CN106663481A - 用于支承乏核燃料的装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料架装置包括：基板，其具有上表面和下表面；以及多个存储管，其耦接至基板的上表面并且从其向上延伸，存储管以并排布置的方式布置以形成存储管的阵列。存储管中的每一个沿着纵向轴线延伸，并且包括：外管，其具有限定内腔的内表面；以及定位在外管内的内板组装件，其将内腔划分为多个内部通量阱室和燃料存储单元。

Description

用于支承乏核燃料的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年7月28日提交的美国临时专利申请序列号62/029,931的权益，该申请的内容被全部结合于此作为参考。

技术领域

本发明的技术领域涉及用于存储核燃料,尤其是用于存储乏核燃料的支架。

背景技术

在核电站工业中，核能源呈填充有浓缩铀的中空锆合金管的形式，且称为燃料组件。在耗尽至某一程度下，从反应器中移除乏燃料组件。此时，燃料组件不仅发射极度危险程度的中子和伽马光子(即，中子和伽马辐射)，而且产生大量须被耗散的热量。

当从反应器中移除乏燃料组件时，有必要始终充分容纳从该乏燃料组件发出的中子和伽马辐射，还有必要冷却该乏燃料组件。由于水是优良的辐射吸收剂，因而通常在从反应器中移除乏燃料组件之后就迅速地将这些乏燃料组件浸没在水池中的水下。池水还通过将热负载拉离乏燃料组件来冷却这些乏燃料组件。水还可容纳溶解的中子屏蔽物质。

经浸没的燃料组件通常在支架结构(通常称为燃料架)中以大体直立定向支承在燃料水池中。众所周知的是，当燃料组件之间的距离缩短时，燃料组件之间的中子相互作用增强。因此，为了避免由于支架中的相邻燃料组件的相互间反应产生的临界状态(或其危险)，需要使得燃料架以隔开的方式支承燃料组件，从而允许充足的中子吸收材料能存在于相邻的燃料组件之间。中子吸收材料可以是池水、含有中子吸收材料的结构或者其组合。

用于燃料组件的高密度存储的燃料架通常具有蜂窝结构，其中中子吸收板结构(即，屏蔽件)放置在呈实心板形式的存储单元之间。对于具有正方形的水平横截面轮廓的燃料组件，存储单元通常是长的垂直方管，其在顶部处开口，燃料元件插入通过其中。为了使得能存储在单个支架中的燃料组件的数量最大化，用于这些方管的燃料架由呈直线阵列的方管形成。类似地，对于具有六边形的水平横截面轮廓的燃料组件，存储单元通常是长的垂直六边形管，其在顶部处开口，供燃料元件插入通过其中。对于此类存储单元，为了使得能存储在单个支架中的燃料组件的数量最大化，用于这些六边形管的燃料架通过呈蜂窝阵列的六边形管形成。

不管存储单元是方管还是六边形管，一些燃料架的存储单元可包括能起到两个功能的双重壁。双重单元壁的第一功能可以是封装中子屏蔽板，以保护中子屏蔽件免受由于与水接触而导致的侵蚀或其他劣化。双重单元壁的第二功能可以是提供通量阱，以更佳地防止在存储单元的阵列中出现不期望的热量积聚。当这些双重壁功能的两者均结合到燃料架阵列中时，需要减小存储密度容量。因此，期望在设计燃料架中做出改进，其提供两种此类功能并且改进总体存储密度容量。

发明内容

本发明涉及一种用于支承乏核燃料的装置。具体地说，该装置能够高密度存储乏核燃料。

在本发明的第一单独方面中，燃料架装置包括：具有上表面和下表面的基板；以及多个存储管，其以并排布置的方式耦接于基板的上表面，以形成存储管的直线阵列。每个存储管沿着纵向轴线延伸，并且包括：矩形外管，其具有限定内腔的内表面；第一人字形板，该第一人字形板包括第一壁板和第二壁板；以及第二人字形板，该第二人字形板包括第一壁板和第二壁板。第一和第二人字形板以相对的关系定位在该内腔中，从而将内腔分成：(1)形成在第一人字形板的第一壁板与矩形外管的第一拐角部分之间的第一室；(2)形成在第一人字形板的第二壁板与矩形外管的第二拐角部分之间的第二室；(3)形成在第二人字形板的第一壁板与矩形外管的第三拐角部分之间的第三室；(4)形成在第二人字形板的第二壁板与矩形外管的第四拐角部分之间的第四室；以及(5)具有六边形横截面并且配置为接纳包含乏核燃料的燃料组件的燃料存储单元。

在本发明的第二单独方面中，用于存储乏核燃料的燃料架装置包括：具有上表面和下表面的基板；以及多个存储管，其耦接于基板的上表面并且从该上表面向上延伸，且这些存储管以并排布置的方式布置以形成存储管的阵列。每个存储管沿着纵向轴线延伸，并且包括：外管，其具有限定内腔的内表面；以及定位在外管内的内板组装件，其将内腔分为多个内部通量阱室和燃料存储单元。

在本发明的第三单独方面中，燃料架装置包括：具有上表面和下表面的基板；以及多个存储管，其以并排布置的方式耦接于基板的上表面，以形成存储管的直线阵列。每个存储管沿着纵向轴线延伸，并且包括：矩形外管，其具有限定内腔的内表面；以及定位在内腔中的多个壁板，这些壁板将内腔分为：(1)形成在壁板的第一壁板与矩形外管的第一拐角部分之间的第一内部通量阱室；(2)形成在壁板中的第二壁板与矩形外管的第二拐角部分之间形成的第二内部通量阱室；(3)形成在壁板中的第三壁板与矩形外管的第三拐角部分之间形成的第三内部通量阱室；(4)形成在壁板中的第四壁板与矩形外管的第四拐角部分之间形成的第四内部通量阱室；以及(5)具有六边形横截面并且配置为接纳包含乏核燃料的燃料组件的燃料存储单元。

本发明的其它可应用区域将从之后提供的详细描述中变得显而易见。应理解的是，详细描述和特定示例、虽然指示本发明的优选实施例但仅仅旨在说明的目的并且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本发明将从详细描述和附图中变得更易于理解，附图中：

图1是燃料存储池内的燃料架的示意图。

图2是用于存储燃料组件的燃料架的第一实施例的立体图。

图3A是图2所示燃料架的俯视图。

图3B是图2所示燃料架的第一侧视图。

图3C是图2所示燃料架的第二侧视图。

图3D是图3A的部分IIID的详细视图。

图4A是单个存储单元的分解立体图。

图4B是单个人字形板的分解立体图。

图4C是沿着图4A的剖线IVC-IVC剖取的单个存储单元的剖视图。

图4D是沿着图4C的剖线IVD-IVD剖取的单个存储单元的剖视图。

图5是图1所述燃料架的底板的立体图。

图6是图1所述燃料架的底部支承件的立体图。

图7是用于存储燃料组件的燃料架的第二实施例的立体图。

具体实施方式

以下对优选实施例的描述实质上只是示例性的，而决非旨在用来限制本发明、其应用或使用。

根据本发明原理的说明性实施例的描述旨在结合附图来理解，这些附图被认为是整体书面描述的一部分。在对这里公开的本发明实施例的描述中，对于方向或定向的任何参照仅仅旨在便于描述而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。诸如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、“上”、“下”、“顶部”和“底部”以及它们的派生词(例如，“水平地”、“向下”、“向上”等等)之类的相关术语应被理解成指代如随后所描述的或如在所讨论的附图中所示的定向。这些相关术语仅仅是为了便于描述并且并不要求以具体的定向来构造或操作这些装置，除非明确地这样指示。诸如“附连”、“附接”、“连接”、“耦接”、“互连”以及类似术语之类的术语指代这样的关系，其中，结构直接地或者通过中间结构间接地固定或者附连于彼此，以及同时可动的或刚性的附连或关系，除非另有明确地描述。此外，通过参照示例性实施例来说明本发明的特征和益处。因此，本发明在表述上不应限制于说明一些可能的非限制特征组合的这些示例性实施例，这些特征可单独地存在或者以其他特征组合存在；本发明的范围由所附的权利要求书所限定。

详细地参见附图，图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的燃料架101，其放置在用于存储乏核燃料的冷却水池103中。正如本领域中众所周知的那样，在包括软化水和硼酸化水的示例中，冷却水池103可包括经处理的水，以助于中子吸收和热量耗散。如图2所示，燃料架101包括呈直线阵列的六边形燃料存储单元105。燃料架101是蜂窝状的直立棱柱模块。燃料架101的所说明实施例确切地设计成容纳六边形燃料组件，例如VVER1000燃料组件。到这个程度，燃料架101的每个燃料存储单元105还具有六边形的横截面轮廓，以在几何上容纳不超过单个六边形燃料组件。在某些实施例中，存储单元101的六边形横截面轮廓可具有除了规则六边形以外的形状。应理解的是，可改变本发明的概念以容纳任何成形的燃料组件，包括矩形、八边形、圆形等。

燃料架101包括基板111、支承基座131以及多个存储管151，这些存储管以并排布置的方式放置在一起以形成图3A中示出的直线阵列。支承基座131附接于基板111的底表面113，且存储管151的阵列以基本上垂直的定向附接于基板111的顶表面115。每个存储管151沿着其自身的纵向轴线LA延伸，并且除了是基本上垂直的以外，每个纵向轴线LA也基本上垂直于基板111的顶表面115。每个存储管151和基板111之间的连接通过将每个存储管151的底部边缘焊接于基板111的顶表面115来实现。类似地，每个支承基座131和基板111之间的连接通过将每个支承基座131焊接于基板111的底表面113来实现。通过将存储管151焊接于基板111，可增强基板11的抗弯强度，由此可支承燃料架和燃料组件的组合重量，其中，支承基座131仅仅位于基板111的边缘附近。当然，其它连接技术也可在微小改变的情形下用于存储管151和支承基座131的任一者或两者，包括诸如螺接、夹持、套丝之类的机械连接。

如图3A-D中所示，存储管151连接于基板111，以形成多个行153和多个列155。每一行153内的存储管151以隔开的方式放置，其中，行153中的相邻存储管151之间的间隔通过间隔器157来维持。间隔器157放置在行153内的所有相邻存储管151之间，其中若干间隔器157用于将两个相邻的存储管151隔开。间隔器157在适当位置焊接于相邻的存储管151的每个。若干间隔器157放置在相邻存储管151的经对准纵向边缘的每个之间，其中间隔器157放置在经对准的纵向边缘的顶部和底部处，并且其它连接器沿着经对准的纵向边缘隔开。除了其他考虑以外，包括在相邻存储管151之间的间隔器157的数量可根据如下因素而改变，例如相邻存储管151之间和/或相邻列155之间的期望流体流、空间考虑以及整个燃料架的重量。

通过使得间隔器157以此方式分布，相邻列155之间的间隔不仅在每一行153内的相邻存储管151之间、而且在整个列155之间形成通量阱159。这些通量阱159位于存储管151的每个的外部，并且由于一行153的通量阱159并不与相邻行153的通量阱159区分开，因而相邻的通量阱159有效地将一个列155与另一个隔开。可选择间隔器157的宽度且由此选择通量阱159的宽度，以调适控制存储在燃料架101内的中子燃料的临界性的能力。

每一列155内的存储管151放置成彼此相邻，以使得相应列155内的相邻存储管151的外壁彼此面接触。列155内的相邻存储管151的经对准纵向边缘的每个可连续地焊接在一起，从而为燃料架101的总体结构提供附加的稳定性。

在直线阵列的燃料架101如上所述由多个行153和列155形成的情形下，每个行153和每个列155中的每个存储管151的纵向轴线LA对准以形成参考平面RP。此外，其中一个行153中的相邻存储管151的纵向轴线LA可彼此隔开距离D1，并且其中一个列155中的相邻存储管151的纵向轴线LA可彼此隔开距离D2，该距离可不同于且甚至大于距离D1。使得行153内的相邻存储管151隔开的距离D1可在通过合适的选择存储管151的宽度或者间隔器157的宽度的设计而得以控制。使得列155内的相邻存储管151隔开的距离D2可在通过合适的选择存储管151的长度的设计而得以控制。

图4A示出了示例性存储管151。正如图4B可以看出的，存储管151包括具有矩形横截面的外管161。存储管151的顶端保持打开，使得燃料组件能够插入至在其中形成的六边形燃料存储单元105中。存储管151包括第一对相对的壁板163、165以及第二对相对的壁板167、169。如上所述，第一对壁板163、165的外壁放置成与相邻存储管151的壁板163、165的相应外壁进行表面接触，从而形成呈直线阵列的列155。存储管151限定纵向轴线LA，其是矩形横截面的中心点，并且壁板163、165、167、169各自具有总高度H1。

第二对相对的壁板167、169中每一个的顶部包括导向板171。各壁板167、169的导向板171以一定角度从相应的壁板167、169向上延伸并且远离存储管151的纵向轴线LA延伸。导向板171提供表面以便有助于将燃料组件引导到在存储管151内形成的燃料存储单元105中。导向板171还帮助降低在将燃料组件装载入燃料存储单元105的过程中对壁板167、169的顶部边缘所造成的磨损量和/或破坏量。导向板171可以与壁板167、169一体地形成，或者它们可以作为单独结构的一部分安装至壁板167、169的外壁。

第二对相对的壁板167、169的外壁各自具有与其耦接的中子吸收板173，并且中子吸收板173通过外护套175在适当位置固定抵靠第二对相对的壁板167、169的外壁。外护套175包围凹口177中的中子吸收板173(这也在图4C中示出)，以保护池水不会受到中子吸收板173可能发生的劣化的影响。中子吸收板173和外护套175延伸高度H2，其小于高度H1。高度H2可以等同于定位成存储在燃料存储单元105内的燃料组件的高度。当然，在某些实施例中，中子吸收板173和外护套175的高度H2可以与外管161的高度H1相同。

内板组装件191定位在外管161内，帮助形成燃料存储单元105。内板组装件191包括两个人字形板193a、193b，其可以具有相同的设计。代表两个人字形板193a、193b的示例性人字形板193在图3B中示出。人字形板193包括两个在顶点边缘197处邻接的壁板195，并且每一个壁板195可以具有高度H3，其略微小于存储管151的壁板163、165、167、169的高度H1。

每一个壁板195的顶部包括导向板199。每一个壁板195的导向板199以一定角度从相应的壁板195向上延伸，使得当人字形板193在存储管151的外管161内处于适当位置时，导向板199也远离存储管151的纵向轴线LA延伸。导向板199提供表面以便有助于将燃料组件引导到在存储管151内形成的燃料存储单元105中。导向板199还帮助降低在将燃料组件装载入燃料存储单元105的过程中对壁板195的顶部边缘所造成的磨损量和/或破坏量。导向板199可以与壁板195一体地成形，或者它们可以作为单独结构的一部分安装至壁板195的外壁上。

壁板195的外壁各自具有与其耦接的中子吸收板201，并且中子吸收板201通过外护套203在适当位置固定抵靠壁板195的外壁。每一个外护套203包围凹口205中的相应中子吸收板201(这也在图4C中示出)，以保护池水不会受到中子吸收板201可能发生的劣化的影响。中子吸收板201和外护套203延伸高度H2，其小于壁板195的高度H3。高度H2可以等同于定位成存储在燃料存储单元105内的燃料组件的高度。当然，在某些实施例中，中子吸收板201和外护套203的高度H2可以与壁板195的高度H3一样大。

外管161的壁板167、169上的中子吸收板173以及人字形板193的壁板195上的中子吸收板201的尺寸和位置可以由定位成存储在燃料存储单元105内的燃料组件的位置和尺寸来确定，并且更特别地由包含在任何这种燃料存储组件内的燃料棒的位置和尺寸来确定。中子吸收板173、201通常放置在相应的壁板167、169、195上，并且其尺寸设计使得高度H2至少与燃料存储单元105内所存储的燃料棒的高度一样大。中子吸收板173、201的这种尺寸设计有助于确保从燃料存储单元105内的燃料组件指向壁板167、169、195中的任何一个的中子排放入射到中子吸收板173、201上。壁板167、169、195上的外护套175、203的尺寸设计来提供足够大的包围，从而确保将中子吸收板173、201固定至相应的壁板167、169、195。

中子吸收板173、201可以由包含嵌入在微观结构中的中子吸收剂同位素的材料形成，例如单质硼或碳化硼。由Metamic,LLC生产的铬铝金属陶瓷(其由具有嵌入碳化硼的铝合金制成)是可接受材料的例子。在某些实施例中，外护套175、203可以由下述材料形成，例如，不锈钢、经硼酸处理过的不锈钢或者任何其他类型的适合于在乏核燃料的长期存储环境中使用的钢。

在某些实施例中，尤其是在那些中子吸收板173、201不是由脆性的或者经过一段时间会变脆的材料形成从而带来池水发生劣化和受到污染的风险的实施例中，中子吸收板173、201可以直接地固定至相应的壁板167、169、195。在这类实施例中，可以省掉外护套175、203，或者替代地，外护套175、203可以配置为将中子吸收板173、201耦接至相应的壁板167、169、195，而不会将中子吸收板173、201包围在包封中。

图4C示出了示例性存储管151的横截面。外管161在行方向上具有宽度W且在列方向上具有长度L，并且列方向上的长度L大于行方向上的宽度W。存储管151的外管161的内表面211限定内腔213，并且六边形燃料存储单元105形成在存储管151的内腔213内。出于燃料存储单元105内进行参照的考虑，示出了六边形燃料组件109的轮廓。在某些实施例中，燃料组件109与形成燃料存储单元105的壁之间的间隙围绕燃料组件109的所有侧部小于约4mm。内板组装件191定位在外管161内，以将内腔213划分为多个内部通量阱室215a-d和燃料存储单元105。在存储管的直线阵列151中，这些通量阱室215a-d用作燃料架101中相邻存储管151的燃料存储单元105之间的内部通量阱室。因此，一行内相邻的存储管151具有它们相应的由四个通量阱室分开的燃料存储单元105，两个通量阱室来自相邻的存储管151中的每一个存储管。

内板组装件191包括两个人字形板193a、193b。各人字形板193a、193b包括两个壁板195a-d，并且各壁板195a-d相对于外管161的相邻侧部倾斜并且在其间延伸，从而在内腔213内形成多个内部通量阱室215a-d。

具体地，人字形板193a的壁板195a在外管161的壁板167与外管161的壁板163之间延伸，以形成内部通量阱室215a。当壁板195a以这种方式定位时，内部通量阱室215a形成在人字形板193a的壁板195a与在外管161的壁板163、167的交叉处形成的拐角部分之间。人字形板193a的壁板195b在外管161的壁板169与外管161的壁板163之间延伸，以形成内部通量阱室215b。当壁板195b以这种方式定位时，内部通量阱室215b形成在人字形板193a的壁板195b与在外管161的壁板163、169的交叉处形成的拐角部分之间。壁板195a和壁板195b在人字形板193a的顶点边缘197a处结合。分别抵靠壁板167、169定位的壁板195a、195b的边缘连续焊接至矩形外管161的内表面211。类似地，人字形板193b的壁板195c在外管161的壁板169与外管161的壁板165之间延伸，以形成内部通量阱室215c。当壁板195c以这种方式定位时，内部通量阱室215c形成在人字形板193b的壁板195c与在外管161的壁板165、169的交叉处形成的拐角部分之间。人字形板193b的壁板195d在外管161的壁板167与外管161的壁板165之间延伸，以形成内部通量阱室215d。当壁板195d以这种方式定位时，内部通量阱室215d形成在人字形板193b的壁板195d与在外管161的壁板165、167的交叉处形成的拐角部分之间。壁板195c和壁板195d在人字形板193a的顶点边缘197b处结合。分别抵靠壁板167、169定位的壁板195c、195d的边缘连续焊接至矩形外管161的内表面211。

当外管161内的人字形板193a、193b具有这种配置时，六边形燃料存储单元105由以下限定：第一人字形板193a的第一壁板195a的内表面217a；第一人字形板193a的第二壁板195b的内表面217b；第二人字形板193b的第一壁板195c的内表面217c；第二人字形板193b的第二壁板195d的内表面217d；外管161的壁板167的内表面211的一部分；以及外管161的壁板169的内表面211的一部分。由人字形板193a、193b的这种配置形成的通量阱室215a-d中的每一个具有三角形横截面。燃料存储单元105的大小和六边形横截面形状设计且构造来使得燃料存储单元105能够容纳不超过一个燃料组件109。由于通量阱室215a-d具有不同的横截面形状，因此，与通常的燃料存储组件的横截面形状相比，通量阱室215a-d不能容纳具有正方形或六边形横截面的燃料组件。

人字形板193a、193b中的每一个的顶点边缘197a、197b位于参考平面RP中，该参考平面通过包括存储管151的纵向轴线LA和与外管161的壁板163、165相垂直来限定出。顶点边缘197a、197b可以形成120°的角度，从而使得燃料存储单元105的所产生的六边形横截面形状形成正六边形。在替代实施例中，顶点边缘197a、197b可以形成略微小于120°的在约120°至115°的范围内的角度，从而使得燃料存储单元105的所产生的六边形横截面形状略微不同于正六边形的形式。当六边形燃料组件放置在燃料存储单元105内时，燃料组件可能在地震或其他颤动事件期间不利地发生颤动。通过使顶点边缘197a、197b形成略微小于120°的角度，防止了燃料组件的面向顶点边缘197a、197b的锐角边缘在地震或其他颤动事件期间撞击顶点边缘197a、197b。

图4D中示出了存储管151的横截面，同时示意性地表示了设置在燃料存储单元105内的燃料组件109。与通常使用的六边形燃料组件相似的，燃料组件109包括顶部手柄233、主体部分235，其中容纳有多个核燃料棒(未示出)以及锥形底部部分237。手柄233和锥形底部部分237便于将燃料组件109插入至存储管151的燃料存储单元105中。当燃料组件109正在插入至存储管151中时，锥形底部部分237可以接合导向板171、199，从而有助于使燃料组件109在燃料存储单元105内居中。如图所示，在燃料组件109完全插入至燃料存储单元105的情况下，外管161的高度H1大于燃料组件109的总高度H4。人字形板193a、193b的高度H3也小于外管161的高度H1。人字形板193a、193b的下边缘不会延伸至外管161的下边缘，从而在存储管151的下端处形成间隙，用于供冷却流体流入通量阱室215a-d中。在某些实施例中，人字形板193a、193b可以在它们底部边缘处包括孔隙，用于供冷却流体流入通量阱室215a-d中，并且在这类实施例中，人字形板193a、193b的高度H3可以与外管161的高度H1相同。

耦接至人字形板193a、193b的中子吸收板201(以及如图4C中所示的耦接至外管161的中子吸收板173)的高度H2与燃料组件109的主体部分235的高度基本上相同。在某些实施例中，中子吸收板201(以及173)的高度H2可以小于燃料组件109的主体部分235的高度。中子吸收板201(以及173)的高度H2可以设计为提供相邻燃料组件彼此之间的适合的屏蔽。这是因为相邻的乏核燃料棒可能不会延伸燃料组件109的主体部分235的整个长度，并且当燃料组件109定位在存储管151内时，中子吸收板201(以及173)的高度只需要与核燃料棒一样高。

图5中示出的基板111包括从底表面113延伸通过基板111至顶表面115的多个流动孔117。基板111还包括四个椭圆形孔119(从拐角开始算第二行)，用于在燃料水池103内提升和安装燃料架101。通常情况下，将具有四个长距离棒的特制吊梁用来与椭圆形孔119相互作用以抓住燃料架101，进而便于将其移入或移出燃料水池103或者在燃料水池103内移动。

流动孔117(以及椭圆形孔119)产生从基板111下方到由存储组件151形成的燃料存储单元105的底端中的通路。如图所示，为每一个存储组件151提供单个流动孔117。在某些实施例中，可以为每一个存储组件151提供多个流动孔117，从而将冷却流体提供至燃料存储单元105和通量阱室215a-d中的每一个通量阱室。流动孔117用作流体入口，从而便于池水在具有热负载的燃料组件定位于燃料存储单元105中时通过燃料存储单元105进行自然的热虹吸流动。更具体地，当经加热的燃料组件定位在处于浸没环境下的燃料存储单元105中时，燃料存储单元105内的以及通量阱室215a-d内的围绕燃料组件的水被加热，由此由于增大的浮力而上涨。当经加热的水上涨并且经由存储组件151的打开的顶端离开它们时，冷水经由流动孔117抽吸入燃料存储单元105的底部和通量阱室215a-d中。之后，这种热量导致的沿着燃料组件的水流动自然而然地继续进行。

图6中示出了用于燃料架101的支承基座131。附接在基板111的底表面113上的支承基座131确保了在水池103的池底与基板111的底表面113之间存在有间隔，从而产生了使水流过流动孔117的入口气室。支承基座131包括基底部分133和围绕内部流动空间139形成的上升部分135。上升部分135包括流动孔隙141，来自水池103的水可以通过该孔隙从支承基座131外部的空间通入内部流动空间139。通入内部流动空间139的水随后可以向上通过基板111中的流动孔117，实现上述冷却过程。尽管上升部分135是描绘为环形的，但是在某些实施例中，上升部分135可以具有在水池103的池底上方支承基板111且允许来自水池103的水流入基板111中的任何流动孔117(支承基座131可以附接在其附近)的任何几何构型。

以上参照图1至图6所述的燃料架101旨在自由竖立地放置在水池103中，而不耦接至水池的侧部或底部。然而在某些实施例中，在地震或其他颤动事件期间，可以采用耦接器来帮助固定燃料架101在水池103内的位置。除了以上所述的中子吸收材料之外，燃料架还可以完全由奥氏体不锈钢形成。尽管可以采用其他材料，但是，某些材料(例如经硼酸处理过的不锈钢)对于水池103内的自由竖立式燃料架101而言并不是优选的，这是因为经硼酸处理过的钢等材料的重量更大，加剧了燃料架101的地震响应，从而迫使燃料架101进行锚固。

图7中示出了燃料架301的替代实施例。该燃料架301包括附接在基板309的顶表面上的多个存储管303以及附接在基板309的底表面上的支承基座311。存储管303各自包括燃料存储单元305，并且它们以并排布置的方式放置在一起，从而按照上述方式形成作为呈直线阵列的一部分的多个行305和多个列307。多个辅助流动孔隙313包括在存储管303中的它们的底部边缘处或附近。在某些实施例中，至少一个辅助流动孔隙313包括在存储管303的每一面中，即使存储管303的那些面是放置来与相邻存储管303的面进行表面接触。辅助流动孔隙313充当附加的入口开口(当结合基板309中的流动孔来看时)，使得进入的池水在冷却过程期间便于进行热虹吸流动。尽管在燃料架301中的每一个存储管303的每一面中示出了辅助流动孔隙313，但是在某些实施例中，辅助流动孔隙313可以从所选存储管303的所选子集的面上省去。

本发明实施例的各种其他修改对于本领域技术人员而言将会是显而易见的，并且涵盖在所附权利要求书中所限定的本发明的范围内。

Claims (32)

1.一种燃料架装置，其包括：

基板，其具有上表面和下表面；

多个存储管，其以并排布置的方式耦接至所述基板的上表面以形成所述存储管的直线阵列，每个所述存储管沿着纵向轴线延伸并且包括：

矩形外管，其具有限定内腔的内表面；

第一人字形板，其包括第一壁板和第二壁板；

第二人字形板，其包括第一壁板和第二壁板；

所述第一和第二人字形板以相对的关系定位在所述内腔中，从而将所述内腔分为：(1)第一室，其形成在所述第一人字形板的第一壁板与所述矩形外管的第一拐角部分之间；(2)第二室，其形成在所述第一人字形板的第二壁板与所述矩形外管的第二拐角部分之间；(3)第三室，其形成在所述第二人字形板的第一壁板与所述矩形外管的第三拐角部分之间；(4)第四室，其形成在所述第二人字形板的第二壁板与所述矩形外管的第四拐角部分之间；以及(5)燃料存储单元，其具有六边形横截面并且配置为接纳包含乏核燃料的燃料组件。

2.根据权利要求1所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管，所述矩形外管包括第一壁板、与该第一壁板相对的第二壁板、第三壁板以及与该第三壁板相对的第四壁板。

3.根据权利要求2所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管，所述燃料存储单元由以下限定：所述第一人字形板的第一壁板的内表面；所述第一人字形板的第二壁板的内表面；所述第二人字形板的第一壁板的内表面；所述第二人字形板的第二壁板的内表面；所述矩形外管的第一壁板的内表面的一部分；以及所述矩形外管的第二壁板的内表面的一部分。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管，所述第一人字形板包括第一顶点边缘，所述第二人字形板包括第二顶点边缘；并且其中对于每个所述存储管，所述第一和第二顶点边缘位于参考平面中。该参考平面包括所述纵向轴线并且与所述矩形外管的第三和第四壁板相垂直。

5.根据权利要求1所述的燃料架装置，其中每个所述存储管进一步包括：

耦接至所述第一人字形板的第一壁板的外表面的第一中子吸收板，所述第一中子吸收板位于所述第一室内；

耦接至所述第一人字形板的第二壁板的外表面的第二中子吸收板，所述第二中子吸收板位于所述第二室内；

耦接至所述第二人字形板的第一壁板的外表面的第三中子吸收板，所述第三中子吸收板位于所述第三室内；

耦接至所述第二人字形板的第二壁板的外表面的第四中子吸收板，所述第四中子吸收板位于所述第四室内；

耦接至所述矩形外管的第一壁板的外表面的第五中子吸收板；以及

耦接至所述外管的第二壁板的外表面的第六中子吸收板，所述外管的第一壁板与所述矩形外管的第二壁板相对。

6.根据权利要求5所述的燃料架装置，其中所述第一、第二、第三、第四、第五和第六中子吸收板中的每一个由铝碳化硼金属基体复合材料形成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料架装置，其中所述存储管耦接至所述基板，使得所述矩形外管的纵向轴线彼此平行。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料架装置，其中所述基板包括多个流动孔，该多个流动孔形成通过所述基板并进入到所述燃料存储单元的底端中的通路。

9.根据权利要求8所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管，所述燃料存储单元具有打开的顶端。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管，所述第一人字形板的第一和第二壁板中的每一个具有连续地焊接至所述矩形外管的内表面上的侧边缘；并且其中对于每个所述存储管，所述第二人字形板的第一和第二壁板中的每一个具有连续地焊接至所述矩形外管的内表面上的侧边缘。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的燃料架装置，其中所述存储管的直线阵列包括多个行存储管以及多个列存储管；其中对于所述多个行存储管中的每一行，该行中所述存储管的相邻存储管的纵向轴线彼此之间以第一距离分隔开；并且其中对于所述多个列存储管中的每一列，该列中所述存储管的相邻存储管的纵向轴线彼此之间以第二距离分隔开，所述第二距离大于所述第一距离。

12.根据权利要求11所述的燃料架装置，其中对于所述多个行存储管中的每一行，该行中所述存储管的相邻存储管被在该行中所述存储管的相邻存储管的外管之间形成的外部通量阱彼此间隔开。

13.根据权利要求11和12中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述多个列存储管中的每一列，该列中所述存储管的相邻存储管的外管彼此表面接触。

14.根据权利要求13所述的燃料架装置，其中对于所述列中的每一列，该列中所述存储管的第一、第二、第三和第四室充当该列中所述存储管的相邻存储管的燃料存储单元之间的内部通量阱室。

15.根据权利要求14所述的燃料架装置，其中对于所述存储管中的每一个，所述第一人字形板包括第一顶点边缘，所述第二人字形板包括第二顶点边缘；并且其中对于所述列中的每一列，该列中所述存储管的第一和第二顶点边缘沿着包括该列中所述存储管的纵向轴线的列式参考表面对齐。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述存储管中的每一个，所述矩形外管在行方向上具有宽度且在列方向上具有长度，所述长度大于所述宽度。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述存储管中的每一个，所述第一、第二、第三和第四室具有三角形横截面。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述存储管中的每一个，所述第一和第二人字形板以小于所述存储管的整个高度延伸。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述存储管中的每一个，所述燃料存储单元的六边形横截面能够容纳不超过一个所述燃料组件，并且所述第一、第二、第三和第四室的横截面不能容纳所述燃料组件。

20.一种用于存储乏核燃料的燃料架装置，所述燃料架装置包括：

基板，所述基板具有上表面和下表面；

多个存储管，所述存储管耦接至所述基板的上表面并且从其向上延伸，所述存储管以并排布置的方式布置以形成所述存储管的阵列，每个所述存储管沿着纵向轴线延伸并且包括：

外管，所述外管具有限定内腔的内表面；以及

定位在所述外管内的内板组装件，所述内板组装件将所述内腔分为多个内部通量阱室和燃料存储单元。

21.根据权利要求20所述的燃料架装置，其中所述存储管的阵列为包括多个行存储管以及多个列存储管的直线阵列；其中对于所述多个行存储管中的每一行，该行中所述存储管的相邻存储管的纵向轴线彼此之间以第一距离分隔开；并且其中对于所述多个列存储管中的每一列，该列中所述存储管的相邻存储管的纵向轴线彼此之间以第二距离分隔开，所述第二距离大于所述第一距离。

22.根据权利要求21所述的燃料架装置，其中对于所述多个行存储管中的每一行，该行中所述存储管的相邻存储管被在该行中所述存储管的相邻存储管的外管之间形成的外部通量阱彼此间隔开。

23.根据权利要求21和22中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述列中的每一列，该列中所述存储管的相邻存储管的外管彼此表面接触。

24.根据权利要求22至23中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述存储管中的每一个，所述外管的矩形横截面在行方向上具有宽度且在列方向上具有长度，所述长度大于所述宽度。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的燃料架装置，其中对于所述列中的每一列，该列中所述存储管的相邻存储管的燃料存储单元被该列中所述存储管的相邻存储管的第一存储管的内部通量阱室的第一子集和该列中所述存储管的相邻存储管的第二存储管的内部通量阱室的第二子集来彼此分隔开。

26.根据权利要求21至25中任一项所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管中，所述内部通量阱室的横截面形状与所述燃料存储单元的横截面形状不同。

27.根据权利要求26所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管，所述内部通量阱室具有三角形横截面，所述燃料存储单元具有六边形横截面。

28.根据权利要求21至27中任一项所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管中，所述内板组装件包括多个壁板，每个所述壁板被布置成与所述纵向轴线平行且与所述外管的壁板倾斜。

29.根据权利要求28所述的燃料架装置，其中对于每个所述存储管中，所述内板组装件包括第一和第二人字形板。

30.一种燃料架装置，其包括：

基板，所述基板具有上表面和下表面；

多个存储管，所述多个存储管以并排布置的方式耦接至所述基板的上表面以形成所述多个存储管的直线阵列，每个所述存储管沿着纵向轴线延伸并且包括：

矩形外管，其具有限定内腔的内表面；

定位在所述内腔中的多个壁板，所述壁板将所述内腔分为：(1)第一内部通量阱室，其形成在所述壁板中的第一壁板与所述矩形外管的第一拐角部分之间；(2)第二内部通量阱室，其形成在所述壁板中的第二壁板与所述矩形外管的第二拐角部分之间；(3)第三内部通量阱室，其形成在所述壁板中的第三壁板与所述矩形外管的第三拐角部分之间；(4)第四内部通量阱室，其形成在所述壁板中的第四壁板与所述矩形外管的第四拐角部分之间；以及(5)燃料存储单元，其具有六边形横截面并且配置为接纳包含乏核燃料的燃料组件。

31.一种乏核燃料存储系统，其包括：

水池；以及

根据权利要求1至30中任一项所述的浸没在所述水池中的燃料架装置。

32.根据权利要求31所述的乏核燃料存储系统，其中所述燃料架装置包括多个支承件，其使得所述基板的下表面保持与所述水池的池底间隔开，从而在所述基板的下表面与所述水池的池底之间形成增压。