本發(fā)明通常涉及用于給核反應堆加燃料的方法，并且具體地，涉及給具有緊湊安全殼(containmentvessel)的小型模塊式反應堆加燃料的方法。

背景技術：
采用輕水反應堆的核電站需要定期停電以便用于給反應堆加燃料。新的燃料組件被輸送到核電站，并連同可能已經從反應堆預先移除的用過的燃料組件一起暫時存儲于燃料存儲庫(building)內。在加燃料的停電期間，將反應堆中燃料組件的一部分從反應堆移除到燃料存儲庫。燃料組件的第二部分從反應堆中的一個支撐位置運動到反應堆中的另一個堆芯支撐位置。新的燃料組件從燃料存儲庫運動到反應堆內以取代被移除的那些燃料組件。這些運動都按照詳細的序列計劃完成，使得每個燃料組件按照由反應堆堆芯設計者所定制的整體加燃料計劃而被放置于特定位置中。加燃料活動通常處于用于將核電站返回到電力操作的關鍵路徑上，因此這些操作的速度對于核電站的所有者而言是一項重要的有關經濟的考慮因素。此外，核電站的設備和燃料組件是昂貴的并且必須加以小心不要由于燃料組件或燃料輸送設備處理不當而造成損壞或不必要的暴露于輻射下。這些操作的精確度也是重要的，因為反應堆堆芯的安全和經濟的操作取決于處于適當位置下的每個燃料組件。典型的加壓水反應堆需要每十八至二十四個月加一次燃料。在加燃料期間，將反應堆拆開，將堆芯卸載到通常被稱為廢燃料池的存儲位置下。在傳統(tǒng)的加壓水反應堆中，通過移除反應堆壓力容器封頭和上部內部結構來接近燃料。這些部件存儲于安全庫內，而自反應堆容器凸緣上方的操縱臺支撐的專門的加燃料升降設備以一次一個的方式將燃料組件從反應堆容器轉移到燃料輸送管。輸送管將核電站的廢燃料儲存區(qū)域連接到反應堆安全庫。燃料在通過輸送管轉移之前被端部向下翻轉(downended)(鋪設在其一側上)。該過程被逆轉以便將燃料裝載回到反應堆容器內。一些加壓水反應堆設計的物理結構(包括對于小型模塊化反應堆設備而言正在研發(fā)的一體化反應堆)防止直接使用這種傳統(tǒng)的加燃料方法。圖1和圖2示出這樣小型的模塊化反應堆。圖1示出反應堆安全殼的透視圖，其被局部剖開以便示出壓力容器及其內部部件。圖2是圖1中所示壓力容器的放大視圖。增壓器22集成到反應堆容器封頭28的上部內，并消除了對單獨部件的需求。熱的立管柱16將初級冷卻劑從堆芯14引導到環(huán)繞熱立管柱16的蒸汽發(fā)生器18。多個冷卻劑泵26在接近上部內部結構24的上端部的高度下圍繞反應堆容器10沿周向間隔開。反應堆冷卻劑泵26是水平安裝的軸流密封式電動泵。反應堆堆芯14和上部內部結構24除了它們的大小之外與反應堆中的相應部件基本相同，該反應堆由賓夕法尼亞州的WestinghouseElectricCompanyLLC，CranberryTwp.提供。從前述內容，應當顯而易見的是采用傳統(tǒng)的加燃料方法對于這種類型的安全和緊湊的設計而言是不切實際的，傳統(tǒng)的加燃料方法通過在上述容器凸緣30區(qū)域的正上方給反應堆井注入燃料并將水下的燃料組件通過延伸通過安全殼的輸送管32輸送到廢燃料池。因此，對于適于緊湊的一體式反應堆設計而言需要一種新的加燃料方法。此外，需要能夠有效地給這種緊湊安全和一體式反應堆設計加燃料的這種方法，同時不會損壞所輸送的部件或造成不必要地暴露于輻射下。

技術實現要素：
這些和其它目的通過給核反應堆加燃料的方法來實現，所述核反應堆包括：反應堆容器，其具有帶凸緣的開放的上端部；容納堆芯的反應堆容器包括支撐于堆芯上方的多個燃料組件和上部內部結構。具有配合凸緣的反應堆容器封頭密封反應堆容器的開放的上端部。加燃料的方法包括移除所述反應堆容器封頭并將封頭放入到在反應堆容器上方的路徑之外的第一存儲位置下。然后將上部內部結構從反應堆容器提升到在反應堆容器上方的路徑之外的第二存儲位置。將具有開放的下端部和開放的上端部的圓柱形罐安裝在反應堆容器凸緣上，然后將圓柱形罐的下端部密封到反應堆容器凸緣。在圓柱形罐側面上的貫穿件連接到加燃料的管，所述管將安全殼的內部連通到安全殼外部并在反應堆庫內的廢燃料池。在反應堆容器內的反應堆冷卻劑的液位升高到至少部分地將圓柱形罐基本上充滿到等于廢燃料池內冷卻劑的液位。然后將加燃料的管打開并采用支撐到圓柱狀罐上方的加燃料機器將多個燃料組件從堆芯并通過貫穿件和加燃料的管到達廢燃料池中的存儲位置。在一個實施例中，提升上部內部結構的步驟包括使得圓柱形罐內的輻射屏蔽構件降低到上部內部結構上方的步驟。然后將上部內部結構升高到輻射屏蔽構件內，然后將內側具有上部內部結構的輻射屏蔽構件提升并轉移到第二存儲位置。優(yōu)選地，提升上部內部結構的步驟還包括將上部內部結構從所述輻射屏蔽構件降低到在所述第二存儲位置下的屏蔽支架的步驟。理想的是，屏蔽支架位于冷卻劑池內。在另一個實施例中，空氣被吸入到輻射屏蔽構件內，在其從輻射屏蔽構件排空之前進行過濾，然后在其被過濾之后將其從輻射屏蔽構件排出。此外，提升上部內部結構的步驟可包括使用用于這一目的的反應堆庫的主升降設備。此外，該方法可包括從反應堆容器、優(yōu)選從上述圓柱形罐的上方支撐加燃料機器的步驟。方法還可以包括引導加燃料機器離開反應堆凸緣以便定位要被移動的燃料組件的步驟。優(yōu)選地，使得反應堆冷卻劑液位升高的步驟通過現有的反應堆容器貫穿件來完成，并且圓柱形罐密封到反應堆壓力容器凸緣。附圖說明在下文從結合附圖一起閱讀時對優(yōu)選實施例的以下描述可獲得對所要求保護的本發(fā)明的進一步理解，其中：圖1是透視圖，其部分剖開以便示出小型的模塊化反應堆系統(tǒng)；圖2是圖1所示反應堆的放大視圖；以及圖3-14是反應堆庫內部的示意圖，按順序示出下文所述的方法實施例的步驟。具體實施方式該實施例的步驟在圖3-14中按順序示出。該實施例使用直接附接到反應堆容器10的臨時安裝的加燃料機器36。該機器36可以使用反應堆容器螺栓孔38或類似部件以便將其自身固定并對準到反應堆容器10。機器優(yōu)選包括在頂部和底部開口的屏蔽罐40。該罐通過接觸壓力容器的配合表面而密封到反應堆10的凸緣30?？墒褂肙形環(huán)或類似的柔軟密封件來限制泄漏。用于形成密封的壓力由罐的重量或通過機械緊固件諸如螺栓42來提供。在核電站的操作期間，可通過在O形環(huán)密封件之間設置的用于密封反應堆容器的現有反應堆容器漏失管線來檢測任何泄漏。罐40具有垂直于罐中心線的貫穿件44。該貫穿件提供將堆芯14內的燃料組件從反應堆容器10輸送到燃料存儲區(qū)域即核電站的廢燃料池46的裝置。該貫穿件形成燃料輸送管48的至少一部分。在反應堆容器封頭上28的封閉凸緣52和上部內部結構24已經從反應堆容器10移除以便提供接近堆芯14中的燃料組件之后，臨時加燃料的機器組件36連同其罐40和貫穿件44使用反應堆庫主升降設備50降低到反應堆容器10上。在多個一體式反應堆設計的情況下，將蒸汽發(fā)生器18、增壓器組件22和上部內部結構從反應堆容器移除以便接近燃料。罐貫穿件44連接到與廢燃料池46連通的安全殼12中的配合貫穿件32。然后通過將額外的水庫存引入通過現有的反應堆貫穿件諸如化學和容積控制系統(tǒng)的貫穿件來升高臨時罐40中的水位。當臨時罐40中的水位與廢燃料池46中的水位基本上相同時，輸送管48可被打開以允許燃料從所述反應堆傳遞到廢燃料池。輸送車54用于將燃料通過輸送管48轉移。所述車54延伸通過所述管到達反應堆容器以便從支撐在屏蔽罐40頂部上的臨時加燃料機器56接收燃料組件。如在傳統(tǒng)的核電站中的那樣，輸送車54具有旋轉籃筐以允許燃料組件被端部向下翻轉，即旋轉到水平位置，以便將輸送管所要求的直徑最小化。一旦車54從反應堆容器10傳遞到廢燃料池區(qū)域46，籃筐再次端部向上顛倒以及傳統(tǒng)的燃料處理機器58將燃料從所述車移除。這種傳統(tǒng)的燃料處理機器58將燃料放置到臨時存儲架60，直到其可被轉移到干燥的存儲或再處理設施為止。因此，本發(fā)明解決了多個與一體式加壓水反應堆和小型模塊化反應堆相關聯的設計挑戰(zhàn)。諸如圖1中所示的在小型模塊化反應堆設計中使用的緊湊的高壓安全殼12沒有用以包括在通常適于傳統(tǒng)的操作加壓水反應堆的容器上面的加燃料池的空間。在加燃料的過程中由于在未針對潛水而設計的安全殼中的關于污染和敏感的裝備不可能用水填充安全殼容器。相反，根據前述實施例，臨時加燃料池是通過將罐固定到反應堆容器來提供，反應堆容器密封到反應堆容器的凸緣配合表面。在臨時罐40中的水提供了屏蔽，且是會形成燃料元件泄漏的過濾器。罐40本身(包括輸送管的結構)由于壁材料的厚度而提供了附加的屏蔽。由于安全殼不能被充滿水，在移除到存儲的過程中上部內部結構24不能保持在水下。既屏蔽又被正排空的專門設計的升降臺用于將上部內部結構24從反應堆容器10移除。屏蔽鐘形外殼64裝配在上部內部結構上的凸緣上方以及升降臺結構的一部分穿過屏蔽鐘形外殼中的通孔以便與設置于上部內部結構上的部件接合以便提升。為了防止空氣污染，風扇和HEPA過濾器相結合將空氣從底部吸入到屏蔽鐘形外殼64內并在其被排放之前過濾鐘形外殼中的空氣。升降臺62用于將屏蔽支架內的上部內部結構放置到安全殼12外部的反應堆庫內。內部結構通過浸沒在水或硼酸水中而在存儲位置下被屏蔽。所述反應堆庫操作臺和堆芯14中的燃料組件之間的距離遠大于在傳統(tǒng)的加壓水反應堆設備中使用的小型模塊化反應堆設計中的所述距離。改變傳統(tǒng)的加燃料機器以便在這種距離下操作由于尺寸控制、視覺監(jiān)控的能力和抗震方面的考慮是不切實際的。該實施例將臨時加燃料機器56固定到反應堆凸緣，其使得機器更靠近反應堆堆芯移動。燃料被升高到掩體70內，行進類似于傳統(tǒng)加燃料機器的距離。反應堆容器提供引導到燃料允許精確對準的非常穩(wěn)定的附接點。圖3至14是反應堆設備的示意圖，按順序示出如上所述的加燃料方法的不同階段。圖3示出在正常運行期間具有緊湊的安全殼12的小型模塊化反應堆設備。為了在浸沒設備的庫的安全殼外部加燃料，浸沒區(qū)域由圖3中所示的區(qū)域74表示，水位首先降低，以及安全殼12的上部部分34被移除并存儲，如圖4中所示，其打開安全殼12。然后使用主庫升降設備將包含蒸汽發(fā)生器18和增壓器22的反應堆封頭28移除并存儲到反應堆庫的側面，如圖5中所示。被屏蔽的上部內部升降臺62通過反應堆庫主升降設備50下降到位并固定到上部內部結構24。如圖6中所示，上部內部結構24被向上吸入到上部內部結構升降臺62的屏蔽鐘形外殼64內。在提升期間，所述風扇和HEPA過濾器66防止污染的空氣被釋放到安全庫的氣氛內。然后上部內部結構被放置到上部內部存儲架68內，如圖8中所示。然后臨時安裝的加燃料機器36附接到反應堆容器凸緣30，如圖9中所示。為臨時安裝的加燃料機器36一部分的屏蔽罐40在配合表面處被密封到反應堆容器凸緣30并附接到輸送管48。然后罐40中的水位通過使用現有的反應堆貫穿件大致升高到廢燃料池46的液位，如圖10中所示。當燃料被升高到臨時加燃料機器36的桿柱70內時，燃料輸送車54行進通過輸送管48，如圖11中所示。在燃料輸送車54的籃筐旋轉以及燃料被放入籃筐內，如圖12中所示。然后籃筐旋轉到水平位置，以及燃料在進入到輸送管48的同時被端部向下顛倒，如圖13中所示。在通過輸送管48之后，籃筐旋轉回到豎直位置，以及燃料通過廢燃料處理機器58移除并被放置到臨時存儲架60內，如圖14中所示。該過程根據需要被重復以便將燃料從反應堆容器10移除。該過程被逆轉以便將燃料從廢燃料池46帶到反應堆容器10。當已經完成給堆芯加燃料時，輸送管48可被關閉，以及臨時加燃料機器36內的水位可下降到反應堆容器10內，以及臨時加燃料機器36可通過主庫升降設備移除到存儲位置。然后被屏蔽的上部內部升降臺可用于使得內部結構升高到鐘形外殼內以及下降到堆芯內。在內部結構被固定之后，主庫升降設備可用于代替在容器10上的反應堆封頭28，然后安全殼的頂部34可復位以準備反應堆系統(tǒng)以便操作。雖然已經對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但由本領域的技術人員應該認識到對這些細節(jié)的各種修改和替代可借鑒本公開的全部教導來進行。因此，所公開的具體實施例意味著僅僅是示例性的，而并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權利要求書及其任何和所有等同物的全部范圍限定。