FI126298B - Järjestelmä uraaniyhdisteen energiansiirtoon - Google Patents

Description

JÄRJESTELMÄ URAANIYHDISTEEN ENERGIANSIIRTOON Tekniikan ala

Hakemus kohdistuu yleisesti järjestelmään uraaniyhdisteen energiansiirtoon. Tausta

Ydinvoimaloissa käytettävän ydinpolttoaineen valmistusketjussa käsitellään yleisesti uraania erilaisissa aineen olo- ja kemiallisissa muodoissa. Yleisesti käytetty uraaniyhdiste on uraaniheksafluoridi (UF6). UF6:tta säilytetään tyypillisesti uraanin säilytykseen soveltuvissa säilytyssylin-tereissä. Normaalissa huoneenlämpötilassa ja normaalissa ilmanpaineessa UF6 on kiinteässä olomuodossa, jolloin se on vaikeasti saatavissa säilytyssy-linteristä pois. Tällöin, käyttötarkoituksesta riippuen, UF6 halutaan muuttaa joko nestemäiseen tai kaasumaiseen olomuotoon, joissa UF6 on mahdollista poistaa säilytyssylinteristä. UF6-faasidiagrammin mukaan kiinteästä kaasufaa-siin muuttaminen pystytään tekemään joko lämpötilaa nostamalla tai painetta alentamalla, tai näiden yhdistelmällä. Kiinteästä nestefaasiin muuttaminen edellyttää lämpötilan nostamista, kun aloituspisteenä on huoneenlämpötila. Lämpötilan nostamiseksi tyypillisesti uraanin säilytyssylinteriä lämmitetään, esimerkiksi uraanin näytteenottoon soveltuvassa autoklaavissa, erilaisilla menetelmillä. Ydinpolttoaineteollisuudessa on yleisesti käytössä ilmalla ja vesihöyryllä tapahtuva säilytyssylinterin lämmitys. Ilma- ja vesihöyrylämmityksessä lämpöenergia siirtyy pääasiassa konvektiolla, eli virtaava ilma tai vesihöyry kuljettaa lämpöä säilytyssylinterin pintaan. Lisäksi tiedetään, että pieni osa läm-mönsiirtotehosta voidaan tuottaa säilytyssylinteriin myös säteilyllä. Säilytyssylinteriä halutaan myös tietyissä käyttötarkoituksissa jäähdyttää, jotta kaasu- ja nestefaasissa oleva uraani kiinteytyisi. Tunnetuissa konvektioon perustuvissa ratkaisuissa kylmää ilmaa kierrätetään säilytyssylinterin ulkopintaa pitkin, jolloin virtaava ilma kuljettaa lämpöenergiaa pois säilytyssylinterin pinnasta.

Hakemuksessa US 2005/0103049 esitetään ydinpolttoaineen jäähdytys konvektion avulla.

Tunnettujen ilma- ja vesihöyrylämmitteisten ratkaisujen ongelmana on lämmitys- ja jäähdytysprosessin hitaus ja vaikea säädettävyys.

Lisäksi ongelmana on säilytyssylinterin lämmitykseen ja jäähdytykseen käytettävän höyrylämmitteisen autoklaavin vedenkäsittelylaitteisto, joka monimutkaistaa autoklaavin rakennetta ja lisää valmistus- ja huoltokustannuksia.

Yhteenveto

Keksinnön eräänä tavoitteena on poistaa tunnetun tekniikan ongelmat ja toteuttaa yksinkertainen järjestelmä uraaniyhdisteen energiansiirtoon.

Keksinnön eräs tavoite saavutetaan vaatimuksen 1 järjestelmällä, vaatimuksen 8 menetelmällä ja vaatimuksen 9 energiansiirtovälineillä.

Erään suoritusmuodon mukainen järjestelmä uraaniyhdisteen energiansiirtoon käsittää säilytyssylinterin uraaniyhdisteen säilyttämiseksi ja energiansiirtoväli-neet säilytyssylinterissä olevan uraaniyhdisteen lämmittämiseksi ja/tai jäähdyttämiseksi. Energiansiirtovälineet ovat sovitettu siirtämään energiaa uraaniyh-disteeseen ja/tai poistamaan energiaa uraaniyhdisteestä johtumalla.

Erään suoritusmuodon mukainen menetelmä uraaniyhdisteen energiansiirtoon järjestelmässä, jossa ovat säilytyssylinteri uraaniyhdisteen säilyttämiseksi ja energiansiirtovälineet säilytyssylinterissä olevan uraaniyhdisteen lämmittämiseksi ja/tai jäähdyttämiseksi, käsittää järjestelmän energiansiirtovälineillä energian siirtämisen uraaniyhdisteeseen ja/tai energian poistamisen uraaniyhdisteestä johtumalla.

Erään suoritusmuodon mukaiset energiansiirtovälineet uraaniyhdisteen energiansiirtoon, jotka ovat sovitettu siirtämään energiaa uraaniyhdisteeseen ja/tai poistamaan energiaa uraaniyhdisteestä johtumalla. Energiansiirtovälineet käsittävät kontaktivälineet, jotka ovat sovitettu johtamaan lämpöenergiaa ja jotka ovat sovitettu asennettavaksi vasten uraaniyhdisteen säilytyssylinterin ulkopintaa, ja lämpötilaeronmuodostamisvälineet, jotka ovat sovitettu tuottamaan kon-taktivälineiden kautta uraaniyhdisteeseen johdettava lämpöenergia ja/tai poistamaan kontaktivälineiden kautta uraaniyhdisteestä johtuva lämpöenergia.

Muita suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Kuvien lyhyt selitys

Kuvien yksityiskohtaisessa selityksessä kerrotaan keksinnön suoritusmuotoja tarkemmin viitaten oheisiin kuviin, joissa kuva 1 a esittää uraaniyhdisteen energiansiirtojärjestelmä ja kuvat 1 b-1 d esittävät energiansiirtovälineiden yksityiskohtia.

Kuvien yksityiskohtainen selitys Järjestelmä 100 käsittää säilytyssylinterin 110 uraaniyhdisteen 101 säilyttämiseksi ja energiansiirtovälineet 130 uraaniyhdisteen 101 lämmittämiseksi ja/tai jäähdyttämiseksi johtumalla.

Uraaniyhdisteen 101 lämmittäminen ja jäähdyttäminen ovat tarpeellista esimerkiksi siirrettäessä sitä säilytyssylinteristä 110 toiseen säilytyssylinteriin, ennen varsinaista prosessia edeltävässä erillisissä esilämmityskaapeissa tehtävässä esilämmityksessä ja näytteenotossa esimerkiksi autoklaavissa.

Kuvassa 1a säilytyssylinteri on 110 sijoitettu näytteenottoa varten autoklaaviin 120 sen päädyssä olevan luukun 122 kautta ja yhdistetty autoklaavin 120 näyt-teenottolaitteistoon 124. Näytteet uraaniyhdisteestä 101 otetaan säilytyssylinteristä 110 näytteenottolaitteiston 124 näytteenottosylintereihin 125. Järjestelmän 100 avulla on mahdollista nopeuttaa useita vuorokausia kestävän lämmitys- ja jäähdytysprosessin vaatimaa kokonaisaikaa neljännekseen aikaisemmasta, koska järjestelmän 100 johtumalla toteutettu lämmönsiirto voi olla jopa 50-kertaa nopeampaa verrattuna virtaavalla ilmalla toteutettuun lämmitys- ja jäähdytysratkaisuun, jossa konvektiivinen lämmönsiirtokerroin on tyypillisesti 10-100 W/m2K.

Lisäksi järjestelmän 100 ansiosta on myös mahdollista pienentää käsittelylait-teistojen, esimerkiksi autoklaavien 120, lukumäärää, koska käsittelylaitteistot ovat lyhyemmän aikaa yhden lämmitys- ja jäähdytysprosessin käytössä.

Lisäksi järjestelmän 100 avulla pystytään poistamaan esilämmityskaappien tarve, koska esilämmitys voidaan toteuttaa järjestelmän 100 energiansiirtoväli-neillä 100.

Kuvissa 1 b-1 d esitetään tarkemmin energiansiirtovälineet 130, jotka ovat sovitettu siirtämään energiaa uraaniyhdisteeseen 101 ja/tai poistamaan energiaa uraaniyhdisteestä 101 johtumalla. Energiansiirtovälineet 130 voivat käsittää esimerkiksi yhden tai useamman energiansiirtopeitteen. Säilytyssylinterin 110 ulkopinnalle 112 asennettavat energiansiirtovälineet 130 käsittävät kontaktivälineet 132, jotka ovat sovitettu asennettavaksi vasten säilytyssylinterin 110 ulkopintaa 112 ja johtamaan lämpöenergiaa siten että lämpöenergia siirtyy kontaktivälineiden 132 ja säilytyssylinterin 110 läpi. Siirtosuunta riippuu siitä onko kyseessä lämmitys vai jäähdytys.

Kontaktivälineet 132 käsittävät esimerkiksi ainakin yhden metalliprofiilin, joka käsittää kanavan 133. Metalliprofiilit 132 voivat olla esimerkiksi muottiin muodostettuja alumiini- tai kupariprofiileja.

Kuvissa 1 b-1 d olevassa energiansiirtopeitteessä 130 olevat metalliprofiilit 132 ovat esimerkiksi leveydeltään 40, 50 tai 60 mm ja niitä voi olla 25, 30 tai 35 kappaletta. Metalliprofiilien 132 pituus riippuu energiasiirtopeitteen 130 pituudesta.

Lisäksi energiansiirtovälineet 130 käsittävät lämpötilaeronmuodostamisvälineet 134, jotka ovat sovitettu tuottamaan kontaktivälineiden 132 kautta uraaniyhdis-teeseen 101 johdettava lämpöenergia ja/tai poistamaan kontaktivälineiden 132 kautta uraaniyhdisteestä 101 johtuva lämpöenergia. Lämpötilaeronmuodostamisvälineet 134 käsittävät ainakin yhden kanavan 136a, 136b, 136c, 136d, jota pitkin energiansiirtofluidi (ei näy) pystyy virtaamaan. Energiansiirtofluidi, jota voidaan käyttää sekä lämmittämiseen että jäähdyttämiseen, voi olla mitä tahansa tarkoitukseen soveltuvaa nestettä tai kaasua, joka ei reagoi uraaniyhdisteen 101 kanssa.

Kanavat 136a, 136b, 136c, 136d ovat yhdistetty metalliprofiilien 132 molempiin päihin siten että energiansiirtofluidi pystyy virtaamaan jakokanavasta 136a kontaktikanaviin 136b, josta se kulkeutuu metalliprofiilin 132 kanavaan 133 siirtäen energiaa tasaisesti energiansiirtovälineiden 130 peittämällä alueella. Energiansiirtofluidi tulee ulos kanavasta 133 kontaktikanaviin 136c, joista se virtaa kokoomakanavaan 136d.

Kuvassa 1c, jossa eriste 138 käsittää ainoastaan ääriviivat, hyvin näkyvät kanavat 136a, 136b, 136c, 136d voivat olla esimerkiksi taipuisaa silikoniputkea tai muuta putkea, joka ei reagoi uraaniyhdisteen 101 kanssa.

Lisäksi lämpötilanmuodostamisvälineet 134 käsittävät energiansiirtofluidin lämmitysvälineet (eivät näy) ja/tai energiansiirtofluidin jäähdytysvälineet (eivät näy).

Energiansiirtofluidin lämmitys toteutetaan lämmitysvälineillä, jotka käsittävät ainakin yhden seuraavista: ainakin yhden sähkövastuksen, sähkömagneettisen säteilyn tuottamisvälineet ja lämpösäteilyn tuottamisvälineet. Jäähdytys puolestaan toteutetaan jäähdytysvälineillä, jotka käsittävät ainakin yhden kanavan virtaavalle jäähdytykseen käytettävälle jäähdytysfluidille, joka voi olla mitä tahansa tarkoitukseen soveltuvaa nestettä tai kaasua, joka ei reagoi uraaniyhdisteen 101 kanssa.

Energiansiirtovälineet 130 käsittävät eristeen 138, joka on sovitettu eristämään ainakin osittain kontaktivälineet 132 ja ainakin osittain lämpötilaeronmuodos-tamisvälineet 134 siten että osa kontaktivälineet 132 ovat edelleen mahdollista asentaa vasten säilytyssylinterin 110 ulkopintaa 112.

Eriste 138 voi olla esimerkiksi kuivalla ilmalla tai muulla kaasulla, joka ei reagoi uraaniyhdisteen 101 kanssa, täytetty patja, joka toimii eristeenä ja samalla painaa sen pohjassa olevat kontaktivälineet 132 mahdollisimman tiiviisti vasten säilytyssylinterin 110 ulkopintaa 112.

Eristeen 138 materiaali voi olla esimerkiksi ilma- tai kaasutiivistä kuitukangasta, alumiinifoliota tai alumiinivahvistettua muovia tai kangasta.

Energiansiirtovälineet 130 asennetaan säilytyssylinterin 110 päälle energian-siirtovälineissä 130 olevan aukon 139 kautta.

Energiansiirtovälineet 130 pystyvät esimerkiksi yhden tai useamman energian-siirtopeiton 130 avulla - riippuen niiden koosta - siirtämään lämpöenergiaa koko säilytyssylinterin 110 ulkopinnan 112 alueella tai vyöhykkeittäin siten että ainoastaan osaa ulkopinnasta 112 lämmitetään johtamalla siihen lämpöenergiaa tai ainoastaan osaa ulkopinnasta 112 jäähdytetään johtamalla siitä lämpöenergiaa pois.

Jos energiansiirtovälineet 130 käsittävät useita energiansiirtopeittoja 130, lämpöenergian tuominen ja poistaminen voivat tapahtua vyöhykkeittäin myös samanaikaisesti saman säilytyssylinterin 110 ulkopinnan 112 eri kohdissa, jolloin jäähdytysprosessin kokonaisaikaa voidaan optimoida, mikäli osaa ulkopinnasta 112 lämmitetään jäähdytyksen aikana. Järjestelmän 100 avulla on helppoa ja yksinkertaista toteuttaa vyöhykkeellinen energiansiirto toisin kuin tunnetuilla ratkaisuilla, joissa vyöhykkeellinen ja samanaikainen lämmitys- ja jäähdytystoiminto ovat lähes mahdotonta.

Lisäksi järjestelmä 100 voi käsittää ohjausvälineet (eivät näy), jotka ovat sovitettu ohjaamaan lämmitys ja/tai jäähdytysprosessia, sekä lämpötilan tarkkailu-välineet (eivät näy), jotka ovat sovitettu tarkkailemaan energiansiirtofluidin lämpötilaa, koska uraaniyhdisteiden 101 kemiallinen koostumus on lämpötila-herkkä. Lämpötilan tarkkailuvälineiden avulla varmistetaan, että syötettävän energiansiirtofluidin lämpötila ei ole liian korkea, jolloin ehkäistään kuumapis-teiden (hot spot) synty säilytyssylinterin 110 pintaan 112. Kuumapisteillä tarkoitetaan kohtaa säilytyssylinterissä 110, jossa lämpötila on korkeampi kuin asetettu maksimilämmityslämpötila. Ylikuumentunut säilytyssylinterin sisäpinta aiheuttaa uraaniyhdisteen hajoamista.

Edellä on esitetty vain eräitä keksinnön suoritusmuotoja. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muunnella vaatimusten määrittelemän suoja-alueen puitteissa esimerkiksi toteutuksen yksityiskohtien sekä käyttöalueiden osalta.

Claims (9)

1. Järjestelmä (100) uraaniyhdisteen (101) energiansiirtoon, joka järjestelmä käsittää säilytyssylinterin (110) uraaniyhdisteen säilyttämiseksi ja energiansiirtovälineet (130) säilytyssylinterissä olevan uraaniyhdisteen lämmittämiseksi ja jäähdyttämiseksi, joiden lämmityksen ja jäähdytyksen tarkoituksena on uraaniyhdisteen olomuodon muuttaminen, tunnettu siitä että energiansiirtovälineet ovat sovitettu siirtämään energiaa uraaniyhdistee-seen ja poistamaan energiaa uraaniyhdisteestä johtumalla, joka uraaniyhdiste on uraaniheksafluoridi.

2. Vaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, jossa energiansiirtovälineet käsittävät kontaktivälineet (132), jotka ovat sovitettu johtamaan lämpöenergiaa ja jotka ovat sovitettu asennettavaksi vasten säilytyssylinterin ulkopintaa (112).

3. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestelmä, jossa energiansiirtovälineet käsittävät lämpötilaeronmuodostamisvälineet (134), jotka ovat sovitettu tuottamaan kontaktivälineiden kautta uraaniyhdisteeseen johdettava lämpö-energia ja/tai poistamaan kontaktivälineiden kautta uraaniyhdisteestä johtuva lämpöenergia.

4. Vaatimuksen 3 mukainen järjestelmä, jossa lämpötilaeronmuodostamis-välineet käsittävät ainakin yhden kanavan (136) virtaavalle energiansiirtofluidil-le ja ainakin yhden seuraavista: energiansiirtofluidin lämmitysvälineet ja ener-giansiirtofluidin jäähdytysvälineet.

5. Vaatimuksen 4 mukainen järjestelmä, jossa energiansiirtofluidin lämmitysvälineet käsittävät ainakin yhden sähkövastuksen, sähkömagneettisen säteilyn tuottamisvälineet tai lämpösäteilyn tuottamisvälineet, ja energiansiirtofluidin jäähdytysvälineet käsittävät ainakin yhden kanavan virtaavalle jäähdytykseen käytettävälle jäähdytysfluidille.

6. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestelmä, jossa energiansiirtovälineet ovat sovitettu siirtämään energiaa vyöhykkeittäin siten että ainakin osaa säilytyssylinterin ulkopinnasta lämmitetään johtamalla siihen lämpöener giaa ja/tai ainakin osaa säilytyssylinterin ulkopinnasta jäähdytetään johtamalla siitä lämpöenergiaa pois.

7. Jonkin edellisen vaatimuksen mukainen järjestelmä, jossa energiansiirto-välineet käsittävät eristeen (138), joka on sovitettu eristämään kontaktivälineet ja ainakin osittain lämpötilaeronmuodostamisvälineet siten että osa kontaktivälineet ovat mahdollista asentaa vasten säilytyssylinterin ulkopintaa.

8. Menetelmä uraaniyhdisteen (101) energiansiirtoon jonkin vaatimuksen 1-7 mukaisessa järjestelmässä (100), joka järjestelmä käsittää säilytyssylinterin (110) uraaniyhdisteen säilyttämiseksi ja energiansiirtovälineet (130) säilytyssylinterissä olevan uraaniyhdisteen lämmittämiseksi ja jäähdyttämiseksi, joiden lämmityksen ja jäähdytyksen tarkoituksena on uraaniyhdisteen olomuodon muuttaminen, tunnettu siitä että menetelmässä siirretään järjestelmän energiansiirtovälineillä (130) energiaa uraaniyhdis-teeseen ja/tai poistetaan energiaa uraaniyhdisteestä johtumalla, joka uraaniyhdiste on uraaniheksafluoridi.

9. Energiansiirtovälineet (130) uraaniyhdisteen (101) energiansiirtoon, tunnettu siitä että energiansiirtovälineet ovat sovitettu siirtämään energiaa uraaniyhdistee-seen ja poistamaan energiaa uraaniyhdisteestä johtumalla, ja energiansiirtovälineet käsittävät kontaktivälineet (132), jotka ovat sovitettu johtamaan lämpöenergiaa ja jotka ovat sovitettu asennettavaksi vasten uraaniyhdisteen säilytyssylinterin (110) ulkopintaa (112), ja lämpötilaeronmuodostamisvälineet (134), jotka ovat sovitettu tuottamaan kontaktivälineiden kautta uraaniyhdisteeseen johdettava lämpöenergia ja poistamaan kontaktivälineiden kautta uraaniyhdisteestä johtuva lämpöenergia, joka uraaniyhdiste on uraaniheksafluoridi ja joiden lämpöenergian johtamisen uraaniyhdisteeseen ja poistamisen uraaniyhdisteestä tarkoituksena on uraaniyhdisteen olomuodon muuttaminen. Krav