從廢乏燃料桶獲取的電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及從衰變熱獲取能量的能源，并且更具體地，本發(fā)明涉及從包含廢乏核燃料的廢乏核燃料存儲(chǔ)桶獲取能量的這樣一種電源。
【背景技術(shù)】
[0002]加壓水核反應(yīng)堆通常以18個(gè)月的周期補(bǔ)給燃料。在補(bǔ)給燃料的過(guò)程期間，將芯內(nèi)一部分受過(guò)輻照的燃料組件拆除并且用新的燃料組件進(jìn)行替換，將所述新的燃料組件重新定位在芯周圍。通常將拆除的廢乏燃料組件在水下傳遞到容納廢乏燃料池的單獨(dú)的建筑物，將這些放射性燃料組件存儲(chǔ)在該廢乏燃料池中。廢乏燃料池中的水深到足以將輻射屏蔽到可接受的水平，并且防止燃料組件內(nèi)的燃料桿達(dá)到能夠破壞燃料桿的覆層的溫度，該覆層氣密地容納放射性燃料材料以及裂變產(chǎn)物。冷卻繼續(xù)進(jìn)行到至少直到燃料組件內(nèi)的衰變熱衰減到該組件的溫度對(duì)于干燥存儲(chǔ)而言可接受的水平。
[0003]通常將廢乏燃料組件存儲(chǔ)在這種池中達(dá)十五年的一段時(shí)間，在該十五年的一段時(shí)間期間，該組件會(huì)被冷卻，同時(shí)它們產(chǎn)生衰變熱，該衰變熱隨著時(shí)間呈指數(shù)地衰減。在十五年之后，該衰變熱已經(jīng)充分地減小到能夠?qū)⒃摻M件從廢乏燃料池移除并且運(yùn)送到長(zhǎng)期存儲(chǔ)桶中，每一個(gè)長(zhǎng)期存儲(chǔ)桶通常能夠保持21個(gè)組件。通常將這些桶重新放置到核電廠地點(diǎn)的另一區(qū)域并且無(wú)限期地存儲(chǔ)。
[0004]由于該燃料組件繼續(xù)在該桶中產(chǎn)生衰變熱，因此利用自然對(duì)流空氣流來(lái)轉(zhuǎn)移熱量。這將桶內(nèi)部的溫度保持在適合于所用材料的水平。每一個(gè)桶具有用于容納廢乏燃料組件的內(nèi)部不銹鋼圓筒形罐。將所述罐布置在存儲(chǔ)桶的結(jié)構(gòu)外殼中，該結(jié)構(gòu)外殼是厚度加強(qiáng)的圓筒形混凝土殼體，該混凝土殼體在內(nèi)部面上加襯有不銹鋼。當(dāng)組裝好后，在內(nèi)部的罐和外部的桶外殼之間存在近似3.50英寸的徑向間隙。在圖1和圖2中示出了這種幾何布置。圖1示出了沒(méi)有安裝內(nèi)部的罐的桶殼體10的剖視圖。桶殼體10通常包括三個(gè)環(huán)形混凝土段:下段12、中段14和上段16，該三個(gè)環(huán)形混凝土段由剪切鍵18側(cè)向約束，并且由限制桿20保持就位。鋼襯里22包圍段12、14和16的內(nèi)部并且覆蓋有熱屏蔽部24和環(huán)形屏蔽環(huán)26。支撐軌28沿段12、14和16的內(nèi)部豎直地延伸，并且將不銹鋼罐引導(dǎo)就位，并且將該罐與鋼襯里22的內(nèi)壁間隔開(kāi)。外部的段12、14和16中的中心開(kāi)口 42的下端部處的支撐管30支撐圖2中示出的內(nèi)部不銹鋼罐36。通常由屏部34覆蓋的空氣入口 32使空氣通過(guò)混凝土殼體10的底部段12的下部部分，通過(guò)混凝土殼體的內(nèi)部進(jìn)入殼體10與內(nèi)部圓筒形罐之間的環(huán)形通道，該內(nèi)部圓筒形罐配合在混凝土外部殼體10中的中心開(kāi)口內(nèi)。通過(guò)進(jìn)氣口32進(jìn)入的空氣通過(guò)由屏部40覆蓋的混凝土殼體10的上段16中的空氣出口通道38排出。頂部覆蓋件41通過(guò)螺栓43密封，該螺栓延伸通過(guò)該覆蓋件并且進(jìn)入環(huán)形密封環(huán)26以在內(nèi)部圓筒形罐36填充了燃料組件并且裝載在混凝土殼體10的中心開(kāi)口 42內(nèi)時(shí)固定所述覆蓋件和內(nèi)部圓筒形罐。
[0005]圖2示出了內(nèi)部罐36，該內(nèi)部罐在外部混凝土殼體10內(nèi)滑動(dòng)。內(nèi)部罐36具有外部鋼殼體44，該外部鋼殼體在下端部處由底部端板46封閉，該底部端板覆蓋了安置在底部封閉板50上的底部屏蔽塞48。隔板52以間隔的串聯(lián)陣列布置在內(nèi)部罐殼體44內(nèi)并且具有基本上對(duì)準(zhǔn)的正方形開(kāi)口 56，將單個(gè)燃料組件布置到該正方形開(kāi)口中。對(duì)齊的開(kāi)口 56在燃料組件之間維持一設(shè)定的間隔。隔板52由圍繞隔板的周邊延伸通過(guò)的支撐桿54的組件保持就位。排泄端口 58和通風(fēng)端口 60基本上跨越罐殼體44的長(zhǎng)度以排空罐中的水。罐36的頂部由頂部屏蔽塞62封閉，該頂部屏蔽塞由頂部?jī)?nèi)部封閉板64覆蓋。頂部?jī)?nèi)部封閉板64包括測(cè)量端口 66，該測(cè)量端口與罐內(nèi)的輻射監(jiān)控器以及溫度監(jiān)控器連通以將對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)傳輸?shù)焦?6的外部。內(nèi)部罐組件由頂部外部封閉板68覆蓋，該頂部外部封閉板由周邊的螺栓緊固就位并且包括泄漏測(cè)試端口 70，該泄漏測(cè)試端口用于保證內(nèi)部罐的氣密密封。冷卻空氣流在桶的殼體10的底部通過(guò)徑向入口通道32進(jìn)入環(huán)狀區(qū)域，并且內(nèi)部罐36和外部混凝土殼體10的鋼襯里22之間的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的加熱效果導(dǎo)致空氣的自然流通，該空氣通過(guò)該桶的頂部處的徑向出口通道38排出。來(lái)自廢乏燃料的殘留衰變熱因此隨著時(shí)間的推移而消散到周圍環(huán)境中。
[0006]本發(fā)明的目的是將來(lái)自廢乏核燃料存儲(chǔ)桶內(nèi)的廢乏核燃料的廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Α?br>[0007]本發(fā)明的另外的目的是將這種廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰吭?，該能量源可以用于進(jìn)一步冷卻廢乏燃料桶，使得可以以增加的速率將熱從廢乏燃料驅(qū)散。
[0008]本發(fā)明的另外的目的是將這種廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂米饔糜诖鎯?chǔ)所述廢乏燃料桶的設(shè)備的輔助動(dòng)力源的機(jī)械能或電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的這些和其它目的通過(guò)一種廢乏核燃料存儲(chǔ)容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該廢乏核燃料存儲(chǔ)容器具有:用于存儲(chǔ)核燃料的罐；以及與該罐處于熱傳遞關(guān)系的熱機(jī)，該熱機(jī)用于將存儲(chǔ)的核燃料的潛熱和周圍環(huán)境之間的熱差轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β驶驒C(jī)械功率。在一個(gè)實(shí)施例中，廢乏核燃料存儲(chǔ)容器包括外部桶，該外部桶包圍所述罐，并且在桶和罐之間存在環(huán)形空間。進(jìn)氣口延伸通過(guò)桶的下部部分，從桶的外部延伸到環(huán)形空間?？諝獬隹谘由焱ㄟ^(guò)桶的上部部分，從環(huán)形空間延伸到桶的外部。優(yōu)選地，所述熱機(jī)與環(huán)形空間處于熱傳遞關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，該熱傳遞關(guān)系通過(guò)熱傳遞介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以將熱從環(huán)形空間傳輸?shù)酵獠客暗耐獠?。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，熱傳遞介質(zhì)是熱管并且熱機(jī)可以選自郎肯循環(huán)熱機(jī)、斯特林循環(huán)熱機(jī)或熱電裝置。
[0010]在又一實(shí)施例中，熱機(jī)是熱電裝置，將該熱電裝置在環(huán)形空間內(nèi)支撐在容納核燃料的內(nèi)部罐的外表面上。優(yōu)選地，將熱電裝置支撐于基本上在空氣入口和空氣出口之間的高度。期望地，將熱電裝置支撐位于空氣入口和空氣出口之間的基本上中間的位置。
[0011]在又一實(shí)施例中，熱機(jī)具有連接到能夠操作用于冷卻冷卻劑的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)的電輸出部。優(yōu)選地，該循環(huán)系統(tǒng)延伸通過(guò)外部桶和內(nèi)部罐之間的環(huán)形空間，并且延伸通過(guò)該桶到其外部，該冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)使流體冷卻劑在環(huán)形空間的內(nèi)部和桶的外部之間循環(huán)。
[0012]在又一實(shí)施例中，廢乏核燃料存儲(chǔ)容器包括冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，該冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)冷卻核電廠的廢乏燃料池內(nèi)的流體。期望地，所述電功率形成核電廠的輔助動(dòng)力源。
【附圖說(shuō)明】
[0013]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中:
[0014]圖1是廢乏燃料桶的外部殼體的等距視圖，所述燃料桶被部分地剖開(kāi)以示出拆卸的頂部覆蓋件，并且在截面中部分地顯露所述燃料桶的內(nèi)部；圖1還示意性地示出了應(yīng)用來(lái)自廢乏核燃料的廢熱用于為核設(shè)施的各種方面提供動(dòng)力的數(shù)個(gè)實(shí)施例；
[0015]圖2是廢乏核燃料桶的內(nèi)部罐的等距視圖，所述廢乏核燃料桶被部分地剖開(kāi)并且拆分以顯露所述廢乏核燃料桶的容納廢乏核燃料組件的內(nèi)部；
[0016]圖3是熱電模塊的示意圖，該熱電模塊可以用作在圖1和圖2中示出的廢乏核燃料桶的一個(gè)實(shí)施例中使用的動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的部分；
[0017]圖4是圖1和圖2中的廢乏燃料桶的外部混凝土殼體和內(nèi)部罐表面的溫度分布的圖表；并且
[0018]圖5是示出外部混凝土殼體的廢乏燃料桶的等距視圖，并且內(nèi)部罐被部分地移除。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供了一種用于將來(lái)自廢乏燃料桶的廢熱轉(zhuǎn)化為可以用于支撐多種功能的電功率或機(jī)械功率的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，熱電發(fā)電機(jī)安裝在廢乏燃料桶的內(nèi)部罐的外表面上。熱電發(fā)電機(jī)利用容納核燃料的內(nèi)部罐和在內(nèi)部罐與外部混凝土殼體之間的環(huán)形空間中的空氣流之間的溫度差變量來(lái)產(chǎn)生功率。通常地，當(dāng)跨越商業(yè)上可獲得的熱電裝置分布的變量T為300°F或更大時(shí)，所述熱電裝置將產(chǎn)生顯著的功率。在圖3中顯示了示例性的熱電裝置，并且其總體上由附圖標(biāo)記72表示。熱電裝置72通常由N型和P型摻雜半導(dǎo)體材料74的兩個(gè)或更多個(gè)元件組成，該兩個(gè)或更多個(gè)元件串聯(lián)地電連接并且并聯(lián)地?zé)徇B接。N型材料摻雜成使得它將具有額外的電子(多于完成完美的分子晶格結(jié)構(gòu)所需的電子)，而P型材料摻雜成使得它將缺乏電子(少于完成完美的晶格結(jié)構(gòu)所必需的電子)。N型材料中的額外電子和P型材料中的由缺乏電子產(chǎn)生的“空穴”是將熱能從熱源76通過(guò)熱電材料傳輸?shù)綗?