[发明专利]从废燃料容器获取的电源

说明书

本发明涉及一种用于从废核燃料存储容器内产生的衰变热中大量获取有用的电功率或机械功率的装置。该功率用于对废核燃料存储容器的有源驱动空气热量移除系统进行供电，由此增大容器的热容量，或者该功率在发电站断电时用作紧急核电站电源。采用热电发电机或其它热发动机，使用存在于废核燃料存储容器的表面和容纳核燃料的容器部件周围的环境之间的热梯度，以产生功率。

相关申请的交叉引用

本申请是2013年3月13日提交的发明名称为“从废燃料容器获取的电源(A SourceOf Electricity Derived From A Spent Fuel Cask)”的美国专利申请序列No.13/798,271的部分继续申请并且要求享有其优先权。

技术领域

本发明大体上涉及从衰变热获得能量的功率源，特别地涉及从包含废核燃料的核废燃料存储容器获得能量的功率源。

背景技术

加压水核反应堆通常每18个月补给燃料。在补给燃料的过程期间，位于堆芯内的辐射性燃料组件的一部分被移除并且替换为重新设置在堆芯周围的新燃料组件。移除的废燃料组件通常在水下转移至分离的建筑物中，建筑物容纳有其中存储这些放射性燃料组件的废燃料池。废燃料池中的水足够深，以将辐射屏蔽至可接受的水平，并且防止燃料组件内的燃料棒达到可以破坏燃料棒的覆层的温度，覆层密封地容纳放射性燃料和裂变产物。冷却持续进行，至少直至燃料组件内的衰变热降低至燃料组件的温度可接受进行干储藏的水平为止。通常，废燃料组件存储在这种废燃料池内十五年的时间段，在此期间组件可以得以冷却，同时组件产生随时间呈指数衰减的衰变热。在十五年后，衰变热充分减少，使得可以将组件从废燃料池中移除并且转移至长期存储容器中，每个存储容器通常能够容纳21个或更多的组件。这些存储容器通常重新放置在核电站所在地的其它区域内，并且被无限期地存储。

由于燃料组件在存储容器内持续产生衰变热，因此使用自然对流空气流来进行散热。这保持存储容器内的温度处于适于所使用材料的水平。每个容器具有包含废燃料组件的不锈钢圆筒形内罐。不锈钢圆筒形内罐放置在存储容器的结构外壳内，结构外壳是厚的加强圆筒形混凝土壳体，壳体的内侧面衬有不锈钢。这一个这样的设计中，当组装时在内罐和容器外壳之间具有约3.50英寸(8.89cm)的径向间隙。图1和2示出了这种几何布置。图1示出了剖切的容器壳体10，其中没有安装内罐。容器壳体10通常包括三个环形混凝土部分(即下部区段12、中间区段14和上部区段16)，环形混凝土部分横向受剪力键18限制并且由系杆20保持在合适的位置中。钢衬里22位于区段12、14和16的内部周围，并且由热屏蔽层24和环形屏蔽环26遮盖。支撑轨28沿着区段12、14和16的内部竖直地延伸、并且将不锈钢内罐引导至合适的位置中、而且将不锈钢内罐与钢衬里22的内壁间隔开。位于区段12、14和16外部的中心开口42的下端部处的支撑管30支撑图2中所示的不锈钢内罐36。通常由筛网34遮盖的空气入口32通过混凝土壳体10的下部区段12的下部部分引入空气通过混凝土壳体的内部进入位于混凝土壳体10和圆筒形内罐之间的环形通道中，圆筒形内罐装配在混凝土外壳体10中的中心开口内。经由空气入口32进入的空气通过位于混凝土壳体10的上部区段16中的空气出口通道排出，空气出口通道由筛网40遮盖。通常，多个空气入口32和多个空气出口通道围绕外部容器10周向间隔开。一旦圆筒形内罐充满燃料组件并且装载至混凝土壳体10的中心开口42内，则顶盖41由延伸穿过顶盖并且进入环形密封环26中的螺栓43密封，以固定顶盖和圆筒形内罐36。