用以支撑用于运输/存储放射性材料的封装物的设备，包括用以引导用于通过自然对流来冷却封装物的空气的罩 |
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| 申请号 | CN201680017877.9 | 申请日 | 2016-03-24 | 公开(公告)号 | CN109874298A | 公开(公告)日 | 2019-06-11 |
| 申请人 | TN国际公司; | 发明人 | 奥利维尔·巴登; 劳伦·波克; 卢多维克·加尼叶; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于将封装物(1) 支撑 在 水 平 位置 的设备(3)，该封装物用于运输/存储 放射性 材料，支撑设备包括结构性 基座 (10)以及用于支撑封装物的构件(12)，该构件由基座(10)支撑并且从该基座向上突出。根据本发明，设备还包括至少部分地位于结构性基座(10)上方的用于引导用以通过自然 对流 来冷却封装物的空气的罩(30)，罩(30)限定了朝向顶部敞开的凹部(32)，当所述封装物(1)在设备上被支撑在水平位置时，该凹槽用于使封装物的一部分插入到其中，罩(30)在其底部处包括至少一个开口(34)，该开口用于使得冷却空气能够进入到凹部(32)中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种支撑设备(3)，所述支撑设备用于将放射性材料运输/存储封装物(1)支撑在水平位置，所述支撑设备包括结构性基座(10)以及用于支撑所述封装物的支撑构件(12)，所述支撑构件被所述结构性基座承载，所述支撑构件从所述结构性基座向上突出，其特征在于，所述支撑设备还包括所述封装物的凭借自然对流的冷却空气引导罩(30)，所述冷却空气引导罩至少部分地位于所述结构性基座(10)上方，所述罩(30)限定了向上敞开的腔(32)，当该封装物(1)在所述设备上被支撑在水平位置时，所述腔用于将所述封装物的一部分容纳在其中，所述罩(30)在其底部部分中包括用于将冷却空气吸入到所述腔(32)中的至少一个孔(34)。 |
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| 说明书全文 | 用以支撑用于运输/存储放射性材料的封装物的设备，包括用以引导用于通过自然对流来冷却封装物的空气的罩 技术领域背景技术[0002] 放射性材料运输/存储封装物通常具有侧部主体、底部和盖。这些封装物部件限定了用于容纳例如为新制成的或用完的核燃料组件的放射性材料或者废料箱的腔。此外，可以在容纳部容纳腔内设置篮状部，以限定不同的箱/组件被置于其中的隔室。 [0003] 为了在不同的城所存储封装物和/或在这些场所之间运输该封装物，封装物被放置在支撑设备上，该封装物被置于该支撑设备上并处于水平位置。支撑设备本身形成一整体，或者被结合到道路或铁路运输系统。在任何情况下，这种支撑设备均被设计成实现使封装物处于水平位置的机械支撑功能，而冷却功能是由封装物的形成了交换表面的外表面来保证的。在大功率的情况下，还可以使用被布置在该封装物的侧部主体的周缘处的散热片来增大该交换表面。在具有或不具有散热片的情况下，均可以发现温度方面的强空间异质性，这不仅是由于因篮状部接触在腔的内表面上而造成的热负荷向下增强，而且由于自然对流在封装物的底部部分中效率更低，在该底部部分中空气也加速不足。 [0004] 因此，即使在冷却片存在的情况下，当封装物被水平地置于支撑设备上时，封装物的底部部分仍构成了一特别热的区域，封装物的侧部主体周围的温度分布不均匀。在这个热区域中，散热可能不够有效，因为周围的空气很难尽可能近地来到这个区域。当侧部主体没有被覆盖冷却片时，也会发现这个问题。 [0005] 为了限制封装物的该热区域的范围和温度，可以考虑增加冷却片或提高该冷却片的效率。然而，这需要高度的开发并设立成本。另一种解决方案是降低封装物内所允许的热功率，使得所产生的热区域符合构成封装物的敏感材料(如中子吸收树脂)的限制标准。然而，降低允许的热功率不可避免地导致了可通过封装物运输的放射性材料的量减少，从而对操作要求产生负面影响。 发明内容[0007] 为此，本发明的一个目的是一种支撑设备，该支撑设备用于将放射性材料运输/存储封装物支撑在水平位置，支撑设备包括结构性基座以及用于支撑封装物的支撑构件，该支撑构件被所述结构性基座承载，该支撑构件从该结构性基座向上突出。根据本发明，支撑设备还包括封装物的凭借自然对流的冷却空气引导罩，该冷却空气引导罩至少部分地位于结构性基座上方，所述罩限定了向上敞开的腔，当该封装物在设备上被支撑在水平位置时，该腔用于将封装物的一部分容纳在其中，所述罩在其底部部分中包括至少一个孔，该至少一个孔用于将冷却空气吸入所述腔中。 [0008] 有利地，特定于本发明的罩使得能够通过自然对流效果来改善存储部的底部部分的在水平位置的冷却情况。因此本发明是这样一种解决方案：使得能够以更低的成本而又未降低所允许的热功率地使处于封装物的底部部分处的热区域减小或甚至被移除。 [0009] 此外，罩被结合至用于支撑运输/存储封装物的设备而不是被结合至封装物本身，上述事实提供了以下优点： [0010] -免去了操作问题，特别是当封装物被浸没在用于装载用完的燃料组件的池中时。事实上，如果封装物例如必须设置有如文件FR 2 467 468中所提出的这种包裹物，则池的受污染的水可能因此通过进气孔穿透包裹物，从而使得在运输前对封装物进行的净化特别复杂； [0011] -根据本发明的形成了围绕封装物的外表面的一种包裹物的罩用于改善水平构造中的封装物冷却。在文件FR 2 467 468的解决方案中，在封装物上提供这种包裹物以及提供结构性元件以将包裹物附接至封装物，这样尤其如在存储构造中所采用的当在竖直位置时，可能严重地损害对该封装物的冷却效率。由于罩被结合到支撑件，在本发明中不会发生此缺陷。 [0012] -通常，将“对封装物的底部部分进行冷却”功能转移至支撑件使得该功能能够与封装物的其它常规安全功能不相关。因此，没有必要论证包裹物的影响，这是针对监管要求的进一步的结构性特征； [0013] -仍是在封装物配备有这种包裹物的情况下，该封装物的整体尺寸可能因此变得与设备不相容。相反，如果希望保持同样的整体直径，则导致减小封装物的容量。 [0014] 将罩结合在支撑设备内还使得能够： [0015] -减少待制造的包裹物/罩的数量，并且因此降低了成本，因为同一支撑设备被用于一组数个封装物； [0016] -减少与热力方面有关的技术问题，而不改变现有的封装物：根据本发明足以将该封装物放置在支撑件上； [0017] -优化罩以减小在封装物的底部部分处的热区域。事实上，对于提出的本发明，没有必要完全包裹封装物。特别是，当在水平位置考虑封装物时，在顶部部分中不需要罩，而现有技术提出了完全包裹封装物的罩。相反，本发明是一种更简单、体积更小的解决方案，其使得能够令人满意地/以优化的方式解决对局部区域(封装物的底部点)进行冷却的技术问题。 [0018] 优选地，本发明具有以下单独采用的或组合采用的可选特征中的至少任意一个。 [0019] 所述支撑构件包括用于接纳封装物头部部分的第一支撑构件以及用于接纳封装物底部部分的第二支撑构件，所述第一支撑构件和第二支撑构件以轴向间隔距离(Dea)被轴向地间隔开，并且空气引导罩优选地具有与轴向间隔距离(Dea)大致相同的轴向长度(La)。 [0020] 所述罩包括被附接至所述第一支撑构件的第一轴向端部，以及被附接至所述第二支撑构件的第二轴向端部。 [0021] 替代地，或与刚刚提到的附接在支撑构件上的解决方案同时地，所述罩被附接至支撑设备的所述结构性基座。 [0022] 轴向间隔距离(Dea)介于1.5m至4m之间。 [0023] 所述罩通常为半圆筒形，该罩被所述至少一个冷却空气进气孔穿透。 [0024] 例如，所述罩的横截面通常为半圆形。 [0025] 根据另一示例，所述罩的横截面总体为半八角形，该罩的最接近结构性基座的侧面被设置成平行于水平方向。优选地，支撑设备的与罩的横截面的平面正交的中间轴向竖直平面构成了罩的对称平面。有利地，借助于半八角形横截面的倾斜的侧面，罩能够吸入更大量的空气并且有助于冷空气逐渐下降。此外，半八角形的结构具有类似于圆筒形形状的优点并且因此使得能够实现冷却空气通道具有或多或少固定不变的厚度，同时成本更低。 [0026] 在半八角形横截面的情况下，最接近结构性基座的所述侧面被所述至少一个冷却空气进气孔穿透。 [0027] 在这点上，优选地，使得所述至少一个冷却空气进气孔被设置在罩的底部点处。这有利地对改善冷却做出了贡献，因为空气流可以在封装物的热的底部点上或者很靠近该底部点进行流通。替代地，冷却空气进气孔可被设置在罩的一底部点的附近，并且不是恰好位于同一底部点上。 [0028] 所述至少一个冷却空气进气孔在罩的整个轴向长度(La)上延伸，并且，更普遍地，优选地是在罩的该轴向长度的至少90％上延伸。 [0029] 所述至少一个冷却空气进气孔具有介于100mm至500mm之间的横向宽度，并且优选地为大约300mm。 [0030] 在所述罩的下方设置有自由空间，所述自由空间在罩的底部点处具有介于50mm至400mm之间的罩下方高度，并且优选地为大约200mm。 [0031] 在这点上，要注意在某些情况下，结构性基座与在常规的架的情况下一样包括连接支撑构件的梁。在这种情况下，罩的底部点可以位于梁的顶部点下方，即罩被部分地设置在被限定于梁之间的空间中，但总是具有如上文所限定的最小罩下方高度。 [0032] 优选地，所述罩下方高度大于或等于冷却空气进气孔的横向宽度的一半。 [0033] 以说明性目的的方式，所述罩的厚度介于1mm至5mm之间，该罩优选地是使用弯曲的板制成，尤其是在总体为半八角形横截面的情况下。 [0034] 根据第一应用方式，支撑设备形成了封装物运输/存储架，当该封装被设备支撑时，该支撑设备能够用于与封装物一起被操作。在这种情况下，架例如可以被放置在放射性材料运输系统的平台上，该平台例如为属于铁路运输系统的铁路车辆的平台，或者甚至是属于道路运输系统的拖车的平台。 [0035] 根据第二种应用方式，结构性基座形成了属于铁路运输系统的铁路车辆的平台的全部或一部分，或者形成了属于道路运输系统的拖车的平台的全部或一部分。在该应用方式中，根据本发明的支撑设备被直接结合至运输系统的结构，使得该支撑设备不被设计为被操作，而是用于被固定地保持在车辆上，该支撑设备为该车辆的一体的部件。 [0036] 本发明还具有提供一种组件的目的，该组件包括放射性材料运输/存储封装物，以及如上文所描述的支撑设备，所述封装物在所述设备上被支撑在水平位置，其中封装物的侧部主体的一部分被容纳在由冷却空气引导罩限定的所述腔中。 [0037] 优选地，所述封装物包括操作耳轴，并且支撑设备的所述构件包括容纳部，该容纳部各自接纳所述耳轴中的一个。 [0038] 根据另一种可能性，支撑设备的所述构件包括至少两个支架，封装物的侧部主体被置于该支架上。 [0039] 不论所保留的设计为何，封装物的侧部主体优选地包括介于1m至2.5m之间的外径。 [0041] 优选地，罩的内表面和封装物的侧部主体的外表面在其之间限定有冷却空气流通通道，该冷却空气流通通道具有介于50mm至200mm之间的平均厚度。 [0042] 在这点上，注意到罩实现了两个功能。必不可少的第一个功能在于使新鲜空气向下进入封装物。第二个功能在于一旦空气进入了罩，则使空气最优地(at best)围绕封装物进行流通。由于自然对流的性质，流通的空气被留存在封装物的侧壁附近。然而，在罩大致平行于封装物的侧部主体的侧表面的情况下，通风实际上更为有效。 [0043] 因此，优选地，考虑使罩的内表面和封装物的侧部主体的外表面在其之间限定有具有冷却空气流通通道，该冷却空气流通通道具有大致固定不变的厚度。换言之，这两个表面大致平行，以最大限度地提高吸入流率，并且从而改善通风。 [0044] 最后，本发明的一个目的是提供一种放射性材料道路运输系统或放射性材料铁路运输系统，其包括如上文所描述的支撑设备，支撑设备的所述结构性基座被紧固至运输系统的平台，或形成该平台的全部或一部分。 [0046] 本说明将针对附图进行，在附图中： [0047] -图1代表根据本发明的第一优选实施方式的组件的立体图，该组件与放射性材料运输/存储封装物以及该封装物的支撑设备相结合； [0048] -图2为在前一附图中示出的组件的侧视图； [0049] -图3为沿图2的线III-III剖切的横截面视图； [0050] -图3a为类似于前一附图的视图，其中支撑设备的罩具有另一种实施方式； [0051] -图3b为类似于图3的视图的视图，其中支撑设备的罩具有又一种实施方式； [0052] -图4示出了根据本发明的第二优选实施方式的组件的立体图，该组件与放射性材料运输/存储封装物以及该封装物的支撑设备相结合； [0053] -图5为与根据本发明的组件相结合的放射性材料道路运输系统的侧视图；以及[0054] -图6与根据本发明的组件相结合的放射性材料铁路运输系统的立体图。 具体实施方式[0055] 首先参考图1至图3，示出了根据本发明的第一优选实施方式的组件100，该组件100包括用于运输/存储放射性材料的封装物1以及支撑封装物的支撑设备3。在该实施方式中，设备3采用例如被置于地面5上的运输/存储架的形式。封装物1独立于支撑设备3，例如可使用带、加强件、耳轴等将该封装物可移除地暂时附接在该支撑设备上。 [0056] 通常，封装物1设置有侧部主体2、底部和盖，该盖密封与底部相对的封装孔。如在图2和图3中可见的，底部和盖可以分别覆盖有被安装在封装主体的端部处的两个减震帽6。 [0057] 封装物1具有相对于侧部主体2位于中心的纵向轴线8，并且该纵向轴线穿过同一封装物的盖以及底部。轴线8被设置成大致平行于架3。因此，当封装物1在架3上被置于水平位置时，该封装物的纵向轴线8也被水平地定向。 [0058] 而且通常，封装物形成了包的包裹物并且限定了被用作为放射性材料容纳部容纳部的腔7，以及可能限定了存储篮状部9。放射性材料可以例如为废料箱或甚至为核燃料组件11。 [0059] 本发明的特征在于运输/存储架3的设计，现在将仍参考图1至图3来详细地描述该设计。 [0060] 总之，架3包括结构性基座10，以及由基座10承载的用于支撑封装物的构件12。 [0061] 在该第一优选实施方式中，该结构性基座是由主梁14以及连接梁16制成的，该主梁沿组件的纵向方向水平地延伸，该连接梁连接主梁14并且沿组件100的横向方向水平地延伸。所有的梁14、16优选地处于对应于结构性基座10的平面的同一平面中。 [0062] 支撑构件12依次被分成与封装物头部部分2a联结的第一支撑构件和与封装物底部部分2b联结的第二支撑构件。更确切地说，第一支撑构件包括从结构性基座竖直向上突出的两个柱18a，而第二支撑构件包括被类似地突出设置的两个柱18b。 [0063] 第一柱18a和第二柱18b在上端部处各自包括接纳封装物侧部主体2所装备的操作耳轴22的容纳部20。每个耳轴22通常被设置成从该侧部主体2横向地突出，该侧部主体的外径介于1m至2.5m之间。当该侧部主体在其周缘处装备有冷却片时，该直径值包含了这些片的存在。 [0064] 第一柱18a和第二柱18b之间的轴向间隔距离Dea介于1.5m至4m之间，而侧部主体2的总长度Lt介于2m至6m之间，这些值是沿轴线8的对应于组件100的轴向/纵向方向的方向来考虑的。 [0065] 在该实施方式中，第一柱18a和第二柱18b之间的空间是功能化的，因为该空间整合了用于封装物的凭借自然对流的冷却空气引导罩30。 [0066] 该罩30至少部分地位于结构性基座10上方，并且限定了向上敞开的腔32，当封装物在第一柱18a和第二柱18b上被支撑在水平位置时，该封装物的一部分被容纳在该腔中。为了能够通风，罩30在其底部部分中包括处于腔32中的至少一个冷却空气进气孔34。该孔 34被设置在罩的底部点处，并且优选地在与罩的轴向长度La相同、与第一柱18a和第二柱 18b之间的轴向间隔距离Dea大致相同的轴向长度上延伸。事实上，罩的第一轴向端部36a被附接至第一柱18a，而与第一轴向端部相对的第二轴向端部36b被附接至第二柱18b。 [0067] 在该优选实施方式中，罩30通常具有半圆筒形的形状并具有总体为半圆形的横截面，该横截面的中心位于轴线8上或很靠近该轴线。在优选的情况下，孔34在罩30的整个轴向长度La上延伸，该罩因此采用了被孔34分开的两个四分之一圆筒的形式，该孔的横向宽度Ltr介于100mm至500mm之间，并且优选地为大约300mm。 [0068] 此外，在罩下方设置有自由空间38，该自由空间的底部界限由主梁14之间的地面5构成。在罩30的底部点处，该自由空间38的罩下方高度Hsc介于50mm到400mm之间，并且优选地为大约200mm。更常见的是，为了提高效率，罩下方高度Hsc为使得其高于或等于冷却空气进气孔34的横向宽度Ltr的一半。 [0069] 组件100的中轴线竖直平面40纵向地且对称地穿过孔34。在该平面40的两侧，罩30具有两个相对的横向端部42a、42b，该横向端部各自位于封装物1的中间水平轴向平面44上或位于靠近该中间水平轴向平面。侧部主体2所装备的耳轴22也具有对称地穿过其的该中间平面44。 [0070] 更具体地参照图3，注意到罩的内表面和封装物的侧部主体的外表面之间限定有冷却空气流通通道50，该冷却空气流通通道具有介于50mm至200mm之间的平均厚度。通过使该厚度大致固定不变并且相对较低，即通过使限定出通道50的上述两个表面之间平行，在最好的情况下，冷却空气实际上可以通过自然对流围绕组件流通。更确切地说，特定于本发明的罩30使得能够通过空气的自然对流效果来在该封装物的底部部分处改善水平位置的封装物冷却，该空气在于通道50中流通之前首先穿过孔34，然后在该罩的横向端部42a，42b处向上逸出。因此有利地，以更低的成本而又未降低封装物内所允许的热功率地使组件的底部部分处的常规热区域在范围和最高温度方面发生了减小。 [0071] 根据图3a中示出的另一实施方式，罩30具有大致为半八角形的横截面，该横截面的与结构性基座10最接近的侧面54被设置成平行于水平方向，即平行于轴线8。在该实施方式中，支撑设备的中轴线竖直平面40构成了罩30的对称平面，而另一中间平面44在上方界定了八角形的半横截面。两个倾斜的侧面56使得更大量的空气被吸入并有助于向下的冷空气逐渐下降。在该实施方式中，由于两个面对的元件之间的几何形状差异，罩30和侧部主体2的外表面之间的通道50的厚度略有变化。然而，该通道的平均厚度保持在上述值范围内。 [0072] 最接近结构性基座10的水平的侧面54被冷却空气进气孔34穿透，该冷却空气进气孔的中心被设置在同一侧面54上。 [0073] 例如使用厚度介于1mm至5mm的板以八角形半横截面的角度进行折叠来制成罩30。 [0074] 根据在图3b中示出的又一实施方式，罩30具有类似于图3的罩30的第一部分30a，其中该第一部分具有总体为半圆形的横截面。然而，与柱18、18b为一体的该第一部分30a具有从顶部至底部增加的厚度，以形成两个纵向的下边缘60，该下边缘各自面对由罩的第二部分30a形成的另一个边缘62，该第二部分在其上部部分处被附接到结构性基座10。通过示例的方式，第二部分30b呈平行于轴线8的纵向结构的形式，并且具有三角形的横截面，使得该第二部分的侧面中的两个各自形成两个边缘62。 [0075] 每对边缘60、62形成了冷却空气进气孔34，该冷却空气进气孔的定向可以被控制。优选地，竖直方向上位于接近封装物1的底部点但在中间平面40的左侧的孔34被定向为在通道50中向右输送空气，而位于中间平面40的右侧的孔34被定向为在通道50中向左输送空气。这使得冷却空气能够以最接近于封装物1的关键的底部点的方式被移送，以更好地进行冷却。 [0076] 根据在图4中示出的本发明的第二优选实施方式，第一支撑构件和第二支撑构件在这里具有两个支架18a’、18b’的形式，封装物1的侧部主体2被置于其上。架在顶部可被加强件64封闭，该加强件使得封装物的侧部主体能够被完全包围，以改善该架的保持能力。 [0077] 在该第二实施方式中，结构性基座10可以与前一实施方式的结构性基座相同或类似，或者如在图4中示出的呈更立体的形状。 [0078] 罩30沿着同一轴向长度La延伸，该轴向长度也对应于两个支架18a’、18b’之间的轴向间隔距离Dea。 [0079] 不论所考虑的设计为何，均注意到根据上文所讨论的第一种应用方式，支撑设备3形成了封装物运输/存储架，当该封装物被设备支撑时，该支撑设备能够用于与封装物一起被操作。在这种情况下，如图5中示出的，架例如可以被放置在放射性材料运输系统的平台上，该平台例如为属于铁路运输系统的铁路车辆的平台，或者甚至为属于道路运输系统74的拖车72的平台70。 [0080] 替代地，如在图6中示出的，可设置成结构性基座10形成了属于铁路运输系统82的铁路车辆80的平台的全部或一部分，或者形成了属于道路运输系统的拖车的平台的全部或一部的。在这种应用方式中，根据本发明的支撑设备被直接整合到运输系统的结构，使得该支撑设备不被设计为被操作，而是用于被固定地保持在车辆上，该支撑设备为该车辆的一体的部件。 [0081] 在图6中，铁路车辆80通常配备有所谓的“顶篷”元件86，该“顶篷”元件被安装至该铁路车辆的平台10并且被用于覆盖组件100。该元件86可以被设置为呈在平台上滑动的数个部件并且配备有网格88，该网格使得能够引入和排出空气，特别是用于使旨在穿过特定于本发明的罩30的冷却空气流通。 |
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