CN101971267B - 核燃料组件用的运输容器和运输核燃料组件的运输方法 - Google Patents

Abstract

这一用于未辐射核燃料组件的容器(10)包括至少一核燃料组件的一单一的接纳封套(11)，所述接纳封套(11)由一伸长的管形壳体(12)形成，所述壳体(12)包括一金属内层(22)和一金属外层(30)，金属内层(22)界定了一核燃料组件(2)的至少一单独的接纳腔室(20)，金属外层(30)围绕内层(22)，壳体(12)在其内层(22)和外层(30)之间被填充，以及腔室或每个腔室(20)在壳体(12)的纵向端部的盖(13)。为了运输，悬挂元件布置在所述壳体(12)和所述容器布置其上的表面之间。

Description

核燃料组件用的运输容器和运输核燃料组件的运输方法

技术领域

本发明涉及未辐射的核燃料组件的运输容器。

背景技术

新的(或未辐射的)核燃料组件一般地在一生产地点制造，继而被运送至一核电站。

在运输过程中，核燃料组件应加以保护，以在正常运输条件下保存其完整性，以保证其今后在所要求的安全条件和性能条件下在一核反应堆中的使用，并且在运输过程中如果出现事故时最小化故障的风险，尤其是避免可裂变物质的扩散和接近临界条件。

专利文献FR 2774800描述了核燃料组件的一运输容器，所述运输容器包括一内包装体和一外包装体，该内包装体界定出用于核燃料组件的两个单独的腔室，外包装体由两个半壳体形成，内包装体悬挂在外包装体内。

这一布置的目的在于借助于两个嵌套的包装体和借助在两个包装体之间的悬挂的部件，保护新的核燃料组件免受冲击和震动。

然而，这一容器是特别地占地和笨重的。它只能水平地在地面上存贮，并且其大的占地面积限制了可以存放在一核电站地点的容器的数目。其尺寸规格大，使得操作人员需要进行高空作业，例如将容器装载到一运输平台上。最后，遵照法规，大数量的运输对于保证燃料的发货是必需的。这些特征显著地增加了这一类型容器的运输和运用成本。

发明内容

本发明的目的之一在于提出核燃料组件的运输容器，其允许显著地减少运输成本和改善其运用条件。

为此，本发明提出用于未辐射核燃料组件的一运输容器，其特征在于，所述容器包括接纳至少一核燃料组件用的一单一的接纳封套，所述接纳封套由一伸长的管形壳体形成，所述壳体包括一金属内层和一金属外层，金属内层界定了接纳一核燃料组件的至少一单独的接纳腔室，金属外层围绕内层，在其内层和外层之间壳体被填充，以及设置有在壳体的纵向端部封闭所述腔室的盖。

根据其它实施方式，所述容器包括独立的或根据所有技术上可能组合的一或多个以下特征：

容器包括侧面，侧面界定了该或每个单独的腔室，侧面在腔室的整个长度上基本是光滑的；

选择在该或每个单独的腔室的侧面和用于接纳在腔室内的一组件之间的横向间隙，以使得组件在腔室中的相对运动造成的组件损坏可以被避免；

在该或每个单独的腔室的侧面和用于接纳在腔室内的一组件之间的横向间隙在0.1到5毫米之间，优选地在0.3到3毫米之间，甚至优选地在0.5到1毫米之间；

横向间隙通过添加固定在腔室内表面上的板层来调整；

该或每个腔室具有一四角形截面，其为两对呈V形布置的侧面限定，壳体对于该或每个腔室均包括一支座和一门体以及门体在支座上的固定部件，所述支座包括成对的呈V形布置的侧面的一对，所述门体包括两对呈V形布置的侧面中的另一对，并且门体在支座上的固定部件允许根据为呈V形布置的成对表面的相交线经过的横向方向，调整门体和支座的位置；

壳体包括嗜中子隔离的一中间层，和冲击保护的一中间层；

在冲击保护层上添加一热保护层；

保护层围绕嗜中子的中间隔离层；和

壳体包括一金属分隔中间层，其将嗜中子的中间隔离层和保护层分开。

本发明还涉及至少一核燃料组件的一运输方法，其中，将至少一未辐射核燃料组件布置在如上所述的一容器中，将容器布置在一运输车辆上以使得如果出现容器塌落时仅容器封套本身就可以保证对核燃料组件的保护，以及将容器从第一地点运输到第二地点。

根据一实施方式，将悬挂元件布置在壳体和一置放表面之间。

附图说明

对接下来的参照附图、仅以示例性的方式给出的描述的阅读将更好地理解本发明和其优点，附图中：

图1是一核燃料组件的示意性透视图；

图2是符合本发明的、设置用以运输根据图1的两核燃料组件的一容器的透视图；

图3和4是图2的容器的剖视图，分别地根据平面III-III和IV-IV示出；

图5和6是图2的容器的示意图，示出了容器的两装载模式；

图7和8是与图5和6相似的示意图，示出了容器根据本发明的一实施变型的装载；

图9是根据图2的一容器的一存放装置的示意图；和

图10是运输根据图2的一容器的一车辆的示意性侧视图。

具体实施方式

图1的核燃料组件2是用于使用在压力轻水核反应堆(PWR)中的类型。

组件2根据纵向方向L延伸。其包括一束核燃料棒4、和支撑燃料棒4的一支撑骨架5。组件2在示例中具有一正方形截面。

燃料棒4以充满核燃料芯块的管体形状呈现，并且在其端部由堵塞件封闭。

骨架5通常地包括：布置在组件2纵向端部的两端头件6；导向管(不可见)，其纵向地在端头件6之间延伸；和燃料棒4的保持格栅8。导向管在其端部固定在端头件6上。格栅8固定在导向管上并且分布在端头件6之间。燃料棒4穿过格栅8，格栅8将燃料棒纵向地和横向地保持。

核燃料组件一般地在一制造地点制造，继而被运输到一核电站，燃料棒在被引入到一核反应堆的堆芯(coeur)中之前将在所述核电站被存放起来。

图2示出符合本发明的一容器10，其允许将组件2从一制造地点运输到一核电站。

容器10包括接纳核燃料组件用的一单一的接纳封套11，接纳封套11由一壳体12和两盖13形成。

壳体12是管形的，并且根据一纵向方向E纵向地延伸。该壳体具有一内表面14和一外表面16，所述内表面界定了一内孔洞。

壳体12包括一纵向的隔板18，隔板将壳体12的内孔洞分隔成不同的和分开的两个单独的腔室20。腔室20根据壳体12的纵向方向E平行地在隔板18两侧延伸。

每个腔室20用于接纳如图1的一核燃料组件2，并且具有一对应的截面，这里是一正方形截面。

每个腔室20在需要时可接纳装有燃料棒的一燃料棒箱，燃料棒用于被装配以组成燃料组件或用于使用以修复先前发货的燃料组件。

设置盖13以在壳体12的纵向端部封闭腔室20。

通常地，每个盖13包括金属板层，所述金属板层紧围一能量耗散材料，如软木、泡沫或一蜂窝结构。盖13在容器10轴向塌落的情况下构成能量耗散装置。

作为变型，其具有与壳体12的内部结构相似的内部结构，这在下文中进行了描述。

壳体12的内部结构在图3和4上示出，图3和4是壳体12的横向剖视图。

如在图3上所示，壳体12是层状的并且包括多个叠置的层。

更为确切的说，壳体12自壳体12内部向外部包括：一金属内层22、一中子隔离层24、一金属中间层26、一保护层28和一金属外层30。

中间层24、26和28填充在内层22和外层30之间的壳体12，基本上不留空隙。

内层22限定出腔室20。外层30限定出壳体12的外表层。中间层26将隔离层24和保护层28隔开。

保护层28用于吸收强烈的机械冲击的能量，并且相对于外部将燃料组件2进行热隔离。保护层优选地是坚固的，以增进壳体12的机械强度。其例如由一高密度的泡沫或由软木形成。

隔离层24是一嗜中子层，其用于吸收为接纳在腔室20中的核燃料组件所发射的中子。其优选地是坚固的，以增进壳体12的机械强度。隔离层24例如是一树脂，所述树脂充填有嗜中子的化合物或化学元素例如硼，并且富氢，或者隔离层是吸收中子的金属材料层片，如铪。

在本发明的一变型中，层22、24和26为例如由硼钢或硼铝(大约几个重量百分比的硼)组成的单一的厚金属内层替代。

作为选择，壳体12包括加强元件31，这里加强元件是在内层22和外层30之间，为布置在壳体12的厚度中的纵向梁的形式。加强元件31例如是截面呈“I”的金属型材，其一支脚固定在内层22上，其腹板径向地向外延伸。

可设计其它适合的机械的加强部件。因此，作为变型或作为选择，设置呈平直型材、管体、角钢或波纹板形状下的内加强元件，其每个布置在两金属层之间，例如在金属中间层26和金属外层30之间和/或在金属内层22和金属中间层26之间，并且例如通过焊接与所述层相连在一起。

作为变型或作为选择，壳体12包括外层的加强元件，例如是在从外层向壳体12外部凸出的加强肋的形状。加强肋与外层30构成整体或附加在外层上。

壳体12由多个根据纵向方向E延伸的壳体部分形成。

更为确切的说，壳体12由壳体的第一部分和壳体的第二部分形成，所述第一部分形成呈“T”形截面的一支座32，所述第二部分由呈“L”形截面的两门体34组成。

支座32包括隔板18和两侧翼38，隔板18限定出“T”的支脚，两侧翼38呈对称地在隔板18的两侧延伸，并且限定出“T”的横杆。隔板18由内层22的一部分的一肋形成，所述部分为侧翼38的隔离层24的材料所填充。因此腔室20为一中子隔离层所隔开，这避免了在布置在腔室20中的两核燃料组件2之间引发核反应。

每个门体34固定在隔板18的一端部和一侧翼38的一端部。每个腔室20由支座32的按90°形成V形的两表面40和门体34之一的按90°形成V形的两表面42所限定。支座32的表面40之一是隔板18的一表面，而另一表面是侧翼38的一表面。

表面40和42在腔室20的整个长度上是光滑的。这些表面限定出一截面，所述截面基本上对应图1的用于接纳在腔室20中的组件2的端头件6和格栅8的截面。

在表面40、42和格栅8之间的总侧间隙在0.1毫米到5毫米之间，优选地在0.3毫米到3毫米之间，甚至优选地在0.5毫米到1毫米之间，以避免组件2在腔室20中的相对移动——该相对移动的幅度会损坏接纳在腔室中的组件，同时允许组件2在腔室20中的纵向插入。

容器10没有将组件2横向紧固在腔室20内的横向紧固部件。在组件2和腔室20之间存在的窄隙允许限制在组件2和腔室20之间的相对运动的幅度并且保存组件2的完整性。

此外，由于在支座32和门体34之间的相互配合，可设置使组件2轻微紧固在腔室20内。

为此，如在与图3的平面不同的一平面中示出了一横向剖视图的图4中所示，壳体12包括固定元件，所述固定元件根据基本与一直线平行的一方向通过紧固把每个门体34固定在支座32上，其中所述直线经过门体34的表面42限定的V的顶端和由支座32的表面40限定的V的顶端。固定元件例如包括在图4上示意性示出的螺钉44。可在门体34和支座32之间的接触区域中设置例如橡胶材料的弹性支座。

外层30包括井状体46，其自外表面16延伸到内层22，用以螺钉44通过。井状体46有利地形成在外层30和内层22之间延伸的加强隔条。

可能的是，通过在腔室20的一个或多个侧面40、42上添加适当厚度的调整板块来调整腔室20的大小，以允许不同大小的燃料组件的运输。

作为选择，上盖13包括纵向紧固所述组件的一纵向紧固装置，在上盖13就位和容器10封闭后，且在各种装卸和运输操作中，所述纵向紧固装置用以避免所述组件在腔室20中沿组件2的纵向方向L的各种移动。

如在示出壳体12的端视图的图5上所示，组件2的装载可通过以下方式实施：将支座32布置在地面上，同时使得门体34抽离，将组件2布置在支座32上，继而再闭合上门体34并将门体在支座32上紧固。盖13可根据情形取下或不取下，以进行这种装载。卸载可以同样的方式进行。

容器的占地表面小和体积小便于其运用。当容器10位于水平位置时，这一装载和卸载的变型更可使用于燃料棒箱。

如在示出一透视图的图6上所示，组件2的装载或卸载可通过以下方式实施：将容器10布置在垂直位置，其中支座32靠在一墙壁上或一支架结构上，上盖13已被取下；已知地利用一合适的提升夹具，通过上端头件6握住组件2；并垂直地在腔室20之一中移动组件2。

由于侧面40、42在整个长度上是基本光滑的并且因而没有将组件2钩挂在腔室20内的一隆凸上的风险，这是可能的。这一装载或卸载模式允许大的空间节省和大的时间节省，空间节省是由于其避免将容器10在水平的位置存放，时间节省是由于其避免移除门体35：仅仅需要移除上盖13。

在图7上示出的一变型中，门体34通过纵向轴铰链铰接在支座32的侧翼38上。

通过在图6上示出的方式从上方、或者通过在图8上所示的方式从侧边部装载这一容器是可能的。为此，容器10布置在垂直位置并且上盖13被取下，门体34打开以插入或取出组件2。

当建筑物高度有限时，这一装载模式是更为适合的。为了允许一门体34在容器10的垂直位置的打开，设置使得容器10的下盖13在装载或卸载操作时不与门体34相连。

如在图9上所示，在一核电站中可设置支架类型的一存放装置，其允许垂直地相邻地存放多个容器10，相对于水平位置的存储具有特别大的空间节省并且没有时间上的限制。实际上，通常的容器只允许在水平位置存放，存放的期限是有限的，以避免没有设计成以水平存放的组件的损坏。

容器要在运输过程中保证核燃料组件免受冲击，尤其是事故发生时的冲击的保护。

燃料组件的运输容器应通过国际标准规定的非常严格的合格测试，例如国际原子能机构(AIEA)的放射性物质运输条例，欧洲危险货物国际公路运输协定(ADR)，国际危险货物铁路运输协定(RID)，国际危险货物海运规则(IMDG)。

特别地，容器尤其要经历高度9米坠落的法定测试，一般地经受：第一次坠落测试，容器的纵向方向位于垂直的位置；和第二次坠落测试，容器的纵向方向相对于水平倾斜一确定的值，以引起最大损坏，这一倾斜值例如大约15°以获得鞭梢效应；和在为1.5米的一高度坠落到一冲头上的法定测试，在这些过程中内层22不应打开。

由壳体12和盖13形成的接纳封套11仅本身就适于未辐射核燃料组件的运输。换句话说，其仅靠本身就适于在运输过程中、并且特别地在法定的坠落测试过程中保证对其容纳的核燃料组件的保护。

实际上，壳体12的多层结构赋予了其大的抗冲击的机械强度。壳体12的机械强度另外通过下面的尺寸被确定：

形成金属层22、26、30的金属板的厚度；

隔离层24的材料和厚度；

保护层28的材料和厚度；

加强元件31的材料、形状、尺寸、数目和位置。

本领域技术人员可在要运输的燃料组件的特征的基础上容易地确定不同层的厚度和属性。

隔离层24的属性和厚度例如取决于容纳在燃料棒4中的可裂变物质的铀235的浓缩度。临界研究允许容易地确定最合适的材料和需要的厚度：从百分之几毫米到十分之几毫米厚度的一铪层片、或者数个毫米厚度(例如1.5毫米到4毫米)的、具有数个百分比的硼的一硼钢板或硼铝板，其与数个厘米的减速剂材料相连，所述减速剂材料例如是聚乙烯，其等同于充填有数个百分比硼的数个厘米(50到75毫米)的树脂。

形成金属层的金属板22、26和30的厚度与加强元件31的材料、形状、尺寸、数目和位置，例如借助于材料强度的计算确定，以避免运输的容器和组件的各种变形，并且保证成功通过法定测试所必需的机械强度。

作为示例，形成金属层22、26、30的金属板的厚度和可能的以叠合板的形式设置的加强元件31的厚度将有利地在1到6毫米之间。“I”梁形式的加强元件31可以例如是根据欧洲标准19-57在80-140的系列中的。

布置在外部的保护层28防护冲击，并且在冲击时避免隔离层24受到影响和损坏性地发生变形。其厚度有利地在30毫米到150毫米之间。

隔离层24吸收由可裂变物质发射的中子，并且避免其扩散到容器10外。

所有层均尽量靠近接纳在腔室20中的组件2地集组，而在这些层之间没有间隙。这允许通过减少材料量来限制容器10的体积和重量，允许增加壳体12抗机械冲击的强度，并且在容器10塌落的情形下限制扩散的能量。

在正常运输条件(容器完整)下、但也在运输的意外事故条件(根据前述法定测试的一次坠落之后的损坏的容器)下发生火灾的情形中，容器还应保证对核燃料组件的保护。

容器尤其经历一法定的耐火测试，在耐火测试过程中，容器需要在烃类火灾引起的850℃的温度中承受30分钟。

壳体12和盖13本身适于在火灾情形中保证对核燃料组件的保护。

壳体12的层状结构保证有效隔热，以避免可损坏组件和其部件的温度升高。

保护层28被设计成还形成防止热量从壳体12外向壳体内扩散的一密封屏。

在一变型中，在金属层26和30之间添加一特定的隔热层。

因此，壳体12和盖13本身适于保证在不同的法定测试中——在合格进行未辐射核燃料组件的公路、铁路、海运或空中运输前容器要经受的测试——保护未辐射核燃料组件。不需要设置一外包装体。

容器10是特别地紧凑和轻巧的。因此其操作便利，因而运输也便利。更大数量的容器10可布置在同一运输工具上，如卡车，火车皮，或者海运或空运集装箱。因此降低了运输和运用成本。

中子吸收剂的数量和其尽可能靠近燃料组件的存在，也允许避免在多个一起装载的、运输的或存放的容器10之间发生核反应的各种引发风险，而没有对数目的限制。

如在图2上所示，容器10包括用于其操作、装卸和运输的固定元件。

容器10包括两管形的支脚52，支脚横向地经过容器10的外表面16的第一表面16A固定在一加强元件31上。设计支脚52以允许安装的固定元件在相关的运输平台(卡车、火车车皮、海运或空运集装箱)上或在容器上或在布置在容器10下方的中间结构上的嵌接和锁固。

容器10包括固定元件54，所述固定元件54通过容器的外表面16的第二表面16B固定在一加强元件31上，第二表面与第一表面相对。这些固定元件54用于固定在堆置在容器10或一中间结构上的另一容器的支脚上。

容器10在第二表面16B上包括接纳管型件56，用于接纳叉车的叉体，以允许容器的提升并将容器放置在一卡车或一火车皮上。布置这些管型件56以接纳一装卸工具的固定元件，并且也允许通过一合适的提升机构(行车，吊车)进行容器的搬运和运输平台的垂直装载/卸载。

如在图10上所示，根据一运输方法，在容器10中布置至少一未辐射的核燃料组件2，将容器10布置在一车辆58上，尤其是一公路运输车辆，如果必要，通过使用联合运输工具(公路、铁路、海运和/或空中运输)将容器10从第一地点(例如一制造地点)运输到第二地点(例如一核电站)。

将容器10布置在车辆58上，以使得壳体12本身保证在如果容器塌落时对组件2的保护。因此，不再布置围绕壳体12的封闭的附加包装体或外包装体。

壳体12的多层的结构赋予了容器10的耐冲击强度，并且这种耐冲击强度通过保护层28加以改进，并且其隔离层24赋予其的中子隔离，允许其在无外包装体的条件下进行运输。

此外，应当使得组件预防可能会损坏在保持格栅8中的燃料棒4的支座或可能引起燃料芯块柱的轴向移动并且妨碍或损害该组件之后在一核反应堆中的使用的震动。

核燃料组件的完整性可有效地通过根据本发明的一容器10进行保护，所述容器包括一内层22，所述内层22刚性地与一外层30相连，而没有悬挂机构，并且在其中，仅仅由于在组件和界定腔室20的表面40、42之间的窄隙，每个组件2保持在对应的一腔室20中。

可在车辆58的运输平台62和容器10之间设置悬置机构60，以过滤为运输引起的震动。悬置机构60例如是简单的弹性块体。

当容器堆置在运输平台62上时，也可在容器10和涉及另一容器或位于容器10下方的一中间结构的整个置放面之间设置悬置机构。

Claims (13)

1.未辐射核燃料组件的运输容器(10)，其特征在于，所述运输容器包括用于接纳至少一核燃料组件的一单一的接纳封套(11)，所述接纳封套(11)由一伸长的管形的壳体(12)形成，所述壳体(12)包括一金属的内层(22)和一金属的外层(30)，所述金属的内层(22)界定出用于接纳一核燃料组件(2)的至少一单独的腔室(20)，所述金属的外层(30)围绕所述金属的内层(22)，所述金属的内层(22)刚性地连接到所述金属的外层(30)，所述壳体(12)在其金属的内层(22)和金属的外层(30)之间被填充，并且所述接纳封套具有在所述壳体(12)的纵向端部封闭所述单独的腔室(20)的盖(13)，并且所述未辐射核燃料组件仅仅由于在核燃料组件(2)和单独的腔室(20)的侧面之间的横向间隙而保持在所述单独的腔室中；所述单独的腔室(20)具有四角形截面，所述四角形截面为两对呈V形布置的侧面限定，所述壳体(12)对于所述单独的腔室(20)包括：支座(32)，其带有所述两对呈V形布置的侧面中的一对；门体(34)，其带有所述两对呈V形布置的侧面中的另一对；和第一固定部件以及第二固定部件，第一固定部件以及第二固定部件把每个门体(34)固定在所述支座(32)上，从而允许在经过所述两对呈V形布置的侧面的相交线的横向方向上调整所述门体(34)和所述支座(32)的位置，腔室包括的固定部件在与一直线平行的方向上通过紧固把每个门体固定在支座上，该直线经过门体的表面限定的V的顶端和由支座的表面限定的V的顶端。

2.根据权利要求1所述的运输容器(10)，其特征在于，所述壳体(12)包括侧面(40、42)，所述侧面界定出所述单独的腔室(20)，所述侧面在所述单独的腔室(20)的整个长度上是基本光滑的。

3.根据权利要求1所述的运输容器(10)，其特征在于，所述单独的腔室(20)的侧面和用于接纳在所述单独的腔室内的一核燃料组件(2)之间的横向间隙被选择成：避免通过所述核燃料组件在所述单独的腔室(20)中的相对运动损坏所述核燃料组件(2)。

4.根据权利要求1所述的运输容器(10)，其特征在于，在所述单独的腔室(20)的侧面和用于接纳在所述单独的腔室(20)内的一核燃料组件(2)之间的横向间隙在0.1毫米到5毫米之间。

5.根据权利要求1所述的运输容器(10)，其特征在于，在所述单独的腔室(20)的侧面和用于接纳在所述单独的腔室(20)内的一核燃料组件(2)之间的横向间隙在0.3毫米到3毫米之间。

6.根据权利要求1所述的运输容器(10)，其特征在于，在所述单独的腔室(20)的侧面和用于接纳在所述单独的腔室(20)内的一核燃料组件(2)之间的横向间隙在0.5毫米到1毫米之间。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的运输容器(10)，其特征在于，所述横向间隙通过添加固定在所述单独的腔室(20)的内表面(14)上的板层来调整。

8.根据权利要求1所述的运输容器(10)，其特征在于，所述壳体(12)包括嗜中子的中间隔离层(24)和抵抗冲击的中间保护层(28)。

9.根据权利要求8所述的运输容器(10)，其特征在于，一热保护层被添加在所述抵抗冲击的中间保护层上。

10.根据权利要求8所述的运输容器(10)，其特征在于，所述抵抗冲击的中间保护层(28)围绕所述嗜中子的中间隔离层(24)。

11.根据权利要求8所述的运输容器(10)，其特征在于，所述壳体(12)包括金属的分隔中间层(26)，所述分隔中间层(26)将所述嗜中子的中间隔离层(24)和所述抵抗冲击的中间保护层(28)分开。

12.至少一核燃料组件的运输方法，其中，将至少一未辐射的核燃料组件(2)布置在根据前述权利要求1至11中任一项所述的运输容器(10)中；将所述运输容器(10)布置在运输车辆上，以使得在运输容器(10)塌落情况下，所述运输容器(10)的接纳封套(11)仅本身保证对所述核燃料组件的保护；并且，从第一地点将所述运输容器(10)运输到第二地点。

13.根据权利要求12所述的运输方法，其特征在于，在所述壳体(12)和一置放面之间布置悬置元件。