CZ26585U1 - Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká vnitřní vestavby kontejneru obalového souboru a spadá do oblasti jaderného strojírenství, a to do konstrukce obalových souborů, konkrétně mříží pro použité palivo v kontejnerech.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou známé a doposud používané vnitřní vestavby, určené k transportu a skladování použitých palivových souborů jako sestavy, jejichž základ tvoří čtyř nebo šestihranná pouzdra, kopírující s potřebnou montážní vůlí skladované palivové soubory. Pouzdra jsou obvykle vytvořena svařením pásů z nerezových plechů s vnitřní výstelkou pohlcující neutrony, nebo z nerezových plechů legovaných bórem, který pohlcováním neutronů zajišťuje podkritičnost palivových článků. Mezi tato pouzdra jsou za účelem odvodu zbytkového tepla obvykle po výšce vložené plechy z hliníkové slitiny, nebo příčně, tj. horizontálně, umístěny desky z hliníku kombinované s ocelovými deskami s otvory pro jednotlivá pouzdra.

Jsou používána i provedení, která pro výrobu pouzder využívají pásy z Al slitiny legované bórem. V tomto případě je však obtížné spojit tyto pásy při zachování rovnoměrného rozložení bóru, které je nezbytné pro zajištění podkritičnosti palivových článků.

Ve spise CZ-PUV-2011-24879 je popsána vnitřní vestavba kontejneru pro uložení použitých palivových kazet reaktorů. Toto konstrukční řešení umožňuje uložení použitých palivových kazet reaktoru VVER 440 do pouzder šestihranného průřezu z hliníkové slitiny. Vzájemné spojení trubek je provedeno rozepřením dvou klínovitých částí ploché vložky umístěné mezi dvěma trubkami. Nevýhodou tohoto řešení je, že je využitelné pouze pro menší palivové tyče reaktoru VVER 440. Pro větší palivové tyče reaktoru VVER 1000 je tento princip nedostatečný, protože vydávají více záření. Prosté větší dimenzování tohoto principu také není možné s ohledem na technologii výroby pouzder protlačováním z hliníkové slitiny. Je problematické zhotovení větších rohových nálitků pouzder, mezi kterými jsou rozepřené klínovité části ploché vložky.

Dalším příkladem stavu techniky může být např. patent CZ 301852. V tomto řešení je kolem trubek vytvořena z křížových tvarovek souvislá stěna. Vnější tvar tělesa je zajištěn kruhovou kovovou výztuží nebo deskami a spojkami.

Nevýhodou stávajícího stavu techniky je výrobně technologická náročnost.

Podstata technického řešení

Popsané nedostatky odstraňuje vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle navrhovaného technického řešení. Vestavba obsahuje soustavu vzájemně spojených čtyřhranných nebo šestihranných trubek ze slitiny Al s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony. Takovým materiál s výhodou obsahuje hmotnostní podíl boru přibližně 6 % až 17 % v čisté podobě nebo ve formě B4C. Tvar trubek je volen s ohledem na reaktor, jehož palivo má být v obalovém souboru uloženo. Čtyřhranné trubky má reaktor typu PWR, zatímco šestihranné má reaktor typu VVER. Mezi trubkami jsou v horní části umístěny přesahující naváděcí elementy. Naváděcí elementy nacházejí uplatnění při zavádění palivových tyčí do trubek, kdy zabraňují nárazu palivové tyče do horní hrany trubky. Na rozdíl od stavu technicky popsaného v CZ-PUV-2011-24879, kde je koncovka opatřena naváděcím prvkem a slouží k uzavření prostoru mezi trubkami, v popisovaném technickém řešení naváděcí element slouží k navádění a především fixuje vzájemnou polohu trubek.

Vestavba dále obsahuje desku dna, na které jsou usazeny trubky. Deska dna je s výhodou nerezová, vyrobená z monolitního materiálu, výkovku nebo plechu. Mezi trubkami jev místě jejich hran umístěna distanční tyč z teplotně vodivého materiálu a je s nimi v alespoň částečném kontaktu. Distanční tyč je nosným spojem připevněna k desce dna. V závislosti na konkrétním vytvo- 1 CZ 26585 Ul ření vestavby je s výhodou mezi každou trojicí šestihranných trubek v místě jejich hran umístěna distanční tyč ve tvaru tříramenné hvězdice, nebo je mezi každou čtveřicí čtyřhranných trubek v místě jejich hran umístěna distanční tyč ve tvaru čtyřramenné hvězdice. Distanční tyč na hranách trubek těsně k trubkám doléhá. Tím je zajištěn dostatečný odvod zbytkového tepla z palivových tyčí. Distanční tyč je nosným spojem připevněna k desce dna a je s výhodou na horním konci opatřena nejméně jedním závitovým otvorem. Závitové otvory distančních tyčí v horní části slouží k připevnění přípravku pro manipulaci s vestavbou. Distanční tyč je s výhodou vyrobena z hliníkové slitiny.

Vnitřní vestavba je ve své spodní části opatřena nejméně jedním odvodňovacím otvorem pro odvodnění tělesa vnitřní vestavby. To je využitelné v průběhu odstranění kapaliny z vnitřku obalového souboru při jeho přemístění z bazénu do suchého úložiště. Ve výhodném provedení může tento znak být proveden tak, že deska je opatřena soustavou otvorů pro odvodnění tělesa vnitřní vestavby. V takovém případě je nejméně jeden odvodňovací otvor situován v desce dna v oblasti každé trubky, každé mezer/ mezi trubkami a každé dutiny okrajového profilu. Variantně může být každá trubka, každá mezera mezi trubkami a každá dutina okrajového profilu odvodňovacím kanálkem propojena s nejméně jedním odvodňovacím otvorem.

Na okraji vnitřní vestavby jsou k doplnění válcového tvaru vnitřní vestavby situovány okrajové profily, připevněné nosným spojem k desce dna a spojené se sousedícími trubkami. Každý okrajový profil je alespoň částečně sevřen mezi trubkami. S výhodou je opatřen výběžkem o tloušťce ramena hvězdice distanční tyče. Tento výběžek je pak umístěn mezi trubkami.

Deska dna, trubky, distanční tyče a případně i okrajové profily společně vytvářejí a ohraničují soustavu dutých prostor. Tyto duté prostory jsou během uložení obalového souboru v chladicím bazénu zality vodou, což pomáhá k lepšímu chlazení a odstínění radioaktivního záření. Dutý prostor zalitý vodou má z hlediska podkritičnosti význam tzv. neutronové pasti. Takové konstrukční řešení zabraňuje vzniku nežádoucího kritického stavu. U obalového souboru lze dosáhnout kritického stavu pouze v případě nehody, kdy dojde k zatopení -vnitřních objemů obalového souboru vodou. Podkritický stav v případě nehody je v konstrukci obalového souboru zajištěn uložením palivového souboru do trubky a dutým prostorem vyplněným vodou mezi trubkami. Neutrony s vysokou energií z oblasti palivového souboru uvnitř trubky mají malou pravděpodobnost absorpce v této trubce. Neutrony, které nejsou při transportu přes stěnu trubky absorbovány, jsou rozptýleny do oblasti neutronové pasti mezi dvěma sousedními trubkami. V oblasti neutronové pasti jsou neutrony moderovány srážkami s molekulami vody, snižuje se energie neutronů a při jejich rozptýlení do oblasti trubky se pravděpodobnost absorpce v trubce výrazně zvyšuje. Takto je snížena hustota toku neutronů v oblasti paliva, snižuje se hustota štěpení v palivu a koeficient násobení se snižuje pod legislativně stanovený limit. Z konstrukčního hlediska je pro podkritičnost optimální volbou maximalizace objemu dutého prostoru naplněného vodou. Toho lze docílit zvýšením rozteče pozic pro palivové soubory a snížením velikosti spojovacích tepelných můstků.

Ve výhodném provedení je distanční tyč, resp. okrajový profil, na spodním konci opatřen nejméně jedním závitovým otvorem. V takovém případě je připevněn ke dnu tak, že deska dna je pod distanční tyčí, resp. okrajovým profilem, opatřena otvorem se zahloubením ze spodní strany.

V zahloubení je zespodu osazena misková podložka se zapuštěním větším, než je výška hlavy šroubu uloženého v miskové podložce a zašroubovaného do distanční tyče, resp. okrajového profilu. Zároveň výška miskové: podložky je větší, než hloubka zahloubení. Miskové podložky slouží k eliminování a minimalizování výrobních tolerančních odchylek a současně jsou využívány jako opěrné body, nohy, na které je obalový soubor ve vertikální poloze postaven. Takto vzniklý centra vací uzel zaručuje správnou polohu jednotlivých dílů vnitřní vestavby.

V horní části je spojení mezi trubkami, resp. mezi trubkami a okrajovými profily, ve formě rozebíratelného šroubového spoje. Ten je tvořený zápustným šroubem a zápustnou maticí, uloženými v otvorech v horní části trubek, resp. okrajových profilů. Zápustný šroub dále prochází otvorem v části naváděcího elementu sevřené mezi trubkami, resp. mezi trubkou a okrajovým profilem. Tloušťka sevřené části naváděcího elementu odpovídá tloušťce ramena hvězdice distanční tyče.

-2CZ 26585 U1

Výhodou vnitřní vestavby kontejneru obalového souboru podle výše popsaného technického řešení je možnost použít k výrobě protlačovaných trubek z AI slitiny s obsahem sloučeniny boru v čisté podobě nebo ve formě B4C. Trubky vyrobené tímto způsobem jsou přesného tvaru a materiál použitý pro jejich výrobu je vybaven dobrými stínícími vlastnostmi pro zajištění podkritič5 nosti s minimálním dalším opracováním. Spojení všech dílů vnitřní vestavby je provedeno pouze mechanickým způsobem bez nutnosti svařování. Takové konstrukční řešení podstatně zjednodušuje provedení obalového souboru bez toho, že by se snižovala bezpečnost a kvalita výrobku. Manipulace vnitřní vestavby jako celku je realizována pomocí jednoúčelového závěsného zařízení, které je připevněno za závitový otvor distanční tyče.

Popsaná vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru je použitelná pro transport a suché i mokré skladování čerstvých nebo použitých palivových článků čtyřhranného nebo vícehranného průřezu z jaderných reaktorů vyšších výkonů, např. technologie lehko vodního typu VVER nebo PWR, popřípadě technologie typu EPR a další. Tvar vnitřní vestavby je zajištěn spojením desky dna s distančními tyčemi, okrajovými profily a trubkami. Taková konstrukce splňuje nejen fyzi15 kální požadavky se zajištěním normativních požadavků na podkritičnost, přičemž lze přihlédnout také k výhodě odlehčení celkového řešení vnitřní vestavby, která není zanedbatelná, zejména při manipulaci a transportu s vnitřní vestavbou kontejneru.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je na:

obr. 1 kosoúhlý pohled na vnitřní vestavbu se šestihrannými trubkami, obr. 2 půdorysný pohled na vnitřní vestavbu se šestihrannými trubkami, obr. 3 detailní půdorysný pohled na pozici distanční tyče a okrajového profilu mezi šestihrannými trubkami, obr. 4 řez detailem spojení trubek pomocí zápustného šroubu a zápustné matice, vč. připevnění naváděcího elementu, obr. 5 centrovací uzel, řez připevněním distanční tyče k desce dna pomocí šroubu a miskové podložky obr. 6 detailní půdorysný pohled na pozici distanční tyče mezi čtyřhrannými trubkami.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladné provedení vnitřní vestavby kontejneru obalového souboru obsahuje soustavu vzájemně spojených šestihranných trubek i vyrobených ze slitiny AI s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony, obsahujícího bor nebo B₄C. Hmotnostní podíl přídavného materiálu se pohybuje v rozmezí 6 % až 17 %. Mezi trubkami X jsou v horní části umístěny přesahující naváděcí elementy 5, které jsou svojí spodní částí umístěny mezi trubky i, kde tloušťka sevřené části naváděcího elementu 5 odpovídá tloušťce ramena hvězdice distanční tyče 2.

Dále obsahuje desku 3 dna, na které jsou usazeny šestihranné trubky E Deska 3 dna je opatřena soustavou otvorů XX pro odvodnění tělesa vnitřní vestavby.

Mezi každou trojicí šestihranných trubek X je v místě jejich hran umístěna distanční tyč 2 ve tvaru tříramenné hvězdice. Distanční tyč 2, která zajišťuje odvod tepla a definuje polohu šesti40 hranných trubek X a slouží jako nosný prvek celé vnitřní vestavby, je na horním konci opatřena závitovým otvorem a je na dolním konci nosným spojem připevněna k desce 3 dna. Mezi každou dvojicí šestihranných trubek X, popřípadě trubkou X a okrajovým profilem 4, je vytvořen dutý prostor 12 ohraničený distančními tyčemi 2. Na okraji vnitřní vestavby jsou k doplnění válcového tvaru vnitřní vestavby situovány okrajové profily 4 připevněné nosným spojem k desce 3 dna a spojené se sousedícími trubkami X. Okrajový profil 4 je opatřen výběžkem o tloušťce ramena hvězdice distanční tyče 2, přičemž výběžek je umístěn mezi trubkami χ. Nejméně jeden odvod-3CZ 26585 U1 ňovací otvor lije situován v desce 3 dna v oblasti každé trubky i, každého dutého prostoru 12 mezi trubkami i a každé dutiny okrajového profilu 4.

Nosný spoj k připevnění distanční tyče 2, resp. okrajového profilu 4, k desce 3 dna je proveden tak, že distanční tyč 2, resp. okrajový profil 4, je na spodním konci opatřen nejméně jedním závitovým otvorem. Připevnění k desce 3 dna je provedeno tak:, že pod distanční tyčí i, resp. okrajovým profilem 4, je deska 3 dna opatřena otvorem se zahloubením 10 ze spodní strany. V zahloubení 10 je zespodu osazena misková podložka 8 se zapuštěním větším, než je výška hlavy šroubu 9 uloženého v miskové podložce 8 a zašroubovaného do distanční tyče 2, resp. okrajového profilu 4. Výška miskové podložky 8 je větší, než hloubka zahloubení 10.

Vzájemné spojení mezi trubkami 1, resp. mezi trubkami 1 a okrajovými profily 4, je ve formě rozebíratelného šroubového spoje. Ten je tvořený zápustným šroubem 6 a zápustnou maticí 7, uloženými v otvorech v horní části trubek 1, resp. okrajových profilů 4. Zápustný šroub 6 dále prochází otvorem v části naváděcího elementu 5 sevřené mezi trubkami 1, resp. mezi trubkou 1 a okrajovým profilem 4. Tloušťka sevřené části naváděcího elementu 5 odpovídá tloušťce ramena hvězdice distanční tyče 2.

Příkladné provedení je patrné z obr. 1 až obr. 5.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru, obsahující soustavu vzájemně spojených čtyřhranných nebo šestihranných trubek (1) ze slitiny Al s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony, kde mezi trubkami (1) jsou v horní části umístěny přesahující naváděcí elementy (5), vyznačující se tím, že obsahuje desku (3) dna, na které jsou usazeny trubky (1), mezi trubkami (1) je v místě jejich hran umístěna distanční tyč (2) z teplotně vodivého materiálu a je s nimi v alespoň částečném kontaktu, vnitřní vestavba je ve své spodní části opatřena nejméně jedním odvodňovacím otvorem (11) pro odvodnění tělesa vnitřní vestavby, na okraji vnitřní vestavby jsou k doplnění válcového tvaru vnitřní vestavby situovány okrajové profily (4) spojené se sousedícími trubkami (1), přičemž okrajový profil (4) je alespoň částečně sevřen mezi trubkami (1), přičemž distanční tyče (2), připevněné nosným spojem k desce (3) dna, deska (3) dna, trubky (1) a případně i okrajové profily (4), připevněné nosným spojem k desce (3) dna, společně ohraničují dutý prostor (12).
2. 2. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle; nároku 1, vyznačující se tím, že deska (3) dna je opatřena soustavou otvorů (11), kde nejméně jeden odvodňovací otvor (11) je situován v oblasti každé trubky (1), každého dutého prostoru (12) mezi trubkami (1) a každé dutiny okrajového profilu (4) a/nebo je každá trubka (1), každý dutý prostor (12) mezi trubkami (1) a každá dutina okrajového profilu (4) odvodňovacím kanálkem propojena s nejméně jedním odvodňovacím otvorem (11).
3. 3. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezi každou trojicí šestihranných trubek (1) je v místě jejich hran umístěna distanční tyč (2) ve tvaru trojramenné hvězdice, nebo mezi každou čtveřicí čtyřhranných trubek (1) je v místě jejich hran umístěna distanční tyč (2) ve tvaru čtyřramenné hvězdice, přičemž tloušťka ramene hvězdice distanční tyče odpovídá tloušťce části okrajového profilu (4) sevřené mezi trubkami.
4. 4. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle některého z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že distanční tyč (2) a/nebo okrajový profil (4) je na spodním konci

   -4CZ 26585 U1 opatřen nejméně jedním závitovým otvorem a je připevněn k desce (3) dna tak, že deska (3) dna je pod distanční tyčí (1), a/nebo okrajovým profilem (4), opatřena otvorem se zahloubením (10) ze spodní strany, v zahloubení (10) je zespodu osazena misková podložka (8) se zapuštěním větším, než je výška hlavy šroubu (9) uloženého v miskové podložce (8) a zašroubovaného do distanční tyče (2), a/nebo okrajového profilu (4), a zároveň výška miskové podložky (8) je větší, než hloubka zahloubení (10).
5. 5. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru, podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že spojení mezi trubkami (1), respektive mezi trubkami (1) a okrajovými profily (4), je ve formě rozebíratelného šroubového spoje, tvořeného zápustným šroubem (6) a zápustnou maticí (7), uloženými v otvorech v horní části trubek (1), respektive okrajových profilů (4), přičemž zápustný šroub (6) dále prochází otvorem v části naváděcího elementu (5) sevřené mezi trubkami (1), respektive mezi trubkou (1) a okrajovým profilem (4), kde tloušťka sevřené části naváděcího elementu (5) odpovídá tloušťce ramena hvězdice distanční tyče (2).
6. 6. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru, podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že nejméně jedna distanční tyč (2) je na horním konci opatřena nejméně jedním závitovým otvorem.