CN102084433B - 用于核燃料组件的存储架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核燃料组件的存储架(1)，包括用以形成多个相邻单元格(4)的刚性结构(2)，并且包括在每一单元格中用以形成适合容纳核燃料组件的空腔(18)的套筒(16)，该套筒在与轴向正交的横截面中大体上呈多边形，其边使用由中子吸收材料制成的板(30)生产；根据本发明，该套筒还包括：-拐角(22)，每一拐角形成一弯角，拐角设置在所述总体上呈多边横截面的至少几个角部上，这些拐角作为由中子吸收材料制成的板的安装支架；以及-维护部件(36)，该维护部件设置在拐角之间。

Description

用于核燃料组件的存储架

技术领域

本发明通常涉及存储架领域，该存储架用于新的核燃料组件或以前在核反应堆中用过的核燃料组件。 

本发明适用于各种类型核燃料组件的存储，特别适用于那些为压水反应堆(PWR)设计的核燃料。 

背景技术

当核燃料组件必须存储时，它们通常放置在存储架上，存储架浸没在水池中。这些存储架通常具有用以形成多个空腔或单元格的刚性结构或“骨架”，当该存储架浸没在水中时，这些空腔或单元格彼此平行并且处于垂直方向。至少这些单元格中的一些容纳用以形成空腔的套筒，该套筒用以容纳核燃料组件。为了尽可能多得减小单元格之间的距离并且因此增加存储架的存储容量，当在存储架中装载核燃料组件，为了保证核燃料的次危急程度，套筒具有中子吸收能力，如文件FR2759484所描述。为了做到这点，使用由所谓的中子吸收材料例如包含硼的不锈钢制成的板。此外，设置在刚性结构的单元格以及与其相关联的套筒之间的除水刮刀与中子吸收材料一起使得避免任何危急风险成为可能。 

传统上，单元格、套筒以及核燃料组件在截面上具有相同的大体形状，通常是正方形，但一般来说是多边形。 

在文件FR2759484中，套筒的设计相对简单，但如果考虑到燃料组件与由中子吸收材料制成的板直接接触，套筒容易产生问题。在空腔中装、卸组件的操作中，这种设置位置会导致中子吸收板损坏的重大风险。 

进一步地，中子吸收板的边缘必须呈锯齿状以便在原位置保证对其进行维修。涉及具有直边的板，需要额外的制造这些锯齿，并不一定能完全满足 经济标准制造和检测操作。 

在文件EP0175140A1中，套筒也插入到单元格中。然而，在那文件中提出的概念具有这样的缺陷：所使用的中子吸收材料要求板片间封闭，这样使套筒的生产复杂化。 

在文件JP05040195A(东芝株式会社)，套筒由具有网状小孔的导管形成，中子吸收板设置在网状小孔部分中。形成导管的壁的厚度必须至少等于中子吸收板的厚度，这并不一定要最大化其厚度并且因此符合质量标准。进一步地，导管使用昂贵的制造工艺制作以便在网状小孔部分容纳中子吸收板。最后，中子吸收板通过长度至少为板的厚度几倍的间断点来保持导管的拐角在原位置，通过促进中子在相邻的燃料组件间的相互作用，从危急程度方面，这不利于导管的性能。 

发明内容

因此，本发明致力于至少部分解决上述提到的、与现有技术的实施例相关的缺陷。更具体地是，本发明致力于提供一种用于核燃料的存储架，该存储架同时提供高机械强度，减轻整体重量以及能保证简单生产和组装的设计结构。 

为了做到这点，本发明涉及一种用于核燃料的存储架，包括形成多个相邻单元格的刚性结构，该单元格在与架的轴向平行方向上延伸，所述架还包括，在至少一些所述单元格中，优选地，在每一单元格中，具有形成空腔的套筒，该空腔在与所述轴向平行的方向上延伸，并且适用于容纳核燃料组件，在与所述轴向正交的横截面上，所述套筒总体上呈多边形，其至少一些边，并且优选的所有边，由中子吸收材料制成的板部件提供。根据本发明，所述套筒还包括： 

-拐角，每一拐角形成一弯角，拐角彼此间隔分开并且在与所述轴向平行的方向上延伸，并且设置在所述大体呈多边形的截面的至少几个角部上，所述拐角作为用于所述中子吸收板的安装支架，并且拐角的内表面形成所述空腔，这能够在所述空腔装载核燃料组件时，控制核燃料，并且拐角的外表面与所述内表面相对，并且所述中子吸收板支撑在内表面上；以及 

-维护部件，设置在两个拐角之间，所述维护部件保证该套筒在架的单元格的中心位置，并且设置多个围绕所述拐角的维护部件，并且维护部件在轴向上彼此间隔分开。 

因此，特别的由于每一拐角形成一弯角的存在，该推荐的方案一次性的显著得到减轻的整体重量，保证易于生产和组装的设计，并且高机械强度。此外，当在空腔中装载以及卸载核燃料时，拐角的内表面能够控制核燃料，并且尤其是能够保护在组件和中子吸收板之间的接触。因此，除去这样的事实，即优选地仅仅通过彼此间隔分开的拐角来小心控制核燃料，在装卸组件过程中取走板产生的损坏风险显著地降为零，同时也满足关于套筒的质量标准。此外，利用围绕该拐角的维护部件，可使相对于彼此的拐角非常精确地定位，从而保证完美的空腔的几何结构。尽管在不超出本发明范围时其他技术也可以考虑，但这些元件之间的连接优选地采用焊接。 

优选地，每一维护部件具有与所述总体多边形大体相同的总体形状。 

优选的，在与轴向正交的横截面中，每一截面形成L形状或V形状。优选地，每一拐角大体上延伸覆盖套筒的整个长度，优选地，大体延伸覆盖架的单元格的整个长度，并且该拐角定位于架中。作为参考，需要注意的是，一旦生产，每一套筒形成能放置在单元格中的单件组件的形式。 

但是处于增强套筒的整体强度的考虑，每一拐角适宜采用铁，优选的由不锈钢制成。 

优选地，每一板优选地由包含硼的金属基体混合(MMC)材料制成，优选地，以碳化硼的形式，但是显然可以由任何其他中子吸收材料制成，例如硼化铝或硼化不锈钢。 

优选地，利用拐角提供的维护突出部，将每一板安装在两个完全连贯的拐角上。这些突出部可以例如通过焊接方式固定附着在拐角上，或是通过对所述拐角穿孔得到。这样，在组装过程中，板通过滑到所述拐角的外表面与突出部之间进行组装，这种滑动优选地是在轴向上完成。通常，突出部不仅仅能使板板的压力顶住拐角，使得拐角和板之间不存在间隙，也在板的宽度方向上形成了过渡停顿点。 

根据一个优选的实施例，所述套筒的每一面在沿着轴向方向上具有多个相邻的中子吸收板。因此，这种构造可以被切割，就这种意义而言，彼此连 贯设置的几个板参与形成套筒的相同的面。这有助生产简单，板的处理和组装简单，并且使获得完全平面成为可能。此外，这种切割构造使仅仅将板放置在需要吸收中子的套筒中成为可能，并且不必连贯覆盖套筒的整体长度。然而，在不超出本发明范围的情况下，可以考虑这样的方案，在该方案中套筒的每一面仅仅具有单一并且相同的中子吸收板，以下会做详细描述。 

在切割构造的实例中，优选地，每一板延伸到两维护部件之间，该维护部件在轴向上完全连贯。这些维护部件从相同方向上，优选地，在双向上针对所述板形成停顿点。在该实例中，位于该两个维护部件之间的每一板具有大体上与分开两维护部件的距离相同的长度，该板设置在两维护部件之间，以便可如上所述保持紧靠。 

可选地，每一板具有小的长度，并不涉及任何顶住远离板设置的维护部件的停顿点。 

不管实例如何，在该切割构造中，维护部件通过接触拐角的外表面而围绕拐角，而不是围绕板，它们沿轴向分开。 

根据更优选的实施例，所述维护部件固定设置在所述拐角的外表面，并且所述一个板在轴向中延伸到所述至少之一维护部件的任意一边上，并且上述板是在所述维护部件中的凹陷中延伸。结果是，每一相关板封装在弯角的外表面之间，在外表面上板被压紧，并且该凹陷形成在维护部件中。此外，在轴向中，该板可以经过几个连贯的维护部件的凹陷。在这方面，需要注意的是，单一板优选地提供给套筒的每一面，并且在轴向方向上延伸覆盖拐角全部或部分长度。 

这个实施例在生产方面有显著的效果，特别是在生产中仅仅要求在拐角和它的维护部件之间滑动单一板的每一面。 

此外，这种构造允许越过架的高度进行水的自然循环，以便有更好的冷却效果。实际上，水能轻易通过板和形成在拐角的维护部件中的凹陷之间的间隙。这种构造能够避免气泡的存在，该气泡在水池充满水时会卡在架结构中，气泡存在这种情况必须自然地避免以便确定该架在防范危急程度方面确实处于受控构造。 

优选地，每一板的宽度严格都小于该板部分形成的套筒的面的宽度。这种特征来自于观测报告，即从沿着架的单元格的对角线的两组件之间低中子 相互作用的观点看，放置在套筒的角度中的中子吸收材料仅仅具有有限的效果。中子吸收材料的成本非常高，因此，本发明提供一种方案一方面满足经济标准，并且另一方面满足质量标准，并且该方案是板宽度都小于套筒的面的宽度，同时当在架中装载核燃料时，保证架的次危急程度的维护，然而，在此又一次，可以考虑一种方案，即板的宽度与套筒的面的宽度相同。 

如上所述，用于维护彼此相关的所述拐角的部件支撑在形成架的所述单元格的所述侧面上，所述相关的套筒位于该架中。 

优选地，每一维护部件设置在大体上与轴向正交的平面中。 

因此，这些维护部件保证套筒在架的单元格中处于非常好的中心位置，能够围绕套筒形成除水刮刀，在套筒与用以确定套筒的架空腔的侧面之间，这除水刮刀与中子吸收材料共同使防范危急程度的任何风险成为可能。 

最后，需要注意的是，所述大体多边形形状优选的是总体正方形或大体六边形。 

本发明的其他优势和特征会在以下不做限制的详细说明书中出现。 

附图说明

以下描述根据所附附图完成，其中： 

图1展示了根据本发明优选的实施例的存储架的部分爆炸透视图； 

图2展示了装备在如图1所示的架的套筒的部分透视图； 

图3展示了如图2所示的套筒的另一横截面视图，该横截面视图沿着横截面从中子吸收板的维护突出部的一定距离穿过，并且从形成一弯角的每一拐角的维护部件的一定距离穿过。 

图4展示了如图2所示的套筒的另一横截面视图，该横截面视图沿着一横截平面通过拐角的维护部件。 

-图5展示了图2所示的套筒的另一横截面视图，该横截面视图沿着一横截平面通过拐角的维护部件。 

图6展示了具有本发明更优选的实施例的存储架形成的形状与图5相似的视图。 

图7是如图6所示的套筒的透视图。 

具体实施方式

首先参考图1，展示了用于新的核燃料组件或以前在核反应堆用过的核燃料组件的存储架1，该存储架适用于浸没于水池中。 

附图展示了该存储架首先包括刚性结构或“骨架”2，用以形成多个彼此平行的空腔或“单元格”4，并且当该存储架浸没在水池中时，轴线6与停置在水池底部的刚性结构2的底部8方向垂直。在图中所示位置中，与该存储架的轴向10平行的轴线6因此垂直设置。 

本发明通常大量提供的单元格4，例如几十个单元格，这些单元格的排布方式可以按本领域技术人员已知的任何方式得到：例如主板片彼此平行设置，由彼此正交设置的交叉管板片分开。根据本发明优选的实施例，在横截面中，大体上呈圆柱形的单元格4，其中每个单元格都是由侧面12界定形成的，上述单元格4具有在垂直于横截面上(也就是横截面中与轴向10正交的方向)的大致正方形，上述正方形为本发明优选方式。然而，需要注意的是，当然其他多边形也可行。 

通常，本发明提供的刚性结构2是由不锈钢制成，刚性结构的单元格4的上部开启用以装卸如图1用图解法描述的核燃料组件14到一个单元格中。 

然而，燃料组件14并不是直接放入到其相关的单元格4中。实际上，针对适用于容纳组件14的每一单元格4，中子吸收组件也设置在所述单元格中，所述组件形成套筒16的形状，其中一个套筒的部分已经刻意从如图1所示的单元格中提取出。每一套筒16因此具有适用于容纳核燃料组件14的空腔18，优选地，所述大体上呈圆柱形的空腔18在横截面上呈正方形。此外，所述空腔18的轴线与其相关联的单元格的轴线6相结合，当燃料组件放置在空腔18中时，所述轴线6适于与燃料组件的轴线20相结合。 

优选地，每一单元格4提供中子吸收套筒16，尽管在不超出本发明范围内，每一单元格会有所不同。此外，需要指明的是，优选地，沿着轴向10，单元格4的长度与它相关的套筒16以及套筒的空腔18的长度大体相同，也就是，核燃料组件14的长度的数量级的程度适于被存储。 

现在参考图2到图5，将要描述一个套筒16的设计，可以理解的是，套筒都具有相同或相似的设计。 

首先，需要指明的是，如图3所示，在横截面中，套筒16优选地大体 上呈正方形。结果是，这个横截面对应于如图2所示的套筒的四个附加的面分别具有四个附加的边。 

优选地，套筒16在大体上呈四边形的截面的四个角的每一个具有一拐角(profile)22，该拐角22形成一弯角。这四个拐角平行于轴向10设置，每一个拐角优选地延伸覆盖套筒的整个长度。然而，如图2所示，形成与套筒16一体的通道24的组件在拐角22的上端上突出放置，以便当燃料装载到空腔18中时，有利于将燃料组件置于空腔的中心位置。通道24具有一扩宽的上端，该上端形成空腔18的顶端，并且该上端适于与相关的单元格4的侧面12接触。 

由不锈钢制成的每一个拐角22具有一截面，该截面具有呈L形状的两臂，两臂优选地具有相同的长度。 

每一拐角具有用以形成空腔18的内表面26，所述L形表面对应于朝向套筒内侧的空腔。此外，每一拐角22具有相对于内表面26的外表面28，所述L形表面朝向相邻的单元格。 

正如现在要描述的，外表面28用于支撑由中子吸收材料制成的板。实际上，大体上呈正方形的截面的每一边是由中子吸收板30制成，优选地由包含硼的金属基体混合材料制成，但可选地可由任何中子吸收材料制成，例如含硼铝或含硼不锈钢。 

如上所述，板30支撑在拐角22的外表面28上，优选地，与所述表面28直接接触。因此，当装卸燃料组件时，可以仅仅利用形成每一弯角的拐角22来小心控制燃料组件，并且更确切地说，是通过拐角的内表面26完成。然而，在装卸过程以及存储过程中，板30的内表面因此并不与组件14接触，如图3以图解方式所示，在板30的内表面和组件14的侧壁之间具有空间32。结果是，在装、卸组件的过程中，取走板30的损坏风险显著地降低为零。 

图3参考截面的一边的宽度L1，因此，每一边由一个拐角22的第一臂、板30以及属于完全连贯的拐角22的第二臂构成，其位于和所述第一臂相同的平面，可以理解的是，该板30持续顶住第一和第二臂两者其中之一。截面的一边的宽度L1显然要考虑该边对应的套筒的面的宽度。臂L2的宽度也需要参考该边对应的套筒的面的宽度，所述宽度优选地与以上提到的两臂 的宽度相同。最后，板30的宽度L3也需要参考该边对应的套筒的面的宽度。 

优选地，选择宽度的大小以便满足以下关系： 

(i)0.1＜L2/L1＜0.4；并且更优选地是(i’)：0.05＜L2/L1＜0.25；以及 

(ii)0.75＜L3/L1＜1； 

(i)和(i’)优选地适用于截面的每一边，并且在完全连贯的拐角22之间达到一重大距离，然而，关系(ii)描述了提供中子吸收板以覆盖套筒的面的整个宽度的不必要性，特别地，每一板30优选地是以它的相关边为中心。 

如图2所示，本发明优选地提供由相邻且沿轴向10的多个板30制成的套筒的相同面，并且优选地面彼此间隔分开，这在以后会详细描述。这种沿轴向的切割构造能够仅仅在需要吸收中子的套筒的位置中放置中子吸收板，并且不必连续覆盖套筒的整个长度。例如，如图2所示，套筒的面的上部不具有这样的板，并且套筒的面的下部也不具有这样的板，以及这些相同面的可能的任意其他部分也不具有这样的板。 

如图2和图4所示，优选地，利用对所述拐角穿孔得到的维护突出部(maintenance tab)34，通过例如焊接方式，将每一板30安装在两个完全连贯的拐角22上或固定粘着其上，。然后，每一突出部34连同相关联的拐角22的外表面28共同形成凹口，要维护的板的纵向边缘被封装在该凹口中。因此，在组装过程中，板通过滑动到所述拐角的外表面与突出部之间进行组装，这种滑动优选地是在轴向上完成。这些与相关板30的两个相对的纵向边缘相协作的突出部34，不仅仅允许板的压力顶住拐角22，还在板的宽度方向上形成双向的平移停顿点，即在所述板30的平面中与轴向10正交的方向上形成双向平移停顿点。 

此外，可以紧固突出部34以便在所述突出部34和拐角的外表面28之间获得板30的高强度抓力，因此还保证在轴向10方向上锁定所述板。 

然而，为了在轴向方向上锁定板30，对于拐角22，优选的方案是使所述板紧靠用以维护彼此相关的拐角的部件。这些维护部件会被描述，详细描述可参考图2到图5。 

每一个维护部件36设置在与轴向10大体上正交的平面中，并且围绕其接触的拐角22。这些维护部件因此沿着轴向方向彼此间隔分开。 

优选地，这些维护部件36与拐角22之间的刚性机械连接采用焊接方式 以保证安全。这能够非常精确地定位彼此关联的拐角，从而保证得到完全受控的空腔18的几何形状。 

如图2和图5所示，维护部件36优选地由不锈钢制成，每一维护部件具有与套筒的横截面大体相同的总体形状，也就是说，总体上呈正方形。结果是，每一维护部件36可以看作是一个框架，该框架的角度适合将拐角22封装其内部，该拐角22在末段的角度具有大体上互补的形状，该拐角22的外表面28与框架内侧之间直接接触。优选地，该框架通过焊接固定到拐角上。 

在优选的实施例中，在套筒的面被切割之处具有相同面的板30在两个框架36之间延伸，该框架在轴向10上完全连贯，然后这两个框架中的每一个分别在相同方向或在双向上针对板形成停顿点。为了做到这点，那么每一板30的长度与分离两个框架36的距离大体上相同，该板设置在两个框架之间。 

与板30的上边缘和下边缘相接触的框架36也可以保证套管16在它的单元格4的中心，在用以形成所述外表面12与框架36的外围之间具有唯一的组件间隙。然后该框架形成跨板片结构，该跨板片结构在参考图3所示的空间40中并且在套筒周围形成除水刮刀(waterblade)，并且该跨板片结构在轴向上被两个完全连贯的框架36限定，并且在横向上被套筒的面以及形成用以封装所述套筒的单元格4的侧面12限定。 

最后，需要注意的是，框架36围绕拐角32，而不是围绕板30。 

作为示例以供参考，这样的套筒16的生产(该套筒适用于放入到与套筒相关的单元格4)，由以下生产步骤组成，包括在预先设置的拐角周围放置第一框架36，在拐角上紧固所述第一框架，通过在突出部36形成的凹口中滑动组装四个板30从而横向关闭套筒的相关步骤，然后，在拐角周围的上述提到的板上放置第二框架36，诸如此类。 

根据图6到图7所描述的更优选的实施例，在套筒的每一面上提供单个板30，板的长度大体上与组件的激活部的长度相同。因此，针对通过维护部件36并且与拐角22的外表面28接触的通道，在通道内边缘装备这些带有凹陷44的维护部件。因此，四个凹陷分别位于维护部件36的四边的每一边上，因此，每一所述凹陷44在轴向上封装一个板，该板延伸到相关的维 护部件36的两边其中之一上。 

这种构造通过滑动板30经过拐角22和维护部件36之间的凹陷44，然后通过在拐角22的外表面上紧固板30得到。凹陷44的深度使得在板30和维护部件36之间具有间隙，以致水和气泡可以轻易地通过这些维护部件36的任意一边。在套筒的面的每一面上具有单一板30能够通过消除中子吸收板之间的轴向不连续性来增强中子吸收效率。 

存储架其他未改变的所涉及的特征参考针对图1到图5的描述。 

当然，本领域技术人员可以对刚刚描述的本发明做各种改进，不过并不以局限于实施例的方式。 

Claims (10)

1.一种用于核燃料组件(14)的存储架(1)，包括一用以形成多个相邻单元格(4)的刚性结构(2)，该单元格在与架的轴向(10)平行的方向上延伸，所述架还包括，设置在至少一些所述单元格中的具有空腔(18)的套筒(16)，该空腔与所述轴向方向平行，并且适用于容纳核燃料组件，在与所述轴向正交的横截面中，所述套筒大体上呈多边形，其至少一些边包括由中子吸收材料制成的板(30)，

其特征在于所述套筒还包括：

-拐角(22)，每一拐角形成一弯角，拐角彼此间隔分开并且在与所述轴向平行的方向上延伸，并且设置在所述大体呈多边形的截面的至少几个角部上，所述拐角作为所述中子吸收板(30)的安装支架，并且拐角具有形成所述空腔(18)的内表面(26)，这使得在所述空腔(18)装载核燃料组件时能够控制核燃料，并且拐角具有一与所述内表面(26)相对的外表面(28)，并且所述中子吸收板(30)支撑在外表面上；以及

-维护部件(36)，设置在所述两个拐角之间，所述维护部件保证该套筒在架的单元格的中心位置，并且设置多个围绕所述拐角(22)的维护部件(36)，并且维护部件在轴向(10)上彼此间隔分开。

2.根据权利要求1所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于所述维护部件(36)固定支撑在所述拐角(22)的外表面(28)上，并且在外表面上，至少一个所述板在轴向(10)上延伸到至少一个所述维护部件(36)的任意一边上，并且上述板是在一个形成在所述维护部件(36)上的凹陷中延伸。

3.根据权利要求2所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于，在轴向上，每一板(30)的长度与拐角(22)的长度大体上相同。

4.根据权利要求1所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于，所述套筒的每一面具有多个由中子吸收材料制成的板(30)，上述板在轴向上相邻。

5.根据权利要求4所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于每一板(30)在两个维护部件(36)之间延伸，该维护部件在轴向(10)上完全连贯，上述维护部件(36)针对所述板(30)在相同方向上形成停顿点。

6.根据上述任一权利要求所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于每一维护部件(36)设置在一大体上与所述轴向正交的平面中。

7.根据权利要求6所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于每一拐角(22)在与轴向正交的横截面中呈L或V形状。

8.根据权利要求7所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于每一板(30)是由包含碳化硼的金属基体混合材料制成。

9.根据权利要求8所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于每一板(30)利用在所述拐角上提供的维护突出部(34)安装在两个完全连贯的拐角(22)上。

10.根据权利要求9所述的用于核燃料组件(14)的存储架(1)，其特征在于每一板的宽度(L3)都小于该板部分形成的套筒的面的宽度(L1)。

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