ES2980888T3

ES2980888T3 - Dispositivo de refrigeración pasiva para contenedores que contienen combustible nuclear

Info

Publication number: ES2980888T3
Application number: ES20794847T
Authority: ES
Inventors: Krishna Singh
Original assignee: Holtec International Inc
Current assignee: Holtec International Inc
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2024-10-03
Anticipated expiration: 2040-02-03
Also published as: KR102653230B1; FI3918615T3; EP3918615B1; WO2020219139A3; US20210280332A1; EP3918615A4; WO2020219139A2; US11410784B2; EP3918615A2; KR20210120094A

Abstract

Un sistema para enfriar externamente un contenedor que contiene combustible nuclear gastado que emite calor incluye un contenedor que comprende un cuerpo de protección contra la radiación que define una cavidad interna configurada para contener un recipiente que contiene el combustible nuclear gastado. Una camisa de enfriamiento anular continua se extiende circunferencialmente alrededor de una superficie externa del cuerpo del contenedor. La camisa de enfriamiento puede tener una construcción de doble carcasa que incluye una cavidad interna para un medio de enfriamiento que proporciona un disipador de calor externo para absorber el calor irradiado desde la superficie de la pared externa del contenedor generado por el combustible nuclear gastado. El calor emitido por el combustible nuclear gastado es absorbido por el medio de enfriamiento en la camisa de enfriamiento, enfriando así a su vez el contenedor. En una realización, el medio de enfriamiento puede ser hielo seco que sufre sublimación al absorber el calor para cambiar de fase sólida a gaseosa directamente. La camisa puede estar formada por múltiples segmentos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de refrigeración pasiva para contenedores que contienen combustible nuclear

Antecedentes

La presente invención se refiere en general a contenedores usados para transportar y almacenar combustible nuclear gastado creado por plantas de generación nuclear u otras instalaciones.

Se divulgan ejemplos de contenedores en los documentos US4197467A, US3886368A, US2011255647A1, US2018047471A1.

Durante el funcionamiento de los reactores nucleares, la fuente de energía nuclear tiene la forma de tubos huecos de Zircaloy rellenos de uranio enriquecido (también conocidos como barras de combustible), dispuestos colectivamente en ensamblajes conjuntos denominados conjuntos de combustible. Cada conjunto de combustible contiene una multitud de barras de combustible envasadas. Cuando la energía en el conjunto de combustible se ha agotado hasta un cierto nivel predeterminado, se retira el conjunto de combustible del reactor nuclear. La estructura estándar usada para envasar conjuntos de combustible nuclear usado o gastado descargados de reactores de agua ligera para su envío fuera del emplazamiento o almacenamiento en seco in situ se conoce como cesta de combustible. La cesta de combustible es esencialmente un conjunto de celdas de almacenamiento prismáticas, cada una de las cuales está dimensionada para almacenar un conjunto de combustible que comprende una pluralidad de barras individuales de combustible nuclear gastado. La cesta de combustible se dispone dentro de una cápsula de almacenamiento metálico cilíndrica (normalmente de paredes cilíndricas de acero liso), que a su vez se coloca dentro de un sobreenvase o contenedor exterior ventilado para el transporte y almacenamiento seguro de los múltiples conjuntos de combustible gastado dentro de la cesta de combustible interior de la cápsula. Por lo tanto, las paredes de la cápsula generalmente no están blindadas contra la radiación para minimizar el diámetro exterior de la cápsula.

El combustible nuclear gastado ("SNF", por sus siglas en inglés de"Spent nuclear fuel")de los conjuntos de combustible dentro de la cápsula sigue siendo altamente radiactivo y produce un calor considerable que debe disiparse, además de emitir de manera concomitante peligrosos fotones ionizantes neutrónicos y gamma (es decir, radiación neutrónica y gamma) que requieren un blindaje protector. Por tanto, se debe tener precaución cuando se manipulan, transportan, envasan y almacenan los conjuntos de combustible. Por lo tanto, las cápsulas se colocan dentro de un sobreenvase de transporte/almacenamiento exterior blindado o contenedor que contiene un blindaje contra la radiación. La radiación de neutrones puede atenuarse eficazmente con los contenedores de almacenamiento y transporte exteriores que tienen materiales de blindaje metálicos y poliméricos que normalmente contienen boro. Sin embargo, estos materiales que contienen boro no son efectivos en la atenuación y blindaje contra la radiación gamma emitida por el combustible almacenado en las cestas de combustible. El blindaje eficaz contra la radiación gamma requiere materiales muy densos, tales como plomo, acero, hormigón, cobre y combinaciones de los mismos que se incorporan en el contenedor exterior. Una configuración de contenedor común consiste en carcasas de acero dispuestas concéntricamente que crean un espacio anular entre ellas relleno con estos materiales densos de bloqueo gamma además de materiales de blindaje de neutrones. Los contenedores que alojan la cápsula de combustible nuclear gastado son, por tanto, estructuras muy pesadas y grandes con paredes gruesas, que normalmente pesan aproximadamente 150 toneladas, de aproximadamente 4,58 m (15 pies) o más de alto/largo y de aproximadamente 1,83 m (6 pies) de diámetro interior.

Un contenedor que contenga materiales nucleares fisibles, tal como, por ejemplo, un "contenedor de transferencia" usado para mover el combustible nuclear usado de la piscina de combustible a una plataforma de almacenamiento, puede ser vulnerable al sobrecalentamiento de su contenido, por ejemplo, debido a sus paredes gruesas (necesarias para el blindaje contra la radiación) que pueden inhibir el rechazo del calor al ambiente. La misma situación se aplica a un "contenedor de almacenamiento" usado para almacenar el SNF en un "estado seco" durante largos períodos de tiempo. Se puede colocar un límite estricto a la temperatura máxima que se permite que alcance el contenido de los contenedores. Por ejemplo, la USNRC, a través de su Aviso informativo ISG-11 Rev. 3, limita la temperatura máxima de envoltura del combustible nuclear usado a 400 grados C. Para un contenedor con cargas de calor relativamente pequeñas (p. ej., por debajo de 20 kW), la convección natural de la superficie exterior del contenedor puede ser suficiente para mantener la temperatura del contenido por debajo del límite. Sin embargo, si la carga de calor y/o la temperatura ambiente son altas, entonces la convección natural por sí sola podría no ser suficiente. Para tal caso, es necesario proporcionar un medio auxiliar para aumentar el rechazo de calor del contenedor.

Para aplicaciones nucleares, un sistema o dispositivo de refrigeración auxiliar de este tipo debería cumplir preferentemente los siguientes tres requisitos. En primer lugar, el sistema/dispositivo no debe depender de ningún sistema activo, tal como una bomba o un soplador, que le haga vulnerable a la pérdida de energía eléctrica. En segundo lugar, el sistema/dispositivo debe ser sustancialmente inmune a un mal funcionamiento debido a errores de actuación humana. Por ejemplo, el dispositivo no debe introducir el riesgo de un nuevo tipo de accidente. Y, en tercer lugar, para minimizar la dosis de radiación a la tripulación o al personal, el sistema/dispositivo no debería requerir que los trabajadores estén físicamente cerca del contenedor durante largos períodos de tiempo.

Se necesitan mejoras en la refrigeración de los contenedores usados tanto para almacenar como para transportar combustible nuclear gastado que cumplan con los criterios anteriores.

Breve sumario

La invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjunto.

La presente solicitud divulga un sistema de refrigeración para refrigerar externamente un contenedor de combustible nuclear (de transporte o almacenamiento) que supere los problemas anteriores. En una realización, el sistema de refrigeración comprende una manga o camisa de refrigeración que está montada alrededor y rodea el exterior del contenedor. En una realización, la camisa de refrigeración puede tener una forma cilíndrica que es complementaria a la forma cilíndrica del contenedor. En una realización, la camisa de refrigeración se extiende circunferencialmente alrededor del exterior del contenedor, preferentemente 360 grados completos, cuando se dispone sobre el contenedor. La camisa se puede proporcionar como un único conjunto o unidad circular prefabricada que puede deslizarse sobre el extremo del contenedor o, como alternativa, se puede proporcionar como múltiples secciones o segmentos que pueden ensamblarse entre sí después de su colocación lateralmente alrededor del contenedor para encerrar completamente los lados del contenedor.

En una realización, la camisa de refrigeración puede comprender una estructura de doble carcasa o pared que define una cavidad hueca de medio refrigerante entre carcasas entre sus paredes de carcasa cilíndricas interior y exterior que está configurada para contener un medio refrigerante. De acuerdo con la invención, se usa un medio refrigerante de tipo sublimación que existe como un sólido a presión atmosférica normal que cambia de fase directamente a una fase gaseosa al absorber el calor generado por el contenedor. De acuerdo con la invención, el medio refrigerante de sublimación es hielo seco (dióxido de carbono sólido). El hielo seco puede llenar parcial o completamente la cavidad dependiendo del grado de refrigeración del contenedor requerido y de la energía/calor aún generado por el SNF en el mismo. El hielo seco se puede proporcionar en cualquier forma sólida adecuada, tal como, por ejemplo, sin limitación, gránulos o bloques.

La camisa de refrigeración se puede mantener a una distancia o separación preestablecida de la superficie cilíndrica externa o exterior del contenedor mediante espaciadores. Los espaciadores mantienen un hueco o espacio intersticial radial anular uniforme entre el contenedor y la camisa, que preferentemente permanece vacío y lleno de aire. El calor irradiado externamente y emitido por convección desde el contenedor se desplaza a través del espacio intersticial vacío hasta la camisa de refrigeración en donde es absorbido por el hielo seco en la misma, que se calienta por medio del proceso de sublimación inherentemente endotérmico, como se describe con más detalle en el presente documento. El hielo seco calentado rechaza el calor a su vez al entorno ambiente o atmosférico por sublimación como dióxido de carbono gaseoso no tóxico que se ventila desde la camisa de refrigeración.

Por consiguiente, el hielo seco dentro de la camisa de refrigeración actúa como disipador de calor externo más frío para absorber el calor emitido por el contenedor de una manera más eficiente que el aire ambiente que rodea el contenedor u otros métodos conocidos como la refrigeración por agua. La eficacia de refrigeración de la camisa de refrigeración externa que rodea el contenedor y el hielo seco ventajosamente no se ve afectada por las temperaturas ambiente predominantes que cambian con las estaciones y la hora del día. Esto permite predecir y mantener temperaturas de contenedor más uniformes en función de la cantidad de calor emitido por el contendedor dependiendo de la carga térmica del contenedor y es particularmente adecuado para climas más cálidos con temperaturas ambiente predominantes más altas que hacen que tanto la refrigeración por aire como por agua sea menos eficiente.

La camisa de refrigeración se puede configurar para ajustarse de manera deslizante sobre y alrededor del contenedor y permanece en su sitio sin necesidad de ningún acoplamiento mecánico permanente o temporal o sujeción directamente al contenedor (p. ej., soldadura, soldadura blanda, soldadura fuerte, sujeciones roscadas, etc.).

El presente sistema de refrigeración externo encamisado es adecuado para su aplicación a un contenedor de transferencia usado para mover y organizar temporalmente la cápsula que contiene los conjuntos de combustible nuclear gastado (SNF), o para su uso con un contenedor de almacenamiento en seco a más largo plazo cuando podría ser necesario una refrigeración adicional para un período de tiempo relativamente corto. De manera más amplia, se apreciará que el presente sistema de refrigeración encamisado se puede usar con cualquier tipo de recipiente usado para alojar o contener combustible nuclear gastado. Esto incluye no solo sobreenvases o contenedores exteriores blindados contra la radiación, sino también cápsulas nucleares sin blindaje tales como cápsulas multiusos (MPC, por sus siglas en inglés de"Multipurpose canisters")disponibles en Holtec International de Camden, NJ que se colocan dentro de tales contenedores. Por consiguiente, el término "recipiente" usado en el presente documento deberá interpretarse en sentido amplio para cubrir cualquier tipo de recipiente que pueda formar un límite de contención fluídica sellado para contener combustible nuclear gastado radiactivo y/o materiales de desecho/residuos nucleares irradiados asociados con el funcionamiento del reactor nuclear.

En otras realizaciones posibles, la camisa de refrigeración puede formar una parte integral y no separable/no desmontable del cuerpo de contenedor. También se divulgan diversas construcciones de este tipo en el presente documento.

De acuerdo con un aspecto, un sistema para refrigerar residuos radiactivos de alta actividad comprende: un contenedor que comprende una cavidad de almacenamiento que contiene los residuos radiactivos de alta actividad que emiten calor; y una camisa de refrigeración que rodea al menos parcialmente el contenedor, comprendiendo la camisa de refrigeración una cavidad de medio refrigerante que contiene un medio refrigerante que se sublima a presión atmosférica normal, proporcionando el medio refrigerante un disipador de calor externo para absorber el calor emitido desde el contenedor a partir de los residuos radiactivos de alta actividad.

De acuerdo con otro aspecto, un sistema para refrigerar residuos radiactivos de alta actividad comprende: un contenedor que tiene un cuerpo que define una cavidad de almacenamiento que contiene los residuos radiactivos de alta actividad; una camisa de refrigeración que comprende: una carcasa interior; una carcasa exterior que rodea la carcasa interior de modo que se forme una cavidad de medio refrigerante entre la carcasa interior y la carcasa exterior; un medio refrigerante dispuesto en la cavidad de medio refrigerante; y un espacio interior central definido por la carcasa interior; estando el contenedor colocado al menos parcialmente dentro del espacio interior central de la camisa de refrigeración de modo que se forme un espacio intersticial entre la carcasa interior de la camisa de refrigeración y el contenedor.

De acuerdo con otro aspecto, un método para refrigerar residuos radiactivos de alta actividad comprende: rodear circunferencialmente al menos una porción de un contenedor que contiene los residuos radiactivos de alta actividad que emiten calor con una camisa de refrigeración, conteniendo la camisa de refrigeración un medio refrigerante que se sublima a presión atmosférica normal; y en donde al menos una porción del calor emitido por los residuos radiactivos de alta actividad que salen del contenedor es absorbida por la camisa de refrigeración.

De acuerdo con otro aspecto, un método para refrigerar un contenedor orientado horizontalmente que contiene residuos radiactivos de alta actividad que emiten calor comprende: (a) bajar una camisa de refrigeración que tiene una forma curvada arqueada sobre el contenedor orientado horizontalmente para rodear al menos parcialmente una porción superior del contenedor, conteniendo la camisa de refrigeración un medio refrigerante en una primera fase, cambiando el medio refrigerante de una primera fase a una segunda fase a presión atmosférica normal y a temperatura normal; y (b) absorber el calor emitido por los residuos radiactivos de alta actividad que sale del contenedor con la camisa de refrigeración; en donde el medio refrigerante cambia de la primera fase a la segunda fase durante la etapa (b).

De acuerdo con otro aspecto, una camisa de refrigeración para refrigerar un contenedor que contiene residuos radiactivos de alta actividad que emiten calor comprende: un cuerpo alargado horizontalmente que tiene una forma arqueada, incluyendo el cuerpo una carcasa interior y una carcasa exterior, y una cavidad de medio refrigerante formada entre las carcasas; un espacio interior central definido por una superficie interior de la carcasa interior que está configurado para recibir el contenedor al menos parcialmente en su interior; un medio refrigerante en una primera fase dispuesto en la cavidad del medio refrigerante, cambiando el medio refrigerante de una primera fase a una segunda fase a presión atmosférica normal y a temperatura normal, proporcionando el medio refrigerante un disipador de calor externo para absorber el calor emitido por los residuos radiactivos de alto nivel que sale del contenedor; y en donde el medio refrigerante al absorber el calor que existe, el contenedor experimenta una transición de fase endotérmica de la primera fase a la segunda fase.

De acuerdo con otro aspecto, un sistema para refrigerar combustible nuclear gastado comprende: un contenedor que comprende una cavidad de almacenamiento configurada para contener el combustible nuclear gastado; y una camisa de refrigeración que rodea al menos parcialmente el contenedor, comprendiendo la camisa de refrigeración un medio refrigerante en una primera fase y que cambia de la primera fase a una segunda fase a presión atmosférica normal y a temperatura normal.

De acuerdo con otro aspecto, un sistema para almacenar y/o transportar residuos radiactivos de alta actividad que emiten calor comprende: una cápsula herméticamente sellada que contiene los residuos radiactivos de alta actividad; y un contenedor que comprende un cuerpo de contenedor que define una cavidad de almacenamiento, comprendiendo la cápsula colocada dentro de la cavidad de almacenamiento, y comprendiendo el cuerpo de contenedor una o más cavidades de medio refrigerante que contienen un medio refrigerante en una primera fase, cambiando el medio refrigerante de la primera fase a una segunda fase a presión atmosférica normal y a temperatura normal.

Otras áreas de aplicabilidad de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación. Se debe entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican la realización preferida de la invención, están destinados únicamente a fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada y de los dibujos adjuntos, en donde los elementos similares están etiquetados de manera similar y en los que:

la Figura 1 es una vista en perspectiva de un contenedor de almacenamiento y transporte de residuos nucleares de alta actividad tal como, sin limitación, combustible nuclear gastado que tiene un cilindro de blindaje de neutrones (NSC, por sus siglas en inglés de"Neutrón shield cylinder')exterior y un cilindro de bloqueo de radiación gamma (GBC, por sus siglas en inglés de"Gamma blocker cylinder')interior separable y desmontable anidado en el mismo;

a Figura 2 es una vista en sección transversal parcial del mismo;

a Figura 3 es una vista en perspectiva superior de una primera realización de una camisa de refrigeración externa para su uso con el contenedor de las Figuras 1 y 2 en una orientación vertical;

a Figura 4 es una vista en perspectiva inferior de la misma;

a Figura 5 es una vista en perspectiva despiezada de la misma;

a Figura 6 es una primera vista lateral de la misma;

a Figura 7 es una segunda vista lateral de la misma;

a Figura 8 es una vista superior de la misma;

a Figura 9 es una vista inferior de la misma;

a Figura 10 es una primera vista lateral en sección transversal de la misma;

a Figura 11 es una segunda vista lateral en sección transversal de la misma;

a Figura 12 es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de la misma;

a Figura 13 es un detalle ampliado de la Figura 12;

a Figura 14 es una tercera vista lateral en sección transversal de la camisa de refrigeración de la Figura 3;

a Figura 15 es una vista en sección transversal de la misma;

a Figura 16 es una vista en perspectiva que muestra la camisa de refrigeración de la Figura 3 instalada en el contenedor de la Figura 1;

la Figura 17 es una vista lateral de la misma;

la Figura 18 es una vista en perspectiva superior de una segunda realización de una camisa de refrigeración externa jara su uso con el contenedor de las Figuras 1 y 2 en una orientación horizontal;

a Figura 19 es una vista en perspectiva inferior de la misma;

la Figura 20 es una vista en perspectiva despiezada de la misma;

la Figura 21 es una vista lateral de la misma;

la Figura 22 es una vista lateral de la misma;

la Figura 23 es una vista superior de la misma;

la Figura 24 es una vista inferior de la misma;

la Figura 25 es una primera vista en sección transversal de la misma;

la Figura 26 es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de la misma;

la Figura 27 es un detalle ampliado de la Figura 26;

la Figura 28 es una segunda vista en sección transversal de la camisa de refrigeración de la Figura 18

la Figura 29 es una vista en sección transversal longitudinal de la misma;

a Figura 30 es una vista en perspectiva que muestra la camisa de refrigeración de la Figura 18 instalada en el contenedor de la Figura 1;

la Figura 31 es una vista lateral de la misma;

la Figura 32 es una vista lateral en sección transversal de una primera realización de un contenedor de las Figuras 1 y 2 que tiene un cuerpo que comprende una camisa de refrigeración integral no separable;

la Figura 33 es una vista lateral en sección transversal de una segunda realización del contenedor de las Figuras 1 y 2 que tiene un cuerpo que comprende una camisa de refrigeración integral no separable; y

la Figura 34 es una vista lateral en sección transversal de una variación del contenedor de las Figuras 1 y 2 que tiene un cuerpo que comprende un NSC integral y no separable, un GBC y una camisa de refrigeración.

Todos los dibujos son esquemáticos y no necesariamente a escala. Las características que se muestran numeradas en determinadas figuras son las mismas características que pueden aparecer sin numerar en otras Figuras a menos que se indique lo contrario en el presente documento.

Descripción detallada

Las características y beneficios de la invención se ilustran y describen en el presente documento haciendo referencia a realizaciones ilustrativas (es decir, ejemplos). Esta descripción de realizaciones ilustrativas está destinada a leerse en relación con los dibujos adjuntos, que deben considerarse parte de toda la descripción escrita. Por consiguiente, la divulgación no debe limitarse expresamente a tales realizaciones ilustrativas que ilustran alguna posible combinación no limitativa de características que pueden existir solas o en otras combinaciones de características.

En la descripción de las realizaciones divulgadas en el presente documento, cualquier referencia a la dirección u orientación únicamente pretende facilitar la descripción y no pretende en modo alguno limitar el alcance de la presente invención. Términos relativos tales como "inferior", "superior", "horizontal", "vertical", "por encima", "debajo", "arriba", "abajo", "parte superior" y "parte inferior", así como derivados de los mismos (p. ej., "horizontalmente", "hacia abajo", "hacia arriba", etc.) se deberían interpretar en referencia a la orientación que se describe en ese momento o que se muestra en los dibujos analizados. Estos términos relativos son solo para facilitar la descripción y no requieren que el aparato se construya o se ponga en funcionamiento en una orientación particular. Términos como "unido", "fijado", "conectado", "acoplado", "interconectado" y similares se refieren a una relación en donde las estructuras están aseguradas o unidas entre sí, ya sea directa o indirectamente a través de estructuras intermedias, así como a uniones o relaciones tanto móviles como rígidas, a menos que se describa expresamente lo contrario.

Como se usa a lo largo de la descripción, cualquier intervalo divulgado en el presente documento se usa como abreviatura para describir todos y cada uno de los valores que están dentro del intervalo. Se puede seleccionar cualquier valor dentro del intervalo como extremo del intervalo. En caso de conflicto en una definición de la presente divulgación y de la de una referencia citada, prevalecerá la presente divulgación.

Para fines ilustrativos no limitativos, el sistema de refrigeración de contenedores y los métodos relacionados analizados en el presente documento se describirán en relación con los contenedores de almacenamiento y/o transporte usados para el transporte, almacenamiento y manipulación del combustible nuclear gastado ("SNF"). Sin embargo, las aplicaciones de la invención no se limitan a contenedores para manipular únicamente SNF y se puede usar para refrigerar contenedores que emiten calor usados para manipular cualquier tipo de residuo nuclear de alta actividad, incluyendo, por ejemplo, sin limitación, sin limitación, conjuntos de barras venenosas consumibles ("BPRA" por sus siglas en inglés de"Burnable poison rod assemblies"),dispositivos tubulares enchufables ("TPD", por sus siglas en inglés de"Thimble plug devices"),conjuntos de barras de control ("CRA", por sus siglas en inglés de"Control rod assemblies"),barras de conformación de potencia axial ("APSR", por sus siglas en inglés de"Axial power shapingrods"), absorbentes combustibles anulares húmedos ("WABA", por sus siglas en inglés de"Wet annular burnable absorbers"),conjuntos de control de grupo de barras ("RCCA", por sus siglas en inglés de"Rod cluster control assemblies"),conjuntos de elementos de control ("CEA", por sus siglas en inglés de"Control element assemblies"),tapones de tubos guía de desplazamiento de agua, conjuntos de barras absorbentes de orificio, insertos supresores de vibraciones y cualquier otro material radiactivo. El SNF y los materiales de desecho anteriores se pueden denominar colectivamente "residuos nucleares" en el presente documento, todos los cuales son radiactivos. Es más, aunque esta invención se centra en la refrigeración de contenedores que contienen residuos nucleares de alta actividad, se puede aplicar para refrigerar cualquier tipo de vasijas nucleares o no nucleares con un contenido que produzca calor que deban mantenerse frescos por razones operativas.

Las Figuras 1 y 2 muestran una realización no limitativa de un contenedor 20 orientado verticalmente que contiene combustible nuclear gastado (SNF) que puede usar un sistema de refrigeración externo de acuerdo con la presente divulgación. Sin embargo, el presente sistema de refrigeración se puede usar con un contenedor en otras orientaciones, tales como contenedores en una orientación horizontal o inclinada. La eficacia de la extracción de calor del sistema de refrigeración de contenedores puede verse influenciada por la orientación del contenedor, pero la presente invención es igualmente aplicable a tales orientaciones alternativas. Una realización del sistema de refrigeración de contenedores para contenedores de almacenamiento/transporte de combustible nuclear orientados horizontalmente se divulga más adelante en el presente documento.

A continuación, con referencia a las Figuras 1-2 y 16-17, el contenedor 20 puede ser una vasija alargada que tiene un cuerpo cilíndrico que define un eje longitudinal LA. El contenedor 20 incluye un extremo superior 22, un extremo inferior 23, una pared lateral cilíndrica 24 que se extiende entre los extremos y que define una superficie exterior o externa del contenedor y una cavidad de almacenamiento longitudinal interna 44. La cavidad 44 se extiende sustancialmente por toda la altura del contenedor a lo largo del eje longitudinal desde el extremo superior hasta el inferior. La cavidad 44 está configurada para contener y soportar una cápsula de combustible nuclear gastado (SNF) convencional 60 en su interior. La cápsula 60 puede ser una cápsula multiusos (MPC) como los disponibles en Holtec International de Camden, New Jersey. La cavidad 44 del contenedor 20 tiene preferentemente un área de sección transversal configurada para contener no más de una única cápsula de combustible nuclear gastado 60, que a su vez define una cavidad de almacenamiento interna 65 propia que contiene una pluralidad de conjuntos de SNF convencionales 63, cada uno de los cuales contiene múltiples barras de combustible. Los conjuntos de combustible 63 están representados esquemáticamente en la Figura 2 con un corte, dado que tales conjuntos son bien conocidos en la técnica. La cápsula 60 incluye un cuerpo cilíndrico y una tapa sellable 61 para cerrar la cavidad 65 y proporcionar acceso al interior de la cápsula y los conjuntos de combustible 63 almacenados en la misma. Una cápsula de combustible nuclear típica puede contener aproximadamente 89 conjuntos de combustible a plena capacidad. Se puede formar una pluralidad de orificios de ventilación 62 en la tapa 61 para permitir que escape el aire calentado de la cápsula 60 creado por el calor de desintegración emitido por el SNF almacenado en el mismo.

El recipiente 20 puede tener una construcción de pared compuesta y comprender un cilindro de blindaje de neutrones (NSC) exterior 21 y un cilindro de bloqueo de radiación gamma (GBC) interior dispuesto concéntricamente 40 anidado en el mismo, como se muestra. Tal construcción se muestra en la Solicitud en trámite de Estados Unidos de propiedad común N.° 16/434.620 presentada el 7 de junio de 2019. En una realización, el cilindro interior se puede colocar e insertar de manera desmontable y extraíble dentro del cilindro exterior. El GBC interior 40 puede tener una construcción de pared compuesta que incluye una carcasa cilíndrica interior 47 y una carcasa cilíndrica exterior 48 con un revestimiento de bloqueo de radiación gamma 49 interpuesto e intercalado entre las mismas. El GBC 40 define la cavidad 44 del contenedor 20 para contener la cápsula de combustible nuclear 60. El NSC exterior 21 puede tener de manera similar una construcción de pared compuesta que incluye una carcasa cilíndrica interior 33 y una carcasa cilíndrica exterior 32 con un medio de blindaje de atenuación de neutrones 35 intercalado entre las mismas. Las carcasas pueden estar formadas de un metal adecuado de suficiente resistencia estructural y espesor, tal como, sin limitación, acero inoxidable para su protección contra la corrosión.

Se puede formar un espacio anular de ventilación de aire de refrigeración 34 entre los cilindros interior y exterior 40, 21 del contenedor 20 para proporcionar una refrigeración por convección natural del contenedor y ayudar a disipar el calor producido por el combustible nuclear al desintegrarse dentro de la cápsula 60 junto con el presente sistema de refrigeración de contenedores. Se proporciona una abertura de entrada de aire de refrigeración inferior anular 34-2 en el espacio anular de ventilación de aire 34 entre los cilindros 40, 21 en la parte inferior del contenedor para extraer e introducir aire de refrigeración ambiente en el espacio anular. De manera similar, se proporciona una abertura de salida de aire de refrigeración superior anular 34-3 entre los cilindros en la parte superior del contenedor para ventilar el aire caliente que se eleva por el espacio anular 34 por convección natural a la atmósfera.

Aunque se muestra que el contenedor 20 ilustrado comprende una construcción de doble cilindro desmontable tanto con un medio de blindaje de atenuación de neutrones 35 como con un revestimiento de bloqueo de radiación gamma 49 alojados en cilindros separados, el sistema de refrigeración de contenedores divulgado en el presente documento no está limitado a dicha aplicación únicamente. Por consiguiente, el sistema de refrigeración se puede usar con construcciones de contenedor de un único cilindro que tienen materiales de blindaje de neutrones y/o bloqueo de radiación gamma incrustados entre sus carcasas interior y exterior sin ser cilindros separables.

El revestimiento de bloqueo de radiación gamma 49 en el GBC 40 se puede construir preferentemente con un material o materiales metálicos de alta densidad y alta conductividad térmica seleccionados y operables para bloquear la radiación gamma. Los materiales adecuados que se pueden usar y que cumplen esos criterios incluyen acero, plomo o cobre a modo de algunos ejemplos no limitativos. En una realización, el revestimiento 49 puede comprender plomo. El medio de blindaje de neutrones 35 en el NSC 21 puede ser un material que contiene boro para la atenuación de neutrones. En una realización, el blindaje de neutrones puede ser un material sólido tal como Holtite™ disponible en Holtec International de Camden, New Jersey, que es una formulación que comprende un polímero rico en hidrógeno impregnado con partículas de carburo de boro dispersadas uniformemente. Se pueden usar otros materiales que contienen boro. En otras realizaciones, el medio de blindaje de neutrones 35 puede ser líquido, tal como agua que contiene ácido bórico. En el caso de un medio de blindaje de neutrones sólido o líquido, los medios pueden estar completamente encerrados o confinados entre las carcasas.

El extremo inferior 23 del cilindro de blindaje de neutrones 21 puede incluir una brida de soporte inferior anular ensamblada 26 para soportar el NSC y el contenedor 20 durante el transporte y reforzar la pared lateral 24 del cilindro. La brida 26 se puede extender radialmente hacia fuera más allá de la carcasa exterior 32 del NSC exterior 21 y circunferencialmente alrededor de todo el contenedor. Las placas de ensambladura verticales 26-1 espaciadas circunferencialmente alrededor de la brida están soldadas a la parte superior de la brida y a las porciones inferiores contiguas de la superficie exterior/externa de la pared lateral del cilindro 24. En una realización, las placas de ensambladura pueden tener una configuración triangular que define un borde en ángulo orientado hacia arriba como se muestra (véase también la Figura 17). La brida 26 está configurada y dispuesta para ensamblarse a una plataforma que rodea un receptáculo de un vehículo de transporte de contenedores vertical autopropulsado con ruedas u orugas usado para transportar el contenedor 20 completamente cargado con una cápsula cargada de combustible, GBC y NSC. Tales transportadores de contenedores son bien conocidos en la técnica y están comercialmente disponibles de fabricantes tales como Enerpac Heavy Lifting Technology y otros. Cuando el cilindro de bloqueo de radiación gamma interior 40 cargado con una cápsula de combustible 60 está montado dentro del NSC exterior 21, el extremo inferior del GBC se proyecta hacia abajo por debajo de la brida de soporte 26 hacia el receptáculo abierto hacia arriba de la oruga y no puede ensamblarse con ninguna superficie estructural del vehículo de transporte para su soporte. Por consiguiente, la brida de soporte inferior 26 del NSC exterior soporta todo el peso del contenedor 20 y del combustible gastado en el mismo.

La cavidad 44 en el extremo inferior 42 del GBC 40 se puede cerrar con una tapa inferior desmontable 50. La tapa 50 sobresale verticalmente hacia abajo por debajo de la brida de soporte inferior 26 y del extremo inferior 23 del cilindro de blindaje de neutrones exterior 21 cuando el cilindro de bloqueo de radiación gamma interior 40 está colocado en su interior. La tapa inferior 50 está construida para soportar la cápsula de combustible gastado 60 que descansa sobre la superficie superior horizontal plana de la tapa, que tiene un espesor adecuado para este fin sin deflexión indebida por el peso de la cápsula.

La tapa inferior 50 se puede acoplar de manera extraíble a la brida de soporte inferior 26 del NSC 21 mediante sujeciones adecuadas, tales como sujeciones roscadas 50-1 como se muestra (véase, p. ej., la Figura 17). En una disposición de este tipo, la tapa 50 puede incluir una pluralidad de entradas de aire auxiliares radialmente abiertas 50 2, como se muestra, que están en comunicación fluida con las entradas de aire de refrigeración inferiores 34-2 para introducir aire de refrigeración ambiente en el espacio anular de ventilación de aire de refrigeración interno 34 del contenedor 20. La tapa 50 mostrada en esta disposición en la Figura 17 puede tener un diámetro mayor que la carcasa exterior 48 del GBC interior 40. Como alternativa, la tapa inferior 50 se puede sujetar de manera desmontable a un anillo de cierre inferior anular 51 (véase, p. ej., la Figura 2) en el GBC interior 40 mediante medios de sujeción adecuados y tienen un diámetro preferentemente no sustancialmente mayor que la carcasa exterior 48 del GBC para evitar bloquear las entradas de aire de refrigeración inferiores 34-2 (véase, p. ej., la Figura 2). En esta disposición, la tapa 50 no requiere las entradas de aire auxiliares radiales 50-2. Sujeciones adecuadas incluyen sujeciones roscadas, disposiciones de chaveta de enclavamiento y chavetero u otras. En cualquiera de los escenarios anteriores de construcción de tapa, la tapa inferior 50 se puede considerar acoplada de manera desmontable al extremo inferior del contenedor 20.

Aún con referencia general a las Figuras 1-2 y 16-17, el extremo superior del cilindro de bloqueo de radiación gamma interior 40 puede acabar en una brida de montaje superior anular 70. Se puede considerar que la brida 70 define una superficie superior plana 70-1 del contenedor 20. La brida 70 se proyecta radial/lateralmente hacia fuera más allá de la pared lateral del cilindro de bloqueo de radiación gamma 40 (GBC) definido por su carcasa exterior 48 para ensamblarse a la brida superior 27 del cilindro de blindaje de neutrones exterior 21 (NSC), como se muestra en las Figuras 5 y 6. La brida de montaje de GBC 41 está montada de manera desmontable en la brida superior anular de NSC 27 mediante una pluralidad de sujeciones de montaje 71, tales como pernos roscados en una realización no limitativa, acoplando de este modo de manera desmontable los cilindros interior y exterior entre sí (véanse también las Figuras 4 y 11). Las sujeciones 71 se extienden verticalmente completamente a través de la brida de montaje de GBC 70 y se ensamblan en los correspondientes orificios roscados abiertos hacia arriba 72 formados en la brida superior de NSC 27. La brida de montaje superior 70 puede incluir al menos dos de los conjuntos de orejetas de levantamiento 76 como se muestra para elevar y maniobrar el contenedor 20.

En la realización ilustrada, la brida superior radial anular 27 del NSC exterior 21 puede incluir un rebaje superior abierto hacia arriba 28. Tanto la brida superior como inferior 26 y 27 del NSC 21 están rígidamente acopladas a la pared lateral 24 del cilindro de blindaje de neutrones 21, tal como por soldadura. Cada brida 26, 27 además puede sobresalir radialmente hacia fuera más allá de la pared lateral definida por la carcasa exterior 32 del NSC 21 en una realización no limitativa.

A continuación, se describirá un sistema para refrigerar un recipiente que contiene SNF tal como un contenedor 20 de acuerdo con la presente divulgación.

A continuación, con referencia a las Figuras 3-17, el sistema de refrigeración generalmente comprende una camisa de refrigeración 100 que tiene un cuerpo que comprende una carcasa interior 101 que define una superficie interior 107, una carcasa exterior 102 que define una superficie exterior 108, una parte superior 104 y una parte inferior 105. La carcasa interior 101 define un espacio central interior 103 que está configurado para recibir el contenedor 20 al menos parcialmente en su interior (véanse, p. ej., las Figuras 16-17). El espacio 103 tiene un área en sección transversal configurada para contener no más de un único contenedor. El espacio 103 tiene un diámetro (definido por la carcasa interior 101 de la camisa) mayor que el diámetro exterior del contenedor para permitir que la camisa de refrigeración se deslice sobre el extremo del contenedor y se coloque sobre el mismo. El espacio central interior 103 puede tener un diámetro sustancialmente uniforme que incluye los extremos abiertos superior e inferior de la camisa de refrigeración que se abren hacia el espacio central 103 y forman la estructura en forma de manga ilustrada, para rodear al menos las porciones centrales del contenedor 20 que mantienen la cápsula SNF 60 emisora de calor.

La carcasa interior 101 está dispuesta concéntricamente a la carcasa exterior 102 y separada radialmente, definiendo una cavidad interna de medio refrigerante 109 entre medias, configurada para contener un medio refrigerante 120 que puede operar un disipador de calor para absorber el calor emitido desde el contenedor 20. La carcasa interior 101 incluye un extremo superior 111, extendiéndose el extremo inferior 112 y la pared lateral cilíndrica 110 entre los extremos. De manera similar, la carcasa exterior 102 incluye un extremo superior 113, extendiéndose el extremo inferior 114 y la pared lateral cilíndrica 115 entre los extremos. Una placa de cierre superior anular 116 encierra la parte superior de la cavidad de medio refrigerante 109. La placa de cierre 116 define una superficie superior orientada hacia arriba 116-1 que puede ser sustancialmente plana en una realización. Una placa de cierre inferior anular 117 encierra la parte inferior de la cavidad de medio refrigerante 109 y define una superficie sustancialmente plana orientada hacia abajo 117-1 en una realización.

La cavidad de medio refrigerante 109 se puede extender axial/longitudinalmente a lo largo del eje longitudinal EL entre los extremos superior e inferior de las carcasas 101, 102. La cavidad 109 puede ser verticalmente continua entre las carcasas sin interrupción por parte de ninguna estructura lateral o radial intermedia. En otras realizaciones posibles, se puede proporcionar una o más placas divisorias anulares 118 orientadas transversalmente (representadas por líneas discontinuas en la Figura 11) si se determina que solo una determinada porción vertical del contenedor 20 requiere refrigeración y/o para gestionar con mayor precisión el medio refrigerante o la aplicación del mismo a determinadas porciones del contenedor. Las placas divisorias dividen la cavidad 109 en dos o más porciones horizontales apiladas verticalmente dependiendo del número de placas divisorias usadas. La profundidad radial D1 de la cavidad de medio refrigerante 109 (identificada en la Figura 14) de la camisa de refrigeración 100 está dimensionada para contener una cantidad suficiente de hielo seco para cumplir la función de disipador de calor durante el periodo de tiempo requerido deseado para refrigerar el contenedor 20. En algunas realizaciones típicas no limitativas, D1 puede ser de aproximadamente 30,5-45,7 cm (12-18 pulgadas) incluidos.

En una realización, la camisa de refrigeración 100 (carcasas interior y exterior 101, 102) pueden ser conjuntos circulares y circunferencialmente continuos que forman una estructura anular en forma de manga. Una construcción similar a una manga de este tipo se puede deslizar sobre los extremos superior o inferior del contenedor 20 cuando se despliega.

En otras realizaciones posibles, como se ilustra en el presente documento, la camisa de refrigeración 100 puede estar formada por dos o más secciones o segmentos 100-1, 100-2 que se ensamblan entre sí (véanse, p. ej., las Figuras 3 y 5). En una construcción de este tipo, los segmentos se pueden proporcionar por separado y ensamblarse lateralmente alrededor del contenedor 20 sobre el terreno en una disposición adosada, como se muestra en las Figuras. Los segmentos 100-1 y 100-2 pueden entonces acoplarse opcionalmente de manera desmontable una vez situados alrededor del contenedor mediante cualquier medio de sujeción mecánica adecuado, tal como, por ejemplo, sin limitación, una pluralidad de clips angulares 130 y conjuntos de sujeciones roscadas 131 (pernos y tuercas) espaciados longitudinalmente a lo largo de la altura de la camisa de refrigeración en cada una de las juntas 132 entre los segmentos 100-1 y 100-2 (como se muestra en líneas discontinuas en la Figura 8). Se pueden usar otros medios y disposiciones de sujeción desmontables y no limitan la invención. Solo se ilustra un ejemplo no limitativo.

Cada segmento 100-1, 100-2 de camisa de refrigeración tiene una forma curvada arqueada (según una vista en planta superior, véanse, p. ej., las Figuras 8 y 15, formando de ese modo una porción de arco de un círculo completo. Cada segmento además tiene una placa de cierre superior e inferior separada 116, 117 que también tiene una forma de arco complementaria. Cuando se proporcionan dos segmentos 100-1 y 100-2, como se muestra, cada segmento tiene una forma semicircular que forma la mitad de un círculo. En otras realizaciones donde se proporcionan más de dos segmentos de camisa de refrigeración, cada segmento tendrá una forma curvada arqueada que forma menos de la mitad de un círculo.

Cuando la camisa de refrigeración 100 se proporciona en múltiples segmentos, los extremos laterales opuestos de cada segmento 100-1, 100-2 pueden incluir una placa de pared de extremo 135 longitudinalmente alargada para encerrar los lados de la cavidad de medio refrigerante 109 de cada segmento de camisa de refrigeración. En la realización ilustrada, las placas de pared de extremo 135 están orientadas verticalmente y se extienden radialmente entre los extremos longitudinales orientados verticalmente de las carcasas interior y exterior 101, 102 en cada segmento de la camisa de refrigeración (véase en particular la Figura 5). Los bordes longitudinales verticales interiores 135-1 de las placas de pared de extremo 135 pueden proyectarse radialmente hacia dentro, hacia el espacio central interior 103 de la camisa de refrigeración 100, más allá de la superficie interior 107 de la camisa. De manera similar, los bordes longitudinales verticales exteriores 135-2 de las placas de pared de extremo 135 también pueden proyectarse radialmente hacia fuera alejándose y más allá de la superficie exterior 108 de la camisa. En otras realizaciones posibles, los bordes longitudinales pueden estar al ras con las superficies interior y exterior 107, 108. En cualquier escenario, las placas de pared de extremo 135 coincidentes de cada segmento de camisa de refrigeración 100-1, 100-2 están preferentemente adosadas entre sí, como se muestra, cuando los segmentos circundan el contenedor 20 colocado en el espacio central interior 103 de la camisa. Esto forma un bucle de refrigeración externo continuo que rodea los lados del contenedor.

Para fortalecer estructuralmente aún más la camisa de refrigeración 100 más allá de las placas de cierre superior e inferior y las placas de pared de extremo, dependiendo del diámetro y tamaño de la camisa, la camisa también puede incluir una pluralidad de placas de refuerzo longitudinales 136 separadas circunferencialmente dispuestas en la cavidad interna de medio refrigerante de la camisa (véanse, p. ej., las Figuras 5, 11 y 15). Las placas de refuerzo 136 están orientadas verticalmente cuando se usa un contenedor vertical 20, como se muestra en la realización que se está describiendo actualmente. Las placas de refuerzo 136 se extienden en una dirección radial entre las carcasas interior y exterior 101, 102, ya sea en la construcción circunferencialmente continua o en la construcción segmentada de la camisa de refrigeración 100. Las placas de refuerzo 136 están preferentemente unidas rígidamente a lo largo de sus bordes longitudinales a las carcasas interior y exterior 101, 102, tal como por soldadura, soldadura fuerte, soldadura blanda, sujeciones y clips, etc. El método usado depende de la selección del material metálico para las carcasas interior y exterior.

Las placas de refuerzo 136 se pueden extender por la mayor parte de la altura de las carcasas interior y exterior 101, 102 y, preferentemente, en la realización ilustrada más de 3/4 de la altura de las carcasas, como se muestra en la Figura 11. En la realización ilustrada, las placas de refuerzo 136 están unidas rígidamente a la placa de cierre inferior 117 y tienen una altura del 90 % o más de la altura de la camisa de refrigeración 100 y no están unidas a la placa de cierre superior 116. Esto forma un área de cámara impelente superior debajo de la placa de cierre superior 116 y los bordes superiores de las placas de refuerzo 136 para recoger el gas CO2 acumulado por la sublimación del hielo seco en la cavidad de la camisa de refrigeración 109. En algunas realizaciones no mostradas, las placas de refuerzo se pueden extender por toda la altura de la carcasa para dividir la cavidad interna de medio refrigerante 103 en una pluralidad de compartimentos de refrigeración aislados 137, cada uno configurado para contener el medio refrigerante 120. Las placas de refuerzo 136 se pueden unir rígidamente a la placa de cierre inferior 117 mediante cualquiera de los métodos ilustrativos anteriores. Donde las placas de refuerzo 136 se extienden por toda la altura de las carcasas 101, 102 y la cavidad de medio refrigerante 109, las placas también se pueden unir rígidamente a la placa de cierre superior 116 de manera similar.

Cuando el contenedor 20 se coloca dentro del espacio central interior 103 de la camisa de refrigeración 100, se forma un espacio intersticial radial anular 140 entre la carcasa interior 101 de la camisa de refrigeración y el contenedor (véase, p. ej., la Figura 15 (contenedor representado por un círculo en trazos discontinuos). El espacio intersticial 140 está predeterminado y preestablecido para conseguir la temperatura del aire deseada en el espacio intersticial para refrigerar el contenedor. Un intervalo típico para el espacio intersticial 140 puede ser de aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada) a aproximadamente 15,2 cm (6 pulgadas); sin embargo, se pueden usar espacios intersticiales 140 de diferente tamaño o profundidad, según se desee.

La camisa de refrigeración 100 se puede mantener a una distancia o separación preestablecida para el espacio intersticial 140 desde la superficie lateral externa del contenedor mediante una pluralidad de espaciadores radiales 141. Los espaciadores 141 centran ventajosamente el contenedor en el espacio central 103 de la camisa de refrigeración 100 y mantienen un espacio intersticial anular relativamente uniforme entre el contenedor y la camisa. Los espaciadores 141 están separados circunferencialmente alrededor y unidos rígidamente a la superficie interior 107 de la camisa de refrigeración 100 (definida por la carcasa interior 101). Preferentemente, se proporciona una serie de espaciadores al menos a dos alturas; una en la mitad superior y una en la mitad inferior de la camisa de refrigeración (véase, p. ej., la Figura 11).

En una realización, los espaciadores 141 pueden tener forma de almohadillas o bloques metálicos que se fijan rígidamente a la superficie interior 107 de la carcasa interior 101 por soldadura, soldadura fuerte, soldadura blanda, sujeciones u otros métodos, dependiendo del material usado para la carcasa interior. Los espaciadores 141 pueden ser de aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada) a aproximadamente 15,2 cm (6 pulgadas) en la dimensión radial, dependiendo de la profundidad radial del espacio intersticial 140 deseado entre el contenedor 20 y la camisa de refrigeración 100. Los espaciadores 141 tienen una altura y anchura que no es mayor de aproximadamente 15,2 cm (6 pulgadas) para formar almohadillas/bloques que no son continuos, ni circunferencial ni longitudinalmente, en la superficie interior 107 de la camisa de refrigeración 100 como se muestra (véanse, p. ej., las Figuras 3-5 y 10 a modo de ejemplo). Por consiguiente, los espaciadores 141 no tienen porciones longitudinales continuas que se extiendan entre las mitades superior e inferior de la camisa de refrigeración. En algunas realizaciones, opcionalmente, los espaciadores se pueden omitir, aunque estos se prefieren para facilitar la colocación adecuada de la camisa de refrigeración y un espacio intersticial uniforme alrededor del contenedor para una refrigeración uniforme.

Cabe señalar que, en otras posibles realizaciones, los segmentos de camisa de refrigeración 100-1, 100-2 se pueden colocar simplemente alrededor del contenedor 20 sin sujetarse entre sí. En otras realizaciones más, los dos segmentos de camisa de refrigeración 100-1, 100-2 pueden sujetarse entre sí de manera desmontable o permanente (p. ej., por soldadura, soldadura fuerte, etc.) en el taller de fabricación antes de su envío al centro de trabajo. Debido a que los contenedores de almacenamiento/transferencia típicos son estructuras más grandes en altura y diámetro, el diseño de la camisa de refrigeración segmentada ventajosamente permite un manejo y despliegue más fácil de la camisa de refrigeración en el lugar de trabajo.

La camisa de refrigeración 100 tiene preferentemente una altura que cubre la mayor parte de la altura del cuerpo del contenedor 20, como se muestra mejor en la Figura 17. En una realización, la camisa 100 tiene una altura H1 que es mayor que al menos el 75 % de la altura H2 del contenedor y en una realización, preferentemente mayor que el 85 % de H2. Esto garantiza una refrigeración externa efectiva del contenedor emisor de calor.

La camisa de refrigeración 100 se puede montar de manera desmontable y soportarse completamente en el contenedor 20 como se muestra en las Figuras 16-17. Con referencia adicional a las Figuras 1-12, la camisa de refrigeración puede incluir una pluralidad de colgadores de montaje metálicos 150 unidos rígidamente a la parte superior de la camisa de refrigeración. Los colgadores 150 están separados circunferencialmente alrededor de la placa de cierre superior 116 en la periferia superior de la camisa de refrigeración.

En una realización, los colgadores 150 pueden comprender escuadras en forma de L, como se muestra, que incluyen una sección vertical 150-1 unida de manera rígida/fijamente por un extremo inferior a una superficie superior 116-1 de la placa de cierre anular superior 116, y una sección horizontal 150-2 que se extiende perpendicular y radialmente hacia dentro para ensamblarse a una porción periférica de la parte superior del contenedor, tal como la superficie superior 70-1 en una realización. El borde inferior de la sección horizontal 150-2 se puede ensamblar a la superficie superior 70-1 del contenedor 20 como se muestra. La sección horizontal 150-2 puede estar elevada por encima y separada de la superficie superior 116-1 de la camisa de refrigeración 100 con un hueco vertical 172. Esto coloca la placa de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración 100 por debajo de la superficie superior 70-1 de la brida de montaje superior del contenedor 70. En una realización, los colgadores 150 pueden incluir un orificio de amarre 151 para su uso para levantar y maniobrar la camisa de refrigeración 100 hacia su posición alrededor del contenedor. En una realización, los colgadores 150 pueden estar soldados, con soldadura fuerte, soldadura blanda, sujetos mecánica o fijamente unidos de otra manera a la placa de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración por cualquier medio adecuado para proporcionar un acoplamiento rígido. Se pueden usar realizaciones de sujeciones roscadas, en particular, si la composición metálica de los colgadores 150 es diferente de la del metal usado para formar la placa de cierre superior 116, lo que puede implicar una soldadura diferente más compleja. En algunas realizaciones, los colgadores 150 pueden estar soldados, con soldadura fuerte, soldadura blanda o sujetos mecánicamente a los lados de las placas de refuerzo 136 y/o placas de extremo 135 para mayor refuerzo y rigidez. En una realización preferida no limitativa, se proporcionan al menos cuatro colgadores 150; sin embargo, se puede proporcionar más o menos según sea necesario dependiendo del peso de la camisa de refrigeración 100 y del diámetro del contenedor 20.

Las Figuras 16-17 muestran la posición montada de la camisa de refrigeración 100 en el contenedor 20. En una realización, los colgadores 150 pueden soportar la camisa de refrigeración 100 del contenedor 20 de manera suspendida, como se muestra. La brida de montaje superior 70 del contenedor 20 está al menos parcialmente expuesta o totalmente expuesta y sobresale por encima de la placa de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración. Esto se debe a que la brida no requiere refrigeración ya que la cápsula de combustible nuclear 60 está colocada debajo de la brida dentro del contenedor. La camisa de refrigeración 100 no se extiende hasta el fondo del contenedor como se muestra. La placa de cierre inferior 117 de la camisa de refrigeración 100 se eleva por encima de la tapa inferior 50 y la brida inferior 26 del contenedor 20. Cuando las placas de ensambladura 26-1 están provistas de la brida inferior 26, en algunas realizaciones, la placa de cierre inferior 117 de la camisa de refrigeración puede ensamblarse al menos parcialmente a las placas de ensambladura angulares lo que ayuda a centrar la parte inferior de la camisa de refrigeración alrededor del contenedor 20. El hecho de que la camisa de refrigeración 100 acabe por encima de la tapa inferior y de la brida inferior del contenedor 20 evita interferencias con el flujo de aire de refrigeración natural que refrigera el contenedor internamente, como se ha descrito anteriormente en el presente documento.

En una realización, como se muestra, los colgadores 150 montados periféricamente en la camisa de refrigeración 100 no se extienden radialmente hacia dentro, más allá del borde interior de la brida de montaje superior 70 del contenedor. Ventajosamente, esto evita interferencias con la abertura central superior 44-1 definida por la brida de montaje que lleva a la cavidad 44 del contenedor 20 y a través de la cual la cápsula de combustible nuclear 60 se puede insertar o retirar del contenedor mientras la camisa de refrigeración 100 permanece en su sitio.

Cabe señalar que cuando la camisa de refrigeración 100 se coloca alrededor del contenedor 20 (u otro recipiente de combustible nuclear, como la cápsula descrita anteriormente en el presente documento), la camisa de refrigeración no está sellada por su parte superior o inferior al contenedor. Por consiguiente, el espacio intersticial 140 entre el contenedor y la camisa de refrigeración está al menos parcialmente abierto a la atmósfera y puede configurarse para formar un espacio anular de ventilación a través del cual fluye el aire de refrigeración ambiental para mejorar aún más la refrigeración del contenedor además de la camisa de refrigeración 100. La Figura 17 muestra una disposición de este tipo de contenedor refrigerado por convección y camisa de refrigeración, que es externa al contenedor y no debe confundirse con ningún flujo de aire de refrigeración interno dentro del contenedor. Como se muestra con las flechas de flujo direccional, el aire de refrigeración ambiente se introduce en el espacio intersticial anular 140 por la parte inferior de la camisa de refrigeración 100 y es calentado por contenedor, creando un flujo de aire ascendente por medio de la circulación natural de termosifón y sale por la parte superior del espacio intersticial. Esta provisión de aire de refrigeración ventajosamente continúa enfriando el contenedor 20 incluso después de que se agote la reserva de hielo seco dentro de la camisa de refrigeración 100. Esto proporciona tiempo para que el operador reponga el hielo seco si fuera necesario.

De acuerdo con otro aspecto, la placa de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración 100 puede incluir una pluralidad de escotillas de acceso 160, que se pueden abrir y cerrar, para llenar la cavidad de medio refrigerante 109 entre las carcasas de la camisa de refrigeración con el medio refrigerante 120. Cada escotilla 160 incluye una placa de cubierta de escotilla extraíble 161 que cubre la abertura de escotilla 162 de debajo (véanse, p. ej., las Figuras 13 y 16 que muestran la abertura 162 en líneas discontinuas). Se puede usar cualquier medio mecánico para asegurar cada placa de cubierta de escotilla 161 a la placa de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración 100, tales como sujeciones roscadas (pernos y tuercas de mariposa como se muestra, pernos y tuercas convencionales, clips, etc.) a modo de ejemplo no limitativo. En algunas realizaciones, las placas de cubierta de escotilla 161 se pueden montar de manera articulada en la placa de cierre 116. Cuando se proporcionan placas de refuerzo verticales 136 en la cavidad 109 entre carcasas de la camisa de refrigeración, se proporciona una trampilla de acceso 160 entre cada placa de refuerzo y placa de refuerzo adyacente o placa de extremo 135. Esto permite que cada compartimento dentro de la camisa 100 reciba el medio refrigerante 120.

El medio refrigerante 120 tiene una temperatura inferior a la del contenedor de almacenamiento/transporte de combustible nuclear gastado caliente 20 y, preferentemente, más baja que el entorno ambiente. Esto forma un disipador de calor en la camisa de refrigeración 100. Por lo tanto, el equilibrio energético hace que el calor fluya y se transfiera radialmente hacia fuera desde el contenedor de temperatura más alta al disipador de calor de temperatura más baja formado en la camisa de refrigeración 100 por el medio refrigerante.

El medio refrigerante 120 es preferentemente un medio refrigerante de sublimación en condiciones normales de presión atmosférica (es decir, a 101353 Pa (14,7 PSIA equivalente a 1 bar o atmósfera)) y a temperatura normal (20 °C (68 grados F - Fahrenheit)) según la norma de presión y temperatura normales (NPT, por sus siglas en inglés de"Normal pressure and temperature")establecida por el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST). Por consiguiente, un medio refrigerante preferido, pero no limitativo, usado en la camisa de refrigeración 100 puede ser una sustancia sólida que tiene un punto triple que se produce a una presión que es mayor que la presión atmosférica normal, de tal manera que el medio refrigerante se sublima a una presión atmosférica normal más baja dentro de la camisa de refrigeración y cambia de fase directamente de una fase sólida (que se maneja fácilmente y con la que se llena en la cavidad de medio refrigerante 109 de la camisa de refrigeración 100) a una fase gaseosa. En química, el punto triple es la temperatura y la presión asociada a la que las fases sólida, líquida y de vapor de una sustancia particular coexisten en equilibrio. El punto triple corresponde a la presión más baja a la que una sustancia puede existir como líquido. Por debajo de esa presión de punto triple (o temperatura alternativa), no se puede mantener una fase líquida estable. La sublimación es el cambio de fase directamente de la fase sólida a la fase gaseosa sin pasar por una fase líquida intermedia a presiones inferiores a la presión del punto triple. Por consiguiente, este cambio de fase endotérmica de sublimación de "absorción de calor" se produce a temperaturas o presiones inferiores al punto triple de la sustancia. El calor absorbido por el medio refrigerante de sublimación del contenedor 20 a través de la reacción endotérmica forma el disipador de calor con la cavidad interna 109 de la camisa de refrigeración 100.

En una realización, como se ha indicado anteriormente en el presente documento, el medio refrigerante de sublimación 120 que cumple los criterios anteriores, preferentemente, puede ser hielo seco. El hielo seco se puede proporcionar en cualquier forma sólida adecuada, tal como, por ejemplo, sin limitación, gránulos o bloques. El hielo seco es dióxido de carbono sólido (CO2), que se convierte en CO2 gaseoso en las condiciones estándar de presión atmosférica y temperatura NPT a través del proceso de sublimación. De hecho, el hielo seco se sublimará a presión atmosférica normal en un amplio intervalo de temperaturas de -129 °C a 127 °C (-200 a 260 grados F). El hielo seco puede llenar parcial o completamente la cavidad dependiendo de la cantidad de refrigeración requerida. Cuando se usa hielo seco, la placa de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración 100 además incluye al menos un respiradero 165 en comunicación fluida con la cavidad interna de medio refrigerante 109 entre las carcasas de la camisa de refrigeración para ventilar el CO2 gaseoso. El respiradero 165 garantiza que la cavidad de medio refrigerante 109 permanezca a presión atmosférica y, por lo tanto, no esté presurizada en modo alguno. En una realización, se puede proporcionar una pluralidad de respiraderos 165 separados circunferencialmente alrededor y a través de la placa de cierre superior 116 para garantizar una ventilación adecuada del dióxido de carbono gaseoso a la atmósfera desde la cavidad interna 109 de la camisa de refrigeración que se crea por sublimación del hielo seco cuando es calentado por el contenedor. Los respiraderos 165 pueden ser orificios o ranuras de cualquier forma y dimensión adecuadas para ventilar adecuadamente el dióxido de carbono acumulado en la cavidad 109. Cuando la cavidad de la camisa de refrigeración 109 está dividida en múltiples compartimentos de refrigeración 137 por las placas de refuerzo 136, como se ha descrito anteriormente en el presente documento, cada compartimento tiene preferentemente al menos un respiradero 165.

En algunas circunstancias y realizaciones, se pueden usar otros medios de refrigeración no sublimantes junto con la camisa de refrigeración 100 que puede sublimarse en condiciones NPT. En otras realizaciones posibles, por ejemplo, la cavidad de medio refrigerante 109 de la camisa de refrigeración se puede llenar con hielo de agua convencional si el hielo seco (CO2 sólido) no está fácilmente disponible o no se requiere. El hielo sólido cuando se calienta puede derretirse en agua líquida y/o sublimarse en condiciones NPT. Se pueden proporcionar orificios de drenaje en la camisa de refrigeración para liberar el agua producida por el hielo derretido. En otras realizaciones más, se puede hacer circular el agua de refrigeración enfriada o el refrigerante líquido (p. ej., etilenglicol) por la cavidad interna 109 de la camisa de refrigeración por medio de una bomba motorizada y un enfriador comercial en un circuito de tuberías de bucle de refrigeración de flujo cerrado. Tales circuitos de refrigeración son bien conocidos en la técnica. Estos medios de refrigeración alternativos al hielo seco, aunque menos eficiente en la eliminación de calor del recipiente de combustible nuclear 20, pueden ser adecuados si las demandas de refrigeración del contenedor 20 no son estrictas.

Preferentemente, la camisa de refrigeración 100 no está diseñada para una refrigeración por aire, pero puede adaptarse para tal uso si fuera necesario agregando múltiples orificios de entrada de aire a la placa de cierre inferior 117.

Para evitar que el medio refrigerante 120 (p. ej., hielo seco) absorba calor excesivo del entorno ambiente externo alrededor de la camisa de refrigeración 100, se puede proporcionar una camisa de aislamiento externa 170 que se extienda completamente alrededor de la camisa de refrigeración (véanse, p. ej., las Figuras 5, 11, 12 y 15). La camisa de aislamiento 170 se puede asegurar a la superficie exterior 108 de la camisa de refrigeración definida por la carcasa exterior 102 mediante cualquier medio adecuado usado habitualmente para aplicar aislamiento a un objeto. La camisa de aislamiento 170 puede tener una única construcción anular continua o se puede proporcionar en dos o más secciones curvadas arqueadas, que pueden estar adosadas a lo largo de las costuras longitudinales, como se muestra, para coincidir con la circunferencia exterior de la camisa de refrigeración 100. Las costuras se pueden sellar en algunas realizaciones según las prácticas de aislamiento estándar. En la realización ilustrada, se usan dos secciones semicirculares. Se puede usar cualquier tipo y espesor adecuado de aislamiento comercialmente disponible. Ejemplos incluyen fibra de vidrio, lana mineral, espuma de poliestireno extruido, etc., que pueden incluir opcionalmente una cubierta o revestimiento interno y/o externo 171 que puede ser resistente a la intemperie para su protección contra los elementos o el agua dentro de la estructura de contención del reactor y/o proporcionar una barrera de aire, radiante y/o de vapor (se muestra mejor en la Figura 15). Ejemplos de materiales de revestimiento estándar incluyen papel Kraft, láminas de vinilo y papel de aluminio. Los ejemplos de espesores de aislamiento que se pueden usar pueden ser de aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada) a 10,1 cm (4 pulgadas), o más, según sea necesario, dependiendo de los requisitos de aislamiento térmico y de las temperaturas ambiente para una aplicación de refrigeración de contenedor dada para garantizar que el calor absorbido por el medio refrigerante proviene principalmente del lado del contenedor de la camisa de refrigeración 100 en lugar del entorno. En un ejemplo de realización, el aislamiento puede tener un espesor de aproximadamente 10,1 cm (4 pulgadas).

La camisa de refrigeración 100 está hecha de materiales metálicos que preferentemente tienen buena resistencia a la fractura y buen comportamiento a temperaturas criogénicas. La carcasa interior 101 que está orientada hacia el contenedor 20 puede estar hecha de un material con buena conducción térmica tal como, por ejemplo, sin limitación, cobre o aluminio (incluyendo sus aleaciones de uso común). El resto del cuerpo de la camisa de refrigeración (p. ej., la carcasa exterior 102, placa de cierre superior 116, placa de cierre inferior 117, placas de extremo 135) y accesorios (p. ej., placas de refuerzo 136, espaciadores 141, colgadores 150, escotillas de acceso 160, etc.) pueden estar hechos de materiales metálicos adecuados tales como, por ejemplo, sin limitación, aluminio, aleación de aluminio, cobre, acero, acero inoxidable, etc. Todos los materiales usados para las partes anteriores tienen preferentemente bajas temperaturas de transición a ductilidad nula (NDT, por sus siglas en inglés de"Nil ductibility temperature"),que es un parámetro de ingeniería de uso común en la técnica asociado con la temperatura a la que el mecanismo de falla de un metal cambia de dúctil a quebradizo, dando lugar a una fractura. En diversas realizaciones, las carcasas interior y exterior 101, 102 pueden estar formadas por los mismos o diferentes metales. En una realización, la carcasa interior 101 orientada hacia el contenedor 20 puede estar formada de un metal que tenga una conductividad térmica más alta (BTU/(h ft °F)) que la carcasa exterior 102 orientada hacia el entorno ambiental. Esto maximizaría la transferencia de calor desde el contenedor a través de la carcasa interior hasta el medio refrigerante 120, que es la ruta de transferencia de calor deseada hasta el disipador de calor, pero minimizando la transferencia de calor desde el entorno ambiente al medio refrigerante. Las construcciones ilustrativas no limitativas serían una carcasa interior formada de cobre y una carcasa exterior formada de aluminio o acero, o una carcasa interior formada de cobre o aluminio y una carcasa exterior formada de acero. Se puede usar cualquier espesor adecuado para las carcasas 101, 102. Un espesor representativo no limitativo que se puede usar es de aproximadamente 1,27 cm (1/2 pulgada) porque la camisa de refrigeración no está destinada a la protección contra la radiación, que está proporcionada por el contenedor. El blindaje contra la radiación gamma que usa materiales metálicos normalmente requiere espesores sustancialmente mayores, del orden de aproximadamente 12,7 cm (5 pulgadas) o más. Por consiguiente, las carcasas interior y exterior 101, 102 de la camisa de refrigeración 100 tienen preferentemente un espesor inferior a 5,08 cm (2 pulgadas), y más preferentemente de 2,54 cm (1 pulgada) o menos para mantener la estructura de la camisa de refrigeración tan ligera como sea posible para su levantamiento y despliegue.

A continuación, se resumirá brevemente un proceso o método para refrigerar un recipiente que aloja combustible nuclear gastado (SNF) tal como, sin limitación, un contenedor 20 en este ejemplo no limitativo, basándose en la exposición anterior y con referencia general a las Figuras 1-17. El método incluye proporcionar una camisa de refrigeración vacía 100 y rodear circunferencialmente al menos una porción del contenedor con la camisa de refrigeración. Si la camisa de refrigeración se proporciona como una estructura anular prefabricada en fábrica o sobre el terreno que forma un círculo continuo, la camisa se puede elevar completamente por encima del contenedor 20, tal como mediante una grúa o elevador, y luego bajarse a su posición alrededor del exterior del contenedor, como se muestra en las Figuras 16-17 (que muestra el contenedor). Los colgadores superiores 150 de la camisa de refrigeración 100 se ensamblan a la parte superior del contenedor 20 (p. ej., la superficie superior 70-1 de la brida de montaje superior 70) mientras se baja la camisa de refrigeración alrededor del contenedor. Se forma el espacio intersticial anular 140 entre la camisa de refrigeración y el contenedor, que puede incluir ensamblar radialmente los espaciadores interiores 141 de camisa de refrigeración con la superficie exterior del contenedor. Las porciones inferiores del contenedor 20 (p. ej., la brida inferior 26 y la tapa 50) permanecen expuestas debajo de la placa de cierre inferior 117 de la camisa de refrigeración para no interferir con ninguna provisión de aire de refrigeración que pueda incorporarse a la estructura del contenedor.

Si la camisa de refrigeración 100 se proporciona alternativamente como dos segmentos 100-1, 100-2 prefabricados, como se ha descrito anteriormente en el presente documento, cada segmento se puede elevar y luego bajar para situar cada segmento de camisa de refrigeración alrededor de una mitad del contenedor en lados opuestos. No es necesario elevar completamente los segmentos por encima de la parte superior del contenedor a diferencia de la realización de la camisa de refrigeración circular de manera continua que se acaba de describir, requiriendo así ventajosamente menos espacio libre de la grúa/polipasto para colocar la camisa de refrigeración. Los segmentos de camisa de refrigeración 100-1, 100-2 pueden simplemente moverse lateralmente o enrollarse en su posición alrededor del contenedor. Las placas de extremo 135 de cada segmento se adosan entonces entre sí para que no haya un espacio apreciable entre los segmentos. Los segmentos de camisa de refrigeración opcionalmente pueden acoplarse de manera desmontable en las placas de extremo 135, tal como a través de los clips angulares 130 y los conjuntos de sujeciones roscadas 131 descritos anteriormente en el presente documento u otro medio de sujeción temporal adecuado.

Las Figuras 16-17 muestran la camisa de refrigeración 100 completamente colocada sobre el contenedor 20. La camisa de refrigeración 100 está montada de manera extraíble en el contenedor de manera suspendida en voladizo mediante colgadores superiores 150. El extremo inferior de la camisa de refrigeración 100 (p. ej., la placa de cierre inferior 117) se eleva por encima del fondo del contenedor, como se muestra. La placa de cierre inferior 117 puede ensamblarse a las placas de ensambladura de la brida inferior 26 del contenedor 20.

En un escenario, una vez que la camisa de refrigeración 100 está colocada alrededor del contenedor, a continuación, se puede añadir el medio refrigerante 120 en la cavidad de medio refrigerante 109 previamente vacía en la camisa de refrigeración a través de las escotillas de acceso 160. Las placas de cubierta de escotilla 160 se retiran y luego se vuelven a colocar después de llenar la camisa de refrigeración con el medio refrigerante durante este proceso. En el presente ejemplo no limitativo, el medio refrigerante puede ser hielo seco que se sublima a una presión atmosférica normal mantenida en la cavidad del medio refrigerante 109 por los orificios de ventilación 165 en la camisa de refrigeración. Con la camisa de refrigeración ahora al menos parcialmente llena de hielo seco (o sustancialmente completamente llena, excepto por un pequeño espacio libre debajo del anillo de cierre superior 116 de la camisa de refrigeración dentro de la cavidad 109, por lo tanto, el disipador de calor ahora está formado en la camisa de refrigeración y listo para funcionar para refrigerar el contenedor 20.

Cabe señalar que, en otro escenario, la camisa de refrigeración 100 puede llenarse con hielo seco primero antes de colocarse alrededor del contenedor 20. El método no está limitado por ningún escenario; sin embargo, generalmente se prefiere el primer escenario, ya que conserva el hielo seco por más tiempo al añadirlo después de que el contenedor se coloque dentro de la camisa de refrigeración 100.

El calor emitido en la superficie externa del contenedor por el contenedor 20 por el combustible nuclear gastado contenido en el mismo se transfiere radialmente hacia fuera a través del espacio intersticial 140 a la camisa de refrigeración 100. En este ejemplo no limitativo, el calor es absorbido por el hielo seco que se calienta. El hielo seco pasa por un proceso de sublimación, cambiando de su fase sólida inicial, sin calentar, directamente a dióxido de carbono gaseoso (CO2) dentro de la cavidad de medio refrigerante 109 de la camisa de refrigeración, enfriando así el contenedor. El CO2 gaseoso se eleva en la cavidad del medio refrigerante 109 y es ventilado a la atmósfera ambiente a través de los respiraderos 165 de la placa de cierre superior de la camisa de refrigeración 116. El calentamiento continuo del hielo seco por el calor emitido desde el contenedor 20 acelera continuamente la conversión de más y más hielo seco en CO2 vaporoso. La temperatura externa y/o interna del contenedor se puede monitorizar mediante sensores de temperatura adecuados (p. ej., termistores, termopares, termómetros, etc.) para determinar la eficacia de la operación de refrigeración del contenedor. Cuando el hielo seco se consume hasta una cantidad que da como resultado el aumento de la temperatura externa y/o interna del contenedor detectado por los sensores de temperatura, se pueden añadir cantidades adicionales de hielo seco a la camisa de refrigeración 100 según sea necesario.

Cabe señalar que el hielo seco comenzará a sublimarse cuando se coloque dentro de la camisa de refrigeración 100 solo a una presión atmosférica normal, pero a un ritmo más lento que cuando el contenedor está en su sitio dentro de la camisa de refrigeración. El calor añadido emitido por el contenedor 20 desde el alojamiento de SNF en el mismo (p. ej., tal como dentro de la cápsula de combustible nuclear 60) acelera el proceso de sublimación y la tasa de consumo del hielo seco a medida que se absorbe el calor.

Una vez que la camisa de refrigeración 100 está montada en el contenedor 20, el método puede incluir, además, levantar y mover el conjunto desde una primera ubicación hasta una segunda ubicación en la instalación de generación de energía nuclear y/o instalación de almacenamiento de combustible.

En otras posibles variaciones del método anterior, la camisa de refrigeración 100 se puede colocar primero en la superficie de soporte horizontal disponible deseada (que puede estar a nivel, por debajo del nivel o por encima del nivel en una instalación de generación de energía nuclear o de almacenamiento de combustible nuclear, y luego el contenedor se puede subir y bajar dentro de la camisa de refrigeración. Este modo de despliegue de la camisa de refrigeración solo es posible cuando el diámetro interior de la camisa de refrigeración (definido por la carcasa interior 101 o la distancia diametral entre los espaciadores 141, si se proporcionan) es mayor que el diámetro exterior más grande del contenedor. En esta realización, se omiten los colgadores de montaje superiores 150 y el extremo inferior 105 de la camisa de refrigeración 100 definida por la placa de cierre inferior 117 se ensamblaría a la superficie de soporte disponible. Para el contenedor 20 configurado divulgado en el presente documento, cabe señalar que el diámetro exterior más grande está definido por la brida inferior anular 26 y es más grande que el diámetro interior más pequeño de la camisa de refrigeración 100. Por consiguiente, para una configuración de contenedor de este tipo, el método se debe poner en práctica bajando la camisa de refrigeración 100 sobre el contenedor 20, o colocando lateralmente los segmentos de camisa de refrigeración 100-1, 100-2, si se proporcionan, alrededor del contenedor como se ha analizado inicialmente anteriormente. Esto da como resultado el conjunto de camisa de refrigeración y disposición de contenedor mostrado en las Figuras 16-17 y ya analizada anteriormente.

Las Figuras 18-31 representan una realización de una camisa de refrigeración 200 adecuada para su uso con un almacenamiento horizontal de combustible nuclear gastado (SNF) que se usa en algunas instalaciones de almacenamiento de residuos nucleares. La camisa de refrigeración horizontal 200 tiene un diseño, una construcción y un funcionamiento similar a los de la camisa de refrigeración vertical 100 descrita anteriormente en el presente documento. En aras de una mayor brevedad, ahora solo se describirán las diferencias más notables.

Con referencia a las Figuras 18-31, la camisa de refrigeración 200 tiene una orientación horizontal cuando se despliega sobre el contenedor 20 que está orientado horizontalmente (véanse, p. ej., las Figuras 30-31). La camisa de refrigeración 200 puede comprender un único segmento semicircular 100-1 que se arquea sobre y cubre la mitad superior de las paredes laterales cilíndricas del contenedor horizontal. Una pluralidad de placas de elevación 210 están fijadas rígidamente a la carcasa exterior 102 de la camisa de refrigeración 200, tal como por soldadura, soldadura fuerte, soldadura blanda, sujeciones y clips, etc. En una realización, se proporcionan al menos cuatro placas de elevación para proporcionar una carga equilibrada para levantar mediante una grúa o polipasto a efectos de colocar la camisa de refrigeración sobre el contenedor. Se pueden formar recortes 211 en la camisa aislante exterior 170 para permitir que las placas de elevación se proyecten hacia fuera más allá de la camisa aislante para el amarre.

En la presente realización horizontal de la camisa de refrigeración 200, las escotillas de acceso 160 y los respiraderos 165 se forman a través de la carcasa exterior 102 de la camisa y se comunican con la cavidad de medio refrigerante 109 dentro de la camisa. En una realización, en la ubicación del punto muerto superior en la carcasa exterior 102 se puede formar una serie de escotillas 160 y de respiraderos 165 separados longitudinalmente; estos últimos para ventilar el CO2 gaseoso producido por la sublimación del hielo seco a la atmósfera desde la cavidad del medio refrigerante 109 de la camisa de refrigeración 200 cuando está en uso. Un canal que se extiende longitudinalmente 212 está formado en la camisa aislante exterior 170 para acomodar las escotillas y respiraderos.

La camisa de refrigeración 200 además incluye placas de soporte inferiores 235 sustancialmente planas y lineales, a cada lado, que son análogas y similares en construcción y diseño, a las placas de extremo 135 de la camisa de refrigeración vertical 100. Las placas de soporte 235 soportan el peso de la camisa de refrigeración 200. Se proporcionan placas de cierre de extremo 217 planas y curvadas en forma de arco en cada extremo longitudinal de la camisa de refrigeración 200, que son análogas y similares en construcción, diseño y función a la placa de cierre inferior 117 de la camisa de refrigeración 100.

Se proporcionan un par de separadores verticales 202 que ensamblan y soportan la parte inferior de cada lado de la camisa de refrigeración 200. Los separadores 202 elevan la camisa de refrigeración por encima de la superficie de soporte 220 sobre la que se soporta el contenedor 20 (véase, p. ej., la Figura 28). Los separadores están separados lateralmente. Cada separador incluye una placa superior horizontal plana 203 y una placa inferior opuesta 204, una pluralidad de placas de soporte verticales 201 espaciadas longitudinalmente planas que se extienden perpendicularmente entre las placas superior e inferior. Se pueden proporcionar una placa de cubierta exterior 205 opcional y una placa de cubierta interior 206 que encierran los espacios abiertos formados entre las placas de soporte 201 y refuerzan aún más las estructuras de separación. Cada una de las placas superiores 203 se ensamblan adosadas a una de las placas de soporte inferiores 235 de la camisa de refrigeración 200 en una interfaz de plano contra plano cuando la camisa de refrigeración 200 se coloca en los separadores 202. En alguna realización, los pliegues de soporte inferiores 235 de la camisa de refrigeración 200 y las placas superiores 203 de los separadores 202 se pueden acoplar entre sí de manera desmontable mientras se usa la camisa de refrigeración mediante una pluralidad de sujeciones, abrazaderas u otros medios de sujeción temporales.

La camisa de refrigeración 200 también incluye una pluralidad de espaciadores 141 de manera similar a la camisa de refrigeración vertical 100 que están situados en el espacio central 103 definido por la camisa de refrigeración para recibir el contenedor 200 al menos parcialmente en su interior. Los espaciadores mantienen el espacio intersticial 140 formado entre el contenedor y la camisa de refrigeración 200 también de manera similar.

Aunque la camisa de refrigeración 200 se muestra como un solo conjunto, en otras realizaciones posibles, la camisa de refrigeración puede estar formada por múltiples segmentos arqueados, cada uno de menos de medio círculo.

Para fortalecer estructuralmente aún más la camisa de refrigeración 200, la camisa también puede incluir una pluralidad de placas de refuerzo radiales 236 separadas horizontal/longitudinalmente y dispuestas en la cavidad interna del medio refrigerante de la camisa (véase, p. ej., la Figura 29). Estas placas cumplen una función similar a la de las placas de refuerzo 136 de la camisa de refrigeración vertical 100. Las placas de refuerzo 236 están orientadas verticalmente cuando se usa un contenedor vertical 20, como se muestra en la realización que se está describiendo actualmente. Las placas de refuerzo 136 tienen una forma curvada en forma de arco y se extienden en una dirección radial entre las carcasas interior y exterior 101, 102 de la camisa de refrigeración 200. Las placas de refuerzo 136 están preferentemente unidas rígidamente a las carcasas interior y exterior 101, 102, tal como por soldadura, soldadura fuerte, soldadura blanda, sujeciones y clips, etc. El método usado depende de la selección del material metálico para las carcasas interior y exterior.

La camisa de refrigeración horizontal 200 se coloca o despliega alrededor del contenedor 20 y se usa de manera similar a la camisa de refrigeración vertical 100 descrita previamente en el presente documento para refrigerar externamente el contenedor. En la realización ilustrada, la camisa de refrigeración 200 se eleva completamente sobre el contenedor orientado horizontalmente 20 y se baja a su posición sobre los separadores 202 que ya pueden estar colocados en la superficie de soporte horizontal 220. En otras realizaciones posibles, como alternativa, los separadores 202 pueden acoplarse de manera desmontable a la camisa de refrigeración 200 antes de su colocación en la superficie de soporte 220 alrededor del contenedor.

En la práctica, se puede usar variaciones en la secuencia de las etapas relacionadas con cualquiera de los métodos o procesos anteriores de despliegue de la camisa de refrigeración descritos previamente en el presente documento y esto no limita la invención.

Las realizaciones verticales u horizontales de la camisa de refrigeración 100 o la camisa de refrigeración 200 divulgadas en el presente documento proporcionan flexibilidad al diseñador para adaptar la velocidad de extracción de calor a las necesidades del contenedor controlando parámetros tales como el espacio radial (espacio intersticial 140) entre el contenedor y la camisa de refrigeración y la capacidad de absorción de la superficie interior 107 de la camisa de refrigeración y el material/espesor de la carcasa interior 101 orientada hacia el contenedor. Los medios para identificar la cantidad de hielo seco que queda en la camisa de refrigeración se pueden discernir mediante orificios/conexiones testigo en la parte superior de la cavidad de la camisa 109 o mediante mirillas ubicadas adecuadamente. Aunque las camisas de refrigeración 100, 200 son idealmente adecuadas para refrigerar el contenedor durante operaciones a corto plazo en un lugar de trabajo; las camisas normalmente no están destinadas para un transporte largo de barriles cargados. Los cálculos muestran que la camisa de refrigeración 100 o 200 puede dimensionarse de manera óptima para su uso con contenedores de transferencia para mantener su función de refrigeración hasta 12 horas con un margen adecuado (es decir, un turno de trabajo prolongado). Para operaciones a corto plazo más largas, normalmente se requerirá una reposición intermedia del hielo seco en la camisa.

En realizaciones alternativas contempladas, la camisa de refrigeración 100 puede incorporarse en el cuerpo del contenedor 20 en lugar de ser un dispositivo acoplado de manera desmontable. Las Figuras 32 y 33 representan un contenedor 20 con camisa de refrigeración incorporada e integral.

En la Figura 32, la camisa de refrigeración integral 100 forma una porción más externa del cuerpo del contenedor 20; formando el cilindro de bloqueo de radiación gamma interior (GBC) 40 y el cilindro de blindaje de neutrones exterior (NSC) 21 porciones internas del cuerpo de contenedor. En esta realización, la carcasa interior 101 de la camisa de refrigeración 100 se puede omitir y la carcasa exterior 32 del NSC 21 proporciona la misma función que la carcasa interior 101 para contener el medio refrigerante 120, que puede ser hielo seco en algunas realizaciones. En esta realización, la camisa de refrigeración 100 solo necesita comprender una única carcasa exterior cilíndrica.

En la Figura 33, la camisa de refrigeración integral 100 forma una porción intermedia del cuerpo del contenedor 20 que se dispone y se intercala entre el cilindro de bloqueo de radiación gamma interior (GBC) 40 y el cilindro de blindaje de neutrones exterior (NSC) 21. En esta realización, la carcasa interior 33 del NSC 21 puede proporcionar la misma función que la carcasa exterior 102 de la camisa de refrigeración 100 que se puede omitir.

Cada una de las camisas de refrigeración integrales 100 de las Figuras 32 y 33 contiene las mismas escotillas de acceso 160 y respiraderos superiores 165 que se han descrito anteriormente en el presente documento para añadir el medio refrigerante 120 a la cavidad del medio refrigerante 109 y permiten ventilar el CO2 gaseoso de la cavidad, respectivamente.

Cabe señalar que cada camisa de refrigeración integral 100 de las Figuras 32 y 33 puede formar parte del cilindro de blindaje de neutrones exterior (NSC) 21 que se puede separar del cilindro de bloqueo de radiación gamma interior (GBC) 40 dispuesto concéntricamente y anidado en el mismo como se ha descrito anteriormente en el presente documento. En otras posibles realizaciones en las que el NSC y el GBC no son separables entre sí, como en las construcciones de cuerpo de contenedor convencionales, la carcasa interior 101 de la camisa de refrigeración integral 100 se puede omitir por completo ya que no es necesaria. En una construcción de contenedor de este tipo para la realización de la Figura 33, la carcasa exterior 48 del GBC interior 40 y la carcasa interior 33 del NSC exterior 21 forman los límites de contención interior y exterior de la camisa de refrigeración 100, respectivamente. Por lo tanto, el medio refrigerante 120 está dispuesto directamente entre y en contacto con las carcasas 48 y 33. Las mismas escotillas 60 y respiraderos 65 de acceso superior se proporcionan a través de la estructura de contenedor para añadir medio refrigerante y ventilar gases desde la cavidad de medio refrigerante 109 a la atmósfera, como se describió anteriormente en el presente documento. Esta realización de construcción de cuerpo de contenedor unitario se muestra en la Figura 34.

Si bien se ilustra que las realizaciones de contenedor mostradas en las Figuras 32-34 contienen una única camisa de refrigeración integral 100, en otras realizaciones posibles, se puede proporcionar más de una camisa de refrigeración 100 que puede contener cada una el mismo o un tipo diferente de medio refrigerante en diversas implementaciones y usos.

Aunque la descripción y los dibujos anteriores representan algunos sistemas ilustrativos, se entenderá que varias adiciones, modificaciones y sustituciones se pueden realizar en los mismos sin apartarse del alcance de la invención según se reivindica en el conjunto de reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de refrigeración de contenedores para un contenedor (20) que contiene combustible nuclear gastado, comprendiendo el sistema:

un contenedor (20) que comprende un eje longitudinal (LA) y un cuerpo que define una cavidad de almacenamiento longitudinal interna (44) configurada para contener el combustible nuclear gastado que genera calor;

una camisa de refrigeración anular (100) que se extiende circunferencialmente alrededor de una superficie externa del cuerpo;

incluyendo la camisa de refrigeración (100) una cavidad interna de medio refrigerante (109) configurada para contener un medio refrigerante que tiene una temperatura inferior a la del contenedor, proporcionando el medio refrigerante un disipador de calor externo para absorber el calor emitido por el combustible nuclear gastado a través de la superficie externa del contenedor;

caracterizado por que durante el uso del sistema de refrigeración de contenedores

el medio refrigerante es hielo seco en forma de gránulos o bloques.

2. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la camisa de refrigeración (100) comprende una carcasa interior (101) y una carcasa exterior (102), estando definida la cavidad interna de medio refrigerante (109) entre las carcasas interior y exterior; y en donde la camisa de refrigeración además comprende una placa de cierre superior anular (116) fijada a los extremos superiores (111, 113) de las carcasas interior y exterior, y una placa de cierre inferior anular (117) fijada a los extremos inferiores (112, 114) de las carcasas interior y exterior.

3. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la camisa de refrigeración (100) tiene una altura que se extiende por la mayor parte de la altura del cuerpo del contenedor (20) y en donde las carcasas interior y exterior (101, 102) de la camisa de refrigeración son metálicas.

4. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la carcasa interior (101) está formada de un metal que tiene un coeficiente de transferencia térmica mayor que la carcasa exterior (102).

5. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que además comprende una pluralidad de placas de refuerzo separadas circunferencialmente (136) dispuestas en la cavidad interna de medio refrigerante (109) de la camisa de refrigeración (100) y que se extienden en una dirección radial entre las carcasas interior y exterior (101, 102), extendiéndose las placas de refuerzo por toda la altura de las carcasas interior y exterior para dividir la cavidad interna en una pluralidad de compartimentos de refrigeración (137), estando, cada uno, configurado para contener el medio refrigerante.

6. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la placa de cierre superior (116) incluye una trampilla de acceso que se puede abrir y cerrar (160) para llenar la cavidad interna de medio refrigerante (109) de la camisa de refrigeración (100) con el medio refrigerante.

7. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el medio refrigerante es hielo seco y la placa de cierre superior (116) además incluye al menos un respiradero (165) en comunicación fluida con la cavidad interna de medio refrigerante (109) de la camisa de refrigeración (100), estando el al menos un respiradero configurado para ventilar dióxido de carbono gaseoso a la atmósfera, desde la cavidad interna de medio refrigerante, que se crea por sublimación del hielo seco cuando absorbe el calor emitido por el contenedor (20).

8. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la camisa de refrigeración (100) está montada de manera desmontable en el contenedor (20).

9. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la camisa de refrigeración (100) además comprende una pluralidad de colgadores (150) configurados para colgar la camisa de refrigeración de una superficie superior del contenedor (20) de manera suspendida.

10. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 9, en donde los colgadores (150) comprenden escuadras en forma de L que incluyen una sección vertical (150-1) unida fijamente a una porción superior de la camisa de refrigeración (100) y una sección horizontal (150-2) que se extiende hacia dentro más allá de la camisa de refrigeración para ensamblarse con una porción superior periférica del contenedor (20).

11. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una camisa de aislamiento que se extiende circunferencialmente (170) unida a una superficie externa de la camisa de refrigeración (100).

12. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la camisa de refrigeración (100) además comprende una pluralidad de espaciadores separados circunferencialmente (140) dispuestos en una superficie interna (107) de la camisa de refrigeración, formando los espaciadores un espacio intersticial anular entre la camisa de refrigeración y el contenedor que se calienta por el calor emitido desde el contenedor (120).

13. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la camisa de refrigeración (100) comprende un primer segmento semicircular (100-1) y un segundo segmento semicircular (100-2) adosado contra el primer segmento semicircular para formar una estructura circular continua.

14. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el contenedor (20) y la camisa de refrigeración (100) tienen una orientación vertical.

15. El sistema de refrigeración de contenedores de acuerdo con la reivindicación 14, en donde cada uno de los segmentos semicirculares primero y segundo (100-1, 100-2) comprende un par de placas de extremo verticales (135) que se extienden entre las carcasas interior y exterior (101, 102) dispuestas en lados opuestos de cada segmento, estando las placas de extremo del primer segmento semicircular adosadas a las placas de extremo del segundo segmento semicircular.

16. La camisa de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 2, en donde las carcasas interior y exterior (101, 102) tienen una forma cilíndrica, la carcasa interior está formada de cobre o aluminio para una transferencia de calor óptima.

17. Un método para refrigerar un contenedor (20) que contiene combustible nuclear gastado, comprendiendo el método:

rodear al menos parcialmente el contenedor (20) con una camisa de refrigeración (100) que define una cavidad interna de medio refrigerante (109) que contiene un medio refrigerante;

emitir calor producido por el combustible nuclear gastado a través de una superficie externa del contenedor (20); calentar el medio refrigerante en la camisa de refrigeración (100) mediante el calor emitido desde el contenedor (20); y

cambiar la fase del medio refrigerante que absorbe el calor emitido para refrigerar el contenedor (20); caracterizado por que

el medio refrigerante es hielo seco que cambia de fase por sublimación de un sólido a vapor gaseoso para refrigerar el contenedor (20); y que además comprende ventilar el vapor gaseoso de la cavidad interna del medio refrigerante de la camisa de refrigeración (100) a través de una pluralidad de respiraderos (165) formados en la camisa de refrigeración.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 17, en donde la etapa de rodeo además incluye colgar la camisa de refrigeración (100) desde una parte superior del contenedor (20) de manera suspendida.

19. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17-18, en donde la camisa de refrigeración (100) tiene una forma anular que rodea completamente el contenedor (20), y la etapa de rodeo además incluye formar un espacio intersticial anular (140) entre el contenedor y la camisa de refrigeración que se calienta por el calor emitido desde el contenedor y en donde la camisa de refrigeración tiene una forma curvada arqueada que rodea parcialmente el contenedor.