CN108140438B - 用于从封装装置排放热量的具有基座的冷却元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运输和/或储存放射性物质的封装装置。该封装装置包括壁元件(26)和附接至壁元件(26)并且从壁元件(26)向封装装置外部突出的冷却元件(31，32)。冷却元件(31，32)包括基座(40)和刚性地连接至基座(40)的至少一个翅片(35)。基座(40)在翅片(35)的两侧分别向基座的两个相对的侧端部延伸，每个侧端部经由焊接部附接至壁元件(26)。

Description

用于从封装装置排放热量的具有基座的冷却元件

技术领域

本发明涉及一种用于储存和/或运输例如新的或辐照过的核燃料组件的放射性物质的封装装置。本发明特别地涉及将冷却元件附接至封装装置的外壁元件。

背景技术

用于运输和/或储存放射性物质的封装装置包括侧面本体，该侧面本体在其两个纵向端部处分别由底部和盖子封闭。

侧面本体包括多个冷却元件，这多个冷却元件从外壁元件向封装装置外部突出。这些冷却元件通常沿着封装装置的周向彼此非常接近。

冷却元件特别地通过焊接附接至壁元件。但是，一些焊接方法特别是在冷却元件的基座附近产生破坏/切断冷却元件的风险。其他焊接方法存在使外壁元件劣化的风险。

发明内容

本发明旨在至少部分地解决现有技术的方案中遇到的问题。

就此而言，本发明的一个目的是一种用于运输和/或储存例如核燃料组件的放射性物质的封装装置。

该封装装置包括壁元件和附接至壁元件的冷却元件。冷却元件从壁元件向封装装置的外部突出。冷却元件包括基座和至少一个翅片，该至少一个翅片与基座成一体或被固定至基座。

根据本发明，基座在翅片的两侧分别向基座的两个相对的侧端部延伸，每个侧端部经由焊接部被附接至壁元件。

在将冷却元件附接至壁元件时，基座使得焊接金属区域能够从翅片基底移开。因此，当使用利用集中的和局部的热量输入的已知焊接方法例如激光束或电子束焊接时，降低了损坏/切断翅片的风险。

此外，这种焊接方法限制了在焊接时壁元件的温度升高以及由塑性收缩导致壁元件不可逆地变形的风险。

因此，本发明降低了损坏冷却元件的风险，同时限制了在将冷却元件附接至壁元件时壁元件的变形。

本发明可以可选地包括彼此组合或不组合的如下特征中的一个或更多个。

有利地，壁元件包括容置部，基座被布置在该容置部中，基座的侧端部中的至少一个经由焊接部连接至容置部的至少一个侧边缘。

由此有助于基座与壁元件之间的热传导。

根据一个特定的实施例，基座被容置在容置部中以使得至少在容置部的一个边缘处与壁元件的表面齐平。

结果，在冷却元件与壁元件之间实现对冷却元件更佳的附接以及实现了更佳的热传导。

有利地，基座的沿着至少一个侧端部的高度大于或等于翅片的平均厚度的一半。

由此改善了基座和壁元件之间的热传导。

根据一个有利的实施例，壁元件、基座和/或翅片包含铜。

铜允许合适的热传导，但壁元件、基座和/或翅片更可能发生塑性变形。

有利地，基座和翅片被一体地成形为单体件。

因此，它们相当容易制造，同时可更好地将热量排放出封装装置。

根据另一个有利的实施例，所述封装装置包括中子屏蔽块和至少一个内部热传导元件，

壁元件与内部热传导元件刚性地成一体或被固定至内部热传导元件，内部热传导元件与封装装置的套筒相接触，

套筒、内部热传导元件和壁元件至少部分地围绕中子屏蔽块。

根据另一特定实施例，冷却元件包括至少两个翅片和翅片共用的基座，基座在翅片的两侧朝基座的两个相对的侧端部延伸，每个端部经由焊接部附接至壁元件。

因此，由于共用的基座，制造封装装置更容易。

根据另一个有利的实施例，封装装置包括附接至壁元件的第二冷却元件，第二冷却元件包括与基座成一体或固定至基座的至少一个翅片，冷却元件之间的距离小于翅片中的至少一个的高度。

冷却元件的数量和密度使封装装置难以制造，同时提供了适当的散热。

本发明还涉及热传导元件，该热传导元件用于运输和/或储存放射性物质的封装装置，该热传导元件包括：

内部热传导元件，

至少一个冷却元件，以及

用于形成封装装置的外壳部分的壁元件，内部热传导元件和冷却元件位于壁元件的两侧，该壁元件机械连接和热连接该内部热传导元件和该冷却元件，

冷却元件包括基座和与基座成一体或固定至基座的至少一个翅片。

根据本发明，基座在翅片的两侧分别向与基座相对的两个侧端部延伸，每个侧端部经由焊接部附接至壁元件。

本发明还涉及一种用于制造例如上文所限定的用于运输和/或储存放射性物质的封装装置的方法。

根据本发明，该方法包括将基座的两个相对的侧端部中的每一个焊接至壁元件的步骤。

有利地，基座在其两个侧端部之间的宽度大于或等于翅片的平均厚度的两倍。

在将冷却元件附接至壁元件时，由于进一步地从翅片基底移开焊接金属区域从而进一步降低了切断翅片的风险。

根据一个特定实施例，通过电子束或激光束焊接将基座焊接至壁元件。

根据另一特定实施例，基座被布置在容置部中，该容置部被设置在壁元件中，基座沿着热接触界面被焊接在容置部中，该热接触界面相对于翅片的高度方向以介于0°到30°之间的角度倾斜。

冷却元件至基座的附接被改进，同时促进了基座与冷却元件之间的热交换。

根据一个有利的实施例，制造方法包括在板中制作凹口以形成冷却元件的翅片的步骤，凹口沿着板的纵向方向彼此间隔开。

有利地，板包括冷却元件的基座。在制作凹口的步骤之后实施沿着板的纵向方向焊接基座的侧端部的步骤。

优选地，该方法包括在焊接步骤之后将翅片围绕其纵向轴线扭转的步骤。

由此有助于制造具有许多翅片的封装装置。

附图说明

通过参照附图阅读以纯粹说明性的方式给出并且无限制性目的的对示例性实施方案的描述，将更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的用于运输和/或储存核燃料组件的封装装置的局部透视图和局部截面图；

图2是根据第一实施例的封装装置的局部横截面图；

图3是根据第一实施例的封装装置的热传导元件的局部正视图；

图4是根据本发明的第二实施例的封装装置的局部透视图和局部截面视图；

图5是根据第二实施例的封装装置的热传导元件的局部正视图；

图6是根据第一实施例或第二实施例的封装装置的冷却元件的局部横截面图；

图7是冷却元件和壁元件的替代实施例的局部横截面图；

图8至少部分地示出了用于制造根据第一实施例或第二实施例的封装装置的方法的实施方式；

图9至少部分地示出了用于制造封装装置的方法的替代实施例的实施方式；

图10示出了在制造根据第一实施例的封装装置时制造多个翅片。

具体实施方式

不同附图中的相同、相似或等同部件具有相同的附图标记，以便于从一幅图转换到另一幅图。

图1示出了用于运输和/或储存例如核燃料组件的放射性物质的封装装置2。

封装装置2包括由钢制套筒21径向向内地界定出以及由热传导元件22径向向外地界定出的侧面本体20。

侧面本体20沿着封装装置的纵向轴线X-X延伸。封装装置由盖子4和底部6在侧面本体20的两侧沿纵向方向X-X封闭。

在本文中，除非另有说明，否则形容词“纵向”意为大致平行于纵向轴线X-X，形容词“径向”意为沿大致垂直于该轴线的方向定向，而形容词“横向”意为沿着大致垂直于纵向轴线X-X的平面。术语“周向”是指围绕纵向轴线X-X的方向。

套筒21界定出封装装置2的内腔5，篮状件7被容置在该内腔中用于将核燃料组件储存在封装装置2内。

封装装置2和容置在封装装置2中的篮状件7限定出了用于运输和/或储存放射性物质的容器1。

热传导元件22各自包括壁元件26和至少一个冷却元件30，冷却元件30被焊接至壁元件26的外表面S₁。热传导元件22因铜或其合金之一的高热传导性而由铜或其合金之一制成。

在图2中，为了可见性，每个热传导元件22被示出为沿着周向方向具有两个冷却元件30。在图3中，热传导元件22被示出为具有三个冷却元件30，包括第一冷却元件31和第二冷却元件32。

因此，热传导元件22各自包括内部热传导元件28，内部热传导元件28在其第一端部28a处弯曲并且在其与第一端部28a相对的第二端部28b处连接至壁元件26的内表面S₂。

第一端部28a例如通过焊接附接至套筒21。如在图2中可见，壁元件26通过焊接部29相互连接，以形成封装装置2的外壁。

冷却元件30从壁元件26向封装装置2的外部径向地突出，而内部热传导元件28从壁元件26向封装装置2的内部突出。换言之，冷却元件30和内部热传导元件28径向地位于壁元件26的两侧。

热传导元件22在侧面本体20内各自包围中子屏蔽块24。该中子屏蔽块34沿着周向位于两个连续的内部热传导元件28之间。该中子屏蔽块沿着径向位于一方面的套筒21与另一方面的热传导元件22的壁元件26之间。

更具体地参考图3和第一实施例，冷却元件30各自包括多个翅片34，这些翅片沿着封装装置2的纵向方向X-X彼此间隔开并且沿着径向方向Y-Y延伸。另一方面，翅片34各自围绕它们的径向轴线/径向方向Y-Y扭转。

每个冷却元件30包括单个基座40，该基座40为该冷却元件的翅片34所共用并且翅片34从该基座40径向地延伸。基座40在冷却元件30的整个长度上沿着纵向方向X-X大致连续地延伸。

更一般地，两个连续的冷却元件31、32之间的距离“d”小于翅片34的高度h₁，这允许热量从封装装置2适当地排出。然而，冷却元件30之间的相对于它们的高度h₁的短距离“d”倾向于使封装装置2更难以制造。

热量依次通过内部热传导元件28、壁元件26和可能的冷却元件30而从套筒21排出容器1。

图4和图5示出了用于输送和/或储存放射性物质的容器1，其与根据第一实施例的容器1的区别在于冷却元件30的结构。

在第二实施例中，冷却元件30各自包括单个板状翅片35。该翅片35沿着纵向方向X-X大致在封装装置2的整个长度上延伸。

基座40沿着纵向方向X-X在冷却元件30的整个长度上大致连续地延伸。

两个连续的翅片31、32之间的距离“d”与第一实施例的两个连续的翅片34之间的距离大致相同。

根据第二实施例的封装装置2的冷却元件30的数量与根据第一实施例的封装装置2的冷却元件30的数量大致相同。为了清楚起见，在图5中仅示出了两个冷却元件30。

参照第一实施例和第二实施例，每个冷却元件30包括至少一个翅片34、35和基座40。冷却元件30在基座40处连接至壁元件26。

参照图6，基座40包括第一侧端部44和与第一侧端部44相对的第二侧端部45。翅片34、35位于侧端部44、45之间。

在第一实施例和第二实施例中，界定侧端部44、45的侧表面大致垂直于基座的底部42。基座的底部42大致垂直于翅片34、35的轴线Y-Y。

基座在其侧端部44、45之间的宽度l₂约为翅片34、35的平均厚度e₁的两倍。第一端部44的宽度l₄大致等于第二端部45的宽度l₅。基座的高度h₂大于或等于翅片34、35的厚度e₁的一半。

基座40被容置于在壁元件26中制成的凹槽50中。该凹槽50大致沿着封装装置2的纵向方向X-X延伸。该凹槽形成在壁元件26的外表面S₁中制成的凹部。

基座40被容置于凹槽50中，以使得与壁元件26的表面齐平。换言之，基座40的高度h₂大致等于凹槽50的高度h₃，这促进了凹槽的底部52与基座40的底部42之间通过接触进行的热交换。

如在图8中可以看到的，凹槽50由第一侧边缘54和与第一侧边缘54相对的第二侧边缘55侧向界定。

第一侧边缘54旨在经由第一焊接部沿着第一热交换界面S₄与基座的第一侧端部44机械接触。第一侧边缘54的形状与第一侧端部44的形状大致互补。第一焊接部延伸遍及第一侧边缘54，这促进了壁元件26与翅片34、35之间的热交换。

第二侧边缘55旨在经由第二焊接部沿着第二热交换表面S₅与基座的第二侧端部45机械接触。第二侧边缘55的形状与第二侧端部45的形状大致互补。第二焊接部大致延伸遍及第二侧边缘55，这促进了壁元件26与翅片34、35之间的热交换，如箭头F所示。

第一焊接部和第二焊接部是基座40与壁元件26的仅有的焊接部。该第一焊接部和第二焊接部不使用焊补材料形成。

凹槽50在其侧边缘54、55之间的宽度为l₃，该宽度大致等于基座40的将第一焊接部和第二焊接部考虑在内的宽度l₂，以促进壁元件26与冷却元件30之间的热交换。

图7示出一个替代实施例，其中第一侧端部44具有与翅片34、35的轴线Y-Y形成角度α₁的截头圆锥形形状，并且第二侧端部45具有与翅片34、35的轴线Y-Y形成角度α₂的截头圆锥形形状。角度α₁大致等于角度α₂并且最多为约30°，以使得有助于将基座40附接至凹槽的侧边缘54、55，同时确保壁元件26与冷却元件30之间的适当的热传导。

参考图8对用于制造根据第一实施例或第二实施例的封装装置2的方法进行说明。

通过利用集中的和局部的热输入例如激光束或电子束焊接来进行焊接以便将冷却元件30附接至壁元件26。

这些焊接方法相对于电弧焊接是特别有利的，电弧焊接需要预热壁元件26和/或冷却元件30，并且存在壁元件26和/或冷却元件30因塑性收缩而不可逆地变形的风险。

首先将冷却元件30放置到壁元件26的凹槽50中，以使得与壁元件26的表面齐平，如箭头A所示。

然后，通过第一焊接束61将冷却元件30在其第一侧端部44处附接至第一侧边缘54，以沿着第一热接触界面S₄形成第一焊接部。

与形成第一焊接部伴随地或在形成第一焊接部之后，通过第二焊接束62将冷却元件30在其第二侧端部45处附接至第二侧边缘55，以沿着第二热接触界面S₅形成第二焊接部。

在基座的侧端部44、45处焊接冷却元件30使得能够将焊接束61、62从翅片34、35移开，这限制了焊接时切断翅片的风险。焊接束61、62特别地大致平行于翅片34、35的轴线Y-Y。

将冷却元件30沿着封装装置2的周向一个接一个地焊接在壁元件26上。仅当已经将紧邻第二冷却元件32的第一冷却元件31在该冷却元件31的整个长度上附接至相应的壁元件26时，才将第二冷却元件32附接至壁元件26。

图9示出了根据第三实施例的对用于运输和/或储存放射性物质的封装装置2的制造方式。该封装装置的冷却元件30各自包括根据第一实施例的沿着纵向方向X-X间隔开的多个翅片34或者包括如第二实施例中的单个板状翅片35。

根据图9的制造方法与根据图8的制造方法的区别在于每个冷却元件30的基座40未被容置在凹槽50中。相比之下，基座40被焊接至壁元件26的均匀平面表面。

通过第一焊接束61将冷却元件30在其第一侧端部44处沿第三热接触界面S₆附接。

通过第二焊接束62将冷却元件30在其第二侧端部45处沿着第四热接触界面S₇附接。

第三热接触界面S₆和第四热接触界面S₇由基座40的熔化在壁元件26上的侧端部44、45产生。

焊接束优选地大致平行于冷却元件30的至少一个翅片34、35的轴线Y-Y。第一焊接束61与轴线Y-Y的角度θ₁特别地介于0°到30°之间。第二焊接束62与轴线Y-Y的角度θ₂特别地介于0°到30°之间。角度θ₁大致等于角度θ₂。

图10示出了根据第一实施例的封装装置2的冷却元件30中的一个的翅片34的制造方式。

首先，制造方法包括在板36中制作凹口33以形成翅片34的步骤。该板36的形状与根据第二实施例的冷却元件30的形状相似。凹口33沿着纵向方向X-X彼此均匀地间隔开。在该步骤中，翅片34各自具有矩形形状。

然后，将具有凹口的冷却元件30大致在冷却元件30的整个长度上焊接至壁元件26。

然后，将翅片34沿着箭头B、优选地各自沿同一方向围绕它们的径向轴线Y-Y扭转，以使得增加两个连续的翅片34之间的间距。于是，热传导元件22与参考第一实施例的图3所示的热传导元件大致相同。

当然，在不脱离本发明公开内容的范围的情况下，本领域技术人员可以对上述本发明进行各种修改。

封装装置2具有大致为圆筒形的侧面本体20。然而，侧面本体20可以采取其他合适的形状，例如六边形形状。

所示出的热传导元件22可以包括单个冷却元件30、两个冷却元件30或三个冷却元件30或更多个冷却元件30。然而，冷却元件30之间的距离“d”优选地小于翅片34、35的高度h₁。

在所示出的实施例中，冷却元件30各自大致沿着封装装置2的纵向方向X-X延伸，但是该冷却元件可以相对于纵向轴线X-X倾斜。冷却元件30优选地保持彼此大致平行。

在所示出的实施例中，基座40由于通过冷却元件的翅片34、35的轴线Y-Y的平面对称性而大致对称。但是，基座40也可以相对于该平面不对称。

参考图10并且为了制造根据第一实施例的封装装置，仅在一旦已将冷却元件30焊接至壁元件26时才能制作凹口33。

参照图6，基座40的底部42也可以被焊接至凹槽的底部52。可行地，可以用补焊材料形成焊接部。

Claims (18)

1.一种封装装置（2），用于运输和/或储存放射性物质，包括：

壁元件（26）和

冷却元件（30，31，32），所述冷却元件附接至所述壁元件（26），并且其中，所述冷却元件（30，31，32）从所述壁元件（26）向所述封装装置（2）的外部突出，

其中，所述冷却元件（30，31，32）包括基座（40）和至少一个翅片（34，35），所述至少一个翅片与所述基座（40）成一体或固定至所述基座（40），

其中，所述基座（40）在所述翅片（34，35）的两侧分别向所述基座的两个相对的侧端部（44，45）延伸，其中，所述侧端部（44，45）中的每一个经由焊接部附接至所述壁元件（26），

其中，所述壁元件（26）的外表面（S₁）包括凹部，所述凹部形成用于所述基座（40）的容置部，其中，所述基座的所述侧端部（44，45）中的至少一个经由焊接部连接至所述容置部的至少一个侧边缘（54，55）。

2.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述基座（40）被容置在所述容置部中，使得所述基座至少在所述容置部的一个侧边缘（54，55）处与所述壁元件（26）的表面齐平。

3.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述容置部在其侧边缘（54，55）之间具有一宽度（l₃），所述宽度（l₃）至多等于所述基座（40）的宽度（l₂）和所述焊接部的宽度之和。

4.根据权利要求1所述的封装装置，其中，所述基座的沿着所述侧端部（44，45）中的至少一个的高度（h₂）大于或等于所述翅片的平均厚度（e₁）的一半。

5.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述壁元件（26）、所述基座（40）和/或所述翅片（34，35）包含铜。

6.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述基座（40）和所述翅片（34，35）被一体地成形为单体件。

7.根据权利要求1所述的封装装置（2），包括：

中子屏蔽块（24）和

至少一个内部热传导元件（28），

其中，所述壁元件（26）与所述内部热传导元件（28）成一体或者固定至所述内部热传导元件（28），其中，所述内部热传导元件（28）与所述封装装置（2）的套筒（21）相接触，

其中，所述套筒（21）、所述内部热传导元件（28）和所述壁元件（26）至少部分地围绕所述中子屏蔽块（24）。

8.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述冷却元件（30，31，32）包括至少两个翅片（34，35）和由所述翅片（34，35）共用的基座（40），

其中，所述基座（40）在所述翅片（34，35）的两侧向所述基座的两个相对的侧端部（44，45）延伸，其中，所述侧端部（44，45）中的每一个经由焊接部附接至所述壁元件（26）。

9.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述冷却元件为第一冷却元件，并且其中，所述封装装置包括附接至所述壁元件（26）的第二冷却元件，

其中，所述第二冷却元件包括与所述基座（40）成一体或固定至所述基座（40）的至少一个翅片（34，35），

其中，连续的所述第一冷却元件和所述第二冷却元件之间的距离（d）小于所述翅片（34，35）中的至少一个的高度（h₁）。

10.根据权利要求1所述的封装装置（2），其中，所述放射性物质为核燃料组件。

11.一种热传导元件（22），用于封装装置（2），所述封装装置用于运输和/或储存放射性物质，所述热传导元件包括：

内部热传导元件（28），

至少一个冷却元件（30，31，32），以及

壁元件（26），所述壁元件用于形成所述封装装置（2）的外壳部分，其中，所述内部热传导元件（28）和所述冷却元件（30，31，32）位于所述壁元件（26）的两侧，其中，所述壁元件（26）将所述内部热传导元件（28）和所述冷却元件（30，31，32）机械连接和热连接，

其中，所述冷却元件（30，31，32）包括基座（40）和至少一个翅片（34，35），所述至少一个翅片与所述基座（40）成一体或固定至所述基座（40），

其中，所述基座（40）在所述翅片（34，35）的两侧分别向所述基座的相对的两个侧端部（44，45）延伸，其中，所述侧端部（44，45）中的每一个经由焊接部附接至所述壁元件（26），

其中，所述壁元件（26）的外表面（S₁）包括凹部，所述凹部形成用于所述基座（40）的容置部，其中，所述基座的所述侧端部（44，45）中的至少一个经由焊接部连接至所述容置部的至少一个侧边缘（54，55）。

12.一种用于制造根据权利要求1所述的封装装置（2）的制造方法，所述封装装置用于运输和/或储存放射性物质，所述制造方法包括将所述基座（40）的两个相对的侧端部（44，45）中的每一个焊接至所述壁元件（26）的步骤。

13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述基座在其两个侧端部（44，45）之间的宽度（l₂）大于或等于所述翅片的平均厚度（e₁）的两倍。

14.根据权利要求12所述的制造方法，其中，将所述基座（40）通过电子束焊接或通过激光束焊接（61，62）焊接至所述壁元件（26）。

15.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述基座（40）被布置在设置于所述壁元件（26）中的容置部中，其中，将所述基座（40）沿着热接触界面（S₄，S₅）焊接在所述容置部中，其中，所述热接触界面（S₄，S₅）相对于所述翅片的高度方向（Y-Y）以介于0°到30°之间的角度（α₁，α₂）倾斜，其中，所述翅片的高度方向（Y-Y）是所述封装装置（2）的径向方向。

16.根据权利要求12所述的制造方法，所述方法包括在板（36）中制作凹口（33）以形成所述冷却元件（30，31，32）的翅片（34）的步骤，其中，所述凹口（33）沿所述板（36）的纵向方向（X-X）彼此间隔开。

17.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述板（36）包括所述冷却元件（30，31，32）的所述基座（40），

其中，在制作所述凹口的步骤之后实施沿着所述板的纵向方向（X-X）焊接所述基座（40）的所述侧端部（44，45）的步骤。

18.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述方法包括在焊接步骤之后将所述翅片（34）围绕其高度方向（Y-Y）扭转的步骤，所述高度方向为所述封装装置（2）的径向方向。

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