СИСТЕМА ПАССИВНО ОХЛАЖДАЕМОГО БАССЕЙНА С ОТРАБОТАННЫМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ

1. Система пассивно охлаждаемого бассейна с отработанным ядерным топливом, содержащая:
бассейн с отработанным ядерным топливом, содержащий:
массу жидкой воды, имеющую уровень поверхности, по меньшей мере один стержень отработанного ядерного топлива, погруженный в массу жидкой воды, который нагревает массу жидкой воды;
крышку, покрывающую бассейн с отработанным ядерным топливом для образования герметично запечатанного парового пространства между уровнем поверхности массы жидкой воды и крышкой, причем крышка содержит первую секцию крышки и вторую секцию крышки; и
первый разделитель, простирающийся от крышки на часть глубины в массу жидкой воды, чтобы разделить паровое пространство на первую секцию парового пространства, размещенную между первой секцией крышки и массой жидкой воды, и вторую секцию парового пространства, размещенную между второй секцией крышки и массой жидкой воды;
и
подсистему пассивного теплообмена, содержащую:
трубопровод стояка, содержащий первую секцию входа стояка, имеющую первый вход, расположенный внутри первой секции парового пространства, вторую секцию входа стояка, имеющую второй вход, расположенный внутри второй секции парового пространства, и основную секцию стояка, причем трубопровод стояка принимает водяной пар из первой и второй секции парового пространства;
по меньшей мере одну опускную трубу, гидравлически соединенную с основной секцией стояка для приема водяного пара из основной секции стояка, причем водяной пар конденсируется внутри по меньшей мере одной опускной трубы с образованием сконденсированного водяного пара;
и
по меньшей мере один сливной трубопровод, гидравлически соединенный с по меньшей мере одной опускной трубой, причем по меньшей мере один сливной трубопровод имеет выпускное отверстие, размещенное внутри массы жидкой воды, для возврата сконденсированного водяного пара в массу жидкой воды.
2. Система по п. 1, дополнительно содержащая герметизирующую оболочку, содержащую цилиндрическую оболочку, имеющую внутреннюю поверхность, определяющую внутреннюю полость, причем бассейн с отработанным ядерным топливом заключен внутри внутренней полости герметизирующей оболочки.
3. Система по п. 2, дополнительно содержащая защитный кожух, окружающий герметизирующую оболочку, причем теплопоглощающее пространство образовано между герметизирующей оболочкой и защитным кожухом.
4. Система по п. 3, причем теплопоглощающее пространство содержит воду и причем по меньшей мере одна опускная труба соединена с внутренней поверхностью герметизирующей оболочки так, что тепловая энергия от водяного пара передается воде в теплопоглощающем пространстве через по меньшей мере один опускной трубопровод и герметизирующую оболочку.
5. Система по п. 2, дополнительно содержащая множество опускных трубопроводов, установленных с разнесением по окружности около внутренней поверхности герметизирующей оболочки и причем каждый из множества опускных трубопроводов находится в тесном поверхностном контакте с внутренней поверхностью герметизирующей оболочки.
6. Система по п. 1, причем трубопровод стояка содержит теплоизоляционный слой.
7. Система по п. 1, причем сконденсированный водяной пар смешивается с массой жидкой воды в бассейне с отработанным ядерным топливом.
8. Система по п. 1, причем первый разделитель простирается в массу жидкой воды на приблизительно от 1/3 до 1/5 глубины массы жидкой воды.
9. Система по п. 1, причем первая и вторая секции парового пространства герметично изолированы друг от друга первым разделителем и первой и второй секциями крышки так, чтобы водяной пар в первой секции парового пространства не мог течь во вторую секцию парового пространства, а водяной пар во второй секции парового пространства не мог течь в первую секцию парового пространства.
10. Система по п. 1, причем каждая из первой и второй секций парового пространства является герметично запечатанным пространством.
11. Система по п. 1, дополнительно содержащая уплотнение, соединенное с каждой из первой и второй секций крышки для создания герметично запечатанного парового пространства.
12. Система по п. 1, причем бассейн с отработанным ядерным топливом дополнительно содержит:
третью секцию крышки и
второй разделитель, простирающийся от крышки на часть глубины в массу жидкой воды, причем первый и второй разделители разделяют паровое пространство на первую секцию парового пространства, вторую секцию парового пространства и третью секцию парового пространства, причем третья секция парового пространства размещается между третьей секцией крышки и массой жидкой воды; и
13. Система по п. 12, причем трубопровод стояка дополнительно содержит третью секцию входа стояка, имеющую третий вход, расположенный внутри третьей секции парового пространства, причем третья секция парового пространства простирается от основной секции стояка до третьей секции парового пространства.
14. Система по п. 1, причем периферийная стенка бассейна с отработанным ядерным топливом сформирована из бетона, и причем первая и вторая секции входа стояка простираются через бетон.
15. Система по п. 1, причем каждая из первой и второй секций парового пространства находится при давлении ниже атмосферного.
16. Система по п. 1, причем подсистема пассивного теплообмена дополнительно содержит входной трубопровод, гидравлически соединяющий трубопровод стояка с по меньшей мере одним опускным трубопроводом, и выходной трубопровод, гидравлически соединяющий по меньшей мере один опускной трубопровод с по меньшей мере одним сливным трубопроводом.
17. Система по п. 1, причем подсистема пассивного теплообмена содержит замкнутый контур текучей среды.
18. Система по п. 1, дополнительно содержащая:
ядерный реактор и
бассейн с отработанным ядерным топливом и подсистему пассивного теплообмена, заключенные внутри теплопроводной герметизирующей оболочки, по меньшей мере один опускной трубопровод, соединенный с теплопроводной герметизирующей оболочкой так, что тепловая энергия от водяного пара передается через по меньшей мере один опускной трубопровод и теплопроводную герметизирующую оболочку к теплопоглотителю.
19. Пассивно охлаждаемая система бассейна с отработанным ядерным топливом, содержащая:
бассейн с отработанным ядерным топливом, содержащий:
массу жидкой воды, имеющую уровень поверхности, по меньшей мере один стержень отработанного ядерного топлива, погруженный в массу жидкой воды, который нагревает массу жидкой воды;
и
крышку, покрывающую бассейн с отработанным ядерным топливом, чтобы создать паровое пространство между уровнем поверхности массы жидкой воды и крышкой; и
подсистему пассивного теплообмена, содержащую:
по меньшей мере один трубопровод стояка, имеющий вход, размещенный внутри парового пространства, для приема водяного пара из парового пространства;
по меньшей мере один опускной трубопровод, гидравлически соединенный с трубопроводом стояка для приема водяного пара из трубопровода стояка, причем водяной пар конденсируется внутри опускного трубопровода с образованием сконденсированного водяного пара; и
по меньшей мере один сливной трубопровод, гидравлически соединенный с по меньшей мере одним опускным трубопроводом, причем сливной трубопровод имеет выпускное отверстие, размещенное внутри массы жидкой воды, для возврата сконденсированного водяного пара в массу жидкой воды.
20. Система по п. 19, причем подсистема пассивного теплообмена дополнительно содержит:
входной трубопровод, гидравлически соединяющий трубопровод стояка с по меньшей мере одной опускной трубой; и
выходной трубопровод, гидравлически соединяющий по меньшей мере одну опускную трубу со сливным трубопроводом.
21. Система по п. 19, причем подсистема пассивного теплообмена содержит замкнутый контур текучей среды.
22. Система по п. 21, причем замкнутый контур текучей среды содержит течение водяного пара из парового пространства через трубопровод стояка и в по меньшей мере одну опускную трубу, причем водяной пар конденсируется с образованием сконденсированного водяного пара, и течение водяного пара от по меньшей мере одной опускной трубы через сливной трубопровод в массу жидкой воды.
23. Система по п. 19, дополнительно содержащая первый разделитель, простирающийся на часть глубины в массу жидкой воды для разделения парового пространства на первую секцию парового пространства и вторую секцию парового пространства.
24. Система по п. 23, причем крышка содержит первую секцию крышки, покрывающую первую секцию парового пространства, чтобы герметично запечатать первую секцию парового пространства, и вторую секцию крышки, покрывающую вторую секцию парового пространства, чтобы герметично запечатать вторую секцию парового пространства, причем каждая из первой и второй секций крышки могут быть сняты независимо друг от друга.
25. Система по п. 24, дополнительно содержащая первый трубопровод стояка, имеющий первый вход, размещенный внутри первой секции парового пространства, и второй трубопровод стояка, имеющий второй вход, размещенный внутри второй секции парового пространства.
26. Система по п. 25, причем каждый из первого и второго трубопроводов стояка гидравлически соединен с входным трубопроводом, причем входной трубопровод гидравлически соединен с по меньшей мере одной опускной трубой.
27. Система по п. 25, причем каждый из первого и второго трубопроводов стояка простирается от парового пространства к основной секции стояка, причем основная секция стояка гидравлически соединена с входным трубопроводом, входной трубопровод гидравлически соединен с по меньшей мере одной опускной трубой.
28. Система по п. 25, причем первый разделитель простирается в массу жидкой воды на приблизительно от 1/3 до 1/5 глубины массы жидкой воды так, что масса жидкой воды может течь ниже первого разделителя, и так, что водяной пар в первой секции парового пространства герметично изолирован от водяного пара во второй секции парового пространства.
29. Система по п. 19, дополнительно содержащая:
теплопроводную герметизирующую оболочку, вмещающую бассейн с отработанным ядерным топливом;
теплопоглотитель, размещенный снаружи теплопроводной герметизирующей оболочки; и
по меньшей мере один опускной трубопровод, соединенный с теплопроводной герметизирующей оболочкой и в термическом взаимодействии с теплопоглотителем так, что тепловая энергия от водяного пара передается к теплопоглотителю через по меньшей мере один опускной трубопровод и теплопроводную герметизирующую оболочку.
30. Система по п. 29, дополнительно содержащая защитный кожух, по меньшей мере частично окружающий герметизирующую оболочку, причем резервуар для жидкости, придающий форму теплопоглотителю, образован между герметизирующей оболочкой и защитным кожухом.
31. Система по п. 30, причем резервуар для жидкости является кольцевым пространством, окружающим теплопроводную герметизирующую оболочку по окружности.
32. Система по п. 29, дополнительно содержащая:
ядерный реактор и
теплопроводную герметизирующую оболочку, вмещающую ядерный реактор.
33. Система по п. 29, дополнительно содержащая:
множество опускных трубопроводов, каждый из опускных трубопроводов гидравлически соединен с трубопроводом стояка и со сливным трубопроводом; и
причем каждый из опускных трубопроводов соединен с внутренней поверхностью теплопроводной герметизирующей оболочки.
34. Система пассивно охлаждаемого бассейна с отработанным ядерным топливом, содержащая:
бассейн с отработанным ядерным топливом, содержащий массу жидкой воды, имеющую уровень поверхности, по меньшей мере один стержень отработанного ядерного топлива, погруженный в массу жидкой воды, который нагревает массу жидкой воды;
крышку, покрывающую бассейн с отработанным ядерным топливом, чтобы создать герметично запечатанное паровое пространство между уровнем поверхности массы жидкой воды и крышкой; и
подсистему пассивного теплообмена, гидравлически соединенную с паровым пространством, выполненную с возможностью: (1) принимать водяной пар из парового пространства; (2) отводить тепловую энергию из принятого водяного пара, конденсируя посредством этого водяной пар с образованием сконденсированного водяного пара; и (3) возвращать сконденсированный водяной пар в массу жидкой воды.
35. Система по п. 34, причем подсистема пассивного теплообмена содержит по меньшей мере один вход, размещенный в паровом пространстве, и по меньшей мере одно выпускное отверстие, размещенное в массе жидкой воды.
36. Система по п. 34, дополнительно содержащая теплопоглотитель; и причем подсистема пассивного теплообмена содержит по меньшей мере один трубопровод стояка, принимающий водяной пар из парового пространства, и по меньшей мере один опускной трубопровод, принимающий водяной пар из по меньшей мере одного трубопровода стояка, причем по меньшей мере один опускной трубопровод находится в тепловом взаимодействии с теплопоглотителем, чтобы передавать тепловую энергию от водяного пара к теплопоглотителю, конденсируя посредством этого водяной пар в по меньшей мере одном опускном трубопроводе и облегчая термосифонный поток водяного пара через подсистему пассивного теплообмена.
37. Система по п. 36, дополнительно содержащая:
теплопроводную герметизирующую оболочку, вмещающую бассейн с отработанным ядерным топливом;
теплопоглотитель, размещенный снаружи теплопроводной герметизирующей оболочки; и
по меньшей мере один опускной трубопровод, соединенный с теплопроводной герметизирующей оболочкой так, что тепловая энергия от водяного пара передается теплопоглотителю через по меньшей мере один опускной трубопровод и теплопроводную герметизирующую оболочку.
38. Система по п. 37, дополнительно содержащая:
защитный кожух, по меньшей мере частично окружающий теплопроводную герметизирующую оболочку, чтобы образовать между ними теплопоглощающее пространство; и
теплопоглотитель, являющийся резервуаром для жидкости, размещенным внутри теплопоглощающего пространства.
39. Система по п. 38, причем теплопоглощающее пространство является кольцевым пространством, окружающим теплопроводную герметизирующую оболочку по окружности.
40. Система по п. 38, причем защитный кожух имеет открытый верхний конец.
41. Система по п. 38, дополнительно содержащая множество теплообменных ребер, простирающихся от наружной поверхности теплопроводной герметизирующей оболочки в резервуар для жидкости.
42. Система по п. 37, дополнительно содержащая:
ядерный реактор и
теплопроводную герметизирующую оболочку, вмещающую ядерный реактор.
43. Система по п. 37, причем подсистема пассивного теплообмена дополнительно содержит по меньшей мере один входной трубопровод, гидравлически соединяющий по меньшей мере один трубопровод стояка с по меньшей мере одним опускным трубопроводом.
44. Система по п. 43, дополнительно содержащая множество опускных трубопроводов, установленных с разнесением по окружности около внутренней поверхности теплопроводной герметизирующей оболочки.
45. Система по любому из пп. 36-44, причем по меньшей мере один трубопровод стояка содержит теплоизоляционный слой.
46. Система по п. 34, дополнительно содержащая один или более разделителей, которые простираются от крышки и в бассейн с отработанным ядерным топливом, причем один или более разделителей разделяют паровое пространство на две или более секций парового пространства.
47. Система по п. 46, причем крышка содержит две или более секций крышки, каждая из секций крышки герметично запечатывает одну из секций парового пространства, и причем каждая из секций крышки может быть снята независимо друг от друга, чтобы открыть секцию парового пространства между уровнем поверхности массы жидкой воды и снятой секцией крышки.
48. Система по п. 47, причем каждая из секций парового пространства находится при давлении ниже атмосферного.
49. Система по п. 46, причем подсистема пассивного теплообмена содержит вход, размещенный внутри каждой из секций парового пространства.
50. Система по п. 49, причем подсистема пассивного теплообмена содержит по меньшей мере один трубопровод стояка, содержащий основную секцию стояка и две или более секции входа стояка, причем каждая из двух или более секций входа стояка включает в себя один из входов, размещенный внутри одной из секций парового пространства, каждая из двух или более секций входа стояка простирается от одной из секций парового пространства к основной секции стояка, причем трубопровод стояка принимает водяной пар от секций парового пространства.
51. Система по п. 50, причем подсистема пассивного теплообмена содержит по меньшей мере один опускной трубопровод, принимающий водяной пар из основной секции стояка, и причем входной трубопровод гидравлически соединяет основную секцию стояка по меньшей мере одного трубопровода стояка с по меньшей мере одной опускной трубой, причем водяной пар конденсируется внутри по меньшей мере одной опускной трубы с образованием сконденсированного водяного пара.
52. Система по п. 51, причем подсистема пассивного теплообмена дополнительно содержит по меньшей мере один сливной трубопровод, гидравлически соединенный с по меньшей мере одной опускной трубой для возврата сконденсированного водяного пара в массу жидкой воды, причем по меньшей мере один сливной трубопровод содержит выпускное отверстие, размещенное внутри массы жидкой воды.
53. Система по п. 52, причем подсистема пассивного теплообмена дополнительно содержит выходной трубопровод, который гидравлически соединяет по меньшей мере одну опускную трубу с по меньшей мере одним сливным трубопроводом.
54. Система по п. 34, причем подсистема пассивного теплообмена содержит замкнутый контур текучей среды.
55. Способ пассивного охлаждения бассейна с отработанным ядерным топливом, содержащий:
a) покрытие бассейна с отработанным ядерным топливом крышкой, образуя посредством этого паровое пространство, имеющее водяной пар между крышкой и уровнем поверхности массы жидкой воды, размещенной в бассейне с отработанным топливом;
b) пассивное течение водяного пара из парового пространства через подсистему теплообмена, которая отводит тепловую энергию из водяного пара с образованием сконденсированного водяного пара; и
c) пассивное течение сконденсированного водяного пара из подсистемы теплообмена в массу жидкой воды.
56. Способ по п. 55, дополнительно содержащий, после этапа а) и перед этапом b), откачивание воздуха из парового пространства, чтобы уменьшить температуру испарения массы жидкой воды.
57. Способ по п. 55, причем этап b) содержит:
b-1) пассивное течение водяного пара из парового пространства в трубопровод стояка, причем трубопровод стояка имеет отверстие внутри парового пространства;
b-2) пассивное течение водяного пара из трубопровода стояка в один или более опускных трубопроводов и
b-3) отведение тепловой энергии из водяного пара внутри одного или более опускных трубопроводов, чтобы образовать сконденсированный водяной пар.
58. Способ по п. 57, причем этап с) содержит:
с-1) пассивное течение сконденсированного водяного пара из одного или более опускных трубопроводов в сливной трубопровод, причем сливной трубопровод имеет выпускное отверстие, расположенное внутри массы жидкой воды; и
с-2) пассивное течение сконденсированного водяного пара из сливного трубопровода в массу жидкой воды.
59. Способ по п. 57, причем один или более опускных трубопроводов находятся в тепловом взаимодействии с теплопоглотителем так, что этап b-3) содержит передачу тепловой энергии от водяного пара к теплопоглотителю.
60. Способ по п. 59, причем теплопоглотитель является резервуаром для жидкости, образованным между герметизирующей оболочкой, которая заключает в себя бассейн с отработанным ядерным топливом, и защитным кожухом, который по меньшей мере частично окружает герметизирующую оболочку.
61. Способ по п. 55, причем этап а) содержит:
а-1) деление парового пространства на первую секцию парового пространства и вторую секцию парового пространства путем расположения разделителя частично в массе жидкой воды:
а-2) покрытие первой секции парового пространства первой секцией крышки и
а-3) покрытие второй секции парового пространства второй секцией крышки.
62. Способ по п. 61, причем первая секция парового пространства и вторая секция парового пространства являются герметично запечатанными и герметично изолированными друг от друга.
63. Способ по п. 61, дополнительно содержащий:
а-4) частичное откачивание воздуха из каждой из первой и второй секций парового пространства так, чтобы каждая из первой и второй секций парового пространства находилась при давлении ниже атмосферного.
64. Способ по п. 61, причем этап b) содержит пассивное течение водяного пара от каждой из первой и второй секций парового пространства через подсистему теплообмена.
65. Способ пассивного охлаждения бассейна с отработанным ядерным топливом, содержащий:
a) по меньшей мере частичное заполнение бассейна с отработанным ядерным топливом массой жидкой воды, имеющей уровень поверхности;
b) погружение по меньшей мере одного стержня ядерного топлива в массу жидкой воды, причем по меньшей мере один стержень ядерного топлива нагревает массу жидкой воды;
c) покрытие массы жидкой воды крышкой, чтобы образовать герметично запечатанное паровое пространство между уровнем поверхности массы жидкой воды и крышкой, причем крышка содержит первую секцию крышки и вторую секцию крышки;
d) разделение парового пространства на первую секцию парового пространства, размещенную между первой секцией крышки и массой жидкой воды, и вторую секцию парового пространства, размещенную между второй секцией крышки и массой жидкой воды, причем первая и вторая секции парового пространства герметично изолированы друг от друга разделителем, первая секция крышки покрывает первую секцию парового пространства, а вторая секция крышки покрывает вторую секцию парового пространства;
e) гидравлическое соединение подсистемы теплообмена с бассейном с отработанным ядерным топливом, причем подсистема теплообмена имеет трубопровод стояка, опускной трубопровод и сливной трубопровод, которые гидравлически соединены вместе, трубопровод стояка имеет вход, расположенный внутри каждой из первой и второй секций парового пространства, и сливной трубопровод имеет выпускное отверстие, расположенное внутри массы жидкой воды; и
причем водяной пар течет из первой и второй секций парового пространства в трубопровод стояка, а из трубопровода стояка в опускной трубопровод, причем водяной пар конденсируется внутри опускного трубопровода с образованием сконденсированного водяного пара, и причем сконденсированный водяной пар течет из опускного трубопровода в сливной трубопровод, а из сливного трубопровода в массу жидкой воды.
66. Система по п. 2, причем по меньшей мере одна опускная труба сформирована непосредственно в герметизирующей оболочке.
67. Система по п. 29, причем по меньшей мере одна опускная труба сформирована непосредственно в герметизирующей оболочке.
68. Система по п. 37, причем по меньшей мере одна опускная труба сформирована непосредственно в герметизирующей оболочке.