способ циркуляционного охлаждения емкости, загруженной выгоревшими горючими элементами для транспортировки и/или хранения горючих элементов

Формула изобретения

1. Способ циркуляционного охлаждения загруженной выгоревшими тепловыделяющими элементами емкости для транспортировки и/или хранения тепловыделяющих элементов, при котором охлаждающую воду вводят в емкость из резервуара с водой через устройство циркуляционного охлаждения, образующийся в емкости водяной пар непрерывно отводят и подвергают конденсации вне емкости с помощью охлаждающей воды из резервуара с водой, причем в емкости с помощью подающей газ насосной установки создают разрежение, отличающийся тем, что разрежение поддерживают во время всего процесса циркуляционного охлаждения при отводе водяного пара, а водяной пар конденсируется в смесительном конденсаторе в противотоке по отношению к охлаждающей воде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уже имеющуюся в наличии, предпочтительно в целях сушки емкости, насосную установку используют для создания разрежения и для отвода водяного пара.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что конденсированный водяной пар снова направляют в резервуар с водой и/или в емкость.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу циркуляционного охлаждения емкости, загруженной выгоревшими горючими элементами, для транспортировки и/или хранения горючих элементов. Емкости для транспортировки и/или для хранения, загруженные выгоревшими горючими элементами, обычно испытывают более или менее сильный нагрев.

Перед дальнейшим манипулированием следует сначала охладить эти емкости до невысоких температур. В рамках изобретения это охлаждение называется циркуляционным охдаждением.

Известен способ циркуляционного охлаждения емкости, при котором охлаждающую воду вводят в емкость из резервуара с водой через устройство циркуляционного охлаждения, образующийся в емкости водяной пар непрерывно отводят и подвергают конденсации вне емкости с помощью охлаждающей воды из резервуара с водой, причем в емкости с помощью подающей газ насосной установки создают разрежение (DE 3129141 A, 17.03.83).

В начальной фазе емкости работают с избыточным давлением. Благодаря возникающим высоким давлениям пара, подключенное устройство циркуляционного охлаждения подвергается очень высоким термическим нагрузкам. Поэтому в известных устройствах система циркуляционного охлаждения получается очень дорогостоящей и большой по объему. Кроме того, при способах, известных из практики, эффективность отвода тепла из емкости оставляет желать лучшего. Дня того, чтобы достичь разумного отвода тепла, требуются также дорогостоящие мероприятия. Напротив, в основе изобретения лежит техническая задача предложить способ, с помощью которого можно быстро и эффективно охлаждать емкости с помощью простых и недорогих мероприятий.

Техническим результатом является создание повышения эффективности охлаждения и снижение производственных затрат.

Технический результат достигается тем, что способ циркуляционного охлаждения загруженной выгоревшими тепловыделящими элементами емкости для транспортировки и/или хранения тепловыделяющих элементов включает операции, при которых охлаждающую воду вводят в емкость из резервуара с водой через устройство циркуляционного охлаждения, образующийся в емкости водяной пар непрерывно отводят и подвергают конденсации вне емкости с помощью охлаждающей воды из резервуара с водой, причем в емкости с помощью подающей газ насосной установки создают разрежение, при этом разрежение поддерживают во время всего процесса циркуляционного охлаждения при отводе водяного пара, а водяной пар конденсируется в смесительном конденсаторе в противотоке по отношению к охлаждающей воде. Имеющуюся в наличии предпочтительно в целях сушки емкости насосную установку используют для создания разрежения и для отвода водяного пара. Конденсированный водяной пар снова направляют в резервуар с водой и/или в емкость.

Является целесообразным применение в качестве водного резервуара водного бассейна для горючих (топливных) элементов реактора и подвод из этого водного бассейна охлаждающей воды в емкость через устройство циркуляционного охлаждения. Предпочтительно, охлаждающая вода подводится в емкость при температуре, равной, приблизительно, 40^oC. В качестве охлаждающей воды подразумевается, в значительной мере, дегазированная вода. Само собой разумеется, в рамках способа согласно изобретению циркулярное охлаждение может осуществляться одновременно в нескольких емкостях и к устройству для циркулярного охлаждения и/или насосному устройству может быть одновременно подключено несколько емкостей. Поэтому пункт 1 формулы изобретения охватывает также способ циркулярного охлаждения нескольких емкостей с загруженными в них выгоревшими горючими элементами.

Согласно предпочтительной форме выполнения, имеющей особое значение в рамках изобретения для создания разрежения и отвода водяного пара, применяется уже существующее для других целей насосное устройство. Является предпочтительным применить уже существующее насосное устройство, предназначенное для сушки емкостей, для создания разрежения и отвода водяного пара. Речь при этом идет, например, о насосном устройстве, служащем в качестве источника создания разрежения, которое, в рамках заполняющей установки для транспортирующих и/или служащих для хранения емкостей с радиоактивными отходами, известной из DE-PS 32 00 331, применяется для сушки или вакуумной сушки радиоактивных отходов.

Является предпочтительным создание в емкости разрежения перед и во время процесса циркуляционного охлаждения. Целесообразно управлять или регулировать давление в емкости, а именно таким образом, чтобы давление в емкости во время всего процесса охлаждения составляло 1 бар. Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения давление и давление пара в емкости составляет от 0.1 до 0.4 бар, предпочтительно, от 0.1 до 0.3 бар. Само собой разумеется, что, кроме того, газы, имеющиеся или образующиеся в емкости, отводятся с помощью насосного устройства.

Водяной пар, отводимый из емкости, предпочтительно, подвергают конденсации с помощью охлаждающей воды из водяного резервуара. Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения, приобретающей в рамках выполнения изобретения особое значение, водяной пар конденсируется в смесительном конденсаторе. Под смесительным конденсатором подразумевается устройство, в котором водяной пар, подлежащий конденсации, равномерно смешивается с охлаждающей водой. Предпочтительно, водяной пар в смесительном конденсаторе направляется в противотоке по отношению к охлаждающей воде. Конденсирующийся водяной пар целесообразно снова подводить в водный резервуар и/или в емкость. Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения водяной пар, конденсирующийся и смешиваемый с охлаждающей водой, подводят в качестве охлаждающей воды в водный резервуар и емкость.

В основе изобретения лежит тот факт, что особенно эффективное и быстрое охлаждение емкости, загруженной топливными элементами, может достигаться, если в емкости создается разрежение и водяной пар, возникающий за счет этого в емкости, одновременно непрерывно откачивается. Благодаря этому в сравнительно короткое время происходит эффективный теплоотвод с одновременным непосредственным отводом тепла испарения путем создания разрежения и за счет этого охлаждение емкости. Процесс охлаждения происходит без существенных замедлений сначала у дна емкости и постепенно, с непрерывно увеличивающимся уровнем воды, захватывает все области стенок емкости и находящихся в емкости предметов. Между охлаждающей водой и поверхностями, подлежащими охлаждению, сравнительно быстро происходит значительное выравнивание температуры. В результате происходит очень быстрое и эффективное охлаждение емкости со сравнительно небольшими затратами средств. По сравнению с уже описанным уровнем техники, создается дополнительное преимущество, заключающееся в том, что емкость для охлаждения не должна размещаться в водном бассейне для топливных элементов реактора, а благодаря эффективному охлаждению, достигаемому в рамках изобретения, может располагаться уже на своем, предусмотренном для этого месте. Обычная емкость для транспортировки и/или хранения, загруженная горючими элементами с максимальной остаточной мощностью (ядерного) распада, может, приблизительно, за 10 часов охлаждаться способом согласно изобретению до температуры 60^oC. После этого нет необходимости в дополнительных мероприятиях по циркуляционному охлаждению. В основе изобретения лежит, в частности, тот факт, что в рамках способа согласно изобретению для создания разрежения может применяться уже существующее насосное устройство, используемое, в частности, для сушки емкостей. Эта форма выполнения способа характеризуется простотой его осуществления и незначительными затратами. С помощью уже существующего насосного устройства можно успешно, без дорогостоящих средств на адаптацию, осуществлять способ согласно изобретению.

В рамках изобретения имеется множество возможностей дополнительных форм осуществления. Целесообразно проводить управление и регулирование процессом охлаждения по скорости подвода охлаждающей воды в емкость и/или регулированию разрежения, создаваемого с помощью насосного устройства. Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью одного лишь примера выполнения, показанного на чертежах. Здесь схематично показано:

фиг. 1 - устройство для осуществления способа согласно изобретению,

фиг. 2 - температура различных зон емкости как функция времени для примера выполнения, поясняемого ниже,

фиг. 3 - температура тепловыделяющих элементов как функция времени,

фиг. 4 - давление пара в емкости как функция времени,

фиг. 5 - уровень заполнения емкости как функция времени.

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа согласно изобретению для охлаждения загруженной выгоревшими горючими элементами емкости 1 для транспортировки и/или хранения горючих элементов. Охлаждающая вода непрерывно подводится в емкость 1 через подводящий трубопровод 4 из водного резервуара 2 через устройство 3 для циркуляционного охлаждения, являющееся в примере выполнения по фиг. 1 водным бассейном для топливных элементов реактора. Уже перед вводом охлаждающей воды с помощью газооткачивающего насосного устройства 5 через отводящий трубопровод 6 и соединительный трубопровод 7 вакуумируется емкость 1 и устройство 3 охлаждения, благодаря чему сначала откачиваются газы, еще имеющиеся в емкости. В примере выполнения по фиг. 1 можно применять существующее насосное устройство 5, уже применяющееся для сушки емкости 1. Насосное устройство 5 имеет, предпочтительно, два золотниковых насоса для создания разрежения, не показанных на чертежах. В примере выполнения по фиг. 1 показана - ради упрощения изображения - только емкость 1. Само собой разумеется, что к устройству 3 циркуляционного охлаждения или насосному устройству 5 могут подключаться также несколько емкостей 1, расположенных, например, рядом друг с другом. Емкость или емкости могут размещаться в месте, предназначенном для обслуживания или дальнейшей транспортировки емкостей, и в противоположность вышеописанным известным мероприятиям для охлаждения не должны устанавливаться в водном резервуаре 2 или водном бассейне для горючих элементов.

Во время ввода по подводящему трубопроводу 4 охлаждающей воды в емкость 1, с помощью насосного устройства 5 в емкости 1 и устройстве 3 охлаждения создается разрежение. При этом образующийся в нагреваемой емкости 1 водяной пар непрерывно отводится. Само собой разумеется, что одновременно отводятся и другие газы, образующиеся в емкости 1. Водяной пар конденсируется с помощью охлаждающей воды из водного резервуара 2 в конденсаторе 8, выполненном в виде противоточного смесительного конденсатора. При этом подводимый через отводящий трубопровод 6 в конденсатор 8 водяной пар подается в противотоке к охлаждающей воде, подаваемой в конденсатор 8 через трубопровод 9 для охлаждающей воды. Охлаждающая вода подводится из водного резервуара 2 в конденсатор 8 через насос 10 для охлаждающей воды. Охлаждающая вода, смешиваемая с конденсирующимся водяным паром, после выхода из конденсатора 8 через насос 11 подводится первым частичным потоком через трубопровод 4 в емкость 1. Второй частичный поток охлаждающей воды, смешанной с конденсирующимся водяным паром, возвращается в водный резервуар 2. Во время процесса охлаждения емкость 1 постепенно заполняется охлаждающей водой. Газы, отводимые из емкости 1, и водяной пар, возможно, не конденсированный в конденсаторе 8, через соединительный трубопровод 7 отводятся насосным устройством 5 из конденсатора 8. При этом газовую смесь пропускают через дополнительный конденсатор 12 для конденсации водяного пара, еще остающегося в газовой смеси, так как насосное устройство имеет, как правило, лишь ограниченную совместимость с паром. В эмиссионном конденсаторе 13, подключенном за насосным устройством 5, конденсируется еще имеющийся пар и отводимые газы, возможно с оставшимся паром, подводят через отводящий трубопровод 14 к вентиляционной системе. Ниже способ согласно изобретению поясняется более подробно с помощью примера выполнения.

Пример выполнения

Способ согласно изобретению осуществляется с помощью устройства, представленного на фиг. 1 и поясненного выше. Применялась обычная емкость для транспортировки облученных тепловыделяющих элементов, имеющих максимальную остаточную мощность распада - 21 кВт. В емкость при температуре 40^oC вводилась охлаждающая вода в количестве 20 л/мин. Температура окружающей среды составляла 27^oC. Свободный объем емкости, имевшийся в распоряжении для приема охлаждающей воды, составлял 4.4 м³. Свободная поверхность, имевшаяся в распоряжении для контакта с охлаждающей водой, составляла 1.32 м². На фиг. 2 показана характеристика температуры во время процесса охлаждения за период времени, равный 9 часам. Кривая A, проведенная сплошной линией, лает характеристику температуры на первичной крышке емкости, кривая B, показанная штриховой линией - характеристику температуры на стенке емкости, а кривая C, показанная штрихпунктирной линией - характеристику температуры для дна емкости в указанный период времени. Можно увидеть, что, приблизительно, за 10 часов обеспечивается охлаждение емкости до температуры около 60^oC. На фиг. 3 показана характеристика температуры топливных элементов для первых трех часов циркуляционного охлаждения. На фиг. 4 представлено давление пара в емкости в первые три часа охлаждения. В емкости постоянно поддерживалось давление ниже 1 бар, то есть разрежение. Максимум кривой согласно фиг. 4 находится, как раз, ниже 1 бар. В соответствующий момент времени отводящий трубопровод 6 емкости временно закрывался. На фиг. 5 сплошной линией показан уровень заполнения емкости охлаждающей водой через 9 часов. В результате было достигнуто сравнительно быстрое и эффективное охлаждение емкости. Дополнительных мероприятий по охлаждению не потребовалось и емкость могла применяться для дальнейших манипуляций или для дальнейшей транспортировки.