CN111492441B - 用于燃料组件的模块式篮组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于接收多个燃料组件的篮组件，包括篮，该篮有格栅，该格栅限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅限定了用于接收第一燃料组件的第一隔腔和用于接收第二燃料组件的第二隔腔，其中，第二隔腔的横截面面积大于第一隔腔的横截面面积。篮组件设置成在第一隔腔中接收第一燃料组件，该第一燃料组件是规则燃料组件，且该篮组件设置成在第二隔腔中接收第二燃料组件，该第二燃料组件是不规则燃料组件，其中，该不规则燃料组件包括至少一个不规则燃料棒。

Description

用于燃料组件的模块式篮组件
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时专利申请No.62/608526的优先权，该美国临时专利申请No.62/608526的申请日为2017年12月20日，该文献整个被本文参引。
背景技术
罐组件通常用于存储和运输放射性燃料。用于废燃料的罐组件包括“篮”，用于将各个燃料组件接收在篮的小室中，其中，篮和燃料组件容纳在外部罐内。篮通常由不锈钢板或中子吸收剂板(该中子吸收剂板也能够执行与不锈钢板相同的结构功能)以及铝栏杆或其它钢结构(该铝栏杆或其它钢结构焊接或堆垛在篮结构中)来构成。在隔腔之间的几何间距和固定的中子吸收剂用于保持临界控制。还需要一种改进的模块式篮设计，特别是用于不规则燃料组件。本发明的实施例涉及满足这些和其它需求。
发明内容
本概述用于以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步介绍。本概述将并不认为是要求保护的主题的关键特征，也不用于帮助限定要求保护的主题的范围。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于接收多个燃料组件的篮组件。该篮组件包括篮，该篮有格栅，该格栅限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅限定了用于接收第一燃料组件的第一隔腔和用于接收第二燃料组件的第二隔腔，其中，第二隔腔的横截面面积大于第一隔腔的横截面面积，篮组件设置成在第一隔腔中接收第一燃料组件，该第一燃料组件是规则燃料组件，且该篮组件设置成在第二隔腔中接收第二燃料组件，该第二燃料组件是不规则燃料组件，其中，该不规则燃料组件包括至少一个不规则燃料棒。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于接收多个燃料组件的篮组件。该篮组件包括篮，该篮有格栅，该格栅限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅至少限定了：第一隔腔，该第一隔腔设置成用于接收第一燃料组件，该第一燃料组件是规则燃料组件；以及第二隔腔，该第二隔腔设置成用于接收第二燃料组件，该第二燃料组件是不规则燃料组件，其中，第二隔腔的横截面面积比第一隔腔的横截面面积大倍增系数。
根据本发明的另一实施例，提供了一种包括多个燃料组件的篮组件。该篮组件包括：篮，该篮有格栅，该格栅限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅至少限定了第一隔腔和第二隔腔，其中，第二隔腔的横截面面积大于第一隔腔的横截面面积；第一规则燃料组件，该第一规则燃料组件布置在第一隔腔中；以及第二不规则燃料组件，该第二不规则燃料组件布置在第二隔腔中。
在本文所述的任何实施例中，不规则燃料棒可以从以下组中选择，该组包括弓形燃料棒、扭曲燃料棒、变形燃料棒、损坏燃料棒、瓶装燃料碎屑以及它们的任何组合。
在本文所述的任何实施例中，第二隔腔的横截面面积可以比第一隔腔大倍增系数。
在本文所述的任何实施例中，第二隔腔可以有与第一隔腔相同的横截面形状。
在本文所述的任何实施例中，格栅可以限定多个第一隔腔。
在本文所述的任何实施例中，格栅可以限定多个第二隔腔。
在本文所述的任何实施例中，格栅尺寸可以等于成正方形阵列的第一隔腔的间隔。
在本文所述的任何实施例中，第一隔腔的横截面形状可以是正方形。
在本文所述的任何实施例中，第二隔腔的横截面形状可以是正方形。
在本文所述的任何实施例中，第一和第二燃料组件可以是废燃料组件。
在本文所述的任何实施例中，篮组件还可以包括用于接收第三燃料组件的第三隔腔，其中，第三隔腔的横截面面积可以大于第一隔腔和第二隔腔的横截面面积。
在本文所述的任何实施例中，第三隔腔的横截面面积可以比第一隔腔的横截面面积大倍增系数。
在本文所述的任何实施例中，第三隔腔可以有与第一和第二隔腔相同的横截面形状。
在本文所述的任何实施例中，第三隔腔的横截面形状可以是正方形。
在本文所述的任何实施例中，格栅可以限定多个第三隔腔。
附图说明
通过结合附图参考下面的详细说明，将更容易知道和更好地理解本发明的前述方面和很多附带优点，附图中：
图1A是根据本发明一个实施例的篮组件的等距视图；
图1B是图1A的篮组件的俯视图；
图2A是根据本发明另一实施例的篮组件的等距视图；
图2B是图2A的篮组件的俯视图；
图3A是根据本发明另一实施例的篮组件的等距视图；
图3B是图3A的篮组件的俯视图；以及
图4是根据在先开发技术的、布置在罐组件内的篮组件的等距视图。
具体实施方式
下面结合附图(在附图中，相同参考标号表示相同元件)阐述的详细说明将作为本发明主题的各种实施例的说明，而并不只是表示实施例。在本发明中所述的各个实施例只是作为示例说明，而并不应当解释为比其它实施例更优选或有利。本文提供的说明性实例并不是穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。类似地，本文所述的任何步骤可以与其它步骤或步骤组合互换，以便获得相同或基本相似的结果。
在下面的说明中，阐述了很多具体细节，以便提供对本发明的示例实施例的透彻理解。不过，本领域技术人员显然知道，本发明的很多实施例可以在没有一些或所有具体细节的情况下实现。在一些实例下，公知的处理步骤没有详细说明，以免不必要地模糊本发明的多个方面。而且，应当知道，本发明的实施例可以使用本文所述的特征的任何组合。
本发明实施例涉及模块式篮组件，该模块式篮组件用于组件，该组件例如用于放射性材料在通风罐存储或运输系统中的干式存储、运输和容纳，本发明实施例还涉及制造这种篮组件的方法。参考图1A和1B，图中提供了根据本发明一个实施例来构造的模块式篮组件10。该模块式篮组件10包括篮，该篮包括格栅20，该格栅20限定了多个燃料组件隔腔24(见图1B)。隔腔的格栅20至少限定用于接收第一燃料组件的第一隔腔24和用于接收第二燃料组件的第二隔腔28。
在本发明实施例中，第一隔腔24和第二隔腔28的横截面面积不一致。在一个实施例中，第二隔腔28的横截面面积大于第一隔腔24的横截面面积。
本发明的篮组件设置成用于接收不规则燃料组件，该不规则燃料组件可以包括至少一个不规则燃料棒，例如弓形燃料棒、扭曲燃料棒、变形燃料棒、损坏燃料棒、瓶装燃料碎片、或者它们的任何组合。
核燃料是能够通过核裂变或聚变来“燃烧”以便产生能量的材料。例如，燃料组件可以包括作为新鲜燃料的富铀燃料(～4％的U-235)。在燃料“燃烧”处理过程中，U-235的含量减少，钚的含量增加(直到1％的Pu)。
典型的核反应堆包括增压水反应堆(PWR)和沸水反应堆(BWR)。在大部分反应堆应用中，铀燃料呈二氧化铀的形式，它是一种黑色半导体固体，具有非常低的热导率和非常高的熔点。二氧化铀可以压制成丸剂，它们再烧结成固体。这些丸剂再装载和封装在燃料棒中，该燃料棒可以是例如由锆合金制成的管。覆盖丸剂的管的表面称为燃料包壳。
燃料棒或元件的集合称为燃料组件。燃料棒是燃料组件的基础元件。
尽管通常制造为包括均匀燃料棒的均匀燃料组件，但是在“燃烧”处理过程中会出现不规则情况。因此，不规则的用过的(或放射的)燃料组件可以包括一个或多个不规则的废燃料棒。
用过的(或放射的)核燃料组件从反应堆中被取出并存储在废燃料池中，以便屏蔽辐射并冷却燃料组件。废燃料在转移至干桶存储器中之前通常将在池中冷却1-10年。转移至干桶存储器中包括：使得整个燃料组件作为整体来运动，或者单独使得燃料棒从燃料组件从池中运动至包含在罐中的篮组件中。罐再通过干燥等进行处理，并在转移桶中转移至现场的干桶存储器或者在运输桶中进行场外运输。
本发明实施例涉及篮组件，该篮组件用于接收包含至少一个不规则燃料棒的不规则燃料组件。根据本发明一个实施例的篮组件10设计和设置成接收不规则燃料组件。篮组件10设置成在第一隔腔24内接收和容纳第一燃料组件，其中，该第一燃料组件是规则(和未变形)的，且设置成在第二隔腔28内接收和容纳第二燃料组件，其中，该第二燃料组件是不规则燃料组件。轮廓栏杆26环绕格栅20形成，以便提供用于篮组件10的总体柱形或稍微柱形的结构或者其它结构。
参考图4，图中表示了用于容器组件C的在先设计的篮组件110。该篮组件110通常限定了在均匀格栅结构122中的多个隔腔或小室124，其中，小室124构造为在横截面尺寸上基本均匀。小室124设置成用于支承单个燃料组件(未示出)。轮廓栏杆126环绕格栅结构122形成，以便提供篮组件110的总体柱形或稍微柱形的结构或者其它结构。格栅结构122使得燃料组件能够保持在相邻燃料组件之间的合适几何间隔，以便降低危险性。
在先设计的篮组件110的单个小室124通常是由不锈钢板或中子吸收剂板来制造，该中子吸收剂板也能够执行与不锈钢板相同的结构功能，该不锈钢板焊接或堆垛在一起成为限定多个小室124的格栅结构122。不锈钢板由于它们的结构特性而被使用，且还因为它们在潮湿环境(例如储存器池)中使用时耐腐蚀。也能够执行与不锈钢板相同结构功能的中子吸收剂板也耐腐蚀。腐蚀能够导致结构退化和/或污染存储器池。周边栏杆126通常由铝或钢构造。中子吸附板(未示出)用于给格栅结构122的小室124形成衬里，特别是在相邻小室124之间；因此，小室124形成用于单个燃料组件的离散和屏蔽的纵向隔腔。
与图4的在先设计的篮组件110的均匀小室结构相反，本发明的篮组件10的小室结构不均匀。
参考图1A和1B，限定在燃料组件隔腔之间的间隔的格栅20包括多个具有第一横截面构造的第一隔腔24和多个具有第二横截面构造的第二隔腔28，该第二横截面构造与第一横截面构造不同。尽管表示为包括多个具有与第一横截面构造不同的第二横截面构造的第二隔腔28，但是只包括一个具有与第一横截面构造不同的第二横截面构造的第二隔腔28的实施例也在本发明的范围内。
在图1A和1B所示的实施例中，格栅20包括5组3×3正方形横截面的第一隔腔24以及4个正方形横截面的第二隔腔28。各第二隔腔28的横截面面积等于1组4个(2×2)正方形横截面的第一隔腔24。由于尺寸相等，因此第二隔腔28能够在制造过程中简单地换成2×2正方形横截面的第一隔腔24。
在所示实施例中，第一隔腔24和第二隔腔28的截面形状都为正方形形状，第二隔腔28的截面形状是比第一隔腔24的截面形状更大的方格。在本发明的其它实施例中，第一隔腔24和第二隔腔28的横截面形状并不必须是正方形，可以是其它形状，例如矩形、圆形、椭圆形或多边形。作为非限定实例，用于水-水能量反应堆(VVER)的篮组件提供了用于六面体燃料组件的格栅。而且，在其它实施例中，第一隔腔24和第二隔腔28的横截面形状并不必须相同，可以彼此不同。
在所示实施例中，第一隔腔24和第二隔腔28的格栅20沿中心水平轴线和中心竖直轴线对称。在本发明的其它实施例中，隔腔并不必须沿一个或多个轴线对称。例如，格栅20在它的构造中可以对称或者甚至随机。
在所示实施例中，第二隔腔28的横截面面积比第一隔腔24的横截面面积大倍增系数(例如1.5倍、2倍、4倍或8倍)。不过，隔腔的其它尺寸也在本发明的范围内。例如，在图1A和1B中提供的篮组件设计可以例如基于沸水反应堆(BWR)燃料组件，由于BWR燃料组件的更小尺寸，该沸水反应堆(BWR)燃料组件有布置成3×3阵列的更小隔腔。更大的增压水反应堆(PWR)燃料组件可以布置在布置成2×2阵列的更大隔腔中。
下面参考图2A、2B、3A和3B，不同构造用于模块式篮组件10。
参考图2A和2B，限定在燃料组件隔腔之间的间隔的格栅20包括多个具有第一横截面构造的第一隔腔24和多个具有第二横截面构造的第二隔腔28(该第二横截面构造与第一横截面构造不同)以及多个具有第三横截面构造的第三隔腔24，该第三横截面构造与第一和第二横截面构造不同。
在图2A和2B所示的实施例中，格栅20包括4组3×3正方形横截面的第一隔腔24、4个正方形横截面的第二隔腔28以及4个正方形横截面的第三隔腔30。如上所述，各第二隔腔28的横截面面积等于1组4个(2×2)正方形横截面的第一隔腔24。4个第三隔腔30的横截面面积等于1组3×3正方形横截面的第一隔腔24。2×2阵列的第二隔腔30能够在制造过程中简单地换成3×3正方形横截面的第一隔腔24。
参考图3A和3B，限定在燃料组件隔腔之间的间隔的格栅20包括多个具有第二横截面构造的第二隔腔28(该第二横截面构造与第一横截面构造不同)以及多个具有第三横截面构造的第三隔腔24(该第三横截面构造与第二横截面构造不同)。
在图3A和3B所示的实施例中，格栅20包括5组2×2正方形横截面的第三隔腔30和4个正方形横截面的第二隔腔28。如上所述，各第二隔腔28的横截面面积等于1组4个(2×2)正方形横截面的第一隔腔24。如上所述，2×2阵列的第二隔腔28能够在制造过程中简单地换成3×3正方形横截面的第一隔腔24。
具有均匀燃料组件隔腔的在先设计的篮组件不能处理不规则燃料组件，该不规则燃料组件并不适合装入均匀隔腔内。因此，必须制造特殊的篮，以便容纳不规则燃料组件，这有制造昂贵和复杂的缺点。因此，本发明的模块式篮组件10的优点包括降低制造成本、降低制造复杂性和提高性能。当篮制造商被告知不规则燃料组件的数量以及要放置在篮组件中的不规则燃料组件的横截面尺寸时，篮组件能够制造成具有特殊的模块式小室，该小室的横截面尺寸比传统的篮小室更大，以便容纳不规则燃料组件。
尽管已经表示和介绍了示例实施例，但是应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够进行各种变化。

Claims (15)

1.一种篮组件，所述篮组件用于接收多个燃料组件并且用于容纳不规则燃料组件，所述篮组件包括：
篮，该篮有格栅，该格栅由中子吸附板形成并且限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅限定了用于接收第一燃料组件的第一隔腔和用于接收第二燃料组件的第二隔腔以及第三隔腔，其中，第二隔腔的横截面面积大于第一隔腔的横截面面积，所述第三隔腔的横截面构造与第一隔腔的横截面构造和第二隔腔的横截面构造不同，所述篮组件设置成在第一隔腔中接收第一燃料组件，该第一燃料组件是规则燃料组件，且该篮组件设置成在第二隔腔中接收第二燃料组件，该第二燃料组件是不规则燃料组件，其中，该不规则燃料组件包括至少一个不规则燃料棒。
2.根据权利要求1所述的篮组件，其中：所述不规则燃料棒从以下组中选择，该组包括弓形燃料棒、扭曲燃料棒、变形燃料棒、损坏燃料棒、瓶装燃料碎屑以及它们的任何组合。
3.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第二隔腔的横截面面积比第一隔腔大，是第一隔腔的尺寸的倍数。
4.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第二隔腔有与第一隔腔相同的横截面形状。
5.根据权利要求1所述的篮组件，其中：格栅限定多个第一隔腔。
6.根据权利要求1所述的篮组件，其中：格栅限定多个第二隔腔。
7.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第二隔腔的横截面面积等于一个2×2阵列的第一隔腔的横截面面积。
8.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第一隔腔的横截面形状是正方形。
9.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第二隔腔的横截面形状是正方形。
10.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第一燃料组件和第二燃料组件是废燃料组件。
11.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第三隔腔有与第一隔腔和第二隔腔相同的横截面形状。
12.根据权利要求1所述的篮组件，其中：第三隔腔的横截面形状是正方形。
13.根据权利要求1所述的篮组件，其中：格栅限定多个第三隔腔。
14.一种篮组件，所述篮组件用于接收多个燃料组件并且用于容纳不规则燃料组件，所述篮组件包括：
篮，该篮有格栅，该格栅由中子吸附板形成并且限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅至少限定了：第一隔腔，该第一隔腔设置成用于接收第一燃料组件，该第一燃料组件是规则燃料组件；第二隔腔，该第二隔腔设置成用于接收第二燃料组件，所述第二燃料组件包括含有至少一个不规则燃料棒的多个燃料棒，以及第三隔腔，其中，该第二燃料组件是不规则燃料组件，其中，第二隔腔的横截面面积比第一隔腔的横截面面积大倍增系数，所述第三隔腔的横截面构造与第一隔腔的横截面构造和第二隔腔的横截面构造不同。
15.一种篮组件，所述篮组件包括多个燃料组件并且用于容纳不规则燃料组件，所述篮组件包括：
篮，该篮有格栅，该格栅由中子吸附板形成并且限定了在燃料组件隔腔之间的间隔，该格栅至少限定了第一隔腔和第二隔腔以及第三隔腔，其中，第二隔腔的横截面面积大于第一隔腔的横截面面积，所述第三隔腔的横截面构造与第一隔腔的横截面构造和第二隔腔的横截面构造不同；以及
布置在第一隔腔中的规则燃料组件和布置在第二隔腔中的不规则燃料组件，所述不规则燃料组件包括含有至少一个不规则燃料棒的多个燃料棒。
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