DE2225764A1

DE2225764A1 - Zwischenlagerbehälter für eine Kernbrennstoffkassette

Info

Publication number: DE2225764A1
Application number: DE19722225764
Authority: DE
Inventors: Jean Versailles; Merland Daniel Manosque; Geffroy (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1972-12-14
Also published as: IT959304B; BE784056A; FR2147777B1; GB1332888A; FR2147777A1; CH557575A

Description

ΡΔΤΕ NTmNWALI

DR. HANS ULRICH MAY 999R7RA D 8 MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 a L· L L. Q / D H

TELEaRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN TELEFON CO81O Ö9 36B2

CP 431/1086 München, den 26. Mai 1972

Dr.M/rt

B 3903.3 PG

Commissariat ä 1·Energie Atomique in Paris, Frankreich

Zwischenlagerbehälter für eine Kernbrennstoffkassette.

Die Erfindung betrifft einen Zwischenlagerbehälter ("HandhabungstopP) für eine Kernbrennstoffkassette, die insbesondere in einem durch ein flüssiges Metal}., wie flüssiges Natrium, gekühlten Kernreaktor verwendbar ist.

Das System zum Entladen bestrahlter Kernbrennstoffkassetten eines solchen Kernreaktors erfordert eine Übergangszeit in einer Gasatmosphäre zwischen der Entnahme aus dem flüssigen Metall des Primärbehälters und dem Eintauchen in das flüssige Metall der sekundären Lagerung. Während dieser Zeitdauer muß eine übermäßige Erhitzung^v der Kassette vermieden werden, welche die Kerhbrennstoffhüllen schädigen könnte. Die Restleistung der Kassette muß daher abgeführt werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Kassette in einen Zwischenlagerbehälter au,setzen, der mit flüssigem Metall gefüllt und auf dem Entladewagen installiert ist. Die Wärme der Brennstoffkassetten wird so durch Wärmeleitung durch das flüssige Metall bis zu den ΨΑχι*

den des Zwischenlagerbehälters und von dort durch Wärmestrahlung, Leitung und natürliche Konvektion an die Umgebung des Behälters abgegeben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zwischenlagerbehäter dieser Art zu schaffen_r der den praktischen Anforderungen der Kerntechnik besser als die bisher bekannten Behälter entspricht, und zwar besonders durch eine wesentliche Erhöhung der abgeführten Leistung infolge einer Verbesserung des Kreislaufs des flüssigen Metalls im Behälter und einer Erhöhung der Möglichkeit der Wärmeabstrahlung von der Außenfläche des Behälters.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Zwischenlagerbehälter für eine Kernbrennstoffkassette mit einer Einrichtung für einen Kreislauf eines Kühlmittels der Kassette, der dadurch gekenn·*· zeichnet ist, daß die Einrichtung einen zylindrischen Auöenmantel und eine doppelwandige innere Hülse, zwischen deren beiden Metallwänden eine Wärmeisolation eingeschlossen ist und deren Innenwand aus Metall mit dem notwendigen Spiel das Querschnittsprofii der Kernbrennstoffkassette umgibt, aufweist und der Auöenmantel und die innere Hülse mittels durchbrochener Bauteile mechanisch verbunden sind.

Der zylindrische Außenmantel kann aus rostfreiem Stahl bestehen, der eine Oberflächanbehancliting erhalten hat, wodurch er die Wärme durch Strahlung abführen kann, oder der mit durch Bearbeitung erhaltenen feinen Außenrippen (Wellungen) versehen ist.

Als Wärtoeisolationsmittel können Mineralwolle oder durch einen gasgefüllten Zwischenraum getrennte Metallelemente dienen. Das Kühlmittel ist ein flüssiges Metall, insbesondere Natrium.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen axialen Schnitt eines

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Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zwischenlagerbehälters.

Wie die Figur zeigt, besteht der Zwischenlagerbehälter (Handhabungstopf) aus einem zylindrischen Außenmantel 3 aus rostfreiem Stahl. Die Außenfläche dieses Mantels ist entweder durch eine Oberflächenbehandlung oder durch Ausarbeitung feiner Rippen oder Wellen an der Oberfläche so bearbeitet, daß sie möglichst gut Wärme in die umgebende Argonatmosphäre abstrahlt. Eine innere Hülse 5 besteht aus einem Wärmeisolationsmittel 7» beispielsweise Mineralwolle oder durch einen gasgefüllten Zwischenraum getrennte Metallelemente, das zwischen zwei Metallwände 9 und 11 eingeschlossen ist. Die Innenwand 11 der Hülse ist mit dem erforderlichen mechanischen Spiel

dem Querschnittsprofil der Kernbrennstoffkassette 13, 15, 17 angepaßt. Der Außenmantel 3 und die Hülse 5 sind durch durchbrochene Bauteile 19 mechanisch miteinander verbunden.

Die vollständige Kernbrennstoffkassette wird in die innere Hülse 5 eingesetzt. Eine Abdichtung zwischen dem Innenraum der Hülse 5 und dem zwischen ihr und dem Außenmantel 3 liegenden Ringraum 21 erfolgt durch Berührung von Metall auf Metall am Sitz 23.

Die Kernbrennstoff kassette weist vier Teile auf'. Der keinen Kern-, brennstoff enthaltende Fuß 25 ist mit Bohrungen 27 für den Eintritt von Natrium in die Kassette versehen. Die untere und obere Zone 13 und 17 enthalten Brutelemente, die wenig Wärme abgeben, die Mittelzone 15 enthält die spaltbaren Elemente, wo die hauptsächliche Wärmeentwicklung auftritt.

Der Zwischenlagerbehälter ist mit Natrium gefüllt, und es stellt sich durch Thermosiphonwirkung eine Strömung ein, wenn das Gewicht der im Ringraum 21 enthaltenen Säule größer als das der in der Kernbrennstoff kassette enthaltenen Säule von flüssigem Natrium ist. Je nach der Lage der wärmeabgebenden Zone 15 muß ein Raum 29 von aus-

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reichender Länge vorgesehen sex*?, vm diese Bedingung zu erfüllen. Die bei einer gleichen flaximaltemperatur des Brennstoffs abgeführte Leistung steigt mit der Höhe dieses Raumes 29» der als Kamin wirkt. - Pas Natrium strömt dann im Mittelteil von unten nach oben und im Ringraum 21 von oben nach unten, gemäß den Pfeilen, da die beiden Säulen durch die isolierende Hülse 5 thermisch voneinander unabhängig sind.

Beim Einsetzen.wird der Zwischenlagerbehälter mit nur gering erhitztem Natrium von 25O°C gefüllt und bespült. Wenn die Kernbrennstoffkassette (Kernbrennstoffelementanordnung) eingesetzt ist, steigt die Temperatur örtlich im Bereich 15. Das Gewicht der Innensäule wird also allmählich kleiner als das der Ringsäule, und der Thermosiphon beginnt zu arbeiten.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht die Verbesserung der Strömung des Natriums, wodurch die Wand des Zwischenlagerbehälters Über ihre Höhe auf eine gleichmäßigere Temperatur so nahe wie möglich beim Höchstwert gebracht wird. Außerdem ermöglicht die Oberflächenbehandlung oder Bearbeitung des Außenmantels eine Erhöhung der Wärmeabstrahlungsfähigkeit der Außenfläche des Lagerbehälters. Da die Leistungsabgabe praktisch ausschließlich durch Strahlung erfolgt, hängt die abgegebene Leistung direkt von der Abstrahlungsfähigkeit ab und steigt von 15 kW bei den bisher bekannten Zwischenlagerbehältern auf 50 kW für den erfindungsgemäßen Zwischenlagerbehälter.

Außerdem gestattet der erfindungsgemäße Zwtschenlagerbehälter bei einem mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor ein Entladen bestrahlter Kernbrennstoffkassetten bereits 48 Stunden nach dem Abschalten des Reaktors. Es ergeben sich dadurch erhebliche Kostenersparnisse bereits beim Primärbehältex durch Wegfall der Innenlägerung, sowie ferner dadurch, daß '3er Brennstoff nicht mehr unbeweglich festliegt und die Lade- und Sntladezeiten des Reaktors verkürzt werden.

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Die Erfindung umfaßt außerdem besonders beschriebenen Ausführungsbeispiel auch alle Abwandlungen, besonders die Möglichkeit, die Aufstrom- und Abstromsäulen vollständig zu tvexm.en_t den mit Thermosiphonvirkung arbeitenden Zvischenlagerbehälter schräg zu stellen und ihn für den Transport von bestrahlten Kernbrennstoffelementen mit starken Restleistungen zu verwenden.

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Claims

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Patentansprüche

My Zwischenlagerbehälter für eine Kernbrennstoff kassette mit einer Einrichtung für einen Kreislauf des Kühlmittels der Kassette» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen zylindrischen Außenmantel (3) und eine durch durchbrochene Bauteile (19) mechanisch damit verbundene doppelwandige innere Hülse» die aus einem zwischen zwei Metallwände (9i 11) eingeschlossenenWärmeisolationsraittel (7) besteht und deren Innenwand (11) das Profil des Querschnitts der Kernbrennstoffkassette mit dem notwendigen Spiel angepaßt umgibt» Aufweist.

a» Zwischenlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Außenmantel (3) aus rostfreiem Stahl besteht»

3. Zwischenlagerbehälter nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des zylindrischen Außenmantels (3) ftur besseren Värmeabstrahlung behandelt ist»

4. Zwischenlagerbehälter nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Außenmantel (3) mit durch Bearbeitung erhaltt« mn feinen Außenrippen oder «wellen versehen ist»

5. Zwischenlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» daß das tfärneisolationsmittel eine Mineralwolle ist*

6* Zwischenlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeisolationsmittel aus durch eine Gaszwischenschicht getrennten Metalleleaenten besteht.

7* Zwischenl*g«rb«hMiter nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ein flüssiges Metall, insbesondere Natrium ist.

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