專利名稱:用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及存儲高放廢物的技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是在通氣的垂直模塊中存儲高放廢物例如乏燃料的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在核反應(yīng)運行期間，通常燃料組件在它們的能量被消耗到預(yù)定水平以下后被移走。移走后，這些乏燃料還有很高地放射性并產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量，在它們的包裝、運輸和存儲中需要非常謹(jǐn)慎。為了保護(hù)環(huán)境不受到放射性照射，乏燃料先裝入一個高放密封罐中。然后已裝滿乏燃料的高放密封罐被運送并存儲在稱為屏蔽罐的大型圓柱形容器中。轉(zhuǎn)移屏蔽罐用于把乏燃料從一個地方運送到另一個地方，而存儲屏蔽罐用于在一預(yù)定期限內(nèi)存儲乏燃料。
在一個典型的核電站內(nèi)，一個敞口的空高放密封罐首先被放入一個敞口的轉(zhuǎn)移屏蔽罐中。然后轉(zhuǎn)移屏蔽罐和空高放密封罐被浸沒于水池中。在高放密封罐和轉(zhuǎn)移屏蔽罐保持浸沒于水池中時，乏燃料被裝入高放密封罐。一旦裝滿乏燃料，通常在水池中時一個蓋子被設(shè)置于高放密封罐的頂部。然后從水池中移出轉(zhuǎn)移屏蔽罐和高放密封罐，高放密封罐的蓋子被焊接在上面并且在轉(zhuǎn)移屏蔽罐上安裝一個蓋子。然后高放密封罐被徹底排水并用惰性氣體填充。接著轉(zhuǎn)移屏蔽罐(其中容納著已裝滿乏燃料的高放密封罐)被運送到存儲屏蔽罐處于的地方。然后已裝滿乏燃料的高放密封罐從轉(zhuǎn)移屏蔽罐轉(zhuǎn)移到存儲屏蔽罐以長期存放。在從轉(zhuǎn)移屏蔽罐到存儲屏蔽罐的轉(zhuǎn)移過程中，已裝滿乏燃料的高放密封罐都必須不能暴露于環(huán)境。
一類存儲屏蔽罐是通氣的垂直雙層罐(“VVO”)。VVO為一種主要由鋼和混凝土制成的大體積結(jié)構(gòu)，并用于存儲裝載乏燃料的高放密封罐。VVO立于地上并且形狀通常為圓柱形且非常沉重，重量超過150噸，還通常具有一個大于16英尺的高度。VVO通常具有一個平坦底部、一個具有接收乏燃料高放密封罐的腔的圓柱形體部，和一個可移動的頂蓋。
在使用VVO存儲乏燃料中，裝有乏燃料的高放密封罐被放入VVO圓柱形體部的腔中。由于乏燃料在放入VVO存儲時仍在產(chǎn)生相當(dāng)大量的熱，這些熱能需要以某種方式從VVO腔中排出。通過VVO腔通氣使這些熱能從高放密封罐的外表面散熱出去。在VVO腔通氣中，冷卻空氣通過底部通氣管道進(jìn)入VVO的腔室，向上流經(jīng)已裝滿乏燃料的高放密封罐，并在溫度升高的狀況下通過頂部通氣管道流出VVO。存在于VVO底部和頂部的通氣管道各自環(huán)繞在VVO的圓柱形體部的底部和頂部附近，如圖1所示。
盡管VVO腔需要通氣以便熱量可以從高放密封罐散發(fā)出去，但VVO提供足夠的放射性防護(hù)和乏燃料不直接暴露于外部環(huán)境也是必需的。位于雙層罐底部附近的進(jìn)氣管對于這些為了檢測已裝滿乏燃料的雙層罐必須短時期把自己置身于挨著管道附近的安全和監(jiān)測人員來說是一個特別敏感的放射性照射源。
另外，當(dāng)裝有乏燃料的高放密封罐從轉(zhuǎn)移屏蔽罐轉(zhuǎn)移到存儲VVO時，轉(zhuǎn)移屏蔽罐堆疊在存儲VVO頂部以便高放密封罐可以下降到存儲VVO的腔。大部分屏蔽罐為非常大型的設(shè)備并可重達(dá)250,000磅，并具有16英尺或更高的高度。在一個存儲VVO/屏蔽罐的頂部疊放一個轉(zhuǎn)移屏蔽罐需要很大的空間，一個大型高架起重機(jī)，和可能一個用于穩(wěn)定的限制性系統(tǒng)。通常，在一個核電站內(nèi)不能得到這樣的空間。最后，在地面上，存儲VVO立于地面上至少16英尺處，因此，為恐怖分子提供了一個相當(dāng)大的襲擊目標(biāo)。
圖1顯示了一個傳統(tǒng)的先有技術(shù)VVO2。先有技術(shù)VVO2包括平坦底部17，圓柱形體部12，和蓋子14。蓋子14通過螺栓18固定于圓柱形體部12。如果先有技術(shù)VVO2傾倒，螺栓18起到了限制蓋子14與體部12分開的作用。圓柱形體部12具有頂部通氣管道15和底部通氣管道16。頂部通氣管道15位于圓柱形體部12的頂部或其附近而底部通氣管道16位于圓柱形體部12的底部或其附近。底部通氣管道16和頂部通氣管道15都環(huán)繞在圓柱形體部12的周邊。先有技術(shù)VVO2的整體位于地面上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，它減降低了轉(zhuǎn)移屏蔽罐疊放在存儲VVO頂部時疊層組件的高度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，它只需要較少的垂直空間。
本發(fā)明再有一個目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，當(dāng)為高放廢物提供足夠的通氣時它在存儲期間利用地基的放射性防護(hù)性能。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，它提供在一個充分認(rèn)證的核電站設(shè)備內(nèi)可以得到的相同或更高水平的操作防護(hù)。
本發(fā)明還更進(jìn)一步的目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，它降低地震和其它災(zāi)難性事故產(chǎn)生的危險和有效消除了來自世貿(mào)中心或五角大樓類型的襲擊對存儲罐的可能破壞。
本發(fā)明也有一個目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，它使得高放廢物從轉(zhuǎn)移屏蔽罐到存儲VVO的轉(zhuǎn)移符合人類工程學(xué)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個用于在地下存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料。
本發(fā)明再有一個目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，它減少放射到環(huán)境的射線量。
本發(fā)明還有一個目的是提供一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，例如乏燃料，在水災(zāi)情況下，包括“嚴(yán)重的水災(zāi)”情況下，它提供足夠的存儲罐熱量去除能力。
由本發(fā)明一個方面滿足的這些和其它目的是一個用于存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括一個體部，其具有一個用于接收和存儲高放廢物罐的腔，一部分體部位于地下；所述體部具有至少一個在腔內(nèi)從地上進(jìn)口向地下出口延伸的進(jìn)氣管道。通過在體部內(nèi)提供一個從地上延伸到腔的地下某一位置的進(jìn)氣管道，高放廢物罐可以利用地基的放射性防護(hù)性能而不妨礙腔內(nèi)的罐與環(huán)境空氣的通氣。當(dāng)裝有熱高放廢物時，冷空氣將進(jìn)入地上入口，流經(jīng)進(jìn)氣管道，并優(yōu)選在它的底部或底部附近進(jìn)入腔。高放廢物產(chǎn)生的熱量將加熱冷空氣，使它在腔內(nèi)上升。然后熱空氣將通過位于蓋子中或體部內(nèi)的地上開口中的出氣管道排出腔。因而，只要對高放廢物提供足夠的熱通氣，高放廢物罐的地下存儲是有利的。
優(yōu)選地，進(jìn)氣管道的地上入口位于體部的一個側(cè)壁內(nèi)。當(dāng)?shù)厣先肟谖挥隗w部的側(cè)壁內(nèi)時，進(jìn)氣管道可以基本為S形延長。為了提供充分的通氣，優(yōu)選在體部內(nèi)體部的相對側(cè)壁中提供兩個進(jìn)氣管道。優(yōu)選提供通風(fēng)篩以覆蓋進(jìn)氣管道的地上入口。
體部優(yōu)選用混凝土制造并且腔和進(jìn)氣管道可以與混凝土體部絕熱以防止體部變熱超過FSAR限制和防止進(jìn)入進(jìn)氣管道的冷空氣在其進(jìn)入腔之前變熱。進(jìn)氣管道和腔優(yōu)選建造成一個密封的整體構(gòu)件以防止地下水的侵入。這減少腔的內(nèi)部腐蝕的可能性。在這個實施例中，可以提供一個鋼殼給腔加襯并可以用一個鋼襯制造進(jìn)氣管道。然后殼和進(jìn)氣管道可以焊接在一起以實現(xiàn)密封?？梢栽谇坏南旅嫣峁┮粋€也與殼和進(jìn)氣管道成為一體的底板。該系統(tǒng)也可以包括一個底座，例如加固的混凝土板，體部位于其上。
該系統(tǒng)也可以具有位于腔的底部/基底上的支持塊。優(yōu)選地，這些支持塊將環(huán)形的間隔開并且在高放密封罐放入腔中儲存時，在高放廢物罐和腔的底表面之間提供一個進(jìn)氣空氣室。進(jìn)氣空氣室的存在將有助于腔的優(yōu)化通氣。支持塊可以由低碳鋼制成。如下所述，在本發(fā)明的一些方面中，支持塊和進(jìn)入腔的進(jìn)氣管道的地下出口(也即開口)之間的相對高度將保護(hù)避免水災(zāi)情況中過熱。
在高放廢物的存儲期間，該系統(tǒng)將優(yōu)選進(jìn)一步包括一個位于體部頂部并覆蓋腔的蓋子。優(yōu)選地，當(dāng)一個高放廢物罐位于腔中并且蓋子置于包含有腔的體部頂部時，在罐和蓋子之間存在一個出氣空氣室。也優(yōu)選該蓋子包括一個剪切環(huán)，當(dāng)蓋子置于體部的頂部時，其突出到腔中。該剪切環(huán)提供了抵抗來自地震、沖擊導(dǎo)彈或其它發(fā)射物的側(cè)向力的巨大剪切阻力，從而，保持該系統(tǒng)的放射性防護(hù)的完整性。
該蓋子也優(yōu)選包括至少一個出氣管道以使得熱空氣排出腔。例如，這個出氣管道可以是一個在該蓋子一個側(cè)壁內(nèi)的水平通路。在這個實施例中，該蓋子中的出氣管道與體部內(nèi)進(jìn)氣管道的地上入口成環(huán)繞和方位角的分開。這有助于防止通過蓋子排出腔的熱空氣退回到體部內(nèi)的進(jìn)氣管道和退回進(jìn)入腔。在另一個實施例中，出氣管道可以位于VVO自身的體部內(nèi)。
優(yōu)選的是體部的一大部分位于地下，并且更優(yōu)選的是體部延伸到地上約少于42英寸。也是優(yōu)選的是腔高度的一大部分位于地下使得當(dāng)高放廢物罐下降進(jìn)入腔時，至少罐的一大部分在地下。最優(yōu)選的是，在存儲期間罐的整體將在地下。
在另一方面中，本發(fā)明是一個存儲高放廢物的方法，包括提供上述系統(tǒng)并具有至少一個出氣管道；使高放廢物下降進(jìn)入腔使得罐的一大部分位于地下；和在體部的頂部放置蓋子以關(guān)閉腔；其中通過冷空氣經(jīng)體部內(nèi)的進(jìn)氣管道進(jìn)入腔而提供罐的通氣；冷空氣在腔內(nèi)被高放廢物加熱，并且熱空氣通過出氣管道排出腔。用于實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的系統(tǒng)可以包含上述討論的任何設(shè)計細(xì)節(jié)。
還是在另一個方面中，本發(fā)明是一個存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括一個體部，其具有一個用于接收和存儲高放廢物罐的腔，該腔具有一個頂部、一個底部和一個底表面；由環(huán)境空氣入口到腔底部或底部附近出口的通路所形成的至少一個進(jìn)氣管道；由腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路所形成的至少一個出氣管道；以及在腔內(nèi)支持高放廢物罐的裝置以便在高放廢物罐的底部和腔的底表面之間產(chǎn)生一個空氣室；所述支持裝置在腔內(nèi)支持高放廢物罐以便罐的底部低于出口的頂部。優(yōu)選地，該支持裝置在腔內(nèi)支持高放廢物罐以便罐的底部低于出口的頂部至少兩英寸。
在本發(fā)明的這個方面中，VVO的體部可以全部或部分在地上。在一個實施例中，其中至少部分體部位于地下，進(jìn)氣管道的環(huán)境空氣入口可以在地上而進(jìn)氣管道的出口在地下。
在本發(fā)明的這個方面的一個實施例中，其中體部的整體在地上，進(jìn)氣管道的環(huán)境空氣入口和出口可以在地上。在這個實施例中，進(jìn)氣管道被形成使得從環(huán)境空氣入口直線觀測不到由支持裝置支撐的罐的存在。例如，進(jìn)氣管道可以包括一部分L形、S形或弧形。這樣做防止了罐泄漏的射線“照射”到周圍環(huán)境中。
還是另一個方面中，本發(fā)明是一個存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括形成一個用于接收高放廢物罐的腔的殼，至少一部分殼位于地下；和由地上入口向腔底部或底部附近的地下出口延伸的至少一個進(jìn)氣管道，該進(jìn)氣管道與殼相連使得腔密閉密封于地下水的侵入。
還是進(jìn)一步方面中，本發(fā)明是一個存儲高放廢物的方法，包括提供一個地下坑；提供一個系統(tǒng)，它包括形成一個用于接收高放廢物罐的腔的殼，至少一部分殼位于地下，和由入口向腔底部或底部附近的出口延伸的至少一個進(jìn)氣管道，該進(jìn)氣管道與殼相連；把該設(shè)備置于坑中，因比進(jìn)氣管道的入口位于地上并且進(jìn)入腔的進(jìn)氣管道的出口位于地下；用工程回填土填滿坑；和高放廢物罐下沉進(jìn)入腔中。
在另一個方面中，本發(fā)明是一個存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括形成一個用于接收高放廢物罐的腔的殼，至少一部分殼位于地下；和由腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路所形成的至少一個通氣管道；其中腔密閉密封于地下水的侵入。
在進(jìn)一步方面中，本發(fā)明是一個存儲高放廢物的方法，包括提供一個系統(tǒng)，它包括形成一個用于接收高放廢物罐的腔的殼，至少一部分殼位于地下，和由腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路所形成的至少一個通氣管道；其中腔密閉密封于地下水的侵入；和低熱的高放廢物罐下沉進(jìn)入腔中直到至少大部分罐位于地下。
本發(fā)明將在下文描述有關(guān)存儲乏燃料的系統(tǒng)和方法，應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于任何特定類型的高放廢物。



圖1是一個先有技術(shù)VVO的頂部透視圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的其中設(shè)置有乏燃料罐的地下VVO的一個側(cè)視橫截面圖。
圖3是圖2中的地下VVO移出地面的透視圖。
圖4是要和圖2中的地下VVO一起使用的蓋子的另一個實施例底部透視圖。
圖5是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲在ISFSI的一個地下VVO陣列的透視圖。
圖6是圖2的-區(qū)域的一個側(cè)視橫截面圖。
圖7是圖2中的地下VVO移出地面并且乏燃料罐從腔中移出和蓋子被移走后的一個頂視圖。
圖8A是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地下VVO的一個橫截面示意圖，其具有進(jìn)氣和出氣管道的第一個可選擇構(gòu)型。
圖8B是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地下VVO的一個橫截面示意圖，其具有進(jìn)氣和出氣管道的第二個可選擇構(gòu)型。
圖8C是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地下VVO的一個橫截面示意圖，其具有進(jìn)氣和出氣管道的第三個可選擇構(gòu)型。
圖8D是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地下VVO的一個橫截面示意圖，其中地下VVO的體部基本與地面齊平。
圖8E是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的地下VVO的一個橫截面示意圖，其中地下VVO的體部基本與地面齊平并具有進(jìn)氣和出氣管道的一個可選擇構(gòu)型。
圖9是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲乏燃料的一個整體結(jié)構(gòu)的頂部透視圖。
圖10是圖9的整體結(jié)構(gòu)沉入一個地下坑并置于底座頂部的一個示意圖。
圖11是圖10所示方案的一個示意圖，其中地下坑正在填土。
圖12是說明圖10所示方案的一個示意圖，其中地下坑完全填滿土。
圖13是說明圖12所示方案的一個示意圖，其中乏燃料罐裝載在整體結(jié)構(gòu)中并且上面蓋著蓋子。
圖14是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的整體結(jié)構(gòu)的一個示意圖，其具有進(jìn)氣和出氣管道的一個可選擇構(gòu)型。
圖15是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個存儲低熱乏燃料且沒有進(jìn)氣管道的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
參照圖2和圖3，示出了依據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的地下VVO20。地下VVO20是一個垂直的、通氣的干燥乏燃料存儲系統(tǒng)，它完全適于100噸和125噸轉(zhuǎn)移屏蔽罐的乏燃料罐轉(zhuǎn)移操作。地下VVO20可以改造/設(shè)計成適于任何大小或樣式的轉(zhuǎn)移屏蔽罐。在代替地上雙層罐(例如圖1中的先有技術(shù)VVO2)的獨立乏燃料儲存設(shè)施(“ISFSI”)中，地下VVO20設(shè)計成接收乏燃料罐用于存儲。修建成以獨立和固定雙層罐模式存儲的所有乏燃料罐類型都可以存儲在地下VVO20中。
作為這里使用的術(shù)語“罐”廣泛地包括任何乏燃料容納裝置，不受限制的包括，多用途罐和導(dǎo)熱性屏蔽罐。例如，在世界的一些地方，乏燃料在具有一個直接制造在金屬屏蔽罐中的蜂窩狀柵格部件/吊籃的金屬屏蔽罐中轉(zhuǎn)移和存儲。這樣的屏蔽罐和相似的容納裝置具有作為罐的資格，如同這里使用的那個術(shù)語，并且可以和如下所述的地下VVO20一起使用。
地下VVO20包括體部21、底座22和可移動的蓋子41。體部21由混凝土制造，但可以由其它合適的材料制造。體部21是長方形但可以為任何形狀，例如，舉例來說，圓柱形、圓錐形、球形、半球形、三角形或不規(guī)則形。一部分體部21位于地下使得只有頂部部分24突出到零標(biāo)高23以上。優(yōu)選地，至少體部21高度的一大部分位于地下。延伸到地平面23以上的體部21的頂部部分24的確切高度可以變化很大并且將依賴于多方面設(shè)計考慮，例如罐的尺寸，被存儲的乏燃料的放射性水平，ISFSI的空間限制，易于遭受導(dǎo)彈型和地面襲擊的地理位置考慮，對于自然災(zāi)害(例如地震、水災(zāi)、龍卷風(fēng)、颶風(fēng)、海嘯等)的頻率和易發(fā)性的地理位置考慮，環(huán)境因素(例如溫度、降水量)，和/或地下水水位。優(yōu)選地，體部21的頂部部分24在地平面23以上約少于42英寸，并且最優(yōu)選的是在地平面23以上大約6-36英寸。
在一些實施例中，甚至優(yōu)選體部21的整個高度在地下(在圖8D和8E中示出)。如下將進(jìn)行更詳細(xì)的描述，當(dāng)體部的整個高度在地下時，只有體部的頂表面將暴露于地上的環(huán)境空氣。
還是參照圖2和圖3，在體部21中形成圓柱形腔26(圖3中最佳示出)。盡管腔26為圓柱形，但腔26并不局限于任何特定的尺寸、形狀和/或深度，并且可以設(shè)計以接收和存儲幾乎任何形狀的罐而不偏離本發(fā)明的精神。盡管不必實踐本發(fā)明，但優(yōu)選設(shè)計腔26的水平橫截面的尺寸和形狀以大體對應(yīng)于將和特定地下VVO一起使用的罐型的水平橫截面的尺寸和形狀。尤其是，最好將腔26的尺寸和形狀設(shè)計成當(dāng)一個乏燃料罐(例如罐70)位于腔26中用于存儲時在罐的外側(cè)壁和腔26的側(cè)壁之間存在一個小間隙。
腔26設(shè)計成在存儲罐側(cè)壁和腔26側(cè)壁之間形成小間隙限制了在災(zāi)害性事故中罐在腔26內(nèi)可以移動的程度，由此使其對罐和腔壁的損壞最小并避免了罐在腔內(nèi)傾倒。這個小間隙也有利于乏燃料冷卻過程中熱空氣的流動。該間隙的確切大小可以控制/設(shè)計以獲得用于任何給定情況的理想流體動力學(xué)和傳熱能力。例如，在一些實施例中，該間隙可以是1到3英寸。小間隙也減少了放射流。
在體部21中設(shè)置了兩個進(jìn)氣管道25以提供入口通氣到腔26的底部。進(jìn)氣管道25基本上為延長的S型通路，其從地上入口27延伸到地下出口28。地上入口27位于體部21的頂部部分24的相對側(cè)壁上并開口于地平面23以上的環(huán)境空氣。如同這里使用的，環(huán)境空氣、環(huán)境大氣或外界大氣等術(shù)語，是指地下VVO以外的大氣/空氣，并包括在建筑物、帳篷、洞穴、隧道以及其它人造或天然包殼中的外部自然環(huán)境和空間。
地下出口28在其底部或底部附近的一個低于地平面23的位置開口到腔26中。因此，進(jìn)氣管道25為環(huán)境空氣到腔26的底部的進(jìn)氣提供了一個通路，盡管腔26的底部正好在地下。提供通風(fēng)篩31(圖3)以覆蓋地上入口27使得物體和其它碎屑無法進(jìn)入和堵塞進(jìn)氣管道25的通道。作為進(jìn)氣管道25S形延長的結(jié)果，地上入口27不再是一個在獨立的地上VVO中很常見的高放射劑量率的位置。盡管說明了地下出口28開口在腔26的壁的底部附近，但也想使地下出口28可以位于腔26的基底。這可以通過適當(dāng)改造進(jìn)氣管道25以及形成一個通過底板38的開口并進(jìn)入腔26中來實現(xiàn)。在這樣一個實施例中，底座22被視為體部21的一部分，進(jìn)氣管道25通過它延伸。
地上入口27在地平面23上約10英寸的高度處位于體部21的側(cè)壁中。但是，本發(fā)明不限制地上入口27的高度。入口27可以位于地平面上任何理想的高度，包括與此相平/齊平，如圖8D和8E中所示。將地上入口27提高到地平面23以上足夠高有助于降低雨水或洪水進(jìn)入腔26的可能性。應(yīng)當(dāng)注意的是對于水災(zāi)區(qū)域內(nèi)的IFSI，洪水可能升高高于地平面1英尺，并因此通過進(jìn)氣管道25進(jìn)入腔26。但是，如下文就圖6討論的，地下VVO20被特殊設(shè)計以一種安全和有效的方式應(yīng)對最嚴(yán)重的水災(zāi)情況。
盡管地上入口27優(yōu)選位于體部21的側(cè)壁中，地上入口并不局限于這樣一個位置，如果需要，可以位于體部的任何位置，例如包括體部的頂表面(或任何其它表面)。地上入口27在體部21上的可能位置的另一些實施例在圖8A-8E中示出。
還是參照圖2和圖3，進(jìn)氣管道25具有一個大約6英寸×40英寸的長方形橫截面面積。但是，可以使用任何形狀和/或尺寸的橫截面，例如，舉例來說，圓形、橢圓形、三角形、六邊形、八邊形、等等。另外，盡管進(jìn)氣管道25基本上是一個延長的S型通路，但可以使用多種形狀仍然可以在地上入口27處獲得可以接受的放射劑量率。例如，不是一個延長的S型，進(jìn)氣管道可以以之字形、傾斜直線形、普通L形、或任意的角、直線或弧形組合從地上入口延伸到地下出口。進(jìn)氣管道的確切形狀、尺寸和橫截面構(gòu)型是一個設(shè)計選擇問題并將由這些因素決定，例如VVO體部的厚度，存儲在腔內(nèi)的乏燃料的放射性水平，乏燃料罐的溫度，通過管道的理想流體動力學(xué)，和地上進(jìn)出口在體部上的布置(也就是，地上進(jìn)出口/開口是否位于體部的側(cè)壁上、它的頂表面，或體部的一些其它表面)。進(jìn)氣管道25的可能形狀的進(jìn)一步實施例在圖8A-8E中說明。
進(jìn)氣管道25優(yōu)選用一種低碳鋼襯管形成。但是，進(jìn)氣管道25可以由任何材料制成或者可以僅僅是形成于混凝土體部21中的無襯通道。
如圖3中最佳示出，腔26由厚鋼殼34和底板38形成。殼34、底板38和進(jìn)氣管道25優(yōu)選用金屬制成，例如低碳鋼，但可以由其它材料制成，例如不銹鋼、鋁、鋁合金、塑料等等。進(jìn)氣管道25與殼34和底板38密封連接以形成一個隔絕地下水和其它流體侵入的完整/整體結(jié)構(gòu)100(圖9中單獨示出)。就可焊接金屬來說，這些密封連接可以包括焊接或使用襯墊。因此，水或其它流體可以進(jìn)入腔26的唯一方式是通過蓋子41中的地上入口27或出氣管道42。如下文將就圖9-15進(jìn)行論述，整體結(jié)構(gòu)本身就是一項發(fā)明，它可以不使用體部21就用于存儲乏燃料。
為了確保密封、降低材料的腐蝕和防火，一種合適的防腐劑，例如煤焦油環(huán)氧樹脂或類似物，被應(yīng)用于殼34、底板38和進(jìn)氣管道25的裸露表面。密蘇里州圣路易的Carboline公司生產(chǎn)一種合適的煤焦油環(huán)氧樹脂，商品名為Bitumastic 300M。在本發(fā)明的地下VVO的一些實施例中，將不使用底板。
混凝土體部21圍繞殼34和進(jìn)氣管道25。體部21為殼34和進(jìn)氣管道25提供非結(jié)構(gòu)性保護(hù)。在殼34和混凝土體部21之間的交接面以及進(jìn)氣管道25和混凝土體部21之間的交接面提供絕熱層37。絕熱層37的提供防止了由乏燃料罐70向混凝土體部21過多的熱損傳送，這樣混凝土的整體溫度保持在FSAR限值內(nèi)。殼34和進(jìn)氣管道25與混凝土體部21絕熱也起到使進(jìn)入的冷空氣在其進(jìn)入腔26之前的溫升最小。合適的絕熱方式非限制性的包括，鋁-硅耐火粘土墊片(高嶺棉墊片)、鋁和硅的氧化物(S型高嶺棉墊片)、鋁-硅-氧化鋯纖維(蜂蠟墊片)和鋁-硅-鉻(蜂蠟鉻墊片)。
進(jìn)氣管道25與腔26中裝載的乏燃料的熱絕熱在促進(jìn)和維持足夠的乏燃料通氣/冷卻方面是非常重要?？梢酝ㄟ^許多途徑來實現(xiàn)絕熱，本發(fā)明不限制于任何一種。例如，除了在殼34和進(jìn)氣管道25的表面增加一層絕熱材料以外，通過在腔26和進(jìn)氣管道25之間的混凝土體部21中設(shè)置一個間隙也可能使進(jìn)氣管道25絕熱。如果需要，間隙中可以充滿惰性氣體或者空氣。而且，用來提供絕熱效應(yīng)的裝置無論是哪一種，絕熱裝置不受殼34或進(jìn)氣管道25外表面所處位置的限制，反而可以位于腔26和進(jìn)氣管道25之間的任何位置。
體部21連同由底板38、殼34和通氣管道25形成的整體鋼單元一起，被放置在底座22頂部。底座22是一個加強(qiáng)型混凝土板，其設(shè)計滿足公認(rèn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載組合，例如，非限制性的，ACI-349。底座22為長方形但可以呈現(xiàn)任何對支持體部21必要的形狀，例如圓形、橢圓形、三角形、六邊形、八邊形、不規(guī)則形等等。盡管優(yōu)選使用一個底座以獲得足夠的負(fù)載支持要求，但位置可以升高的地方使用這樣一個底座可能是不必要的。
回去參照圖2，地下VVO具有一個可移走的通氣蓋子41。蓋子41位于體部21的頂部，由此基本上密封腔26使得當(dāng)罐70位于腔26中時射線無法通過腔26的頂部泄漏出。當(dāng)蓋子41被置于體部21的頂部和乏燃料罐70位于腔26中時，在罐70的頂表面和蓋子41之間形成出口空氣室36。出口空氣室36優(yōu)選最小高度為3英寸，也可以是任何希望的高度。該確切高度將由設(shè)計因素例如理想的流體動力學(xué)、罐高度、VVO高度、腔深度、罐熱負(fù)荷、等等來決定。
蓋子41具有4個出氣管道42。出氣管道42形成一個從腔26的頂部(尤其是從出口空氣室36)到環(huán)境空氣的通路使得加熱的空氣可以從腔26逸散出。出氣管道42為通過蓋子41的側(cè)壁30延伸的水平通路。但是，出氣管道可以是任何形狀或方向，例如垂直的、L形、S形、角形、弧形、等等。因為出氣管道42位于蓋子41自身內(nèi)，體部21的總高度被最小化了。
蓋子41包括一個由混凝土制成的頂35。頂35提供放射防護(hù)使得射線無法從腔26的頂部泄漏出。蓋子41的側(cè)壁30是一個環(huán)形圈。出口空氣室36有助于促進(jìn)通過出氣管道42的熱空氣排出。為了使排出出氣管道42被虹吸回去進(jìn)入進(jìn)氣管道25的熱空氣最小，出氣管道42與進(jìn)氣管道25成方位角地和環(huán)繞地隔離。
通氣蓋子41也包括剪切環(huán)47。當(dāng)蓋子41被置于體部21的頂部時，剪切環(huán)47突出進(jìn)入腔26，這樣，提供了抵抗來自地震、沖擊導(dǎo)彈或其它發(fā)射物的側(cè)向力的巨大剪切阻力。蓋子41用延伸通過其中的螺栓(未示出)固定于體部21。
盡管未說明，不管形狀和/或大小，優(yōu)選管道光子衰減器插入地下VVO20的所有進(jìn)氣管道25和/或出氣管道42。Bongrazio的美國專利6,519,307，公開了一種合適的管道光子衰減器，其教導(dǎo)在此引入作為參考。
現(xiàn)在參見圖4，對在地下VVO20中可以使用的蓋子50的一個實施例進(jìn)行說明。蓋子50包括與蓋41類似的設(shè)計特征并且進(jìn)行說明以更全面的公開前述蓋設(shè)計特征。蓋子50在側(cè)壁52上具有4個水平的出氣管道51。在蓋子50的底部設(shè)置有裝配到腔26的剪切環(huán)54。用螺栓18將蓋子50緊固到體部21頂部的螺紋孔中。
盡管出氣管道被描述為設(shè)置在地下VVO20的蓋子50中，本發(fā)明并不因此受到限制。例如，出氣管道可以設(shè)置在地下VVO在地面以上位置的體部。只要參照圖8A-8E就能說明這一概念。如果出氣管道設(shè)置在地下VVO的體部，出氣管道對于環(huán)境氣體的開口可以設(shè)置在體部的側(cè)壁、體部的上表面、或任何其它表面。與出氣管道設(shè)置在蓋中時相類似，當(dāng)出氣管道設(shè)置在地下VVO自身的體部時，出氣管道可以采用多種形狀和/或構(gòu)造。就象進(jìn)氣管道，出氣管道優(yōu)選由低碳鋼管形成，但是也可以由任何材料制成或可以只是一條形成在混凝土體部21或蓋子41中而沒有襯里的通路。在本發(fā)明所有具有進(jìn)氣管道和出氣管道的實施例中，優(yōu)選的是出氣管道的開口與進(jìn)氣管道的入口成方位角和環(huán)繞地分隔開，使入口與出口空氣流間的相互影響最小。用來與地下VVO20結(jié)合的蓋的形狀和樣式?jīng)]有任何限制。
回去參照圖2，土層29包圍著體部21幾乎全部的高度。當(dāng)乏燃料罐70位于腔26中時，即使不是全部也至少一大部分的罐70位于地下。優(yōu)選的，為了充分利用土層29的防護(hù)效應(yīng)，罐70的整個高度位于地下。因此土層29為儲存在地下VVO20中的乏燃料提供一定程度的放射防護(hù)，那是在地上外包裝中無法獲得的。地下VVO20在外形上是不突出的，并且地下VVO20沒有傾倒的危險。另外地下VVO20不必對付土層結(jié)構(gòu)相互作用的影響，該影響擴(kuò)大了自由場加速度(free-field acceleration)和地上獨立雙層罐的穩(wěn)定性的潛在挑戰(zhàn)。
參照圖6，詳細(xì)說明了圖2的VI-VI區(qū)域。圖6說明了對確保地下VVO20可以有效承受水災(zāi)情況而沒有負(fù)面影響很重要的設(shè)計特征。在腔26的底表面上(由板38形成)設(shè)置支持塊32使得罐70可以放置其上。支持塊32為環(huán)形的相互間隔(圖7中示出)。當(dāng)罐70裝入腔26儲存時，罐70的底表面71置于支持塊32上，在罐70的底表面71和腔26的底表面/底部之間形成一個進(jìn)氣空氣室33。支持塊32由低碳鋼制成并且優(yōu)選焊接到腔26的底表面。其它合適的建造材料非限制性的包括，加強(qiáng)型混凝土、不銹鋼和其它金屬合金。
支持塊32也起到能量/碰撞吸收作用。支持塊32優(yōu)選是蜂窩網(wǎng)格樣式，例如來自美國加州的Hexcel公司制造的產(chǎn)品。
支持塊32經(jīng)過專門的設(shè)計使得罐70的底表面71低于進(jìn)氣管25的地下出口28的頂部74(圖2)。優(yōu)選的，支持塊32設(shè)計成使得罐70的底表面71在地下出口28的頂部74以下大約2-6英寸。然而，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計可以獲得任何期望的不同高度。通過在腔26中支持罐70使得其底表面71低于地下出口28的頂部74，即使在最不利的水災(zāi)情況下，通俗的講是指“嚴(yán)重的水災(zāi)”，地下VVO20將對罐70提供足夠的冷卻?！皣?yán)重的水災(zāi)”是一種淹沒了VVO使得水位正好足夠高以完全阻斷通過進(jìn)氣管道25氣流的水災(zāi)。換句話說，水位正好與地下出口28的頂部74齊平。
然而，由于罐70的底表面71位于低于地下出口28的頂部74的高度，地下VVO20完全可以應(yīng)對這種“嚴(yán)重的水災(zāi)”情況。結(jié)果，假如發(fā)生一場“嚴(yán)重的水災(zāi)”，罐70的底部將與水接觸(也就是，沒入)。因為水的導(dǎo)熱效率是空氣100多倍，一個濕的底部是需要用于有效除去熱量并保持罐70冷卻的全部。罐70沒入水中越深，罐70和其包含的燃料將保持越冷卻。因為在腔26內(nèi)的水被罐70的底部加熱，水蒸發(fā)，經(jīng)過環(huán)形間隔60上升通過腔26，并經(jīng)過出氣管道排出腔26。因此罐冷卻效應(yīng)從排氣冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)樗舭l(fā)冷卻。
在一個實施例中，進(jìn)氣管道25的地下出口28是8英寸高40英寸寬而入口空氣室33為6英寸高。這提供了一個2英寸的高度差。
應(yīng)當(dāng)注意的是在圖6中詳述的地下VVO20的該高度差設(shè)計特點也可以包含在獨立的地上屏蔽罐和VVO中以應(yīng)對“嚴(yán)重的水災(zāi)”情況，而不依賴于地下VVO20的其它特點。因此，該構(gòu)思是本申請的一個獨立的發(fā)明特點。當(dāng)結(jié)合到地上VVO中時，應(yīng)當(dāng)設(shè)計進(jìn)氣管道使得射線無法從進(jìn)氣管道泄漏到周圍環(huán)境。這是一個威脅，因為罐將低于進(jìn)氣管道通入存儲腔的開口。在這個實施例中，進(jìn)氣管道將形成為使得從環(huán)境空氣直線觀測不到存在于存儲腔中的罐。例如，進(jìn)氣管道可以包含L形、角形、S形或弧形的部分。
并且，盡管使用支持塊32獲得了圖6的高度差設(shè)計特點，也可能不用支持塊32來實現(xiàn)本發(fā)明的這個特點。在這樣的實施例中，罐70將位于腔26中并直接安放在腔26的底面上。但是，由于入口空氣室33的產(chǎn)生以及由于支持塊32的使用有助于避免碎屑和污垢沉積在腔26的底部，支持塊32的使用是可取的。
現(xiàn)在參照圖8A-8E，示意性示出依據(jù)本發(fā)明的一個地下VVO中出氣管道和進(jìn)氣管道的可選擇構(gòu)型的實施例。為了容易理解在圖8A-8E中已經(jīng)省略了許多細(xì)節(jié)和一些結(jié)構(gòu)，上面所討論的有關(guān)地下VVO20的任何或所有細(xì)節(jié)可以結(jié)合在其中。除了字母后綴用于每個實施例以外相同的數(shù)字用于識別相同的部分。
應(yīng)當(dāng)注意的是，除了圖8A-8E中示出的進(jìn)氣管道和出氣管道的構(gòu)型，多種其它構(gòu)型、組合和改型可以結(jié)合到本發(fā)明中。這樣一些細(xì)節(jié)已經(jīng)在上文討論了。另外，任何示出實施例的出氣管道構(gòu)型可以與任何示出的進(jìn)氣管道構(gòu)型結(jié)合，并且反之亦然。
在本發(fā)明的所有實施例中，理想的是出氣管道42排出的熱空氣應(yīng)當(dāng)避免虹吸回去進(jìn)入進(jìn)氣管道25(也就是，避免出口暖氣流與入口冷氣流混合)。這可以通過多種方式來實現(xiàn)，包括(1)地下VVO20上的入口27相對于出氣管道42的出口來定位/放置；提供隔離氣流的一個板98或其它結(jié)構(gòu)(如圖8A和8C-8E中舉例說明)；和/或(3)將進(jìn)氣管道25延伸到一個遠(yuǎn)離出氣管道42的位置。
作為罐70散熱的結(jié)果，來自環(huán)境的冷空氣被虹吸進(jìn)入進(jìn)氣管道25并進(jìn)入腔26的底部。然后這些冷空氣被來自罐70中的乏燃料的熱加溫，通過罐70周圍的環(huán)形間隔60(圖6)在腔26中上升，并且隨后當(dāng)熱空氣通過蓋子41中的出氣管道42時排出腔26。
現(xiàn)在參照圖5，ISFI可以設(shè)計成使用任何數(shù)量的地下VVO20(或整體結(jié)構(gòu)100)并可以輕易擴(kuò)大數(shù)量以滿足增長的需要。盡管地下VVO20緊密地間隔，設(shè)計允許能輕易地用屏蔽罐履帶車90獨立地接觸任何腔。地下VVO20的地下構(gòu)型大大降低了在裝載/轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的堆棧結(jié)構(gòu)的高度，其中轉(zhuǎn)移屏蔽罐80位于地下VVO20的頂部。
現(xiàn)在參照圖2-5來討論使用地下VVO20以存儲乏燃料罐70的方法的一個實施例。從乏燃料池移出并為干燥存儲而處理后，乏燃料罐70放入轉(zhuǎn)移屏蔽罐80。轉(zhuǎn)移屏蔽罐80由屏蔽罐履帶車90運載到一個理想的地下VVO20來存儲。盡管說明了一個屏蔽罐履帶車，任何運送轉(zhuǎn)移屏蔽罐80到地下VVO某一位置的合適裝置都可以使用。例如，任何合適類型的負(fù)載操作裝置，例如可以非限制性的使用門式起重機(jī)、高架起重機(jī)或其它起重機(jī)裝置。
在準(zhǔn)備理想的地下VVO20以接收罐70時，蓋子41從體部21移開使得腔26打開。屏蔽罐履帶車90將轉(zhuǎn)移屏蔽罐80置于地下VVO20頂部上。當(dāng)轉(zhuǎn)移屏蔽罐適當(dāng)?shù)毓潭ㄓ诘叵耉VO20的頂部后，轉(zhuǎn)移屏蔽罐80的底板被移走。如果必要，可以使用一種合適的纏結(jié)裝置以固定轉(zhuǎn)移屏蔽罐80與地下VVO20的連接并將轉(zhuǎn)移屏蔽罐80的底板移到一個不突出的位置。這種纏結(jié)裝置為本領(lǐng)域公知的并經(jīng)常用于罐轉(zhuǎn)移過程。然后由屏蔽罐履帶車90從轉(zhuǎn)移屏蔽罐80中將罐70降低進(jìn)入地下VVO20的腔26中，直到罐70的底表面接觸并安放在支持塊32的頂部，如上所述。
當(dāng)安放在支持塊32上時，罐高度的大部分在地下。最優(yōu)選的是，當(dāng)在其存儲位置時整個罐70都在地下。一旦罐70被置于和安放在腔26中，蓋子41被放在腔26上，基本上密閉了腔26。蓋子41被定位于體部21的頂部上使得剪切環(huán)47突出進(jìn)入腔26，并且出氣管道42與體部21上的進(jìn)氣管道25成方位角地和環(huán)繞地分隔開。隨后蓋子41用螺栓固定于體部21。作為罐70散熱的結(jié)果，來自環(huán)境的冷空氣被虹吸進(jìn)入進(jìn)氣管道25并進(jìn)入腔26的底部。然后這些冷空氣被來自罐70中的乏燃料的熱加溫，通過罐70周圍的環(huán)形間隔60(圖6)在腔26中上升，并且隨后當(dāng)熱空氣通過蓋子41中的出氣管道42時排出腔26。
現(xiàn)在參照圖9，示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于存儲乏燃料的一個整體結(jié)構(gòu)100。整體結(jié)構(gòu)100實際上是沒有混凝土體部的地下VVO20的殼34、進(jìn)氣管道25和底板38的一個組合。整體結(jié)構(gòu)100可以不附加混凝土體部而用于存儲乏燃料罐。因此，本發(fā)明的一些實施例就是整體結(jié)構(gòu)自身。
殼34、底板38和進(jìn)氣管道25優(yōu)選用金屬制成，例如低碳鋼。其它合適的材料非限制性的包括，不銹鋼、鋁、鋁合金、塑料等等。
進(jìn)氣管道25、底板38和殼34在所有的接合處密封焊接以形成一個與侵入水和其它流體密封隔絕的整體結(jié)構(gòu)。水和其它流體可以進(jìn)入腔26的唯一方式是通過入口27或殼34的頂部開口101。殼34的高度設(shè)計成使得乏燃料罐可以位于腔26中，只要不從頂部開口101突出去。在殼34可以建造的高度方面沒有限制。殼34的確切高度將由存儲其中的乏燃料罐的高度、用于存儲罐的理想深度(地下)、出氣管道是否在蓋子中或與殼34成為一體、和/或罐存儲過程中存在的出口空氣室的理想深度來決定。
圖10-13示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例在ISFSI或其它地方的一個地下位置使用整體結(jié)構(gòu)100來存儲乏燃料罐的過程。應(yīng)當(dāng)注意的是上面討論的有關(guān)地下VVO20的任何設(shè)計和/或結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)可以結(jié)合到整體結(jié)構(gòu)100中，例如，舉例來說，通風(fēng)篩的使用，進(jìn)氣和出氣管道的不同構(gòu)型，間距，絕熱層的使用，等等。但是，為了避免重復(fù)，那些細(xì)節(jié)的論述將被省略，只要明白地下VVO20的任何或所有細(xì)節(jié)是(或可以)結(jié)合到整體結(jié)構(gòu)100的存儲方法和裝置中，并且反之亦然。
參照圖10，在ISFSI內(nèi)的理想位置和理想深度的地面210中先挖掘一個坑200。一旦挖掘了坑200，并且其底部被適當(dāng)?shù)仄秸^，底座22被安放在坑200的底部。底座22是一個加強(qiáng)型混凝土板，其設(shè)計滿足公認(rèn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載組合，例如ACI-349。但是，在一些實施例中，根據(jù)要支持的負(fù)載和/或地面特征，底座的使用可能不必要。
一旦底座22適當(dāng)?shù)刂糜诳?00中，整體結(jié)構(gòu)100在垂直方向下降進(jìn)入坑200直到它安放在底座22的頂部。整體結(jié)構(gòu)100的底板38接觸并安放在底座22上表面的頂部。如果需要，底板38可以栓接或以其它方式固定于底座22的這個位置以避免今后整體結(jié)構(gòu)100相對于底座22的移動。
參照圖11，一旦整體結(jié)構(gòu)100在垂直方向安放在底座22的頂部，供土管300移進(jìn)坑200的上方。土301被輸送到坑200中整體結(jié)構(gòu)100的外部，由此用土301填充坑200并掩埋整體結(jié)構(gòu)100的一部分。盡管舉例用土301來填充坑200，但可以使用任何滿足環(huán)境和防護(hù)需要的合適的工程填土。其它合適的工程填土非限制性的包括，沙礫、碎石、混凝土、沙，等等。并且，理想的工程填土可以通過任何可能的方式填補(bǔ)到坑中，包括人工、頃卸，等等。
參照圖12，土301填入坑200直到土301包圍整體結(jié)構(gòu)100并將坑200填充到土301與地平面212大約相等的水平。土301與位于地下的整體結(jié)構(gòu)100的外表面直接接觸。當(dāng)土301填滿坑200時，進(jìn)氣管道25的入口27位于地上。殼34也從土301突出使得開口101稍微超出地面。因此，由于整體結(jié)構(gòu)100在所有的接合處密閉密封，地下水和土無法進(jìn)入腔26或進(jìn)氣管道25。在腔26的底部設(shè)有支持塊32以支持乏燃料罐。
參照圖13，一旦坑200用土301充分地填滿，一個乏燃料70罐70被裝入整體結(jié)構(gòu)100的腔26。罐裝載程序在上文中參照圖5進(jìn)行了更詳細(xì)的討論。罐70下降進(jìn)入腔26直到其安放在支持塊32上。如上文參照圖6所討論的，支持塊32和整體結(jié)構(gòu)100的出口28被特殊設(shè)計以應(yīng)對“嚴(yán)重的水災(zāi)”情況。罐70安放在支持塊32上，在罐70的底部和腔26的底部(其在該例中為底板38)之間形成一個入口空氣室33。
當(dāng)罐70支撐在支持塊32上時，罐70的整個高度位于地平面212以下。這就最大化的利用了土層的放射性防護(hù)能力。罐70在地平面212以下的深度可以通過增加或減少坑200的深度來改變。一旦罐70支撐在腔26中，蓋子41被放在殼34的頂部，由此封閉了開口101并避免射線從腔26向上泄漏出。在蓋子41的底表面和罐70的頂部之間形成出口空氣室36。
蓋子41包括出氣管道42。出氣管道42形成從出口空氣室36通過蓋子41到地平面212以上環(huán)境空氣的通路。出氣管道42不一定設(shè)置在蓋子41中，如果需要也可以形成作為整體結(jié)構(gòu)100的一部分。這將在下文參照圖14作更詳細(xì)的討論。
還是參照圖13，當(dāng)整體結(jié)構(gòu)100被用于存儲乏燃料罐70時，在充分有利于罐70冷卻的同時利用了地下放射性防護(hù)效應(yīng)。經(jīng)過地上入口27進(jìn)入進(jìn)氣管道25的冷空氣有助于罐70的冷卻。冷空氣流經(jīng)進(jìn)氣管道25直到其經(jīng)過地下出口28在入口空氣室33或其附近進(jìn)入腔26。一旦冷空氣在腔26內(nèi)，它被罐70的散熱加溫。因為空氣被加溫，它經(jīng)過環(huán)形間隔60沿著罐70的外表面向上流動直到空氣進(jìn)入出口空氣室36。當(dāng)空氣向上流經(jīng)環(huán)形間隔60時，它繼續(xù)帶走罐70的散熱。然后熱空氣經(jīng)過出氣管道42排出腔26并進(jìn)入環(huán)境空氣。這種冷卻流體的自然對流持續(xù)反復(fù)直到罐70被充分冷卻。
現(xiàn)在參照圖14，示出了整體結(jié)構(gòu)200的另一個實施例。整體結(jié)構(gòu)200被用于以與上面討論的整體結(jié)構(gòu)100相似的方式存儲一個乏燃料罐。盡管所述結(jié)構(gòu)的許多部分與整體結(jié)構(gòu)100的這些部分相同，整體結(jié)構(gòu)200進(jìn)一步包括直接密封焊接于殼34的出氣管道42。出氣管道42可以由上面針對進(jìn)氣管道25所討論的任何材料形成。作為出氣管道42成為整體結(jié)構(gòu)200一部分的結(jié)果，蓋子在41可以獨立于這些管道。罐70的冷卻過程保持不變。
圖15示出了依據(jù)本發(fā)明的另一個方面的一個整體結(jié)構(gòu)300。在設(shè)計和功能上整體結(jié)構(gòu)300在許多方面與整體結(jié)構(gòu)100和200相似。但是，整體結(jié)構(gòu)300特別設(shè)計成存儲裝有低熱量乏燃料的罐70。當(dāng)罐70釋放低熱量時，例如在2-3kW范圍內(nèi)，不需要配備向腔26輸送冷空氣的進(jìn)氣管道。因此，整體結(jié)構(gòu)300省略了進(jìn)氣管道。整體結(jié)構(gòu)300僅僅包括充當(dāng)冷空氣入口和暖空氣出口的出氣管道42。
盡管整體結(jié)構(gòu)300的出氣管道42密封焊接于殼34，如果需要出氣管道可能位于蓋子41內(nèi)。并且，對低熱量負(fù)載罐存儲除去進(jìn)氣管道的思路可以應(yīng)用到本申請中示出的任何地下或地上VVO的實施方式，尤其包括地下VVO20及其變型。
在本發(fā)明的描述和說明已經(jīng)充分詳細(xì)使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以容易制造和使用它時，不偏離本發(fā)明精神和范圍的各種替換、改變和改進(jìn)變得顯而易見的。特別是，本發(fā)明的整個地下VVO和/或整體結(jié)構(gòu)可能在地下，只要進(jìn)氣管道和/或出氣管道通到地面之上的環(huán)境空氣。這有利于非常深的儲存乏燃料罐。最后，盡管本發(fā)明結(jié)合乏燃料的儲存來描述，本發(fā)明不受這些限制，并且可以用來與任何高放廢物材料的儲存相結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種用于存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括一個體部，其具有一個用于接收和存儲高放廢物罐的腔；一部分體部位于地下；所述體部具有至少一個在腔內(nèi)從地上入口向地下出口延伸的進(jìn)氣管道。
2.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地上入口在所述體部的一個側(cè)壁內(nèi)。
3.如權(quán)利要求
2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地下出口在所述腔的底部或底部附近。
4.如權(quán)利要求
3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣管道基本上是一個細(xì)長的S型。
5.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述體部中進(jìn)氣管道的數(shù)量是兩個并且兩個進(jìn)氣管道的地上入口在所述體部的相對側(cè)壁上。
6.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一部分進(jìn)氣管道與體部絕熱。
7.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一部分腔與體部絕熱。
8.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣管道和所述腔密閉密封于地下水的侵入。
9.如權(quán)利要求
8所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括襯在所述腔中的一個金屬殼和在所述腔的底表面形成的一個金屬底板，所述進(jìn)氣管道由一種金屬套管形成，其中所述殼、所述底板和所述進(jìn)氣管道焊接在一起以致形成一個整體結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求
9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述體部由混凝土制成。
11.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述腔的底表面支撐罐的裝置，當(dāng)罐置于腔中存儲時所述支持裝置在高放廢物罐和腔的底表面之間提供一個空氣室。
12.如權(quán)利要求
11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支持裝置在腔內(nèi)支撐高放廢物罐使得罐的底表面低于進(jìn)氣管道的地下出口的一個頂部。
13.如權(quán)利要求
12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支持裝置是一個或多個環(huán)繞分離的支持塊。
14.如權(quán)利要求
12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支持裝置在腔內(nèi)支撐高放廢物罐使得罐的底表面在地下出口的頂部以下至少兩英寸。
15.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個置于所述體部頂部并覆蓋所述腔的蓋子。
16.如權(quán)利要求
15所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)高放廢物罐設(shè)置在所述腔中時，在所述罐和所述蓋子之間有一個空氣室。
17.如權(quán)利要求
16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓋子包括至少一個出氣管道以允許熱空氣排出腔，所述出氣管道從所述空氣室延伸，通過所述蓋子的一個側(cè)壁，而到外界大氣。
18.如權(quán)利要求
17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓋子中的出氣管道與所述體部中的進(jìn)氣管道的地上入口成環(huán)繞地和方位角地分隔開。
19.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個安置體部的底座。
20.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述體部的一大部分安置在地下。
21.如權(quán)利要求
20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述體部大約3英尺或更少的高度保留在地上。
22.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述腔和所述進(jìn)氣管道由一個整體鋼襯形成，并且所述體部由混凝土形成。
23.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述腔高度的大部分位于地下。
24.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個出氣管道以使得從腔中排出熱空氣。
25.如權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個覆蓋進(jìn)氣管道的地上入口的通風(fēng)篩；一個安置在體部頂部并覆蓋腔的蓋子，使得當(dāng)一個高放廢物罐在該腔中時，在罐和蓋子之間存在一個出口空氣室；一個體部位于其上的底座；由出口空氣室到地面以上外界大氣的通路形成的至少一個出氣管道，所述出氣管道與體部中的進(jìn)氣管道的地上入口成環(huán)繞地和方位角地分隔開；襯在所述腔中的一個金屬殼；在所述腔的底表面形成的一個金屬底板；所述進(jìn)氣管道由一個金屬套管形成，所述殼、所述底板和所述進(jìn)氣管道焊接在一起以致形成一個密閉密封于地下水侵入的整體結(jié)構(gòu)；其中地下出口在腔的底部或底部附近；在腔的底表面上支撐罐的裝置，當(dāng)罐置于腔中存儲時所述支持裝置在高放廢物罐和腔的底表面之間提供一個入口空氣室；其中支持裝置支撐腔內(nèi)的高放廢物罐，使得罐的底表面低于進(jìn)氣管道的地下出口的頂部；其中體部的一大部分在地下；并且其中腔高度的一大部分在地下。
26.一種存儲高放廢物的方法，包括提供一個根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個出氣管道以使得從腔中排出熱空氣；下降一個高放廢物罐進(jìn)入所述腔使得所述罐的一大部分位于地下；和在體部的頂部放置一個蓋子以封閉所述腔；其中罐的通氣通過冷空氣經(jīng)體部的進(jìn)氣管道進(jìn)入腔來提供，冷空氣在腔內(nèi)被高放廢物加熱，并且熱空氣通過出氣管道排出腔。
27.一種用于存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括一個由一個用于接收和存儲高放廢物罐的腔形成的結(jié)構(gòu)，所述腔具有一個頂部、一個底部和一個底表面；至少一個由一個從環(huán)境空氣進(jìn)口到腔底部或底部附近的出口的通路形成的進(jìn)氣管道；至少一個由一個從腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路形成的出氣管道；和在腔中支撐高放廢物罐的裝置使罐的底表面低于出口的頂部；其中，所述進(jìn)氣管道的形狀設(shè)置成使從環(huán)境空氣入口直線觀測不到所述腔的存在。
28.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其特征在于，體部的一大部分位于地下，進(jìn)氣管道的環(huán)境空氣入口在地上并且進(jìn)氣管道的出口在地下。
29.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)氣管道的環(huán)境空氣入口和出口都在地上，形成所述進(jìn)氣管道使得從環(huán)境空氣入口直線觀測不到支持裝置支撐的罐的存在。
30.如權(quán)利要求
29所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)氣管道包括一部分為L形、角形、S形或弧形。
31.如權(quán)利要求
27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支持裝置支撐腔內(nèi)的高放廢物罐，使得所述罐的底表面低于所述出口的頂部至少兩英寸。
32.一種用于存儲高放廢物的系統(tǒng)，包括一個由一個用于接收一個高放廢物罐的腔形成的殼；至少一部分殼位于地下；和至少一個進(jìn)氣管道，其從一個地上入口延伸到一個在腔的底部或底部附近的地下出口；所述進(jìn)氣管道與所述殼相連使得所述腔密閉密封于地下水的侵入。
33.如權(quán)利要求
32所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個出氣管道，它由一個從腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路形成。
34.如權(quán)利要求
33所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個固定于殼頂部的蓋子，蓋子包括至少一個出氣管道。
35.如權(quán)利要求
32所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個底板，其中底板、殼和進(jìn)氣管道形成一個密閉密封于地下流體侵入的整體結(jié)構(gòu)。
36.如權(quán)利要求
32所述的系統(tǒng)，其特征在于，殼和進(jìn)氣管道由鋼制造并密封焊接在一起。
37.如權(quán)利要求
32所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個位于地下的底座，殼和進(jìn)氣管道置于底座頂部。
38.一種存儲高放廢物的方法，包括提供一個地下坑；提供一個系統(tǒng)，它包括一個由一個用于接收高放廢物罐的腔形成的殼，至少一部分殼位于地下，以及至少一個進(jìn)氣管道，其從一個入口延伸到腔底部或底部附近的一個出口，進(jìn)氣管道與殼相連；把設(shè)備置于坑中使得進(jìn)氣管道的入口位于地上并且進(jìn)入腔的進(jìn)氣管道的出口位于地下；用工程填土填充坑；和下降一個高放廢物罐進(jìn)入腔。
39.如權(quán)利要求
38所述的方法，其特征在于，殼的一大部分位于地下。
40.如權(quán)利要求
39所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將一個蓋子置于殼的頂部，蓋子包括至少一個由一個從腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路形成的出氣管道。
41.如權(quán)利要求
40所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入腔的冷空氣，冷空氣被來自罐的熱量加熱，并且熱空氣通過出氣管道排出腔。
42.一種用于存儲具有低熱負(fù)荷的高放廢物的系統(tǒng)，包括一個由一個用于接收高放廢物罐的腔形成的結(jié)構(gòu)，至少一部分腔位于地下；和至少一個由一個從腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的通路形成的通氣管道；其中腔密閉密封于地下水的侵入。
43.如權(quán)利要求
42所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是一個鋼殼或混凝土體部。
44.如權(quán)利要求
43所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是一個鋼殼，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個圍繞所述殼的混凝土體部。
45.如權(quán)利要求
42所述的系統(tǒng)，其特征在于，在腔的底部或底部附近沒有通氣管道。
46.如權(quán)利要求
42所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是一個鋼殼；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個圍繞所述殼的混凝土體部；用于使殼與混凝土體部絕熱的裝置；一個固定于殼頂部的蓋子，蓋子包括至少一個通氣管道；一個底板，其中底板和殼形成一個整體結(jié)構(gòu)；位于地下的一個底座，殼和底板位于底座頂部；一個高放廢物罐位于腔中，殼位于足夠低的地下使得整個罐位于地下；一個在蓋子和罐之間產(chǎn)生的空氣室，至少一個由一個從空氣室到環(huán)境空氣的通路形成的通氣管道；位于腔底部上的一個或多個支持塊，當(dāng)罐置于腔中存儲時支持塊在高放廢物罐和腔的底表面之間產(chǎn)生第二個空氣室；所述系統(tǒng)在腔的底部或底部附近沒有通氣管道；其中殼由鋼制造；其中在罐壁和該之間存在一個小間隙；以及其中小間隙在1-3英寸范圍中。
47.一種存儲具有低熱負(fù)荷的高放廢物的方法，包括提供如權(quán)利要求
42所述的系統(tǒng)；下降一個高放廢物罐進(jìn)入腔直到至少罐的一大部分位于地下；和在腔中支撐罐。
48.如權(quán)利要求
47所述的方法，其特征在于，當(dāng)位于腔內(nèi)時整個罐位于地下。
49.如權(quán)利要求
48所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括冷空氣通過至少一個通氣管道進(jìn)入腔；所述冷空氣被所述罐釋放的熱量加熱；和熱空氣通過至少一個通氣管道排出所述腔。
50.一種存儲高放廢物的方法，包括提供一個包括一個由用于接收和存儲高放廢物罐的一個腔形成的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，所述腔具有一個頂部、一個底部和一個底表面，至少一個由從環(huán)境空氣入口到腔底部或底部附近出口的一個通路形成的進(jìn)氣管道；以及至少一個由從腔頂部或頂部附近到環(huán)境空氣的一個通路形成的出氣管道；下降一個裝有高放廢物的罐進(jìn)入腔直到罐的底表面低于至少一個進(jìn)氣管道出口的頂部；和在腔中一個罐的底表面低于至少一個進(jìn)氣管道出口的頂部的位置支所述罐。
專利摘要
用于在地下存儲高放廢物的系統(tǒng)和方法，它們提供足夠的高放廢物存儲腔的通氣。一方面，本發(fā)明是一個系統(tǒng)，包括一個用于接收和存儲高放廢物罐的腔，所述腔的一大部分位于地下；至少一個進(jìn)氣管道，其從一個地上入口延伸到一個進(jìn)入腔的地下出口。另一方面，本發(fā)明是一個系統(tǒng)，包括一個體部，具有一個用于接收罐的腔；一個由一個從環(huán)境空氣入口到進(jìn)入腔的出口的通路形成的進(jìn)氣管道；和至少一個在腔中支撐罐的支持裝置使得罐的底表面低于出口的頂部。其他方面，本發(fā)明是一種利用所述系統(tǒng)存儲高放廢物罐的方法。
文檔編號G21F7/015GKCN1734682SQ200510083720
公開日2006年2月15日 申請日期2005年3月18日
發(fā)明者K·辛格 申請人:霍爾泰克國際股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan