CN111344809A - 存储高水平放射性废料的方法 - Google Patents

Abstract

一种高水平放射性废料的存储方法，尤其是一种调节或控制流过通风系统的存储腔的通风空气温度的方法。该方法包括将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中。该通风系统包括桶体、桶盖、多个入口管道和至少一个出口管道，以使通风空气可以从大气流到存储腔中，在该存储腔中加热后再返回大气。该方法包括随着时间的推移逐渐减小一个或多个入口管道和/或出口管道的横截面面积，从而将存储腔室内的通风空气被加热的速率保持在预定阈值以上，以降低金属罐中应力腐蚀开裂的风险。

Description

存储高水平放射性废料的方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2017年11月3日提交的美国临时专利申请序列号62/581,229的权益，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

在核反应堆的运行中，习惯上是在燃料组件的能量消耗到预定水平后将其拆除。拆除后，这种乏核燃料(“SNF”)仍具有很高的放射性，并产生大量的热量，因此在包装、运输和存储时必须格外小心。为了保护环境免于辐射暴露，首先将SNF设置在一个罐中，该罐通常是在SNF周围形成限制边界的密封罐。然后将已装载的罐运输并存储在称为桶(cask)的大圆柱容器中。通常，转移桶用于将乏核燃料从一个位置运输到另一个位置，而存储桶用于在确定的时间段内存储SNF。这样的存储桶可以是垂直取向的或水平取向的。

在典型的通风式存储模块中，罐中产生的衰减热量通过进入底部附近的存储空间并靠近顶部的空气排出到环境中。SNF传递的热量随着其在模块内部的上升而对流地提升其温度，从而驱动并维持通风空气的向上流动。无论流动配置如何，随着空气在其在存储模块腔中向上移动的过程中变热，其密度变轻并且其相对湿度降低，即变得更干燥。

不锈钢核废料罐和容器在海洋环境恶劣的沿海地区储存时的应力腐蚀开裂(SCC)是受到越来越多的行业和法规审查的重要问题。罐的设计者和制造商采取了预防措施，通过在焊接过程中保持受控的温度，并将较大的保守余量加工到罐中以将应力保持在最低水平，来最大限度地减少SCC发生的机会。对SCC的研究表明，SCC对不锈钢罐的表面温度有很强的依赖性。表面温度的依赖性是由空气中污染物(例如氯化物)的沉积以及随后这些污染物在不锈钢表面上的潮解机理所驱动。众所周知，干燥的空气(定义为相对湿度低于20％)不会引起应力腐蚀开裂。较高的表面温度会降低与表面相邻的空气的相对湿度，并防止潮解污染物和随后渗入不锈钢表面(SCC的前身)。

这意味着，如果有足够的衰减热量，垂直罐的短的最低区域和水平罐的下半部分都容易受到应力腐蚀开裂的影响(以下简称“SCC”)；而无罐的平衡。可以通过喷丸(peening)等其他方法来保护有限的脆弱区域免受SCC侵害。但是，当衰减热量随着时间的推移逐渐下降时，空气的加热变得缓慢得多，使罐的大部分易受SCC影响，就会出现问题。

因此，需要降低或防止应力腐蚀的风险扩散到水平或垂直罐的表面上。

发明内容

根据本公开的示例性实施例涉及一种存储高水平放射性废料的方法，尤其是一种调节或控制流过通风系统的存储腔的通风空气的温度的方法。该方法包括将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中。该通风系统包括桶体、桶盖、多个入口管道和至少一个出口管道，以使通风空气可以从大气流到存储腔中，在该存储腔中加热后再返回大气。该方法包括随着时间的推移逐渐减小一个或多个入口管道和/或出口管道的横截面面积，从而将存储腔内的通风空气被加热的速率保持在预定阈值以上，以降低金属罐中应力腐蚀开裂的风险。

一方面，本发明可以是一种存储高水平放射性废料的方法，该方法包括：a)将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中，该通风系统包括桶体、位于桶体顶部的桶盖、从存储腔的顶部延伸到环境大气的至少一个出口管道，以及多个入口管道，该多个入口管道的组合横截面面积是多个入口管道中的每个入口管道的横截面面积的总和；b)通风空气从环境大气通过入口管道对流地流入存储腔的底部，通风空气以加热速率加热，并从存储腔的底部上升到存储腔的顶部，通风空气通过至少一个出口管道离开存储腔；c)随着时间的推移逐渐减小多个入口管道的组合横截面面积，以减少进入存储腔的通风空气的量，并将通风空气的加热速率保持在预定阈值以上。

在另一方面，本发明可以是一种存储高水平放射性废料的方法，其包括：a)将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中，该通风系统包括桶体、位于桶体顶部的桶盖、从存储腔的顶部延伸到环境大气的至少一个出口管道，以及多个入口管道，每个入口管道具有横截面面积，并且至少一个出口管道具有横截面面积；b)通风空气从环境大气通过入口管道对流地流入存储腔的底部，通风空气以加热速率加热，并从存储腔的底部上升到存储腔的顶部，通风空气通过至少一个出口管道离开存储腔；c)将第一空气流量调节构件设置在以下至少一个中：(1)多个入口管道中的一个或多个；或(2)所述至少一条出口管道，以减小所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道的横截面面积或所述至少一个出口管道的横截面面积，以保持通风空气的加热速率高于预定阈值；并且其中第一空气流量调节构件被选择为基于在时间T1测量的第一组条件将多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或至少一个出口管道的横截面面积减小预定的百分比。

在另一方面，本发明可以是一种存储高水平放射性废料的方法，该方法包括：a)将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中，该通风系统包括桶体、位于桶体顶部的桶盖、从存储腔的顶部延伸到环境大气的至少一个出口管道以及多个入口管道，该多个入口管道具有组合横截面面积，并且至少一个出口管道具有组合横截面面积；b)通风空气从环境大气通过入口管道对流地流入存储腔的底部，通风空气以加热速率加热，并从存储腔的底部上升到存储腔的顶部，通风空气通过至少一个出口管道离开存储腔；c)随着时间的推移修改以下至少一项：(1)多个入口管道的组合横截面面积；或(2)至少一个出口管道的组合横截面面积，以将通风空气的加热速率维持在预定阈值以上。

根据下文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得明显。应该理解的是，详细说明和特定示例虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅旨在用于说明的目的，而并不意图限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图，将对本发明有更充分的理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于存储高水平放射性废料的通风系统的前立体图；

图2是图1的通风系统的局部剖视图，其以箭头示出了通风气流的方向；

图3是沿图1的线III-III截取的局部剖视图；

图4A-4C示出了根据本发明实施例的各种空气流量调节构件；

图5A示出了图4的通风系统的下部，在其入口管道中具有第一类型的空气流量调节构件；

图5B是图5A的区域VB的放大视图；

图6A示出了图1的通风系统的下部，在其入口管道中具有第二类型的空气流量调节构件；

图6B是图6A的区域VIB的放大视图；

图7A示出了图1的通风系统的下部，在其入口管道中具有第三类型的空气流量调节构件；

图7B是图7A的区域VIIB的放大视图；

图8A是根据本发明的第一替代实施例的图7A的区域VIIB的放大视图；

图8B是根据本发明的第二替代实施例的图7A的区域VIIIB的放大视图；

图9示出了图1的通风系统的下部，其入口管道完全关闭；

图10是图1的通风系统的立体图，在其入口管道和出口管道中具有空气流量调节构件；和

图11是另一种类型的通风系统的立体图，在其入口管道和出口管道中具有空气流量调节构件。

具体实施方式

优选实施例的以下描述本质上仅是示例性的，绝不旨在限制本发明、其应用或用途。

旨在结合附图阅读根据本发明原理的说明性实施例的描述，这些附图应被认为是整个书面描述的一部分。在本文公开的本发明的实施方式的描述中，对方向或取向的任何引用仅是为了描述的方便，而不是以任何方式限制本发明的范围。相对术语，诸如“较低”、“较高”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“顶部”和“底部”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应解释为指的是所描述的取向或所讨论的附图中所示的方向。这些相对术语仅是为了描述的方便，并且不需要以特定的取向来构造或操作该装置，除非如此明确指出。诸如“附接”、“附着”、“连接”、“耦接”、“互连”等类似的术语是指一种关系，其中结构通过中间结构直接或间接地彼此固定或附接，以及两者可移动或刚性的附接或关系，除非另有明确说明。而且，本发明的特征和优点通过参考示例性实施例来说明。因此，本发明明确地不应该限于示出了可以单独存在或以特征的其他组合存在的特征的一些可能的非限制性组合的示例性实施例。本发明的范围由所附的权利要求书限定。

首先同时参照图1-3，将描述用于存储含有高水平放射性废料的罐200的通风系统100。优选地由诸如不锈钢的金属形成的罐200是将高水平放射性废料保持在其中的气密容器。高水平放射性废料(也称为乏核燃料)必须长时间存储，直到由此产生的伽马和中子辐射降低到可接受的水平为止。在此之前，高水平放射性废料必须存储在各种容器中，例如罐200和通风系统100，这些容器会阻止或屏蔽伽马和中子辐射流到大气中。

罐200围绕已装载的高水平放射性废料形成流体容纳边界。因此，罐200可以被认为是密封的压力容器。然而，罐200是导热的，因此由装载在罐中的高水平放射性废料产生的热量被传导到罐的外表面，在此处可以通过对流将热量除去。在一实施例中，罐200由于其耐腐蚀特性而由不锈钢形成。在其他实施例中，罐200可以由其他金属或金属合金形成。合适的罐包括多用途罐，并且在某些情况下，可以包括被密封以用于高水平放射性废料干式存储的导热桶。通常，这样的罐包括设置在其中的蜂窝状篮或其他结构，从而以间隔方式容纳多个高水平放射性废料棒。1999年4月27日授予Singh的美国专利No.5,898,747公开了一种特别适用于通风系统100的多用途罐的示例，其全部内容通过引用合并于此。2012年3月13日授予Singh等人的美国专利No.8,135,107公开了另一种特别适用于通风系统100的多用途罐，其全部内容通过引用合并于此。

包含高水平放射性废料的罐200存储在通风系统100中。具体地，通风系统100包括桶体110和位于桶体110顶上的桶盖130。桶体110包括外表面111和内表面112，外表面111和内表面112限定用于保持罐200的存储腔113。当罐200设置在存储腔113中时，在罐200的外表面与桶体110的内表面111之间存在环形空间，使得通风空气可以沿着罐200的外表面流过存储腔113。如将在下面进一步讨论的，通风系统100被配置成使得由高水平放射性废料产生的热量引起自然的对流空气通过通风系统100的通风通道(其包括上述环形空间以及如下所述入口管道和出口管道)。

桶盖130位于桶体110的顶部，以封闭存储腔113的敞开的顶端。桶盖130是填充有普通混凝土块的钢板的焊接件，该混凝土块提供中子和伽马衰减以最小化天空辐射(skyshine)。桶盖130通过穿过形成为盖凸缘的螺栓孔延伸的多个螺栓而固定在桶体110的顶端。当固定到桶体110上时，桶盖130和桶体110之间的表面接触形成了盖到体的接触面。桶盖130优选地非固定地安装到桶体110，并且包围由桶体110形成的存储腔113的顶端。

桶体110是将罐200保持在其中的坚固的、厚壁的圆柱形容器。在示例性实施例中，桶体110包括彼此间隔开的外壳114和内壳115。此外，混凝土块116位于外壳114和内壳115之间的空间内。桶体110的主要结构功能由内壳和外壳提供，内壳和外壳可以由碳钢等制成，而主要的辐射屏蔽功能由混凝土提供。虽然混凝土块116的主要功能是提供对伽马射线和中子辐射的屏蔽，但是混凝土块116在其他方面也有助于增强通风系统100的性能。桶盖130具有类似的结构，具有混凝土芯和金属罩或盖。

通风系统100包括多个入口管道120和至少一个出口管道125。入口管道120位于桶体110的底部附近，以允许来自大气的环境空气在存储腔113的底部流入到存储腔113中。在示例性实施例中，有多个入口管道120，其沿桶体110的底部以周向间隔开的方式布置。然而，在其他实施例中，可能仅存在一个连续的入口管道，该入口管道围绕桶体110的圆周环形地延伸。此外，尽管在示例性实施例中入口管道120具有特定的形状，但是本发明不限于此，并且如下所述，入口管道120可以采用其他形状，只要它不允许辐射流过。因此，对入口管道120的变化和修改当然是可能的，并且落入本文描述和要求保护的本发明的范围内。

在示例性实施例中，每个入口管道120从桶体110的外表面111中的第一开口121延伸到桶体110的内表面112中的第二开口122，入口管道120从第一开口121连续延伸至第二开口122。因此，每个入口管道120形成穿过桶体110的通道，使得环境空气可以作为通风空气进入存储腔113，以使存储腔113通风并随时间的推移冷却罐200和其中存储的高水平放射性废料。如本文中所使用的，术语入口管道120用于指代延伸穿过桶体110的开放空间或通道，而不是指限定该开放空间或通道的结构。因此，入口管道120仅是固体结构内的开放空间或通道。

如在图2和图3中最佳地示出的，在示例性实施例中，每个入口管道120包括从第一开口121延伸到第二开口122的两个半圆形弓形路径。具体地，在第一开口121和第二开口122之间设置有圆柱形构件124，其限定了入口管道120的形状。其主要目的是确保从第二开口122到第一开口121不存在清晰的视线，因为如果存在清晰的视线，则伽马和/或中子辐射将有可能从中流过并进入大气。通过使入口管道120具有如图所示的非线性路径，在没有接触并被大量混凝土屏蔽的情况下，辐射不具有通向大气的清晰的线性路径。入口管道120的确切形状不限于在示例性实施例中示出的形状。因此，只要通过入口管道120从存储腔113到大气的清晰视线不存在，入口管道120可以采取任何形状、模式或路径。因此，示例性实施例仅仅是入口管道120的无数可能的构造之一。此外，在一些实施例中，各种入口管道120可具有与其他入口管道120不同的构造或形状。因此，尽管在一些实施例中所有入口管道120可以是相同的，但是并非在所有实施例中都要求如此。

在示例性实施例中，出口管道125形成在通风系统100的桶盖130中。出口管道125具有竖直部分126和水平部分127，出于与上文关于入口管道120所述的相同的原因，出口管道125旨在防止存在通过出口管道125到达大气的清晰视线。在示例性实施例中，出口管道125是沿桶盖130环形延伸的单个不间断管道。然而，本发明不限于此，出口管道125可以被分成多个出口管道125。此外，尽管在示例性实施例中出口管道125形成在桶盖130中，但是本发明不限于此，并且在其他实施例中，出口管道125可以形成在桶盖130与桶体110之间的空间中，或者，出口管道125不是形成在桶盖130中或除了形成在桶盖130中以外，出口管道125可以部分或全部形成在桶体110中。

图2示出了通过通风系统100的存储腔113的空气流。当罐200被装载有高水平放射性废料并位于存储腔113内时，在罐200的外表面与桶体110的内表面之间形成环形空间，其形成存储腔113。当这样设置时，罐200内的高水平放射性废料产生的热量传导到罐200的外表面。然后，该热量加热位于环形空间内的空气。作为被加热的结果，该被加热的空气在环形空间内上升，并最终作为热空气经由出口管道125离开通风系统100。由于排出的热空气产生的热虹吸效应，冷空气被吸入出口管道125。该冷却空气流经出口管道125，并被向上吸入环形空间，在该环形空间中加热并开始上升，从而形成一个连续的循环，称为烟囱效应。

因此，由罐200内的高水平放射性废料产生的热量引起空气自然对流通过通风系统100的通风通道。在示例性实施例中，通风通道由入口管道120、环形空间和出口管道125共同形成。在示例性实施例中，通风系统100没有强制冷却设备，例如鼓风机和闭环冷却系统。通过通风系统100的通风通道的空气流速部分地受罐200内高水平放射性废料的产热率控制。产热速率越大，通过通风通道的自然对流空气流量就越大。因此，由于高水平放射性废料的衰减产生的热量，自然的空气对流进入，通过和流出存储腔113。冷空气通过入口管道120进入存储腔113，被加热并因此上升，然后经由出口管道125排出存储腔113。

由于时间的推移和本文所述的对流冷却，高水平放射性废料的产热率随时间降低/消退。因此，如果入口管道120和出口管道125不随时间变化，则流过存储腔113的通风空气加热的速率将降低。结果，罐200的表面温度也将降低，这将使罐200易于产生应力腐蚀开裂或SCC。在一些实施例中，本发明涉及一种方法，其通过逐渐关闭入口管道120和/或出口管道125以减小存储在通风系统100中的不锈钢罐200中应力腐蚀开裂的风险，从而减少进入存储腔113的空气流量，并且使流过存储腔113的通风空气的加热速率保持在预定阈值以上。尽管本文中参照通风系统100的特定结构实施例描述了该方法，但是本发明不限于此。下述步骤适用于具有其他入口管道和出口管道布置的其他通风系统。因此，通风系统100的结构实施例在本文中仅作为一个示例提供，并且无意将本发明限制为本文中示出和描述的特定结构实施例。

每个入口管道120具有横截面面积，该横截面面积可以是恒定的或可以根据测量横截面面积的位置而变化。在一些实施例中，桶体110沿着纵向轴线A-A延伸，并且本文所述的横截面面积可以沿着平行于纵向轴线A-A的平面测量。然而，本发明不限于所有实施例，并且本文描述的横截面面积可以沿着倾斜于纵向轴线A-A的平面测量。然而，在优选实施例中，如果在其上测量横截面面积的平面是实心物体，则该平面将完全阻挡通过入口管道120的空气流。因此，在其上测量横截面面积的平面不垂直于纵向轴线A-A，并且不通过第一开口121和第二开口122中的任何一个，因为该平面不会完全阻挡通过入口管道120的空气流。沿着垂直的或者相对于垂直倾斜的平面测量横截面面积并不重要，只要沿着下述的平面进行测量即可：如果是实心的，它将完全阻止空气流过入口管道120。在一些实施例中，可以沿着入口管道120的第一开口121或沿着入口管道120的第二开口122测量本文中描述的横截面面积，尽管在其他实施例中，当然可以在沿着入口管道120在其他位置测量横截面面积。

另外，在示例性实施例中，至少一个出口管道125还具有沿着一平面测量的横截面面积，该平面如果为实心的，则将完全阻挡通过至少一个出口管道125的气流。因此，类似于上文所述的入口管道120的横截面面积，出于本文所述的本发明和权利要求的目的，测量至少一个出口管道125的横截面面积的特定位置未限制本发明。而是，可以在任何位置和沿着任何平面测量横截面面积，只要该平面会完全阻挡通过至少一个出口管道125的空气流即可。

在本文所述的本发明中，入口管道120和/或至少一个出口管道125的横截面面积随着时间的推移而减小，其与通风空气的加热速率和/或高水平放射性废料的热量产生速率的衰减相关，以将金属罐200保持在阈值温度以上。因此，随着流过存储腔113的通风空气的加热速率降低，入口管道120和/或至少一个出口管道125的横截面面积减小，并可能最终完全封闭以确保通风空气的加热速率保持在预定阈值以上。

如上所述，入口管道120和出口管道125是形成在桶体110和/或桶盖130中的开放空间或通道。因此，通过在阻止空气流经入口和/或出口管道120、125的实心的或具有实心部分的入口管道120和/或出口管道125中设置结构，可以减小或降低入口管道120的横截面面积和/或出口管道125的横截面面积。将这样的结构设置在入口管道120和/或出口管道125中将导致在其中设置的入口管道120和/或出口管道125横截面面积的减小，这将减少进入和/或离开存储腔113的空气流量，有助于将通风空气的加热速率维持在预定阈值以上。

参照图4A-4C，示出了根据本发明的实施例的特定类型的空气流量调节构件300，300a，300b的三种不同版本。本发明不受限于图4A-4C中所有实施例所示的空气流量调节构件300，300a，300b，但是这些代表了结构的示例性版本，该结构可用于修改本文所述的入口管道120和/或出口管道125的横截面面积。

如图4A所示，空气流量调节构件300包括板格栅，该板格栅形成由板分开的多个开孔315。具体地，空气流量调节构件300包括多个第一板310和多个第二板320。多个第一板310以间隔开的方式布置并且彼此平行地取向以形成第一组平行板。多个第二板320以间隔开的方式布置并且彼此平行地取向以形成第二组平行板。在示例性实施例中，每个第一板310相对于每个第二板320正交地取向。因此，由两个相邻的第一板310和两个相邻的第二板320界定的空白空间形成开孔315。

在示例性实施例中，空气流量调节构件300为正方形或矩形，并包括第一边缘301、第二边缘302、第三边缘303和第四边缘304。当然，空气流量调节构件300的形状可以根据需要进行修改，以确保空气流量调节构件300可以装配在空气入口管道120和/或空气出口管道125内。例如，如果空气入口管道120之一具有三角形的横截面形状，则被设计成装配在该特定入口管道内的空气流量调节构件也可以具有三角形的形状。然而，在所有实施例中，不必将空气流量调节构件的形状与空气入口管道120的横截面的形状相关联以实现本文所述的目的。

可以理解，空气流量调节构件300的横截面包括由开口空间315限定的多个开口部分和由第一板310和第二板320限定的多个封闭部分。因此，如果将空气流量调节构件300设置在一个入口管道120内，则当沿着与空气流量调节构件300的第一，第二，第三和第四边缘301-304中的每一个相交的平面测量横截面面积时，空气流量调节构件300将减小入口管道120的横截面面积。

图4B和图4C示出了除了第一板310，310a，310b和第二板320，320a，320b的厚度以及开口部分315，315a，315b的尺寸之外，空气流量调节构件300a，300b与空气流量调节构件300相同。具体地，空气流量调节构件300，300a，300b被设计为使得第一板310，310a，310b和第二板320，320a，320b越厚，开口部分315，315a，315b的尺寸或横截面就越小。空气流量调节构件300、300a，300b的整体尺寸都相同，唯一的区别在于，空气流量调节构件300a使用的第一板310a和第二板320a的厚度要比空气调节构件300的第一板310和第二板320的厚度大。空气流量调节构件300b使用比空气流量调节构件300a的板310a，320a厚的第一板310b和第二板320b。因此，空气流量调节构件300b的开口部分315b大于空气流量调节构件300a的开口部分315a，空气流量调节构件300a的开口部分315a大于空气流量调节构件300的开口部分315。因此，如果需要/希望将入口管道320或出口管道325之一的横截面面积减小少量/百分比，则可以使用空气流量调节构件300。然而，如果需要/期望将入口管道320或出口管道325之一的横截面面积减小更多的量/百分比，则可以使用空气流量调节构件300a或空气流量调节构件300b。下面将参考图5A-7B对此进行更详细地描述。

如上所述，本发明可以针对一种方法，该方法用于存储高水平放射性废料并控制/调节流过存储腔113的通风空气的加热速率(并因此还控制存储腔113中的罐200的温度)。在一些实施例中，这可以通过将空气流量调节构件300，300a，300b设置在一个或多个入口管道120中和/或出口管道125中来实现。实际上，在一些实施例中，这可以以渐进的方式来完成，以随着时间的推移逐渐减小一个或多个入口管道120和/或出口管道125的横截面面积。具体地，随着时间的推移，可能有必要继续减小一个或多个入口管道120和/或出口管道125的横截面面积。因此，当高水平放射性废料首先被设置在罐200中并且罐200被设置在存储腔113中时，可以不使用任何空气流量调节构件300，300a，300b。然而，在初始存储日期之后的时间T1，可以确定通风空气的加热速率和罐200的温度已经降低到预定阈值以下，使得罐200处于应力腐蚀开裂的风险中。在此时间T1，空气流量调节构件300中的一个可以设置在一个或多个入口管道120中和/或空气出口管道125中。

然后，在时间T1之后的时间T2，可以再次确定通风空气的加热速率和罐200的温度已经降低到预定阈值以下，使得罐200再次处于应力腐蚀开裂的危险中。尽管空气流量调节构件300位于入口管道120和/或出口管道125中的一个或多个内，这仍然可能发生。此时，如果某些入口管道120和/或出口管道125中仍不具有空气流量调节构件300之一，则此时空气流量调节构件300可被设置在那些入口管道120和/或出口管道125内。然而，如果在时间T2，所有入口管道120和/或出口管道125已经具有设置在其中的空气流量调节构件300，则对于入口管道120中的至少一个或多个和/或出口管道125，空气流量调节构件300可以被移除并且被空气流量调节构件300a之一代替。

在一些实施例中，可以使用计算流体动力学来进行计算以确定应当减小入口管道120和/或出口管道125的横截面面积的量或百分比，以便维持加热速率和/或罐200的温度高于阈值，同时还确保有足够的空气流过存储腔113，以防止出现过热情况。在执行这样的计算之后，可以设计和创建空气流量调节构件，以使得当其被设置在入口管道120中的一个内时(或者其中的多个被设置在不同的入口管道120和/或出口管道125中)，入口管道120和/或出口管道125的横截面面积减小所需的量，以确保通风空气的加热速率(或罐200的温度)保持在阈值以上。在一些实施例中，对入口管道120和/或出口管道125的横截面面积进行修改以确保罐200的温度保持在85℃以上。

在一些实施例中，入口管道120可具有组合横截面面积，并且可基于所有入口管道120的组合横截面面积而不是基于每个入口管道120的单个横截面面积来进行本文所述的横截面面积的减小。例如，可以确定所有入口管道120的组合横截面面积应减小5％，以确保通风空气的加热速率和罐200的温度保持在各自预定阈值以上，以防止罐200的应力腐蚀开裂。如果有十个入口管道120，每个入口管道具有相同的横截面面积，则可以通过仅将一个入口管道120的横截面面积减小50％来实现组合横截面面积的5％的减小。可替代地，每个入口管道120的横截面面积可以减小5％，或者十个入口管道120中的五个入口管道的横截面面积可以减小10％。因此，可以看出，可以使用无限量的变化来获得所需的结果。

在一些实施例中，该概念涉及随着时间的推移逐渐减小所有入口管道120的组合横截面面积，这可能涉及随着时间的推移逐渐减小入口管道120之一的横截面面积，可能涉及随着时间的推移逐渐减小所有入口管道120的横截面面积，或者可能涉及随时间流逝逐渐减小一些但不是全部入口管道120的横截面面积，或可能涉及逐渐减小出口管道125的横截面面积。在一些实施例中，入口管道120和/或出口管道125的横截面面积仅随着时间而减小，但以后从未增加。然而，在其他实施例中，可能需要在稍后的时间增加入口管道120和/或出口管道125的横截面面积。例如，环境温度在通风空气的加热速率和罐200的温度中起作用。因此，如果环境温度在延长的时间段内变得太高，则可能有必要增加入口管道120和/或出口管道125的横截面面积以防止过热。

参照图5A和5B，示出了一个实施例，其中，空气流量调节构件300中的一个设置在每个入口管道120内，以减小多个入口管道120的组合横截面面积。当然，如上所述，在一些实施例中，空气流量调节构件300可以被设置在入口管道120中的仅一个中或多个入口管道120中但少于所有入口管道中。此外，尽管在图5A和5B中，相同的空气流量调节构件300被设置在每个入口管道120内，在其他实施例中，不同的空气流量调节构件300，300a，300b(以及本文未具体示出的其他构件)可以根据期望或需要被设置在多个入口通道120中的不同的入口通道内部，以实现适当减小多个入口管道120的组合横截面面积。

在图5B中，用阴影线描绘了空气流量调节构件300，以指示该图示包括入口管道120在空气流量调节构件300所处的位置处的剖视图。如前所述，多个第一板310和多个第二板320共同限定了空气流量调节构件300的多个开孔或开孔部分315。每个板310、320具有厚度TP1，并且每个开孔315具有厚度TO1。在该特定实施例中，开孔315的厚度TO1大于板310、320的厚度TP1。尽管在示例性实施例中，每个板310、320具有相同的厚度TP1，并且每个开孔315具有相同的厚度TO1和横截面面积，但是并非在所有实施例中都需要如此。在其他实施例中，板310、320和开孔315的厚度以及开孔315的横截面面积可以在单个空气流量调节构件300内变化。

如图所示，在将空气流量调节构件300设置在入口管道120中的一个中的情况下，空气可以流过开孔315，但是被阻止流过入口管道120的其他部分(即，通过板310、320)。每个开孔315具有横截面面积。当空气流量调节构件300位于入口管道120之一内时，开孔315的横截面面积之和形成入口管道120的减小的横截面面积。具体地，如果空气流量调节构件300被移除，则入口管道120将具有等于开口的长度乘以开口的宽度的横截面面积。在空气流量调节构件300位于入口管道120中的情况下，横截面面积是开孔315的横截面面积的总和，其在其中没有空气流量调节构件300的情况下，小于入口管道120的横截面面积。因此，将空气流量调节构件300设置在一个或多个入口管道120中将减小该特定入口管道120的横截面面积，并且还将减小所有入口管道120的组合横截面面积。

参照图6A和6B，示出了一个实施例，其中，空气流量调节构件300a中的一个设置在每个入口管道120内，以减小多个入口管道120的组合横截面面积。再次，尽管在示例性实施例中将空气流量调节构件300a之一设置在每个入口管道120内，但是并非在所有实施例中都要求如此。而是，空气流量调节构件300a之一可以设置在一个或多个入口管道120中，而其他入口管道120完全打开并且其中没有空气流量调节构件，或者在其中不同类型的空气流量调节构件(例如，空气流量调节构件300、300b)位于其他入口管道120中。

在图6B中，以剖面图示出了空气流量调节构件300a，以指示该图示包括在空气流量调节构件300a所处的位置处的入口管道120的剖面图。如前所述，多个第一板310a和多个第二板320a共同限定了空气流量调节构件300a的多个开孔或开孔部分315a。每个板310a，320a具有厚度TP2，并且每个开孔315a具有厚度TO2和横截面面积。为了与空气流量调节构件300进行比较，板310a，320a的厚度TP2大于板310、320的厚度TP1，因此开孔315a的厚度TO2(和横截面面积)小于开孔315的厚度TO1(和横截面面积)。尽管在示例性实施例中，每个板310a，320a具有相同的厚度TP2，并且每个开孔315a具有相同的厚度TO2和横截面面积，但是并非在所有实施例中都需要。在其他实施例中，板310a，320a和开孔315a的厚度可以变化。

如图所示，在将空气流量调节构件300a设置在入口管道120中的一个中的情况下，空气可以流过开孔315a，但是被阻止流过入口管道120的其他部分(即，通过板310a，320a)。每个开孔315a具有横截面面积。当空气流量调节构件300a位于入口管道120之一内时，开孔315a的横截面面积之和形成入口管道120的减小的横截面面积。具体地，如果去除空气流量调节构件300a，则入口管道120的横截面面积等于开口的长度乘以开口的宽度。在空气流量调节构件300a位于入口管道120中的情况下，横截面面积是开孔315a的横截面面积的总和，其小于在其中没有空气流量调节构件300a情况下入口管道120的横截面面积。因此，将空气流量调节构件300设置在一个或多个入口管道120中将减小该特定入口管道120的横截面面积，并且还将减小所有入口管道120的组合横截面面积。

参照图7A和图7B，示出了一个实施例，其中，空气流量调节构件300b中的一个设置在每个入口管道120内，以减小多个入口管道120的组合横截面面积。除了利用空气流量调节构件300b之外，图7A和7B示出与图5A和图5B以及图6A和6B相同的事物。因此，除此处指出的差异外，以上图5A-6B的说明均适用。

在图7B中，以截面图示出了空气流量调节构件300b，以指示该图示包括入口管道120在空气流量调节构件300b所处的位置处的剖面图。如前所述，多个第一板310b和多个第二板320b共同限定了空气流量调节构件300b的多个开孔或开孔部分315b。每个板310b，320b具有厚度TP3，每个开孔315b具有厚度TO3和横截面面积。为了与空气流量调节构件300a进行比较，板310b，320b的厚度TP3大于板310a，320a的厚度TP2，因此开孔315b的厚度TO3(和横截面面积)小于开孔315a的厚度TO2(和横截面面积)。尽管在示例性实施例中，每个板310b，320b具有相同的厚度TP3，并且每个开孔315b具有相同的厚度TO3，但这并不是在所有实施例中都需要。在其他实施例中，板310b，320b和开孔315b的厚度可以变化。

空气流量调节构件300b的开孔315b的组合横截面面积小于空气流量调节构件300a的开孔315a的组合横截面面积，空气流量调节构件300a的开孔315a的组合横截面面积小于空气流量调节构件300的开孔315的组合横截面面积。在示例性实施例中，这是通过使板310b，320b比板310a，320a厚，板310a，320a比板310、320厚来实现的。这也可以通过使用更多的板同时将空气流量调节构件保持在相同的总体尺寸上从而使板更紧密地设置在一起来实现的。因此，如果在时间T1将空气流量调节构件300设置在入口管道120中的一个中，则入口管道120的横截面面积将减小第一百分比。如果在时间T2将空气流量调节构件300a设置在入口管道120中的一个中，则入口管道120的横截面面积将减小第二百分比，该第二百分比大于第一百分比。如果在时间T3将空气流量调节构件300b设置在入口管道120之一中，则入口管道120的横截面面积将减小第三百分比，该第三百分比大于第二百分比。因此，首先将空气流量调节构件300设置在入口管道120中的一个中，然后将空气流量调节构件300更换为其中一个空气流量调节构件300a，然后再将空气流量调节构件300a更换为空气流量调节构件300b其中之一，将导致入口管道120的横截面面积随时间逐渐减小。此外，即使只是其中一个入口管道120经过随着时间将空气流量调节构件300、300a，300b依次设置在其中的过程，而其他入口管道120仍保持敞开且其中没有任何空气流量调节构件，多个入口管道120的组合横截面面积将逐渐减小。

参照图8A和8B，示出了替代的空气流量调节构件400、400a，其位于入口管道120之一中。在图8A的实施例中，空气流量调节构件400是高度小于入口管道120的高度的实心板。因此，空气流量调节构件400完全阻塞或关闭入口管道120的底部，同时使入口管道120的顶部完全打开。当然，空气流量调节构件400可以同样容易地阻塞入口管道120的顶部，同时保持入口管道120的底部敞开。在其他实施例中，空气流量调节构件400的高度可以等于入口管道120的高度，同时其宽度可以小于入口管道120的宽度，以实现相同的效果。空气流量调节构件400的确切高度和/或宽度可以根据期望或需要进行修改，以确保当其位于入口管道120内时，通风空气的加热速率保持在预定阈值或以上，以确保防止罐200的应力腐蚀开裂。

图8B示出了位于入口管道120中的空气流量调节构件400a。空气流量调节构件400a是实心板，其高度大于空气流量调节构件400的高度但小于入口管道120的高度。因此，与空气流量调节构件400相比，空气流量调节构件400a减小入口管道120的横截面面积的百分比或数量更大。与空气流量调节构件300，300a，300b的描述相似，空气流量调节构件400、400a可用于逐渐减小入口管道120的横截面面积。

图9示出了一个实施例，其中，空气流量调节构件300、300a，300b中的一个设置在几个入口管道120内，并且另一个入口管道120通过用板构件150阻挡开口进入入口管道120而被完全封闭。在寒冷的环境温度下以及经过多年的老化之后，可能有必要开始完全关闭一些入口管道120，以确保通风空气的加热速率和罐200的温度保持在所需的阈值水平以上，以防止应力腐蚀开裂。因此，随着时间的推移，多于一个的入口管道120可能被板构件150之一阻挡。完全可以想到，所有入口管道125最终都可以被盖住。此外，在一些实施例中，出口管道125也可以最终被盖住。在不再需要通风之后，可以谨慎地用惰性气体(例如氮气)填充罐200和桶体110的内表面111之间的环形间隙，以永久消除SCC的污染并进行气密密封桶体110的存储腔113。

参照图10，示出了通风系统100，其具有设置在所有入口管道120中的各种空气流量调节构件300、300a，300b和位于出口管道125中的空气流量调节构件350。该图的主要目的是示出空气流量调节构件350除了被设置在入口管道120中之外，还可以被设置在出口管道125中。实际上，在一些实施例中并且取决于外部因素，可能期望在某些时候将空气流量调节构件350之一设置在出口管道125中，而在入口管道120中不具有任何空气流量调节构件300、300a，300b。尽管从直觉上很明显，部分或全部阻塞入口管道120可以更有效地将通风空气的加热速率保持在预定的下限阈值以上，但是应该理解，调节入口通道120和出口通道125的流通面积将罐200的外表面保持在期望的温度是为了控制、减轻和/或防止应力腐蚀开裂。正如空气流量调节构件300、300a，300b一样，为了减小出口管道125的横截面面积变化量/百分比，可以存在几种不同形式的空气流量调节构件350。

图11示出了根据本发明的另一个实施例的用于存储含有高水平放射性废料的罐的通风系统500。如图11所示，通风系统500是水平取向的结构，不同于垂直取向结构的通风系统100。因此，在图11的实施例中，与上述的罐200大致相同的罐被设置在通风系统500的存储腔内。但是，在该实施例中，罐水平设置而不是垂直设置。通常，在水平取向的通风系统(例如通风系统500)中的排热效率比在垂直取向的通风系统(例如通风系统100)中的排热效率低，因为通风空气必须流过罐壳的弯曲表面，从而导致在尾流区的热无效的斯特鲁哈尔(Strouhal)涡流。然而，水平取向的通风系统500中的通风空气被同样地加热。

在图11中，通风系统500包括入口管道510和多个出口管道520。当然，在替代实施例中，通风系统500可以包括多个入口管道510，而不是仅单个入口管道510。此外，在一些实施例中，通风系统500可以包括单个出口管道520而不是多个出口管道520。如图所示，空气流量调节构件530位于入口管道510内，而空气流量调节构件540位于每个出口管道540内。空气流量调节构件530、540通常具有与上述空气流量调节构件300、300a，300b类似的结构，因为它们包括形成用于空气流过的开口部分的板格栅。当将空气流量调节构件530、540设置在其中时，形成空气流量调节构件530、540的板的厚度可以变化以改变入口管道510和出口管道520的横截面面积。因此，本文描述的方法和技术如同适用于水平定向的模块一样适用于水平取向的模块。

如本文所述将各种空气流量调节构件设置在入口管道120和/或出口管道125中增加了那些管道的阻塞百分比，这减小了通过通风通道的通风空气的自然对流，从而降低了通风系统100的散热率。结果，通风系统100的部件和存储在其中的罐200的温度升高，从而减轻了应力腐蚀开裂。相反，减小入口通道120(或视情况而定的出口通道125)的阻塞百分比会增加通过通风通道的空气的自然对流，从而提高通风系统100的散热率。结果，在这种情况下，通风系统100和储存在其中的罐200的部件的温度降低。

贯穿全文，范围用作描述范围内每个值的简写。范围内的任何值都可以选择为范围的终点。另外，本文引用的所有参考文献通过引用整体并入本文。在本公开中的定义与所引用的参考文献中的定义发生冲突的情况下，以本公开为准。

尽管已经针对包括当前优选的实施本发明的优选方式的特定示例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，上述系统和技术存在许多变型和置换。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构和功能上的修改。因此，本发明的精神和范围应如所附权利要求书中所阐述的那样广义地解释。

Claims (20)

1.一种存储高水平放射性废料的方法，包括：

a)将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中，该通风系统包括桶体、位于所述桶体顶部的桶盖、从所述存储腔的顶部延伸至环境大气的至少一个出口管道，以及多个入口管道，所述多个入口管道具有组合横截面面积，所述组合横截面面积是所述多个入口管道中的每个入口管道的横截面面积之和；

b)通风空气从所述环境大气通过所述入口管道对流地流入所述存储腔的底部，所述通风空气被以加热速率加热，并从所述存储腔的底部上升到所述存储腔的顶部，所述通风空气通过所述至少一个出口管道离开所述存储腔；

c)随着时间的推移逐渐减小所述多个入口管道的所述组合横截面面积，以减少进入所述存储腔的所述通风空气的量，并将所述通风空气的加热速率保持在预定阈值以上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括：

c-1)将第一空气流量调节构件设置在所述多个入口管道中的至少一个入口管道中，所述第一空气流量调节构件将所述至少一个入口管道的横截面面积减小第一百分比；

c-2)用第二空气流量调节构件代替所述第一空气流量调节构件，所述第二空气流量调节构件将所述多个入口管道中的至少一个入口管道的横截面面积减小第二百分比，所述第二百分比大于所述第一百分比。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一空气流量调节构件包括使所述通风空气流通的开口部分和防止所述通风空气流通的封闭部分，所述第一空气流量调节构件的所述开口部的横截面面积小于所述多个入口管道中的至少一个入口管道的横截面面积，并且其中，所述第二空气流量调节构件包括供所述通风空气流过的开口部分和阻止所述通风空气流过的封闭部分，所述第二空气流量调节构件的开口部分的横截面面积小于所述第一空气流量调节构件的开口部分的横截面面积。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述第一空气流量调节构件包括第一板格栅，所述第一板格栅包括第一组平行板和与该第一组平行板正交的第二组平行板，所述第一板格栅的第一组平行板和第二组平行板限定多个开口，该多个开口的组合的第一横截面面积小于所述多个入口管道中至少一个入口管道的横截面面积，其中所述第二空气流量调节构件包括第二板格栅，所述第二板格栅包括第一组平行板和与该第一组平行板正交的第二组平行板，所述第二板格栅的第一组平行板和第二组平行板限定多个开口，该多个开口的组合的第二横截面面积小于所述组合的第一横截面面积。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一板格栅的第一组平行板和第二组平行板具有第一组合厚度，并且所述第二板格栅的第一组平行板和第二组平行板具有第二组合厚度，所述第二组合厚度大于所述第一组合厚度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一板格栅的第一组平行板和第二组平行板中的每个平行板具有第一厚度，并且所述第二板格栅的第一组平行板和第二组平行板中的每个平行板具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，每个所述入口管道从所述桶体的外表面中的第一开口延伸至所述桶体的内表面中的第二开口，并且其中沿所述第一开口测量所述入口管道的横截面面积。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，步骤c)包括随着时间的推移将不同的空气流量调节构件设置在所述多个入口管道中的至少一个入口管道中，使得位于所述多个入口管道中的至少一个入口管道中的相继的每个空气流量调节构件减小所述多个入口管道中的至少一个入口管道的横截面面积的量比位于所述多个入口管道中的至少一个入口管道中的空气流量调节构件中的前一个空气流量调节构件减小所述多个入口管道中的至少一个入口管道的横截面面积的量更大。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，步骤c)包括随着时间的推移逐渐减小所述多个入口管道中的每一个入口管道的横截面面积，以减少进入所述存储腔的所述通风空气的量并保持所述通风空气的加热速率高于预定阈值。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述至少一个出口管道具有横截面面积，并且还包括：

d)随着时间的推移逐渐减小所述至少一个出口管道的横截面面积。

11.一种存储高水平放射性废料的方法，包括：

a)将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中，该通风系统包括桶体、位于所述桶体顶部的桶盖、从所述存储腔的顶部延伸到环境大气的至少一个出口管道，以及多个入口管道，每个所述入口管道均具有横截面面积，并且所述至少一个出口管道具有横截面面积；

b)使通风空气从所述环境大气通过所述入口管道对流地流入所述存储腔的底部，所述通风空气被以加热速率加热，并从所述存储腔的底部上升到所述存储腔的顶部，所述通风空气通过所述至少一个出口管道离开所述存储腔；

c)将第一空气流量调节构件设置在以下至少一个中：(1)所述多个入口管道中的一个或多个；或(2)所述至少一个出口管道，以减小所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道的横截面面积，以保持所述通风空气的加热速率高于预定阈值；并且

其中所述第一空气流量调节构件被选择为基于在时间T1测量的第一组条件来将所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道的横截面面积减小预定的百分比。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一组条件包括所述存储腔中的所述通风空气的加热速率、环境温度以及所述金属罐中的高水平放射性废料的衰减热。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，还包括在步骤c)之前，执行计算流体动力学仿真以计算所述多个入口管道中的一个或多个的横截面面积和所述至少一个出口管道的横截面面积应当被封闭以保持所述通风空气的加热速率高于所述预定阈值的百分比，并从一组空气流量调节构件中选择一个或多个空气流量调节构件用于设置在所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道中，通过计算的所述百分比，减小所述入口管道的横截面面积和所述至少一个出口管道的横截面面积。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括：

d)从所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道和/或所述至少一个出口管道中去除设置在其中的所述第一空气流量调节构件；

e)将第二空气流量调节构件设置在以下至少之一中：(1)所述多个入口管道中的一个或多个；(2)所述至少一个出口管道，以保持所述通风空气的加热速率在所述预定阈值以上；并且

其中所述第二空气流量调节构件被选择为基于在时间T1之后的时间T2测量的第二组条件使所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道的横截面面积减小预定百分比。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一空气流量调节构件将它被设置在其中的所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道的横截面面积减小第一百分比，其中所述第二空气流量调节构件将它被设置在其中的所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道的横截面面积减小第二百分比，所述第二百分比大于所述第一百分比。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，所述第一空气流量调节构件包括多个开孔部分，并且其中所述多个开孔部分的组合横截面面积小于其中设置有所述第一空气流量调节构件的所述多个入口管道中的一个或多个中的至少一个入口管道或所述至少一个出口管道的横截面面积。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，进一步包括将空气流量调节构件设置在所述多个入口管道的每一个入口管道中，以减小所述多个入口管道的每一个入口管道的横截面面积。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，还包括将所述第一空气流量调节构件设置在所述至少一个出口管道中，以减小所述至少一个出口管道的横截面面积。

19.一种存储高水平放射性废料的方法，包括：

a)将包含高水平放射性废料的金属罐设置在通风系统的存储腔中，该通风系统包括桶体、位于所述桶体顶部的桶盖、从所述存储腔的顶部延伸到环境大气的至少一个出口管道，以及多个入口管道，所述多个入口管道具有组合横截面面积，并且所述至少一个出口管道具有组合横截面面积；

b)使通风空气从所述环境大气通过所述入口管道对流地流入所述存储腔的底部，所述通风空气被以加热速率加热，并从所述存储腔的底部上升到所述存储腔的顶部，所述通风空气通过所述至少一个出口管道离开所述存储腔；和

c)随时间推移修改以下至少一项：(1)所述多个入口管道的组合横截面面积；或(2)所述至少一个出口管道的组合横截面面积，以将所述通风空气的加热速率维持在预定阈值以上。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，步骤c)包括在不随后增加的情况下减小所述多个入口管道的组合横截面面积或所述至少一个出口管道的组合横截面面积中的至少一个。

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