Конвекционно-охлаждаемый контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива

 

Изобретение относится к области ядерной техники. Сущность изобретения: контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива содержит корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек. Между оболочками размещены материал радиационной защиты и арматурные теплопроводящие элементы, контактирующие с наружной и внутренней оболочками. Контейнер содержит чехол для отработавшего топлива и соединенные с атмосферой каналы охлаждения. Чехол размещен в выемном металлическом сосуде, который выполнен с теплоотводящими ребрами, снабжен, по крайней мере, двумя герметичными крышками. Он установлен посредством ребер, контактирующих с внутренней оболочкой, внутри корпуса с образованием зазора для прохода воздуха. При этом часть каналов охлаждения выполнена в боковой стенке корпуса в виде металлических труб, проходящих снизу вверх и жестко соединенных с арматурными теплопроводящими элементами, а другие каналы выполнены в нижней части корпуса и крышке и сообщены с зазором. Преимущество изобретения заключается в увеличении теплосъема. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к радиационно-защитным контейнерам, предназначенным для транспортировки и сухого длительного хранения отработавшего ядерного топлива.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус из бетона, в боковой стенке которого установлены каналы охлаждения в виде вертикальных металлических труб, отделенных от бетона тепловой изоляцией (патент ФРГ №3816195, МПК G 21 F 5/00, опубл. 1989 г.).

Недостатком известного контейнера является отсутствие охлаждения верхней и нижней частей корпуса, что приводит к ограниченному теплосъему и ограниченному сроку службы.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек, между которыми размещены материал радиационной защиты и контактирующие с оболочками арматурные теплопроводящие элементы, чехол для размещения отработавшего топлива и каналы охлаждения, соединенные о атмосферой ( патент РФ №2082233, МПК G 21 F 5/008, опубл. 1997 г.).

Каналы охлаждения выполнены в виде кольцевого зазора между наружной металлической оболочкой корпуса и наружным кожухом с тяговой трубой, который надет на контейнер.

Недостатком известного контейнера является отсутствие непосредственного охлаждения чехла с отработавшим топливом и донной части контейнера, которые изолированы от наружной оболочки корпуса, активно охлаждаемой обтекающим воздухом, другими элементами контейнера. Кроме этого, недостаточное охлаждение вызвано ограниченным отводом тепла от внутренней оболочки арматурными теплопроводящими элементами, выполненными в виде прутков, что объясняется малой площадью контакта (в виде точек) прутков с оболочками.

Задачей настоящего изобретения является создание конвекционно-охлаждаемого ударопрочного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, при эксплуатации которого практически исключается перегрев находящегося в контейнере ядерного топлива.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение теплосъема за счет создания независимых конвекционных воздушных потоков, один из которых протекает в полости корпуса, активно охлаждая его внутренние части, включая чехол с отработавшим топливом, а другой протекает внутри бетонной части корпуса, активно охлаждая бетон, арматурные теплопроводящие элементы и контактирующие с ними оболочки. Кроме этого, теплосъем увеличивается за счет обеспечения непосредственного контакта внутренних нагретых элементов контейнера с более холодными и за счет увеличения теплопроводящей поверхности нагретых элементов контейнера.

Указанный технический результат достигается тем, что в контейнере для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек, между которыми размещены материал радиационной защиты и арматурные теплопроводящие элементы, контактирующие с наружной и внутренней оболочками, чехол для отработавшего топлива и каналы охлаждения, соединенные с атмосферой.

Чехол размещен в выемном металлическом сосуде, который выполнен с теплоотводящими ребрами, снабжен по крайней мере двумя герметичными крышками и установлен посредством ребер, контактирующих с внутренней оболочкой, внутри корпуса о образованием зазора для прохода воздуха, при этом часть каналов охлаждения выполнена в боковой стенке корпуса в виде металлических труб, проходящих снизу вверх и жестко соединенных с арматурными теплопроводящими элементами, а другие каналы выполнены в нижней части корпуса и крышке и сообщены с зазором.

Кроме этого, для увеличения площади контакта с оболочками арматурные теплопроводящие элементы выполнены в виде пластин, а для увеличения прочности сцепления материала биологической защиты с пластинами последние снабжены перфорацией.

Кроме этого, часть труб установлена с возможностью непосредственного контакта о внутренней оболочкой.

Кроме этого, жесткое соединение труб о арматурными элементами выполнено сваркой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен контейнер (вид спереди, продольный разрез); на фиг.2 показано расположение арматурных теплопроводящих элементов в корпусе контейнера (поперечное сечение А-А).

Контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего топлива содержит корпус 1 с защитной крышкой 2, который состоит из наружной и внутренней металлических оболочек 3, 4, пространство между которыми заполнено материалом 5 радиационной защиты, например жаростойким бетоном и/или нейтронопоглощающей композицией. Между оболочками 3, 4 установлены по касательной к внутренней оболочке 4 арматурные теплоотводящие элементы, выполненные в виде металлических пластин 6, снабженных перфорацией. Пластины 6 приварены к внутренней оболочке 4 и плотно контактируют с наружной оболочкой 3. Во внутренней полости корпуса 1 установлен выемной металлический сосуд 7, в котором размещен чехол с отработавшим топливом (на чертеже не показан). Сосуд 7 выполнен с теплоотводящими боковыми и торцевыми ребрами 8, 9, которые одновременно являются дистанционирующими и демпфирующими элементами, и снабжен по крайней мере двумя герметичными крышками 10, 11. Сосуд 7 установлен в корпусе 1 с образованием зазора 12 для прохода воздуха и посредством ребер 8, 9 контактирует с дном и боковой поверхностью внутренней оболочки 4. В нижней части корпуса 1 выполнены подводящие каналы 13 охлаждения, которые входами соединены с атмосферой, а выходами сообщены с зазором 12 в нижней его части, а в крышке 2 выполнены отводящие каналы 14 охлаждения, которые входами сообщены с зазором 12 в верхней его части, а выходами соединены с атмосферой. В случае разгерметизации сосуда 7 каналы охлаждения 13 и 14 могут быть закрыты заглушками (на чертеже не показаны). В боковой стенке корпуса 1 выполнены каналы охлаждения, которые представляют собой металлические трубы 15, проходящие снизу вверх, например вертикально или по спирали, при этом входы и выходы труб 15 сообщены с атмосферой. Трубы 15 установлены рядами по длине металлических пластин 6 и, плотно контактируя с ними, жестко соединены с пластинами 6, например, сварным швом, а внутренний ряд труб 15, кроме этого, плотно контактирует с внутренней оболочкой 4, что не только увеличивает теплоотвод от нагретых элементов контейнера, но и повышает его демпфирующие свойства при возможных ударных нагрузках за счет пластической деформации труб и пластин. Кроме этого, для повышения демпфирующих свойств контейнера крышка 2 и корпус 1 снабжены сминаемыми демпфирующими элементами 16 и 17 соответственно.

Контейнер работает следующим образом.

Отработавшее топливо, находящееся в сосуде 7, постоянно выделяет энергию, в том числе тепловую, тепловая мощность при полной загрузке может достигать нескольких десятков киловатт. В процессе транспортировки и хранения сосуд 7, оболочки 3, 4 корпуса 1 и находящийся между оболочками 3, 4 материал 5 радиационной защиты вместе с арматурными пластинами 6 постоянно охлаждаются атмосферным воздухом за счет организованных независимо друг от друга конвекционных потоков. Теплосъем со стенок сосуда 7 происходит путем его охлаждения проходящим воздушным потоком, который формирует свое начало от входов в подводящие каналы 13 охлаждения, затем проходит через каналы 13, охлаждая нижнюю часть корпуса 1, и через их выходы поступает в нижнюю часть зазора 12, осуществляя охлаждение дна внутренней оболочки 4, нижней торцевой части сосуда 7 и ребер 9. Затем поток воздуха поднимается по зазору 12 вверх, охлаждая боковые стенки сосуда 7 с ребрами 8, боковые стенки внутренней оболочки 4 и поступает в верхнюю часть зазора 12, где охлаждает нижнюю часть крышки 2 корпуса 1 и крышку 11 сосуда 7. Затем поток поступает в отводящие каналы 14 охлаждения через их входы и охлаждает крышку 2. Нагретый воздушный поток выходит в атмосферу через выходы каналов 14. Теплосъем с корпуса 1 происходит путем охлаждения его конструктивных элементов атмосферным воздухом, который поступает в нижнюю часть труб 15, и проходит по ним снизу вверх. Поток воздуха, проходя по трубам 15, интенсивно охлаждает материал 5 радиационной защиты, пластины 6, внутреннюю оболочку 4. Упомянутые металлические элементы контейнера находятся в теплопроводящем контакте с нагретым сосудом 7, поэтому проходящий по трубам 15 поток воздуха в дополнение к охлаждающему потоку воздуха в зазоре 12 опосредованно охлаждает сосуд 7. Система комплексного интенсивного охлаждения контейнера позволяет снизить температуру отработавшего топлива до такого уровня, при котором обеспечивается возможность увеличения длительности его безопасного хранения. Кроме этого, наличие теплоотводящих ребер 8, 9 на внутреннем сосуде 7 позволяет осуществить его дистанционирование относительно стенок внутренней оболочки в режиме нормальной эксплуатации и амортизацию при различных соударениях, а наличие сминаемых демпфирующих элементов на крышке 2 и корпусе 1 позволяет не только увеличить ударную прочность контейнера, но и повысить теплоотвод с его наружной оболочки 3 за счет увеличения площади охлаждаемой поверхности.

Формула изобретения

1. Контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек, между которыми размещены материал радиационной защиты и арматурные теплопроводящие элементы, контактирующие с наружной и внутренней оболочками, чехол для отработавшего топлива и соединенные с атмосферой каналы охлаждения, отличающийся тем, что чехол размещен в выемном металлическом сосуде, который выполнен с теплоотводящими ребрами, снабжен, по крайней мере, двумя герметичными крышками и установлен посредством ребер, контактирующих с внутренней оболочкой, внутри корпуса с образованием зазора для прохода воздуха, при этом часть каналов охлаждения выполнена в боковой стенке корпуса в виде металлических труб, проходящих снизу вверх и жестко соединенных с арматурными теплопроводящими элементами, а другие каналы выполнены в нижней части корпуса и крышке и сообщены с зазором.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что арматурные теплопроводящие элементы выполнены в виде пластин.

3. Контейнер по п.2, отличающийся тем, что пластины снабжены перфорацией.

4. Контейнер по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что часть труб установлена с возможностью непосредственного контакта с внутренней оболочкой.

5. Контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что жесткое соединение труб с арматурными элементами выполнено сваркой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2