärmeabsorptionsvermögen haben sollte. Die Mantelrippen können so dünn sein, Wie es die Festigkeitsbedingungen zulassen, und brauchen auch nicht in gutem Wärmekontakt mit dem Mantel befestigt zu werden Die Kosten und das Gewicht einer Mantelrippe können daher wesent!ich geringer sein als diejenigen einer Rippe, die am Hauptkörper befestigt ist.

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Ein Zwischenraum verbleibt zwischen den Mantelrippenenden und dem Körper sowie zwischen den Hauptrippen und dem Mantel, um eine Luftströmung· zu ermöglichen, wenn, durch Zufall oder beabsichtigt, die Rippen horizontal funktionieren sollen. So wird normalerweise ein zylindrischer Behälter mit radialen Rippen horizontal getragen und gelagert, kann aber auch in einer vertikalen Lage angehoben oder gelagert werden. Die Mantelrippen sind so ausgelegt, daß sie die konvektive Gasströmung in die Rippenhohlräume leiten. Ein turbulentes Mischen innerhalb des Hohlraumes kann zur Abführung von Wärme durch Konvektion angewandt werden.

Wenn der Feuerschutz keine Bedingung ist, dann kann der Mantel, wie bereits erwähnt, durch ein offenes Rahmenwerk ersetzt werden, welches einen zusätzlichen Strahlungsaustausch mi.t der äußeren Umgebung sowie das Eindringen äußerer Kühlluft ermöglicht. Ohne Mantel bilden die Hilfsrippen eine Maßnahme zum Feuerschutz, und zwar aus folgenden Gründen:

1) Sie können nicht-leitend sein,

2) sie können so hergestellt werden, daß sie Wärme durch Ablationsprozesse absorbieren,

3) der dichtere·Rippenabstand reduziert die direkte Ausstrahlung zur Hauptkörperoberfläche,

4) der kleine Rippenhohl raum begünstigt das Ersticken von Flammen und reduziert die Strahlungsquelle, und

5) der dichtere Rippenabstand hat das Bestreben, ein turbulentes Mischen innerhalb des Hohlraumes und daher einen konvektiven Austausch mit dem Hauptkörper und dessen Rippen auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Eine Anordnung aus offenem Rahmenwerk kann in Form von aerodynamischen Flügeln konstruiert werden, um die Luftströmung in den Rippenhohlraum zu leiten, wodurch der kühlende Luftstrom begünstigt wird.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT Friudrtch-Ebert-Str. 27

DIPL-ING. ROLF PÜRCKHAUER ^S_n ¹ c^⁹²⁸ ^

Telefon (0271) 331970 Telegramm-Anschrift: Patschub, Si

83 012 KU/u

British Nuclear Fuels Limited _{Λ noo}

'Έ^βΤβ ^{2 5}·^FEB·¹⁹⁸³

VNR: 106836

Patentansprüche

Kernbrennstoff-Transportbehälter mit einem umgebenden Aufbau, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Aufbau (12) lösbar ist und daß an diesem eine Anzahl von nach innen gerichteten Wärmeübertragungsrippen (13) befestigt ist 5
2. Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen gerichteten Rippen (13) zwischen Wärmeübertragungsrippen (10) angeordnet sind, die am Hauptkörper (2) des Behälters (1) befestigt sind.
3. Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Unterbrechungen (25) in den nach innen gerichteten Rippen (13) vorgesehen sind.
4. Transportbehäl ter' nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Aufbau ein Mantel (12) ist.

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5. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Aufbau ein offenes Rahmenwerk ist.