CZ306177B6

CZ306177B6 - Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru

Info

Publication number: CZ306177B6
Application number: CZ2013-856A
Authority: CZ
Inventors: Josef Mištera; Tomáš Kupka
Original assignee: Ĺ KODA JS a.s.
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2016-09-07
Also published as: CZ2013856A3

Abstract

Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru obsahuje soustavu vzájemně spojených trubek (1), kde tyto trubky (1) jsou čtyřhranné nebo šestihranné a kde mezi trubkami (1) jsou v horní části umístěny přesahující naváděcí elementy (5), desku dna, na které jsou trubky (1) ustaveny, a distanční tyče (2), uspořádané mezi trubkami (1) v místě jejich hran a jsoucí se sousedícími trubkami (1) alespoň v částečném kontaktu. Na okraji vnitřní vestavby jsou k doplnění válcového tvaru vnitřní vestavby uspořádány okrajové profily (4) spojené se sousedícími trubkami (1). Trubky (1) jsou ze slitiny hliníku s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony a tyto trubky (1), distanční tyče (2) a deska dna společně ohraničují prostory (12) pro vytvoření neutronové pasti při zalití vodou, přičemž deska dna je opatřena nejméně jedním otvorem (11) pro odvodnění vnitřní vestavby a distanční tyče (2) jsou z tepelně vodivého materiálu a jsou připevněny nosným rozebíratelným spojem k desce dna.

Description

Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru

Oblast techniky

Vynález 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—U—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 tyto 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 vynálezu

Popsané nedostatky odstraňuje vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle navrhovaného vynálezu. 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-U-2011-24879, kde je koncovka opatřena naváděcím prvkem a slouží k uzavření prostoru mezi trubkami, v popisovaném vynálezu naváděcí element slouží k navádění a nředpvším fívnip n^inUn tmkpL·

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 je v 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 vytvoření 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.

Deska dna, trubky, distanční tyče a případně i okrajové profily společně vytvářejí a ohraničují soustavu dutých prostor pro vytvoření neutronové pasti při zalití těchto prostor vodou. Během uložení obalového souboru v chladicím bazénu jsou tyto prostory pro vytvoření neutronové pasti zality vodou, která pomáhá k lepšímu chlazení a odstínění radioaktivního záření. Z hlediska potřebné podkritičnosti uloženého paliva má však dutý prostor zalitý vodou však význam právě proto, že vytváří neutronovou past. 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, která je vytvořena ze směsi hliníku s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony, 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.

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 mezery 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.

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 proci„ nndln>Lv větší než hloubka zahloubení. Miskové podložky slouží k eliminování a minimalizování výrobních tolerančních odchylek a současně jsou využívány jako opěrné body, na které je obalový soubor ve vertikální poloze postaven. Takto vzniklý centrovací 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.

Výhodou vnitřní vestavby kontejneru obalového souboru podle výše popsaného vynálezu je možnost použít k výrobě protlačovaných trubek z Al 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 podkritičnosti 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 fyzikální 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 a na obr. 6 detailní půdorysný pohled na pozici distanční tyče mezi čtyřhrannými trubkami.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladné provedení vnitřní vestavby kontejneru obalového souboru obsahuje soustavu vzájemně spojených šestihranných trubek 1 vyrobených ze slitiny Al s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony, obsahujícího bor nebo B₄C. Hmotnostní nodíl nřídavnphn materiál.. — —k..L..:----CZ 306177 B6 mezí 6 % až 17 % hmotnostních. Mezi trubkami 1 jsou v horní části umístěny přesahující naváděcí elementy 5, které jsou svojí spodní částí umístěny mezi trubky 1, 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 L Deska 3 dna je opatřena soustavou otvorů 11 pro odvodnění tělesa vnitřní vestavby.

Mezi každou trojicí šestihranných trubek 1 je v místě jejich hran umístěna distanční tyč 2 ve tvaru tříramenné hvězdice. Distanční tyč 2, která zajišťuje odvod tepla a definuje polohu šestihranných trubek 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 1, popřípadě trubkou 1 a okrajovým profilem 4, je vytvořen dutý prostor 12 pro vytvoření neutronové pasti při zaplavení vodou, který je dále 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 1. Okrajový profil 4 je opatřen výběžkem o tloušťce ramena hvězdice distanční tyče 2, přičemž výběžek je umístěn mezi trubkami 1. Nejméně jeden odvodňovací otvor 11 je situován v desce 3 dna v oblasti každé trubky 1, každého dutého prostoru 12 mezi trubkami 1 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 1, 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

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru, obsahující

- soustavu vzájemně spojených trubek (1), kde tyto trubky (1) jsou čtyřhranné nebo šestihranné a kde mezi trubkami (1) jsou v horní části umístěny přesahující naváděcí elementy (5),

- desku (3) dna, na které jsou trubky (1) ustaveny, a

- distanční tyče (2), uspořádané mezi trubkami (1) v místě jejich hran a jsoucí se sousedícími trubkami (1) alespoň v částečném kontaktu, přičemž na jejím okraji jsou k doplnění válcového tvaru vnitřní vestavby uspořádány okrajové írnnioná crMic^Híními tnihkami (1Y vyznačující se tím, že trubky (1) jsou ze slitiny hliníku s přídavkem materiálu absorbujícího neutrony a že tyto trubky (1), distanční tyče (2) a deska (3) dna společně ohraničují prostory (12) pro vytvoření neutronové pasti při zalití vodou, přičemž deska (3) dna je opatřena nejméně jedním otvorem (11) pro odvodnění vnitřní vestavby a distanční tyče (2) jsou z tepelně vodivého materiálu a jsou připevněny nosným rozebíratelným spojem k desce (3) dna.
2. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle nároku l, vyznačující se t í m, že deska (3) dna je opatřena soustavou otvorů (11), když v oblasti každé trubky (1), každého dutého prostoru (12) mezi trubkami (1) a každé dutiny okrajového profilu (4) je uspořádán nejméně jeden odvodňovací otvor (11).
3. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle nároku 2, vyznačující se tím, že každá trubka (1), každý prostor (12) pro vytvoření neutronové pasti a každá dutina okrajového profilu (4) je propojena s nejméně jedním odvodňovacím otvorem (11) odvodňovacím kanálkem.
4. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že distanční tyč (2) je na spodním konci opatřena nejméně jedním závitovým otvorem a je připevněna k desce (3) dna, přičemž deska (3) dna je pod distanční tyčí (2) 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 zároveň výška miskové podložky (8) je větší, než je hloubka zahloubení (10).
5. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle nároku 4, vyznačující se tím, že k desce (3) dna je připevněn okrajový profil (4), který je na svém spodním konci opatřen nejméně jedním závitovým otvorem, přičemž deska (3) dna je pod 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 okrajového profilu (4), a zároveň výška miskové podložky (8) je větší, než je hloubka zahloubení (10).
6. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že spojení mezi trubkami (1) a/nebo 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) nebo okrajových profilů (4), přičemž zápustný šroub (6) dále prochází otvorem v části naváděcího elementu (5), sevřeného mezi dvěma trubkami (1) nebo mezi trubkou (1) a okrajovým profilem (4), kde tloušťka sevřené části naváděcího elementu (5) odpovídá tloušťce ramena hvězdice distanční tyče (2).
7. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že nejméně jedna distanční tyč (2) je na horním konci opatřena nejméně jedním závitovým otvorem pro manipulaci s vnitřní vestavbou.
8. Vnitřní vestavba kontejneru obalového souboru podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že trubky (1) obsahují 6 až 17 hmotnostních % boru v čisté formě nebo ve formě B₄C.