Модуль сухого сховища відпрацьованого ядерного палива

Реферат: UA 85484 U UA 85484 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить енергетики і може бути використана при розробці сухих сховищ для зберігання відпрацьованого ядерного палива. Відомий модуль сухого сховища відпрацьованого ядерного палива (див. роботу В.И. Калинкин. Технологический процесс перевода ОЯТ РБМК-1000 с "мокрого" на "сухое" хранение//В.И. Калинкин, В.Г. Крицкий, Н.В. Размашкин, А.И. Токаренко, В.В. Спичев, Н.П. Шафрова, К.М. Эркено. - СПб: ОАО "Головной институт "ВНИПИЭТ", 2010, стр. 8), що містить гнізда у вигляді стальних труб з герметичними пеналами з відпрацьованим ядерним паливом в окремих камерах в оболонці біологічного захисту. В негерметичній оболонці біологічного захисту виконані отвори, крізь які атмосферне повітря потрапляє в камери модуля та, рухаючись навколо пеналів з відпрацьованим ядерним паливом по контурах природної циркуляції повітря, виходить з модуля в довкілля. До головного недоліку цього модуля сухого сховища відпрацьованого ядерного палива належить недостатньо висока екологічна безпека зберігання внаслідок прямого контакту атмосферного повітря з герметичними пеналами, в яких в герметичних ампулах знаходяться пучки тепловиділяючих елементів з відпрацьованим ядерним паливом. Під час зберігання протягом тривалого проектного терміну (не менше 50 років) існує досить значна вірогідність розгерметизації бар'єрів безпеки та виходу продуктів розпаду в довкілля за рахунок природної циркуляції атмосферного повітря, яке заходить в модуль, проходить по контурах природної циркуляції навколо пеналів з відпрацьованим ядерним паливом та виходить з модуля в довкілля. За найбільш близький аналог вибрано сховище для зберігання відпрацьованого ядерного палива (див. патент України на корисну модель № 758, опубл. 2001 p.), що містить принаймні три відокремлені одна від одної перегородками камери в оболонці біологічного захисту: герметичну камеру зберігання з герметичними пеналами з відпрацьованим ядерним паливом і каналом природної циркуляції повітря між коробкою контуру природної циркуляції повітря та стінкою оболонки біологічного захисту, камеру теплообміну з довкіллям з вхідним та вихідним отворами та завантажувальну камеру, теплопередавальні елементи випаровувальноконденсаційного типу, ділянки теплопідведення яких встановлено у верхній частині камери зберігання над коробкою контуру природної циркуляції повітря та каналом природної циркуляції повітря, ділянки конденсації - в камері теплообміну з довкіллям, причому перегородка між камерами зберігання та теплообміну з довкіллям крізь ущільнення пронизана цими теплопередавальними елементами. Це сховище з повністю пасивним принципом функціонування сухого типу є більш ефективним у порівнянні з аналогом за рахунок високої ефективності передачі залишкової теплоти відпрацьованого ядерного палива з камери зберігання в камеру теплообміну з атмосферним повітрям теплопередавальними елементами випаровувально-конденсаційного типу. Екологічна безпека сховища забезпечується за рахунок ізоляції камери зберігання від зовнішнього середовища, що дає змогу отримати додатковий бар'єр безпеки у вигляді герметичного об'єму цієї камери при забезпеченні теплопередачі з неї назовні герметичними теплопередавальними елементами. Оболонка біологічного захисту не є замкнутою, що дозволяє періодично збільшувати об'єми відпрацьованого ядерного палива. В той же час циркуляційний контур повітря всередині камери зберігання не є достатньо ефективним, тому що найкращі умови охолодження будуть мати перші по ходу потоків повітря ряди пеналів з відпрацьованим ядерним паливом внаслідок найнижчої температури повітря в місцях їх знаходження. При просуванні вглиб сховища буде знижуватись швидкість руху повітря та підвищуватись його температура, що спричинить наявність різниці в ефективності охолодження палива. Умови охолодження відпрацьованого палива будуть погіршуватись по мірі збільшення його об'ємів. Існує також проблема збільшення ємності сховища без зупинки його функціонування, що не може бути вирішена при реалізації даної будови сховища. В основу корисної моделі поставлена задача створення модуля сухого сховища відпрацьованого ядерного палива, в якому нова будова оболонки біологічного захисту та нове облаштування контуру природної циркуляції повітря дозволили б отримати можливість послідовного введення в дію окремих модулів сухого сховища і збільшувати потужність сховища шляхом збільшення кількості автономно функціонуючих модулів зберігання без зупинки роботи сховища, підвищити ефективність модуля при збереженні повної пасивності роботи та виключення потрапляння продуктів розпаду в довкілля. Поставлена задача вирішується тим, що в сховищі для зберігання відпрацьованого ядерного палива, що містить принаймні три відокремлені одна від одної перегородками камери в оболонці біологічного захисту: герметичну камеру зберігання з герметичними пеналами з відпрацьованим ядерним паливом і каналом природної циркуляції повітря між коробкою контуру природної циркуляції повітря та стінкою оболонки біологічного захисту, камеру теплообміну з довкіллям з вхідним та вихідним отворами та завантажувальну камеру, теплопередавальні 1 UA 85484 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 елементи випаровувально-конденсаційного типу, ділянки теплопідведення яких встановлено у верхній частині камери зберігання над коробкою контуру природної циркуляції повітря та каналом природної циркуляції повітря, ділянки конденсації - в камері теплообміну з довкіллям, причому перегородка між камерами зберігання та теплообміну з довкіллям крізь ущільнення пронизана цими теплопередавальними елементами, згідно з корисною моделлю, оболонка біологічного захисту виконана замкнутою, герметична камера зберігання оснащена напрямною решіткою для пеналів з відпрацьованим ядерним паливом, розподільником потоків повітря під напрямною решіткою та ходами природної циркуляції повітря, які з'єднують розподільник потоків повітря з каналом природної циркуляції повітря, причому ділянки теплопідведення та конденсації теплопередавальних елементів випаровувально-конденсаційного типу можуть бути оснащені ребрами. Виконання оболонки біологічного захисту замкнутою, оснащення герметичної камери зберігання напрямною решіткою для пеналів з відпрацьованим ядерним паливом, розподільником потоків повітря під напрямною решіткою та ходами природної циркуляції повітря, які з'єднують розподільник потоків повітря з каналом природної циркуляції повітря, причому ділянки теплопідведення та конденсації теплопередавальних елементів випаровувально-конденсаційного типу можуть бути оснащені ребрами, дозволяє забезпечити автономність роботи модуля зберігання відпрацьованого ядерного палива шляхом закладання в нього певних розрахованих наперед об'ємів палива і кількості теплопередавальних елементів та встановлення в нього відповідно облаштованого контуру природної циркуляції в герметичній камері зберігання. Напрямна решітка, розподільник потоків повітря під нею та комплекс: канал природної циркуляції повітря - ходи природної циркуляції повітря дозволяють підвищити ефективність модуля за рахунок створення практично однакових умов охолодження для кожного з пеналів з відпрацьованим ядерним паливом і, тим самим, забезпечити умови для довгострокового надійного зберігання відпрацьованого палива. Потужність сухого сховища може збільшуватись поступово у міру накопичення відпрацьованого палива шляхом введення в дію нових модулів без зупинки роботи вже діючих та встановлення їх поряд один з одним (або на певній відстані) на площадці зберігання за допомогою елементів закріплення. При цьому зберігається повна пасивність дії модуля за рахунок використання у його складі контуру природної циркуляції повітря в герметичній камері, контуру природної циркуляції атмосферного повітря в камері теплообміну з довкіллям та теплопередавальних елементів випаровувальноконденсаційного типу, що одночасно знаходяться в обох цих камерах, але герметичні відносно їх внутрішніх об'ємів, та працюють на основі законів природи без підведення до них живлення та без зовнішнього управління. Багатобар'єрна система безпеки дозволяє забезпечити тривале утримання радіоактивних продуктів розпаду всередині модуля. Технічна суть та принцип дії запропонованого модуля сухого сховища відпрацьованого ядерного палива пояснюється кресленням. На кресленні зображено модуль сухого сховища відпрацьованого ядерного палива у розрізі, яке включає оболонку біологічного захисту 1 з трьома камерами в ній: камерою зберігання відпрацьованого ядерного палива 2, камерою теплообміну з довкіллям (атмосферним повітрям) 3, камерою завантажувальних операцій 4. В камері 2 розміщені пенали 5 з відпрацьованим ядерним паливом, напрямна решітка 6 для розміщення пеналів, система ходів природної циркуляції повітря 7, розподільник потоків повітря 8 під напрямною решіткою 6 та коробка 9 контуру природної циркуляції повітря. У верхній частині цієї камери 2 встановлені ділянки теплопідведення 10 теплопередавальних елементів 11 випаровувально-конденсаційного типу над коробкою 9 та каналом 12 між коробкою 9 та стінкою оболонки біологічного захисту 1, які крізь ущільнення 13 в перегородці 14 виведені в камеру 3. В цій камері 3 встановлені ділянки конденсації 15 теплопередавальних елементів 11. Камера 3 сполучена з довкіллям каналами 16 та 17 для входу в камеру 3 та виходу з неї атмосферного повітря відповідно. В камері 4 встановлено завантажувальний пристрій 18 та люки 19 і 20 для завантаження/вивантаження пеналів 5 з відпрацьованим ядерним паливом. Модуль оснащено виступами 21 для його закріплення на майданчику зберігання сухого сховища. Модуль сухого сховища відпрацьованого ядерного палива працює наступним чином. Модуль встановлюють на бетонній плиті майданчика зберігання сухого сховища відпрацьованого ядерного палива та закріплюють його за допомогою виступів 19, що входять у відповідні отвори бетонної плити майданчика зберігання. Теплопередавальні елементи випаровувально-конденсаційного типу встановлюють так, що їх ділянки теплопідведення знаходяться у верхній частині камери 2 над коробкою 9 контуру природної циркуляції повітря та каналом 12 між коробкою 9 та стінкою оболонки біологічного захисту 1, а конденсаційні їх ділянки - у камері теплообміну з довкіллям 3. За допомогою ущільнення 13 герметизують місце 2 UA 85484 U 5 10 15 20 перетину теплопередавальними елементами перегородки 14. Канал 17 для виходу нагрітого повітря може приєднуватися до спільної для сховища витяжної башти для посилення тяги атмосферного повітря. Через люки 19 та 20 з використанням завантажувального пристрою 18 встановлюють у камері 2 модуля пенали 5 з відпрацьованим ядерним паливом у напрямній решітці 6 над розподільником повітря 8. Герметизують люки 19 та 20. Залишкове тепловиділення відпрацьованого ядерного палива нагріває стінки пеналів 5 та повітря навколо пеналів, яке за рахунок підйомної сили піднімається у верхню частину камери 2, надходить до ділянок теплопідведення 10 теплопередавальних елементів 11. Теплоносій теплопередавальних елементів нагрівається та випаровується або кипить і переносить підведений тепловий потік всередині корпусів теплопередавальних елементів в камеру теплообміну з довкіллям 3. Нагріте від зовнішньої поверхні ділянок конденсації 15 теплопередавальних елементів 11 атмосферне повітря за рахунок підйомної сили піднімається вгору та виходить каналом 17 з модуля в довкілля. На його місце надходить холодне атмосферне повітря каналом 16. Тяга в системі: канал 16 - камера 3 - канал 17 може бути посилена за рахунок під'єднання виходу каналу 17 до спільної для всього сховища витяжної башти. Пара теплоносія теплопередавальних елементів охолоджується в камері 3 та конденсується, теплоносій у вигляді рідини повертається до ділянок теплопідведення в камеру 2. Охолоджене шляхом теплообміну з ділянками теплопідведення 10 повітря камери 2 опускається каналом 12, системою ходів природної циркуляції повітря 7 надходить до розподільника потоків повітря 8 та рівномірно розподіляється ним по рядах пеналів 5 з відпрацьованим ядерним паливом. Далі цикл повторюється. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Модуль сухого сховища відпрацьованого ядерного палива, що містить принаймні три відокремлені одна від одної перегородками камери в оболонці біологічного захисту: герметичну камеру зберігання з герметичними пеналами з відпрацьованим ядерним паливом і каналом природної циркуляції повітря між коробкою контуру природної циркуляції повітря та стінкою оболонки біологічного захисту, камеру теплообміну з довкіллям з вхідним та вихідним отворами та завантажувальну камеру, теплопередавальні елементи випаровувально-конденсаційного типу, ділянки теплопідведення яких встановлено у верхній частині камери зберігання над коробкою контуру природної циркуляції повітря та каналом природної циркуляції повітря, ділянки конденсації - в камері теплообміну з довкіллям, причому перегородка між камерами зберігання та теплообміну з довкіллям крізь ущільнення пронизана цими теплопередавальними елементами, який відрізняється тим, що оболонка біологічного захисту виконана замкнутою, герметична камера зберігання оснащена напрямною решіткою для пеналів з відпрацьованим ядерним паливом, розподільником потоків повітря під напрямною решіткою та ходами природної циркуляції повітря, які з'єднують розподільник потоків повітря з каналом природної циркуляції повітря. 2. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що ділянки теплопідведення та конденсації теплопередавальних елементів випаровувально-конденсаційного типу оснащені ребрами. 3 UA 85484 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4