TW533430B - Storage installation for irradiated fuel or radioactive materials - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533430

本發明係有關於中或長期儲存輻射核子燃料或各種放 射性物質者，特別是，它係有關於一種用於放射性物質之 儲存裝置，其中由溶合反應（放射性衰變）所放出的餘熱係 藉由自然對流、混合或強制排出並且其中含有這些輻射核 子燃料或這些各種放射性物質的某些次系統（被稱為軸 才干、組件或谷器）係被固定在相同的室或凹部中。 用於儲存放射性物質之輻射燃料的裝置係依據以下一 般性原則存在，通常是金屬的（例如在這些裝置中的“軸桿，，) 且包含輻射燃料或放射性物質之次系統係以一般的模式配 置在一室中。這室具有一水平底板與頂板，該次系統之配 置通常係依據一般性的“佈置方式”，例如正方形或三角 幵y來進行 可包含過渡益、防止異物侵入栅欄及一些具 有各種功能的其他裝置之空氣引入迴路將空氣由外部帶入 k至中，因此所帶入之空氣與該次系統接觸而昇溫並且藉 自然或混合對流上彳，或者藉空氣之移動整體地被抽出。 可包含一用以加速排出之煙囟或通風裝置及具有其他功 月b的其他裝置之空氣排出迴路將該空氣帶離該室（通常是 以將空氣由靠近該頂板處帶離，因為這是熱空氣聚集處） 並且將它排出至外側。 這些裝置可以用一令人滿意地操作，但是，它們有些 缺點。在該室中之空氣流動是擾流的、多方向的、非常複 雜且難以預測的，由於該室之頂板是水平的，該熱空氣將 會聚積在該頂板下方且在距離該空氣出口最遠的區域中。 計算顯示該裝置之最熱點會在靠近該頂板處，遠離該空氣 本紙張尺度中關家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公爱）

-4- 如430 A7 、發明說明（2 ) 區或4疋由於為了要排出該出口，該空氣僅受益於 由在該頂板下方之熱空氣層之厚度梯度所產生的浮力。在 該等次系統之結構容許它的情形下，供該空氣用之較佳通 道係形成在阻力最小且沒有任何次系統產生熱的區域中。 ，分流該熱次系統的空氣降低了該裂置之效能，因為它 “阻塞” 了㈣人與排心氣迴路且對冷卻該:欠系、统益任 何幫助。這阻塞將使在該煙隹中的空氣溫度降低（並且因此 在圖中該流動驅動力減少），且造成_不必要的過度負載及 因此該空氣引入與排出迴路之昂貴的過大尺寸。 該外側空氣之熱瞬變（季節性的、每天的或在某些氣候 條件下可降低數分鐘）係藉該引入迴路之壁或其他裝置的 熱慣量來過濾，這使得在該室外側與該引入口之間的空氣 溫度降低，而這溫度之降低會使進入該室之空氣的相對濕 度增加。這相對濕度之增加則會促進在該等次系統之冷件 的金屬結構上及在其他表面上的凝結，這凝結使在該等次 系統之冷件的金屬結構上及在其他表面上產生腐蝕及破壞 的風險增加，而這腐蝕及破壞會縮短該裝置之壽命。這種 現象在由於它係與該流動之複雜的結構連結且因此難以用 人可靠的定量方式來預測時特別地不利。 當該次系統係垂直地配置或具有一主要為垂直之佈置 方式時並且當這次系統輸出動力時，自然與混合對流之_ 熱邊界層擴展並且可上升遠至其掃過的頂板，該頂板之下 表面層因此被加熱到一大於整個空氣流之混合溫度的溫 度。來自該軸桿之熱輻射也可產生補充加熱的效果，特別 . * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂------^-----線」 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 533430

、發明說明（ 疋如果該等表面具有高放射性時。這些現象的其中之一或 /、他現象’或兩者之組合，會導致該頂板之過度高溫，因 _____________01 — m t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此需要有特殊且昂貴的預防措施來避免破壞。 因此克服上述缺點的問題可摘要如下： -在該室内之流動之定量預測的低可靠性。 -某些空氣無用地分流該次系統且阻塞該空氣引入與 排出迴路。 -外側空氣之熱瞬變可導致凝結，因此它本身會產生 無法準確預測之腐蝕或破壞的危險。 -由該·次系統所產生且垂直地或以一大致垂直之方向 位於一頂板下方或靠近該頂板處之熱邊界層可加熱在該頂 板下方之表面層至一高於整個空氣流之混合物的溫度之溫 度0 減少這些缺點的影響一定不能犧牲該裝置之主要功能 (消除被釋出的能量、抵抗離子化射線的生物保護、長時間 的維持性、易於裝載與卸載燃料、可監視與維修該裝置 等），或這種設備的優點，即： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -操作之簡單性及财久性。 -被動性，也就是即使沒有連續監視也可正確操作。 -操作之穩定性。 -由現有裝置所獲得的經驗。 -長期之正期操作：不需移動性機械零件、使用一非 常簡單的物理原理等。 -可輕易運轉该裝置’丟棄或移除新輻射燃料或放射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- 533430 A7

十生物質。 這種裝置係欲㈣放射性物質，特定的㈣及以上所 有公眾所接受者使其熱空氣流行為可以一可靠之方式計算 出來’因此-主要的限毅證明評價它之計算係可靠且; 預測之程度的能力。這限制係特別地依據該裝置之熱空氣 流操作複雜性的描述而定並且鼓勵研究可產生更具結構性 且可預測的流動的解決之道’即使它們會使該系統稍微複 雜’或甚至稍微降低熱效率也無妨。 為了改善在該儲存裝置之室中之熱空氣流的預測品 質，吾人建議靠近該次議靠近該次系統之流動應藉由利用 该空氣循壞之一較佳方向而自動地構成，這較佳方向使圍 繞该配置之空氣的熱空氣流流動建立模型並且因此使結果 在定量上更可靠。 本發明之目的是一種用於輻射燃料或放射性物質之儲 存裝置，其包含： -一室，具有一底板、一頂板及橫向壁， -多數收容構件，用以容納該輻射燃料或放射性物 質’這些收容構件係配置於該室中而可受到一冷卻氣態流 體的循環作用， -用以將氣態流體導入該室中而可導入該冷卻氣態流 體的構件， -用以將氣態流體排出至該室外以在其循環流過該收 容構件之後，排出該冷卻氣態流體的構件，及 可引導該冷卻氣態流體而使得它在循環流過該收容構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項#填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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件時具有-較佳之循環方向的構件，該裝置之特徵在於可 引導該冷卻氣態流體的構件包含： -多數套管，環繞該收容構件且在它們與該收容構件之 間留下-空間以供該冷卻氣態流體循環，這些套管具有入 口及出口孔以確使該冷卻氣態流體循環， -多數隔板，係連接該等套管者，這些隔板係依據對 應於该冷部氣態流體循環之該較佳方向的一方向來配置。 有利地，靠近該室之橫向壁之該收容構件係儘可能靠 近這些橫向壁配置以避免該冷卻氣態流體形成分流。這可 藉著將該收容構件依據一般的佈£方式來配置而且藉減少 在該橫向壁及相鄰次系統間之距離向上到達該等壁來達 成。 該等套管也可以構成輻射濾網。 由於有連結該等套管之隔板，且這些隔板係依據對應 於該冷卻氣態流體循環之較佳方向來配置，因此可再改蓋 該冷卻氣態流體之流動結構。 可引導該冷卻氣態流體的構件也可包含連接該室之至 少一橫向壁與鄰接這橫向壁的多數隔板，這些隔板係依據 對應於該冷卻氣態流體循環之該較佳方向的一方向來配 置，這有助於再改善該氣流的結構。 這裝置可再包含可引導該冷卻氣態流體的一輔助構 件，這些辅助構件係位在該室之一橫向壁及一或數個套管 之間並且係依據對應於該冷卻氣態流體循環之該較佳方向 的一方向來配置。這些輔助構件可在該次系統依據一特 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨丨丨---------0 — • * (請先閱讀背面之注意事項·再填穹本頁) .線 «1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 533430 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 佈置方式來配置時，例如依據一三角形佈置方式時減少該 等分流。 較佳地，如果用以排出該氣態流體之構件係位在頂板 或靠近該頂板處，那麼該頂板係傾斜的且用以排出該氣態 流體之構件係位在該室的最高部份，這將減少該氣態流體 罪近5亥頂板且返離該氣態流體之出口區域處的最高溫度， 該頂板之傾斜角度相對於水平面可在1 0。與20。之間。較 佳地，這角度為15 。這傾斜使得熱氣體可由於浮力的緣 故而更容易釋出，避免其堆積在這些區域中且因而避免產 生熱點。 該室也可以具有朝該用以排出該氣態流體之構件升高 的一傾斜底板，這再改善了熱空氣流的行為。這種方式的 優點是可在該入口處留出一比在出口處更大之橫截面積以 供該氣態流體通過，因此可促使更均一之氣體流量送入各 種不同的次系統並且確實為該等次系統更均勻地提供冷氣 態流體而成為一體。 這裝置可再包含供冷卻氣態流體之用的一分支管線以 使已在該室中循環或與該室熱接觸的該冷卻氣態流體之一 部份再循環，這再循環的冷卻氣態流體之一部份可以在與 氣態流體排出裝置連通的一排出煙囟中來進行，因此可避 免該氣態流體（例如，空氣）之溫度瞬變，而該溫度瞬變產 生會有難以預測之腐蝕或破壞之風險之冷凝。離開該儲存 室之該再加熱之氣態流體的部份係再被導入該引入迴路， 較佳地係儘可能靠近該儲存室以使進入該室之氣體的溫产 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2W x 297公髮) ' ----—-- (請先閱讀背面之注意事項再填貧本頁) 0 訂 |線· -9- 533430 A7 B7 五、發明說明（ 上升並且因此減少相對濕度。 負載損失用的可調整元件可以設置在該分支管線中或 在用以排出該氣態流體之構件中，以控制該冷卻氣態流體 的再循環量。 多數熱輕射板可與該收容構件連接，這些板係位在靠 近-亥頂板處以破壞在該頂板表面處《熱邊界層的結構，因 此可避免由一次系統所產生且垂直地或以一大致垂直之方 向配置於該頂板下方或接近該頂板處的熱邊界層可以加熱 在虡頂板下方之表面層至大於氣態流體之整體流動之混合 物的/皿度。事實上，這些板扮演一雙重角色，藉破壞該熱 邊界層的結構，它們擾動該氣態流體之混合物並降低它的 溫度，它們也作為輻射濾網，至少部份地，保護該頂板不 受到來自該收容構件的熱輕射。 本發明將可更佳地了解且其他的優點及特點將在配合 附圖閱讀做為-非限制性例子之以下說明時而得以明瞭， 其中： -第1圖是本發明之一用於輻射燃料或放射性物質之 儲存裝置的垂直截面圖， -第2圖是顯示在第丨圖中之用於輻射燃料或放射性物 質之館存裝置的一橫截面圖， 第3圖是本發明之另一用於輻射燃料或放射性物質之 儲存裝置的橫截面圖。 第1圖是本發明之一用於輻射燃料或放射性物質之儲 存裝置的垂直截面圖。 ϋ張尺度適用t _家標準（CNS)A4規格（21G 士公髮） -10- 533430 A7 五、發明說明（8 濟 部 智 慧 消 費 該裝置包含-U，其係埋藏在所示例子中且 板2、-頂板3及僅可看到兩個壁4與5之橫向壁:在有: 中配置有多數收容構件或軸桿6。 人 在第1圖之例子中，該等軸桿6係由該處理室1〇之底板 "向下垂伸以到達該室1之上方，各轴桿6之腳可在= W内移動通過未顯示之阻尼器的中間部份1 放射性物質係依據熟習此項技術者所週知之調整方:由^ 處理室10配置在該軸桿中。 Μ 該等軸桿6係各被具有多種角色：輻㈣網、煙包、流 動結構物 < 套管8包圍在該等軸桿之加熱部份中該等套管 8包圍該等軸桿6以在該軸桿與對應套管間留出足以讓該等 軸桿正確地冷卻的-環狀空間。舉例來說，對一直徑90cm 的軸桿而言，對應的套管的直徑可為i4〇cm。 隔板9將該等套管8連接在一起，它們不僅扮演-直接 熱角色而且有助於垂直地構成冷卻氣態流體之流動並且大 致地避免橫流。其他的隔板，標號為时，也連接位於靠 近該等橫向壁（例如壁5)之套管8及這些橫向壁，以建構該 流動且避免分流。該等套管8係以未顯示之支持構件放置在 該底板2且不會干涉該冷卻氣態流體之循環，隔板9與19之 存在也可確使該等套管整冑具有較大穩定性。 第1圖所示之儲存裝置係氣冷的，冷空氣穿過通風口 20，通過一格栅21及一靜電過濾器22並且沿著一導管“引 V至該至1之工軋引入口 24。有利地，該引入口係位在該室 1之最低部份中。以相同的方式，該空氣排出口 25係有利地 本紙張尺度適財關家鮮（cns)a4 - 暴 Ϊ

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I 533430 五、發明說明（9 ) 位在該室1之最局部份中’它與一排出煙自26連通。在該空 氣引入口 24與該空氣排出口 25之間，該冷卻空氣因此被該 等套管8及該等隔板9與19沿著一垂直方向引導。 第1圖顯示該底板2及該頂板3係傾斜的以便空氣循 環’該底板2及該頂板3朝該空氣排出口 2 5向上升起。 該頂板3可由片狀金屬製成，靠近該頂板3處，該熱邊 界層係被亦可作為輻射濾網的板15破壞結構。有利地，這 些板可以被設置在該頂板下方數公分以使它們的兩面可接 觸該冷卻流體，使熱交換係通過這兩面發生。 第1圖所不之裝置還包含一分支空氣迴路，這補充空氣 迴路，在自然對流的情形下，包含一將空氣帶至該頂板3 與該處理室10之底板U之間的第一垂直導管31，然後該被 中 再加熱空氣在第二垂直導管32中並接著在一水平導管^ 回 循環，而回到該導管23。該分支空氣迴路將微溫空氣送q 到該室i之入口，其使在該入口之空氣之溫度猶微上升並且 減低冷凝之風險。另-個可能的實施例係由直接由該排出 煙囟抽出空氣所構成。 消 費 這空氣再循環必須使在該入口處之空氣溫度適度地上 升，通常是上升幾度，空氣循環之比例必須在全動力時是 低的且在該動力消失時上升’以在零動力時趨近於跳之 ^匕例，為了滿足這種條件，必須㈣分支迴路或該空氣排 出口料中或在兩迴路中設置可調整負載損失元件來實 ^ k些70件之㈣可以在各載人與卸載核子物質之後發 ’以計及被儲存之新動力，或當所儲存之動力已明顯減 297公釐） 本紙張尺度顧鮮 -12-

I ^3430 ^3430 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1()) '-- f時(正常放射性衰減)發生。在後者的情形中，在兩連續 凋整之間會有由數年至數十年之時間。 一 #第2圖是在第1圖中以垂直截面顯示之裝置之一部份的 也田、截面圖，彳以看到依據一般的三角开）⑯置方式排列之 /等軸柃6、δ亥等套管8、在套管之間的隔板9及連接該等隔 f9與該橫向壁5的隔板19,被它㈣套管8所包圍之該等軸 才干係仏可此地罪近該等橫向壁以避免分流出現。相當於半 套管（沿縱向）之元件时“模型，，，係靠抵該橫向壁5且被 :板17=接於最近的套管。這結構可建構該空氣流動，使 付位於罪近於該橫向壁5之該等軸桿成為相同種類的流動 且因此避免分流。 第3圖是由用於輻射燃料或放射性物質之儲存裝置之 邛伤上方看去的一橫截面圖，這裝置與上述裝置不同處 f於該等軸桿之形狀’這變化例之軸桿41具有-正方形的 秘截面，包圍它們的套管42也具有一正方形橫截面，它們 係猎隔板43連接在一起。 軸柃41之這結構可使它們依據一般的正方形佈置方式 來配置，且儘可能靠近該橫向壁50以避免分流，套管整體 可被一藉隔板45連接於相鄰套管之封套料所包圍以再提高 5亥流動之結構性且減少分流。 ° 前唬51表示在地面處之空氣，其由底部穿入套管與隔 板之網路，前號52表示在該頂板下方由該等套管與隔板之 網路流出並且移向由53表示之空氣排出口之空氣。 本發明可提供一較佳的流動結構，因此提供描述它們 本紙張尺度適时國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公£1-'^' -13-

____________# --- - 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-Γ · -線· 533430 A7 五、發明說明（u ) 之計算的較佳可靠性。這表示正確操作之安全性的展現及 檢驗證明之程序將會更容易，大眾之接受度因此也會較高。 本發明可減少該儲存裝置之最高溫度，特別是可減少 5亥等橫向壁且特別是該頂板所承受的最高溫度。 、本發明可以減少圍繞該等軸桿之不必要分流，因叔可 以使*亥空乳引入及排出迴路的尺寸更符合經濟原則而仍能 確保均勻且有效的冷卻。 本發明可減少由於外側空氣冷凝於該裝置之冷零件上 之濕度所產生的水量。 藉著使在該儲存室之頂板之表面上的溫度得以降低， 這頂板之設計、其生產、其品質及其檢驗證明因此可以簡 化0 (請先閱讀背面之注意事項辱填寫本頁) .0

訂· _———II !線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- 533430 A7 B7 五、發明說明（12 ) 【元件標號對照 表】 1··. 室 41··. 軸桿 2... 底板 42... 套管 3..頂板 43... ，隔板 4,5 ...橫向壁 44... ，封套 6 · ·. .軸桿 45··. .隔板 7... .緩衝器 50··. ,橫向壁 8 · ·, .套管 51... ,進入空 氣 9··, .隔板 52... .流出空 氣 10. 處理室 53… .空氣排 出口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11.. 底板 16.. .半套管 17…隔板 19…隔板 20.. .通風口 21.. .格柵 22.. ..靜電過濾器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 23.. .導管 24. "空氣弓1入口 25. ··空氣才非出口 2 6…排出煙囟 31.. .第一垂直導管 32.. .第二垂直導管 33.. .水平導管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15-

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 第90122917號專利申請帛申請專利範圍修正本92年1月28日 1.-種用於_射燃料或放射性物質之儲存裝置，其包含·· 至（1) ’具有一底板（2)、一頂板（3)及橫向壁（4、 5)， -多數收容構件（6)，用以容納該輕射燃料或放射性 物：，這些收容構件(6)係配置於該室中而可受到一冷卻 氣悲體的循環作用， _用以將氣態流料人該室⑴中而可導人該冷卻氣 態流體的構件（24)， ;-用以將氣態流體排出至該室⑴外以在其循環流過 該收容構件⑹之後，排出該冷卻氣態流體的構件（25) ’ 及 可引導該冷卻氣態流體而使得它在循環流過該收容 構件（6)時具有一較佳之循環方向的構件（8 u)，該 衣置之特效在於可引導該冷卻氣態流體的構件包含： ☆ _多數套管⑻’環繞該收容構件⑹且在它們與該收 今構件（6)之間留下-^間以供該冷卻氣態流體循環，這 些套管⑻具有入口及出口孔以確使該冷卻氣循 環， -多數隔板（9)，係連接該等套管⑻者，這些隔板⑼ 係依據對應於該冷卻氣態流耗環之練佳 向來配置。 〜^丨丁农复，兵甲靠近該室（ 向壁（5)之該收容構件（6)係、儘可能靠近這些橫向 六、申請專利範圍 以避免該冷卻氣態流體形成分流。 3.如申請專利範圍第丨項之儲存 — 成輻射濾網。 中泫寻套管(8)也構 4·如申請專利範圍第丨項之儲存 態流體的構件也可包含連接該室⑴之^卻氣 :鄰數隔板〇9)，這些_二=) 置。 之錢佳方向的-方向來配 該 位 係 向 5·如申請專利範圍第1項之儲存裝置，它可再包含可引導 冷部u流體的-輔助構件（16)，這些輔助構件⑽係 在该至⑴之—橫向壁（5)及—或數個套管⑻之間並且 依據對應於該冷卻氣態流體循環之該較佳方向的一方 來配置。 6.如申請專利範圍第！項之儲存裝置，其中用以排出該氣態 流體之構件（25)係位在頂板或靠近該頂板⑶處，且該頂 板係傾斜的並且用轉出該氣態流體之構件（25)係位在 該室的最高部份。 7·如申請專利範圍第6項之儲存裝置，其中該頂板（3)之傾斜 角度相對於水平面係在1〇。與2〇。之間。 8.如申請專利範圍第i項之儲存裝置，其中該室⑴也可以具 有朝该用以排出該氣態流體之構件（25)升高的-傾斜底 板(2)。 一 9·如申請專利範圍第丨項之儲存裝置，它更包含供冷卻氣態 流體之用的一分支管線（31、32、33)以使已在該室⑴中 本紙張 ) 533430 申請專利範圍 循環或與該室熱接觸的該冷卻氣態流體之 環。 77再循 10.如申請專利範圍第9項之儲存裝置，其中該再揭 口 p孔瓜肢之一部份係在與氣態流體排出I置連通 一排出煙囟中被抽出。 、 H·如申請專利範圍第9項之儲存裝置，其中負載損失 可調整元件可以設置在該分支迴路中或在用以排出該 氣恶流體之構件中，以批在彳— 裝 曰 * γ以乜制该冷卻氣態流體的再循環 "4* ° 訂 12•如申請專利範圍第i項之儲存裳置，其中多數熱輕射板 ⑼係與該收容構件⑹連接，這些板（15)係位在靠近該 頂板（3)處以破壞在該頂板表面處之熱邊界層的結構。 η.如申請專利範圍第】項之儲存裝置，其中該冷卻氣態流 體是空氣。 禮 本紙張尺度適用中@S家標準（CNS) A4規格（21〇><297公爱） -18-