本申請(qǐng)是2013年3月13日提交的發(fā)明名稱為“從廢燃料容器獲取的電源(A Source Of Electricity Derived From A Spent Fuel Cask)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列No.13/798,271的部分繼續(xù)申請(qǐng)并且要求享有其優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及從衰變熱獲得能量的功率源，特別地涉及從包含廢核燃料的核廢燃料存儲(chǔ)容器獲得能量的功率源。

背景技術(shù)：

加壓水核反應(yīng)堆通常每18個(gè)月補(bǔ)給燃料。在補(bǔ)給燃料的過(guò)程期間，位于堆芯內(nèi)的輻射性燃料組件的一部分被移除并且替換為重新設(shè)置在堆芯周?chē)男氯剂辖M件。移除的廢燃料組件通常在水下轉(zhuǎn)移至分離的建筑物中，建筑物容納有其中存儲(chǔ)這些放射性燃料組件的廢燃料池。廢燃料池中的水足夠深，以將輻射屏蔽至可接受的水平，并且防止燃料組件內(nèi)的燃料棒達(dá)到可以破壞燃料棒的覆層的溫度，覆層密封地容納放射性燃料和裂變產(chǎn)物。冷卻持續(xù)進(jìn)行，至少直至燃料組件內(nèi)的衰變熱降低至燃料組件的溫度可接受進(jìn)行干儲(chǔ)藏的水平為止。通常，廢燃料組件存儲(chǔ)在這種廢燃料池內(nèi)十五年的時(shí)間段，在此期間組件可以得以冷卻，同時(shí)組件產(chǎn)生隨時(shí)間呈指數(shù)衰減的衰變熱。在十五年后，衰變熱充分減少，使得可以將組件從廢燃料池中移除并且轉(zhuǎn)移至長(zhǎng)期存儲(chǔ)容器中，每個(gè)存儲(chǔ)容器通常能夠容納21個(gè)或更多的組件。這些存儲(chǔ)容器通常重新放置在核電站所在地的其它區(qū)域內(nèi)，并且被無(wú)限期地存儲(chǔ)。

由于燃料組件在存儲(chǔ)容器內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生衰變熱，因此使用自然對(duì)流空氣流來(lái)進(jìn)行散熱。這保持存儲(chǔ)容器內(nèi)的溫度處于適于所使用材料的水平。每個(gè)容器具有包含廢燃料組件的不銹鋼圓筒形內(nèi)罐。不銹鋼圓筒形內(nèi)罐放置在存儲(chǔ)容器的結(jié)構(gòu)外殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)外殼是厚的加強(qiáng)圓筒形混凝土殼體，殼體的內(nèi)側(cè)面襯有不銹鋼。這一個(gè)這樣的設(shè)計(jì)中，當(dāng)組裝時(shí)在內(nèi)罐和容器外殼之間具有約3.50英寸(8.89cm)的徑向間隙。圖1和2示出了這種幾何布置。圖1示出了剖切的容器殼體10，其中沒(méi)有安裝內(nèi)罐。容器殼體10通常包括三個(gè)環(huán)形混凝土部分(即下部區(qū)段12、中間區(qū)段14和上部區(qū)段16)，環(huán)形混凝土部分橫向受剪力鍵18限制并且由系桿20保持在合適的位置中。鋼襯里22位于區(qū)段12、14和16的內(nèi)部周?chē)?，并且由熱屏蔽?4和環(huán)形屏蔽環(huán)26遮蓋。支撐軌28沿著區(qū)段12、14和16的內(nèi)部豎直地延伸、并且將不銹鋼內(nèi)罐引導(dǎo)至合適的位置中、而且將不銹鋼內(nèi)罐與鋼襯里22的內(nèi)壁間隔開(kāi)。位于區(qū)段12、14和16外部的中心開(kāi)口42的下端部處的支撐管30支撐圖2中所示的不銹鋼內(nèi)罐36。通常由篩網(wǎng)34遮蓋的空氣入口32通過(guò)混凝土殼體10的下部區(qū)段12的下部部分引入空氣通過(guò)混凝土殼體的內(nèi)部進(jìn)入位于混凝土殼體10和圓筒形內(nèi)罐之間的環(huán)形通道中，圓筒形內(nèi)罐裝配在混凝土外殼體10中的中心開(kāi)口內(nèi)。經(jīng)由空氣入口32進(jìn)入的空氣通過(guò)位于混凝土殼體10的上部區(qū)段16中的空氣出口通道38排出，空氣出口通道由篩網(wǎng)40遮蓋。通常，多個(gè)空氣入口32和多個(gè)空氣出口通道38圍繞外部容器10周向間隔開(kāi)。一旦圓筒形內(nèi)罐充滿燃料組件并且裝載至混凝土殼體10的中心開(kāi)口42內(nèi)，則頂蓋41由延伸穿過(guò)頂蓋并且進(jìn)入環(huán)形密封環(huán)26中的螺栓43密封，以固定頂蓋和圓筒形內(nèi)罐36。

圖2示出了在混凝土外殼體10內(nèi)側(cè)滑動(dòng)的內(nèi)罐36。內(nèi)罐36具有鋼外殼體44，鋼外殼體在下端處由底部端板46封閉，底部端板覆蓋位于底部封閉板50上的底部屏蔽塞48。墊片板52以間隔開(kāi)的串列陣列布置在內(nèi)罐的殼體44中，并且墊片板具有基本上對(duì)齊的正方形開(kāi)口56，各個(gè)燃料組件定位在正方形開(kāi)口中。對(duì)齊的正方形開(kāi)口56在燃料組件之間維持了所設(shè)計(jì)的間隔。墊片板52由支撐桿54的組件保持在合適的位置處，支撐桿在墊片板的外周周?chē)由齑┻^(guò)其中。排液口58和排氣口60基本上在罐殼體44的長(zhǎng)度上延伸，以排出罐內(nèi)的水。內(nèi)罐36的頂部由頂部屏蔽塞62封閉，頂部屏蔽塞由頂部?jī)?nèi)封閉板64覆蓋。頂部?jī)?nèi)封閉板64包括器械端口66，器械端口與罐內(nèi)的輻射和溫度監(jiān)視器連通，以將相應(yīng)的輸出信號(hào)傳達(dá)至內(nèi)罐36的外部。內(nèi)罐組件覆蓋有通過(guò)周向螺栓而固定在合適位置處的頂部外封閉板68，并且包括泄漏測(cè)試端口70，以用于確保在內(nèi)罐上形成氣密密封。

冷卻空氣流通過(guò)徑向入口通道32進(jìn)入容器殼體10底部處的環(huán)體中，并且在內(nèi)罐36和混凝土外殼體10的鋼襯里22之間的環(huán)體內(nèi)發(fā)生的加熱引起了空氣的自然通風(fēng)，空氣通過(guò)容器頂部處的徑向出口通道38排出。因而來(lái)自廢燃料的殘余衰變熱隨時(shí)間而消散至周?chē)h(huán)境中。

本發(fā)明的一個(gè)目的是將來(lái)自廢核燃料存儲(chǔ)容器內(nèi)的廢核燃料的廢熱轉(zhuǎn)換成有用功。

本發(fā)明的另一目的是將這種廢熱轉(zhuǎn)換成能源，該能源可以用于進(jìn)一步冷卻廢燃料容器，從而能夠以增大的速度消散來(lái)自廢燃料的熱量。

本發(fā)明的又一目的是將這種廢熱轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或電能，所述機(jī)械能或電能可以用作其中存儲(chǔ)容器的設(shè)施的輔助功率源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這些和其它目的通過(guò)廢核燃料存儲(chǔ)容器而實(shí)現(xiàn)，廢核燃料存儲(chǔ)容器具有用于存儲(chǔ)核燃料的罐以及與罐處于傳熱關(guān)系的熱發(fā)動(dòng)機(jī)，熱發(fā)動(dòng)機(jī)用于將已存儲(chǔ)的核燃料的潛熱和周?chē)h(huán)境之間的熱量差轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。在一個(gè)實(shí)施例中，廢核燃料存儲(chǔ)容器包括圍繞罐的外部容器，在罐和外部容器之間具有環(huán)形空間。空氣入口延伸通過(guò)容器的下部部分、從容器外側(cè)延伸至環(huán)形空間中?？諝獬隹谘由焱ㄟ^(guò)容器的上部部分、從環(huán)形空間延伸至容器外側(cè)。優(yōu)選地，熱發(fā)動(dòng)機(jī)與環(huán)形空間處于傳熱關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)傳熱介質(zhì)實(shí)現(xiàn)傳熱關(guān)系，以將熱量從環(huán)形空間轉(zhuǎn)移至外部容器的外部。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，傳熱介質(zhì)是熱管，熱發(fā)動(dòng)機(jī)可以選自蘭金循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、斯特林循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)或熱電裝置。

在另一實(shí)施例中，熱發(fā)動(dòng)機(jī)是支撐在環(huán)形空間內(nèi)并且位于容納核燃料的內(nèi)罐的外表面上的熱電裝置。優(yōu)選地，熱電裝置支撐在大體位于空氣入口和空氣出口之間的高度處。理想的是，熱電裝置支撐在大體位于空氣入口和空氣出口之間的居中位置處。

在另一實(shí)施例中，熱發(fā)動(dòng)機(jī)具有電輸出，電輸出連接至能夠使冷卻劑冷卻的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。優(yōu)選地，循環(huán)系統(tǒng)延伸通過(guò)外部容器和內(nèi)罐之間的環(huán)形空間并且通過(guò)容器到達(dá)容器的外部，其中冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)在環(huán)形空間的內(nèi)部和容器的外部之間循環(huán)流體冷卻劑。

在另一實(shí)施例中，廢核燃料存儲(chǔ)容器包括使核電站的廢燃料池內(nèi)的流體冷卻的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。理想的是，電功率形成為核電站的輔助功率源。

在另一實(shí)施例中，廢核燃料存儲(chǔ)容器包括流體循環(huán)系統(tǒng)，以用于在罐的外周的至少一部分上循環(huán)冷卻流體，其中流體循環(huán)系統(tǒng)具有延伸穿過(guò)屏蔽容器的流體入口和流體出口，屏蔽容器圍繞罐。流體折流系統(tǒng)設(shè)置成與流體出口流體連通，流體折流系統(tǒng)支撐在屏蔽容器上，其中熱發(fā)動(dòng)機(jī)至少部分地支撐在流體折流系統(tǒng)中，熱發(fā)動(dòng)機(jī)與從流體出口排出的流體處于換熱關(guān)系。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，流體折流系統(tǒng)是安裝在屏蔽容器周?chē)蚱帘稳萜髦系拇笾颅h(huán)形通道。優(yōu)選地，流體折流系統(tǒng)由屏蔽容器的上部支撐，并且流體折流系統(tǒng)具有相對(duì)于流體出口基本上氣密地密封的入口。

在另一實(shí)施例中，流體循環(huán)系統(tǒng)具有圍繞屏蔽容器周向間隔開(kāi)的多個(gè)流體出口，并且流體折流系統(tǒng)與流體出口中的至少一些流體連通。在后一實(shí)施例中，穿孔管或穿孔板支撐在流體折流系統(tǒng)中、與流體出口流體連通，其中穿孔管或穿孔板至少部分地延伸通過(guò)流體折流系統(tǒng)，以用于將流體分布在通過(guò)折流系統(tǒng)的流體路徑上。優(yōu)選地，熱發(fā)動(dòng)機(jī)是多個(gè)熱電發(fā)電機(jī)，所述多個(gè)熱電發(fā)電機(jī)被支撐經(jīng)過(guò)流體折流系統(tǒng)的流體路徑。理想的是，翅片在折流板支撐結(jié)構(gòu)的外側(cè)上延伸，以促進(jìn)傳熱，并且流體路徑以彎曲路線豎直地延伸。

附圖說(shuō)明

在結(jié)合附圖閱讀對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的下列描述時(shí)，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是廢燃料容器的外殼體的等大視圖，外殼體部分分解以示出移除的頂蓋并且部分剖切以露出外殼體的內(nèi)部；圖1還示意性地示出了應(yīng)用來(lái)自廢核燃料的廢熱以向核設(shè)施的多個(gè)方面提供功率的多個(gè)實(shí)施例；

圖2是廢核燃料容器的內(nèi)罐的等大視圖，內(nèi)罐被部分分解并切除以露出其內(nèi)部，內(nèi)罐的內(nèi)部容納廢核燃料組件；

圖3是熱電模塊的示意圖，熱電模塊可以用作在圖1和2中所示的廢核燃料容器的一個(gè)實(shí)施例中采用的功率發(fā)生系統(tǒng)的一部分；

圖4是圖1和2的廢核燃料容器的混凝土外殼體和內(nèi)罐表面的溫度分布圖的曲線圖示；

圖5是廢核燃料容器的等大視圖，其示出了混凝土外殼體，其中部分地移除了內(nèi)罐；

圖6是廢核燃料容器的混凝土外殼體的一部分的截面的示意圖，其示出了延伸通過(guò)本發(fā)明的另一實(shí)施例的冷卻空氣路徑；以及

圖7是可用于本發(fā)明的熱電發(fā)電機(jī)的一個(gè)示例的功率輸出對(duì)溫差的曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種用于將廢燃料容器的廢熱轉(zhuǎn)換成可用于支持許多功能的電功率或機(jī)械功率的器件。在一個(gè)實(shí)施例中，熱電發(fā)電機(jī)安裝在廢燃料容器的內(nèi)罐的外表面上。熱電發(fā)電機(jī)利用容納核燃料的內(nèi)罐以及空氣流之間的溫差增量(delta)以產(chǎn)生功率，所述空氣流位于內(nèi)罐和混凝土外殼體之間的環(huán)形空間中。通常，可商購(gòu)獲得的熱電裝置在裝置上具有300°F(149℃)或更大的增量T時(shí)將產(chǎn)生可觀的功率。圖3中示出了示例性的熱電裝置，通常由附圖標(biāo)記72指代熱電裝置。熱電裝置72通常包括由N型和P型摻雜半導(dǎo)體材料74構(gòu)成的兩個(gè)或更多個(gè)元件，這些元件串聯(lián)電連接并且并聯(lián)熱連接。N型材料被摻雜，以使其將具有過(guò)量的電子(比完成理想的分子晶格結(jié)構(gòu)所需量更多的電子)，并且P型材料被摻雜，以使其將電子不足(比完成理想的分子晶格結(jié)構(gòu)所需量更少的電子)。N型材料中的額外電子和因P型材料中電子不足而形成的空穴是將熱量從熱源76通過(guò)熱電材料移動(dòng)至熱沉78的載體，所述熱沉在這種情況下是位于混凝土殼體10內(nèi)側(cè)的襯里22和內(nèi)罐的殼體44之間的環(huán)體。由熱電模塊(例如圖3中所示)產(chǎn)生的功率正比于熱電模塊的每側(cè)之間的溫差的幅度。根據(jù)該實(shí)施例，熱電發(fā)電機(jī)將在位于罐軸向高度的大致居中位置處的區(qū)域內(nèi)附接至圓筒形內(nèi)罐36的外周周?chē)鰠^(qū)域通常位于距罐底部75至125英寸(190.5cm至317.5cm)處，即約內(nèi)罐表面積的約四分之一。這種表面積在圖2中由附圖標(biāo)記80指代，并且在圖2中象征性地示出了由附圖標(biāo)記82指代的一個(gè)這種熱電發(fā)電機(jī)。圖4中給出了容器中的不同部件的溫度分布圖。如圖中可見(jiàn)的，在中間高度區(qū)域中的內(nèi)罐36的表面溫度約為470°F(243℃)?？諝鉁囟葘⒁欢ù笥诨炷镣鈿?nèi)側(cè)的溫度，并且可以由該部件上的能量平衡而算出空氣溫度。謹(jǐn)慎地使用從外部容器表面?zhèn)鬟f至大氣的總對(duì)流和輻射傳熱損失，并且使該總對(duì)流和輻射傳熱損失與傳遞至混凝土外殼的內(nèi)側(cè)的對(duì)流傳熱相等，能夠估算環(huán)體內(nèi)的空氣溫度。使用2.0B/hr-ft²-華氏溫度的自由對(duì)流傳熱系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)空氣溫度比外殼表面的溫度約高10度，或者空氣溫度的最大值為170°F(77℃)。因而，在罐殼體44和位于環(huán)體的中心部分處的空氣流之間存在300°F(149℃)的溫差，所述環(huán)體位于罐殼體44和混凝土外殼體10的內(nèi)壁之間。

在該限定區(qū)域中應(yīng)用可商購(gòu)獲得的熱電發(fā)電機(jī)元件將致使從每個(gè)容器產(chǎn)生高達(dá)10千瓦的功率。由于在燃料組件裝載至容器內(nèi)之前的最少十五年中，衰變熱已經(jīng)呈指數(shù)衰減，因此剩余的衰變熱水平保持相當(dāng)恒定，從而在需要時(shí)始終可獲得該功率。一旦廢燃料池已滿，則每次補(bǔ)給燃料卸貨需要三個(gè)附加的長(zhǎng)期存儲(chǔ)容器，因此每十八個(gè)月(即燃料補(bǔ)給周期)可獲得總計(jì)約30千瓦的附加潛在功率。熱電發(fā)電機(jī)元件72類(lèi)似于獨(dú)立電池地作用，并且可以以串并聯(lián)組合的方式電連接，以提供用于特定應(yīng)用的電壓和電流水平。這種無(wú)源產(chǎn)生的功率可以用于許多重要之處，例如在現(xiàn)場(chǎng)或裝置外功率損耗期間(發(fā)電站斷電時(shí))。通常，在這種狀況期間，發(fā)電站必須利用唯一的備用電池系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)，以向基本負(fù)載供電。對(duì)于而言，即由賓夕法尼亞州的Cranberry鎮(zhèn)的西屋電氣有限責(zé)任公司提供的無(wú)源核電站設(shè)計(jì)，這種應(yīng)對(duì)能力至少是72小時(shí)，而對(duì)于更老舊的現(xiàn)有發(fā)電站而言時(shí)期短得多。每個(gè)容器產(chǎn)生的功率可以用于電池充電、控制室內(nèi)照明、滿足儀器需求和功率以冷卻廢燃料池(例如圖1中示意性示出且由附圖標(biāo)記84指代的廢燃料池)，由此在發(fā)電站斷電情況下延長(zhǎng)發(fā)電站應(yīng)對(duì)時(shí)間。

在每個(gè)容器86(容器在圖5中示出為部分組裝，其中燃料組件束88位于內(nèi)罐36中)中產(chǎn)生的功率可以用于在環(huán)體90中提供強(qiáng)迫空氣通風(fēng)，由此顯著地增大容器86的熱量移除能力。為此目的，熱電發(fā)電機(jī)元件82示出為通過(guò)電導(dǎo)線92連接至鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇94，鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇將使空氣從空氣入口32向上移動(dòng)通過(guò)環(huán)體90，并且通過(guò)位于混凝土殼體10的上部部分中的空氣出口38而排出空氣。作為替代，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇由位于環(huán)體90內(nèi)的熱電元件驅(qū)動(dòng)并且通過(guò)延伸穿過(guò)混凝土外殼體10的導(dǎo)線供電時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇94可以位于混凝土殼體10的外側(cè)并且通過(guò)管道系統(tǒng)連接至空氣入口32和空氣出口38。用于迫使空氣移動(dòng)通過(guò)環(huán)體90的任一裝置允許提前將燃料組件從廢燃料池中卸下，并且減少了廢燃料池上的衰變熱負(fù)載。這可以非常有利地在發(fā)電站斷電狀況期間減小廢燃料池的冷卻需求，并且改善了發(fā)電站的應(yīng)對(duì)策略。

作為替代，可以采用延伸穿過(guò)環(huán)體90并且穿過(guò)混凝土外殼體10的熱管96，以將環(huán)體90中或內(nèi)罐36內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞至外側(cè)，在該外側(cè)處可以采用熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械熱發(fā)動(dòng)機(jī)，例如圖1中分別由附圖標(biāo)記98和100象征性地示出的斯特林循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)或蘭金循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。可以采用斯特林循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)或蘭金循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)94以迫使空氣通過(guò)環(huán)體或者驅(qū)動(dòng)泵102，泵可以用于使得廢燃料池的水106循環(huán)通過(guò)換熱器104，在換熱器處水可以被冷卻并且返回至廢燃料池84。蘭金循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和斯特林循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作在2012年7月26日提交的申請(qǐng)序列No.13/558,443(代理人卷號(hào)No.CLS-UFS-001)中進(jìn)行了更為詳盡的描述。

在一些情況下，在已經(jīng)裝載燃料組件88并且密封容器之后，不可能進(jìn)入位于混凝土屏蔽容器外殼體10和內(nèi)罐44之間的環(huán)體。本發(fā)明還設(shè)想了使用熱發(fā)動(dòng)機(jī)的方法(例如熱電發(fā)電機(jī)技術(shù))，以便在無(wú)需向容器內(nèi)設(shè)置任何硬件的情況下利用來(lái)自廢燃料的能量。

熱電發(fā)電機(jī)元件在如前所述的兩個(gè)溫度之間運(yùn)轉(zhuǎn)，并且通常性能或能量轉(zhuǎn)換效率將取決于溫差。使用內(nèi)罐殼體表面提供了罐殼體和流動(dòng)通過(guò)環(huán)體的冷卻空氣流之間的相對(duì)大的增量T。然而，在周?chē)h(huán)境空氣和已經(jīng)吸收了約92％衰變熱能的排出冷卻空氣之間也可獲得充分但更小的增量T。在接受更低的能量轉(zhuǎn)換效率時(shí)，仍然可以使用熱電發(fā)電機(jī)技術(shù)以產(chǎn)生相當(dāng)有用的功率，而無(wú)需進(jìn)行內(nèi)部容器改變。

相應(yīng)地，本發(fā)明還設(shè)想了放置折流支撐結(jié)構(gòu)，折流支撐結(jié)構(gòu)可以放置在容器頂部之上并且由牢固的混凝土屏蔽外殼體支撐。在圖6中示出了這種布置的一個(gè)實(shí)施例的普遍結(jié)構(gòu)。在各圖中，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代相應(yīng)的部件。對(duì)于環(huán)形容器殼體10而言，折流支撐結(jié)構(gòu)可以呈環(huán)形圓筒體110的形式，環(huán)形圓筒體圍繞容器延伸、并且支撐在擱置于容器頂部上的凸緣116上、而且向下延伸至空氣出口38，空氣出口穿過(guò)混凝土容器屏蔽殼體10。在支撐凸緣116的下方使用墊圈118并且在折流支撐結(jié)構(gòu)和混凝土殼體10之間且在折流支撐結(jié)構(gòu)110的底部周?chē)褂脧椥泽w密封件114防止了排出空氣流在進(jìn)入折流區(qū)域之前泄漏。一系列折流板122引導(dǎo)排出空氣流在釋放至大氣之前以彎曲方式從空氣出口38排出。支撐結(jié)構(gòu)壁的內(nèi)側(cè)表面與直接暴露至加熱的排出空氣流的相應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)82對(duì)齊。支撐結(jié)構(gòu)壁的外側(cè)表面暴露至更冷的環(huán)境空氣。支撐結(jié)構(gòu)材料由導(dǎo)熱性相對(duì)較高的合金(例如鋁)制成。在需要時(shí)，翅片108添加至支撐結(jié)構(gòu)壁的該外表面，以促進(jìn)環(huán)境和支撐結(jié)構(gòu)之間的傳熱?？梢栽谡哿鹘Y(jié)構(gòu)的入口處設(shè)置穿孔板112，以將空氣流分布在折流壁上。由于空氣出口38通常在不連續(xù)的位置處圍繞混凝土容器周向間隔開(kāi)，因此穿孔板112作用以將空氣流分布在圓筒形折流裝置內(nèi)的環(huán)體周?chē)?/p>

能夠以這樣的方式從容器獲得的電能的量將根據(jù)所使用的熱電發(fā)電機(jī)的類(lèi)型而改變，在圖7中示出了代表性示例(Tellurex型號(hào)G2-56-0375)的性能。離開(kāi)容器的空氣溫度將取決于容器環(huán)體內(nèi)的局部傳熱特性和空氣的質(zhì)量流。使用BNFL W21罐存儲(chǔ)FSAR中給出的熱數(shù)據(jù)，計(jì)算出離開(kāi)容器的空氣流的排出溫度為約103攝氏度。環(huán)境溫度為25-30攝氏度時(shí)，可看出由單一熱電發(fā)電機(jī)元件產(chǎn)生的功率約為2.5瓦特。通過(guò)使用圖6中所示的圓筒形區(qū)域以安裝熱電發(fā)電機(jī)元件，對(duì)于每10英寸的高度可以產(chǎn)生約3kW的直流功率。由于從空氣中提取了能量，因此溫度將下降，減少了下游元件的功率輸出。對(duì)于每3kW的熱電發(fā)電機(jī)功率而言，計(jì)算出空氣流溫度下降約10攝氏度，從而實(shí)際限制可能是熱電發(fā)電機(jī)元件的兩個(gè)區(qū)域，其中每個(gè)容器的總功率輸出為約6kW。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)具有可能20個(gè)容器的老舊發(fā)電站而言，這潛在地表示始終可獲得120kW的穩(wěn)定直流功率，該穩(wěn)定直流功率在發(fā)電站斷電期間對(duì)于儀器、通風(fēng)風(fēng)扇、小泵或者維持發(fā)電站安全性所需的其它裝置的供電而言是非常重要的。作為比較，對(duì)于使用現(xiàn)場(chǎng)輔助柴油驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電站而言，72小時(shí)后的發(fā)電站斷電負(fù)載約為35kW。

因而，本發(fā)明提供了非常實(shí)用的方式，以在已經(jīng)存儲(chǔ)廢燃料容器的任意場(chǎng)所處無(wú)源地產(chǎn)生直流電功率。雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的是，根據(jù)本發(fā)明的總體教導(dǎo)，可以研發(fā)出對(duì)這些細(xì)節(jié)的各種修改和替代方案。因此，所公開(kāi)的特定實(shí)施例旨在僅僅是示意性的，而并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求及其任何和所有等同方案的完全范圍所給定。