本申請(qǐng)要求在2014年7月28日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)62/029,931的權(quán)益，該申請(qǐng)的內(nèi)容被全部結(jié)合于此作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及用于存儲(chǔ)核燃料,尤其是用于存儲(chǔ)乏核燃料的支架。

背景技術(shù)：

在核電站工業(yè)中，核能源呈填充有濃縮鈾的中空鋯合金管的形式，且稱(chēng)為燃料組件。在耗盡至某一程度下，從反應(yīng)器中移除乏燃料組件。此時(shí)，燃料組件不僅發(fā)射極度危險(xiǎn)程度的中子和伽馬光子(即，中子和伽馬輻射)，而且產(chǎn)生大量須被耗散的熱量。

當(dāng)從反應(yīng)器中移除乏燃料組件時(shí)，有必要始終充分容納從該乏燃料組件發(fā)出的中子和伽馬輻射，還有必要冷卻該乏燃料組件。由于水是優(yōu)良的輻射吸收劑，因而通常在從反應(yīng)器中移除乏燃料組件之后就迅速地將這些乏燃料組件浸沒(méi)在水池中的水下。池水還通過(guò)將熱負(fù)載拉離乏燃料組件來(lái)冷卻這些乏燃料組件。水還可容納溶解的中子屏蔽物質(zhì)。

經(jīng)浸沒(méi)的燃料組件通常在支架結(jié)構(gòu)(通常稱(chēng)為燃料架)中以大體直立定向支承在燃料水池中。眾所周知的是，當(dāng)燃料組件之間的距離縮短時(shí)，燃料組件之間的中子相互作用增強(qiáng)。因此，為了避免由于支架中的相鄰燃料組件的相互間反應(yīng)產(chǎn)生的臨界狀態(tài)(或其危險(xiǎn))，需要使得燃料架以隔開(kāi)的方式支承燃料組件，從而允許充足的中子吸收材料能存在于相鄰的燃料組件之間。中子吸收材料可以是池水、含有中子吸收材料的結(jié)構(gòu)或者其組合。

用于燃料組件的高密度存儲(chǔ)的燃料架通常具有蜂窩結(jié)構(gòu)，其中中子吸收板結(jié)構(gòu)(即，屏蔽件)放置在呈實(shí)心板形式的存儲(chǔ)單元之間。對(duì)于具有正方形的水平橫截面輪廓的燃料組件，存儲(chǔ)單元通常是長(zhǎng)的垂直方管，其在頂部處開(kāi)口，燃料元件插入通過(guò)其中。為了使得能存儲(chǔ)在單個(gè)支架中的燃料組件的數(shù)量最大化，用于這些方管的燃料架由呈直線(xiàn)陣列的方管形成。類(lèi)似地，對(duì)于具有六邊形的水平橫截面輪廓的燃料組件，存儲(chǔ)單元通常是長(zhǎng)的垂直六邊形管，其在頂部處開(kāi)口，供燃料元件插入通過(guò)其中。對(duì)于此類(lèi)存儲(chǔ)單元，為了使得能存儲(chǔ)在單個(gè)支架中的燃料組件的數(shù)量最大化，用于這些六邊形管的燃料架通過(guò)呈蜂窩陣列的六邊形管形成。

不管存儲(chǔ)單元是方管還是六邊形管，一些燃料架的存儲(chǔ)單元可包括能起到兩個(gè)功能的雙重壁。雙重單元壁的第一功能可以是封裝中子屏蔽板，以保護(hù)中子屏蔽件免受由于與水接觸而導(dǎo)致的侵蝕或其他劣化。雙重單元壁的第二功能可以是提供通量阱，以更佳地防止在存儲(chǔ)單元的陣列中出現(xiàn)不期望的熱量積聚。當(dāng)這些雙重壁功能的兩者均結(jié)合到燃料架陣列中時(shí)，需要減小存儲(chǔ)密度容量。因此，期望在設(shè)計(jì)燃料架中做出改進(jìn)，其提供兩種此類(lèi)功能并且改進(jìn)總體存儲(chǔ)密度容量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種用于支承乏核燃料的裝置。具體地說(shuō)，該裝置能夠高密度存儲(chǔ)乏核燃料。

在本發(fā)明的第一單獨(dú)方面中，燃料架裝置包括：具有上表面和下表面的基板；以及多個(gè)存儲(chǔ)管，其以并排布置的方式耦接于基板的上表面，以形成存儲(chǔ)管的直線(xiàn)陣列。每個(gè)存儲(chǔ)管沿著縱向軸線(xiàn)延伸，并且包括：矩形外管，其具有限定內(nèi)腔的內(nèi)表面；第一人字形板，該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，該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對(duì)的關(guān)系定位在該內(nèi)腔中，從而將內(nèi)腔分成：(1)形成在第一人字形板的第一壁板與矩形外管的第一拐角部分之間的第一室；(2)形成在第一人字形板的第二壁板與矩形外管的第二拐角部分之間的第二室；(3)形成在第二人字形板的第一壁板與矩形外管的第三拐角部分之間的第三室；(4)形成在第二人字形板的第二壁板與矩形外管的第四拐角部分之間的第四室；以及(5)具有六邊形橫截面并且配置為接納包含乏核燃料的燃料組件的燃料存儲(chǔ)單元。

在本發(fā)明的第二單獨(dú)方面中，用于存儲(chǔ)乏核燃料的燃料架裝置包括：具有上表面和下表面的基板；以及多個(gè)存儲(chǔ)管，其耦接于基板的上表面并且從該上表面向上延伸，且這些存儲(chǔ)管以并排布置的方式布置以形成存儲(chǔ)管的陣列。每個(gè)存儲(chǔ)管沿著縱向軸線(xiàn)延伸，并且包括：外管，其具有限定內(nèi)腔的內(nèi)表面；以及定位在外管內(nèi)的內(nèi)板組裝件，其將內(nèi)腔分為多個(gè)內(nèi)部通量阱室和燃料存儲(chǔ)單元。

在本發(fā)明的第三單獨(dú)方面中，燃料架裝置包括：具有上表面和下表面的基板；以及多個(gè)存儲(chǔ)管，其以并排布置的方式耦接于基板的上表面，以形成存儲(chǔ)管的直線(xiàn)陣列。每個(gè)存儲(chǔ)管沿著縱向軸線(xiàn)延伸，并且包括：矩形外管，其具有限定內(nèi)腔的內(nèi)表面；以及定位在內(nèi)腔中的多個(gè)壁板，這些壁板將內(nèi)腔分為：(1)形成在壁板的第一壁板與矩形外管的第一拐角部分之間的第一內(nèi)部通量阱室；(2)形成在壁板中的第二壁板與矩形外管的第二拐角部分之間形成的第二內(nèi)部通量阱室；(3)形成在壁板中的第三壁板與矩形外管的第三拐角部分之間形成的第三內(nèi)部通量阱室；(4)形成在壁板中的第四壁板與矩形外管的第四拐角部分之間形成的第四內(nèi)部通量阱室；以及(5)具有六邊形橫截面并且配置為接納包含乏核燃料的燃料組件的燃料存儲(chǔ)單元。

本發(fā)明的其它可應(yīng)用區(qū)域?qū)闹筇峁┑脑敿?xì)描述中變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)理解的是，詳細(xì)描述和特定示例、雖然指示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例但僅僅旨在說(shuō)明的目的并且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將從詳細(xì)描述和附圖中變得更易于理解，附圖中：

圖1是燃料存儲(chǔ)池內(nèi)的燃料架的示意圖。

圖2是用于存儲(chǔ)燃料組件的燃料架的第一實(shí)施例的立體圖。

圖3A是圖2所示燃料架的俯視圖。

圖3B是圖2所示燃料架的第一側(cè)視圖。

圖3C是圖2所示燃料架的第二側(cè)視圖。

圖3D是圖3A的部分IIID的詳細(xì)視圖。

圖4A是單個(gè)存儲(chǔ)單元的分解立體圖。

圖4B是單個(gè)人字形板的分解立體圖。

圖4C是沿著圖4A的剖線(xiàn)IVC-IVC剖取的單個(gè)存儲(chǔ)單元的剖視圖。

圖4D是沿著圖4C的剖線(xiàn)IVD-IVD剖取的單個(gè)存儲(chǔ)單元的剖視圖。

圖5是圖1所述燃料架的底板的立體圖。

圖6是圖1所述燃料架的底部支承件的立體圖。

圖7是用于存儲(chǔ)燃料組件的燃料架的第二實(shí)施例的立體圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述實(shí)質(zhì)上只是示例性的，而決非旨在用來(lái)限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。

根據(jù)本發(fā)明原理的說(shuō)明性實(shí)施例的描述旨在結(jié)合附圖來(lái)理解，這些附圖被認(rèn)為是整體書(shū)面描述的一部分。在對(duì)這里公開(kāi)的本發(fā)明實(shí)施例的描述中，對(duì)于方向或定向的任何參照僅僅旨在便于描述而并不旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。諸如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、“上”、“下”、“頂部”和“底部”以及它們的派生詞(例如，“水平地”、“向下”、“向上”等等)之類(lèi)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)應(yīng)被理解成指代如隨后所描述的或如在所討論的附圖中所示的定向。這些相關(guān)術(shù)語(yǔ)僅僅是為了便于描述并且并不要求以具體的定向來(lái)構(gòu)造或操作這些裝置，除非明確地這樣指示。諸如“附連”、“附接”、“連接”、“耦接”、“互連”以及類(lèi)似術(shù)語(yǔ)之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)指代這樣的關(guān)系，其中，結(jié)構(gòu)直接地或者通過(guò)中間結(jié)構(gòu)間接地固定或者附連于彼此，以及同時(shí)可動(dòng)的或剛性的附連或關(guān)系，除非另有明確地描述。此外，通過(guò)參照示例性實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的特征和益處。因此，本發(fā)明在表述上不應(yīng)限制于說(shuō)明一些可能的非限制特征組合的這些示例性實(shí)施例，這些特征可單獨(dú)地存在或者以其他特征組合存在；本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)所限定。

詳細(xì)地參見(jiàn)附圖，圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料架101，其放置在用于存儲(chǔ)乏核燃料的冷卻水池103中。正如本領(lǐng)域中眾所周知的那樣，在包括軟化水和硼酸化水的示例中，冷卻水池103可包括經(jīng)處理的水，以助于中子吸收和熱量耗散。如圖2所示，燃料架101包括呈直線(xiàn)陣列的六邊形燃料存儲(chǔ)單元105。燃料架101是蜂窩狀的直立棱柱模塊。燃料架101的所說(shuō)明實(shí)施例確切地設(shè)計(jì)成容納六邊形燃料組件，例如VVER1000燃料組件。到這個(gè)程度，燃料架101的每個(gè)燃料存儲(chǔ)單元105還具有六邊形的橫截面輪廓，以在幾何上容納不超過(guò)單個(gè)六邊形燃料組件。在某些實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元101的六邊形橫截面輪廓可具有除了規(guī)則六邊形以外的形狀。應(yīng)理解的是，可改變本發(fā)明的概念以容納任何成形的燃料組件，包括矩形、八邊形、圓形等。

燃料架101包括基板111、支承基座131以及多個(gè)存儲(chǔ)管151，這些存儲(chǔ)管以并排布置的方式放置在一起以形成圖3A中示出的直線(xiàn)陣列。支承基座131附接于基板111的底表面113，且存儲(chǔ)管151的陣列以基本上垂直的定向附接于基板111的頂表面115。每個(gè)存儲(chǔ)管151沿著其自身的縱向軸線(xiàn)LA延伸，并且除了是基本上垂直的以外，每個(gè)縱向軸線(xiàn)LA也基本上垂直于基板111的頂表面115。每個(gè)存儲(chǔ)管151和基板111之間的連接通過(guò)將每個(gè)存儲(chǔ)管151的底部邊緣焊接于基板111的頂表面115來(lái)實(shí)現(xiàn)。類(lèi)似地，每個(gè)支承基座131和基板111之間的連接通過(guò)將每個(gè)支承基座131焊接于基板111的底表面113來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)將存儲(chǔ)管151焊接于基板111，可增強(qiáng)基板11的抗彎強(qiáng)度，由此可支承燃料架和燃料組件的組合重量，其中，支承基座131僅僅位于基板111的邊緣附近。當(dāng)然，其它連接技術(shù)也可在微小改變的情形下用于存儲(chǔ)管151和支承基座131的任一者或兩者，包括諸如螺接、夾持、套絲之類(lèi)的機(jī)械連接。

如圖3A-D中所示，存儲(chǔ)管151連接于基板111，以形成多個(gè)行153和多個(gè)列155。每一行153內(nèi)的存儲(chǔ)管151以隔開(kāi)的方式放置，其中，行153中的相鄰存儲(chǔ)管151之間的間隔通過(guò)間隔器157來(lái)維持。間隔器157放置在行153內(nèi)的所有相鄰存儲(chǔ)管151之間，其中若干間隔器157用于將兩個(gè)相鄰的存儲(chǔ)管151隔開(kāi)。間隔器157在適當(dāng)位置焊接于相鄰的存儲(chǔ)管151的每個(gè)。若干間隔器157放置在相鄰存儲(chǔ)管151的經(jīng)對(duì)準(zhǔn)縱向邊緣的每個(gè)之間，其中間隔器157放置在經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的縱向邊緣的頂部和底部處，并且其它連接器沿著經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的縱向邊緣隔開(kāi)。除了其他考慮以外，包括在相鄰存儲(chǔ)管151之間的間隔器157的數(shù)量可根據(jù)如下因素而改變，例如相鄰存儲(chǔ)管151之間和/或相鄰列155之間的期望流體流、空間考慮以及整個(gè)燃料架的重量。

通過(guò)使得間隔器157以此方式分布，相鄰列155之間的間隔不僅在每一行153內(nèi)的相鄰存儲(chǔ)管151之間、而且在整個(gè)列155之間形成通量阱159。這些通量阱159位于存儲(chǔ)管151的每個(gè)的外部，并且由于一行153的通量阱159并不與相鄰行153的通量阱159區(qū)分開(kāi)，因而相鄰的通量阱159有效地將一個(gè)列155與另一個(gè)隔開(kāi)?？蛇x擇間隔器157的寬度且由此選擇通量阱159的寬度，以調(diào)適控制存儲(chǔ)在燃料架101內(nèi)的中子燃料的臨界性的能力。

每一列155內(nèi)的存儲(chǔ)管151放置成彼此相鄰，以使得相應(yīng)列155內(nèi)的相鄰存儲(chǔ)管151的外壁彼此面接觸。列155內(nèi)的相鄰存儲(chǔ)管151的經(jīng)對(duì)準(zhǔn)縱向邊緣的每個(gè)可連續(xù)地焊接在一起，從而為燃料架101的總體結(jié)構(gòu)提供附加的穩(wěn)定性。

在直線(xiàn)陣列的燃料架101如上所述由多個(gè)行153和列155形成的情形下，每個(gè)行153和每個(gè)列155中的每個(gè)存儲(chǔ)管151的縱向軸線(xiàn)LA對(duì)準(zhǔn)以形成參考平面RP。此外，其中一個(gè)行153中的相鄰存儲(chǔ)管151的縱向軸線(xiàn)LA可彼此隔開(kāi)距離D1，并且其中一個(gè)列155中的相鄰存儲(chǔ)管151的縱向軸線(xiàn)LA可彼此隔開(kāi)距離D2，該距離可不同于且甚至大于距離D1。使得行153內(nèi)的相鄰存儲(chǔ)管151隔開(kāi)的距離D1可在通過(guò)合適的選擇存儲(chǔ)管151的寬度或者間隔器157的寬度的設(shè)計(jì)而得以控制。使得列155內(nèi)的相鄰存儲(chǔ)管151隔開(kāi)的距離D2可在通過(guò)合適的選擇存儲(chǔ)管151的長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)而得以控制。

圖4A示出了示例性存儲(chǔ)管151。正如圖4B可以看出的，存儲(chǔ)管151包括具有矩形橫截面的外管161。存儲(chǔ)管151的頂端保持打開(kāi)，使得燃料組件能夠插入至在其中形成的六邊形燃料存儲(chǔ)單元105中。存儲(chǔ)管151包括第一對(duì)相對(duì)的壁板163、165以及第二對(duì)相對(duì)的壁板167、169。如上所述，第一對(duì)壁板163、165的外壁放置成與相鄰存儲(chǔ)管151的壁板163、165的相應(yīng)外壁進(jìn)行表面接觸，從而形成呈直線(xiàn)陣列的列155。存儲(chǔ)管151限定縱向軸線(xiàn)LA，其是矩形橫截面的中心點(diǎn)，并且壁板163、165、167、169各自具有總高度H1。

第二對(duì)相對(duì)的壁板167、169中每一個(gè)的頂部包括導(dǎo)向板171。各壁板167、169的導(dǎo)向板171以一定角度從相應(yīng)的壁板167、169向上延伸并且遠(yuǎn)離存儲(chǔ)管151的縱向軸線(xiàn)LA延伸。導(dǎo)向板171提供表面以便有助于將燃料組件引導(dǎo)到在存儲(chǔ)管151內(nèi)形成的燃料存儲(chǔ)單元105中。導(dǎo)向板171還幫助降低在將燃料組件裝載入燃料存儲(chǔ)單元105的過(guò)程中對(duì)壁板167、169的頂部邊緣所造成的磨損量和/或破壞量。導(dǎo)向板171可以與壁板167、169一體地形成，或者它們可以作為單獨(dú)結(jié)構(gòu)的一部分安裝至壁板167、169的外壁。

第二對(duì)相對(duì)的壁板167、169的外壁各自具有與其耦接的中子吸收板173，并且中子吸收板173通過(guò)外護(hù)套175在適當(dāng)位置固定抵靠第二對(duì)相對(duì)的壁板167、169的外壁。外護(hù)套175包圍凹口177中的中子吸收板173(這也在圖4C中示出)，以保護(hù)池水不會(huì)受到中子吸收板173可能發(fā)生的劣化的影響。中子吸收板173和外護(hù)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儲(chǔ)在燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)的燃料組件的高度。當(dāng)然，在某些實(shí)施例中，中子吸收板173和外護(hù)套175的高度H2可以與外管161的高度H1相同。

內(nèi)板組裝件191定位在外管161內(nèi)，幫助形成燃料存儲(chǔ)單元105。內(nèi)板組裝件191包括兩個(gè)人字形板193a、193b，其可以具有相同的設(shè)計(jì)。代表兩個(gè)人字形板193a、193b的示例性人字形板193在圖3B中示出。人字形板193包括兩個(gè)在頂點(diǎn)邊緣197處鄰接的壁板195，并且每一個(gè)壁板195可以具有高度H3，其略微小于存儲(chǔ)管151的壁板163、165、167、169的高度H1。

每一個(gè)壁板195的頂部包括導(dǎo)向板199。每一個(gè)壁板195的導(dǎo)向板199以一定角度從相應(yīng)的壁板195向上延伸，使得當(dāng)人字形板193在存儲(chǔ)管151的外管161內(nèi)處于適當(dāng)位置時(shí)，導(dǎo)向板199也遠(yuǎn)離存儲(chǔ)管151的縱向軸線(xiàn)LA延伸。導(dǎo)向板199提供表面以便有助于將燃料組件引導(dǎo)到在存儲(chǔ)管151內(nèi)形成的燃料存儲(chǔ)單元105中。導(dǎo)向板199還幫助降低在將燃料組件裝載入燃料存儲(chǔ)單元105的過(guò)程中對(duì)壁板195的頂部邊緣所造成的磨損量和/或破壞量。導(dǎo)向板199可以與壁板195一體地成形，或者它們可以作為單獨(dú)結(jié)構(gòu)的一部分安裝至壁板195的外壁上。

壁板195的外壁各自具有與其耦接的中子吸收板201，并且中子吸收板201通過(guò)外護(hù)套203在適當(dāng)位置固定抵靠壁板195的外壁。每一個(gè)外護(hù)套203包圍凹口205中的相應(yīng)中子吸收板201(這也在圖4C中示出)，以保護(hù)池水不會(huì)受到中子吸收板201可能發(fā)生的劣化的影響。中子吸收板201和外護(hù)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儲(chǔ)在燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)的燃料組件的高度。當(dāng)然，在某些實(shí)施例中，中子吸收板201和外護(hù)套203的高度H2可以與壁板195的高度H3一樣大。

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儲(chǔ)在燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)的燃料組件的位置和尺寸來(lái)確定，并且更特別地由包含在任何這種燃料存儲(chǔ)組件內(nèi)的燃料棒的位置和尺寸來(lái)確定。中子吸收板173、201通常放置在相應(yīng)的壁板167、169、195上，并且其尺寸設(shè)計(jì)使得高度H2至少與燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)所存儲(chǔ)的燃料棒的高度一樣大。中子吸收板173、201的這種尺寸設(shè)計(jì)有助于確保從燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)的燃料組件指向壁板167、169、195中的任何一個(gè)的中子排放入射到中子吸收板173、201上。壁板167、169、195上的外護(hù)套175、203的尺寸設(shè)計(jì)來(lái)提供足夠大的包圍，從而確保將中子吸收板173、201固定至相應(yīng)的壁板167、169、195。

中子吸收板173、201可以由包含嵌入在微觀(guān)結(jié)構(gòu)中的中子吸收劑同位素的材料形成，例如單質(zhì)硼或碳化硼。由Metamic,LLC生產(chǎn)的鉻鋁金屬陶瓷(其由具有嵌入碳化硼的鋁合金制成)是可接受材料的例子。在某些實(shí)施例中，外護(hù)套175、203可以由下述材料形成，例如，不銹鋼、經(jīng)硼酸處理過(guò)的不銹鋼或者任何其他類(lèi)型的適合于在乏核燃料的長(zhǎng)期存儲(chǔ)環(huán)境中使用的鋼。

在某些實(shí)施例中，尤其是在那些中子吸收板173、201不是由脆性的或者經(jīng)過(guò)一段時(shí)間會(huì)變脆的材料形成從而帶來(lái)池水發(fā)生劣化和受到污染的風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)施例中，中子吸收板173、201可以直接地固定至相應(yīng)的壁板167、169、195。在這類(lèi)實(shí)施例中，可以省掉外護(hù)套175、203，或者替代地，外護(hù)套175、203可以配置為將中子吸收板173、201耦接至相應(yīng)的壁板167、169、195，而不會(huì)將中子吸收板173、201包圍在包封中。

圖4C示出了示例性存儲(chǔ)管151的橫截面。外管161在行方向上具有寬度W且在列方向上具有長(zhǎng)度L，并且列方向上的長(zhǎng)度L大于行方向上的寬度W。存儲(chǔ)管151的外管161的內(nèi)表面211限定內(nèi)腔213，并且六邊形燃料存儲(chǔ)單元105形成在存儲(chǔ)管151的內(nèi)腔213內(nèi)。出于燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)進(jìn)行參照的考慮，示出了六邊形燃料組件109的輪廓。在某些實(shí)施例中，燃料組件109與形成燃料存儲(chǔ)單元105的壁之間的間隙圍繞燃料組件109的所有側(cè)部小于約4mm。內(nèi)板組裝件191定位在外管161內(nèi)，以將內(nèi)腔213劃分為多個(gè)內(nèi)部通量阱室215a-d和燃料存儲(chǔ)單元105。在存儲(chǔ)管的直線(xiàn)陣列151中，這些通量阱室215a-d用作燃料架101中相鄰存儲(chǔ)管151的燃料存儲(chǔ)單元105之間的內(nèi)部通量阱室。因此，一行內(nèi)相鄰的存儲(chǔ)管151具有它們相應(yīng)的由四個(gè)通量阱室分開(kāi)的燃料存儲(chǔ)單元105，兩個(gè)通量阱室來(lái)自相鄰的存儲(chǔ)管151中的每一個(gè)存儲(chǔ)管。

內(nèi)板組裝件191包括兩個(gè)人字形板193a、193b。各人字形板193a、193b包括兩個(gè)壁板195a-d，并且各壁板195a-d相對(duì)于外管161的相鄰側(cè)部?jī)A斜并且在其間延伸，從而在內(nèi)腔213內(nèi)形成多個(gè)內(nèi)部通量阱室215a-d。

具體地，人字形板193a的壁板195a在外管161的壁板167與外管161的壁板163之間延伸，以形成內(nèi)部通量阱室215a。當(dāng)壁板195a以這種方式定位時(shí)，內(nèi)部通量阱室215a形成在人字形板193a的壁板195a與在外管161的壁板163、167的交叉處形成的拐角部分之間。人字形板193a的壁板195b在外管161的壁板169與外管161的壁板163之間延伸，以形成內(nèi)部通量阱室215b。當(dāng)壁板195b以這種方式定位時(shí)，內(nèi)部通量阱室215b形成在人字形板193a的壁板195b與在外管161的壁板163、169的交叉處形成的拐角部分之間。壁板195a和壁板195b在人字形板193a的頂點(diǎn)邊緣197a處結(jié)合。分別抵靠壁板167、169定位的壁板195a、195b的邊緣連續(xù)焊接至矩形外管161的內(nèi)表面211。類(lèi)似地，人字形板193b的壁板195c在外管161的壁板169與外管161的壁板165之間延伸，以形成內(nèi)部通量阱室215c。當(dāng)壁板195c以這種方式定位時(shí)，內(nèi)部通量阱室215c形成在人字形板193b的壁板195c與在外管161的壁板165、169的交叉處形成的拐角部分之間。人字形板193b的壁板195d在外管161的壁板167與外管161的壁板165之間延伸，以形成內(nèi)部通量阱室215d。當(dāng)壁板195d以這種方式定位時(shí)，內(nèi)部通量阱室215d形成在人字形板193b的壁板195d與在外管161的壁板165、167的交叉處形成的拐角部分之間。壁板195c和壁板195d在人字形板193a的頂點(diǎn)邊緣197b處結(jié)合。分別抵靠壁板167、169定位的壁板195c、195d的邊緣連續(xù)焊接至矩形外管161的內(nèi)表面211。

當(dāng)外管161內(nèi)的人字形板193a、193b具有這種配置時(shí)，六邊形燃料存儲(chǔ)單元105由以下限定：第一人字形板193a的第一壁板195a的內(nèi)表面217a；第一人字形板193a的第二壁板195b的內(nèi)表面217b；第二人字形板193b的第一壁板195c的內(nèi)表面217c；第二人字形板193b的第二壁板195d的內(nèi)表面217d；外管161的壁板167的內(nèi)表面211的一部分；以及外管161的壁板169的內(nèi)表面211的一部分。由人字形板193a、193b的這種配置形成的通量阱室215a-d中的每一個(gè)具有三角形橫截面。燃料存儲(chǔ)單元105的大小和六邊形橫截面形狀設(shè)計(jì)且構(gòu)造來(lái)使得燃料存儲(chǔ)單元105能夠容納不超過(guò)一個(gè)燃料組件109。由于通量阱室215a-d具有不同的橫截面形狀，因此，與通常的燃料存儲(chǔ)組件的橫截面形狀相比，通量阱室215a-d不能容納具有正方形或六邊形橫截面的燃料組件。

人字形板193a、193b中的每一個(gè)的頂點(diǎn)邊緣197a、197b位于參考平面RP中，該參考平面通過(guò)包括存儲(chǔ)管151的縱向軸線(xiàn)LA和與外管161的壁板163、165相垂直來(lái)限定出。頂點(diǎn)邊緣197a、197b可以形成120°的角度，從而使得燃料存儲(chǔ)單元105的所產(chǎn)生的六邊形橫截面形狀形成正六邊形。在替代實(shí)施例中，頂點(diǎn)邊緣197a、197b可以形成略微小于120°的在約120°至115°的范圍內(nèi)的角度，從而使得燃料存儲(chǔ)單元105的所產(chǎn)生的六邊形橫截面形狀略微不同于正六邊形的形式。當(dāng)六邊形燃料組件放置在燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)時(shí)，燃料組件可能在地震或其他顫動(dòng)事件期間不利地發(fā)生顫動(dòng)。通過(guò)使頂點(diǎn)邊緣197a、197b形成略微小于120°的角度，防止了燃料組件的面向頂點(diǎn)邊緣197a、197b的銳角邊緣在地震或其他顫動(dòng)事件期間撞擊頂點(diǎn)邊緣197a、197b。

圖4D中示出了存儲(chǔ)管151的橫截面，同時(shí)示意性地表示了設(shè)置在燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)的燃料組件109。與通常使用的六邊形燃料組件相似的，燃料組件109包括頂部手柄233、主體部分235，其中容納有多個(gè)核燃料棒(未示出)以及錐形底部部分237。手柄233和錐形底部部分237便于將燃料組件109插入至存儲(chǔ)管151的燃料存儲(chǔ)單元105中。當(dāng)燃料組件109正在插入至存儲(chǔ)管151中時(shí)，錐形底部部分237可以接合導(dǎo)向板171、199，從而有助于使燃料組件109在燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)居中。如圖所示，在燃料組件109完全插入至燃料存儲(chǔ)單元105的情況下，外管161的高度H1大于燃料組件109的總高度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的下邊緣不會(huì)延伸至外管161的下邊緣，從而在存儲(chǔ)管151的下端處形成間隙，用于供冷卻流體流入通量阱室215a-d中。在某些實(shí)施例中，人字形板193a、193b可以在它們底部邊緣處包括孔隙，用于供冷卻流體流入通量阱室215a-d中，并且在這類(lèi)實(shí)施例中，人字形板193a、193b的高度H3可以與外管161的高度H1相同。

耦接至人字形板193a、193b的中子吸收板201(以及如圖4C中所示的耦接至外管161的中子吸收板173)的高度H2與燃料組件109的主體部分235的高度基本上相同。在某些實(shí)施例中，中子吸收板201(以及173)的高度H2可以小于燃料組件109的主體部分235的高度。中子吸收板201(以及173)的高度H2可以設(shè)計(jì)為提供相鄰燃料組件彼此之間的適合的屏蔽。這是因?yàn)橄噜彽姆巳剂习艨赡懿粫?huì)延伸燃料組件109的主體部分235的整個(gè)長(zhǎng)度，并且當(dāng)燃料組件109定位在存儲(chǔ)管151內(nèi)時(shí)，中子吸收板201(以及173)的高度只需要與核燃料棒一樣高。

圖5中示出的基板111包括從底表面113延伸通過(guò)基板111至頂表面115的多個(gè)流動(dòng)孔117?；?11還包括四個(gè)橢圓形孔119(從拐角開(kāi)始算第二行)，用于在燃料水池103內(nèi)提升和安裝燃料架101。通常情況下，將具有四個(gè)長(zhǎng)距離棒的特制吊梁用來(lái)與橢圓形孔119相互作用以抓住燃料架101，進(jìn)而便于將其移入或移出燃料水池103或者在燃料水池103內(nèi)移動(dòng)。

流動(dòng)孔117(以及橢圓形孔119)產(chǎn)生從基板111下方到由存儲(chǔ)組件151形成的燃料存儲(chǔ)單元105的底端中的通路。如圖所示，為每一個(gè)存儲(chǔ)組件151提供單個(gè)流動(dòng)孔117。在某些實(shí)施例中，可以為每一個(gè)存儲(chǔ)組件151提供多個(gè)流動(dòng)孔117，從而將冷卻流體提供至燃料存儲(chǔ)單元105和通量阱室215a-d中的每一個(gè)通量阱室。流動(dòng)孔117用作流體入口，從而便于池水在具有熱負(fù)載的燃料組件定位于燃料存儲(chǔ)單元105中時(shí)通過(guò)燃料存儲(chǔ)單元105進(jìn)行自然的熱虹吸流動(dòng)。更具體地，當(dāng)經(jīng)加熱的燃料組件定位在處于浸沒(méi)環(huán)境下的燃料存儲(chǔ)單元105中時(shí)，燃料存儲(chǔ)單元105內(nèi)的以及通量阱室215a-d內(nèi)的圍繞燃料組件的水被加熱，由此由于增大的浮力而上漲。當(dāng)經(jīng)加熱的水上漲并且經(jīng)由存儲(chǔ)組件151的打開(kāi)的頂端離開(kāi)它們時(shí)，冷水經(jīng)由流動(dòng)孔117抽吸入燃料存儲(chǔ)單元105的底部和通量阱室215a-d中。之后，這種熱量導(dǎo)致的沿著燃料組件的水流動(dòng)自然而然地繼續(xù)進(jìn)行。

圖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確保了在水池103的池底與基板111的底表面113之間存在有間隔，從而產(chǎn)生了使水流過(guò)流動(dòng)孔117的入口氣室。支承基座131包括基底部分133和圍繞內(nèi)部流動(dòng)空間139形成的上升部分135。上升部分135包括流動(dòng)孔隙141，來(lái)自水池103的水可以通過(guò)該孔隙從支承基座131外部的空間通入內(nèi)部流動(dòng)空間139。通入內(nèi)部流動(dòng)空間139的水隨后可以向上通過(guò)基板111中的流動(dòng)孔117，實(shí)現(xiàn)上述冷卻過(guò)程。盡管上升部分135是描繪為環(huán)形的，但是在某些實(shí)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且允許來(lái)自水池103的水流入基板111中的任何流動(dòng)孔117(支承基座131可以附接在其附近)的任何幾何構(gòu)型。

以上參照?qǐng)D1至圖6所述的燃料架101旨在自由豎立地放置在水池103中，而不耦接至水池的側(cè)部或底部。然而在某些實(shí)施例中，在地震或其他顫動(dòng)事件期間，可以采用耦接器來(lái)幫助固定燃料架101在水池103內(nèi)的位置。除了以上所述的中子吸收材料之外，燃料架還可以完全由奧氏體不銹鋼形成。盡管可以采用其他材料，但是，某些材料(例如經(jīng)硼酸處理過(guò)的不銹鋼)對(duì)于水池103內(nèi)的自由豎立式燃料架101而言并不是優(yōu)選的，這是因?yàn)榻?jīng)硼酸處理過(guò)的鋼等材料的重量更大，加劇了燃料架101的地震響應(yīng)，從而迫使燃料架101進(jìn)行錨固。

圖7中示出了燃料架301的替代實(shí)施例。該燃料架301包括附接在基板309的頂表面上的多個(gè)存儲(chǔ)管303以及附接在基板309的底表面上的支承基座311。存儲(chǔ)管303各自包括燃料存儲(chǔ)單元305，并且它們以并排布置的方式放置在一起，從而按照上述方式形成作為呈直線(xiàn)陣列的一部分的多個(gè)行305和多個(gè)列307。多個(gè)輔助流動(dòng)孔隙313包括在存儲(chǔ)管303中的它們的底部邊緣處或附近。在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)輔助流動(dòng)孔隙313包括在存儲(chǔ)管303的每一面中，即使存儲(chǔ)管303的那些面是放置來(lái)與相鄰存儲(chǔ)管303的面進(jìn)行表面接觸。輔助流動(dòng)孔隙313充當(dāng)附加的入口開(kāi)口(當(dāng)結(jié)合基板309中的流動(dòng)孔來(lái)看時(shí))，使得進(jìn)入的池水在冷卻過(guò)程期間便于進(jìn)行熱虹吸流動(dòng)。盡管在燃料架301中的每一個(gè)存儲(chǔ)管303的每一面中示出了輔助流動(dòng)孔隙313，但是在某些實(shí)施例中，輔助流動(dòng)孔隙313可以從所選存儲(chǔ)管303的所選子集的面上省去。

本發(fā)明實(shí)施例的各種其他修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會(huì)是顯而易見(jiàn)的，并且涵蓋在所附權(quán)利要求書(shū)中所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。