УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК
APPARATUS FOR FASTENING RADIOACTIVE FUEL ASSEMBLIES

Перекрестная ссылка на родственные патентные заявки
Настоящая заявка притязает на преимущество Предварительной патентной заявки Соединенных Штатов с порядковым №60/983566, зарегистрированной 29 октября 2007 г., и Предварительной патентной заявки Соединенных Штатов с порядковым №61/038525, зарегистрированной 21 марта 2008 г., которые настоящим во всей полноте включаются в этот документ путем отсылки.
Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к устройству и способам для удержания высокорадиоактивных отходов, а конкретно к устройству и способам для удержания радиоактивных тепловыделяющих сборок. Заявленные изобретения могут быть реализованы в широком спектре структур для перемещения, удержания и/или хранения сухих тепловыделяющих ядерных сборок, включающих, без ограничения, подводные стеллажи для топлива и корзины для топлива, объединенные либо в пеналы, либо в защитные контейнеры.
Уровень техники
В отрасли ядерной энергетики источник ядерной энергии находится в виде пустых циркалоевых трубок, заполненных обогащенным ураном, известных как тепловыделяющие сборки. При уничтожении до некоторого уровня сухие тепловыделяющие сборки удаляются из реактора. В то же время тепловыделяющие сборки излучают не только очень опасные уровни нейтронов и гамма-квантов (то есть нейтронное и гамма-излучение), но также производят значительное количество тепла, которое необходимо рассеивать.
Необходимо, чтобы нейтронное и гамма-излучение, выпущенное из сухих тепловыделяющих сборок, сдерживалось в достаточной мере все время при удалении из реактора. Также необходимо, чтобы сухие тепловыделяющие сборки охлаждались. Поскольку вода является отличным поглотителем излучения, сухие тепловыделяющие сборки обычно погружаются под воду в бассейне сразу после удаления из реактора. Вода в бассейне также служит для охлаждения сухих тепловыделяющих сборок путем отвода тепловой нагрузки от тепловыделяющих сборок. Вода также может содержать растворенное вещество для нейтронной защиты.
Погруженные тепловыделяющие сборки обычно крепятся в бассейнах выдержки топлива в вертикальной ориентации в стеллажах, обычно называемых стеллажами для топлива. Общеизвестно, что нейтронное взаимодействие между тепловыделяющими сборками увеличивается, когда уменьшается расстояние между тепловыделяющими сборками. Таким образом, чтобы избежать критичности (или ее опасности), которая может произойти от взаимного воздействия смежных тепловыделяющих сборок в стеллажах, необходимо, чтобы стеллажи для топлива удерживали тепловыделяющие сборки на расстоянии, что позволяет присутствовать достаточному количеству поглощающего нейтроны материала между смежными тепловыделяющими сборками. Поглощающий нейтроны материал может быть водой в бассейне, структурой, содержащей поглощающий нейтроны материал, или их сочетаниями.
Стеллажи для топлива для хранения тепловыделяющих сборок с высокой плотностью обычно представляют собой сотовую структуру с поглощающими нейтроны листовыми конструкциями (то есть щитами), помещенными между сотами в виде сплошных листов. Соты обычно являются длинными вертикальными квадратными трубками, которые открыты сверху, через которые вставляются тепловыделяющие элементы. Соты иногда выполняются с двойными стенками, которые заключают в себя листы нейтронных защитных экранов для защиты нейтронного защитного экрана от коррозии или другого повреждения, происходящего от контакта с водой.
Каждая тепловыделяющая сборка размещается в отдельной соте, чтобы тепловыделяющие сборки экранировались друг от друга. Пример типичного существующего стеллажа для топлива описывается в патенте Соединенных Штатов №4382060, выданном Морису Хольцу (Maurice Holtz) и др. 3 мая 1983 г., который настоящим полностью включается в этот документ путем отсылки. Стеллаж Хольца состоит из структурных элементов, включающих элементы, которые в сечении являются полыми и крестообразными. Каждая лапа крестообразного структурного элемента включает в себя нейтронный защитный экран внутри. Свободный конец лап крестообразного структурного элемента сходится так, чтобы иметь внутренний угол приблизительно в 90°. Стеллаж состоит из таких крестообразных элементов, а также взаимодействующих элементов, которые обычно являются Т- и Г-образными в сечении.
В некоторых регионах мира тепловыделяющие сборки, используемые в ядерных реакторах, не имеют прямоугольного горизонтального поперечного сечения. Вместо этого тепловыделяющие сборки имеют горизонтальное поперечное сечение, которое обычно является шестиугольным. В таких случаях существующие стеллажи, имеющие соты с прямоугольными горизонтальными поперечными сечениями, не особо оптимальны.
Даже после удаления из бассейна тепловыделяющие сборки по-прежнему излучают очень опасные нейтроны (то есть нейтронное излучение) и гамма-кванты (то есть гамма-излучение), и поэтому по-прежнему обязательно, чтобы эти нейтроны и гамма-кванты сдерживались все время во время перемещения и хранения. Также обязательно, чтобы остаточное тепло, исходящее из тепловыделяющих сборок, уводилось и покидало тепловыделяющие сборки. Таким образом, контейнеры, используемые для перемещения и/или хранения тепловыделяющих сборок, должны не только надежно ограждать и поглощать радиоактивность тепловыделяющих сборок, они также должны предусматривать достаточное охлаждение. В данной области техники имеется два типа контейнерных систем, используемых для транспортировки и/или хранения тепловыделяющих сборок, системы на основе пеналов и системы на основе защитных контейнеров.
Вообще говоря, существует два типа защитных контейнеров, используемых для транспортировки и/или хранения SNF, вентилируемые вертикальные контейнеры ("VVO") и теплопроводные защитные контейнеры. VVO обычно использовались в сочетании с герметизирующим пеналом, который загружается тепловыделяющими сборками и устанавливается в полости VVO. Такие пеналы, которые часто являются многоцелевыми пеналами, часто содержат корзину для топлива для приема тепловыделяющих сборок. Пример пенальной и корзинной сборки, предназначенной для использования в VVO, раскрывается в патенте Соединенных Штатов №5898747 (Singh), выданном 27 апреля 1999 г., который настоящим полностью включается в этот документ путем отсылки. Второй тип защитных контейнеров является теплопроводными защитными контейнерами. В типичном теплопроводном защитном контейнере тепловыделяющие сборки загружаются непосредственно в полость, образованную корпусом защитного контейнера. Корзинная сборка, как правило, предоставляется внутри самой полости, чтобы предоставить опору для тепловыделяющих сборок.
Корзина для топлива обычно действует в сочетании с защитным контейнером, чтобы удерживать топливо в конкретной конфигурации, минимизировать передачу нагрузки на топливо, передавать тепло защитному контейнеру и управлять критичностью.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который может безопасно вмещать в себя тепловыделяющие сборки.
Еще одна цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, имеющий горизонтальное поперечное сечение, которое не является прямоугольным по форме, например шестиугольным.
Еще одна цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который экономичен для производства.
Дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который может выдерживать высокие инерциальные нагрузки, действующие вместе с гидравлическими нагрузками от текущей воды.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который позволяет естественное термосифонное движение воды в бассейне через соты.
Еще одна цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который исключает необходимость в пластинах поглотителя нейтронов.
Дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, выполненный из пластин с прорезями.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который является компактным и максимизирует пространство хранения у бассейна выдержки топлива.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который противостоит коррозии в водной среде.
Еще одна цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который сохраняет структурную устойчивость при радиационном воздействии.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить стеллаж для топлива, который обеспечивает захваты потока.
Цель настоящего изобретения - предоставить корзину для топлива, которая обеспечивает более высокую конструктивную целостность.
Дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить корзину для топлива, которая имеет топливные элементы, которые соответствуют форме тепловыделяющей сборки, для хранения в ней.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить корзину для топлива, которая максимизирует плотность размещения отработанного ядерного топлива наряду с поддержанием реактивности в 0,95 или меньше.
Еще одна дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить корзину для топлива, которая является простой для производства и легковесной.
Эти и другие цели выполняются настоящим изобретением, которое в одной особенности может быть стеллажом для топлива, имеющим массив сот для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; множество трубок, причем каждая трубка имеет внутреннюю поверхность, которая образует одну из сот; и трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и в конфигурации, чтобы одна или несколько сот формировались наружными поверхностями смежных трубок.
В другой особенности изобретение может быть стеллажом для топлива для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: множество шестиугольных трубок, имеющих внутреннюю полость; опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; шестиугольные трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и скомпонованные на расстоянии друг от друга, чтобы существовало пространство для захвата потока между всеми смежными шестиугольными трубками; и множество распорок, установленных в пространствах для захвата потока, для сохранения наличия пространств для захвата потока, причем распорки соединены с шестиугольными трубками.
В еще одной особенности изобретение может быть стеллажом для топлива, имеющим массив сот для удержания тепловыделяющих сборок, содержащий множество пластин с прорезями, которые подвижно соединены друг с другом для образования массива сот.
В другой особенности изобретение может быть корзиной для топлива, имеющей сотовидную решетку, которая образует множество удлиненных сот, ориентированных, по существу, вертикально. Наиболее предпочтительно, чтобы корзинная сборка содержала один или несколько захватов потока и устанавливалась внутри полости. Корзинная сборка может быть выполнена из композиционного материала с металлической матрицей. В одном варианте осуществления корзинная сборка может использовать переменные захваты потока, чтобы максимизировать плотность размещения. В таком варианте осуществления при приближении к внешней границе корзинной сборки ширина захватов потока может уменьшаться. В другом варианте осуществления корзинная сборка может использовать трубчатые элементы переменной высоты в вертикально смещенной конструкции, чтобы никакие две смежные соты не имели границ, которые выровнены вертикально.
В дополнительной особенности изобретение может быть устройством для удержания радиоактивных тепловыделяющих сборок, содержащим: решетку из сот для вмещения радиоактивных тепловыделяющих сборок, причем решетка образована множеством шестиугольных трубок, имеющих наружную поверхность и внутреннюю поверхность, которые образуют одну из сот, множество шестиугольных трубок, скомпонованных смежным образом и в конфигурации, чтобы одна или несколько сот являлась результирующей сотой, образованной наружными поверхностями окружающих шестиугольных трубок.
В еще одной дополнительной особенности изобретение может быть устройством для удержания радиоактивных тепловыделяющих сборок, содержащим: решетку из сот для вмещения радиоактивных тепловыделяющих сборок, причем решетка образована множеством трубок, имеющих внутренние поверхности, которые образуют соты, трубки скомпонованы соосным и смежным образом; каждая из трубок образована множеством трубчатых сегментов, уложенных на одной оси, образована граница между смежными трубчатыми сегментами каждой трубки; и где длины трубчатых сегментов и конфигурация, в которой трубки компонуются для образования решетки, является такой, чтобы никакие из границ смежных трубок не совпадали друг с другом.
В еще одной дополнительной особенности изобретение может быть устройством для удержания радиоактивных тепловыделяющих сборок, содержащим: нижнюю секцию, содержащую множество нижних трубчатых сегментов переменной длины, причем нижние трубчатые сегменты скомпонованы по оси смежным образом и в конфигурации, чтобы никакие два смежных нижних трубчатых сегмента не были одинаковой длины, нижние края нижних трубчатых сегментов выровнены; по меньшей мере одну среднюю секцию, содержащую множество средних трубчатых сегментов равной длины, причем средняя секция уложена поверх нижней секции, чтобы средние трубчатые сегменты были выровнены по оси с нижними трубчатыми сегментами, а нижние края средних трубчатых сегментов опирались на верхние края нижних трубчатых сегментов; и верхнюю секцию, содержащую множество верхних трубчатых сегментов переменной длины, причем верхняя секция уложена поверх средней секции, чтобы верхние трубчатые сегменты были выровнены по оси со средними трубчатыми сегментами, нижние края верхних трубчатых сегментов опирались на верхние края нижних трубчатых сегментов, а верхние края верхних трубчатых сегментов были выровнены.
В еще одной особенности изобретение может быть стеллажом для топлива, имеющим решетку из сот для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; множество шестиугольных трубок, причем каждая шестиугольная трубка имеет внутренние поверхности, которые образуют одну из сот; и шестиугольные трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и в конфигурации, чтобы одна или несколько сот формировались наружными поверхностями смежных шестиугольных трубок.
В еще одной особенности изобретение может быть стеллажом для топлива, имеющим решетку из сот для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; множество трубок, причем каждая трубка имеет внутреннюю поверхность, которая образует одну из сот; и трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и в конфигурации, чтобы одна или несколько сот формировались наружными поверхностями смежных трубок. В еще одной особенности изобретение может быть стеллажом для топлива для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: множество шестиугольных трубок, имеющих внутреннюю полость; опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; шестиугольные трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и скомпонованные на расстоянии друг от друга, чтобы существовало пространство для захвата потока между всеми смежными шестиугольными трубками; и множество распорок, установленных в пространствах для захвата потока, для сохранения наличия пространств для захвата потока, причем распорки соединены с шестиугольными трубками.
В другой особенности изобретение может быть стеллажом для топлива для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: множество трубок, имеющих внутреннюю полость; опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и скомпонованные на расстоянии друг от друга, чтобы существовало пространство для захвата потока между всеми смежными трубками; и множество распорок, установленных в пространствах для захвата потока, для сохранения наличия пространств для захвата потока, причем распорки соединены с трубками.
В еще одной дополнительной особенности изобретение может быть стеллажом для топлива, имеющим периферийные соты и непериферийные соты для удержания тепловыделяющих сборок, содержащим: опорную плиту, имеющую верхнюю поверхность; множество шестиугольных трубок, причем каждая шестиугольная трубка имеет внутренние поверхности, которые образуют одну из периферийных сот или непериферийных сот; и шестиугольные трубки, соединенные с верхней поверхностью опорной плиты, по существу, в вертикальной ориентации и в конфигурации, чтобы каждая третья непериферийная сота формировалась наружными поверхностями шести окружающих шестиугольных трубок.
В еще одной особенности изобретение может быть корзиной для топлива для удержания радиоактивных тепловыделяющих сборок, содержащей: множество трубок, имеющих внутреннюю полость для приема радиоактивной тепловыделяющей сборки; трубки, скомпонованные, по существу, в вертикальной ориентации и скомпонованные на расстоянии друг от друга, чтобы существовало пространство для захвата потока между всеми смежными трубками, причем трубки образуют решетку хранения, имеющую центральную ось и внешнюю границу; множество распорок, установленных в пространствах для захвата потока, для сохранения наличия пространств для захвата потока; и где ширина пространства для захвата потока между смежными трубками уменьшается с расстоянием от центральной оси решетки хранения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе сверху стеллажа для топлива в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.2 - вид крупным планом верхней части стеллажа для топлива из фиг.1.
Фиг.3 - вид сверху стеллажа для топлива из фиг.1.
Фиг.4 - вид в перспективе снизу стеллажа для топлива из фиг.1.
Фиг.5 - вид крупным планом нижнего угла стеллажа для топлива из фиг.1.
Фиг.6А - вид в перспективе сверху основания с регулируемой высотой, снятого со стеллажа для топлива из фиг.1.
Фиг.6В - вид в перспективе снизу основания с регулируемой высотой из фиг.6А.
Фиг.7 - вид в перспективе сверху стеллажа для топлива в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, который включает в себя захваты потока.
Фиг.8 - вид крупным планом верхней части стеллажа для топлива из фиг.7.
Фиг.9 - вид сверху стеллажа для топлива из фиг.7.
Фиг.10 - вид в перспективе сверху стеллажа для топлива в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, который выполнен из пластин с прорезями.
Фиг.11А - вид в перспективе первой пластины с прорезями, используемой в конструкции стеллажа для топлива из фиг.10.
Фиг.11В - вид в перспективе второй пластины с прорезями, используемой в конструкции стеллажа для топлива из фиг.10.
Фиг.11С - вид в перспективе третьей пластины с прорезями, используемой в конструкции стеллажа для топлива из фиг.10.
Фиг.12 - вид в перспективе вертикального сечения пластин с прорезями в стеллаже для топлива из фиг.10.
Фиг.13 - вид в перспективе сверху части решетки хранения в корзине для топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.14 - вид сверху области II-II из фиг.13, иллюстрирующий результирующую соту в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 - вид в перспективе нижних вертикальных сегментов у трубок хранения корзины для топлива из фиг.13, скомпонованных в нужной конфигурации, чтобы границы между сегментами смежных трубок хранения не были выровнены вертикально.
Фиг.16 - вид сверху корзины для топлива в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, содержащего часть решетки хранения из фиг.13 и периферийные удерживающие трубки.
Фиг.17 - вид в перспективе удерживающих трубок в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18 - вид в перспективе корзины для топлива из фиг.16.
Фиг.19 - вид в перспективе корзинной сборки для топлива в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.20 - вид в перспективе трубки хранения корзины для топлива из фиг.19.
Фиг.21 - вид в перспективе нижнего вертикального сегмента части решетки хранения корзины для топлива из фиг.19.
Фиг.22 - вид в перспективе снизу части решетки хранения корзины для топлива из фиг.19.
Фиг.23 - вид в перспективе сверху части решетки хранения в корзины для топлива из фиг.19.
Фиг.24 - вид сверху корзины для топлива из фиг.19.
Подробное описание чертежей
Настоящее изобретение сейчас будет описываться в отношении типовых вариантов осуществления. Нужно понимать, что хотя некоторые подробности и структурные схемы объясняются подробно по отношению к некоторому варианту осуществления, подробности и структурные схемы могут быть реализованы в любом из вариантов осуществления.
I. Вариант осуществления стеллажа для топлива с захватом потока
Ссылаясь на фиг.1, раскрывается вид в перспективе стеллажа 100 для топлива в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Стеллаж 100 для топлива является сотовым вертикальным призматическим модулем. Проиллюстрированный вариант осуществления стеллажа 100 для топлива предназначен специально для вмещения шестиугольных тепловыделяющих сборок, например тепловыделяющих сборок VVER 1000. При этом условии каждая сота 101 стеллажа 100 для топлива обычно также является шестиугольной по форме (то есть имеет шестиугольное горизонтальное поперечное сечение), чтобы геометрически вмещать одну шестиугольную тепловыделяющую сборку. Однако нужно понимать, что идеи настоящего изобретения могут быть изменены для вмещения тепловыделяющей сборки любой формы, включая прямоугольную, восьмиугольную, круглую и т.д.
В описании стеллажа 100 для топлива и его составных частей ниже будут использоваться относительные термины, такие как верхний, нижний, выше, ниже, горизонтальный, вертикальный, верхний и нижний, в отношении стеллажа 100 для топлива, находящегося в проиллюстрированной, по существу, вертикальной ориентации фиг.1. Более того, чтобы избежать беспорядка на чертежах, только некоторые из каждого компонента нумеруются с пониманием, что читатель сможет распознать аналогичные элементы. Стеллаж 100 для топлива обычно содержит опорную плиту 110, множество шестиугольных трубок 120 и множество распорных прутьев 130 (лучше всего видных на фиг.2). Шестиугольные трубки 120 соединяются с верхней поверхностью 111 опорной плиты 110, по существу, в вертикальной ориентации. В этом варианте осуществления ось каждой шестиугольной трубки 120 не только, по существу, вертикальная, но также и, по существу, перпендикулярна верхней поверхности 111 опорной плиты 110. Соединение между шестиугольными трубками 120 и опорной плитой 110 достигается с помощью приваривания нижнего края шестиугольных трубок 120 к верхней поверхности опорной плиты 110. Конечно, другие методики соединения могут использоваться с незначительной модификацией, включая механические соединения, например болтовое соединение, зажим, нарезание резьбы и т.д.
1
1
1
Верхние концы шестиугольных трубок 120 остаются открытыми, чтобы тепловыделяющая сборка могла вдвигаться во внутреннюю полость 101 (также называемую сотой), образованную внутренними поверхностями шестиугольных трубок 120. Каждая шестиугольная трубка 120 может быть цельной трубкой, которая простирается на всю нужную высоту H, или может быть создана из нескольких трубок частичной высоты, которые вместе соответствуют нужной высоте H. Предпочтительно, чтобы высота H была достаточной для того, чтобы полная высота тепловыделяющей сборки находилась в пределах шестиугольной трубки 120.
Шестиугольные трубки 120 прикрепляются к прямоугольной опорной плите 110 в смежной и разнесенной конфигурации, чтобы образовать сотовидную решетку из сот 101. Соты 101 являются, по существу, вертикальными удлиненными полостями для приема радиоактивных тепловыделяющих сборок через их открытые верхние концы. Хотя обычно иллюстрируется прямоугольная решетка из сот 101, стеллаж 100 для топлива может быть спроектирован для принятия любой нужной формы. Геометрическая компоновка шестиугольных трубок 120 будет обсуждаться ниже более подробно по отношению к фиг.2-3.
Шестиугольные трубки 120 предпочтительно созданы из композиционного материала с металлической матрицей, а предпочтительнее композиционного материала с металлической матрицей из прерывисто армированного алюминия/карбида бора, и наиболее предпочтительно из импрегнированного бором алюминия. Один такой подходящий материал продается под фирменным названием Metamic™. Шестиугольные трубки 120 выполняют двойственную функцию управления реактивностью, а также опоры конструкции. Опорная плита 110 предпочтительно создается из металла, который металлургически совместим с материалом, из которого создаются шестиугольные трубки 120 для сварки.
Ссылаясь теперь одновременно на фиг.2-3, каждая шестиугольная трубка 120 скомпонована так, чтобы отстоять от всех смежных шестиугольных трубок 120, чтобы промежуток 140 существовал между каждой шестиугольной трубкой 120 и ее непосредственно смежными шестиугольными трубками 120. Промежуток 140 действует как захват (ловушка) нейтронного потока, который уменьшает и/или устраняет опасность критического состояния. Пространство 140 для захвата потока может быть спроектировано с любой нужной шириной, и точная ширина будет зависеть от уровней излучения тепловыделяющих сборок для хранения, материала конструкции трубок 120 и свойств воды в бассейне, в которую будет погружаться стеллаж 100 для топлива. В одном варианте осуществления пространства 140 для захвата потока будут иметь ширину между 30 и 50 мм, а предпочтительнее между 25 и 35 мм, и наиболее предпочтительно около 38 мм.
1
Распорки, которые выполнены в виде распорных прутьев 130 в проиллюстрированном варианте осуществления, вставляются в пространства 140 для захвата потока с тем, чтобы поддерживать наличие пространств 140 для захвата потока на нужной ширине и обеспечивать дополнительную структурную устойчивость. Хотя распорки иллюстрируются как удлиненные прутья 130, которые простираются на всю высоту H шестиугольных трубок 120, распорки не настолько ограничены и могут принимать широкий спектр форм и размеров. Например, распорки при желании могли бы быть просто блоками или штырями в некоторых вариантах осуществления.
Распорный прут 130 устанавливается в месте соединения между краями трех смежных шестиугольных трубок 120. Таким образом, каждый распорный прут 130 (за исключением распорных прутьев 130 вдоль периметра) соприкасается с тремя шестиугольными трубками 120. Для дополнительной целостности и облегчения конструкции распорные прутья 130 имеют три осевые канавки по их длине, которые действуют как пространства вложения для приема края шестиугольных трубок 120. В проиллюстрированном варианте осуществления распорные прутья 130 имеют горизонтальное поперечное сечение, которое обычно бывает в форме усеченного треугольника, в котором вмещающая канавка образуется на каждой усеченной вершине. Конечно, распорные прутья 130 могут принимать другие формы с канавками или без них.
Распорные прутья 130 предпочтительно изготавливаются из алюминия или материала с металлической матрицей, например импрегнированного бором алюминия. Распорные прутья 130 привариваются пробочным швом к шестиугольным трубкам 120, в которых они соприкасаются посредством отверстий 121 удлиненной формы, скомпонованных по краям/углам шестиугольных трубок 120. Форма, компоновка и количество отверстий 120 пробочного сварного шва будут меняться в зависимости от соображений исполнения и никоим образом не ограничивают настоящее изобретение. Отверстия 121 под пробку скомпонованы равномерно на каждом углу шестиугольных трубок 120, чтобы облегчить одинаковое производство, однако это не является необходимым. Отверстия 121 под пробку могут образовываться путем перфорирования, резки или во время процесса формовки.
Ссылаясь теперь одновременно на фиг.3-4, опорная плита 110 также содержит множество протоков 115, тянущихся через опорную плиту 110 от ее нижней поверхности 112 до верхней поверхности 111. Аналогичным образом, опорная плита 110 также содержит четыре овальных отверстия 116 (второй ряд от углов) для подъема и установки стеллажа 100 для топлива в бассейне выдержки топлива. Специальная траверса с четырьмя прутьями глубокой досягаемости используется для взаимодействия с овальными отверстиями 116, чтобы захватывать стеллаж 100 для топлива и помещать его в бассейн.
Протоки 115 (и овальные отверстия 116) создают проходы снизу опорной плиты 100 в соты 101, образованные шестиугольными трубками 120. Предпочтительно, чтобы для каждой соты 101 предоставлялся одиночный проток 115. Протоки 115 предоставляются в виде впускных отверстий, чтобы облегчить естественное термосифонное движение воды в бассейне через соты 101, когда туда устанавливаются тепловыделяющие сборки, обладающие тепловой нагрузкой. Точнее говоря, когда нагретые тепловыделяющие сборки устанавливаются в соты 101 в погруженной среде, вода в сотах 101, окружающих тепловыделяющие сборки, нагревается, посредством этого поднимаясь из-за увеличенной плавучести. Когда эта нагретая вода поднимается и выходит из сот 101 через открытые верхние концы, охлажденная вода втягивается в нижнюю часть сот 101 через протоки 115. Этот форсированный теплом поток воды вдоль тепловыделяющих сборок затем естественно продолжается.
Как лучше всего видно на фиг.5, множество вспомогательных прорезей/отверстий 121 предусматривается в шестиугольных трубках 120 в нижнем крае или рядом с ним. Вспомогательные отверстия 121 действуют в качестве дополнительных впускных отверстий для поступающей воды в бассейне, чтобы способствовать термосифонному потоку во время процесса охлаждения. Кроме того, как будет описываться ниже, протоки 115 у некоторых сот 101 заблокированы прикреплением оснований 150 с регулируемой высотой. Таким образом, вспомогательные отверстия 121 шестиугольных трубок 120, которые образуют эти соты 101, являются единственным источником поступающей охлажденной воды для хранящихся в них тепловыделяющих сборок. Хотя вспомогательное отверстие 121 предоставляется на каждой поверхности всех без исключения шестиугольных трубок 120 в стеллаже 100 для топлива, нужно понимать, что это может быть не нужно во всех случаях.
В качестве ремарки протоки 115 (и отверстия 116) выполняют дополнительную функцию предоставления доступа в соты 101 для "S-образного сварочного аппарата" для приваривания шестиугольных трубок 120 к верхней поверхности опорной плиты 110. Ссылаясь снова на фиг.3-4, опорная плита 110 также содержит множество оснований 150 с регулируемой высотой, соединенных с нижней поверхностью 112 опорной плиты 110. Основания 150 с регулируемой высотой гарантируют, что имеется пространство между дном бассейна выдержки топлива и нижней поверхностью 112 опорной плиты 110, посредством этого создавая приемную камеру для протекания воды через протоки 115.
Основания 150 с регулируемой высотой расположены на расстоянии, чтобы обеспечить равномерное удержание опорной плиты 110 и соответственно стеллажа 100 для топлива. Каждое основание 150 отдельно регулируется по уровню и удерживает стеллаж на неоднородном дне бассейна выдержки отработавшего топлива. Основания 150 прикрепляются болтами к опорной плите 110. Конечно, при желании основания 150 могут прикрепляться к опорной плите 110 другим образом, включая сварку или нарезание резьбы. В случае приваренного основания 15 пластина из нержавеющей стали и алюминия, соединенных методом сварки взрывом, может использоваться для создания перехода. Для приваренного основания исключаются болты и отверстия под болты.
Ссылаясь теперь на фиг.6А-6В, будут описываться подробности устройства оснований 150 с регулируемой высотой. Каждое из оснований 150 с регулируемой высотой содержит подставку 151 и цилиндрический штифт 152, который действует в качестве опоры. Подставка 152 соединяется с опорной плитой 110 болтами 155.
Подставка 151 содержит центральное отверстие 153, которое имеет резьбовую внутреннюю поверхность (не видна). Аналогичным образом наружная поверхность части штифта 151 также нарезается с соответствующими витками. Штифт 152 вставляется в отверстие 153 и привинчивается по резьбе к подставке 151.
Штифт 152 также содержит прямоугольную выемку 154 на верхней поверхности для приема инструмента для вращения штифта 152. Конечно, выемка может быть любой формы, которая будет содействовать вращательному зацеплению с инструментом. Кроме того, могут использоваться другие средства для зацепления и вращения штифта 152, включая ушко, головку винта, головку болта и т.д.
Благодаря резьбовому соединению между штифтом 152 и подставкой 151, вращение штифта 152 через выемку 154 приводит к увеличению или уменьшению высоты, на которую штифт 152 выступает с нижней поверхности подставки 151. Регулировка штифта 152 облегчается с помощью инструмента с длинной рукояткой, который вставляется в соту 101. Выемка 154 штифта 152 доступна через проток 115 в этой соте 101 (см. фиг.3).
Нижняя часть штифта 152 имеет закругленный край, чтобы предотвратить зацепление и задирание прокладки в сейсмическом скольжении стеллажа 100 для топлива. Разрыв прокладки означает проблемы для площадки из-за утечки. При желании нижняя поверхность штифта 152 может быть образована или покрыта скользящим материалом с низким трением.
II. Вариант осуществления стеллажа для топлива без захвата потока, включающий результирующие соты
Ссылаясь теперь одновременно на фиг.7-10, иллюстрируется второй вариант осуществления стеллажа 200 для топлива. Аналогично стеллажу выше, стеллаж 200 для топлива является сотовым вертикальным призматическим модулем. Проиллюстрированный вариант осуществления стеллажа 200 для топлива предназначен специально для вмещения шестиугольных тепловыделяющих сборок, например тепловыделяющих сборок VVER 1000. Каждая сота 201 стеллажа 200 для топлива обычно также является шестиугольной по форме (то есть, имеет шестиугольное горизонтальное поперечное сечение), чтобы геометрически вмещать одну шестиугольную тепловыделяющую сборку. Однако нужно понимать, что идеи настоящего изобретения могут быть изменены для вмещения тепловыделяющей сборки любой формы, включая прямоугольную, восьмиугольную, круглую и т.д.
В описании стеллажа 200 для топлива и его составных частей ниже будут использоваться относительные термины, такие как верхний, нижний, выше, ниже, горизонтальный, вертикальный, верхний и нижний, в отношении стеллажа 200 для топлива, находящегося в проиллюстрированной, по существу, вертикальной ориентации фиг.7. Более того, чтобы избежать беспорядка на чертежах, только некоторые из каждого компонента нумеруются с пониманием, что читатель сможет распознать аналогичные элементы.
Ключевым фактором, который приводит к структурным различиям между стеллажом 100 для топлива (рассмотренном выше) и стеллажом 200 для топлива, является то, что стеллаж 200 для топлива предназначен для использования с тепловыделяющими сборками, которые не требуют наличия захвата нейтронного потока между смежными сотами 201. Таким образом, включение захватов нейтронного потока в стеллажи для топлива, когда это не нужно, является нежелательным, потому что излишне тратится ценная площадь дна бассейна. Конечно, оба типа стеллажей 100, 200 для топлива могут храниться рядом в одном и том же бассейне.
Так как многие структурные и функциональные свойства стеллажа 200 для топлива идентичны стеллажу 100 для топлива, только те особенности стеллажа 200 для топлива, которые отличаются, будут обсуждаться ниже с пониманием, что применимы и другие идеи, рассмотренные выше относительно стеллажа 100 для топлива.
Стеллаж 200 для топлива содержит множество шестиугольных трубок 220. Шестиугольные трубки 220 соединяются с верхней поверхностью 211 опорной плиты 210, по существу, в вертикальной ориентации. В этом варианте осуществления ось каждой шестиугольной трубки 220 не только, по существу, вертикальная, но также и, по существу, перпендикулярна верхней поверхности 211 опорной плиты 210. Соединение между шестиугольными трубками 220 и опорной плитой 210 достигается с помощью приваривания нижнего края шестиугольных трубок 220 к верхней поверхности опорной плиты 110. Конечно, другие методики соединения могут использоваться с незначительной модификацией, включая механические соединения, например болтовое соединение, зажим, нарезание резьбы и т.д.
Верхние концы шестиугольных трубок 220 остаются открытыми, чтобы тепловыделяющая сборка могла вдвигаться во внутреннюю полость 201А (также называемую сотой), образованную внутренними поверхностями каждой шестиугольной трубки 220. Шестиугольные трубки 220 присоединяются сверху прямоугольной опорной плиты 110 в особой геометрической компоновке, чтобы некоторые непериферийные соты 201D формировались наружными поверхностями окружающих шестиугольных трубок 220. Более того, некоторые периферийные соты 201В-С формируются наружными поверхностями окружающих шестиугольных трубок 220 и дополнительной пластиной, которая в зависимости от расположения является либо двухпанельной пластиной 225, либо однопанельной пластиной 226.
Другими словами, соты 201B-201D не являются внутренними полостями никаких трубчатых структур, а являются результирующими полостями, образованными либо (1) наружными поверхностями окружающих шестиугольных трубок 220; либо (2) наружными поверхностями окружающих шестиугольных трубок 220 и дополнительной листовой конструкцией 225, 226. При использовании в данном документе все три типа 201B-201D сот будут называться "результирующими сотами" или "построенными сотами".
Несмотря на их разные способы формирования, все соты 201А-201D имеют горизонтальное поперечное сечение, которое обычно является шестиугольным. Конечно, идея результирующей соты может применяться при желании к узлу с другими геометриями. Сейчас будет обсуждаться особая геометрическая компоновка шестиугольных трубок 220 и дополнительной листовой конструкции 225-226 сверху опорной плиты 210.
Как лучше всего видно на фиг.9, шестиугольные трубки 220 компонуются геометрически сверху опорной плиты 210 в рядах 1-11 (указанных цифрами в кружке). Конечно, для стеллажа 200 для топлива может быть создано любое количество рядов или столбцов. Подробности образования трех разных видов результирующих сот будут описываться относительно рядов с 1 по 3 с пониманием, что повторяются определенные шаблоны, и таким образом может быть выполнен весь стеллаж 200 для топлива.
А. Образование периферийных результирующих сот Х
Сейчас будет описываться образование периферийных результирующих сот, образованных сочетанием наружных поверхностей шестиугольных трубок и двухпанельной листовой конструкции (выше называемых сотами типа 201C). Для простоты ссылки и избегания беспорядка все периферийные результирующие соты, образованные сочетанием наружных поверхностей шестиугольных трубок и двухпанельной листовой конструкции, обозначаются с помощью X.
В ряду 1 шестиугольные трубки 220(1), 220(2) компонуются сверху опорной плиты 210 в верхнем левом углу смежным и примыкающим образом, чтобы противоположные наружные поверхности шестиугольных трубок 220(1), 220(2) находились в поверхностном контакте. Внутренние полости шестиугольных трубок 220(1), 220(2) действуют как первые две соты 201А (не отмечены). Чтобы уменьшить дальнейший беспорядок, все соты 201А, которые образованы внутренними поверхностями одной шестиугольной трубки 220, остаются пустыми на фиг.9.
Вторая пара шестиугольных трубок 220(3), 220(4) компонуется сверху опорной плиты 210 в ряду 1 и на расстоянии от первой пары шестиугольных трубок 220(1), 220(2). Аналогично первой паре шестиугольных трубок 220(1), 220(2), вторая пара шестиугольных трубок 220(3), 220(4) компонуется смежным и примыкающим образом, чтобы противоположные наружные поверхности шестиугольных трубок 220(3), 220(4) находились в поверхностном контакте. Наряду с тем, что вторая пара шестиугольных трубок 220(3), 220(4) выровнена с первой парой шестиугольных трубок 220(1), 220(2) в ряду 1, они также отстоят друг от друга, чтобы оставить пространство для первой периферийной результирующей соты X.
Двухпанельная листовая конструкция 225(1) соединяется с левыми сторонами шестиугольных трубок 220(3), 220(4), чтобы огородить открытую боковую сторону периферийной результирующей соты X. В частности, двухпанельная листовая конструкция 225(1) соединяется с шестиугольной трубкой 220(2) и шестиугольной трубкой 220(3) путем сварки или другой методики. Периферийная результирующая сота Х завершается наружными поверхностями шестиугольных трубок 220(8), 220(9), расположенных в ряду 2. Таким образом, полная шестиугольная результирующая сота Х образуется с помощью взаимодействия наружных поверхностей шестиугольных трубок 220(2), 220(3), 220(8), 220(9) и листовой конструкции 225(1). Результирующая сота Х имеет форму горизонтального поперечного сечения, которая соответствует форме всех остальных сот в стеллаже 200 для топлива.
В. Образование результирующих периферийных сот #
Сейчас будет описываться образование периферийных результирующих сот, образованных сочетанием наружных поверхностей шестиугольных трубок и однопанельной листовой конструкции (выше называемых сотами типа 201В). Для простоты ссылки и избегания беспорядка все периферийные результирующие соты, образованные сочетанием наружных поверхностей шестиугольных трубок и однопанельной листовой конструкции, обозначаются с помощью #.
Обращаясь теперь к ряду 2, пара шестиугольных трубок 220(8), 220(9) компонуется сверху опорной плиты 210 смежным и примыкающим образом друг с другом и шестиугольными трубками 220(2), 220(3) из ряда 1. При такой компоновке противоположные наружные поверхности шестиугольных трубок 220(8), 220(9) находятся в поверхностном контакте друг с другом. Противоположные наружные поверхности шестиугольных трубок 220(8), 220(2) также находятся в поверхностном контакте друг с другом. И противоположные наружные поверхности шестиугольных трубок 220(9), 220(3) находятся в поверхностном контакте друг с другом.
Шестиугольные трубки 220(14), 220(15) компонуются в ряду 3 сверху опорной плиты 210 смежным и примыкающим образом друг с другом и так, чтобы наружная поверхность шестиугольной трубки 220(15) находилась в поверхностном контакте с наружной поверхностью шестиугольной трубки 220(8) из ряда 2. Однопанельная листовая конструкция 226(1) соединяется с шестиугольными трубками 220(1), 220(14), чтобы огородить открытую боковую сторону периферийной результирующей соты #. В частности, однопанельная листовая конструкция 226(1) соединяется с шестиугольной трубкой 220(1) и шестиугольной трубкой 220(14) путем сварки или другой методики. Таким образом, полная шестиугольная результирующая сота # образуется с помощью взаимодействия наружных поверхностей шестиугольных трубок 220(1), 220(2), 220(8), 220(14), 220(15) и однопанельной листовой конструкции 226(1). Результирующая сота # имеет форму горизонтального поперечного сечения, которая соответствует форме всех остальных сот в стеллаже 200 для топлива.
С. Образование результирующих периферийных сот *
Сейчас будет описываться образование непериферийных результирующих сот, полностью образованных путем взаимодействия наружных поверхностей окружающих шестиугольных трубок (выше называемых сотами типа 201D). Для простоты ссылки и избегания беспорядка все непериферийные результирующие соты, образованные путем взаимодействия наружных поверхностей шестиугольных трубок, обозначаются с помощью *.
Чтобы избежать избыточности, компоновка и взаимодействие шестиугольных трубок сверху опорной плиты будет пропущено с пониманием, что применимо обсуждение выше. В ряду 2 полная шестиугольная результирующая сота * образуется путем взаимодействия наружных поверхностей шестиугольных трубок 220(3), 220(4), 220(9), 220(10), 220(16), 220(17). Результирующая сота * имеет форму горизонтального поперечного сечения, которая соответствует форме всех остальных сот в стеллаже 200 для топлива.
Возвращаясь к общему производству и образованию стеллажа 200 для топлива, все соединения между шестиугольными трубками 220 и опорной плитой 210 выполняются, как описано выше относительно стеллажа 100 для топлива. Более того, соединения между смежными шестиугольными трубками 220 могут выполняться посредством отверстий под пробку, описанных выше. Кроме того, чтобы убедиться, что результирующие соты 201B-D надлежащего размера, стеллаж для топлива может быть образован следующим образом.
Сначала массив шестиугольных трубок 220 компонуют в нужной геометрической конфигурации, чтобы все шесть наружных поверхностей у всех непериферийных шестиугольных трубок 220 соприкасались с наружной поверхностью смежных шестиугольных трубок 220. Другими словами, на этом этапе стеллаж 200 для топлива содержит только соты типа 201А, которые образованы внутренними полостями самих шестиугольных трубок 220. Однако, благодаря предварительной проработке отмечается расположение тех мест, которые должны быть результирующими сотами 201B-D. Массив шестиугольных трубок 220 устанавливается сверху опорной плиты 210, и выполняется необходимая сварка. Однако любые шестиугольные трубки 220, которые располагаются в местах, где нужна результирующая сота, не привариваются ни к опорной плите 210, ни к смежным шестиугольным трубкам 220. Эти шестиугольные трубки 220 затем подвижно удаляются из массива, посредством этого оставляя результирующую соту 201B-D. По необходимости однопанельные пластины 226 и двухпанельные пластины 225 затем соединяются для ограждения периферийных результирующих сот 220В-С.
Кроме того, при желании поглощающие нейтроны панели могут по необходимости добавляться к массиву. Стеллаж 200 для топлива не содержит никаких захватов потока.
III. Вариант осуществления стеллажа для топлива с пластиной с прорезями
Ссылаясь теперь на фиг.10, иллюстрируется стеллаж 300 для топлива, который образуется из множества пластин с прорезями, скомпонованных в самоблокирующуюся компоновку. Стеллаж 300 для топлива проектируется имеющим захваты 340 потока и прямоугольные соты 301. Однако нужно понимать, что идея пластины с прорезями, описанная ниже, может использоваться для образования стеллажей для топлива без захвата потока и может использоваться для создания стеллажей для топлива, имеющих соты любой формы, включая, без ограничения, рассмотренные выше стеллажи для топлива.
В описании стеллажа 300 для топлива и его составных частей ниже будут использоваться относительные термины, такие как верхний, нижний, выше, ниже, горизонтальный, вертикальный, верхний и нижний, в отношении стеллажа 300 для топлива, находящегося в проиллюстрированной, по существу, вертикальной ориентации фиг.10. Более того, чтобы избежать беспорядка на чертежах, только некоторые из каждого компонента нумеруются с пониманием, что читатель сможет распознать аналогичные элементы.
Так как многие структурные и функциональные свойства стеллажа 300 для топлива идентичны вышеупомянутым стеллажам 100, 200 для топлива, только те особенности стеллажа 300 для топлива, которые отличаются, будут обсуждаться ниже с пониманием, что применимы другие идеи и структуры, рассмотренные выше относительно стеллажей 100, 200 для топлива.
Стеллаж 300 для топлива обычно содержит массив 301 сот, которые образованы сеткой пластин 370-372 с прорезями, которые собраны подвижно в блокирующуюся прямолинейную компоновку.
Решетка пластин 370-372 с прорезями устанавливается сверху и соединяется с опорной плитой 310. Весь корпус стеллажа для топлива образуется из трех типов пластин с прорезями, средней пластины 370, верхней пластины 371 и нижней пластины 372. Нижняя пластина содержит вспомогательные отверстия 321, которые обсуждались выше, для содействия термосифонному потоку в сотах 301.
Ссылаясь теперь на фиг.11А-11С, одна из средних пластин 370, верхних пластин 371 и нижних пластин 372 иллюстрируется по отдельности. Как видно, нижняя пластина 372 находится только наполовину сверху средней пластины 370 со вспомогательными отверстиями 321, вырезанными в нижнем крае. Аналогичным образом, верхняя пластина 371 находится наполовину снизу средней пластины 370. Нижние и верхние пластины 372, 371 используются только внизу и вверху корпуса стеллажа для топлива, чтобы закрывать средние сегменты 380 корпуса (фиг.12), образованные из средних пластин 370, чтобы корпус стеллажа для топлива имел ровный верхний и нижний край.
Каждая из пластин 370-372 содержит множество прорезей 374 и торцевых выступов 375, стратегически выполненных с возможностью облегчения скользящей сборки для создания корпуса стеллажа для топлива. Прорези 374 предоставляются на верхних и нижних краях пластин 370-372. Прорези 374 на верхнем крае каждой пластины 370-372 соответствуют прорезям 374 на нижнем крае той же пластины 370-372. Прорези 374 проходят через пластины 370-372 на одну четвертую высоты пластин 370-372. Торцевые выступы 375 идут от боковых ребер пластин 370-372 и предпочтительно составляют около половины высоты пластин 370-372. Торцевые выступы 375 подвижно стыкуются с выемками 376 в боковых ребрах смежных пластин 370-372, что естественно происходит от наличия выступов 375.
Пластины 370-372 предпочтительно созданы из композиционного материала с металлической матрицей, а предпочтительнее композиционного материала с металлической матрицей из прерывисто армированного алюминия/карбида бора, и наиболее предпочтительно из импрегнированного бором алюминия. Один такой подходящий материал продается под фирменным названием Metamic™.
Ссылаясь теперь на фиг.12, иллюстрируется одиночный средний сегмент 380 корзины. Каждый средний сегмент 380 стеллажа 300 для топлива содержит решетку средних пластин 370, скомпонованных в прямолинейную конфигурацию, чтобы образовать вертикальную часть сот 301 и захватов 340 потока. При создании среднего сегмента 380 первая средняя пластина 370 компонуется вертикально. Вторая средняя пластина 370 затем компонуется выше и обычно под углом 90° к первой средней пластине 370, чтобы совпадали их соответствующие прорези 374. Вторая средняя пластина 370 затем опускается на первую среднюю пластину 370, посредством этого вызывая сцепление прорезей 374, как проиллюстрировано. Это повторяется со всеми средними пластинами 370, пока не создана нужная прямолинейная конфигурация, посредством этого создавая сегмент 380.
При создании корпуса стеллажа для топлива прорези 374 и торцевые выступы 375 сегментов 380 сцепляют вместе смежные сегменты 380, чтобы препятствовать относительному горизонтальному и вращательному перемещению между сегментами 380. Сегменты 380 пересекаются и сцепляются друг с другом, чтобы образовать блочную сборку, которая является корпусом стеллажа для топлива. Стеллаж 300 для топлива предпочтительно содержит по меньшей мере четыре сегмента 380, а предпочтительнее по меньшей мере десять сегментов 380. Все сегменты 380 имеют, по существу, одинаковую высоту и конфигурацию.
Поэтому весь стеллаж 300 для топлива образуется из пластин 370-372 с прорезями, обладающих тем, что по существу является единой конфигурацией, которая является средней пластиной 370, за исключением того, что верхние и нижние пластины 371, 372 должны быть образованы путем обрезки средней пластины 370 и добавления вырезов 321.
Кроме того, в результате свойства взаимоблокировки пластин 370-372 с прорезями не нужны распорки для сохранения захватов 340 потока. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления стеллаж 300 для топлива не будет иметь распорок в захватах 340 потока.
IV. Вариант осуществления корзины для топлива без захвата потока
Ссылаясь на фиг.13-17, иллюстрируется корзина 1000 для топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Законченная и собранная корзина 1000 для топлива показана на фиг.15 и 17. Хотя корзина 1000 для топлива (и ее компоненты) описываются во всем этом описании изобретения в сочетании с хранением и/или транспортировкой сухих тепловыделяющих ядерных сборок, имеющих шестиугольный профиль горизонтального поперечного сечения, изобретение никоим образом не ограничивается типом высокорадиоактивных отходов, в сочетании с которыми оно используется. Корзинная сборка 1000 для топлива (и ее компоненты) может использоваться для транспортировки и/или хранения тепловыделяющих сборок любой формы.
Ссылаясь теперь на фиг.13, иллюстрируется вид в перспективе части 1001 решетки хранения корзины 1000 для топлива. Решетка 1001 хранения является сотовой конструкцией, содержащей множество трубок 10, образующих соты 20 для приема и удержания тепловыделяющих сборок. Трубки 10 образуют сотовидную решетку из сот 20, скомпонованных в полярную конфигурацию. Для удобства представления (и чтобы избежать беспорядка), только некоторые из трубок 10 и сот 20 обозначаются цифрами на фиг.13.
Трубки 10 имеют профиль горизонтального поперечного сечения, который является шестиугольным по форме. Однако изобретение не настолько ограничивается, и трубки 10 будут иметь профиль горизонтального поперечного сечения, который соответствует форме тепловыделяющей сборки для хранения в полостях 20. Например, другие сборки SNF многоугольной формы могут храниться в корзине 1000 для топлива, и в этом случае трубки 10 будут иметь подходящую форму горизонтального поперечного сечения. Соты 20 являются, по существу, вертикально ориентированными удлиненными пространствами/полостями, имеющими обычно шестиугольную конфигурацию горизонтального поперечного сечения. Профиль горизонтального поперечного сечения у сот 20 также не ограничивается шестиугольным и мог бы быть любой формы, включающей другие многоугольники. Каждая сота 20 предназначена для вмещения одной тепловыделяющей сборки. Решетка 1001 хранения (и соответственно соты 20) имеет высоту, которая равна или немного больше высоты тепловыделяющей сборки, для вмещения которой предназначена корзина 1000. Корзина 1000 для топлива предпочтительно содержит 85 сот 20 и имеет вес приблизительно в 4800 фунтов.
Каждая трубка 10 хранения содержит пять пластин 11, имеющих внутреннюю поверхность 12 и наружную поверхность 13. Трубки 10 могли бы иметь меньше или больше пластин 11 в зависимости от нужного профиля горизонтального поперечного сечения. Внутренняя поверхность 12 трубок 10 образует соты 20. Предпочтительно, чтобы трубки 10 связывались вместе в смежную по оси компоновку, чтобы образовать сотовидную решетку хранения из сот 20. Трубки 10 образованы путем укладки трубчатых сегментов 10А-10С, чтобы создать соты 20, имеющие высоту, равную или больше высоты тепловыделяющей сборки для хранения в ней. Граница/стык 21 образуется между контактирующими краями трубчатого сегмента 10А-10С в каждом вертикальном комплекте, который образует трубку 10. Для удобства представления (и чтобы избежать беспорядка), только некоторые из границ контакта обозначаются цифрами на фиг.13. Как подробнее будет обсуждаться ниже, трубчатые сегменты 10А-10С имеют переменную высоту, чтобы границы 21 смежных трубок 10/сот 20 не совпадали. В результате обеспечения того, что границы 21 для смежных трубок 10/сот 20 не совпадают, повышается конструктивная целостность корзины 1000 для топлива.
Предпочтительно, чтобы трубки 10 (и трубчатые сегменты 10А-10С) изготавливались путем штамповки или формования листовой заготовки с последующей сваркой каждой из пластин 11 в боковых ребрах. Трубки 10 сделаны из материала, содержащего изотоп поглотителя нейтронов, встроенный в микроструктуру, например элементарный бор или карбид бора. Metamic, изготавливаемый компанией Metamic LLC, сделанный из матрицы алюминиевого сплава со встроенным карбидом бора, является примером приемлемого материала. Однако в некоторых вариантах осуществления корзина 1000 для топлива и ее компоненты могут быть созданы из альтернативных материалов, например стали или борированной нержавеющей стали.
Множество вырезов 23 предусматривается в пластинах 11 внизу трубок 10. Для удобства представления (и чтобы избежать беспорядка), только некоторые из вырезов 23 обозначаются цифрами на фиг.13. Вырезы 23 образуют проходы через пластины 11, чтобы все соты 20 находились в пространственной связи. В результате вырезы 23 в нижней части или рядом с ней у решетки 1001 хранения действуют в качестве нижней камеры, которая помогает циркулировать текучим средам (воздуху или воде) внутри корзины 1000 для топлива (и сот 20), чтобы выполнять конвективное охлаждение хранящихся тепловыделяющих сборок во время хранения и/или транспортировки. Эта естественная циркуляция воздуха или воды может быть дополнительно облегчена путем оставления пустыми одной или нескольких сот 20 по периметру корзины 100, чтобы они могли действовать в качестве сливных труб (удерживающие трубки 30А, 30В также могут действовать в качестве сливных труб, если добавлены вырезы). Вырезы 23 являются прямоугольными по форме в проиллюстрированном варианте осуществления, но могут принимать широкий спектр форм.
Ссылаясь одновременно на фиг.13 и 15, решетка 1001 хранения образуется множеством секций 150A-D трубчатых сегментов 10А-10С, которые компонуются в блочной сборке. Секции 150A-D и трубчатые сегменты 10А-С соединяются друг с другом, чтобы образовать блочную сборку, которая является решеткой 1001 хранения. Каждая секция 150A-D решетки 1001 хранения является вертикальной частью решетки 1001 хранения, которая сама содержит сотовидную решетку из трубчатых сегментов 10А-С, скомпонованных в полярную конфигурацию. Трубчатые сегменты 10А-С имеют три разные высоты, причем каждая разная высота изображается буквой А-С. Одиночная нижняя секция 150А решетки 1001 хранения иллюстрируется на фиг.15, причем нижняя секция 150А имеет трубчатые сегменты 10А-С, скомпонованные в полярную конфигурацию. Нижние края трубчатых сегментов 10А-С выравниваются по одинаковой высоте. Две средние секции 150В-С содержат трубчатые элементы 10С, все имеющие одинаковую высоту. Верхняя секция 150D содержит трубчатые элементы 10А-С, скомпонованные так, что верхние поверхности трубчатых элементов 10А-С выравниваются по одинаковой высоте.
Трубчатые сегменты 10А имеют высоту, которая предпочтительно равна одному футу. Трубчатые сегменты 10В имеют высоту, которая предпочтительно равна двум футам. Трубчатые сегменты 10С имеют высоту, которая предпочтительно равна трем футам. Однако изобретение не настолько ограничено, и трубчатые сегменты 10А-С могут быть любой высоты при условии, что образованные соты по меньшей мере равны высоте тепловыделяющей сборки. Чтобы гарантировать, что границы 21 смежных трубок 10 не совпадают, предпочтительно, чтобы никакие смежные трубчатые элементы 10А-С в нижней секции 150А не имели одинаковую высоту. Таким образом, при сборке нижней секции 150А однофутовый трубчатый сегмент 10А окружается чередующимися трубчатыми элементами 10В и 10С.
Ссылаясь теперь на фиг.14 и 16, корзина 1000 для топлива дополнительно содержит множество результирующих сот 20А, которые образованы наружной поверхностью 13 стенок 11 шести трубчатых элементов 10. На фиг.14 иллюстрируется одиночная результирующая сота 20А. Там, где шесть трубчатых элементов соединяются в полярную конфигурацию, между ними образуется результирующая сота 20А, имеющая шестиугольный профиль горизонтального поперечного сечения. Эта компоновка разрешает использовать меньше пластин 11 (то есть трубок 10) для создания такого же количества сот 20, посредством этого создавая более легкую корзину 1000 для топлива. В проиллюстрированном варианте осуществления всего имеется двадцать девять результирующих сот 20А. Однако изобретение не настолько ограничено, и количество результирующих сот может меняться. Результирующие соты 20А обладают примерно на 1/2 дюйма большим отверстием и соответственно могут вмещать тепловыделяющие сборки, которые повреждены или отклоняются по размерам. Более того, результирующие соты 20А позволяют производить корзину 1000 для топлива с использованием угловых сварных швов, поскольку результирующие соты обеспечивают более простой доступ к трубкам 10.
Как лучше всего видно на фиг.16, некоторые результирующие соты 20А, которые располагаются по периметру корзины 1000 для топлива, требуют использования замыкающей пластины 15А-В, чтобы закончить соту. Замыкающие пластины 15А-В являются пара-шестиугольными пластинами. Корзинная сборка 1000 для топлива содержит два типа замыкающих пластин 15А-В в зависимости от конфигурации результирующей соты 20А. Некоторые результирующие соты 20А требуют только одной панели для окружения соты 20А, тогда как другие результирующие соты требуют две панели для окружения результирующей соты 20А. Там, где необходимы две панели, замыкающая пластина 15А образуется путем сгибания пластины на две панели равной длины и прикрепления боковых ребер замыкающей пластины 15А к боковым ребрам трубок 10, которые образуют подходящую результирующую соту 20А.
Корзинная сборка 1000 дополнительно содержит корзинные удерживающие трубки 30А, В, помещенные рядом с решеткой 1001 хранения по ее периметру. Корзинные удерживающие трубки 30А, В используются для обеспечения конформного контакта с контейнером/емкостью, в котором должна использоваться корзинная сборка 100. Корзинные удерживающие трубки 30А, В содержат пара-шестиугольную пластину 31А, В, соединенную с вогнутой стороной изогнутой пластины 32А, В. Изогнутые пластины 32А, 32В образуют, по существу, круглый наружный периметр для корзины 1000 для топлива. Поскольку корзинные удерживающие трубки 30А, В не располагаются в каждом положении по периметру решетки хранения, по существу, круглый наружный периметр сегментируется по окружности.
Для результирующих сот 20А, которые требуют только одной панели для образования соты с шестью стенками (то есть одна сторона является открытой), пара-шестиугольная пластина 31В удерживающих трубок 30В также может действовать в качестве замыкающей пластины. Корзинные удерживающие трубки 30А могут использоваться там, где нет результирующей соты 20А, либо там, где результирующая сота 20А окружается замыкающей пластиной 15А. Ссылаясь теперь на фиг.17, корзинные удерживающие трубки 30А, В показаны изъятыми из корзинной сборки 1000 для топлива. Корзинные удерживающие трубки 30А, В предусматриваются таким образом, чтобы корзинная сборка центрировалась в контейнере (который может быть пеналом или защитным контейнером), в котором она должна использоваться.
Ссылаясь теперь на фиг.18, иллюстрируется корзинная сборка 100 с корзинными опорами 30А, В. Корзинные опоры 30А, В обеспечивают круглый наружный периметр корзины 1000 для топлива. Промежутки 31 в корзинных опорах 30А, В не содержат тепловыделяющих сборок, хранимых в них, соответственно они могут улучить охлаждение тепловыделяющих сборок, хранимых в сотах 20.
V. Вариант осуществления корзины для топлива с захватом потока
Ссылаясь теперь на фиг.19, иллюстрируется корзина 2000 для топлива в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Особенности исполнения тепловыделяющей сборки 2000, по существу, аналогичны рассмотренным выше относительно корзины 1000 для топлива. Чтобы избежать избыточности, будут обсуждаться только те особенности исполнения корзины 2000 для топлива, которые существенно отличаются от корзины 1000 для топлива.
Корзинная сборка 2000 содержит множество пространств 50 для захвата потока, которые регулируют выработку нейтронного излучения и препятствуют реактивности в затопленном состоянии. Захваты 50 потока являются небольшими пространствами, которые простираются на высоту корзины 2000. Захваты 50 потока образуются между двумя из трубчатых элементов 210, которые находятся рядом друг с другом и, по существу, параллельны. Как будет обсуждаться ниже, захваты 50 потока проектируются с переменной шириной, чтобы максимизировать количество тепловыделяющих сборок, которое может храниться в корзине 2000 для топлива, в то же время поддерживая реактивность равной или меньше 0,95. Захваты 50 потока образуются между наружной поверхностью трубок 2210 хранения. Трубки 2210 имеют множество распорок 60, которые сохраняют расстояние между трубчатыми элементами 10, которые образуют захват 50 потока.
Ссылаясь теперь на фиг.20, одиночная трубка 2210 хранения показана изъятой из корзины 2000 для топлива, чтобы можно было ясно увидеть ее особенности исполнения. Трубка 2210 хранения имеет шестиугольный профиль горизонтального поперечного сечения, но может быть любой конфигурации. Предпочтительно, профиль поперечного сечения будет определяться типом тепловыделяющей сборки, которая должна быть загружена и храниться в корзинной сборке 2000 для топлива. Трубка 2210 содержит множество пазов 2215. Пазы 2215 предоставляют пространства, через которые может закрепляться распорка 2260 (показанная на фиг.24). Предпочтительно, распорки 60 сначала прихватываются сварным швом к трубкам 2210, чтобы можно было собрать корзину 2000 для топлива. После того, как собирается корзина 2000 для топлива, она помещается на бок, и распорки 2260, которые находятся снизу (ближе к поверхности земли, на которую опирается корзинная сборка 2000), привариваются пробочным швом к трубкам 2210 хранения. Это позволяет гравитации помогать в процедуре сварки. Корзина 2000 для топлива поворачивается, чтобы следующий набор распорок 2260 был теперь ближе к поверхности земли для приваривания к трубкам 2210. Вращение и процедура сварки повторяется для всех распорок 2260 и трубок 2210.
Ссылаясь одновременно на фиг.21 и 22, корзина 2000 для топлива образуется множеством секций 2250A-F трубчатых сегментов 2210А-С, которые компонуются в блочной сборке. Секции 2250A-F и трубчатые сегменты 2210А-С соединяются друг с другом, чтобы образовать блочную сборку, которая является корзиной 2000 для топлива. Каждая секция 2250-F корзины 2000 для топлива содержит сотовидную решетку трубчатых сегментов 2210А-С, скомпонованных в полярную конфигурацию. Трубчатые элементы 2210А-С в корзинной сборке 2000 имеют три переменные высоты, каждая высота изображается буквой А-С. Одиночная нижняя секция 2250А корзины 2000 иллюстрируется на фиг.21, нижняя секция 2250А имеет трубчатые сегменты 2210А-С, скомпонованные в полярную конфигурацию. Средние секции 2250В-Е содержат трубчатые сегменты 2210С, все имеющие одинаковую высоту. Верхняя секция 2250F содержит трубчатые сегменты 210А, скомпонованные так, что верхние поверхности трубчатых сегментов 2210А-С выравниваются по одинаковой высоте.
Трубки 2210А хранения имеют высоту, которая предпочтительно равна одному футу. Трубчатые сегменты 2210В имеют высоту, которая предпочтительно равна двум футам. Трубчатые сегменты 2210С имеют высоту, которая предпочтительно равна трем футам. Однако изобретение не настолько ограничено, и трубчатые сегменты 2210А-С могут быть любой высоты при условии, что образованные соты по меньшей мере равны высоте тепловыделяющей сборки. Чтобы гарантировать, что границы 2221 не совпадают, предпочтительно, чтобы никакие смежные трубчатые сегменты 2210А-С в нижней секции 2250А не имели одинаковую высоту. Таким образом, при сборке нижней секции 2250А однофутовые трубчатые сегменты 2210А окружаются чередующимися трубчатыми сегментами 2210В и 2210С. Нижние края трубчатых сегментов 2210А-С нижней секции 2250А выравниваются.
Ссылаясь теперь на фиг.24, иллюстрируется вид сверху корзины 2000 для топлива. Корзинная сборка 200 содержит три типа распорок 2260А-С, которые образуют захваты 50 потока между трубками 2210. Первый тип распорок 2260А является асимметричным треугольником, который поддерживает наибольший промежуток между трубками 2210, расположенными рядом с центральной осью корзины 2000. Другими словами, распорка 2260А используется с трубками 2210, которые являются ближайшими к центру корзины 2000, потому что нейтроны, выпущенные тепловыделяющими сборками в центре корзины 2000, не могут свободно выйти на периметр корзины 2000. Таким образом, для поддержания реактивности менее 0,95 необходим более крупный захват 50 потока. Вторая форма распорки 2260В используется между трубками 2210 хранения, которые находятся ближе к наружному периметру корзины 2000 для топлива. Прямоугольная распорка 2260С используется для трубок 2210 хранения, которые являются ближайшими к наружному периметру, образованному корзинными опорами 2230А, В.
Корзины 1000, 2000 для топлива из настоящего изобретения не ограничиваются использованием с каким бы то ни было конкретным типом окружающих емкостей. Например, в одном варианте осуществления корзинные сборки 1000, 2000 могут включаться в герметизируемый универсальный пенал для использования в сочетании с системами герметизации типа VVO. В таком варианте осуществления корзинные сборки 1000, 2000 будут предоставлены в полости, образованной цилиндрической металлической оболочкой. Металлическая оболочка будет окружать корзинную сборку 1000, 2000, и металлическая опорная плита будет привариваться к нижней части металлической оболочки. Металлическая замыкающая пластина может быть подогнана сверху цилиндра, образованного металлической оболочкой, посредством этого образуя пенал. Теплопроводные защитные контейнеры также могут использоваться непосредственно для вмещения корзин 1000, 2000 для топлива.
Хотя изобретение описано и проиллюстрировано достаточно подробно, так что специалисты в данной области техники без труда могут создать и использовать его, различные альтернативы, модификации и улучшения должны стать полностью очевидны без отклонения от сущности и объема изобретения.