TWI356423B - Method and apparatus for dehydrating high level wa - Google Patents

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TWI356423B
TWI356423B TW095120033A TW95120033A TWI356423B TW I356423 B TWI356423 B TW I356423B TW 095120033 A TW095120033 A TW 095120033A TW 95120033 A TW95120033 A TW 95120033A TW I356423 B TWI356423 B TW I356423B
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Description

1356423 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於儲存高階廢棄物（「HLW」）之領域， 而明確言之係關於乾燥HLW以便在「乾燥狀態」下進行儲 存及/或運輸之領域。 【先前技術】 HLW(例如用過核燃料）之儲存、處置及傳輸需要特別小
心及程序性防衛措施。在核反應器之操作中，填充有濃缩 鈾的中空锆合金管（稱為燃料裝配件）在該核反應器核心内 完全燃燒。在此等燃料裝配件之能量已消耗減小至一預定 位準後’慣常作法係從該反應器移除此等燃料裝配件。在 消耗及隨後移除後，此用過核燃料（rSNF」）仍然極具放射 性而產生相當大的熱量，從而在其後續包裝、運輸及儲存 時需要非常小心。明確言之’該SNF發射極危險.的中子及 伽瑪光子。在從該反應器核心移除後需要一直包含此等中 子及伽瑪光子。 在卸出核反應器的燃料時 取w邛活係從該反應器 除該辦並將該SNF放置於水下一般所稱的用過燃料儲 池或區中》池水有助於該SNF之冷卻並提供足夠的輻射 蔽。將該S職存於該池卜足夠長的週期，以允許孰 ^射衰減到—低得足以允許安全運輸該SNF之位準。. 是’由於安全、空間及經濟方面的考慮因素， 娜儲存-相當長的時間時單獨使用該池並不令 1 因此，#需要長期儲存娜時，核工業中的標準作法1 Η 1867.doc .A用過燃料池中儲存-短暫週期後將該SNF儲存於-乾燥 ' f #將6亥SNF儲存於一乾燥惰性氣體環境中，該氣體 .環境係包覆於-提供足夠的輻射屏蔽之結構内。用於在乾 ，：狀態下將卿儲存較長時間週期之一典型結構係健存 箱。 t箱八有二腔，該空腔之尺寸係適當調節成容納—
SNF罐且係設計為由銅、μ、混凝土及—適合環境的含氣 ▲製成之又大又重的結構。一般地，健存箱重約1 $㈣而 :大於1 5英尺。與儲存箱相關之—常見問題係其因過重 法藉由大夕數核能電廠起重機來抬升。另一常見問題 係儲存相—般因過大而無法放置於用過燃料池中。因此， 為了在SNF於該池中經過冷卻後將其儲存於一儲存箱中， 必須從該池移除該SNF，將其準備於一台架區域内並運輸 至該儲存箱。在此傳輸程序之所有階段中，皆需要充分的 轄射屏蔽。 一由於需要從用㉟燃料池移除該SNF而此外還將其運輸到 _儲存相’因此—般在從該反應器核心、移除該SNF之前將 ^ ]的罐次沒入s亥用過燃料池十。然後直接將該snf放 二該打開的罐，而同時浸沒於水中。但是，即使在密封後， ^獨藉由該罐’不會對辦賴射提供足夠的包圍。若無額 卜的幸田射屏蔽’則無法從該用過燃料池移除或運輸一載有 的罐因此，已開發在該SNF之運輸期間提供額外的輻 =屏蔽之裝置及方法。該額外轄射屏蔽一般係藉由將該罐 大的圓柱形谷器（一般稱為傳輸箱中）而同時係浸沒 η 1867.doc 1356423 • 於該池中來實現。與儲存箱類似，傳輸箱具有一空腔，該 • 冑腔之尺寸㈣當地調節成容納該罐且係設計成遮蔽環境 以免其受到内部SNF所發射輕射之影響。 在使用傳輸箱來運輸載有SNF的罐之設施中，首先將一 空罐放入-打開的傳輸箱之空腔。然後，將該罐與傳輸箱 浸沒於該用過燃料池中。將先前從反應器釋放而位於濕儲 存器中的SNF移人該浸沒的罐（其在該傳輸箱内且填充有 • 水然後，讓該載有SNF的罐與其蓋適配，從而將該SNF 及來自該池之水封閉於該罐内。然後藉由一起重機從該池 移除載有SNF的罐及傳輸箱，並將其置於一台架區域，以 讓載有SNF的罐為在一乾燥狀態中儲存或運輸作好準備。 為了讓-載有SNF的罐為乾燥儲存或運輸作好適當準備，美 國核管理委貝會（「NRC」）要求在密封該罐並將其傳輸給該 儲存箱之前對該SNF及該罐内部進行充分乾燥。明確言之， NRC規則規定在藉由—惰性氣體來回填該罐並密封該罐之 春前該罐内的蒸汽壓力（vP)可為或低於3托（1^)(1托=i _ Hg)。蒸汽壓力係該蒸汽對—液體之均衡壓力，其中均衡係 定義為從液相轉換為氣相的分子數目與從氣相轉換為液相 的刀子數目相等之狀態。3托或更低的較低vp之要求破保該 罐内部有一足夠乾燥的空間適用於SNF之長期儲存或運輸。 目前’核設施藉由實行_真空乾燥程序來遵守職不高 於3托或更低vP之要求。在實行此程序時，首先從該罐排出 該罐内大里的水 旦排出該大量的液態水，便將一真空 系統耗合至該罐並致動該真空系統以便在該罐内產生^ 111867.doc 丄 JJUH·/：) ，之壓力條件。該罐内低氣壓之條件有助 水之蒸發而該真空有助於移除水蒸汽。透過一真:^ 程序來憑經驗確定該罐内的外。若需要^與保持 保持程序直至令一規定 ^該真空與 力增量限於3耗。一日Γ真Γ持續時間（3〇分鐘）期間之壓 =性氣體來回填該罐’並密封，然： 相（其中具有該罐）運輸到高於—儲存箱之-位置’而將2 卿的罐傳輸進該儲存“作長期計卜 ♦载有 手3托或更低外的要求之目前方法具有耗時性、 y集性而且易受來自線路與㈣漏的錯誤之影響。任 二：了實體接近該罐才能作真空監視與乾燥測試， 產生低氣屡之條件’則需要昂貴的真： 複雜的裝備問題。 J此引起 【發明内容】 因此，本發明之—目的俜描 的罐之方法及系統。 種用於乾燥—载有卿 本發明之另-目的係提供—種在不用實體接近 物而乾燥-载有HLW的罐以確保該罐内已達到一可接受的 乾燥位準之方法及系統。 本發明之另一目的係提供-種乾燥-載有HLW的罐而不 會讓該罐内部受到低氣壓條件的影響之方法及系統。 本f明之另—目的係提供-種乾燥—載有HLW的罐而不 使用卬貴的真空裝備之方法及系統。 I11867.doc "1356423 本發月之另目的係、提供—種將—載有的罐準備用 於乾燥健存之方法及系統其 率。 糸統*易於實施及/或具有時間效 本發明之另-目的係提供—種以—更具成本效益的 來準借-載有HLW的罐用於乾燥儲存之方法及系統。 本發明達到此等目的及其他目的，其—方面係_種 一載有「HLWj的空腔之方法，該方法包含：a)讓—非活 性氣體流經該錢；b)重複測量退出該空腔的非活性氣體 之露點溫度；以及c)當退出該空腔的非活性氣體之露點溫 度係測量為或低於一預定露點溫度已經歷一預定時間時， 旋即斷開該非活性氣體流並密封該空腔。 藉由確保從該空腔出來的非活性氣體之露點溫度為或低 於該敎露點溫度已經歷該敎時間週期，來確保該办腔 足夠乾燥(即’該空腔内該非活性氣體之仲低於一所需位二 而無需用實體接近來測量其中的VP)。 在某些具體實施财’預定的露點溫度係選擇成使得在 該空腔内達到-所需蒸汽壓力，例如不高於3托或更低。 該非活性氣體流經該空腔的流速決定一指定乾燥位準 (即，一預定的露點溫度）之預定時間。對於任何尺寸已調節 好的空腔體積罐，可透過實驗或模擬來決定該預定露點2 度及該預定時間。 在某些具體實施例中，本發明方法可進一步包含以下步 驟：d)在測量該露點溫度後乾燥退出該空腔的非活性^ 體；以及e)重新計算流經該空腔的乾燥非活以體。可藉 111867.doc 丄 M423 由讓該非活性氣體接觸一乾燥劑或藉由冷卻該非活性氣體 來執行乾燥步驟。 在某些具體實施例中，將讓該非活性氣體以一預定流速 循環流經該空腔。該預定流速可以係選擇成使得該空腔體 積在該預定時間期間流通25至50次。 在某些具體實施例申，該預定露點溫度可在約2〇至26卞 之範圍内，而該預定時間在約25至35分鐘之範圍内。在一
項具體實施例中’較佳的係該預定露點溫度約為22 9卞， 而該預定時間約為30分鐘。 合適的非活性氣體包括但不限於：氮、二氧化碳、輕烴 氣或從由氦、氬、氖' I、氣及氣組成之—群組中選擇之 一鈍性氣體。
另一方面，本發明可以係一種用以乾燥載有hlw的空腔 之系統，該空腔包含：一形成該空腔的罐，該空腔具有一 入口與-出口； 一非活性氣體源；用以讓來自該非活性氣 體源的非活性氣體流經該空腔之構件；以及用以重複測量 :出該空腔的非活性氣體露點溫度之構件。該露點溫度測 量構件可以係任何類型之—濕氣直接感測元件例如渴产 計’或者採用其他構件，例如氣體層析儀、質量光谱儀等二 在某些具體實施例中，該系統可進一步包含用以乾燥該 非活性氣體之構件。合適的乾燥構件包括使用—冷卻器、 冷康器及/或冷凝器或使用乾燥劑。在此—具體實施例中， 該乾燥構件將位於該露點溫度測量構件之下游。包含1 燥構件的系統之具體實施例亦可包含用以讓所需非活性^ 111867.doc 1356423 ，該乾燥構件往回再循環進入該非活性氣體源之構件。 此可透過使用一再循環線路來實現。 在某些具體實施例中，該系統 J马自動化系統，而將進 、包括：-控制器’其係以可操作的方式耗合至該露點 溫度測量構件。在此一具體實施例 忑路點溫度測量構 較佳的係調適用於產生指示該非活性氣體已測量露點、田 度之信號並向該控制11發射料信號。該㈣器係調適用皿 於分析該等信號’並且在決定該等信號指示已測量露點π 度為或低於該預定露點溫度已經歷該預定時間時，旋即: 該控制器進一步調適用於⑴讓該非活性氣體 腔；及/或（2)致動-用以指示該空腔為乾燥之構件。 在-項具體實施例中，該系統將進一步包含—用過燃料 箱。在此-具體實施例中，該罐將係定位於該罐内並在該 罐内接受乾燥。 最後，較佳的係該空腔具有一頂部與一底部而且—入 口位於或靠近該空腔底部以向該空腔提供該非活性氣體而 -用以從該空腔移除非活性濕氣體之出口位於或靠近該空 腔頂部。 【實施方式】 圖！說明適用於本發明之_罐2〇。本發明不限於罐的特定 幾何形狀、結構或尺寸，而適用於用來運輪、儲存或容置 放射性元件之任何類型的封閉容器。儘管本發明之範例性 具體實施例將係根據其在乾燥—用過核燃料（「snf」）罐中 的應用來說明，但熟習此項技術者會明白本文所說明的系 111867.doc •11- 1356423 統及方法可用於乾燥以其他形式並在各種不同圍阻結構中 的放射性廢棄物。 ~ 該罐20包含一底部板22與一形成一空腔21之圓桎形壁 • 24。作為本文之用語，罐20最接近該底部板22之端25將表 不為泫罐20之底部，而罐2〇離該底部板22最遠之端“將表 不為該罐20之頂部。該空腔21具有一定位於其中的蜂房式 柵格23。1¾蜂房式栅格23包含調冑成容納用過核燃料 • (「SNF」）棒的複數個矩形盒。本發明不受蜂房式柵格:存 在的限制。 該罐20進一步包含具有一位力或靠近該罐2〇底部的開口 底部（圖中未顯示）之一排水管，其提供從該罐2〇的外部至該 空腔2i的内部之一可密封的通道。若需要，可讓該排水^ 口位於該底部板22内或靠近該罐壁之底部。該排水管可以 係打開或使用傳統插塞、排水閥或焊接程序咮密封。 如圖1之說明，該罐20係空的（即該空腔21不具有放置於 籲該蜂房式柵格23内的SNF棒），而該罐2〇之頂部％打開。在 使用該罐20來運輸及儲存SNF棒時，將該罐2〇放置於一傳 輸箱10(圖2)之内部，此時該罐2〇打開而且係空的。然後， 將容置打開的罐2G之打開的傳輸箱1()浸沒人—用過燃料 池，從而令該空腔21之體積變成填充有水。然後，從該核 反應器移除SNF棒，並接著在水下從該用過燃料池移動卿 棒並將其放置於該罐20的空腔21内部。較佳的係，將單— 的一捆SNF棒放置於該蜂房式柵格23之每一矩形盒内。一 旦該空腔21載滿該等SNF棒，便將罐蓋27(圖2)定位於該罐 111867.doc 12 1356423 2〇之頂部上。該罐蓋27具有複數個可密封的蓋孔28，該等 蓋孔在開啟時形成從該罐2〇外部進入該空腔之一通道。然 後，藉由一起重機從該用過燃料池抬起該傳輸箱ι〇(其中具 有載有SNF的罐20)，並將其直立放置於—台架區域内（如圖 2所示），以便能夠讓該罐2〇為乾燥儲存適當地準備❶此乾 燥儲存準備包括乾燥該罐2〇之内部並將該蓋27密封至該 罐。 μ 現在專門參考圖2,當處於該台架區域内時，該罐2〇(包 含該等SNF樟與池水）處於該傳輸箱_。該罐2()與該傳輸 箱1〇皆處於-直立位置。一旦處於該台架區域内，便使用 附著於該罐蓋27(圖中未顯示)且其底部開口處於或靠近該 罐20的底部25之排水f ’來排出因制1水氣體（一般係 氦或氮）而截留於該罐2〇的空腔21内之大量的水。儘管從該 空腔21排出大量的水，.但殘餘的濕氣仍保留於該空㈣内
以及違等SNF棒上。但是，在可將該罐2()永久密封並運輸 到-儲存箱以作長㈣_存或運輸之前，必須確保 21與包含於其中的聊棒係完全乾燥。由於-容器内較低 的蒸汽壓力（vP)指示存在較低位準的濕氣，因此美國核管 理委員會(「皿C」)要求遵守包含HUV的箱之空腔21内蒸汽 壓力（「vP」）為3托或更低之規定。 圖3係能夠將該空腔21乾燥到可接受的刪位準而益需 侵入性地測量該空㈣内所產生的心―閉合 彈 :30。之一項具體實施例之示意圖。-旦將容置該二 輸箱1〇定位於該台架區域内而從該空腔_出該大量水， ⑴ 867.doc 1356423 便將該乾燥系統300連接至該罐2〇之入口 28及出口 29以便 形成—閉合迴路系統。更明破言之，氣體供應線路325與該 罐20之入口 28係流體式連接，而排氣線路326與該罐2〇之出 口 29係流體式連接。該罐之人心與出㈣係該罐内唯 一的孔。若需要，則可將適當的埠連接 '密封件及/或闕併 入該入口 28及出口 29。 該乾燥系統300包含—非活性氣體貯存器31〇、一供應幫 浦320、一流速閥321、一露點溫度濕度計33〇、一冷卻器 34〇、-再循環幫浦36〇及一控制系統35〇,該控制系統35〇 包括-經適當程式化的微處理器351、—電腦記憶體媒體 352、-定時器353及—警報器37〇。儘管所說明的乾燥系統 3〇〇之具體實施例係經由該控制系統而自動化，但本發明之 方法及系統皆不受此限制。若需要，則由該控制系統35〇 實施的功能可採取手動方式來實施及/或在某些情況下予 以省略。 該氦氣貯存器310、該罐20及該冷卻器34〇係流體式連 接、便#活性氣體（例如氦）能流經該閉合迴路乾燥系統 3〇〇而不會逃逸進外部環境。更明確言之，氣體供應線路奶 將該氦氣貯存器31〇連接至該罐2〇，排氣線路326令該罐2〇 與該冷卻器340係流體式連接，而再循環線路345令該冷卻 器340與該氦氣貯存器31G係流體式連接，從而形成一閉合 迴路氣體循環路徑。所有該等氣體線路325、326及皆可 由合適的管路或管線來形成。該管線及管路可由可撓性或 非可撓性的管道來構造。料管料由㈣合適的材料（例 IH867.doc 14 1356423 如金屬、合金、塑膠'橡膠等)形成。所有密封連接皆可透 過使用螺紋連接、密封件、環形夾及/或墊圈來形成。 该乳氣貯存器3 1 〇係用於儲存氦氣。儘管氦氣係用於本發 ^㈣的非活性氣體’但可結合該系統·及其操作來使 用任何非活性氣體。例如，其他合適的非活性氣體包括但 不限於·氮、二氧化碳、輕烴氣(例如甲烷)或包括但不限於 鈍吐氣體（氦、氬、氖、氣、氪及氣）的任何惰性氣體。 該供應幫浦32G係以可操作的方式叙合至該氣體供應線 路325。當受致動時’該供應幫浦32()從該氦氣貯存器㈣ 汲：氦氣並經由該氣體供應線路325將該氦氣推進該罐2〇 之空腔21。該氦氣不斷流經該罐2〇而經由該排氣線路奶 進入該冷卻器州。再循環幫浦剔係以可操作的方式_合 ^該再循環線345。當受致動時，該再循環幫浦36()從冷卻 益340及取已去除濕氣的氦氣，並將乾燥的氦氣推回該氮氣 貯存器31G以進—步再循環流經該罐2G。儘管二幫浦32〇、 3 6 〇係說明為併入該乾燥系統_，但本發明不受此限制而 可使用任何數目之幫浦。幫浦之確切數目將採取因個案而 異U方式來指^，並考量到多個因素，例如流速要求、 °亥系統中的M力降、該系統之尺寸及/或該系統中的組件數 目以机體線路上的箭頭來指示流經系統300之氦氣流方 向0 一流速閥321係以可操作的方式麵合至在該供應幫浦320 下游之氣體供應線路。該闕321係用於控制進入並流經該罐 20的空腔2】及流經整個乾燥系統3〇〇之氦氣流速。該閥切 111867.doc ^356423 閥在本發明之其他具體實施例中， 可替代性地藉由併入—皙旦 ^ 質里流速控制器來控制流經該乾燥 系統300之氣氣流速。如同該等幫浦之情況—樣，可按需要 將任何數目的閥併入整個系統3〇〇。此外，本發明不受該⑷ 閥或幫浦沿該閉合迴路流電路的任何特定放置方式之限 制。 該露點溫度濕度計33()係以可操作的方式轉合至該排氣 線路似，以便能測量從該罐2(^腔退出之氦氣之露點溫 度。用於露點溫度測量之合適構件包括濕氣直接感測元件 (例如濕度計)與其他構件(例如氣體層析儀或質量光譜 儀）。在某些具體實施例中，該渔度計33〇較佳的係包括一 數位信號。該露點溫度濕度計33〇重複測量退出該空腔Μ 的氦氣之露點溫度。重複測量在取樣速率方面沒有任何要 求。例如，該露點溫度濕度計33G可每秒鐘多次或每隔數分 人地測里該氦氣之露點溫度。在某些具體實施例 中’重複測量之間的時間間隔將很小以致該等測量看起來 本質上將係連續的。該等時間間隔將採取因個案而異的設 計方式來決定’並考量到多個因素’例如該系統之功能性 要求以及該氦氣之流速。 該冷卻器340之入口 342係搞合至該排氣線路似而該出 口 M3與該再循環線路345係流體式耦合。該冷卻器係提 供用二從該罐20的空腔21退出之濕氦氣去除濕氣，以便能 讓該氦氣往回再循環進入該氦氣貯存器32〇以進一步用於 該空腔21之乾燥。藉由將從該罐2〇的空腔21退出之濕化氦 111867.doc 16 @356423 氣充分冷卻，該氦氣中的水蒸汽將從該冷卻器34〇中的氦氣 冷凝出來，而經由排水管341以液體形式移除。冷卻該濕化 氦氣的確切溫度將取決於所需乾燥位準。所需乾燥位準·越 大，則該溫度越低。在本發明之一項具體實施例中，可能 需要將該濕化氦氣冷卻到25下或更低之一溫度。一旦在該 冷卻器340中去除濕氣，便將令該乾燥氦氣往回再循環進入 該貯存器310以作進一步使用。 儘管在使用一冷卻器340的乾燥系統3〇〇之所說明具體實 施例中將該濕化氦氣去除濕氣，但若需要可替代或除冷卻 氣340外使用其他去除濕氣之裝置及方法。例如，可使用一 冷凝器或冷凍器。在另一項具體實施例中，可將該濕化氦 氣曝露於一合適的乾燥劑（例如矽膠），該乾燥劑將從該濕化 氦氣流吸收水蒸汽。該乾燥劑可按需要透過加熱、紫外線 曝露或其他傳統的乾燥程序來加以乾燥而隨後可重複使 鲁 在不貫行氦氣再循環的本發明之具體實施例中，將該濕 化氦氣屋需去除濕氣。因此，將省略該冷卻器34〇或其他乾 燥模組。 一自動化系統350。該自動化
H1867.doc 該乾燥系統300進一步包含一 糸統350包含一CPU 351、一電月餐 353及一警報器37〇。該cpu 35 Η 可程式邏輯控制器、個人電腦¥ 1356423 f讓其發揮功能所需要的資料，例如預定時間、預定露點 溫度、所需冷卻溫度、流速之類。該定時器353係一標準的 數位化或内部電腦時序機構。該警報器㈣可為一警笛、 燈、LE卜顯示模組、揚聲器或其他能夠產生聲頻及/或視 訊刺激之7G件。儘管圖示並說明—警報器37〇,但可使用任 ㈣器、元件或裝置，其通知操作者該乾燥系統则已完成 :乾燥程序。例如，電腦螢幕能經由文字或視覺圖像來簡 單地指示該罐係乾燥的。 該CPU 351包括各種輸入/輸出埠用於提供與該乾燥系統 3 00中需要加以控制及/或與之通信的各種組件wo、η工、 330、340 ' 360、37〇、352、353之連接。該 cpu 州係經由 電線、光纖線路或同軸電镜或其他資料傳輸線而以可操作 的方式搞合至此等組件。圖3中以虛線指示此等連接。該 CPU 35 1可與该乾燥系統3〇〇的各種組件中任何及全部組件 通信（其係以可操作的方式連接至此等組件），以便控制該乾 燥系統300 ’例如：（1)致動或停用該等幫浦320、360 ; (2) ::’啟、關閉及/或調整該流速閥321 ; (3)致動或停用該冷卻 器340 ; (3)致動或停用該警報器37〇。 該CPU 35 1(及/或該記憶體352)還係藉由適當演算法而程 式化以接收來自該露點濕度計33〇之資料信號，分析輪入的 資料化號，將該等輸入的資料信號所表示的值與儲存的值 及範圍相比較，以及追蹤該等輸入資料信號所表示的值為 或低於儲存值時所處之時間。所使用的CPU類型取決於其 所併入系統之確切需要。 】11867.doc 1356423 >考圖4’說明依據本發明之一項具體實施例乾 SNF的错夕古.土 a ^ ^ 法之一項具體實施例之一流程圖。為便於說 ^及理解’將結合圖3所示乾燥系統來說明該方法。但 B 〇方法不限於任何特定結構或系統，而可藉由其他系 統及/或裝置來實施。 ’ 在步驟_中，包含載有_的罐2〇之箱ι〇在從該冷卻池 區移除後係疋位於一台架區域令。如上面之說明，此時藉 由來自該池的水來填充該罐2〇之空腔21。經由一適當定位 的排水管’從該罐20之空腔21排出大量的水，從而完成步 驟 400。 儘管從該罐20之空腔21排出該大量的水但該空腔η的 内部及該SNF仍帶有濕氣而需要進一步去除水分以作長期 儲存。為進一步乾燥該空腔21及該SNF，使用該乾燥系統 300。該罐20在該乾燥操作期間保留於該箱在步驟41〇 中’將該氣體供應線路325與該罐2〇之入口28流體式耗合， 而將排氣線路3 2 6與該罐2 〇之出〇 2 9流體_合。因此，形 成-閉合迴路流體電路，其中該罐2〇之空腔Η形成該流體 電路之一部分。 -旦將該乾燥系統300正確地鉤到該罐2()上，對決策方塊 420之回答便係是而該操作者致動該乾燥系統。可藉由 該CPU 351開啟該裝備或以一自動化方式來手動致動該乾 燥系統300。當以-自動化方式致動時，—操作者將藉由將 一系統致動命令輪入-以可操作方式輕合至cpu 351的使 用者輸入元件（圖中未顯示）(例如鍵盤 '電腦、開關、按紐 lH867.doc •19· 1356423 * 或類似者）來致動該乾燥系統300。當接收到來自該使用者 . .輸入元件之相關的系統致動信號時，該CPU 351旋即將適當 的致動信號傳送給：幫浦320、360，冷卻器340，濕度計33〇 及流速閥321。 • 由於致動該供應系統320及該再循環幫浦360，因而從該 氦氣貯存器310汲取該氦氣並讓該氦氣流經該閉合迴路流 體電路（其包括氣體供應線路325、罐20、排氣線路326、冷 鲁 卻器340及再循環線路345)。流經該乾燥系統3〇〇的氦氣流 速受該流速閥321 (較佳的係一可調整的閥）之控制。在本發 明之一項具體實施例中，該（：1>1；351打開該流速閥以便該氦 氣以一約為400 lb/hr之流速流經該罐2〇。但是，本發明並 不受此限制’而可使用其他流速。欲用於任何特定乾燥操 作中的確切流速將採取因個案而異的設計方式來決定，並 考量諸多因素’例如該罐空腔之開口體積、該罐空腔内的 目標乾燥位準、該罐空腔内的初始濕氣含量，該貯存器内 Φ 保留的氦氣之濕氣含量、該罐每小時體積轉移之所需數目 等。 還藉由該CPU 351來致動該冷卻器340 ’以便退出該罐2〇 的濕化氦氣能夠在往回再循環進入該氦氣貯存器31〇之前 去除水分。在一項具體實施例中，該CPU351致動該冷卻器 340以便將該氦氣冷卻到25卞或更低之一溫度。但是，可使 用s玄冷卻器340將該氦氣冷卻至適當去除該氦氣水分之任 何所需溫度。如上所述，在本發明之某些具體實施例中， 可使用其他去除水分的裝置（例如該些使用一乾燥劑之裝 111867.doc -20. 1356423 當受到致動時，該供應幫浦320旋即從該氦氣貯存器3i〇 汲取氦氣並經由該入口 28讓乾燥的氦氣流進該罐2〇之濕空 腔21。當進入該空腔21時，該乾燥氦氣旋即從該SNF及該 空腔2 1的内部表面以水蒸汽的形式吸收水。然後，载有濕 氣的氦氣經由該出口29退出該空腔21。當該濕氦氣退出該 空腔21時，該濕度計33〇重複測量其露點溫度。當該濕度計 330測量該濕化氦氣之露點溫度時，其產生指示測量所得露 點溫度值之資料信號並經由電連接向該cpu 351控制器發 射此等資料信號，從而完成步驟44〇。 當接收到指示已測量露點溫度值之資料信號時，該CPU 35 1旋即將該已測量值與一儲存於該記憶體媒體内的預 定露點溫度值相比較。從而完成步驟45〇。該預定露點溫度 係選擇成指示該空腔21之内部與該SNF足夠乾燥以用於長 期儲存。在一項具體實施例中，該預定露點溫度係選擇成 對應於該空腔21内指示一可接受的乾燥位準之一蒸汽壓 力，例如3托或更低。在此類具體實施例中，可使用實驗或 模擬關聯來選擇該預定露點溫度。 現在參考圖5 ’將說明關於如何選擇該預定露點溫度之一 項範例性具體實施例。從圖5所繪曲線可看出，氣體（例如 氦氣）之水蒸汽壓力與一露點溫度相關。因此，藉使用此曲 線，一旦知道目標蒸汽壓力，便可決定該預定露點溫度。 例如，若該目標蒸汽壓力為3托，則此對應於一約22 9卞之 露點溫度。此位置係由曲線上的點A來指示。該目標蒸汽壓 力可由政府或其他管理組織規定而且可有很大變化。在一 111867.doc •21 1356423 一項具體實施例中，較佳的係該預定露點溫度在約2〇至& τ範圍内，而最佳的係約22 9Τ。但是，本發明不限於任 何特定的露點溫度值。該濕化氦氣之確切露點溫度將對應 於該空腔21内之一充分乾燥狀態，其將採取一因個案而異 的方式來決定，並考量諸多因素，例如政府規m、規定的 安全因素、所儲存HLW之類型、儲存週期等。 回過來參考圖4 ’在該CPU 351將已測量露點溫度與預定 露點溫度相比較後，接著CPU35m；t已測量露點溫度係小 於或等於預定露點溫度，從而執行決策方塊46〇。此比較係 針對該CPU 351所接收的每一信號來執行。 若退出該罐的濕化氦氣之已測量露點溫度係決定為高於 該預定露點溫度，則決策方塊46〇之回答為否，且cpu 35ι 將繼續執行決策方塊49卜在決策方塊49〇, CPU3H決定是 否已致動該定時器353(此係在步驟47〇中實行）。若已致動該 定時态353’則決策方塊49〇之回答為是，且該cpu35i停用 該疋時器353並返回步驟440。若未致動該定時器353，則決 策方塊490之回答為否，且該cpu351直接返回步驟44〇。無 阳那方法，若退出該罐的濕化氦氣之已測量露點溫度係 决夂為咼於4預疋露點溫度，該乾燥系統3便繼續讓該乾 燥氦氣循環進入並流經該罐2〇之空腔21。 4疋若退出该罐的濕化氦氣之測量所得露點溫度係決 疋為或低於預疋露點溫度，則決策方塊〇之回答為是， 且CPU 35 1將繼續執行步驟47〇。在步驟47〇中，該35 1 致動/啟動該定時器353。該定時器47〇係程式化為運行一預 I11867.doc •22- 1356423 定時間。下面更詳細說明該預定時間之選擇及用途。 一旦在步騾470中致動該定時器，該CPU 351便前進至決 滚方塊480以決定該定時器353是否已到期（即，該預定時間 疋否已過去）。若該決策方塊480中的回答為否，則該cpu 351返回步驟440,且該乾燥系統3〇〇繼續讓氦氣循環流經該 罐20之空腔21並重複步驟440至470之操作直至該預定時間 到期。換言之，該乾燥程序一直繼續到退出該罐的濕化氦 軋之已測量露點溫度下降低於（或等於）該預定露點溫度，且 保持此溫度而經歷該預定時間（隨後不會上升高於該預定 露點溫度）。 由於要求退出該罐的濕潤氦氣之已測量露點溫度不僅達 到而且在該狀時間料處於或低於該狀露點溫度，因 此確保該空腔21及其中的SNF在一可接受的安全因素範圍 内係足夠乾燥位。現將結合圖6來說明此點連同用於選擇該 預定時間之構件。 ，考圖6,例示讓該氦氣不斷流經該罐2〇的露點溫度隨時 間所受到之影響。假定乾燥氦氣流速為400 lb/hr、壓力為 5〇psia、該乾燥氦氣内的濕氣位準為丨_& 2
罐體積容量為1 〇 lb_、、§ $、A
m而罐濕虱初始位準為1〇() mm H 擬該曲線圖中的資料。從該曲線圖可看出，在時間(「t ! 】時(即6刀鐘)時’可估計出該空腔2i内的露點溫 22州從圖5來看，其對應於一約3托之蒸汽 ^ 線圖上係指示為駐β任。亥曲 經該空腔21的氦氣流隨時間連續 抓動時，该路點溫度將不斷 研视j且主運到一均衡蒸汽壓 I11867.doc •23· 1356423 j流動時’該露點溫度將不斷減小直至達到一均衡蒸汽堡 該均衡⑨汽壓力在曲線圖所示範例中約處於t = 〇叫、 時(即約22分鐘)，在該曲線圖上係指示為點c。#需要，可 進-步繼續讓氦氣流經該空腔，但其不會導致該空腔叫 的露點溫度進一步明顯減少。
將點B及C作為參考點，此範例情況下的預定時間約為η 分鐘（即，從6分鐘至22分鐘卜但是’若需要，則該預定時 間可能小於或大於（例如）16分鐘。在任何情況下破切的預定 時間將採取因個案而異的設計方式來決定，並考量諸多因 素，例如罐的開口體積、流速、該空腔内的所需乾燥度、 所需或規定的安全因素等。在本發明之某些具體實施例 中，該預定時間較佳的係在20至4〇分鐘範圍内，更佳的係 在25至35分鐘範圍内，而最佳的約係3〇分鐘。 回過來參考圖4 ’ 一旦該預定時間到期’且已測量露點溫 度保持處於或低於預定露點溫度而經歷整個預定時間，則 该CPU 351再次到達決策方塊48卜但是，現在的回答為是 且該0卩11351繼續進行步驟51〇。在步驟51〇中，該(：1^351 產生關閉信號，該等信號係發射至幫浦32〇、36〇。一旦接 收該等關閉信號，便停用該等幫浦32〇 ' 36〇，並停止流經 該乾燥系統之氦氣流《或者，該CPU 351能藉由關閉該閥32ι 來停止該氦氣流。 一旦停用該專幫浦320、360’該CPIJ351便產生並向該馨 報器370發射一致動信號，從而完成步驟52〇。一旦接收該 致動js號，便致動該警報器370。依據用作該警報器37〇之 川 867.doc •24· 1356423 元件類型，該警報器370對該致動信號之回應可有很大變 化。但是，較佳的係該警報器370之回應係某類聲頻及/或 視覺刺激，其將通知該操作者該罐20係乾燥。例如，該警
圖示，照亮一 LED或其他光源等。 一旦得到該警報器37〇關於該罐20的空腔21與該SNF足 夠乾燥之通知，該操作者便將該乾燥系統與該罐2〇斷開並 • 密封該罐20以作儲存，從而完成步驟530。 前文之論述内容僅揭示並說明本發明之範例性且體實施 例。熟習此項技術者將會瞭解，本發明可以其他特定形式 來具體化而不脫離其精神或基本特徵。 2確。之，在某些具體實施例中，可手動實施本發明之 乾燥方法。在此一具體實施例中’將手動致動/控制該等幫 ::及所有其他裝備。操作者可從視覺上觀察到該濕度計之 5貝數，而可手動執行時序順序操作。 • 【圖式簡單說明】 係打開的罐之具體實施例之透視圖，其可與本發明 、° S使用已部分顯示空斷片。 心係°卩分斷面之傳輸罐的透視圖，且圖丨所示的罐係 密封並定位於該傳輸箱内。 圖3係依據本發明之一 圖4係依據本發明乾燥
巧之一閉合迴路系統之一示意圖。 1月乾燥一載有SNF的罐並使用圖3所示系 實施例之一流程圖。 明之一項具體實施例氦氣情況下的 111867.doc -25- 0423 :點溫度與m力之間關係之κ，該關係可用於決 定一目標露點溫度。 圖6係標繪依據本發明之一項具體實施例在罐内的露點 溫度與經受一氦氣流的時間之間關係之一圖式。 【主要元件符號說明】 10 傳輸箱 20 罐 21 空腔 22 底部板 23 蜂房式柵格 24 圓柱形壁 25 罐20之端/罐20的底部 26 罐20之端/罐20之頂部 27 罐蓋 28 蓋孔/罐20之入0 29 罐20之出口 300 閉合迴路乾燥系統 310 非活性氣體貯存器 320 供應幫浦/氦貯存器 321 流速閥 325 氣體供應線路 326 排氣線路 330 露點溫度濕度計 340 冷卻器 111867.doc *26- 1356423 341 排水管 342 冷卻器340之入口 343 冷卻器340之出口 345 再循環線路 350 自動化系統/控制系統 351 微處理器 352 電腦記憶體媒體 353 定時器 360 再循環幫浦 370 警報器 111867.doc 27-

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  1. L356423 第095120033號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(1〇〇年8月）年巧U曰修(更)正替換頁 十、申請專利範圍： - .1. 一種乾燥一載有高階廢棄物（「HLW」）的空腔之方法，其 * 包含： - a)讓一非反應氣體流經該空腔； . b)重複測量退出該空腔的該非活性氣體之露點溫度； c) 一旦退出該空腔的該非活性氣體之該露點溫度係測 量為或低於一預定露點溫度已經歷一預定時間，則斷開 該非活性氣體之該流並密封該空腔。 Φ 2.如請求項1之方法，其中步驟（a)包含讓該非活性氣體以一 預定流速流經該空腔。 3. 如請求項2之方法，其中該空腔具有一體積，且該預定流 速係選擇成使得該空腔之該體積每小時流通25至50次。 4. 如請求項1之方法，其中該預定露點溫度係選擇為對應於 該空腔内一所需的蒸汽壓力。 5. 如請求項1之方法，其中該預定露點溫度在約20至26°F之 一範圍内，而該預定時間在約25至35分鐘之一範圍内。 ^ 6.如請求項5之方法，其中該預定露點溫度約為22.9°F，而 該預定時間約為30分鐘。 7. 如請求項1之方法，其進一步包含： d) 在測量該露點溫度後對退出該^空腔之該非反應氣體 進行乾燥；以及 e) 讓該乾燥的非活性氣體再循環流經該空腔。 8. 如請求項7之方法，其中步驟d)包含藉由一乾燥劑來乾燥 該非活性氣體。 111867-1000804.doc 日修(¾正 9.如 體 活性氣 請求項7之方法，其中步㈣包含藉由冷卻該非 來乾燥該非活性氣體。 1〇.如請求項1之方法 輕烴氣或從由氦、 擇之—鈍性氣體。 其中該非活性氣體係氮、二氧化碳、 氬、氖、氡、氪及氙組成的群組中選 11. 如凊求们之方法’其中該預定露點溫度係選擇成對應於 該空腔内3托（Torr)或更低之一蒸汽壓力。 12. 如4求項1之方法，其進一步包含： d)在測量該露點溫度後乾燥從該空腔退出之該非活性 氣體； 幻讓該乾燥的非活性氣體再循環流經該空腔； 其中该預定露點溫度係選擇成對應.於㉟空腔内3托或 更低之一蒸汽壓力； 其中步驟（a)包含讓該非活性氣體以一使得該空腔之一 體積每小時流通25至50次之預定流速流經該空腔； 其中該非活性氣體為氦； 其中，該空腔係由一罐來形成並載有用過核燃料，該 鳟係定位於一箱内。 3.種用以乾燥-載有高階廢棄物（「hlw」）的空腔之系 統，其包含 一罐，其形成該空腔，該空腔具有一入口與一出口； 一非活性氣體源； 二.μ動構件，其係用以讓該非活性氣體從該非活性氣體 源流經該空腔； U1867-1000804.doc 1356423
    測置構件，其係用以重複測量從該空腔退出的該非活 性氣體之該露點溫度；以及 控制a ’其係以可操作的方式耗合至該露點溫度測 量構件； 5其中該露點溫度測量構件係調適成產生指示該非活性 f的該已測1.露點溫度之信號並向該控制器發射該 信號；以及 ^ …其中該㈣器係調適成分析該等信號，並在決定該.等 k號指示該已測量露點溫度為 馮次低於一預定露點溫度已 停K預定時間後’旋即將該控制器進一步調適用於⑴ 空腔的該非活性氣體流；及/或⑺致動—用以 知不該空腔係乾燥之構件。 14 13之系統，其進—步包含^乾燥該非活性氣 15如1 乾_件位於該露點溫度測量構件之下游。 】月求項14之系統，其中該乾燥構件包含-冷卻器 ，如請求聲14之系統，其中該乾燥構件包含-乾焊劑 17. 如請求们4之系統，其進_步包含乾知劑。 •件的該非活性氣體再循環進入> 乾知構 18. 如請求項13之李統“氣體源之構件。 》項13之系統，其中該預定露點溫度在 之-範園内’該預定時間在約“至乃之一 26 F 流動構件料料性氣“ 而該 預定時間㈣流通25至心之體積在該 腔。 之預疋流連循環流經該空 19 ·如請求項i 3之系統，i φ 、露點溫度測量構件包含一濕 111867-1000804.doc 1356423 疒年》月^日修(更)正替換頁 度計。 —-------一 20. 如:求項13之系統，其進一步包含—肖，該罐係定位於 該箱内。 、 21. 如請求項13之系統，其進一步包含 一箱’該罐係定位於該箱内； 乾燥構件，其係用以乾燥該非活性氣體，該乾燥 位於該露點溫度測量構件之下游； ” 再循環構件，其係用以讓該非活性氣體從該乾燥構件 往回再循環進人該非活性氣體源，從而形成該閉合迴路 系統； 其中該預定露點溫度在約2〇至26卞之一範圍内，該預 定時間在—約25至35分鐘之一範圍内，而該流動構件讓 該非活性虱體以一導致該空腔之一體積每小時流通25至 5 0 -人之預疋流速循環流經該空腔；以及 其中該露點溫度測量構件包含一濕度計。 111867-1000804.doc ·
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