DE4032343A1

DE4032343A1 - Transport- und/oder lagerbehaelter fuer abgebrannte brennstoffkassetten

Info

Publication number: DE4032343A1
Application number: DE19904032343
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Ing Milde; Siegfried Dr Ing Standke; Heinz Dipl Ing Hammer; Hans-Juergen Dipl Ing Canzler; Joachim Dipl Ing Conrad
Original assignee: APPARATE und ANLAGENBAU GERMAN
Current assignee: APPARATE und ANLAGENBAU GERMAN
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-04-16

Description

1. Titel der Erfindung

Transport- und/oder Lagerbehälter für abgebrannte Brenn stoffkassetten

2. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Transport und/ oder zur Lagerung abgebrannter Brennstoffkassetten aus Kern reaktoren.

3. Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Mit dem Übergang zu höherem Abbrand im Reaktor erhöhen sich neben der γ-Strahlung vor allem die n-Strahlung und die Wärmeleistung des abgebrannten Brennstoffs. Zum Schutz des Personals und der Bevölkerung werden Transport und Lagerung des abgebrannten Brennstoffs in speziellen Behältern durch geführt, die hohen Sicherheitsforderungen genügen müssen. Zur Gewährleistung der Sicherheitsanforderungen weisen die se Behälter spezielle konstruktive Elemente für die -Ab schirmung, n-Abschirmung, Wärmeübertragung und für die Sta bilität und Integrität unter Unfallbedingungen auf. Die n- Abschirmung, die vorzugsweise außen um die -Abschirmung von Behältern angeordnet wird, behindert den Wärmefluß nach außen. Als Lösung dieses Problems werden vielfach Berip pungen vorgesehen, die als Wärmebrücken die n-Abschirmung durchdringen. Das n-Abschirmmaterial wird zumeist durch ei nen zusätzlichen äußeren Mantel geschützt. Dieser Mantel ist für kleinere Wärmeleistungen glatt und für größere Wärme leistungen gewellt oder berippt ausgeführt.

Dabei verschlechtert sich die Dekontaminierbarkeit in der angegebenen Reihenfolge. Berippung und n-Abschirmung dienen außerdem gleichzeitig als Dämpfungselemente (Stoßschutz) für anzunehmende Unfallbedingungen.

Wichtigste Bewertungskriterien für die Außenwandgestaltung von Behältern für abgebrannte Brennstoffkassetten sind:

- Abschirmwirkung der n-Abschirmung
- Wärmeübertragung an die Umgebung
- Dekontaminierbarkeit
- Stoßschutz
- Kosten für die Herstellung.

Als Stand der Technik sind Ausführungen bekannt, die ver schiedene Nachteile aufweisen.

Die prinzipiellen Nachteile der bekannten Behälterausfüh rungen mit berippter Außenoberfläche gemäß Fig. 1 der OS 23 04 665, OS 28 31 646 bzw. Fig. 5 der OS 20 65 863 bestehen darin, daß an den die n-Abschirmung durchdringen den Rippen n-Strahlenpässe auftreten und daß diese Außen oberflächen stark zur Kontamination neigen bzw. schlecht dekontaminierbar sind. Dazu kommen bei den Ausführungen nach OS 23 04 665 und OS 20 65 863 Nachteile, die aus der ungeschützten Oberfläche der n-Abschirmung resultieren: Für ungeschützte n-Abschirmungen eignen sich nur wenige Werkstoffe. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der n-Abschirmwerkstoffe und der übrigen Metall-Wandelemente bilden sich mit der Zeit Spalte, die eine weitere Verschlech terung der Dekontaminierbarkeit verursachen.

Bei den bekannten Behälterausführungen mit gewellter Außen oberfläche (vgl. OS 22 28 026) ist trotz vergrößerter Oberfläche eine bessere Dekontaminierbarkeit gegeben. Die vergrößerte Oberfläche verbessert die Wärmeabgabe an die Umgebung. Entsprechend große Wärmeübertragungsleistungen durch die n-Abschirmung sind allerdings nur bei Verwendung flüssiger n-Abschirmwerkstoffe möglich, da durchgehende Wärmebrücken von der Innenwand zur Außenoberfläche nicht vorgesehen und bei dieser Bauausführung auch nicht möglich sind. Die vorgesehene Doppelmantel-Umhüllung der n-Abschir mung verschlechtert den Wärmeübergang zusätzlich durch die notwendigen Stoffübergänge, auch bei Verwendung flüssiger n-Abschirmwerkstoffe. Zu dieser vergleichsweise schlechten Wärmeübertragung durch die Behälterwand kommen die Nachtei le, die aus der Verwendung flüssiger n-Abschirmwerkstoffe resultieren. Im Havariefall ist mit dem Verlust der n- Abschirmung zu rechnen. Die verhältnismäßig große Wärme ausdehnung von Flüssigkeiten erfordert es, entsprechend große gasgefüllte Freiräume vorzusehen. Der Füllstand ist ständig zu überwachen und zu korrigieren. Die flüssigkeits freien Ausdehnungsräume sind Fehlstellen der n-Abschirmung, die außerdem abhängig von der Behälterstellung ihre Lage am Umfang ändern. Bei Verwendung von Wasser als n-Abschirm material sind Vorkehrungen gegen Korrosion zu treffen, was zusätzliche Kosten verursacht.

Ein weiterer Nachteil der Behälterausführungen mit gewellter Außenoberfläche sind die vergleichsweise hohen Kosten dieses Außenmantels.

4. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Transport- und/oder Lager behälter für abgebrannte Brennstoffkassetten zu schaffen, der zur Aufnahme von Brennstoffkassetten mit hoher Nachzer falls-Wärmeleistung und Neutronenstrahlung geeignet und kostengünstig herstellbar ist.

5. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transport- und/oder Lagerbehälter für abgebrannte Brennstoffkassetten zu entwickeln, der durch eine zweckentsprechende äußere Wandgestaltung die Übertragung einer hohen Wärmeleistung von innen nach außen auch bei Verwendung schlecht wärme leitender n-Abschirmwerkstoffe gewährleistet und dabei hohe Schutzwirkungen gegen äußere Schadenseinflüsse besitzt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf die Stirnseiten der auf der Außenseite der inneren Behälter wand aufgeschweißten Rippen Winkelprofile mit ihren Schen kelenden mit vollem Querschnitt derart aufgeschweißt sind, daß jeweils zwei nebeneinander angeordnete Rippen mit einem Winkelprofil verbunden sind und einen Hohlraum bilden. Da bei zeigen die Winkelecken nach außen. Zusätzlich sind Zwischenwinkel so zwischen die Winkelprofile auf deren Schenkel aufgeschweißt, daß der dadurch gebildete Hohlraum die auf der Außenseite der inneren Behälterwand auf ge schweißten Rippen überdeckt. Die entstandenen Hohlräume sind mit n-Abschirmmaterial aus wasserstoffhaltigen Mate rialien mit Borzusätzen gefüllt. Die profilierte Ober fläche ist um den Faktor -größer als eine glatte Ober fläche und ist dadurch für die Übertragung entsprechend größerer Wärmeleistungen an die Umgebung besonders vor teilhaft geeignet. Die direkte metallische Verbindung von innerer Container wand und Außenflächen gewährleistet einen guten Wärmefluß nach außen. Das innerhalb der Zwischenwinkel angeordnete n-Abschirm material überdeckt die auf die Behälterwand aufgeschweißten Rippen und schließt dadurch n-Strahlenpässe aus.

Winkelprofile und Zwischenwinkel stehen in gewalzter und abgekanteter Ausführung verschiedenster Abmessungen und Werkstoffe handelsüblich zur Verfügung. Damit kann die Be hälterwandausführung den jeweils vorliegenden unterschied lichen Auslegungsanforderungen gut angepaßt werden, wobei die Fertigungskosten vergleichsweise niedrig sind.

Die durch die Winkelprofile und Zwischenwinkel gebildete Außenoberfläche ist überall gut zugänglich und weist keine horizontalen Flächen auf, auf denen Flüssigkeiten stehen bleiben und sich Verschmutzungen absetzen können. Sie ist deshalb insgesamt gut dekontaminierbar.

In Abhängigkeit von der vorzugsweisen Lagerung des Behälter topfes (stehend oder liegend) können Rippen, Winkelprofile und Zwischenwinkel axial oder in Umfangsrichtung angeordnet werden. Gegenüber bekannten berippten Außenoberflächen er geben sich noch besondere Vorteile hinsichtlich der äußeren Wärmeabgabe. Die Außenoberflächen beeinflussen sich durch die Wärmestrahlung nicht gegenseitig und falls die Wandaus führung in Bezug auf die Anordnung der Rippen, Winkelprofile und Zwischenwinkel nicht der zugeordneten Lage des Containers (stehend oder liegend) entspricht, ist die dadurch verursachte Verringerung der konvektiven Wärmeübertragung an die Umgebung wesentlich kleiner. Ein weiterer Vorteil ist damit verbunden, daß die Schenkel der Winkelprofile und Zwischenwinkel ein membranartiges Verhalten zeigen, wenn sich durch Wirkung von Wärme der n-Abschirmwerkstoff ausdehnt.

Unter Unfallbedingungen besitzt die Außenwand ein großes Arbeitsaufnahmevermögen, das heißt, die Fallenergie des Be hälters wird beim Aufschlag durch die Verformungen der Win kelprofile, Zwischenwinkel und Rippen und des durch sie ein geschlossenen n-Abschirmmaterials aufgenommen.

Für das Verhalten des Behälters unter extremen Havariebe dingungen wirkt sich vorteilhaft aus, daß das n-Abschirm material in vielen getrennten Kammern angeordnet ist.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Schenkellänge des Zwischenschenkels halb so groß ist wie die des Winkelprofils.

Die Materialdicke der Rippen, Winkelprofile und Zwischen winkel weisen ein Verhältnis auf von s₁ : s₂ : s₃=4 : 2 : 1, wobei die Schweißnahtdicken jeweils der Materialdicke des angeschweißten Teiles entsprechen.

Damit wird ein gleichmäßiger Wärmefluß gewährleistet.

6. Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 Längsschnitt durch einen Transport- und/oder Lager behälter für abgebrannte Brennstoffkassetten,

Fig. 2 Schnitt durch die Behälteraußenwand (Detaildarstel lung).

Beispielhaft ist die Außenwandgestaltung eines vorwiegend stehend genutzten Behältertopfes 2 dargestellt. Rippen 4, Winkelprofile 5 und Zwischenwinkel 6 sind deshalb axial angeordnet.

Auf die Behälterwand 3 sind in gleichmäßigem Abstand Rippen 4 mit Doppelkehlnähten angeschweißt, deren Nahtdicke

ist.

Auf die Stirnseiten jeweils zweier Rippen 4 ist je ein Winkelprofil 5 mit der Nahtdicke a₂=s₂ aufgeschweißt. Zwischen den Winkelprofilen 5 ist je ein Zwischenwinkel 6 auf deren Schenkeln aufgeschweißt (a₃=s₃). Im Vergleich zum Winkelprofil 5 ist der Zwischenwinkel 6 in Materialdicke und Schenkellänge etwa halb so groß.

Die durch die Winkelprofile 5 und die Zwischenwinkel 6 sowie durch die Winkelprofile 5, Rippen 4 und Behälterwand 3 ge bildeten Hohlräume 7 und 8 sind mit n-Abschirmmaterial ge füllt. Die durch die Schweißnähte hergestellte direkte me tallische Verbindung zwischen Behälterwand 3 und Außenober fläche des Behältertopfes 2 gewährleistet eine gute Wärme übertragung durch die n-Abschirmung, wobei die Anordnung von n-Abschirmmaterial im Hohlraum 7 n-Strahlenpässe im Bereich der Rippen 4 ausschließt. Die durch die Anordnung der Winkelprofile 5 und Zwischenwinkel 6 vergrößerte Ober fläche sichert einen guten Wärmeübergang an die Umgebung. Die durchgehend gerade Schweißnahtausführung und die Ver wendung von Normprofilen ermöglicht eine rationelle Ferti gung.

Bezugszeichen

1 Deckel
2 Behältertopf
3 Behälterwand
4 Rippe
5 Winkelprofil
6 Zwischenwinkel
7, 8 Hohlraum
a Nahtdicke
s Materialdicke

Claims

1. Transport- und/oder Lagerbehälter für abgebrannte Brenn stoffkassetten, dessen Behälterwand im wesentlichen aus einem inneren Teil zur γ-Abschirmung und einer äußeren n-Abschirmung besteht und mit Rippen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stirnseiten der auf der Außen seite der inneren Behälterwand (3) aufgeschweißten Rippen (4) Winkelprofile (5) an ihren Schenkelenden mit vollem Querschnitt derart aufgeschweißt sind, daß jeweils zwei nebeneinander angeordnete Rippen (4) mit einem Winkelpro fil (5) verbunden sind und einen Hohlraum (8) bilden, wobei die Winkelecken nach außen zeigen und zusätzlich Zwischen winkel (6) so zwischen die Winkelprofile (5) auf deren Schen kel aufgeschweißt sind, daß der dadurch gebildete Hohlraum (7) die auf der Außenseite der inneren Behälterwand (3) auf geschweißten Rippen (4) überdeckt und die entstandenen Hohl räume (7, 8) mit n-Abschirmmaterial aus wasserstoffhaltigen Materialien mit Borzusätzen gefüllt sind.

2. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkellänge des Zwischenwinkels (6) halb so groß ist wie die des Winkelprofils (5).

3. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke der Rippen (4), der Winkelprofile (5) und der Zwischenwinkel (6) ein Ver hältnis von s₁ : s₂ : s₃=4 : 2 : 1 aufweisen, wobei die Schweißnahtdicken jeweils der Materialdicke des angeschweißten Teiles entsprechen.