CN1208495A - 压水反应堆燃料组件密封筐 - Google Patents
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Abstract
一种屏蔽容器所用的筐(10),用于运输、储存以及盛放压水核燃料组件(66),包括一整套内部套管系列(22),具有多个均匀排列并固定在一个筒形壳体(12)内的套管。这些独立的套管(22)中每个套管的尺寸大小恰好可以固定和盛放一个燃料组件(66)。内部套管系列(22)包括一组置于筐中央的单套管、一组在筐的每个角上包括一个单套管的角套管,以及一组双套管。一个内部支架结构(38、40)置于筐(10)中,包括一个十字形中心支架(40)和四个角形角支架(38)。用于吸收中子的中子吸收材料固定在这管套管(22)中每个套管的内壁上,以便使筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下。在筐中固定着一个支架,用于使这些独立的套管定位并固定不动。在筒形壳体上固定着一块底板(52),为这些独立的套管(22),提供竖直方向的支承,并且在筒形壳体上还固定着一屏蔽装置,以为筒形壳体提供屏蔽,上面包括入口,以便可选择地进入管中。在屏蔽装置和筒形壳体上固定着一个顶盖(56);顶盖件上包括入口,以便可选择地进入筐中。一层耐热放射性涂层(68)涂在筒形外壳上,以便对筐起保护作用并便于清洗筒形壳体的外表面。
Description
本发明涉及储存和运输用过的核废料所用的运载筐和运载屏蔽容器，特别是涉及运输、储存以及处理压水反应堆(PWR)电站废弃燃料和其它废料所用的多功能筐和多功能屏蔽容器。
已经提出并实现了运输、储存以及处理核废料所用的各种筐和屏蔽容器。然而上述的各种筐和屏蔽容器都因耐用性、成本以及故障等原因受限而不能达到严格的管理标准。本发明提供了一种多功能筐，它是通常所用的包括一个燃料筐的屏蔽容器的一个单独组成部分而并非与其合为一体，从而克服了以上所有此类缺点。
核反应堆的运行通过起爆，维持并控制裂变链式反应而进行。这些反应在置于反应堆堆芯内的裂变材料，如铀235中进行。在商用型反应堆中，核燃料通常大都制成燃料组件的形式，其长度约为12-15英尺，截面为正方形。在将核燃料装入核反应堆或从核反应堆中取出时，一次装入或取出一个组件。
从核行核反应堆进行裂变链式反应开始，燃料组件中的核燃料逐渐贫化，裂变产物沾污物渐渐积累，直到再也不能维持运行核反应堆所需的链式反应的进行为止。这时，将燃料组件从核反应堆中取出，然后换上新燃料组件。贫化的燃料组件或令燃料组件尽管不能维持反应堆中裂变链式反应的进行，但仍然具有很强的放射能力并可产生大量的热。通常在乏燃料组件从反应堆中取出后，将其放入一个称做乏燃料池的水池中储存一段时间，直到温度水平和放射能力下降足够程度，从而可以安全地将其取出以其它方式储存、或者运至对废料进行再处理的设施为止。
在乏燃料组件充分冷却从而可以运输之后，可进行以下几项可能的工作中的某一项工作。可将燃料组件封装起来移至反应堆场地的其它地方临时存放一段时间，或者封装以后运到一个偏远的地方，有时离反应堆处远隔千里，从而进行再处理、储存或者处理。
一种类型的核电站使用两套相互之间完全独立的隔离的***发电。主***使水循环通过反应堆堆芯和一个热交换器，其中热交换器用来向副***传热。主***中的水保持高压，从而使水达到高温而不会沸腾。径向副***的热量用于产生蒸气，驱动涡轮发电机发电。这种类型的电站称做压水反应堆(PWR)电站。压水反应堆所用的燃料组件的特征参数，如尺寸和组成，与其它类型核反应堆的燃料组件相比自成一家。
尽管目前已经提出和开发出多种储存或运输核燃料所用的筐和容器，然而它们都有明显的缺陷。例如，Wells等人的美国专利USPatentNo.4,827,139中公开了一种筒形屏蔽容器，其中装有由多个独立的管筒组成的燃料筐。该筐与屏蔽容器合为一体，也就是说该筐不是一个独立的组件，它不是单独进行密封的，而且当燃料装入其中后不能将筐从屏蔽容器中取出来。举例说，Wells等人的筐能够容纳31个未命名类型的燃料组件，而本发明的筐可容纳24个压水反应堆燃料组件。而且，本发明包括一种多功能筐，它是一个独立的部件，而非与屏蔽容器合为一体。当燃料组件已装入本发明的筐中以后，将筐密封，然后可以放入各种屏蔽容器中或从各种屏蔽容器中取出，如储存容器、运输容器或转移容器，从而使筐可用于各种各样的用途。
尽管所设计和制成的其它的筐是屏蔽容器的一个独立的、可拆卸的组成部分，然而它们都与本发明有显著不同。它们所用的是不同的筐结构；而非此处所公开的套管和内部支架结构，而且它们只限于容纳更少的燃料组件。
本发明包括一种多功能密封燃料筐，可安全存放PWR水反应堆型燃料组件。本发明的可用于各种用途，包括：
1．将盛放的燃料组件存储在储存容器中，以便在反应堆处或远方地区进行储存。
2．在运输容器中将盛放的燃料组件经公用或私人运输路线从一处运往他处。
3．转移装置，在转移容器中将盛放的燃料组件在乏燃料池、储存容器以及运输容器间进行转移。
4．用于处理废核燃料的处理装置，用于为处理废核燃料所建的设施中。
本发明的筐提供了一种装置，符合为确保核燃料组件在运输和储存过程中的安全而由管理部门所建立的一系列非常严格的标准。该筐经过特别设计和制造，以确保链式反应保持低于临界极限，从而不会释放有害的放射性物质。筐的结构可确保这些条件即使在非常情况下，如故障、地质应力、压力等情况下，也能够保持。
因此，本发明的主要目的是提供一种盛放核反应堆中核废料的筐，而且特别耐用，有弹性，易于使用、储存、运输和盛放，并且适用于各种储存容器、运输容器、转移容器以及所盛放的燃料组件。
本发明的其它目的和优点将在以下描述中进行说明，部分通过说明将变得很清楚，或者通过本发明的实施中了解到。本发明的目的和优点可利用所附权利要求中特别指出的工具及其组合来实现如获得。
为了实现上述目的，并且根据本文中所体现并广泛描述的本发明的目的，提供了一种用于运输、储存以及盛放核燃料组件的筐，包括：一整套内部套管***，包括多个均匀排列并固定在一个筒形壳体内的独立套管。这些独立的套管中每个套管的尺寸大小恰好可以固定和盛放一个燃料组件。内部套管系列优选地包括一组置于筐中央的单套管、一组在管的每个角上包括一个单套管的角套管、以及一组双套管。还有一个内部支架结构，包括一个十字形中心支架和四个角形角支架。中子吸收材料薄板优选地置于这些套管中每个套管的内壁上以便使筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下。利用多个固定夹来将中子吸收材料紧固在筐内，并利用一个支架来实现这些独立套管的定位和固定。在筒形壳体上紧固着一块底板，为这些独立的套管提供竖直方向的支承，而且在筒形壳体上还紧固着一个屏蔽顶盖，顶盖上面包括入口，以便可选择地进入筐中。在屏蔽顶盖和筒形壳体上还固定着一个顶盖件，上面包括入口，以便可选择地进入筐中。在筒形壳体上优选地涂上一层耐热防放射性涂层，以便对筐起保护作用并可方便地清洗筒形壳体的外表面。
根据本发明，还提供了一种屏蔽容器所用的用于运输、储存以及盛放压水核燃料组件的筐，包括一整套内部套管系列，内部套管系列包括多个均匀排列并固定在一个筒形壳体内的套管。这些独立的套管中每个套管的尺寸大小恰好可以固定和盛放一个燃料组件。内部套管系列包括一组置于筐中央的单套管、一组在筐的每个角上包括一个单套管的角套管、以及一组双套管。在筐中设置有一个内部支架结构，包括一个十字形中心支架和四个角形角支架。用于吸收中子的中子吸收材料置于这些套管中每个套管的内壁上，以便使筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下。在筐中固定着一个支架，用于使这些独立的套管定位并固定不动。在筒形壳体上紧固着一块底板，为这些独立的套管提供竖直方向的支承，并且在筒形壳体上还紧固着一屏蔽装置，以为筒形壳体提供屏蔽，其上包括入口，以便可选择地进入筐中。在屏蔽装置和筒形壳体上还固定着一个顶盖，以便作为顶盖件使用；顶盖件上包括入口，以便可选择地进入筐中，在筒形外壳上优选地涂上一层耐热防放射性涂层，以便对筐起保护作用并可方便地清洗筒形壳体的外表面。
附图包括在本说明书中并构成说明书的一部分，它图示说明了本发明的一个优选实施方案，并且与上面给出的一般描述以及下面给出的对优选实施方案的详细描述一起，共同来说明本发明的原理。
图1是本发明的压水核反应堆装置密封筐的等轴图；
图2是本发明的该密封筐的剖面图；
图3是本发明的中央套管件的剖面图；
图4是本发明的角套管的剖面图；
图5是本发明的双套管的剖面图；
图6是本发明的屏蔽顶盖和结构顶盖与壳体断面的剖面图。
现在将详细参照如附图所示本发明的本优选实施方案。
根据本发明，提供了一种用于运输、储存以及盛放核燃料组件的筐，包括：一整套内部套管系列，包括多个均匀排列并固定在一个筒形壳体内的独立套管。这些独立的套管中每个套管的尺寸大小恰好可以固定和盛放一个燃料组件。内部套管系列优选地包括一组置于筐中央的单套管、一组在筐的每个角上包括一个单套管的角套管、以及一组双套管。还有一个内部支架结构，包括一个十字形中心支架和四个角形角支架。中子吸收材料薄板优选地置于这些套管中每个套管的内壁上，以便使筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下。利用多个固定夹来将中子吸收材料紧固在筐内，并利用一个支架来实现这些独立的套管的定位和固定。在筒形壳体上紧固着一块底板，为这些独立的套管提供竖直方向的支承，并且在筒形壳体上还紧固着一个屏蔽顶盖，顶盖上包括入口，以便可选择地进入筐中。在屏蔽顶盖和筒形壳体上还固定着一个顶盖件，上面包括入口，以便可选择地进入筐中。在筒形壳体上优选地涂上一层耐热防放射性涂层，以便对筐起保护作用并可方便地清洗筒形壳体的外表面。
根据本发明，还提供了一种屏蔽容器所用的用于运输、储存以及盛放压水核燃料组件的筐，包括一整套内部套管系列，内部套管系列包括多个均匀排列并固定在一个筒形壳体内的套管。这些独立的套管中每个套管的尺寸大小恰好可以固定和盛放一个燃料组件。内部套管系列包括一组置于筐中央的单套管、一组在筐的每个角上包括一个单套管的角套管、以及一组双套管。一个内部支架结构设置于筐中，包括一个十字形中心支架和四个角形角支架。用于吸收中子的中子吸收材料固定在这些套管中每个套管的内壁上，以便使筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下。在筐中固定着一个支架，用于使这些独立的套管定位并固定不动。在筒形壳体上固定着一块底板，为这些独立的套管提供竖直方向的支承，并且在筒形壳体上还紧固着一屏蔽装置，以为筒形壳体提供屏蔽，其上包括入口，以便可选择地进入筐中。在屏蔽装置和筒形壳体上。还固定着一个顶盖件。顶盖件上包括入口，以便可以进入筐中。在筒形外壳上涂有一层耐热防放射性涂层，以便对筐起保护作用并可方便地清洗筒形壳体的外表面。
在图1中，所示为本发明一个优选实施方案的多功能密封压水反应堆(PWR)燃料筐10，用于夹持并紧固燃料组件66，其壳体12包括顶端14、底端16、上面涂有耐热防放射性涂层68的外壁18、以及内壁20。壳体12优选为筒形结构，但如果需要也可采用其它几何结构如环形、方形、矩形等。筐10优选地由耐用有弹性、抗腐蚀材料如铜或合金钢构成，一般在本领域内普遍使用的运输容器、储存容器或运载容器中运送。如图1所示，筐10包括一整套独立的套管系列22，套管22带有内壁25，包括多个独立的套管24，每个套管的尺寸大小恰好可以固定并盛放一个燃料组件。套管24的结构优选为正方形横截面，并且优选均匀地置于壳体12中并固定住。
本发明提供了一种独立的多功能燃料筐10，其结构尺寸优选地定为可以盛放24个压水反应堆燃料组件。套管系列22的结构支架优选地由内部支架结构26提供，内部支架结构26的作用是为套管系列22提供支承和定位，并由耐用的弹性材料，如钢或合金钢构成，优选地，套管系列及支架结构的排列方式将筐的内部空间分成四个四分之一圆28，每个四分之一圆中包括六根套管。每个四分之一圆28优选地包括中心套管30及角套管32分别如图3、图4中所示。每个四分之一圆中的中心套管30及角套管32优选均为独立的单套管，紧靠着相邻的套管24、支架结构26以及壳体内壁20。在每个四分之一圆28中，还安放并固定着两组双套管34，如图4所示，同样靠着相邻的套管24、支架结构26以及壳体内壁20，然而在本优选实施方案中，都并未与它们直接相连。在每个四分之一圆28中，固定安放着一根角套管33角套管32的尺寸和横截面积优选地比中心套管30或双套管34大，以便可用于盛放扭曲、破损或损坏的燃料组件。
参见图1和图2，内部支架结构26优选地包括一个十字形的中心支架36和四个角形的角支架38，每个四分之一圆28中有一个角支架。中心支架36优选地包括焊在一起构成一个十字架的多个矩形管40。中心十字支架36优选地沿筐10的长度方向层层相叠，从而顺次为邻近的套管提供支承。十字支架36优选地由角形定位板42固定在筐10内，定位板42在每个十字支架36的端部附近与壳体12的内壁20焊在一起，优选地，定位板42与套管和十字支架36都没有连在一起，但定位板42安放其中以便只允许邻近的套管和十字支架的端部做有限的移动。
角形角支架38优选地由多个焊在一起形成九十度角的矩形管44构成。角支架38的两端优选地焊接到筒形壳体12的内壁20上。角支架38优选地沿筐10的长度方向均匀相隔，从而为邻近的套管提供支承。
现在参照图5，焊接到双套管34上的管46使中心套管30与相邻双套管34之间沿套管长度方向隔开，优选地位于其角落附近。构成中心十字支架36的管40同样，使筐10中的其它相邻套管之间隔开。相邻套管之间形成的间隙52内可以装满水，从而形成通量阱。中子吸收材料薄板48贴在筐内所有的套管22、24、30、32和34的内壁25上。中子吸收材料优选地包括一种碳化硼和铝的基体，然而也可以使用其它化合物来达到这种用途，而且在本领域内是众所周知的。中子吸收材料薄板48优选地由固定夹50固定在筐10中，而固定夹50优选地焊接到套管壁上。通量阱和中子吸收薄板48两者的作用都是使管内的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下。
在图1中示出了底板52，底板52优选地焊接到筒形壳体12上，为套管24提供竖直方向的支承。底板52优选地由耐用、有弹性的、耐腐蚀的材料，如铜、合金钢等构成，可通过焊接或其他机械连接方法固定到筒形壳体12上。
现在参照图1和图6，示出了屏蔽顶盖54和结构顶盖56安装到筐10上。屏蔽顶盖54提供屏蔽作用，防止套管24中盛放的燃料组件中放出放射性物质、屏蔽顶盖54优选地由多个钢盘58构成，钢盘58焊在一起并且中间优选地夹有一层中子吸收材料薄片。结构顶盖56优选为一块厚钢盘，其作用是用于连接吊环，吊环用于在筐10装载后将筐10抬起。屏蔽顶盖54和结构顶盖56两者都优选地焊接到筒形壳体12上，并且都有入口，优选为透口62，如图6所示，以便在完成屏蔽顶盖54及结构顶盖56的安装以后对筐10进行抽水。真空干燥以及回填氮气。透口62可为眼或孔，并且一旦完成氦气的回填工作之后优选地利用多道焊缝进行密封。屏蔽顶盖54在安装过程中优选地利用一个屏蔽顶盖环64来支承。
在使用过程中，筐10用途广泛、性能可靠，而且可以盛放许多个压水反应堆燃料组件，优选为24个，并且符合美国和国外管理部门为确保燃料组件储存和运输过程中的安全而建立的严格要求。当装在屏蔽容器中时，筐10的设计使其可以承受各种各样的危险环境，包括地震、洪水、***以及其它各种事故，如垂直跌落到坚硬的表面上等等。筐的壳体、顶盖和支承结构可以使得，在此类危险条件和事故中，施加在所盛放的燃料组件48上的力保持在能够使筐损坏的水平之下。筒形壳体12及所焊接的底板52、顶盖54和56可在震动、事故或其它受力状态下为套管24、30、32和34提供坚固的支承，从而可以防止发生扭曲，并可使套管的受力水平维持在可以接受的限度之内。筐10可能要承受筐内各处的温度变化或温度梯度。筐10独特的结构及其内部支架为筐的各个组件提供了承受各种施加于筐上的力的作用的能力，例如跌落所引起的力的作用，而不会对筐施加约束，因而不会使温度梯度在筐的组件中产生附加应力。
筐10的结构可使所盛放的燃料组件66产生的热量能够充分散发。筐10将燃料组件区域的温度维持在组件能够发生长期裂解的水平之下。筐10可使筐内的裂变反应保持在显著低于维持裂变反应所需的临界水平之下的某个值上。这通过利用实际可行的置于筐10中相邻套管间的中子吸收材料48来实现。筐10经过特别设计和特别制造，以便将在筐中装入燃料组件并且筐置入运输容器、运载容器或储存容器中时，对电站工人和公共环境的辐射降至最低。
从以上所述中可以清楚地看出，所提供的筐10可由各种用于制造筐的各个部件的材料构成，而不会危及或者限制筐符合使用管理标准的能力。例如，筒形壳体12可由碳钢、不锈钢或其它金属合金制成。例如，套管24可由碳钢、不锈钢或其它金属合金制成。
对于本领域的技术人员来说，随时可以发现其它优点和改进方法。因此，从更广泛的方面上来说，本发明不限于所示和所述的具体细节、典型装置及示范性实施例。相应地，可以对这些细节进行改变而不偏离申请人一般发明概念上的思想或范围。
Claims (14)
1．一种用于运输、储存以及盛放核燃料组件的筐，包括：
一整套内部套管系列，包括多个均匀排列并固定在一个筒形壳体内的独立套管；所述这些独立套管中每个套管的尺寸大小恰好可以固定和盛放一个燃料组件；所述内部套管系列包括一组置于所述筐中央的单套管、一组在该筐的每个角上包括一个单套管的角套管，以及一组双套管；
一个内部支架结构，包括一个十字形中心支架和四个角形角支架；
中子吸收材料薄板，置于所述这些套管中每个套管的内壁上，以便使所述筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下；
多个固定夹，用于固定筐内的中子吸收材料；
一个支架，用于实现所述这些独立的套管的定位和固定；
一块底板，紧固到所述筒形壳体上，为这些独立的套管提供竖直方向的支承；
一个屏蔽顶盖，紧固在筒形壳体上，包括入口，以便可选择地进入筐中；
一个顶盖，固定在屏蔽顶盖和筒形壳体上；所述顶盖上包括入口，以便可以进入筐中；以及
一层耐热防放射性涂层，涂在筒形壳体上，以便对筐起保护作用并可便于清洗该筒形壳体的外表面。
2．权利要求1的筐，其特征在于所述这些独立套管中每个套管为正方形横截面结构。
3．权利要求1的筐，其特征在于所述燃料组件为压水反应堆燃料组件。
4．权利要求1的筐，其特征在于该组置于该筐中央的单套管包括一组四个套管。
5．权利要求1的筐，其特征在于该组角套管包括一组相互分离的四个套管。
6．权利要求1的筐，其特征在于该组双套管包括一组八对相互分离并且两个套管构成一对的套管。
7．权利要求1的筐，其特征在于所述支架包括两个独立的钢盘组。
8．一种屏蔽容器所用的筐，用于运输、储存以及盛放压水核燃料组件，包括：
一整套内部套管系列，包括多个均匀排列并固定在一个筒形壳体内的套管；所述多个独立的套管的尺寸恰好可以固定和盛放一个燃料组件；所述内部套管系列包括一组置于所述筐中央的单套管、一组在该筐的每个角上包括一个单套管的角套管、以及一组双套管；
一个内部支架结构，包括一个十字形中心支架和四个角形角支架；
中子吸收装置，用于吸收中子，固定在该多个套管中每个套管的内壁上，以便使该筐中的裂变反应保持在低于维持裂变反应所需的临界水平之下；
支架装置，用于使该多个独立的套管定位并固定不动；
一块底板，固定在所述筒形壳体上，为这些独立的套管提供竖直方向的支承；
屏蔽装置为该筒形壳体提供屏蔽，固定在筒形壳体上，上面包括入口，以便可选择地进入筐中；
顶盖装置，固定在所述屏蔽装置及筒形壳体上；所述顶盖装置上包括入口，以便可选择地进入筐中；以及
一层耐热防放射性涂层，涂在筒形外壳上，以便对筐起保护作用，并便于清洗该筒形壳体的外表面。
9．权利要求8的筐，其特征在于该多个独立的套管均为正方形横截面结构。
10．权利要求8的筐，其特征在于所述燃料组件为压水反应堆燃料组件。
11．权利要求8的筐，其特征在于该组置于该筐中央的单套管包括一组四个套管。
12．权利要求8的筐，其特征在于该组角套管包括一组相互分离的四个套管。
13．权利要求8的筐，其特征在于该组双套管包括一组八对相互分离并且两个套管构成一对的套管。
14．权利要求8的筐，其特征在于支架包括两个独立的钢盘组。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CI01 | Correction of invention patent gazette |
Correction item: Agency Correct: China Patent Agent (H.K.) Ltd. False: Yongxin Patent and Trademark Agency Co., Ltd. Number: 7 Volume: 15 |
|
| ERR | Gazette correction |
Free format text: CORRECT: AGENCY; FROM: YONGXIN PATENT AND TRADEMARK AGENT LTD. TO: CHINA PATENT AGENT(XIANG GANG)LTD. |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |