用于减小两个实体之间的热阻的方法和可动装置与流程

本发明涉及一种用于核燃料组件的存储托架，该存储托架由多个大长度的相邻单元构成，燃料组件或可选地若干燃料组件的棒可以被引入到所述多个相邻单元中的每个单元中。

背景技术：
所述存储托架(也称作存储篮)旨在用于存储和/或运输可选地被封装或被屏敝或不被封装或不被屏敝的燃料组件。所述存储托架适用于辐射燃料，但也可被用于新燃料。所述存储托架可以例如在将燃料存储在水池中期间或在将燃料引入到运输或存储封装件中期间在干燥介质或潮湿介质中使用。为了运输燃料组件的罐体的不同功能(辐射保护、抗冲击性、耐火性等)的需要而提供的解决方案为不同的材料的叠组。在需要排出大功率的情况下，对内部温度的限制的起因是存在对该叠组而言必要的间隙。与安全性相关联并且与辐射性材料的运输相关联的问题在文献B.Lenail,RevueGénéraleNucléairen°12005的“Lasuretédestransportsdematièresradioactives”(放射性材料的安全运输)；B.C.Bernardo,IAEABulletinVol.21,n°6的“Conception,fabricationetessaisdesemballagespourletransportdesmatièresradioactives”(用于运输放射性材料的封装件的设计、构造和测试)或者说在文献EP0752151中进行了描述。通常，燃料组件在包含多达12个(或更多)组件的干式罐体中被运送。这些运输封装件已经得到相关的法国、英国和日本当局的认可并且满足国际原子能机构规则为B式封装件所制定的标准。使用了将近40年的这种类型的罐体基于防止任何放射性泄漏的封装件(双屏障、着火特性等)所固有的性能原理。如图1所示，罐体在其较大长度上从外部到内部包括：-外部区域2、其可以设置有冷却翼片4，-中子吸收层6，-钢制套环8，-以及用于核燃料组件的存储托架10，该存储托架10包括一个或多个相邻单元12，燃料组件或(可选地)若干燃料组件的棒可以被引入到所述单元12中。用于核燃料组件的具有蜂窝状结构的各种类型的托架是已知的。它们通常保证了三个功能：-在干燥或有液态或气态的水(所述水能够包含例如硼基的中子吸收化合物)存在的情况下，控制存储在其中的成套组件的临界性。-满足两个目标的足够的机械强度：(i)保证装载有组件的托架的几何结构得到保持并且避免燃料棒在正常使用期间(处理、运输等)劣化，(ii)通过保持托架的几何结构而在即使根据现行规则的紧急状况下(显著冲击和掉落)也能够保证对临界性的控制，-热传递，以便排出在辐射的组件的情况下释放的热量。该托架有时也以提供对抗辐射的屏敝的补偿的目的而设计。该托架一般由若干材料联合构成，每种材料实现上述三个功能中的至少一个功能。通常，所使用的主要材料为：-不锈钢或铝(或铝合金)，以实现机械强度功能，-铝或铜(或铜合金)，以实现热传递功能，-硼化合物(诸如B4C基熔合体)、包含硼的铜合金、铝合金或不锈钢合金，以便实现临界性控制功能。从罐体的热性能的观点来看，内部功率的排出和30分钟的800℃的耐火性现在已经通过利用上述材料(钢制套环、铝制托架等)以及其性能(由翼片“复式”地横越、连结点的保护等)得到解决。对于实施并且特别是组装的问题，该系统在互锁不同的径向层的情况下特别需要更容易地将组件或托架引入到罐体中，从而在不同层之间的界面处，特别是在组件与空腔之间以及在托架与套环之间的界面处布置有间隙。例如大约介于5mm与2mm之间的这些间隙对于热传递的需要会是不利的。特别地，在大功率需要被排出的情况下，这些间隙的出现产生高热阻，由此产生大的热梯度，当希望增大最大可接受功率等级时，高热阻和大热梯度显著地增大了最大内部温度(最大内部温度还取决于材料，燃烧速率等)。目前，运输在氮环境下进行，但也可以使用更具传导性的气体(氦)，在这种情况下，分别为5mm和2mm的内部和外部间隙足以运输功率等级低的PWR(压水反应堆)燃料。但提出了能够运输更大功率的燃料(例如MOX燃料类型或者是在未来具有锕系元素的组件)的问题。由此，在不超过总体可接受的内部温度的情况下将卡路里良好地排出到外部的可能性是未来的关键问题。在这种情况下，产生问题的关键之处不在于需要排出的总功率，而是由于前述间隙的出现而产生的热梯度。因而，通过使用当前技术，在氦的环境下被运输的组件的最大功率会被限制到2.5kW(不超过450℃)和4.5kW(不超过650℃)，而对于排出的功率的需求会更高。文献WO2011/161233描述了一种系统，该系统能够减小由于外部间隙产生的接触热阻。在该系统中，托架的4个部分与钢制环圈进行接触。产生具有改善的径向传热性的简单系统，但没有涉及到内部间隙。因而，关于可排出功率的收益是低的。由此还提出了被称作内部间隙(组件与托架之间)的问题。事实上，重新考虑在氦的环境下具有组件的罐体的情况，在常规间隙(例如5mm的内部间隙和2mm的外部间隙)的情况下在650℃下可排出功率为6.3kW。如果外部间隙被消除，例如根据文献WO2011/61233的教导，在650℃下可排出功率为6.75kW，即可排出功率仅增加8％。如果2个间隙都被消除则功率变为8.75(即，增大+40％)，但是，在该技术中，定位成接触的表面是重要的(托架的外部表面的大约1/4)，从而除非存在有整体上可接受的制造公差，否则接触仅可能发生在一个发生器或简单地若干区域上。因此，存储或运输罐体内部的间隙(其中，间隙的厚度产生了重要的接触热阻)以及热标准不允许被超过，这在燃料组件的运输期间极大地影响了可排出功率。由此，产生了改善运输罐体内部的热交换的问题，以便降低达到标称工况的温度。

技术实现要素：
在本文中提供了该限制的解决方案。首先描述的是一种用于核燃料存储托架的大致三棱柱形的传热元件，所述传热元件包括3个主表面和两个侧表面，所述主表面包括基部和2个副平面表面，所述元件由传热材料制成，并且所述元件在其侧部上设置有用于沿平行于所述基部的方向拉动所述元件的装置。每个传热元件由导热材料制成，因而具有良好的导热性，例如由诸如铝或铜的金属材制成。用于拉动所述元件的装置可以被置于所述侧表面上。例如，所述侧表面中的每个侧表面设置有至少2个销或2个凸耳。在变型中，用于拉动所述元件的装置可以形成在所述元件中的凹口或侧凹入部，每个所述凹入部出现在所述副平面表面中的一个中，并且可选地出现在相应的侧表面中，每个凹口的壁包括例如至少2个销或2个凸耳的装置。所述元件可以包括至少一个牵引联接件，所述至少一个牵引联接件例如具有内部切口并且与用于沿平行于所述基部的方向拉动所述元件的装置配合。所述元件可以在垂直于所述基部的平面中呈大致三角形形状。所述基部可以是平面的，或具有至少一个围绕大致平行于牵引方向的轴线的曲面。因此核燃料存储托架元件可以包括：-上述类型的传热元件的第一叠组，一个所述元件的每个副平面表面与相邻传热元件的副表面相对，使得不同的吸收元件的基部交替地朝向所述叠组的一侧并且相继的吸收元件的基部朝向所述叠组的另一侧，每个传热元件通过用于沿平行于所述基部的方向拉动所述元件的装置连接到与其相邻的传热元件，-用于在所述传热元件的组件上施加牵引力的装置。在所述存储托架元件中，元件的每个副表面可以：-在没有牵引力被施加在所述传热元件的组件上时，特别是在压力被施加在传热元件的组件上时与传热元件的副表面接触，-并且在牵引力被施加在所述传热元件的组件上时，远离相邻传热元件的副平面表面。所述传热元件的叠组可以具有比所述托架元件的总高度小的高度(h)。在这种情况下，托架的其余部分由叠置在上述传热元件的上方和下方的传热材料构成。高度h于是大致等于或接近于燃料元件产生热量的长度。所述托架元件可以进一步包括如上所述的传热元件的至少一个第二叠组，所述至少一个第二叠组被布置在通过连续的材料部分与所述第一叠组分开的区域中。所述第二叠组于是产生机械作用，但较少地产生传热作用。基本核燃料存储托架可以包括多个上述类型的存储托架元件，所述多个存储托架元件被布置成限定中心空腔，所述中心空腔根据其将被用于的组件的形状在垂直于每个托架的牵引方向的平面中呈大致方形或矩形或六边形。由此可以构造用于存储和/或运输核燃料的罐体，所述罐体包括如之前所述类型的基本存储托架，所述托架由用于吸收伽马射线的外周保护层和用于使中子减速的外周保护层包围。还可以构造用于存储和/或运输核燃料的包括若干(例如数量介于2个与12个之间)基本存储托架的罐体，每个基本托架为如之前所述的类型。基本托架被放置在固定托架中，固定托架自身由多个前述类型的传热元件包围，这保证了与外周层的充分的热接触。本发明还涉及一种存储和/或运输核燃料棒的方法，包括以下步骤：-在如上所述的存储托架的托架元件的传热元件上施加牵引力，以便使所述传热元件从初始位置转换到升起位置，并且在每个传热元件和所述热壁和所述冷壁中的每个壁之间产生间隙，-将一个或多个组件引入到所述中心空腔中，-释放所述牵引力，以便使所述传热元件返回到所述初始位置，在所述初始位置中每个所述传热元件的基部被定位成与所述热壁和冷壁中的一个壁或另一壁接触。在该步骤期间，由于其自身的重量，重力的作用可以足以使元件返回到初始位置。外加的压力可以可选地添加，这使得即使在托架处于非竖向位置的位置中，例如，当托架在运输期间处于水平位置中时，也能够将元件保持在该位置中。该方法可以先进行将存储托架引入到水池中的步骤，并且之后进行取出装载有棒的托架的步骤以将托架从水池中取出。在本发明中，实施了装置以将力施加到传热元件的叠组，这使托架能够改变其内部和外部半径并且由此减小组件与托架之间的空间并且还减小托架与例如套环的外部环境之间的空间。由此托架调节其形状并且支持组件的潜在变形。因此本发明使得能够在引入装载件期间保存重要的间隙，然后在例如处理或运输的后续操作之前将所述间隙再吸收。在运输组件的情况下，并且特别是在运输高功率等级的组件的情况下，该系统使得能够减小并且甚至消除接触热阻(直接地与间隙中的气体空隙相关联并且与气体的导热性相关联)。但该系统具有其它优点：-托架在组件上的包覆使机械强度在运输期间增大；不再需要如之前的情况下引入楔块，-该托架将会调节其形状并且支持组件的潜在纵向变形，-该系统的切口节省了托架的机加工成本，-在特定情况下(特别是组件处于壳体中的情况下)，托架的氦可以由干燥空气或氮取代。与文献WO2011/161233中描述的技术相比，这里将对该技术进行回忆，其中接触仅可以发生在一个发生器上或简单地发生在若干区域上，本文中所描述的本发明通过其基部表面的多重性使得能够增加接触点的数量并且能够具有更大的接触表面。传热元件越小，形状的适应性越好。本发明使得能够最小化托架中的内部和外部间隙，这使得能够执行特定组件的存储和运输，所述特定组件的功率等级(P>8kW)比目前所释放的功率更大。由于不仅单个组件可以被实现，而且多个组件也可以被实现，因此本发明还使得能够最优化组件运输数量。附图说明现在将通过非限制性示例的方式同时参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：已经描述的图1为已知结构的罐体的分解视图，图2A-2D和图3A-3B为所描述的传热元件的各种视图，图4A-4C示出了由联接件连接的2个元件以及其相对运动，图5A-5D为传热元件的各种视图，图6A和图6B示出了由联接件连接的传热元件的叠组以及其相对运动，图7A和图7B分别为处于打开位置的托架和处于关闭位置的托架的示意图，图8A和图8B为包含组件的托架的视图，图9A-9E为将组件引入到托架中的步骤，图10A和图10B为2个系统的俯视图，其中包括有包含若干组件的一个系统，每个所述系统包括至少一个托架、一个钢制套环和一个树脂层，图11、图12和图13分别针对1个组件、7个组件和12个组件相应地示出了作为内部和外部间隙以及组件的功率的函数的最大可能温度。具体实施方式首先参照图2A(沿着图2B的平面AA′或xOz剖切的截面侧视图)和图2B(沿着图2A的平面BB′或xOy剖切的截面俯视图)，图2A和图2B示出了根据本发明的特定实施例的托架系统20的传热元件30、32、34、36的叠组。在图2A中，可以看到的是多个传热元件沿着空间直角坐标系(trièdretrirectangle)Oxyz的方向Oz叠置。在图2A中并且在图2B中还示出的是两个壁22、24，所述两个壁22、24分别为叠组所定位于的环境的热壁和冷壁(称作热壁的壁22在位于托架(panier)内部的热组件一侧；而称作冷壁的壁24在托架外部的直接环境一侧)。在上述环境外部，附图标记22和24为界定叠组沿着Ox的横向延伸量的两个平面(当该叠组处于关闭或降下位置时，如下文所述)；在下文中，所述附图标记表示2个壁，但这两个附图标记也可以用来指代2个平面。轴线Ox垂直于2个壁22、24，而轴线Oz和Oy平行于2个壁22、24。叠组大致沿着Oz的方向延伸。如在图2C中示出的单个元件30的实施例所示，叠组中的每个元件呈大致棱柱的形状。图2A中的其它元件等同于或类似于该单个元件30，并且由于这个原因，所述其它元件中的所有的部分(类似于或等同于图2C中描述的元件)不再进行详细描述。更具体地，图2C中示出的元件大致为五面体或三棱柱，并且具有两两相邻的三个四边形表面303、303′、305和两个彼此不相邻并且大致垂直于轴线Oy的三角形端面301、301′。该三棱柱包括基部305，在本实施例中，该基部305呈平面状并且平行于沿着空间直角坐标系Oxyz的轴线Oy延伸的边缘307。根据特定的方面，如在图2D中示出的，侧面和角可以被截顶：即便如此，用语“边缘”或“顶部”将仍然使用。在边缘307或顶部与基部305之间延伸有2个表面303、303′，为方便起见，所述2个表面303、303′可以分别指代“上表面”和“下表面”。在示出的示例中，这些表面为平面，但这些表面可以具有其它形状，例如这些表面可以包括折皱或波纹，以便与相邻元件的平面表面的相应的折皱或波纹相接触或相组合。元件在横向上沿着轴线Oy由两个壁或侧表面301，301′限定。在本实施例的示例中，所述两个壁大致垂直于基部305并且大致平行于平面xOz。在变型中，如在图3A和图3B中的俯视图中示意性地示出的，侧壁(这里为341、341′，所示出的元件为元件34)是倾斜的并且因此与两个轴线Ox和Oy相交。在平面zOx中，每个所述传热元件呈大致三角形形状，每个三角形具有一个长边和2个短边，所述2个短边优选地具有大致相等的长度，从而该三角形自身是大致等腰的。还优选的是，三条边在其端部处被截顶，如在图2D中所示，或在图4A-4C中所示。在平面zOx中，每个三角形于是严格来说不再呈大致三角形形状，而是呈六边形，该六边形具有彼此交替的3个长边和3个短边。该三角形的高度或边缘307或顶部与基部305之间的距离小于两个壁22、24之间的距离。因而，当该元件以图2A中示出的方式被定位时，元件的顶部307与其基部305之间的最大距离使得能够在该元件与2个壁22、24中的每个壁之间形成间隙27、29。当装置处于“关闭”位置中时(图4C、图6B和图7B)，保留有未被传热元件的一部分填充的区域270、270′、290、290′。这些间隙的大小被确定成使得能够避免传热元件与相邻的第二排的元件之间的任何接触(例如，在图2A中，元件30与34之间、元件32与36之间、等等的所有的接触都被避免)。从传热的观点来看这些区域不会产生问题，因为热量经由相邻的元件之间(30和32之间、32和34之间、34和36之间等等)产生的接触部分来传递。这些区域被布置成交替地朝向每个壁22、24；即使充满气体并由此导致绝热，其传热影响也是可忽略的，因为这些区域经由更为导热的平行通道分流(shuntées)。在图2A中可以看到的是，所述其它元件32、34、36具有与在图2C中示出的相类似的基部325...