CN1542866A - 未受辐照的核燃料元件运输系统 - Google Patents
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Abstract
一个未受辐照的核燃料组件和元件运输系统，包括一个蛤壳式的内部衬垫，沿着其轴向尺寸打开，装卸被运输的燃料元件。衬垫的外部尺寸与通用的外包装管状容器一致。外包装分开成上区和下区，下区具有一个沿其纵向轴线延伸的V形槽。在槽的一侧，至少一排冲击座把衬垫支承在V形槽中。外包装的下区固定不转，上区可锁地与外包装的下区配合。
Description
相关申请的交叉参照
本申请与2001年12月19日提交的名称为“未受辐照核燃料运输系统”的美国专利申请系列号10/025,728有关。
发明背景
发明领域
本发明涉及了一种用于核燃料元件的运输容器，尤其是涉及了一种用于未受辐照核燃料组件和核燃料棒的容器。
相关技术
在运输和贮存未受辐照核燃料元件和组件时，它包含大量和/或浓缩的裂变材料U235，需要保证在正常使用以及在可能的意外条件下避免危险性。例如，由核管理委员会(NRC)批准燃料运输容器对每个燃料组件设计运输规定的最大浓缩燃料(即重量和U235重量百分比)。为了一个新的运输容器设计得到批准，必须使NRC满意地论证，新的容器设计符合NRC规则和条例的要求，包括10CFR§71中规定的内容。这些要求确定了最大可信的事故(MCA)，为了保持所装燃料保持不出危险，运输容器及其内部支承结构必须能承受它。
授权于本发明委托代理人的美国专利号4,780,268公布了一个运输容器，用于运输两个常规的核燃料组件，它具有一个方形上喷口、一个燃料棒的方阵和一个方形下喷口。容器包括一个支承框，具有在两个并排燃料组件之间的垂直延伸区。每个燃料组件被各个夹持框夹持在支承框上，每个夹持框具有两个压力垫。用一个冲击安装框和许多冲击座把整个组件与容器连接。至少两个中子吸收元件密封在垂直区内。一层软木橡胶衬垫材料把支承框和垂直区与燃料组件分开。
每个常规燃料组件的上喷口沿着其纵轴被具有压力垫的轴柱保持，压力垫在四个位置扣紧到方形喷口上。有些常规燃料组件的下喷口具有倒角端。这些燃料组件沿着其纵轴被一个下喷口垫块保持，它保持了下喷口的倒角端。
在华盛顿DC 20555的核材料安全保护办公室，燃料循环和材料安全部美国核管理委员会摘录号71-5450的符合证明书号5450中描述了这些和其他运输容器(如本发明委托代理人所采用的RCC-4，用于大致方形截面受压水反应堆(PWR)燃料组件)。
授权于本发明委托代理人的专利号5,490,186描述了一个完全不同的核燃料运输容器，设计用于六角形燃料，特别是用于苏联型VVER反应堆的燃料组件设计。另外，对于沸水反应堆燃料需要其他运输容器构形。
因此，需要一个改进的核燃料组件运输容器，它可以互换地用于许多核反应堆燃料组件设计。
需要这种燃料组件运输容器，它能以轻型、耐久和许可的设计适应单个组件。
同在审理中并且授权本发明委托代理人的申请号10/025,728(2001年12月19日提交)已经部分地解决了这些和其他需求。在上述申请中描述的运输容器包括一个细长的内部管状衬垫，其轴向尺寸至少与组件一样长。衬垫最好沿其轴向尺寸分成两半，使得它可以像一个蛤壳那样分开，环绕燃料组件放置两半衬垫。衬垫的外周设计成紧密容纳在一个外包装内部，外包装由一个细长管状容器形成，轴向尺寸至少与衬垫一样长。最好是，管状容器的壁由不锈钢薄壳构成，与设在其中的密孔聚氨酯同轴定位。希望是，内壳包括渗硼的不锈钢。包封燃料组件的管状衬垫可滑动地装在外包装内，外包装用端盖在每一端密封。外包装最好包括周向肋，它们以轴向隔开的位置环绕管状容器周边延伸，提高了外包装的周向刚度，并且形成周边冲击吸收元件的安装点。最好为鸟笼设计的一个细长框尺寸可以与框隔开的方式把外包装容纳在外框中。框由沿轴向隔开的各个周向条形成，它们连接到周向隔开、轴向定位的支承肋上，肋固定地连接到条，形成了框的设计。许多冲击吸收器连接在环绕外包装延伸的某些条和至少两个周向肋之间，如果框受冲击时，管状容器与框承受的大量的任何冲击能隔离。
虽然在上述申请中描述的运输容器是一个重要的改进，它可以通过采用相补的衬垫来适应不同的燃料组件设计，而采用相同的外包装和鸟笼框，但希望做进一步的改进，它将达到相同的目的，而进一步改进运输系统的保护特性，并且易于装卸所运输核燃料元件。
发明摘要
本发明的单个燃料组件贮存和运输系统的设计达到了这些和其他目的，可在正常和假想事故条件下安全运输未受辐照的核燃料组件和其他核燃料元件。运输容器包括一个细长管状容器或壳体，设计成容纳和支承一个核燃料产品，如一个燃料组件。管状容器的内部最好与燃料组件的外部包络一致。管状容器的外部具有至少两个沿轴向延伸的基本上相邻的平壁。在一个优选实施例中，管状容器的截面为矩形或六角形，与燃料组件的外部包络配合，并且三条角缝被铰接，使得取出沿着一条缝的所有中枢销，将能够使两个侧壁摆动打开，并且可进入管状容器的内部。管状容器设计成位于运输用的一个外包装内。外包装是一个管状包装，具有比管状容器大的轴向尺寸和截面。外包装分开成许多周向区，例如两个区，一个下支承区和一个上罩区，或者分成三个，一个下支承区和两个上罩区，它们分别铰接到下支承区的周向侧边，并且在外包装闭合时连接在一起。下支承区包括一个内部中心V形槽，它基本上沿着外包装轴向长度延伸一个至少等于管状容器轴向长度的距离。冲击座从V形槽的两个径向壁延伸到一个高度，可以与槽相隔开地支承管状容器。所采用冲击座的轴向位置、数量、尺寸和类型可以互换，以适应不同的装载。管状容器位于冲击座上，最好以容器的一个角对准在V形槽底部之上。外包装的上罩区具有一个相补的倒V形槽，其尺寸适应管状容器的余下部分，具有某些名义的间隙，约等于管状容器下角和V形槽底部之间的间隔。外包装的两端被盖住，外包装的各区被锁住。
附图简述
从以下结合附图阅读的优选实施例描述将进一步理解本发明，其中：
图1是一个本发明运输容器系统的透视图；
图2是本发明运输容器系统的正视图，表示了衬垫了外包装内槽的中子减速材料；
图3是本发明运输容器系统的正视图，隔热层衬垫了不锈钢壳体内部和中子吸收材料衬垫了环绕燃料组件的管状容器外部；
图4是插锁机构的透视图，用于把外包装各区固定在一起；
图5是容纳核燃料组件的管状容器透视图，管状容器的两个侧壁摆动打开；
图6是管状容器的顶视图，所有四个侧壁闭合；
图7是一个六角形管状容器的简化顶视图，用于容纳六角形燃料，如在俄罗斯设计的VVER反应堆中采用的燃料；
图8是本发明运输容器系统的一个替代实施例正视图，表示了完全打开位置；
图9是图8所示运输容器系统的正视图，上区部分地打开；以及
图10是本发明运输容器系统的一个替代实施例正视图，用于适应六角形燃料组件。
优选实施例描述
图1说明了本发明核燃料产品贮存和运输系统的外包装和内部元件。由如铝材构成的管状容器或壳体26容纳了核燃料组件，并且悬浮在外包装12中的V形槽32上，支承在冲击座28上，各个座28固定在槽32的上壁区并且沿外包装下区16的轴向长度隔开。冲击座可以完全相同于件号J-3424-21，它可以从在宾夕法尼亚州CambridgeSprings的Lord公司办事处购买。在管状容器的角上可采用角铁24来分散容器壁上的载荷。选择冲击座的数量和弹性来匹配容器的重量，它与在容器26内运输的核产品有关。用支腿18固定外包装12下区16的方位，使得容器26的重量保持容器中心在槽32中。一个端盖22形成了外包装下支承区16的一部分，而一个第二端盖20形成为上罩14的整体部分。外包装上区14的端盖20密封在下支承区16的边缘21上。相似地，虽然图中未表示，形成为下支承区16整体部分的端盖22以相同方式密封在外包装上区14的相应边缘上。在外包装12的上区14每侧上的键50配合在外包装下支承区16中的相补键槽中，这在图2所示的正视图中可以更好地理解。
图2表示了本发明运输容器系统10的正视图，去除了端盖20。外包装12的上区14和下区16均由不锈钢板34形成，例如采用充以聚氨酯的11号规格的不锈钢空心壳。最好是，在该实施例中，聚氨酯具有最小3英寸(7.62mm)厚度。在优选的实施例中，外包装中的空心槽37形状基本上与管状容器26的外部轮廓一致，空心槽37的壁衬以中子吸收材料，如半英寸(1.27mm)的硼硅酸盐。或者是，管状容器26的外表面可以衬以中子吸收材料，如八分之一英寸(0.318cm)厚的硼硅酸盐，或者采用组合管状容器26壁上和空心槽37壁上的中子吸收材料。图2提供了比图1更好的视图，表示了安装冲击座28的凹槽30。相似地，在图2中更清楚地表示了键50和键槽48，有助于把上区14定位在外包装12的下支承区16中。
图3说明了图2所示实施例的替代实施例，它取消了在图2所示空心槽37上的中子吸收材料层42，相反表示了管状容器26的四侧具有八分之一英寸(0.318cm)的中子吸收材料层。另外，图3所示实施例包括了约半英寸(1.27cm)的隔热层，插在不锈钢壳34和聚氨酯36之间。在该实施例中，聚氨酯具有约2，1/2英寸(6.35cm)的最小厚度。
在优选实施例中采用图4所示的插锁组件，把外包装的上区14锁住在下支承区16上。外包装上区14上的边缘53和外包装下区16上的边缘55均包括许多沿轴向隔开的开孔。一个锁条固定到上边缘53或下边缘55，容许夹持臂54在边缘的相应开孔内滑动。例如，为了锁条56与下边缘55连接，夹持臂54可以沿向下方向通过相应的开孔突出，并且具有一个放大的突出端把锁条56与下边缘55固结。上夹持臂54可以具有如图4所示的L形，使得当边缘53位于其相应的夹持臂54上时，锁条56可以沿着进入图形的方向移动，把上区14锁住在外包装12的下区16上。然后可以把夹持臂54固定在这个锁住位置。可以采用一个外部杠杆以希望约4英寸的行程来滑动锁条到打开和闭合位置。为了有助于锁住和解锁动作，对滑动表面涂以低摩擦涂层。
图5说明了打开的管状容器26透视图，燃料组件74定位在其中。燃料组件74由平行隔开的燃料元件阵列76组成，它们由栅板78、下喷口77和图中未示的上喷口保持隔开关系和定位。栅板构成蛋框设计来保持燃料元件76之间的间隔，它为在反应堆工作时流通的反应堆冷却剂形成流动通道。燃料组件74位于氯丁橡胶或软木橡胶底垫72上，它固定在管状容器26的底端68上。氯丁橡胶或软木橡胶底垫72支持和缓冲了燃料组件74。在由管状容器26顶端70(如图6所示)支承的燃料组件74之上提供了一个相似的设置。管状容器26具有两个不动的侧壁58和60，它们固定在容器的底端68和顶端70上。容器具有两个可动的侧壁62和64，它们通过绕中枢销67(如图6所示)转动的铰链66，铰接到不动侧壁58和60的相邻边。当锁住时，由相似的铰链66连接两个可动侧壁，中枢销插入铰链形成插锁。这样，可动侧壁62和64可以从任何铰接缝打开，提供从许多方向进入管状容器26内部，有助于在可能产生障碍的不同环境下装卸。管状容器26最好由铝构成，厚度例如为0.375英寸(0.9525cm)。
侧壁58，60，62和64的内壁覆盖了铁-纯铁体复合板80，以及把具有磁性背衬的氯丁橡胶或软木橡胶垫82由磁性力连接和固定在栅板高度上，在栅板高度上把垫的氯丁橡胶或软木橡胶一侧靠在栅板外面。在垫上的磁性连接使得它们可以调整来适应不同的核燃料元件设计。氯丁橡胶或软木橡胶垫没有栅板材料硬，在侧壁62和64处于闭合位置时固定栅板定位而不会损伤栅板，并且在运输时缓冲燃料组件。管状容器26内部可以单独地用于运输如燃料棒的其他燃料元件，在管状容器26内采用把元件牢固定位的的插入件。图6提供了铁-纯铁体复合板80和铰接位置的更好视图。或者是，在侧壁58，60，62和64内部的多个高度上，可以把在氯丁橡胶或软木橡胶垫背面上的夹子支承在开孔中。从一个开孔到一个开孔移动垫可以调整垫的轴向位置。
图7表示了六角形管状容器26的简化顶视图，用于运输六角形燃料，如在俄罗斯设计的VVER反应堆中采用的燃料。此时，有四个不动的侧壁58，59，60和61以及两个可动的侧壁，如先前描述那样设置和铰接。在所有其他方面，图7所示管状容器26的实施例与图5和6相同。
当燃料组件或其他核燃料元件装在管状容器26内时，可以用中枢销67封闭和固定可动侧壁62和64，把管状容器26装在外包装下支承区16的V形槽32内。然后下降外包装上区14与下区16配合，固定插锁52。这样，可以在固定和安全方式下在水平位置运输核燃料产品。外包装提供了运送不同燃料元件类型的通用性。
图8和9说明了外包装12的另一个实施例。外包装12的下区16在大多数方面与图1所说明的相同，但图1所示的上区对下区的键配合和前端盖20除外。所示的支腿18也不同。在图8和9所示实施例中，上区14分开成区84和86，每个区与下区16铰接。当区86和84闭合时，配合表面88和90沿它们的键槽相交，并且可以锁住。前端盖92大致为矩形，成为半上区84之一的整体部分。当闭合时，前端盖92位于下区16前面的密封槽94中。设有吊耳96，用于转移容器进出运输容器。图8和9所示实施例的摆动上区84和86使得更容易打开和闭合外包装12和装载管状容器26。
图10表示了图8和9所示外包装12，具有运输六角形燃料组件的六角形管状容器或构件26′。在所有其他方面，外包装12和管状容器与上述相同。
尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，熟悉该技术的人员可以理解到，根据本发明公开的所有说明可以对其细节做出各种修改和变化。因此，公开的特定实施例仅意味为示例，而不限制本发明的范围，它将在所附权利要求整个广度及其任何和所有相当内容中给出。
参考符号表-ARF 2002-006
| 1 | 25 | 49 | 73 |
| 2 | 26管状容器 | 50键 | 74燃料组件 |
| 3 | 27 | 51 | 75 |
| 4 | 28冲击座 | 52外包装锁 | 76燃料棒 |
| 5 | 29 | 53外包装上区边缘 | 77底部喷口 |
| 6 | 30V形槽壁的凹区 | 54锁臂 | 78栅板 |
| 7 | 31 | 55外包装下区边缘 | 79 |
| 8 | 32V形槽 | 56锁条 | 80铁-纯铁体门衬垫 |
| 9 | 33 | 57 | 81 |
| 10运输容器系统 | 34不锈钢壳 | 58容器的不动侧壁 | 82具有磁性背衬的氯丁橡胶垫 |
| 11 | 35 | 59容器的不动侧壁 | 83 |
| 12外包装 | 36聚酯充填材料 | 60容器的不动侧壁 | 84上半区 |
| 13 | 37外包装空心槽 | 61容器的不动侧壁 | 85 |
| 14外包装上半区 | 38V形槽下部 | 62容器的可动侧壁 | 86上半区 |
| 15 | 39 | 63 | 87 |
| 16外包装下半支承区 | 40管状容器下角 | 64容器的可动侧壁 | 88区84的配合接口 |
| 17 | 41 | 65 | 89 |
| 18外包装支腿 | 42衬垫外包装槽的中子吸收材料 | 66铰链 | 90区86的配合接口 |
| 19 | 43 | 67中枢销 | 91 |
| 20外包装前端盖 | 44隔热层 | 68容器底部 | 92前端盖 |
| 21外包装端部凹口 | 45 | 69 | 93 |
| 22外包装后端盖 | 46衬垫管状容器的中子吸收材料 | 70容器顶部 | 94前端盖密封槽 |
| 23 | 47 | 71 | 95 |
| 24载荷分布角铁 | 48外包装键槽 | 72氯丁橡胶底垫 | 96吊耳 |
Claims (21)
1.一个用于第一核燃料产品的运输容器系统包括：
一个细长管状容器，设计成容纳和支承其中的第一核燃料产品，管状容器的外部具有至少两个基本上平的壁，该壁基本上沿着管状容器的轴向尺寸延伸，至少一个壁的至少一个周向端具有铰接对接口，以提供进入容器内部；
一个细长管状外包装，具有至少与管状容器一样长的轴向尺寸，大于管状容器的内部截面，以及一个内管状槽，它具有一个沿轴向延伸的下支承区，支承许多冲击座，上述许多冲击座中至少一个位于下支承区的径向一侧，当外包装被支持在水平位置时，冲击座以与下支承区隔开的方式分别支承管状容器平壁的一个或另一个，下支承区的至少一个周向端具有一个基本上沿其轴向尺寸的被夹持对接口，提供进入外包装的内部；以及
支持外包装在水平位置的装置。
2.权利要求1的运输容器系统，其中管状容器具有矩形或六角形截面。
3.权利要求2的运输容器系统，其中管状容器的至少两个相邻侧壁沿轴向铰接到管状容器的相邻的其余侧壁，并且沿轴向可锁地连接在两个相邻侧壁的连接处，使得在解锁时两个相邻侧壁可以摆动打开，露出管状容器的内部。
4.权利要求1的运输容器系统，其中细长管状容器基本上由铝构成。
5.权利要求1的运输容器系统，用于运输核燃料组件，它具有一个支持许多燃料棒成一个阵列的栅板，其中管状容器具有一个内表面，包括一个沿轴向可调整的垫，垫在栅板位置的轴向高度上装到内表面上，当上述燃料组件在上述管状容器中时，靠在上述栅板上。
6.权利要求5的运输容器系统，其中靠在栅板上的垫的表面由比栅板材料软的材料构成。
7.权利要求6的运输容器系统，其中垫的表面由软木橡胶构成。
8.权利要求3的运输容器系统，其中插锁是一个铰链的中枢销，可以在许多铰接的配合侧壁接口的任何一个上打开管状容器的侧壁。
9.权利要求1的运输容器系统包括连接到管状容器壁的一个表面上的中子吸收材料。
10.权利要求1的运输容器系统，其中管状容器构成至少两个沿轴向延伸的区，一个区形成下支承区。
11.权利要求10的运输容器系统，其中每个区由不锈钢的空心壳体形成，空心区域充以轻质材料。
12.权利要求11的运输容器系统，其中轻质材料是聚氨酯。
13.权利要求11的运输容器系统包括空心区域内的隔热材料。
14.权利要求10的运输容器系统，其中当配合一起时各区键接对准。
15.权利要求10的运输容器系统，其中各区锁在一起。
16.权利要求1的运输容器系统，其中冲击吸收座沿轴向隔开在下支承区的径向侧。
17.权利要求14的运输容器系统，其中冲击吸收座的数目与第一核产品的重量有关。
18.权利要求1的运输容器系统，其中冲击吸收座是橡胶座。
19.权利要求1的运输容器系统，其中管状外包装的内部管状槽的壁衬以中子吸收材料。
20.权利要求1的运输容器系统，其中细长管状容器的至少两个基本上平的壁以小于180度的内角相互靠在一个连接处形成一个“V形”，当外包装支承在水平位置时，与管状容器外部的其他点相比，“V形”基本上被支承在外包装内沿径向的最下点。
21.一个用于第一核燃料组件的运输容器系统包括：
一个细长管状容器，具有至少与第一核燃料组件一样长的轴向尺寸，大于第一核燃料组件的内部截面，以及一个内部管状槽，它的尺寸紧密地容纳第一核燃料组件，它的形状基本与第一核燃料组件的周边形状一致，管状容器具有至少两个沿周向隔开的轴向缝，当分开时它打开管状容器的一个壁区，露出内部管状槽，通过它可以从管状容器装卸第一核燃料组件，管状容器的外部具有至少两个基本上平的壁，它们基本上沿管状容器的轴向尺寸延伸；
一个细长的管状外包装，具有至少与管状容器一样长的轴向尺寸，大于管状容器的内部截面，以及一个管状槽，它具有一个沿轴向延伸的下支承区，支承许多冲击座，上述许多冲击座中至少一个位于下支承区的径向侧，当外包装被支持在水平位置时，冲击座以与下支承区隔开的方式分别支承管状容器平壁的一个或另一个；以及
支持外包装在水平位置的装置，使得平壁靠近的连接处在最低点。
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