CZ286603B6

CZ286603B6 - Způsob cirkulačního chlazení nádoby, obsahující vypálené palivové články

Info

Publication number: CZ286603B6
Application number: CZ1997399A
Authority: CZ
Inventors: Konrad Dipl. Ing. Gluschke; Horst D. Dipl. Ing. Ekrut
Original assignee: Gnb Gesellschaft Für Nuklear-Behälter Mbh
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2000-05-17
Also published as: US5740215A; DE19701549C2; BE1010958A3; CZ39997A3; LT97035A; LT4442B; CH691558A5; RU2144706C1; DE19701549A1

Abstract

Způsob cirkulačního chlazení nádoby (1), obsahující vypálené palivové články a určené pro přepravu a/nebo pro uložení palivových článků, se provádí tak, že prostřednictvím čerpacího zařízení (5), dopravujícího plyny, se v nádobě (1) vytvoří podtlak a při odvádění vodní páry se udržuje, chladicí voda se vede ze zásobníku (2) vody do nádoby (1) přes cirkulační chladicí zařízení (3) a vodní pára, vznikající v nádobě (1), se kontinuálně odvádí a zkondenzuje mimo nádobu (1).ŕ

Description

Způsob cirkulačního chlazení nádoby, obsahující vypálené palivové články

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu cirkulačního chlazení nádoby obsahující vypálené palivové články pro přepravu a/nebo pro uložení palivových článků, při němž se chladicí voda vede ze zásobníku vody do nádoby přes cirkulační chladicí zařízení, přičemž vodní pára, vznikající v nádobě, se kontinuálně odvádí a zkondenzuje mimo nádobu.

Přepravní a/nebo úložné nádoby, které jsou naplněné vypálenými palivovými články, se obvykle více nebo méně ohřívají. Před další manipulací je nutno tyto nádoby proto nejprve ochladit na nízkou teplotu. Toto ochlazení se v rámci vynálezu označuje jako cirkulační chlazení.

Dosavadní stav techniky

U způsobů uvedeného druhu, známých z praxe, z nichž řešení podle vynálezu vychází, se nádoba, naplněná vypálenými palivovými články, kontinuálně plní chladicí vodou prostřednictvím cirkulačního chladicího zařízení. Aby se ochlazování urychlilo, musí být tato nádoba kromě toho uspořádána ve vodní nádrži na palivové články, která je součástí reaktoru. Vodní pára, popřípadě plyny, vzniklá v nádobě v důsledku vysokých teplot, se zpravidla z nádoby odvádí s přetlakem. V důsledku vysokého tlaku páry, který přitom vzniká, je připojené cirkulační chladicí zařízení vystaveno značnému tepelnému zatížení. Proto musí být v rámci známých opatření toto cirkulační chladicí zařízení provedeno relativně složitě a má velký objem. Účinnost odvodu tepla je u těchto známých způsobů nízká. Je to způsobeno kromě jiného tím, že při kontinuálním plnění nádoby chladicí vodou musí být teplo, odváděné touto chladicí vodou zvnitřku nádoby, nejprve přeneseno na stěny nádoby, takže stěny nádoby musí být rovněž chlazeny. Výsledkem toho je, že teplo může být z nádoby odváděno pouze pomalu. Aby se pro manipulaci s nádobou dosáhlo dostatečně nízkých teplot, musí se složitým způsobem chladicí voda kontinuálně přivádět až ke dnu nádoby ponornou tryskou. Kromě toho mohou být v rámci známých opatření páry a plyny, které při chlazení vznikají, kontrolované zachycovány, popřípadě odváděny, pouze prostřednictvím složitého zařízení. Výsledkem toho je, že známý způsob není dostatečný z hlediska rychlého a účinného odvodu tepla z nádoby a navíc je proveditelný pouze složitě.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit způsob popsaný v úvodu, pomocí něhož bude možno poměrně jednoduše a málo složitě chladit nádoby rychle a účinně.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje způsob cirkulačního chlazení nádoby obsahující vypálené palivové články pro přepravu a/nebo pro uložení palivových článků, při němž se chladicí voda vede ze zásobníku vody do nádoby přes cirkulační chladicí zařízení, přičemž vodní pára, vznikající v nádobě, se kontinuálně odvádí a zkondenzuje mimo nádobu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že prostřednictvím čerpacího zařízení dopravujícího plyny se v nádobě vytvoří podtlak a při odvádění vodní páry se udržuje.

Podle výhodného provedení vynálezu se nádoba v průběhu cirkulačního chlazení uspořádá na úložném místě, upraveném již pro její odeslání. S výhodou se jako zásobník vody použije vodní nádrž na palivové články v reaktoru a chladicí voda se z této vodní nádrže přivádí do nádoby přes cirkulační chladicí zařízení. S výhodou se přivádí chladicí voda do nádoby s teplotou přibližně 40 °C. chladicí vodou je s výhodou voda, která obsahuje co nejméně plynů. Je zřejmé,

-1 CZ 286603 B6 že v rámci způsobu podle vynálezu je možno cirkulačně chladit i několik nádob současně a na cirkulační chladicí zařízení a/nebo na čerpací zařízení může být současně připojeno několik nádob. Vynález tedy zahrnuje i způsob cirkulačního chlazení několika nádob obsahujících vypálené palivové články.

Podle výhodného provedení, které má v rámci vynálezu zvláštní význam, se použije pro vytvoření podtlaku a pro odvádění vodní páry již existující čerpací zařízení, určené pro jiné účely. S výhodou se pro vytvoření podtlaku a pro odvádění vodní páry použije již existující čerpací zařízení, určené pro vysoušení nádoby. Čerpacím zařízením přitom může být například čerpací zařízení, sloužící jako zdroj podtlaku, které se používá u plnicího zařízení, známého ze spisu DE-PS 32 00 331, určeného pro přepravní a/nebo úložné nádoby s radioaktivním odpadem, pro vysoušení, popřípadě pro vakuové vysoušení radioaktivního odpadu.

S výhodou se před cirkulačním chlazením a v jeho průběhu vytvoří v nádobě podtlak. S výhodou se tlak v nádobě řídí a/nebo reguluje, a sice s výhodou tak, že tlak v nádobě se v průběhu celého cirkulačního chlazení udržuje pod hodnotou 0,1 MPa. Podle výhodného provedení vynálezu je tlak, respektive tlak páry, v nádobě v rozsahu od 0,01 do 0,04 MPa, s výhodou v rozsahu od 0,01 do 0,03 MPa. Je zřejmé, že kromě vodní páry, která se v nádobě vytváří, mohou být čerpacím zařízením odváděny i jiné plyny, které v nádobě existují, popřípadě se v ní vytvářejí.

S výhodou se vodní pára odváděná z nádoby nechá zkondenzovat pomocí chladicí vody ze zásobníku vody. Podle výhodného provedení vynálezu, které má v rámci vynálezu zvláštní význam,zkondenzuje vodní pára ve směšovacím kondenzátorů. Směšovací kondenzátor je zařízením, u něhož se vodní pára, určená ke kondenzaci, směšuje s chladicí vodou. S výhodou se vodní pára přivádí do směšovacího kondenzátorů v protiproudu k chladicí vodě. S výhodou se zkondenzovaná pára přivádí znovu do zásobníku vody a/nebo do nádoby. Podle výhodného provedení vynálezu se zkondenzovaná a s chladicí vodou smíchaná vodní pára přivádí znovu do zásobníku vody a/nebo do nádoby jako chladicí voda.

Vynález je založen na poznatku, že zvlášť účinného a rychlého chlazení nádoby, obsahující vypálené palivové články, se může dosáhnout tehdy, když se v nádobě vytvoří podtlak a tím se současně vodní pára vznikající v nádobě kontinuálně odčerpává. Tím dojde v relativně krátkém časovém úseku k překvapivě vysokému odvodu tepla, protože v důsledku vytvoření podtlaku se výpamé teplo odvádí přímo a nádoba se tím ochlazuje. Chlazeni začíná bez podstatného zpoždění nejprve u dna nádoby a pozvolna se rozšiřuje s kontinuálně se zvyšující hladinou vody do všech oblastí stěn nádoby a do předmětů, uspořádaných v nádobě. Mezi chladicí vodou a povrchy, určenými ke chlazení, dojde k poměrně rychlému a úplnému vyrovnání teplot. Výsledkem toho je velmi rychlé a účinné chlazení nádoby, dosažené pomocí jednoduchých prostředků. Oproti dosavadnímu stavu techniky, popsanému v úvodu, vynikne navíc ta výhoda, že nádoba nemusí být pro chlazení uspořádána ve vodní nádrži na palivové články, která je součástí reaktoru, nýbrž účinného chlazení se podle vynálezu dosáhne již na místě, v němž je nádoba uspořádána a připravena k odeslání. Přepravní a/nebo úložná nádoba, která je naplněna palivovými články s maximálním výkonem dodatečného rozpadu, se způsobem podle vynálezu ochladí přibližně za 10 hodin na teplotu 60 °C. Potom již nejsou žádná další opatření pro cirkulační chlazení zapotřebí. Vynález je zejména založen na poznatku, že v rámci způsobu podle vynálezu se může k vytváření podtlaku použít již existující čerpací zařízení, které se používá zejména k vysoušení nádoby. Toto provedení způsobu podle vynálezu se vyznačuje jednoduchostí a malými náklady. Pomocí již existujícího čerpacího zařízení se může způsob podle vynálezu s úspěchem provádět bez nákladných přizpůsobovacích opatření.

V rámci vynálezu existují možnosti dalších provedení a uspořádání. S výhodou se cirkulační chlazení řídí a/nebo reguluje prostřednictvím rychlosti přivádění chladicí vody do nádoby a/nebo nastavením podtlaku vytvářeného čerpacím zařízením.

-2CZ 286603 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, obr. 2 teplotu různých oblastí nádoby v závislosti na čase, pro příklad provedení, objasněný níže, obr. 3 teplotu palivových článků v závislosti na čase, obr. 4 tlak páry v nádobě v závislosti na čase a obr. 5 stav naplnění chladicí vodou v nádobě v závislosti na čase.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu pro cirkulační chlazení nádoby 1, naplněné vypálenými palivovými články a určené k přepravě a/nebo k uložení palivových článků. Chladicí voda se kontinuálně vede ze zásobníku 2 vody, kterým je v příkladu provedení podle obr. 1 vodní nádrž na palivové články, která je součástí reaktoru, přes cirkulační chladicí zařízení 3 do nádoby 1 vstupním potrubím 4. Již před přívodem chladicí vody se prostřednictvím čerpacího zařízení 5, dopravujícího plyny, v nádobě 1 a v cirkulačním chladicím zařízení 3 prostřednictvím výstupního potrubí 6 a spojovacího potrubí 7 vytvoří podtlak, takže nejprve se odčerpají plyny přítomné v nádobě L V příkladu provedení podle obr. 1 se použije již existující čerpací zařízení 5 bez jakýchkoli dalších úprav, které se již používá pro vysoušení nádoby 1. Toto čerpací zařízení 5 s výhodou obsahuje dvě neznázoměná čerpadla s rotačním šoupátkem k vytváření podtlaku. V příkladu provedení podle obr. 1 je pro zjednodušení znázorněna jen jedna nádoba L Je však zřejmé, že k cirkulačnímu chladicímu zařízení 3, popřípadě k čerpacímu zařízení 5, může být připojeno i několik, například vedle sebe uspořádaných, nádob 1. Tato nádoba J, nebo tyto nádoby l, může být uspořádána již na místě, určeném k odeslání, respektive k další přepravě, nádoby 1 a ke chlazení nádoby J není nutno, na rozdíl od známých způsobů popsaných v úvodu, tuto nádobu 1 postavit do zásobníku 2 vody, respektive vodní nádrže na palivové články, která je součástí reaktoru.

V průběhu přivádění chladicí vody vstupním potrubím 4 do nádoby 1 se dále prostřednictvím čerpacího zařízení 5 vytváří v nádobě 1 a v cirkulačním chladicím zařízení 3 podtlak. Přitom se vodní pára, vznikající v ohřáté nádobě 1, kontinuálně odvádí. Je samozřejmé, že se současně odvádějí i jiné plyny vznikající v nádobě 1. Vodní pára zkondenzuje pomocí chladicí vody ze zásobníku 2 vody v kondenzátoru 8, vytvořeném jako protiproudý směšovací kondenzátor. Zatím účelem se vodní pára, přiváděná výstupním potrubím 6 do kondenzátoru 8, vede v protiproudu k chladicí vodě, přiváděné do kondenzátoru 8 potrubím 9 pro přívod chladicí vody. Chladicí voda se do kondenzátoru 8 vede čerpadlem 10 a chladicí vody ze zásobníku 2 vody. Chladicí voda, smísená se zkondenzovanou vodní párou, se po výstupu z kondenzátoru 8 vede dopravním čerpadlem 11 v prvním dílčím proudu vstupním potrubím 4 do nádoby 1. Druhý dílčí proud chladicí vody, smísené se zkondenzovanou vodní párou, se vede zpět do zásobníku 2 vody. Nádoba 1 se v průběhu cirkulačního chlazení pozvolna naplňuje chladicí vodou. Plyny, odváděné z nádoby 1_, a popřípadě vodní pára, která nezkondenzovala v kondenzátoru 8, se odvádějí spojovacím potrubím 7 s čerpacím zařízením 5 z kondenzátoru 8. Přitom se směs plynů vede přes přídavný kondenzátor 12, ^aby došlo ke zkondenzování vodní páry, zbylé ve směsi plynů, protože čerpací zařízení 5 snáší zpravidla páru pouze v omezeném rozsahu. V kondenzátoru 13 emisí, zařazeném za čerpacím zařízením 5, zkondenzují ještě existující parní podíly a odváděné plyny a popřípadě ještě se zbylými parními podíly se vedou odváděcím potrubím 14 do systému na odpadní vzduch. Nyní bude způsob podle vynálezu blíže objasněn na příkladu provedení.

-3CZ 286603 B6

Příklad

Způsob podle vynálezu byl prováděn prostřednictvím výše popsaného zařízení, znázorněného na obr. 1. K. tomuto účelu byla použita běžná nádoba 1, určená pro přepravu vypálených palivových článků, zatížená maximálním výkonem dodatečného rozpadu 21 kW. Chladicí voda, která byla přiváděna do nádoby 1, měla teplotu 40 °C a průtok 20 1/min. Okolní teplota činila 20 °C. Volný objem nádoby 1, který byl k dispozici pro chladicí vodu, měl hodnotu 4,4 m³. Volná plocha v nádobě 1, která byla k dispozici pro kontakt s chladicí vodou, činila 1,32 m². Na obr. 2 je znázorněn průběh teplot při cirkulačním chlazení po dobu 9 hodin. Plná křivka A udává průběh teplot primárního víka nádoby 1, čárkovaná křivka B průběh teplot stěn nádoby 1 a čerchovaná křivka C průběh teplot na nádobě 1 v uvedeném časovém rozmezí. Je vidět, že za přibližně 10 hodin bylo dosaženo ochlazení nádoby 1 na teplotu kolem 60 °C. Na obr. 3 je znázorněn průběh teplot palivových článků po dobu prvních tří hodin cirkulačního chlazení. Na obr. 4 je znázorněn tlak páry v nádobě 1 po dobu prvních tří hodin cirkulačního chlazení. V nádobě 1 byl neustále udržován tlak pod 0,1 MPa, tudíž podtlak. Maximum křivky podle obr. 4 leží těsně pod hodnotou 0,1 MPa, neboli 1000 hektopascalů. V odpovídajícím okamžiku bylo výstupní potrubí 6 nádoby 1 přechodně uzavřeno. Na obr. 5 znázorňuje plná křivka stav naplnění nádoby 1 chladicí vodou v časovém úseku 9 hodin. Výsledkem toho je poměrně rychlé a účinné ochlazení nádoby 1. Přídavná opatření k dodatečnému chlazení nejsou zapotřebí a nádoba 1 je připravena k další manipulaci, popřípadě k další přepravě.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob cirkulačního chlazení nádoby, obsahující vypálené palivové články pro přepravu a/nebo pro uložení palivových článků, při němž se chladicí voda vede ze zásobníku vody do nádoby přes cirkulační chladicí zařízení, přičemž vodní pára, vznikající v nádobě, se kontinuálně odvádí a zkondenzuje mimo nádobu, vyznačující se tím, že prostřednictvím čerpacího zařízení dopravujícího plyny se v nádobě vytvoří podtlak a při odvádění vodní páry se udržuje.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že se pro vytvoření podtlaku a pro odvádění vodní páry použije již existující čerpací zařízení, určené zejména pro vysoušení nádoby.
3. Způsob podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vodní pára zkondenzuje pomocí chladicí vody ze zásobníku vody ve směšovacím kondenzátoru.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že vodní pára se ve směšovacím kondenzátoru vede v protiproudu k chladicí vodě.
5. Způsob podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že zkondenzovaná voda se znovu přivádí do zásobníku vody a/nebo do nádoby.