TWI668705B - 包含震動吸收罐體導引軌道之輻射燃料儲存封裝體 - Google Patents

Abstract

本發明有關一種封裝物包含儲存封裝體及一用於輻射燃料的限制罐體，該封裝體包含一側面體圍繞該封裝體之一縱軸延伸，且其包含一內表面會界限一空穴用以容裝該罐體，該封裝體更包含至少一總成形成一用於該空穴中之罐體的導軌，被裝在該側面體上且至少部份地突出該容裝空穴內。

依據本發明，該形成一導軌的總成包含一衝震吸收元件，設計成能藉塑性變形來吸收該封裝體與該限制罐體間之一側向撞擊的衝震。

Description

包含震動吸收罐體導引軌道之輻射燃料儲存封裝體 技術領域

本發明有關用以儲存輻射燃料之封裝物的領域，包含封裝體及一罐體其會提供該輻射燃料的限制物，且其係容裝於該封裝體所界定的空穴中。

習知技術之說明

一輻射燃料儲存封裝物的封裝體一般在儲存期間係要被垂直地置放。然而，在儲存之前，將該限制罐體裝入該封裝體的空穴中可能會使後者水平地置放來被達成。

為了方便該罐體的引入，該封裝體內部可被設以導引該罐體的軌道，當該罐體滑入該空穴內時會貼抵於軌道上。

一旦此操作完成後，該罐體的容裝空穴會被該封裝體的一蓋(或可移除端)封閉，嗣該封裝物會被傾斜歷經90°至採取其垂直儲存位置。

為能符合規定的儲存要求，該封裝物必須明顯地 符合所謂“墜機”測試的要求。此測試可藉一發生於該封裝體的側面體外部之非常高強度的撞擊來模擬。嗣其需要驗證提供該輻射燃料之限制物的罐體於此撞擊之後會保持密封。

已顯示出導軌的存在是該罐體之防漏密封破裂的風險之一重大來源，尤其當該撞擊位於該封裝體承抵該等軌道的部份時。為解決此問題，該封裝體可被更加強化，及/或其可藉繞該封裝體之側面體外部設置的附加吸震裝置來被保護。

然而，此等措施可被驗證不足以符合該墜機測試的要求，並且造成極大的整體質量和體積，其不能與操作上的限制相容。

請注意此有關導軌的問題亦可能在地震時遭遇，當地震時重複的撞擊可能導致該限制罐體損壞，直到此導致該防漏密封的破裂。又，此問題並非僅與用以將該罐體水平地引入該封裝體之空穴內的導軌相關聯，且亦會發生在任何形成可供將該罐體垂直地引入相同空穴中的導軌之總成。

本發明之引介

因此本發明的目的係為能與習知技術的實施例相較，來對上述的缺點至少部份地提供一解決方案。

為能達成本發明之此目的，乃有一封裝物包含一封裝體及一輻射燃料的限制罐體，該封裝體包含一側面體 會延伸圍繞該封裝體之一縱軸，並具有一內表面其會界限一供置放該罐體的容裝空穴，該封裝體更包含至少一總成會形成該空穴中的罐體之一導軌，該總成係裝在該側面體上，並由該側面體之該內表面至少部份地突出該容裝空穴內。

依據本發明，上述形成一導軌的總成包含一衝震吸收元件，設計成能藉塑性變形來吸收該封裝體與該限制罐體間之一側向撞擊。

故，不管該形成一導軌的總成於該空穴中的突出位置如何，損壞該限制罐體的風險會被該衝震吸收元件限制，其構成形成該導軌之總成的全部或一部份。事實上，在一外力衝擊於該側面體後，會使其被移位及/或變形，或，在一地震的情況下，傳送至該罐體之力會有部份被該罐體與側面體之間的衝震吸收元件之塑性擠壓吸收/過濾。故本發明會對符合該墜機測試要求之問題提供一種特別巧妙的方案，並能順應有關輻射燃料之限制的規定標準。

換言之，該衝震吸收元件係設計成能形成一區域，其當該形成導軌的總成撞抵該罐體時，會優先於該罐體優先地承受塑性變形。

一形成導軌的總成係意指任何突出該空穴內部，並容許該罐體在引入該空穴中時會被引導的總成，不論此引入是將該封裝體垂直或水平地置放而來進行。在後者的情況下，所述的總成係為該罐體在引入時會貼置其上者，且該總成亦可為於此操作時僅與該罐體接觸者。在垂 直裝入的情況下，乃意指所有突出該空穴內的總成皆會於該垂直引入時被用來導引/定中心該罐體。應請全部一樣地瞭解，不論該封裝體供裝入的定向為何，當以該垂直位置儲存時，該罐體與該等形成導軌的總成之間不需要任何接觸，實際上會有間隙出現/保留。要強調的是，該等間隙的存在會使傳至該罐體之力被該封裝體的壁及/或形成該導軌的總成放大。故，上述的間隙愈大，則在該側面體上有一外部撞擊時，所傳送的力會因此而更大。

較好是，該形成導軌的總成會沿縱軸方向延伸一長度對應於該容裝空穴沿此相同方向之高度的至少70%。又更好是，該總成的長度係實質上等於上述空穴的高度。

較好是，該形成導軌的總成係平行於該縱軸。

較好是，該封裝物包含多數個形成導軌的總成在該封裝體的內表面上繞周地彼此相隔分開。

較好是，該衝震吸收元件係由鋁或其之一種合金所製成。

較好是，形成該導軌的總成係部份設在一形成於該側面體中的容槽內。較好是，在形成該導軌的總成之一橫截面的平面中，該總成位於該容槽內的部份之表面積與此容槽的表面積之比係小於0.9。

或者，該總成可被固定成使其由該側面體完全地突出，而非被部份地容納於該側面體之一容槽或類似者內。

較好是，該衝震吸收元件係被設成使其能相對於該側面體沿形成導軌的總成之縱向自由平移。或者其可在 它的一端處被固定於該側面體，俾能相對於該側面體承受熱膨脹而不產生應力。但是，如前所述，該衝震吸收元件較好係完全不固定於該側面體。

較好是，形成該導軌的總成包含一徑向在內部份會形成一軌道，及該衝震吸收元件設在該軌道與該封裝側面體之間。特別是該軌道於該罐體引入時會保護該衝震吸收元件，顯著地對抗材料撕裂的風險。此外，藉著提供充分的剛性，該軌道能將力分散於其所接觸的該衝震吸收元件之一較大的表面積上。故由該總成所提供的吸震功能之有效性會被加強。

較好該軌道係設有一低磨擦塗層。

較好該等軌道和衝震吸收元件係被一由形狀互補的部件製成之連結物互相連接。例如，其可為一鳩尾連結物，一方形或矩形截面連結物，或仍為一簡單的平坦支撐面。不論用於此連結物的形狀如何，其較好是製成使一相對的縱向移動能發生於該軌道與該衝震吸收元件之間，而具有一可被限制的幅度，但其特別可容許該二元件間的任何不同熱膨脹。此在當該等熱膨脹係數實質地不同時自然是有利的。

最後，該軌道較好係在其一端牢固地固定於該側面體，且該同一軌道係被設成能相對於該衝震吸收元件沿該軌道的縱向自由平移，迄達到其另一端。較好是該軌道牢固地固定於該側面體的一端係位在靠近該空穴的開口處，該罐體係經由該開口被引入。

如一指標，在一較佳實施例中該空穴之該開口係位在該封裝體的較下端處，該後者係設有一可移除的端部被設計成沒有該空穴的開口。

此不僅容許該二元件間之任何不同膨脹問題能被管理，且亦會限制當該罐體引入時該軌道彎曲的風險。實際上，當此引入時該軌道可相對於支撐它的衝震吸收元件，朝該軌道的上述另一端之方向沿其縱向自由地變形，不會有該彎曲的風險。

較好是該罐體會包封輻射燃料棒，較好是群集在一或多個核子燃料總成內。

較好是，在任何穿過該封裝體和該罐體的橫截面中，該罐體由其外表面所界限的表面積與該空穴由其內表面所界限的表面積之比係大於0.8。

本發明之其它的優點和特徵將可在以下的詳細非限制性說明中顯現。

1‧‧‧封裝體

2‧‧‧側面體

2a‧‧‧上端

2b‧‧‧下端

3‧‧‧罐體

4‧‧‧空穴

6‧‧‧頭蓋

8‧‧‧底部

12‧‧‧縱軸

14‧‧‧執持裝置

15‧‧‧總成

15’‧‧‧其它的總成

15a‧‧‧容槽內的部份

17‧‧‧貫穿通道

20‧‧‧凹槽

22‧‧‧內表面

24‧‧‧軌道

26‧‧‧塗層

28‧‧‧衝震吸收元件

30‧‧‧支撐間隔物

30a‧‧‧固定片

31‧‧‧側向間隙

34,38,42‧‧‧焊接部

36,37‧‧‧鳩尾連接

40‧‧‧定心間隔物

50‧‧‧外部撞擊

51‧‧‧支撐腳

52‧‧‧突出部

100‧‧‧封裝物

L‧‧‧總成長度

H‧‧‧空穴高度

此說明係相關於所附圖式來被作成，其中：圖1示出一依據本發明之一較佳實施例的封裝物在垂直儲存位置的立體圖；圖2示出一前圖中所示的封裝物之封裝體在裝入該罐體之水平位置的立體圖；圖3示出前圖中所示的封裝體之一橫截面圖，且該封裝體的空穴容納著該罐體；圖4示出該封裝體的一部份之一立體圖，乃示出一屬於 本發明之形成導軌的總成；圖5為一沿圖3之V-V線的截面圖；圖6為一沿圖5之VI-VI線的截面圖；圖6a為一沿圖5之箭號F1的視圖，而該罐體定心間隔物被移除；圖6b為一沿圖5之箭號F2的視圖；圖7為一類似於圖6a的視圖，而該罐體定心間隔物被示出；圖8示出在一撞擊發生於該封裝體之側面體外部的情況下，該形成導軌之總成的行為之一示意圖；圖8a示意地示出該形成導軌的總成與其容槽的側壁間之一側向間隙；圖9為一類似圖6a的視圖，而該形成導軌的總成係依據另一擬想的實施例被示出；圖10為一類似圖5的視圖，而該形成導軌的總成係依據另一擬想的實施例被示出；圖11為一沿圖10的XI-XI線的截面圖；及圖12為圖10之一頂視圖。

特定實施例之詳細說明

首先參閱圖1和2，一採取本發明之一較佳實施例的形式之用以儲存放射性材料的封裝物100係被示出。該封裝物係意圖用來收存輻射燃料。其包含封裝體1會容納一裝有該核子燃料的限制罐體3。較好此包含輻射燃料棒等，較 好是群集在一或多個核子燃料總成內。

封裝體1整體包含一筒狀形式的中空側面體2，且其會界定一供收納該罐體3的空穴4，一可卸除的頭蓋6會在該側面體2之一上端2a處封閉該空穴4，以及一封裝體底部8會在該側面體2的另一端，稱為下端26處，封閉該空穴4。該底部可與該側面體一起被製成一單件。

以一精習於該技術者所知的方式，該罐體3會填滿該空穴4之一非常大的部份。通常此會由以下事實來顯示，即在任何穿過該封裝體1和罐體3的橫截面中，如圖3所示者，該罐體3由其外表面所界限的表面積與該空穴4由其內表面22所界限的表面積之比係大於0.8。

如精習於該技術者所知，在該用以儲存，較好是長期儲存的封裝體中，該空穴並不構成放射性材料之一限制封罩，此封罩係由該罐體本身有效地界定。然而，該封裝體的設計會提供一般的中子防護，伽馬(γ)輻射防護和機械強度功能。為達到此，其乃可擬想特別是該中空側面體2的厚度係為至少200mm，且其可被由鋼製成。

該側面體2會圍繞該封裝體的縱軸12延伸，該空穴的開口位於該底部8的相反側係以該縱軸為中心。

該封裝體1亦包含多個執持裝置14，亦稱為抬舉凸耳，用以套於一抬舉樑上(未示出)俾使該封裝物能被移動/傾斜。較好有四或更多個該等裝置，分佈靠近該側面體2的上端和下端，而由該處它們會朝外徑向地突出。

此外，封裝體1包含通風裝置，其當該封裝體在 垂直位置時容許空氣藉對流而於該空穴與該封裝體的外部之間循環。此等特定裝置會提供一空氣流，其會使裝在該容器中的放射性材料所釋放的熱之一部份能被收集和消散，乃可被以精習於該技術者所知的任何手段製成。如一指標，貫穿通道17等可被製設在該封裝體的上端和下端處，而使該封裝體的外部會連接於該空穴4。該等貫穿通道17可例如被設在該側面體2的頂端2a和底端2b，如圖1和2中所示。故，如該等圖中的箭號所示，外部空氣會由底端2b的貫穿通道17通過該封裝體2，再進入該罐體3與該空穴4的內壁間之一環狀自由空間內，然後被由設在該側面體2頂端的相似貫穿通道17抽出。

圖4中該蓋6已為了清楚之故而被移除，乃示出界限該空穴4之該側面體2的內表面係設有當該罐體被裝入該空穴4中時用以協助該罐體相對於該側面體2滑動的裝置。如一指標，應請瞭解該引入亦可被由該封裝體之一可移除的底部進行，而不超出本發明的範圍。

該用以協助該罐體滑動的裝置15係特屬於本發明，且將參照以下圖式來被詳細說明。

首先請更詳細參閱圖3至6，其係示出該封裝體包含二個形成該罐體之導軌的總成15，用以將其引入該空穴4中。此二總成15係繞周地彼此互相隔開，例如以一5°至30°之間的角度且定心於該軸線12上。該等總成具有一伸長的形狀，而平行於該軸線12延伸。其各皆部份地容納於該側面體中之一凹槽20內，並由該凹槽突出至該空穴4的內部，此即 是說，它們會朝該內部徑向地延伸超過該側面體2界限該空穴4的表面22。該凹槽20係為一實質上呈平行六面體形狀的容槽平行於該軸線12延伸，實質上遍及該空穴的整個長度。

當該封裝體1水平地安置時，該二所述的總成15係位於最低處，在可供裝入該罐體3的位置。它們較好係相對於一包含該軸線12的垂直中間平面對稱地排列。

該較佳實施例示出，每一總成15包含一徑向在內部份24形成一軌道，由鋼製成。一低磨擦塗層26可被施加，例如由硬不銹鋼製成。當然此塗層之目的係為於該罐體被引入該空穴中時促進其在該等總成15上的滑動，較好是使該封裝體水平地來進行，如圖2和3中所示。

各總成亦包含一衝震吸收元件28，較好是由鋁或其之一合金製成。此元件28係至少部份容納於該凹槽20內，而被設在該側面體2和軌道24之間，如在圖5中可被更佳地看出。此衝震吸收元件28係被設計成可藉塑性變形來吸收該側面體2與該限制罐體3間之一側向撞擊力。故雖該等總成15會突出該空穴4中來滿足它們當該罐體被引入該封裝體時可導引該罐體之一第一功能，但損及該限制罐體的風險會被該衝震吸收元件28所限制，其會遭受塑性變形。

該衝震吸收元件28會以一連續桿條的形式延伸於該凹槽20內遍及該總成15的整個長度。或者，亦可有數段的吸震物沿該軌道24的縱向端對端地排列，該軌道較好係沿其整個長度為連續的，即歷經該總成15的整個長度。就此，應請瞭解該各總成皆會延伸歷經該封裝體之一甚大 部份。如在圖5中可看出，各總成15會沿該縱軸12的方向延伸一長度“L”，其對應於該空穴4之高度“H”的至少70%，雖其係為特定的，但一高達90%或更多的百分比亦可被考量。

各總成15係被使用二支撐間隔物30組裝在該側面體20上，該各間隔物分別置設於該凹槽20的末端。該等間隔物30較好係焊接於該側面體2，如圖6a和6b中所示的U形焊接部34。此外，該等軌道24的末端和該等間隔物30係以一使用互補形狀的部件46之連接，於此為一鳩尾連接，來兩兩連結。

如圖5中所示，該衝震吸收元件28係被設成在頭間隔物30和底間隔物30之間具有一軸向間隙，俾能相對於該側面體2和軌道24在該總成15的縱向自由地膨脹。換言之，該衝震吸收元件28係僅被軸向地楔合，且有一間隙，並藉被固緊於該凹槽20的底部與軌道24之間而徑向地扣持。

請參閱圖6，其係示出該軌道24與該衝震吸收元件28係以一使用互補形狀部件37的連接，於此為一鳩尾連接，來互相連接。該連接部份37係稍微較朝向該空穴4之限制表面22的內部。故該衝震吸收元件28之一甚大部份係位於該凹槽20內，且更精確而言是幾乎其全部，除了其呈一鳩尾狀之公部或母部的內端之外。利用此連接37則相對的縱向移動可發生於該軌道24與衝震吸收元件28之間，其有一幅度會受限制，但可容許該二元件24、28間之不同膨脹的現象。

請回參圖6a，應請注意該軌道24係牢固地固定於 位在該罐體被引入之側處的支撐間隔物30。因此在所述實施例中其係為位在該蓋之側的間隔物。固定係例如藉一沿該鳩尾介面的焊接38來達成。另一方面，遍及該軌道24離其位於靠近該封裝體之蓋之此端以外的整個剩餘長度，該軌道係被設成使其能相對於該衝震吸收元件28沿縱向自由平移。此亦為另一間隔物30的情況，如在圖6b中可見，其示出該連接36會提供該軌道24與間隔物30間之一平移的自由度。

因此該軌道24係可相對於該吸震物28自由平移迄至其另一端，此又容許該二元件間之不同熱膨脹的問題能被管理，並限制當罐體裝入操作時該軌道24彎曲的風險。事實上，當此引入時，該軌道能相對於該衝震吸收元件28和位在該空穴用來引入該罐體之相反端處的間隔物30於該底部的方向自由地延伸。

圖5和7示出一定心間隔物40係附接於該軌道24的頭端前方，設在該支撐間隔物30上，且較好是以一位於此二間隔物30、40間之前介面處的焊接42來組合於它。另一焊接亦可被考量在該軌道24的頭端與此定心間隔物40間的介面處，由於其之傾斜表面，可容許該罐體3在最初的罐體裝入狀態時自行定心。該間隔物40較好係整體設在該空穴4內，即是，相對於該表面22朝該內部徑向地偏移。

圖8示出在有一撞擊事件發生於該封裝體的側面體2，例如，模擬該封裝物有一墜機衝撞時，該總成15的行為之一示意圖。類似的行為亦可能發生於一造成重複的高 強度衝震之地震事件中。

在一使其被移位及/或變形的外部撞擊50發生於該側面體2之後，傳至該罐體的力會被該罐體3與該側面體2的凹槽20底部間之該衝震吸收元件28的塑性擠壓部份地吸收/過濾。換言之，在一外部撞擊的強度係大於一預定值的事件時，該衝震吸收元件28會在該罐體3與側面體2之間形成一會優先承受塑性變形的區域。為能有利於該形成一導軌之總成15的衝撞擠壓，該軌道係以一側向間隙套裝於其容槽20內。該等側向間隙31係被示意地呈現於圖8a的橫截面中。事實上，它們容許該總成15位於該容槽20內的部份15a能被可接受地擠壓，而不會被該容槽的側壁阻礙。當一墜落時，該優先完全構成衝震吸收元件28的部份15a之擠壓會導致該總成15的側向膨脹，並因而使該等側向間隙31被占滿。

如一指標，此等間隙的總和可為大於1或2mm。或者，單一間隙亦可被提供來取代兩個，不會超出本發明的範圍。

不論如何，可以考量在該總成15之一橫截面的平面中，如圖8a所示，位於該容槽20內的部份15a之表面積與該容槽的表面積之比係小於0.9。

此比率係保持歷經該軌道15之長度的至少70%，但顯然可知地在該等間隔物30處不會達到，其會完全地填滿該容槽20。

請參閱圖9，該總成15的另一可能實施例係被示 出。首先該總成係被製成一單件。故其整體形成一衝震吸收元件，被製成能達成該軌道功能，雖該低磨擦塗層26可被保留在其內端。又，該總成15會由界限該空穴4的內表面22完全地突出，而不再部份地嵌入該封裝體之側面體2中之一凹槽中內。

現請參閱圖10至12，形成導軌的總成15之另一可能實施例係被示出。其較好係為一種供用於不同於圖3和4中所示並描述於前之二底部總成15的總成之設計。此等其它的總成，全都圍繞該空穴4列設，在圖3和圖4中具有標號15’。但於後它們將會被以標號15來描述用於圖10至12的說明。

各總成15亦係由一單件所製成，其整體形成該衝震吸收元件。其係可沿該軌道的縱向相對於該側面體2自由平移。其亦置設於該側面體2之一容槽20中，而在其兩端僅被二固定片30a簡單地支撐於該側面體上。為能如此，該等固定片30a較好係焊接於該側面體2，並有一支撐腳51將該總成15固抵於該容槽20的底部。為了該總成15的熱膨脹，軸向間隙會被設於該總成與該等固定片30a之間，亦設於該封裝體2的容槽20內。

該等固定片30a的腳51係貼置於該總成15之二縱向的外突出部52之間，該等突出部52各會沿該軌道的縱向導伸。

當然各種不同的修正可被精習於該技術者作成於本發明中，其僅被以非限制例來描述如上。

Claims (14)

1. 一種封裝物，其包含儲存封裝體及一用於輻射燃料的限制罐體，該封裝體包含一側面體，該側面體圍繞該封裝體之一縱軸而延伸並且包含一內表面，該內表面界限一容裝空穴其中放置該罐體，該封裝體更包含用於該空穴中之該罐體的至少一形成導軌的總成，該總成係安裝在該側面體上並且從該側面體的內表面至少部份地突出至該容裝空穴中；其特徵在於：該形成導軌的總成包含一衝震吸收元件，其設計成能藉塑性變形來吸收該封裝體與該限制罐體間之一側向撞擊的衝震；以及，在穿過該封裝體和該罐體的任一橫截面平面中，由該罐體之外表面所界限的該罐體之表面積對由該空穴之內表面所界限的該空穴之表面積之比係大於0.8。
2. 如請求項1之封裝物，其中該形成導軌的總成沿該縱軸的方向延伸一長度，該長度對應於該容裝空穴沿此相同方向之高度的至少70%。
3. 如請求項1或2之封裝物，其中該形成導軌的總成係平行於該縱軸。
4. 如請求項1或2之封裝物，其中該封裝物包含多數個形成導軌的總成，其等係在該側面體的內表面上周向地彼此相隔分開。
5. 如請求項1或2之封裝物，其中該衝震吸收元件係由鋁或 其之一合金製成。
6. 如請求項1或2之封裝物，其中該形成導軌的總成係部份配設在一製於該側面體中的容槽內。
7. 如請求項6之封裝物，其中在該形成導軌的總成之一橫截面平面中，該總成位於該容槽內的部份之表面積對該容槽的表面積之比係小於0.9。
8. 如請求項1或2之封裝物，其中該形成導軌的總成包含一形成一軌道的徑向在內部份，及配設在該軌道與該側面體之間的該衝震吸收元件。
9. 如請求項8之封裝物，其中該軌道係設有一低磨擦塗層。
10. 如請求項8之封裝物，其中該軌道係由鋼製成。
11. 如請求項8之封裝物，其中該軌道與該衝震吸收元件係藉一使用形狀互補部件的連接來互相連接。
12. 如請求項8之封裝物，其中該軌道係在其一端牢固地附接於該側面體，且該同一軌道係配設成使其能相對於該衝震吸收元件而沿該軌道的縱向方向自由平移，迄至其另一端。
13. 如請求項1或2之封裝物，其中該罐體容裝多數輻射燃料棒。
14. 如請求項13之封裝物，其中該等輻射燃料棒是群集在一或多個核子燃料總成中。