Спосіб пасивного тепловідведення навколишньому повітрю із контейнеру при транспортуванні та тривалому хованні відпрацьованих тепловиділяючих складок та контейнер для його здійснення

Номер патенту: 20683

Опубліковано: 02.09.1997

Автор: Сухов Андрій Костянтинович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ пассивного теплоотвода окружаю­щему воздуху из контейнера при транспортировке и длительном хранении отработанных тепловыде­ляющих сборок путем конвективного теплообме­на, отличающийся тем, что отвод тепла осуществляют в два этапа используя двухфазные термосифоны, а в качестве развитых теплопередающих по­верхностей обечайки корпуса контейнера, на первом этапе как теплоноситель используют воду, на втором используют инертный газ, перед сменой теплоносителя в кольцевой зазор между внутрен­ней и наружной обечайками корпуса контейнера заливают бетон.

2. Контейнер для пассивного теплоотвода окружа­ющему воздуху при транспортировке и длитель­ном хранении отработанных тепловыделяющих сборок, содержащий: обечайки корпуса, днище, крышку, полость для размещения отработанных тепловыделяющих сборок, окруженную биологи­ческой защитой, и систему отвода тепла, отличаю­щийся тем, что система отвода тепла представляет собой размещение в кольцевом зазоре, образован­ном внутренней и наружной обечайками корпуса пристеночные двухфазные термосифоны, каждый из которых состоит из расположенного на наруж­ной плоскости внутренней обечайки кольцевого испарителя с, находящимся в нем под вакуумом, теплоносителем и расположенного на внутренней поверхности наружной обечайки кольцевого кон­денсатора, снабженных паропроводом и конденса­тором соответственно, а в наружной обечайке корпуса выполнены входные и выходные конвек­ционные окна.

3. Контейнер по п. 2, отличающийся тем, что крышка снабжена двухфазными термосифонами, испарители которых размещены на внутренней нижней, а конденсаторы на внутренней верхней поверхностях крышки.

4. Контейнер по пп. 2-3, отличающийся тем, что на наружной обечайке корпуса имеются наружные вертикальные, а на крышке - наружные горизон­тальные ребра.

Текст

Изобретение относится к системам теплоотвода в контейнерах для радиоактивных материалов, выделяющих большое количество тепла, в частности, может быть использовано в контейнерах для перевозки и длительного хранения отработанных тепловыделяющих сборок (ОТВС) из реакторных установок. Известны способы отвода тепла от отработанного ядерного топлива путем естественной конвекции, реализованные в системах теплоотвода канистр горизонтального хранения (Техническое предложение N ДМА 92766/SVK/BVK УКРАТОМЭНЕРГОПРОМу от ФРАМАТОМ/АТЕА). Горизонтальное размещение отработанных тепловыделяющих сборок в канистрах затрудняет организацию конвективного теплообмена. В качестве прототипа принят способ, реализуемый системой пассивного отвода тепла от ОТВС в контейнерах для "сухого" хранения, разработанных фирмой "Babcock and Wilcox" США (Бетонные контейнеры для сухого хранения отработанного ядерного топлива при АЭС / Transsaction American Nuclear Society, Англия, 1989), осуществляемый путем конвективного теплообмена. Недостатком названного способа является то, что загрузка ОТВС в контейнер для транспортировки или длительного хранения предшествуе т долгая (не менее 3 - х лет) выдержка свежеотработанных ТВС в приреакторных бассейнах, что создает проблему освобождения рабочих мест в бассейнах выдержки для очередных партий ОТВС при плановых и аварийных выгрузках, а как следствие, проблемы перегрузки и хранения. Кроме того, рассматриваемый способ теплоотвода предусматривает наличие в реализующих его контейнерах сложной системы теплоотвода. За прототип контейнера для осуществления заявляемого способа принят транспортный контейнер для радиоактивных материалов (А.с. СССР №5526026, кл. G21F5/00, 1976), содержащий обечайки корпуса, днище, крышку, полость для размещения отработанных тепловыделяющих сборок, окруженную биологической защитой и систему отвода тепла. Недостатком данного контейнера при сложности его конструкции является невысокий предел отвода тепловой мощности его конструкции. Задачей настоящего изобретения является создание способа пассивного теплоотвода, который позволил бы осуществлять форсированный отвод тепла (соответствующий периоду выдержки свежеотработанных ТВС в приреакторных бассейнах), длительное хранение, а также транспортировку и длительное хранение отработанных ТВС. В основу изобретения также поставлены задачи повышения предела отвода тепловой мощности расхолаживания и создание универсального контейнера, позволяющего осуществлять как транспортировку, так и длительное хранение ОТВС при непосредственной загрузке контейнера из реактора. Сущность изобретения заключается в том, что в способе пассивного отвода тепла окружающему воздуху из контейнера при транспортировке и длительном хранении ОТВС, осуществляемом путем конвективного теплообмена, отвод тепла осуществляется в два этапа, используя двухфазные термосифоны (ДТС), в качестве развитых теплопередающих поверхностей обечайки корпуса контейнера. При этом на "мокром", соответствующем максимальному тепловыделению, этапе теплоносителем, и одновременно биологической защитой, является вода, вытесняемая при переходе к "сухому" этап у теплоотвода инертным газомтеплоносителем, причем перед заменой теплоносителя в кольцевой зазор между внутренней и наружной обечайками корпуса заливают бетон. Контейнер, для пассивного теплоотвода окружающему воздуху, при транспортировке и длительном хранении ОТВС, содержит: обечайки корпуса, днище, крышку, полость для размещения ОТВС, окруженную биологической защитой, и систему отвода тепла. Система отвода тепла представляет собой: размещенные в кольцевом зазоре, образованном внутренней и наружной обечайками корпуса, пристеночные двухфазные термосифоны, каждый из которых состоит из расположенного на наружной плоскости внутренней обечайки кольцевого испарителя с находящимся в нем под вакуумом теплоносителем и расположенного на внутренней поверхности наружной обечайки кольцевого конденсатора, снабженных паропроводом и конденсатопроводом соответственно. В наружной обечайке корпуса выполнены входные и выходные конвекционные окна. При этом крышка контейнера снабжена двухфазными термосифонами, испарители которых размещены на внутренней нижней, а конденсаторы на внутренней верхней поверхности крышки. На наружной обечайке корпуса имеются наружные вертикальные, а на крышке - наружные горизонтальные ребра (для увеличения площади теплоотвода). По предлагаемому способу отвод тепла осуществляется в два этапа, с использованием, посредством ДТС, в качестве развитых теплопередающих поверхностей обечаек корпуса контейнера с заменой теплоносителя при переходе от "мокрого" этапа к "сухому" п утем вытеснения воды инертным газом и предварительным заливом бетона в кольцевой зазор между внутренней и наружной обечайками корпуса, что обеспечивает форсированный отвод тепла на "мокром", соответствующем максимальному тепловыделению, этапе и позволяет исключить необходимость выдержки свежеотработанных ТВС в приреакторных бассейнах. Пристеночные ДТС, позволяющие использовать развитую поверхность наружной и внутренней обечаек корпуса в качестве конденсатора и испарителя одновременно, обеспечивают максимальный отвод тепла окружающей среде на "мокром" этапе. Наличие кольцевого зазора между внутренней и наружной обечайками корпуса позволяет увеличить общую поверхность конвективного теплообмена с воздухом в 2,5 раза, так как воздух о хлаждает на этапе максимального тепловыделения: наружную поверхность внутренней обечайки, внутреннюю и наружную поверхность наружной обечайки, поверхность наружных вертикальных ребер. Естественная конвекция воздуха в кольцевом зазоре организуется с помощью имеемых в наружной обечайке конвекционных окон. Таким образом, заявляемая совокупность конструктивных особенностей контейнера обеспечивает возможность его загрузки непосредственно из реактора с последующей транспортировкой и длительным хранением ОТВС. Способ осуществляется следующим образом. После загрузки ОТВС на этапе максимального тепловыделения осуществляют "мокрый" режим отвода тепла, охлаждая ОТВС теплоносителем-водой, за счет ее естественной циркуляции. При переходе к "сухому" режиму теплоотвода воду удаляют, вытесняя ее инертным газом-теплоносителем. Перед заменой теплоносителя кольцевой зазор между внутренней и наружной обечайками корпуса заполняют бетоном. Как при "мокром", так и при "сухом" режиме отвода тепла воздуху осуществляют доступ, используя с помощью ДТС поверхности внутренней и наружной обечаек контейнера в качестве испарителя и конденсатора. На чертеже (фиг.) изображен контейнер для транспортировки и длительного хранения ОТВС с местным разрезом. Контейнер представляет собой: корпус 1 с наружной обечайкой 2 и внутренней обечайкой 3, разделенными между собой кольцевым зазором 4, на наружной поверхности внутренней обечайки 3 размещены кольцевые испарители 5 пристеночных ДТС с находящимся в них под вакуумом теплоносителем, снабженные паропроводами 6, а на внутренней поверхности наружной обечайки 2 размещены кольцевые конденсаторы 7, снабженные конденсаторопроводами 8, к наружной 2 и внутренней 3 обечайкам корпуса 1 приварено днище 9, на внутренней нижней поверхности крышки 10 размещены испарители 11 ДТС крышки 10, а на внутренней верхней поверхности - конденсаторы 12 ДТС крышки 10, корпус контейнера снабжен наружными вертикальными ребрами 13, а крышка 10 - наружными горизонтальными ребрами 14, в наружной обечайке 2 выполнены входные конвекционные окна 15 и выходные конвекционные окна 16, между крышкой и корпусом помещена прокладка 17. Каналы ОТВС 18 размещены в полости контейнера вертикально. Направление движения теплоносителя внутри ОТВС показано стрелкой 19, направление входа наружного воздуха в кольцевой зазор 4 - стрелкой 20, а направление выхода воздуха из кольцевого зазора 4 - стрелкой 21. Процесс теплоотвода в контейнере осуществляется следующим образом. После загрузки ОТВС корпус 1 контейнера сверху герметизируется крышкой 10. На "мокром" этапе теплоотвода ОТВС охлаждают теплоносителем-водой. За счет естественной циркуляции воды (направление показано стрелкой 19) тепло от наружной поверхности ОТВС передается через внутреннюю обечайку 3 корпуса 1 теплоносителю пристеночных ДТС, находящемуся под вакуумом в испарителях 5. При определенном температурном градиенте теплоноситель ДТС вскипает и пар по паропроводам 6 поступает в конденсаторы 7. За счет конденсации пара внутренняя теплота фазового перехода нагревает наружную обечайку 2. С помощью имеющихся в наружной обечайке 2 входных окон 14 и выходных окон 15 происходит естественная конвекция воздуха (показано стрелками 20, 21) в кольцевом зазоре 4. Для перевода контейнера на "сухой" режим теплоотвода кольцевой зазор 4 заливают бетоном, вода вытесняется инертным газомтеплоносителем. Отвод тепла от теплоносителя-газа продолжают осуществлять ДТС . Предложенный способ отвода тепла, используя последовательно "мокрый" и "сухой" режимы теплоотвода, дает возможность создания универсального контейнера для транспортировки и длительного хранения ОТВС, загружаемого непосредственно из реактора АЭС без использования бассейна выдержки при плановых и аварийных выгрузках ОТВС.

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Sukhov Andrii Kostiantynovych

Автори російською

Сухов Андрей Константинович

МПК / Мітки

МПК: G21F 5/10

Мітки: контейнеру, відпрацьованих, тепловідведення, хованні, пасивного, контейнер, спосіб, здійснення, транспортуванні, тривалому, навколишньому, складок, тепловиділяючих, повітрю

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/3-20683-sposib-pasivnogo-teplovidvedennya-navkolishnomu-povitryu-iz-kontejjneru-pri-transportuvanni-ta-trivalomu-khovanni-vidpracovanikh-teplovidilyayuchikh-skladok-ta-kontejjner-dlya-jjog.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб пасивного тепловідведення навколишньому повітрю із контейнеру при транспортуванні та тривалому хованні відпрацьованих тепловиділяючих складок та контейнер для його здійснення</a>

Подібні патенти