环境隔离的乏燃料池
专利汇可以提供环境隔离的乏燃料池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在一个 实施例 中，一种环境隔离的核乏 燃料 池包括限制蓄 水 的 侧壁 和 底板 。所述池包括含有乏 燃料组件 的燃料架，所述乏燃料组件通过 放射性 衰变来加热水。围绕池的双重衬套系统形成不透水的屏障，为防止污染的池水 泄漏 到环境中提供冗余措施。在衬套之间形成间隙空间，其可以通过抽空空间的 真空 泵 系统保持在低于 大气压 的压 力 下。通过将空间中的压力保持在相对应的沸点低于池水 温度 的 负压 下，任何通过最内的衬套进入间隙空间的泄漏将 蒸发 并通过泵抽空，用于指示衬套系统中的潜在泄漏。，下面是环境隔离的乏燃料池专利的具体信息内容。
1.一种环境隔离的核乏燃料池系统，其包括：
底板；
从所述底板向上延伸并与其邻接的多个竖直侧壁，所述侧壁形成周边；
由所述侧壁和所述底板共同限定的容纳池水的腔；
池衬套系统，其包括邻接所述侧壁的外衬套、邻接所述外衬套并被所述池水浸湿的内衬套，以及在所述外衬套和所述内衬套之间形成的间隙空间；
顶部嵌入板，其在邻接所述腔的所述侧壁的顶表面处包围所述池的周边；以及内侧壁和外侧壁具有能够密封地附接到所述顶部嵌入板的顶部末端；
围绕所述池的周边的顶部嵌入板，所述顶部嵌入板嵌入在与所述腔邻接的所述侧壁中；
所述内衬套和所述外衬套以交错的关系附接到所述顶部嵌入板以形成流动增压室；以及
真空泵通过所述顶部嵌入板流体地联接到所述流动增压室；
其中所述内衬套和所述外衬套的所述顶部末端被分别直接焊接到所述顶部嵌入板。
2.根据权利要求1所述的乏燃料池系统，其中所述内衬套和所述外衬套的水平部分横跨所述底板延伸并且在相对的侧壁之间覆盖所述底板，覆盖所述底板的所述内衬套和所述外衬套的所述水平部分形成封装所述池水的连续屏障。
3.根据权利要求1所述的乏燃料池系统，其进一步包括沿所述侧壁在所述内衬套和所述外衬套的顶部末端边缘处形成的顶部流动增压室，所述流动增压室与所述间隙空间流体连通。
4.根据权利要求3所述的乏燃料池系统，其中所述顶部流动增压室围绕所述乏燃料池的整个周边延伸。
5.根据权利要求3所述的乏燃料池系统，其进一步包括通过所述顶部嵌入板形成的流动通道，所述流动通道与所述顶部流动增压室流体连通，所述流动通道具有穿过所述顶部嵌入板的顶表面的出口端。
6.根据权利要求1所述的乏燃料池系统，其中所述顶部嵌入板的水平厚度大于所述内衬套和所述外衬套的组合厚度。
7.根据权利要求1所述的乏燃料池系统，其中所述内衬套、所述外衬套和所述顶部嵌入板由相同的金属材料制成。
8.根据权利要求1所述的乏燃料池系统，其进一步包括设置在所述底板上的至少一个燃料储存架，所述储存架具有多个室，每个室被构造成容纳包含核燃料棒的乏核燃料组件。
9.一种具有泄漏检测系统的环境隔离的核乏燃料池，其包括：
底板；
从所述底板向上延伸并与其邻接的多个竖直侧壁，所述侧壁形成周边；
由所述侧壁和所述底板共同限定的容纳池水的腔；
设置在所述腔中的至少一个燃料储存架，其容纳包含加热所述池水的核燃料棒的核乏燃料组件；
池衬套系统，其包括邻接所述侧壁和所述底板的外衬套、邻接所述外衬套并被所述池水浸湿的内衬套，以及在所述外衬套和内衬套之间形成的间隙空间；
流动增压室，其沿着所述侧壁形成的与所述间隙空间流体连通；以及
与所述流动增压室流体联接的真空泵，所述真空泵能够操作以将所述间隙空间抽空至低于大气压的负设定压力；
围绕所述池的周边的顶部嵌入板，所述嵌入板嵌入在与所述腔邻接的所述侧壁中；
所述内衬套和所述外衬套以交错的关系附接到所述顶部嵌入板以形成所述流动增压室；以及
所述真空泵通过所述顶部嵌入板流体地联接到所述流动增压室；
其中所述内衬套和所述外衬套的所述顶部末端被分别直接焊接到所述顶部嵌入板。
10.根据权利要求9所述的乏燃料池，其进一步包括将所述真空泵流体地联接到所述间隙空间的指示器通道。
11.根据权利要求9所述的乏燃料池，其进一步包括设置在流动管道中的压力传感器，所述流动管道将所述真空泵的吸入口流体地联接到指示器通道。
12.根据权利要求9所述的乏燃料池，其进一步包括基于计算机处理器的厂监控系统，其监测和检测在所述内衬套和所述外衬套之间的所述间隙空间中所测量的压力。
13.根据权利要求9所述的乏燃料池，进一步包括木炭过滤器，其流体地联接到所述真空泵的排出口，并能够操作以从所述内衬套和所述外衬套之间的所述间隙空间收集的蒸汽中去除污染物。
14.根据权利要求9所述的乏燃料池，其中所述内衬套和所述外衬套的顶部末端终止于所述腔内的所述顶部嵌入板的顶表面下方的点。
15.一种用于检测来自核乏燃料池的泄漏的方法，所述方法包括：
提供包括多个侧壁、底板、容纳冷却水的腔和设置在所述腔中的衬套系统的乏燃料池，所述衬套系统包括外衬套、内衬套以及所述外衬套和所述内衬套之间的间隙空间，围绕所述池的周边的顶部嵌入板，所述顶部嵌入板嵌入在与所述腔邻接的所述侧壁中，所述内衬套和所述外衬套以交错的关系附接到所述顶部嵌入板以形成流动增压室，以及真空泵通过所述顶部嵌入板流体地联接到所述流动增压室，其中所述内衬套和所述外衬套的所述顶部末端被分别直接焊接到所述顶部嵌入板；
将燃料储存架放置在所述池中；
将至少一个核燃料组件插入到所述储存架中，所述燃料组件包括多个乏核燃料棒；
通过由所述乏核燃料棒产生的衰变热将所述池中的所述冷却水加热到第一温度；
利用真空泵将所述间隙空间中的真空抽空至负压，该负压具有的相应沸点温度小于所述第一温度；
通过所述间隙空间中的所述衬套系统收集从所述池中泄漏的冷却水；
通过沸腾将所述泄漏的冷却水转化成蒸汽；以及
使用所述真空泵从所述间隙空间中抽出所述蒸汽；
其中在所述间隙空间中存在蒸汽使得可检测到衬套裂口。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括通过木炭过滤器排出由所述真空泵抽出的所述蒸汽以去除污染物。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
监测所述间隙空间的压力；
在通过所述间隙空间中的所述衬套系统收集从所述池中泄漏的冷却水之前在所述间隙空间中检测第一压力；
在通过所述间隙空间中的所述衬套系统收集从所述池中泄漏的冷却水之后检测大于所述第一压力的第二压力；
其中所述第二压力与冷却水泄漏状况相关联。
环境隔离的乏燃料池
背景技术
堆单元的自主湿储存设施有时由缩写AFR表示“离堆”。虽然大多数国家通过建设干燥储存设施增加了其在核电厂内使用的燃料储存能力，但法国的核计划一直是非常重要的AFR储
存用户。
的。为了确保池的水不会通过池板或墙壁的空隙和不连续处渗漏出去，自20世纪70年代建
成的核电厂的燃料池总是衬有薄的单层不锈钢衬套(通常在3/16英寸至5/16英寸厚的范围
内)。衬套由不锈钢板(通常为ASTM240-304或304L)制成，沿着它们相邻的边缘接缝焊接以
在池的水和底层混凝土之间形成不透水的屏障。在大多数情况下，通过在它们下面定位泄
漏追踪通道来监测焊接的衬套接缝的完整性(参见，例如图1)。然而，泄漏追踪通道的检测能力仅限于焊接区域；在接缝以外的衬套的基体金属区域仍然未被监视。
的)，这些污染物从池水中浸出到核电厂的基板，并可能进入地下水中，这显然不利于公共卫生和安全。为了降低池水到达地下水的可能性，当地的环境和因而一些AFR池已经采用了池中池设计，其中燃料池由充满干净水的二级外池围住。在双池设计中，任何来自受污染池的水的泄漏将进入外池中，其作为防止地下水污染的屏障。然而，双池设计有几个不利的方面，即：(1)除了固定其间距的弹簧和阻尼器之外，储存系统的结构能力受到两个彼此分离的钢筋混凝土容器的不利影响；(2)有可能外池与内池同时泄漏，两个屏障失效，使得受污染的水到达外部环境；以及(3)双池设计显著增加了储存系统的成本。
发明内容
立的屏障。每个衬套包围了水占用的空间的整个范围，并进一步延伸到池的“高水位”之上。
池的顶部可以配备有厚的嵌入板(在一个非限制性实施例中优选为最小2英寸厚)，所述嵌
入板沿着池的操作平台在其最顶端包围池腔的周边。每个衬套可以独立地焊接到顶部嵌入
板。顶部嵌入板具有至少一个指示孔，其提供与两个衬套层之间的间隙空间的直接连通。在一个实施方案中，蒸汽抽取系统用于通过所述指示孔将内衬套空间中的压力降低到相对高
的真空状态，所述蒸汽抽取系统包括在单向阀下游的真空泵。如本文进一步描述的，内衬套空间中的绝对压力(“设定压力”)优选地应该使得池的主体水温高于设定压力下的水的沸
腾温度。
入板；并且内侧壁和外侧壁具有可密封地附接到嵌入板的顶部末端。
的核燃料棒的核乏燃料组件；池衬套系统，其包括邻接所述侧壁和底板的外衬套，邻接外衬套并被池水浸湿的内衬套，以及在所述外衬套和内衬套之间形成的间隙空间；围绕池的周
边的顶部嵌入板，所述嵌入板嵌入在与腔邻接的侧壁中；内衬套和外衬套附接到顶部嵌入
板；沿着侧壁形成的与间隙空间流体连通的流动增压室；以及与所述流动增压室流体联接
的真空泵，所述真空泵可操作以将所述间隙空间抽空至低于大气压的负设定压力。
中的冷却水加热至第一温度；利用真空泵将间隙空间中的真空抽空至具有相应沸点温度小
于第一温度的负压；通过间隙空间中的衬套系统收集从池中泄漏的冷却水；通过沸腾将泄
漏的冷却水转化成蒸汽；并使用真空泵从间隙空间中抽出蒸汽；其中在间隙空间中存在蒸
汽使得可检测到衬套裂口。该方法可进一步包括将由真空泵抽出的蒸汽通过木炭过滤器排
出以去除污染物。该方法还可以包括：监测间隙空间中的压力；在通过间隙空间中的衬套系统收集从池中泄漏的冷却水之前在间隙空间中检测第一压力；在通过间隙空间中的衬套系
统收集从池中泄漏的冷却水之后在间隙空间中检测第二压力；其中所述第二压力与冷却水
泄漏状况相关联。
附图说明
具体实施方式
限制性组合。
“附接的”，“附着的”，“连接的”，“联接的”，“相互关联”和类似的术语是其中结构通过中间结构直接或间接地彼此固定或附接，以及两者可移动地或刚性附接的关系。
空池并进行清洗/净化，并且由于安装公差，则有可能在底壁的上表面设置一些斜面以便朝向低点排水)。在一个非限制性实施例中，底板42和侧壁41可由钢筋混凝土形成。燃料池底板42可以形成土壤地基26上并放置在其上，该土壤地基26的顶部表面定义为G级。在本申请所示的实施例中，侧壁升高到高于水平面。在构想的其他可能的实施例中，底板42和侧壁41可替代地埋在围绕侧壁的外表面的地基26中。可以使用任何一种布置并且不限制本发明。
较短的相对的侧壁(例如端壁)。燃料池40的其他构型是可能的，例如正方形，其他多边形和非多边形形状。
燃料棒。储存架27以典型的方式设置在底板42上。继续参考图1至图6，乏燃料池40从围绕乏燃料池40的操作平台22向下延伸到足够的深度D1以将燃料组件28(参见图6)浸入水池W的
表面S下面，以获得适当的辐射屏蔽目的。在一个实施方案中，燃料池可以具有使得在燃料组件的顶部上方存在至少10英尺的水的深度。
27包含多个如图所示的竖直细长的单个室，每个室被配置为用于容纳包括多个单独核燃料
棒的燃料组件28。在图6中示出了容纳多个燃料棒28a的细长的燃料组件28，并在2013年7月
9日提交的共同转让的申请号为14/413,807的美国专利中进一步描述，其全部内容通过引
用并入本文。用于压水反应堆(PWR)的典型燃料组件28，每个组件可以容纳150个以上的
10x10至17x17的燃料棒网格阵列。所述组件每个通常在大约14英尺高，重约1400-1500磅的数量级上。
的下方被隔开足够的量，以防止在燃料组件装载或卸载操作期间溢出到平台上，并且考虑
到地震事件。在一个非限制性的实施例中，例如，操作平台22的表面至少可以超过该站点的最高100年洪水级别的5英尺。在操作平台水平面下方延伸的乏燃料池40可以为大约40英尺
或更深(在一个实施例中为42英尺)。燃料池足够长，以容纳所需的许多乏燃料组件。在一个实施例中，燃料池40可以是大约60英尺宽。池周围有足够的操作平台空间，为工作人员提供空间，并为设施的维护提供必要的工具和设备。在底部30英尺深的乏燃料池40中可能没有
渗透，以防止意外排水和露出乏燃料。
表面设置成靠近间隙空间62和衬套61的外表面。燃料池水W接触和浸湿衬套61的内表面。如本文进一步描述的，值得注意的是，衬套60与衬套61之间没有间隔件的布置提供了足够宽
度的自然间隙空间以允许空间和任何其中池泄漏被通过真空系统抽出。用于构造衬套的材
料的自然表面粗糙度和平坦度的轻微变化提供了衬套之间所需的空间或间隙。然而，在构
想的其他实施例中，如果需要，可以提供分布在衬套之间的间隙空间62中的金属或非金属
间隔件。
直部分60a，61a。图4中的细节示出了底部衬套接头64的一个或多个可能的结构，其包括使用密封焊缝65(例如，图示的角焊缝或其他)，以沿着它们各自的端部边缘密封部分60a至
60b以及沿着它们各自的端部边缘密封部分61a至61b。优选地，接头64被配置和布置成将水平衬套部分60b，61b之间的水平间隙空间64流体地连接到竖直衬套部分60a，61a之间的竖
直间隙空间64，其原因已在本文其他地方解释。
致厚的金属嵌入板70。在一个实施例中，嵌入板70可以是连续的，并且在侧壁的顶部处沿着侧壁41的整个内表面63水平延伸。嵌入板70具有面向池的内竖直侧的暴露部分，其在内衬
套和外衬套60、61的顶端末端60c、61c之上延伸。板70的相对的外侧竖直侧完全嵌入侧壁41中。嵌入板70的面向上的顶表面71可以与侧壁41的顶表面44基本齐平，以在它们之间形成
平滑的过渡。在其他可能的实施方案中，顶表面71可以在侧壁的顶表面44上方延伸。如图所示，嵌入板70从燃料池40水平向外延伸一段距离进入侧壁41并且小于侧壁41的横向宽度。
离D2和D1处终止(在一个实施例中，其可以如图所示与池侧壁41的顶表面齐平)。距离D1小
于D2，使外衬套60的竖直高度小于内衬套61的竖直高度。在一个实施例中，嵌入板70具有底端，其终止于衬套60、61的顶部末端边缘60c、61c的下方，以便于将衬套焊接到所述嵌入板。
边缘61c联接到嵌入板70的内部竖直侧的暴露部分。第二密封焊缝67将衬套60的顶部末端
边缘60c也联接到嵌入板70的内部竖直侧的暴露部分的位于下方并与密封焊缝66隔开的位
置。这在一个实施例中限定了一个完全气密密封的封闭流动增压室68，其横向围绕乏燃料
池40的整个周边。如图所示，流动增压室68与间隙空间62流体连通。流动增压室的一个竖直侧由内衬套61的一部分限定，并且所述流动增压室的相对的竖直侧由顶部嵌入板70的内部
竖直侧限定。
固定到这些部分的装置。
测。图7是真空系统100的一个实施例的示意图。
驱动真空泵。真空泵101经由合适的流动管道103流体地连接到间隙空间68，流体管道103流体地联接到指示器(taletell)或流动通道105，所述指示器或流动通道105从顶部嵌入板70
的顶表面71延伸到在池衬套60和61之间形成的顶部流动增压室68。流动管道103可以由能
够承受真空的任何合适的金属或非金属管子或管道形成。可以提供适当配置的流体联接
104并且密封到流动通道105的出口端，以连接流动管道103。流动通道的入口端穿过流动增压室68内的顶部嵌入板70的内部竖直侧。流动通道105和外部流动管道103提供了将流动增
压室68流体地联接到真空泵101的连续流动管道。单向止回阀设置在流动增压室105和真空
泵101的吸入口之间，以允许空气和/或蒸汽沿单一方向从衬套系统流到泵。
于设定压力下的水的沸腾温度。下表提供了以英寸汞柱(Hg)为单位的真空水平的沸腾温
度，其代表可使用的设定压力的一些示例。
间中的水将会蒸发，导致压力升高，其可由压力传感器104监测和检测。真空泵101优选地应该设置成运行并将间隙空间62中的压力降低到“设定压力”。
发生泄漏进入间隙空间62，泄漏液体将立即在其中蒸发，产生蒸汽或气体。真空泵101通过流动增压室68、顶部嵌入板70中的流动通道105和流动导管103(参见图5和图7中的水蒸汽
的定向流动箭头)抽出蒸汽。设置在泵101的吸入侧的压力传感器104会检测到指示衬套系
统中的潜在泄漏的压力的相应升高。在一些实施例中，压力传感器104可以可操作地连接到正确配置的基于计算机处理器的厂监控系统107的控制面板，所述厂监控系统107在连续或
间歇的基础上监测和检测在衬套之间的间隙空间62中测量的压力，以警告操作者潜在的池
泄漏状况。这种厂监测系统在本领域中是公知的，没有进一步的阐述。
到环境中。
泄漏到环境中的屏障的数量。在某些情况下，如果第一内衬套空间的泄漏密封性无论以何
种原因都不能通过现场的高保真度检验(例如氦光谱法)来证明，在某些情况下，第三层可
用作可斟酌的措施。
构、布置、比例、尺寸以及其他元件、材料和部件来实施。此外，本文所述的方法/过程的许多变化可以在本公开的范围内进行。本领域技术人员将进一步了解，在不脱离本文所述的原
理的情况下，实施例可以用于结构、布置、比例、尺寸、材料和部件的许多修改，并且在本公开的特别适用于具体环境和操作要求的实践中使用。因此，目前公开的实施例在所有方面
被认为是说明性的而不是限制性的。所附权利要求应被宽泛地解释为包括本公开的其他变
型和实施方案，其可由本领域技术人员在不脱离等同物的范围和范围的情况下实现。
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