CN108369829A - 用于传输和/或存储放射性材料的包装的、通过自然对流消散热量的改进结构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过自然对流消散热量的结构件(30)，该结构件旨在被设置在于用于运输和/或存储放射性材料的包装的外围，该结构件具有两个相邻的结构件半部(30a，30b)，该结构件半部各自包括主散热片(40a，40b)，主散热片是平行的且相对于结构件的高度方向(8)成角度，当包装被竖直布置成使得其底部(4)朝下定向时，两个结构件半部(30a，30b)的主散热片(40a，40b)成对地形成具有倒V总体形状的散热片(44)。

Description

用于传输和/或存储放射性材料的包装的、通过自然对流消散 热量的改进结构件

技术领域

本发明涉及对由装载到用于运输和/或存储放射性材料的包装中的放射性材料产生的热量进行排放领域。

更确切地说，本发明涉及一种通过自然对流消散热量的结构件，该结构件旨在设置在用于运输和/或存储放射性材料的包装(例如核燃料或放射性废物的组件)的外围。

背景技术

根据现有技术，已知的是，围绕包装的侧向本体的外表面安装用于排放热量的外部设备，以便将由容纳在包装中的放射性材料释放的热量排放到周围环境。

具体来讲，这种用于排放热量的设备被设计成限制在使用期间形成该包装的各种元件(具体为接头和放射防护装置)达到的温度，以防止这些元件出现任何退化的风险。

此外，除了能够确保其与周围环境进行热量交换的主要功能之外，该设备还被设计成符合包装的服务限制，诸如去污性、耐久性、耐大气压力、在使用条件下(例如在装载和卸载期间的浸没)持久耐用，或符合中子屏蔽树脂的限制。

这种用于排放热量的外部设备的已知方案是呈包围包装的侧向本体的外壳形式，并且具有适当横截面的纵向直的散热片被焊接在该外壳上。这些散热片也被称为竖直的，因为当包装本身被竖直搁置时，散热片沿竖直方向定向。

然而，该方案可以被改善，因为在实践中，当包装被竖直搁置时，该方案导致随着包装高度而逐渐增加的温度分布。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地克服上述的关于现有技术的实施例的缺点。

为此，本发明的目的首先是一种通过自然对流消散热量的结构件，该结构件旨在被设置在于用于运输和/或存储放射性材料的包装的外围，该结构件具有两个相邻的结构件半部，结构件半部各自包括主散热片，主散热片是平行的且相对于结构件的高度方向倾斜，当包装被竖直布置成使得其底部朝下定向时，两个结构件半部的主散热片成双成对地形成具有倒V的总体形状的散热片，

该结构件具有以下参数：

-H：每个结构件半部的沿着高度方向的高度，该倾斜的主散热片沿着所述高度方向接连地布置，所述高度在2m到5m之间；

-h：每个主散热片的高度，每个主散热片的高度在10mm到100mm之间；

-d：每个限定在两个直接接续的主散热片之间的用于空气循环的主通道的宽度，所述宽度在10mm到50mm之间；

-Ep：每个主散热片的厚度，该厚度满足条件d/Ep≥2.5；

-L：每个结构件半部沿着与高度方向正交的横向方向的宽度，所述宽度L满足以下条件：

0.30.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)≤L≤3.5.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)。

特别是相对于从现有技术已知的竖直的直散热片而言，上面定义的特定几何条件使得散热片的对流性能能够得到很大地改善。此外，令人惊讶地发现，在这些特定尺寸下，有利地，存在主通道中的空气颗粒加速的现象，这提供了增强的热性能。这种现象是主通道的入口处的进气区域与位于这些通道的更下游处的出口区域之间相互作用的结果。更确切地说，出口区域的空气颗粒的一部分以涡流的形式再循环，这使得更多的冷空气能够被吸入这些相同通道的入口。换句话说，在散热片上方和主通道上方形成的这些涡流促进通道中的空气加速。由于在本发明中使用的这种涡流现象，相对于具有给出了相同热交换表面的竖直散热片的方案，在热性能方面的提高至少约为10％。

本发明还具有以下可选的被单独采用或组合采用的特征的至少一个。

两个相邻的结构件半部以大致对称的方式布置。

该结构件具有在两个主散热片的面对的端部之间的可选的间隔Ec，该两个主散热片一起形成具有倒V的整体形状的散热片，两个面对的端部形成V的顶点，该间隔Ec满足条件Ec/L≤0.2。

主散热片是直的并且相对于高度方向倾斜30°到60°之间的值，并且优选地相对于该高度方向倾斜45°的值。

宽度d对于每个结构件半部的用于空气循环的所有主通道是固定不变的并且是相同的。

每个结构件半部的宽度L满足以下更精确的条件：

0.55.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)≤L≤1.8.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)。

在这个有限的数值范围内，散热片的对流性能进一步得到提高。相对于具有给出了相同的热交换表面的竖直散热片的方案，在热性能方面的提高至少约为25％。

两个结构件半部彼此不同，每个结构件半部具有板和其自身的从板突出的主散热片。这使得易于制造和组装。

替代地，两个结构件半部被制造在具有高度H的同一块板上。

每个结构件半部大致是平的，这在此同样使得易于制造。

本发明的目的还在于一种用于运输和/或存储放射性材料的包装，该包装包括在外部设置有多个如上文所述的用于消散热量的结构件的侧向本体，这些结构件围绕侧向本体周向地分布。

沿周向方向直接相邻的两个消散结构件之间的间隔Ec’大致等于间隔Ec。

本发明的进一步的优点和特征将从下文的非限制性的详细说明中显现。

附图说明

本说明将参考附图来给出，在附图中：

-图1示出了根据本发明优选实施例的用于存储和/或运输放射性材料的包装的正视图，该包装包括用于消散热量的结构件；

-图2示出了沿着图1的线II-II截取的局部横截面视图；

-图3是用于消散热量的结构件的一部分的放大正视图；

-图4是沿着图3的线IV-IV截取的横截面视图；以及

-图5是与图3类似的视图，其中已经描绘了空气在散热片上方和用于消散热量的结构件的主通道上方发生涡流的原理。

具体实施方式

首先参照图1和图2，示出了用于存储和/或运输放射性材料的包装1，例如核燃料或放射性废物的组件(未示出)。

该包装1在图1中以竖直存储位置示出，在该位置处，包装的纵向轴线2被竖直定向。该包装被搁置在包装底部4上，该包装底部沿着平行于纵向轴线2的高度方向8与可移除的盖子6相对。在底部4和盖子6之间，包装1包括侧向本体10，该侧向本体围绕轴线2延伸并且在内部限定出用于容置放射性材料的腔12。

侧向本体10通常包括同心的内壳14和外壳16，该内壳和外壳限定出定中心在轴线2上的环形空间18。空间18被连接两个壳14、16的热传导装置20以及中子保护装置22填充。上面提到的装置20、22具有常规设计，因此将不会更详细地描述。

使用多个根据本发明的用于消散热量的结构件30来制造外壳16。这些结构件30围绕轴线2沿周向分布，并且这些结构件各自在高度方向8上沿着在2m到5m之间的高度H延伸。在图2所示的示例中，结构件30包括呈矩形板形状的基部，这些板各自包括两个纵向边缘。这些板通过在它们的面对的边缘处进行焊接而首尾相连地组装，以便通过这种方式重新组成外壳16。

更确切地参照图3，示出了在包装的周向方向32上相邻的两个结构件30。这两个结构件30是相同的，并且优选地，这对于形成外壳16的所有结构件来说也是如此，所有结构件的数量可以在5到40之间。

用于消散热量的每个结构件30包括两个结构件半部30a、30b，该两个结构件半部具有类似的设计并且被布置成相对于包装的径向平面Pr大致对称。结构件半部30a包括直的和平行的主散热片40a。这些散热片相对于包装的高度方向8倾斜，包装的高度方向也对应于结构件30的高度方向。主散热片40a相对于方向8的倾斜角度Aa优选为大约45°。以类似且大致对称的方式，结构件半部30b包括直的和平行的主散热片40b。它们通过优选为大约45°的倾斜角度Ab的方式相对于包装的高度方向8倾斜。然而，对称性可能由于例如提供了两个角度Aa、Ab的值的大约0°到20°的微小的差而是不完美的。

如图1和图3所示，当包装被竖直布置成使得其底部朝下定向时，两个结构件半部的主散热片40a、40b成双成对地形成具有呈倒V的总体形状的散热片44。因此，每个由主散热片40a中的一个和面对的主散热片40b形成的散热片44呈人字形状。

每个结构件半部30a、30b可沿方向8由一体部件制成，或者可以沿该方向8被分成部段。在图1所示的后一种情况下，通过首尾焊接地将结构件半部部段布置为彼此的延伸部。

优选地，两个结构件半部30a、30b彼此不同，即，它们各自包括板46，相关的主散热片从该板46突出，如图4中针对结构件半部30a所示的。这两个板46在其沿周向方向彼此面对的边缘通过焊接组装在一起，以通过这种方式重新组成结构件30。因此，两个被组装的板46一起形成呈参与重新组成外壳16的矩形板的形状的上述基部。

如图3所示，两个结构件半部30a、30b具有对称的设计。在该同一图3中，还示出了沿方向8分别由两个直接接续的散热片40a、40b界定出的主通道48a、48b。

图3和图4确定了用于获得不期望的尤其是高的热性能的决定性几何参数。

这些参数首先涉及每个结构件半部30a、30b的高度H，该结构件半部的高度对应于由这两个结构件半部构成的结构件30的高度H。如上文所述的，高度H在2m至5m之间，优选地接近4m。

这些参数还涉及每个主散热片40a、40b的高度h，该主散热片的高度在10mm到100mm之间，并且优选地对于所有主散热片都是相同的。

每个用于空气循环的主通道48a、48b的宽度d也是这些重要参数的一部分。该宽度d在10mm到50mm之间，并且对于所有通道48a、48b在整个高度H上是固定不变的并且是相同的。

这些参数还涉及每个主散热片40a、40b的厚度Ep，该厚度满足条件d/Ep≥2.5。对于所有主散热片而言，优选地，该厚度Ep也是相同的。

最后，每个结构件半部30a、30b的宽度L也是关键参数。沿着正交于高度方向的横向方向延伸并且可以类比为周向方向32的该宽度L对于两个结构件半部是相同的并且满足以下条件：

0.30.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)≤L≤3.5.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)。

此外，可以在一起形成具有倒V的总体形状的散热片44的两个主散热片40a、40b的面对的端部之间提供可选的间隔Ec。布置在散热片44的顶端处的这个间隔满足条件Ec/L≤0.2。由于间隔沿方向8对齐，所以这些间隔一起在用于消散热量的结构件30的两个结构件半部30a、30b之间的接合处形成一种用于空气出口的竖直通道54。

此外，在沿周向方向32直接相邻的两个消散结构件30之间优选具有间隔Ec'。该间隔Ec'例如大致等于间隔Ec。

几何参数的这种组合提供了非常好的热性能，当这些参数满足以下条件时热性能更好：

0.55.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)≤L≤1.8.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)

甚至更优选地，当宽度L接近由以下乘积定义的比值时，相对于具有竖直的直散热片的常规方案，热性能的提高可以达到90％：0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1。

在上述所有情况下，意外地并且令人惊讶地是，通过主通道48a、48b中的空气颗粒的加速现象的获得而解释了热性能的提高。由图5中的箭头56描绘的通道中的空气加速由通道48a、48b的入口处的进气区域58与位于这些通道的更下游的出口区域60之间的相互作用产生。在该图5中，进气区域58对应于深灰色部分，深灰色部分呈具有向上定向的顶点的三角形的形状。这通过这些在通道48a、48b中的进气区域58朝向底部延伸的范围更大的事实来解释。相反，出口区域60对应于较浅的灰色部分，该较浅的灰色部分呈具有向下定向的顶点的三角形的形状。这可以通过这些出口区域向顶部延伸的范围更大事实来解释。

关于所提出的布置，当结构件半部被加热时，存在自然对流，该自然对流导致空气进入主通道48a、48b，然后使空气在这些通道中向上传送，之后与来自属于另一个结构件半部的面对的通道的空气汇合。这种在主通道48a、48b的、倒V的顶端处的出口处的撞击导致空气被竖直向上排放。但同时，由于由在本发明中实现的特定几何参数引起的进气区域58的范围和出口区域60的范围之间的受控比例，所以在散热片上方和主通道48a、48b上方存在空气的涡流和再循环，这促进了这些通道中的空气的加速。获得了这些由图5中的箭头62描绘的涡流，是因为出口区域60中的一部分空气颗粒在被进气区域58驱动时再次吸进主通道48a、48b，而进气区域58中的空气颗粒由出口区域60驱动。

当然，本领域技术人员可以对上述仅作为非限制性示例的本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种通过自然对流消散热量的结构件(30)，所述结构件旨在被设置在于用于运输和/或存储放射性材料的包装(1)的外围，

所述结构件的特征在于，所述结构件具有两个相邻的结构件半部(30a，30b)，所述结构件半部各自包括主散热片(40a，40b)，所述主散热片是平行的且相对于所述结构件的高度方向(8)倾斜，当所述包装被竖直布置成使得其底部(4)朝下定向时，两个所述结构件半部(30a，30b)的主散热片(40a，40b)成双成对地形成具有倒V总体形状的散热片(44)，

所述结构件具有以下参数：

-H：每个结构件半部(30a，30b)的沿着所述高度方向(8)的高度，倾斜的主散热片(40a，40b)沿着所述高度方向接连地布置，所述高度在2m到5m之间；

-h：每个主散热片(40a，40b)的高度，每个主散热片的高度在10mm到100mm之间；

-d：每个限定在两个直接接续的主散热片之间的用于空气循环的主通道(48a，48b)的宽度，所述宽度在10mm到50mm之间；

-Ep：每个主散热片(40a，40b)的厚度，所述厚度满足条件d/Ep≥2.5；

-L：每个结构件半部(30a，30b)沿着与所述高度方向(8)正交的横向方向的宽度，所述宽度L满足以下条件：

0.30.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)≤L≤3.5.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)。

2.根据权利要求1所述的消散热量的结构件，其特征在于，所述两个相邻的结构件半部(30a，30b)以大致对称的方式布置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的消散热量的结构件，其特征在于，主散热片(40a，40b)是直的并且相对于所述高度方向(8)倾斜30°到60°之间的值，并且优选地相对于该同一方向倾斜45°的值。

4.根据前述权利要求中任一项所述的消散热量的结构件，其特征在于，所述宽度d对于每个结构件半部(30a，30b)的用于空气循环的所有主通道(40a，40b)是固定不变的并且是相同的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的消散热量的结构件，其特征在于，每个结构件半部(30a，30b)的宽度L满足以下条件：

0.55.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)≤L≤1.8.(0.35.H^0.5.h^0.6/d^0.1)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的消散热量的结构件，其特征在于，两个所述结构件半部(30a，30b)彼此不同，每个结构件半部具有板(46)和其自身的从板突出的主散热片。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的消散热量的结构件，其特征在于，两个所述结构件半部(30a，30b)被制造在具有高度H的同一块板上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的消散热量的结构件，其特征在于，每个结构件半部(30a，30b)大致是平的。

9.用于运输和/或存储放射性材料的包装(1)，所述包装包括在外部设置有多个根据前述权利要求中任一项所述的消散热量的结构件(30)的侧向本体(10)，所述结构件围绕所述侧向本体(10)周向地分布。

10.根据前一项权利要求所述的包装，其特征在于，沿周向方向(32)直接相邻的两个消散结构件(30)之间的间隔Ec’大致等于间隔Ec。