DE3334661C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter für die Lang­ zeitlagerung radioaktiver Substanzen, insbesondere bestrahlter Kernreaktor-Brennelemente, im wesentlichen bestehend aus einem Grundkörper, mindestens einem Deckel und einer außen liegenden ringartigen Deckelspanneinrichtung, die an Grundkörper und Deckel angreift und die Anlagefläche des Deckels gegen die Anlagefläche des Grundkörpers vorgespannt hält, wobei Grund­ körper, Deckel und im wesentlichen die Deckelspanneinrichtung aus korrosionsfesten Werkstoffen bestehen.

Bei einem aus der DE-OS 32 04 300 bekannten Behälter dieser Art ist der Deckel mit Hilfe eines einen Deckelflansch und einen oberen Flansch des Behältergrundkörpers umspannenden Rings am Behältergrundkörper befestigt. Der Ring hat eine den Deckelflansch übergreifende Umbördelung und eine den Behälter­ flansch untergreifende Umbördelung. Diese Art der Befestigung des Deckels am Grundkörper läßt sich zwar bei sowohl für die radioaktiven Substanzen als auch für den Behälter unschädli­ chen Fügetemperaturen und bei Atmosphärendruck ausführen, hat aber Probleme bezüglich einer definierten Einstellung der Schließkraft zwischen den Flansch-Anlageflächen und der Zen­ trierung des Deckels auf dem Behältergrundkörper. Bei der Herstellung der beiden Umbördelungen wird nämlich das um ca. 90° umgefaltete Material des Umfangsrings in der Regel pla­ stisch verformt. Bei einer plastischen Verformung bleibt der Schließdruck, der über die Umbördelung auf die beiden mit­ einander verspannten Anlageflächen zwischen den Flanschen aufgebracht wird, einerseits undefiniert und andererseits u. U. ungleichmäßig über den Umfang verteilt. Überdies kann sich beim Umbördeln auch die radiale Relativlage zwischen Deckel und Behältergrundkörper verändern.

Bei einem aus der US-PS 31 79 243 bekannten Behälter für Kern­ reaktor-Brennelemente sind mehrere Schwenkbügel an der Außen­ seite des Behältergrundkörpers schwenkbar befestigt. Diese Schwenkbügel greifen in der Einsatzstellung außen um einen Deckelflansch. An den freien Enden der Schwenkbügel sind Klemmschrauben vorgesehen, mit denen der Deckelflansch an über den Deckelumfang verteilten Stellen gegen einen Grundkörper­ flansch verspannt wird. Diese aus mehreren über den Umfang verteilten Klemmbügeln bestehende Deckelspannvorrichtung führt die Spannkräfte nur an diskreten Stellen ein, so daß die Schließkraftverteilung über den Umfang der gegenseitigen Ein­ griffsflächen ungleichmäßig ist. Eine Zentrierung zwischen Deckel und Grundkörper ist mit Hilfe der bekannten Klemmbügel nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Grundbehälter und Deckel unter gegenseitiger Zentrierung mit über den Umfang gleichmäßiger Anlagekraft in der Anlageebene reproduzierbar eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Grundkörper und der Deckel im Bereich ihrer Anlageflächen mit gegensinnig abgeschrägten Eingriffsflächen versehen sind und daß ein Haltering mit im wesentlichen L-förmigem Querschnitt mit seinem Fuß an der einen Eingriffsfläche anliegt und sich mit seinem Stammabschnitt im wesentlichen parallel zur Behäl­ terachse über die Anlageebene von Grundkörper und Deckel min­ destens in den Bereich der anderen Eingriffsfläche mit Abstand von der Behälterwandung erstreckt und daß mit der im wesentli­ chen geradzylindrischen Innenfläche des Stammabschnitts des Halterings und mit der anderen Eingriffsfläche ein Schließring in Berührung steht, der nach Ineingriffbringen mit dem Halte­ ring mit dem Stammabschnitt verbunden ist.

Der erfindungsgemäße Behälter läßt sich ähnlich den zuvor erörterten bekannten Behältern bei Atmosphärendruck ver­ schließen. Darüber hinaus gewährleistet die Erfindung aber eine über den Behälterumfang gleichmäßig verteilte, reproduzierbare und einstellbare Anlagekraft zwischen den Anlageflächen von Deckel und Behälter. Aufgrund der gegensinnig abgeschrägten Eingriffsflächen bleiben Deckel und Grundkörper während des Aufbaus der Schließkräfte genau gegeneinander zentriert. Zu plastischen Verformungen kommt es beim Verspannen der Deckel­ spannvorrichtung in der Regel nicht.

Vorzugsweise sind die Eingriffsflächen auf flanschartigen Verstärkungen von Behältergrundkörper bzw. Deckel ausgebildet. Es ist auch möglich, getrennt ausgebildete Eingriffsringe am zylindrischen Grundkörper bzw. Deckel zu befestigen oder in dickeren Wandungen die Eingriffsflächen durch das Einarbeiten umlaufender Ausnehmungen entsprechenden Querschnitte auszubil­ den.

Nach Einbringen der zu lagernden radioaktiven Substanzen in den Grundkörper wird der Deckel auf die Anlagefläche des Grundkörpers gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung und/oder Aufbau einer Verbindung aufgesetzt. In den freien Raum zwischen der Innenfläche des Stammabschnitts des Halterings wird der Schließring eingebracht und dabei oder hinterher die in der Anlageebene erforderliche Anlagekraft aufgebaut. Danach werden Schließring und Haltering miteinander verbunden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind Haltering und Schließring massiv ausgebildet und durch Gewindeeingriff mit­ einander verbunden, wobei der Haltering über ein Innengewinde im Bereich seines Stammabschnitts und der Schließring über ein Außengewinde verfügt. Die erforderliche Anpreßkraft wird bei dieser bevorzugten Ausführungsform durch das Eindrehen des Schließrings in den Freiraum zwischen Stammabschnitt des Hal­ terings und der Behälterwandung eingestellt. Durch Ver­ schweißen des Schließspalts und des Halterings im Bereich des Gewindespalts kann die eingestellte Kraft gesichert werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Schließring massiv ausgebildet und mit dem Fuß des ebenfalls massiv ausgebildeten Halterings über durch die Wandverdickun­ gen von Grundkörper und Deckel greifende Bolzen verbunden. Bei dieser Ausführungsform sind die Berührungsflächen zwischen Stammabschnitt und Schließring als Glattflächen ausgebildet, und die Anpreßkraft wird durch das Eindrehen der Bolzen einge­ stellt. Da zumindest die Bolzenköpfe beim Eindrehen von außen zugänglich sein müssen und nicht notwendigerweise aus korrosi­ onsfestem Material hergestellt sind, ist es zweckmäßig, wenn die Köpfe der Bolzen in Vertiefungen angeordnet und nach außen abgedichtet sind. Die Abdichtung kann durch Dichtschweißkappen oder durch Ausgießen mit einem korrosionsfesten Mittel, z. B. Epoxidharz gebildet sein.

Anstelle der bevorzugten Schraubverbindungen kann die Anpreß­ kraft aber auch durch an dem Haltering und dem Schließring angreifende Spannmittel aufgebracht werden, wobei die beiden Ringe im vorgespannten Zustand miteinander verbunden werden. Hierfür ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Schließring einen keilförmigen Querschnitt aufweist, dessen einer Schenkel an der Innenfläche des Stammabschnitts anliegt und mit letzterem verbunden ist und dessen anderer Schenkel an der Eingriffsfläche anliegt. Da bei dieser Ausführungsform kein mechanischer Eingriff gesonderter Verbindungselemente wie Gewindeeingriff, Bolzen o. dgl. zwischen den beiden Ringen zum Aufbau der Vorspannung erforderlich ist, kann nicht nur der Schließring, sondern auch der Haltering trotz sicherer Vor­ spannung mit relativ dünnem Querschnitt ausgebildet sein.

Die Erfindung ist ferner dadurch weitergebildet, daß eine Verbindung zwischen mindestens einem der Ringe und dem Grund­ körper oder dem Deckel durch Lötung, insbesondere Metallötung, Diffusionsschweißung und/oder Klebung vorgesehen ist.

Zur Erhöhung der Flächenpressung zwischen den Ringen und dem zugeordneten Behälterbauteil kann vorgesehen sein, daß der Schließring und/oder der Haltering mit mindestens einer Aus­ nehmung zur Aufnahme von Keilen versehen sind. Bei Verwendung einer Dichtung des Korrosionswiderstandes anstelle einer Ver­ bindung kann es zweckmäßig sein, wenn die in axialer Richtung außen liegenden Enden des Fußabschnitts des Halterings bzw. des Schließrings als Federelemente ausgebildet sind. Letztere werden beim Aufbringen der Anlagekraft elastisch verformt.

Als korrosionsfeste Werkstoffe kommen vorzugsweise Keramiken oder Gußeisen, vorzugsweise mit einem höheren Si-Gehalt, ins­ besondere Silizium-Guß, in Betracht.

Als Behälter im Sinne der Erfindung sind auch solche Konfigu­ rationen möglich, bei denen der Grundkörper und der Deckel im wesentlichen die gleiche axiale Erstreckung haben, d. h. auch der Deckel zusätzlich zum Grundkörper zur Aufnahme der zu lagernden radioaktiven Substanzen, insbesondere der Brennele­ mente dient.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren durch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Behälter im Bereich der Anlageebene, wobei die Spannkraft mittels Dehn­ bolzen aufgebracht wird,

Fig. 2 einen Schnitt vergleichbar Fig. 1 mit einer Spann­ einrichtung, bei der die Anpreßkraft durch einen Gewindeeingriff zwischen Schließring und Haltering aufgebracht wird, und

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Behälterkonfigu­ ration, bei der die Spannkraft durch eine nicht gezeigte Spannmaschine aufgebracht worden ist.

Auf der Anlagefläche 1 a eines Grundkörpers 1 aus Keramik liegt mit seiner Anlagefläche 2 a ein Deckel 2 auf und ist mit dem Grundkörper durch ein in der Anlageebene 3 aufgebrachtes Metallot 4 verbunden. Der Deckel ist aus dem gleichen keramischen Werk­ stoff gefertigt wie der Grundkörper.

Grundkörper 1 und Deckel 2 sind im Bereich der Anlage­ flächen 1 a und 2 a unter flanschartiger Verstärkung der Wandungsdicke mit gegensinnig konisch zur Anlage­ ebene 3 geneigten Eingriffsflächen 1 b und 2 b versehen. Die Eingriffsflächen 1 b und 2 b gehen in zur Behäl­ terachse koaxiale Zentrierflächen 1 c bzw. 2 c über.

Unter Zwischenschaltung einer korrosionsfesten Dich­ tung 5 liegt ein L-förmiger Haltering 6 mit der entspre­ chend konisch geformten Eingriffsfläche 7 a seines Fußes 7 an der Eingriffsfläche 1 b an. Der Stammab­ schnitt 8 des massiv ausgebildeten Halterings erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Behälterachse über die Anlageebene 3 von Grundkörper 1 und Deckel 2 in den Bereich der Anlagefläche 2 b mit Abstand von der Behälterwandung derart, daß zwischen dem Stamm­ abschnitt 8 im Bereich dessen freien Endes und der Eingriffsfläche 2 b ein ringförmiger Freiraum mit Dreieck-förmigem Querschnitt verbleibt. Mit der im wesentlichen geradzylindrischen Innenfläche 8 a des Stammabschnitts 8 des Halterings 6 und mit der Ein­ griffsfläche 2 b steht ein Schließring 9 von im wesent­ lichen Dreieck-förmigem Querschnitt in Berührung, wobei seine mit der Eingriffsfläche 2 b in Eingriff stehende Eingriffsfläche 9 a einen entsprechenden Neigungswinkel aufweist und die der Innenfläche 8 a zugewandte Eingriffsfläche 9 b entsprechend gerad­ zylindrisch ausgebildet ist. Zwischen den Eingriffs­ flächen 2 b und 9 a ist eine Dichtung 10 eingebracht. Der Schließring ist mit einer außen liegenden umlau­ fenden Stufung 9 c versehen, von deren Boden sich parallel zur Behälterachse erstreckende Glattbohrungen 9 d vorgesehen sind.

Im Fuß 7 sind mit gleicher Teilung wie die Bohrungen 9 d Gewindesacklochbohrungen 7 b vorgesehen. Mit ent­ sprechender Teilung sind in den Wandverdickungen von Grundkörper 1 und Behälter 2 sich axial erstrecken­ de Ausnehmungen 1 d bzw. 2 d ausgebildet. Durch die Bohrungen 9 d und die Ausnehmungen 1 d und 2 d erstrecken sich Dehnbolzen 11 in die Gewindebohrungen 7 b und beaufschlagen die Ringe und damit die Behälter im Bereich der Anlageflächen 1 a und 2 a.

Der Freiraum zwischen Schließring 9 und Stammabschnitt 8 ist durch eine Kappe 12 verschlossen. Haltering 6, Schließring 9 und Kappe 12 sind aus einem korrosions­ festen Metall, z. B. Hastelloy C4, gefertigt und längs den Anlagespalten zwischen Haltering und Kappe einerseits und Kappe und Schließring andererseits durch Schweißverbindungen 13 miteinander verbunden.

Am Fuß 7 a und am Schließring 9 sind Federelemente 7 c bzw. 9 e ausgebildet, die durch elastische Verfor­ mung zur Erhöhung der Dichtwirkung in den Spalten zwischen den Ringen und den zugeordneten Behälter­ bauteilen beitragen.

Die Innenfläche 8 a weist einen in Richtung auf die Behälterachse vorstehenden und an den Flächen 1 c und 2 c anliegenden Abschnitt 8 a′ auf, der Grundkörper 1 und Deckel 2 zentriert.

Wie bereits erwähnt, können die Ringe auch mit den zugeordneten Behälterteilen 1 und 2 verbunden sein, z. B. durch Lötung, Diffusionsschweißung, Klebung und dgl. Wenn anstelle einer Keramik für die Herstel­ lung von Grundkörper 1 und Deckel 2 ein Gußwerkstoff, wie z. B. ein Gußeisen mit hohem Silicium-Gehalt, vorzugsweise Silicium-Guß, eingesetzt wird, können die Ringe bei entsprechender Ausbildung an ihren Eingriffsflächen 7 a bzw. 9 a vom Werkstoff umgossen werden. Es erscheint auch möglich, die Halteringe selbst einstückig mit dem Werkstoff für Behälter und Deckel beim Guß auszubilden.

Selbstverständlich kann für die Dehnschrauben auch ein korrosionsfestes Material verwendet werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet worden, soweit dies möglich ist. In Abweichung von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Eingriffsfläche des Schließrings 9 mit dem Haltering 6 nicht glattwandig, sondern mit einem Außengewinde 9 b′ versehen worden, der ein entsprechend geformter Innengewindeabschnitt 8 b′ des Stammabschnitts 8 zugeordnet ist. Weiterhin ist an den Eingriffsflächen 1 b und 7 a zwischen Grundkörper 1 und dem Fuß 7 des Halterings eine Diffusionsschweißver­ bindung 14 aufgebaut.

Nach Aufsetzen und ggf. Verbinden des Deckels 2 mit dem Grundkörper 1 wird der Schließring 9 eingeschraubt, bis die erforderliche Anpreßkraft aufgebracht ist und danach werden Schließring 9 und Haltering 6 im Bereich des Gewindespalts durch eine Schweißverbin­ dung 13 miteinander verbunden.

Auf ihren axial gegenüberliegenden Flächen sind Fuß 7 und Schließring 9 mit einer ringförmigen Ausneh­ mung 15 bzw. 16 versehen. In diese Ausnehmung können Keile 17 eingepreßt oder eingeschlagen werden, um die Flächenpressung zu erhöhen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist auf eine Zentrierung von Grundkörper 1 und Behälter 2 durch den Haltering 6 verzichtet worden.

Bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform weist die Deckelspanneinrichtung selbst keine Bestand­ teile auf, mit der der Anlagendruck aufgebaut wird. Dieser wird durch eine nicht gezeigte Spannmaschine erzeugt. Zu diesem Zweck ist der Haltering 6 am freien Ende des Stammabschnitts 8 mit einer Nase 8 c versehen, an der die nicht gezeigte Spannmaschine in Richtung des Pfeiles F zum Aufbringen der Vorspannkraft unter elastischer Längung des hülsenartig ausgebildeten Halteringes 6 angreifen kann. Der Schließring 9 füllt nicht den gesamten Freiraum zwischen Stammabschnitt 8 und Deckelwandung aus, sondern besitzt einen Winkel­ querschnitt, wobei der eine Schenkel mit der Eingriffs­ fläche 9 b an der Innenfläche 8 a des Stammabschnitts 8 anliegt, während der andere Schenkel mit der Anlage­ fläche 9 a und der Eingriffsfläche 2 b anliegt. Die Spannmaschine greift in Richtung des oberen Pfeiles F am Schenkel 9 a an oder dort ist während des Schließ­ vorgangs des Behälters ein Widerlager angeordnet. In der vorgespannten Lage werden Haltering und Schließ­ ring durch eine Schweißung 13 miteinander verbunden. Der hülsenartige Haltering kann im Bereich der Ein­ griffsfläche 7 a wiederum geklebt, gelötet, diffusions­ geschweißt, mit dem Grundkörper verbunden sein oder es kann eine Dichtung, wie eine Graphitdichtung, eingebracht werden. Dichtung und Verbindung können sich bis in einen Teilbereich der Innenfläche 8 a hinein erstrecken. Dasselbe gilt für den Schließ­ ring. Dieser kann über den Schenkel 9 a hinaus weiter verlängert sein, um den Korrosionsweg zu verlängern.

Die beschriebene Behälterkonstruktion kann mit besonderem Vorteil bei Behältern aus Gußeisen mit einem höheren Silicium-Gehalt, wie z. B. Silicium-Guß mit einem Silicium-Gehalt bis ca. 17%, angewendet werden. Vom eigentlichen Silicium-Guß spricht man bei einem Silicium-Gehalt von 14,5-17%, wobei der Kohlenstoff-Gehalt bei 0,4-0,8% liegt. Für die Lagerung in Salzlaugen ist ein Silicium-Guß mit einem Mindestgehalt von ca. 15% Si und einem Kohlen­ stoff-Mindestgehalt von ca. 0,7% besonders geeignet. Bei Lagerung in normalem Grundwasser zugänglichen Bereichen ist ein Silicium-Gehalt von mindestens 3% anzustreben.

Bei den Ausführungsbeispielen sind die Anlageflächen 1a und 2 a als zur Behälterachse senkrechte Flächen ausgebildet. Andere Ausbildungen sind denkbar, z. B. kann der Grundkörper 1 eine leichte konische Fläche aufweisen, in die der Deckel mit einer entsprechend konisch gestalteten Fläche eingreift. Die konischen Flächen können glattflächig ausgebildet sein oder mit einem Gewinde versehen sein. Eine Dichtschicht, eine Lotschicht oder eine Diffusionsschweißhilfsschicht kann sich dann über mindestens einen Teil des Gewinde­ eingriffs erstrecken.

Claims (11)

1. Behälter für die Langzeitlagerung radioaktiver Substan­ zen, insbesondere bestrahlter Kernreaktor-Brennelemente, im wesentlichen bestehend aus einem Grundkörper, mindestens einem Deckel und einer außen liegenden ringartigen Deckelspannein­ richtung, die an Grundkörper und Deckel angreift und die Anla­ gefläche des Deckels gegen die Anlagefläche des Grundkörpers vorgespannt hält, wobei Grundkörper, Deckel und im wesentli­ chen die Deckelspanneinrichtung aus korrosionsfesten Werkstof­ fen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) und der Deckel (2) im Bereich ihrer Anlageflächen (1 a, 2 a) mit gegensinnig abgeschrägten Ein­ griffsflächen (1 b, 2 b) versehen sind und daß ein Haltering (6) mit im wesentlichen L-förmigem Querschnitt mit seinem Fuß (7) an der einen Eingriffsfläche (1 b) anliegt und sich mit seinem Stammabschnitt (8) im wesentlichen parallel zur Behälterachse über die Anlageebene (3) von Grundkörper (1) und Deckel (2 ) mindestens in den Bereich der anderen Eingriffsfläche (2 b) mit Abstand von der Behälterwandung erstreckt und daß mit der im wesentlichen geradzylindrischen Innenfläche (8 a) des Stammab­ schnitts (8) des Halterings (6) und mit der anderen Eingriffs­ fläche (2 b) ein Schließring (9) in Berührung steht, der nach Ineingriffbringen mit dem Haltering (6) mit dem Stammabschnitt (8) verbunden (13, 12, 13; 13) ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsflächen (1 b, 2 b) auf flanschartigen Verstärkungen von Behältergrundkörper (1) bzw. Deckel ausgebildet sind.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Haltering (6) und Schließring (9) massiv ausgebildet und durch Gewindeeingriff miteinander verbunden sind, wobei der Haltering über ein Innengewinde (8 b′) im Bereich seines Stamm­ abschnitts (8) und der Schließring über ein Außengewinde (9 b′) verfügt.

4. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließring (9) massiv ausgebildet und mit dem Fuß (7) des ebenfalls massiv ausgebildeten Halterings (6) über durch die Wandverdickungen von Grundkörper (1) und Deckel (2) grei­ fende Bolzen (11) verbunden ist.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe der Bolzen (11) in Vertiefungen angeordnet und nach außen abgedichtet sind.

6. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließring (9) einen keilförmigen Querschnitt auf­ weist, dessen einer Schenkel (9 b) an der Innenfläche (8 a) des Stammabschnitts (8) anliegt und mit letzterem verbunden ist und dessen anderer Schenkel (9 a) an der Eingriffsfläche (2 b) an­ liegt.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stammabschnitt (8 a′) im Bereich der Anlageebene (3) zwischen den beiden Behälterteilen (1 und 2) an den radial außen liegenden Flächen (1 c, 2 c) der Wandver­ dickungen anliegt und somit Grundbehälter (1) und Deckel (2) zentriert.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Verbindung zwischen mindestens einem der Ringe (6, 9) und dem Grundkörper (1) oder dem Deckel (2) durch Lötung, insbesondere Metallötung, Diffusionsschweißung und/oder Klebung vorgesehen ist.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erhöhung der Flächenpressung zwischen den Ringen (6, 9) und dem zugeordneten Behälterbauteil (1; 2) der Schließring (9) und/oder der Haltering (6) mit mindestens einer Ausnehmung (16; 15) zur Aufnahme von Keilen (17) versehen sind.

10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in axialer Richtung außen liegenden Enden des Fußabschnitts (7) des Halterings (6) bzw. des Schließrings (9) als Federelemente (7 c, 9 e) ausgebildet sind.

11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Deckel und Behältergrundkörper aus Keramik oder Gußeisen bestehen.