CN103026421A - 包括改进的热传导装置的用于运输和/或存储放射性材料的密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于放射性材料的运输和/或存储的密封装置(2)，包括限定用于容纳放射性材料的腔体(6)的外侧主体(10)，所述腔体(6)沿着纵向轴线(8)延伸，所述外侧主体(10)具有内壁(20)和外壁(22)，在内壁(20)和外壁(22)之间限定围绕所述纵向轴线(8)延伸的空间(14)，该空间(14)容纳放射防护装置(18)和热传导装置(16)。根据本发明，所述热传导装置包括多个热传导元件(31)，每个热传导元件(31)在内部限定从所述内壁(20)通到所述外壁(22)的传导方向(36)上纵长延伸的空隙(32)。

Description

包括改进的热传导装置的用于运输和/或存储放射性材料的密封装置
技术领域
本发明涉及用于放射性材料(优选地为辐射的核燃料组件的类型)的运输和/或存储的密封装置领域。
背景技术
一般地，也称为“筐”或“架”的存储装置用于放射性材料的运输和/或存储。这些通常为圆柱形形状且基本为圆形或多边形截面的存储装置适于接纳放射性材料。存储装置用于容纳在密封装置的腔体中，以便与密封装置共同地形成用于放射性材料的运输和/或存储的在其中放射性材料完全被封闭的容器。
上述的腔体通常由沿着密封装置的纵向轴线(longitudinal axis)延伸的外侧主体，以及底部和沿着纵向轴线方向而布置在主体的相对端部上的封装盖来限定。外侧主体包括通常具有共同地形成内部容纳有热传导装置与辐射防护装置的环形空间的两个同轴金属壳形式的内壁和外壁，尤其用于形成防护由容纳在腔体中的辐射材料放射的中子的屏障。
热传导装置能够使由放射性材料释放的热量朝着容器外部传导，以防止可能引起损坏这些材料的过热、构成密封装置的材料机械性质的损害，或在腔体中压力的异常升高的任何风险。
热传导装置具有已经形成不同实施例的很多发展的主题。最广泛使用的热传导装置之一涉及两个壳之间环形空间中的翅片(fin)/肋材的铺设。在密封装置的纵向轴线方向上纵长(lengthways)延伸的这些翅片因此能够使热量从内壳朝外壳传导。而且，在该实施例中，一般地存在插入这些翅片之间的放射防护限制块(block)。
尽管广泛的使用，但是使用热传导翅片的该方案能够表现出这一问题，即：其可以在具有这些相同翅片的接头处的密封装置外侧主体的外壳上产生热点。
尤其从文献EP 1355320知道的另一方案通过利用蜂巢结构部分地解决了热传递均匀性的该问题。然而，在该文献中提出的布局提供了不太完美的热传导能力。而且，要求热传导翅片与蜂巢结构结合使用，这使密封装置的设计复杂化。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地弥补与现有技术实施例相关的上述缺点。
为了做到这一点，本发明的目的是一种用于辐射材料的运输和/或存储的密封装置，其中所述密封装置包括限定用于容纳所述放射性材料的腔体的外侧主体，所述腔体沿着所述密封装置的纵向轴线延伸，其中所述外侧主体包括内壁和外壁，在内壁和外壁之间限定围绕所述纵向轴线延伸的空间，其中所述空间容纳放射防护装置以及热传导装置。根据本发明，所述热传导装置包括多个热传导元件，每个热传导元件在内部限定从所述内壁通到所述外壁的传导方向上纵长延伸的空隙。而且，所述热传导元件中的至少一部分(且优选这些热传导元件的每一个)具有至少部分地被放射防护材料填充(且优选地被该材料全部填充)的空隙。
所述空隙的特定取向与从其伸出的热传导元件的取向提供了改进的热传导能力(尤其相对于在EP1355320中描述的使用蜂巢结构的方案)，其中由蜂巢单元形成的空隙平行于密封装置的壁以及纵向轴线而定向。这意味着由于本发明中的这些特定方向所致，由传导元件限定的热传导路径相对于在文献EP1355320中的蜂巢结构涉及的热传导路径而缩短，这是因为由传导元件限定的该热传导路径以更直接的方式连接外侧主体的两个壁。而且，两个壁之间的热传导路径不经受在文献EP1355320的蜂巢结构中涉及类型的多个中断的缺陷，这是由共同形成蜂巢单元的金属薄片的叠加所导致的。
此外，通过热传导元件的合适分布和数量，由本发明提供的方案能够容易地防止外侧主体外壁上出现热点。
最后，由于本发明提供了优异的热传递，所以其不再要求使用现有技术中所用类型的热传导翅片。
优选地，所述热传导元件中的至少一些各自在对于密封装置外侧主体基本成径向的方向上延伸，该基本成径向的方向实际上是用于连接外侧主体的两壁的最直接的路径方向。在该方面，所述径向方向必须理解为与外侧主体的两个壁中的每个壁都正交地局部相交的方向。而且，本发明不限制为这种传导方向，并且后者可以例如相对于径向平面和/或相对于横向平面而倾斜。
优选地，所述热传导元件中的至少一些各自显示出基本圆柱形形状。然而，圆柱形形状可以被从内壁通向外壁而尺寸增大的形状替代，尤其用于容许这些壁之间平均直径的差异。在这种情况下，上述元件的横截面的几何形状优选地保持相同，其中仅横截面的大小因此改变。
根据示出的示例，热传导元件的横截面可以是圆形的或诸如正方形或六边形等多边形的。
优选地，所述热传导元件中的至少一些中的每个都沿着传导方向，在基本等于使内壁和外壁分开的距离的长度上一起延伸。这在两个壁之间提供了不间断的热传导路径，这有助于热量的良好去除。然而，所述热传导元件中的至少一些可以沿着传导方向截成多个节段，也就是说由端对端布置的若干个长度形成。当热传导元件深入地连接到放射防护材料，例如以便形成限制块时，这提供了特别的益处，这是本发明中优选的情况。实际上，当需要仅替换热传导装置和/或放射防护装置的一部分时，上述分节表示可以使用较小尺寸(通常更适于缺陷的大小)的替换限制块，因此减少了在这些替换操作期间引起的材料损耗。
优选地，所述热传导元件一起形成空隙的网络，所述空隙的网络在沿着平行于纵向轴线并且横穿该网络的至少一个平面的横截面上提供了其空隙密度具有大于或等于100个空隙/平方米的值的至少一个区域。优选地在全部热传导装置中涉及的这种高的最小密度能够获得优异的热量传导均匀性。也说明该密度可以在热传导装置内改变。
此外，界定各空隙的热传导元件的壁可以是薄的，这有助于减少放射泄漏的风险。优选地，界定各空隙的热传导元件的壁的平均厚度在0.02至0.5mm之间。
优选地，每个空隙在与传导方向正交的横截面中具有2至25mm之间的最大宽度，其中该最大宽度自然地对应于圆形横截面的具体情况下的直径。
另外，空隙沿着传导方向的长度与其最大宽度的比例优选地在3至100之间。
可以通过确保使用一个或多个蜂巢结构而制成所述热传导元件中的至少一些来实现上述高密度值，其中每个蜂巢单元形成热传导元件的所述空隙。在本文中，上述单元可以是任何形状的，例如诸如正方形或六边形等多边形的。此外，所述单元可以是圆柱形的或如上述的其尺寸从内壁通到外壁而增大的形状。这种使用的优点在于这一事实，即：蜂巢结构是以高度可变的形式可广泛地商购获得。而且，表明获得由蜂巢结构提供的高单元密度，这是因为每个都界定若干个单元的各个壁所致。该方面还确保在蜂巢结构的热传导能力与该结构质量之间存在良好的比例。与相等的结构质量相关，甚至在该结构包括表示高单元密度的小横截面的单元时该比例增大，并且其壁是薄的。
对于上述而言，指出蜂巢结构必须由通过使用形成各单元的薄片/长片的堆叠体而形成的结构而制成，其中堆叠方向与这些单元的纵向方向(longitudinaldirection)正交。
根据使用蜂巢结构的该方案，优选地布置为每个结构设置有使各单元互相连接的孔。这有助于当放射防护材料通过浇铸而导入时(尤其当浇铸直接在密封装置外侧主体的两个壁之间进行时)，将放射防护材料导入单元中，其中蜂巢结构已经在壁内的空间(inter-wall space)中位于合适的位置中。所述孔优选地形成在蜂巢结构的薄片堆叠的方向上。这些使用的孔的数量取决于不同参数，诸如浇铸的材料粘度等。
可替代地或同时地利用蜂巢结构方案，可以布置为通过使用互相间隔的独立元件制成某些所述热传导元件，其中这些元件则优选各自采用管状形状、圆柱形形状或向外侧主体外壁展开的形状，以及任何横截面形状的形状。在可以结合前述方案的又一个不同方案中，独立的热传导元件可以布置为互相接触，且可以固定到一起。这产生近似蜂巢结构的配置。
优选地至少一个热传导元件(且优选地每个热传导元件)在外部贴靠所述放射防护材料，并且也在内部在其空隙处贴靠所述放射防护材料。因此，在至少一个热传导元件的外部和内部安装的是相同的固体材料。
通常，如所述由每个热传导元件限定的空隙在与传导方向正交的平面中不一定具有闭合的横截面，尽管空隙的闭合特性代表优选的方案。而且，上述空隙优选地在传导方向上沿着其相关联的热传导元件以连续方式延伸，然而沿着该相同的传导方向，在其两个相对端部处保持开放。
最后，密封装置的外侧主体优选地显示出常规的圆柱形形状，例如圆形或多边形横截面。在全部这些情况下，采用该相同形状的内壁和外壁通常被称为壳，并且是同轴的，并以围绕其定位壳内空间(inter-shell space)的所述纵向轴线为中心。
本发明还涉及一种用于放射性材料的运输和/或存储的容器，所述容器包括如上述的密封装置。
本发明的其它优点和特征将在以下非限制性的详细公开内容中描述。
附图说明
将参照附图进行该说明，其中：
图1示出根据本发明优选实施例的用于核燃料组件的运输和/或存储的容器的横截面图；
图2示出沿着图1的II-II线获得的部分截面图；
图3示出与在图2中示出的部分截面图相似的视图，其中以可替代实施例的形式示出热传导装置；以及
图4示出形成热传导装置和放射防护装置的一部分的拟布置在密封装置外侧主体的壳内空间中的限制块的部分透视图。
具体实施方式
首先，参照图1，可以看到用于核燃料组件的运输和/或存储的容器1。
容器1一般包括在内部为存储装置4(也称为存储筐)的形成本发明主题的密封装置2。如图1中示意性示出的，装置4设计为位于密封装置2的贮槽腔体6中，其中也可以注意到与存储装置和贮槽腔体的纵向轴线合并的该密封装置的纵向轴线8。
贯穿该公开内容，术语“纵向的(longitudinal)”必须理解为与纵向轴线8以及密封装置的纵向方向平行。
在此，示出了位于水平/横卧位置的形成用于燃料组件的接纳贮槽的容器1和装置4，该水平/横卧位置通常在上述组件的运输期间采用，并且不同于用于燃料组件的装载/卸载的垂直位置。
通常，密封装置2主要具有底部(未示出)、盖(未示出)以及外侧主体10，在该底部上装置4意图保持在其垂直位置上，该盖位于该密封装置的另一纵向端部处，该外侧主体围绕且沿着纵向轴线8(即在容器1的纵向方向上)延伸。
正是该外侧主体10，用侧部内表面12限定了主要为圆柱形形状和圆形截面的贮槽腔体6，该贮槽腔体6具有与轴线8合并的轴线。
限定在盖处打开的腔体6底部的密封装置的底部可以制造为与外侧主体10的一部分形成单个部分，这不超出本发明的范围。
再次参照图1，可以详细地看到外侧主体10的设计，该外侧主体10首先具有共同地形成以密封装置的纵向轴线8为中心的环形空间14的两个同轴金属壁/壳。这实际上涉及以轴线8为中心的内壳20和也以轴线8为中心的外壳22。
环形空间14被热传导装置16并且也被放射防护装置18填充，以便主要设计为形成防护由容纳在存储装置4中的燃料组件放射的中子的屏障。因此，这些元件容纳在内壳20与外壳22之间，内壳20的内表面对应于腔体6的侧部内表面12。
通过使用本身已知的固体材料来制作放射防护装置18，该固体材料为诸如聚合物基质复合材料等，并且更具体地其基质为树脂，优选高度氢化的树脂，例如乙烯基酯树脂的类型。该中子防护材料也命名为“树脂混凝土”。
可以额外地添加用于赋予复合材料自灭性的添加剂。
热传导装置16例如通过使用提供优良热传导特性的铝合金或铜合金型的合金而制作。也可以是陶瓷或诸如碳化硅等碳类的材料。
此外，硼可包括在放射防护装置和/或热传导装置中，以加强中子防护功能。
在图1和图2示出的实施例中，放射防护装置18具有浇铸在两个壳20、22之间的材料的单个限制块的形式，该单个限制块穿入热传导装置16内部，这将在下文中详细地描述。
首先，热传导装置在此通过使用多个蜂巢结构30而形成，所述多个蜂巢结构30在壳内空间14中相互邻接地周向设置。每个结构30显示出例如环形斜剖面的形式，该环形斜剖面沿着优选地在5°至60°之间的角度延伸。每个结构30也在轴线8的方向上在空间14的整个长度上以及基本在该空间的整个径向长度上延伸，或者可替代地甚至可以在这两个方向的一个方向和/或另一个方向上截成多个节段。
每个结构30形成热传导元件31，每个热传导元件31在内部限定了对应于该结构的单元/隔间的空隙32。因此由于“蜂巢”的设计，形成元件31的空隙/单元的壁34中的每个壁都限定若干个空隙/单元32。
本发明的具体特征之一在于这一事实，即：空隙32各自在从内壳20通到外壳22的传导方向36上纵长地延伸，其中该方向对应于涉及的蜂巢单元的纵向轴线。如图1中所示，该方向36优选地为径向的或基本为径向的。在该方面中，在图1中的最左侧的蜂巢结构30上，传导元件31大致为圆柱形的并且互相平行，正与它们限定的空隙32相似。传导方向36在此非常接近径向方向，虽然传导方向36可以相对于该相同的径向方向倾斜几度。在该结构中，然而若干空隙32可以显示出传导方向36，该传导方向36精确地对应于外侧主体10的径向方向，即与轴线8正交地相交。另一方面，在图1中的最右侧的蜂巢结构30中，传导元件31不再是圆柱形的，但是每个传导元件31显示出从内壳20通到外壳22增大的尺寸的形状，尤其使得能容许这两个壳之间的直径差异。每个元件31的横截面几何形状优选保持相同，其中仅该截面的尺寸则朝向外壳22增大。
在此，元件31中的每个元件的传导方向36通过与轴线8正交地相交而对应于外侧主体10的径向方向。
如上述，热传导元件31和该热传导元件31限定的空隙32各自在与使两个壳分开的距离基本相同的长度上以涉及的元件31的传导方向36延伸。出于表示的目的，注意到优选仅留出组件间隙，以便能将结构30导入壳内空间14中。
在图1和图2中描述且示出的优选实施例中，蜂巢结构30限定六边形横截面的热传导元件31，虽然可以设想任何其它形式，而不超出本发明的范围。通过使用形成空隙/单元32的凸出薄片/长条40的堆叠体的以常规方式形成该六边形形状，其中这些薄片的堆叠方向42与单元的纵向方向36正交。
如图2中的情况，与传导方向36正交的横截面中考虑的每个空隙32显示出在2至25mm之间的最大宽度“1”。而且，界定空隙32的热传导元件31的壁是薄的，例如在0.02至0.5之间的平均厚度。在此，壁的某些部分由单个薄片40形成，而其它部分由两个薄片40的叠加形成。因此，上述的平均厚度限定为等于形成蜂巢结构30的被叠加薄片40的厚度的1.5倍。
此外，沿着传导方向36的每个空隙32的长度“L”与上述最大宽度“l”的比例优选地在3至100之间。在本文中，长度“L”优选地在75至200mm之间。
使用蜂巢结构30的优点归因于可以实现的传导元件31与空隙32的高密度。这意味着热传导元件31一起形成空隙32的网络，该空隙32的网络在沿着平行于轴线8并且横穿该网络的至少一个平面的横截面中提供其空隙32的密度具有大于或等于100个空隙/平方米的值的至少一个区域。图2示出沿着图1中示出的线II-II的平面的这种部分。自然地，在装置16的给定区域中，可能存在其中观察该密度值的横截面的若干平面。而且，优选地进行布置以确保如果需要，则该最小密度值在传导装置16的全部区域中，尽管在这些相同的装置16内可以改变该值。
在描述的优选实施例中，放射防护材料18优选地完全填充蜂巢结构30中的空隙32。假定该材料的铸造直接在壳内空间14中进行(其中结构30已经位于垂直位置上的密封装置中的合适位置中)，设想孔46形成在薄片40中以确保空隙32连接在一起。在材料18的重力浇铸过程中，后者可以因此使用孔46以在结构30的空隙32的每个空隙中尽可能广泛地分布。如图2所示，孔46在此形成在薄片40的堆叠体42的方向上。使用的数量取决于不同参数，诸如浇铸的材料粘度等。
根据图3中示出的一个可替代实施例，热传导元件不再使用蜂巢结构制作，而是由相互间隔的独立元件31制作。因此不同于先前实施例，独立元件31中的每个都具有其自身的壁，即不与其它元件31共用。如在图3中所示，所述独立元件31可以是例如圆形截面的管。可替代地，元件可以采取从内壁通向外壁变大的形式，诸如锥形形式等。上述元件的横截面的几何形状优选保持相同，其中仅横截面的大小由此改变。
壳内空间14中的形状、尺寸和布局与针对使用蜂巢结构的方案描述的形状、尺寸和布局相同或相似。而且，在内部限定空隙32的这些管31也可以设置有孔，使得这些管31可以更容易地被中子防护材料18填充。
最后参照图4，以壳的角扇形(angular sector)形状示出限制块100，以插入壳内空间14。也涉及本发明的该方案因此与先前方案形成对照，在先前方案中涉及将若干扇形壳100插入该空间14之前，在空间14外制作若干扇形壳100，使得这些扇形壳100可以互相邻接地周向布置。
每个限制块100包含中子防护材料18以及被或多或少限定该限制块的全部外围表面的这种材料填充的多个热传导元件31。而且，布置为使传导元件31的端部在限制块的两个同轴表面110、112处保持暴露，所述两个同轴表面110、112分别用于面对/接触界定空间14的壳20、22的表面。这意味着在壳20、22与限制块100的热传导元件之间可以实现更好的热传递。应该注意到虽然限制块100的热传导元件在本文中为与图3中示出的热传导元件相同的类型，然而热传导元件可以采取符合本发明的任何形式，且具体地采取在图1和图2中示出的形式。
自然地，对于作为非限制性示例唯一描述的本发明来说，可以由本领域的普通技术人员进行不同修改。

Claims (10)

1.一种用于放射性材料的运输和/或存储的密封装置(2)，其中所述密封装置包括限定用于容纳所述放射性材料的腔体(6)的外侧主体(10)，所述外侧主体(10)沿着所述密封装置的纵向轴线(8)延伸；其中所述主体(10)包括内壁(20)和外壁(22)，在所述内壁(20)和外壁(22)之间限定围绕所述纵向轴线延伸的空间(14)，其中所述空间容纳放射防护装置(18)以及热传导装置(16)；
其特征在于，所述热传导装置包括多个热传导元件(31)，每个所述热传导元件(31)在内部限定在从所述内壁(20)朝向所述外壁(22)伸展的传导方向(36)上纵长延伸的空隙(32)，且所述热传导元件(31)中的至少一部分具有至少部分地被放射防护材料填充的空隙(32)。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)中的某些各自在对于所述密封装置的外侧主体基本成径向的方向上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)中的至少一些各自显示出基本圆柱形的形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)中的至少一些各自沿着所述传导方向(36)，在基本等于使所述内壁和所述外壁分开的距离的长度上一起延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)一起形成空隙(32)的网络，所述空隙(32)的网络在沿着平行于所述纵向轴线(8)并且横穿该网络的至少一个平面的横截面上显示出至少一个空隙密度值大于或等于100个空隙/平方米的区域。
6.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)中的至少一些通过使用一个或多个蜂巢结构(30)制成，其中每个蜂巢单元形成热传导元件的所述空隙(32)。
7.根据权利要求6所述的密封装置，其特征在于，每个蜂巢结构配备有将单元(32)连接在一起的孔(46)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)中的至少一些通过使用互相隔开的独立元件制成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述热传导元件(31)中的至少一个在外部贴靠所述放射防护材料，并且也在内部于该热传导元件的空隙(32)处贴靠所述放射防护材料。
10.一种用于放射性材料的运输和/或存储的容器(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的密封装置(2)。
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