燃料组件的换料装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种用于转运燃料组件的燃料组件的换料装置及方法。
【背景技术】
[0002]在船用反应堆上进行换料时，燃料组件须脱离水面跨区域运输。燃料组件脱离水面运输时，须解决辐射防护问题，同时须对燃料组件进行冷却。而现有的设备只能进行水下转运燃料组件，无法实现水上转运燃料组件。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现水上转运燃料组件的燃料组件的换料装置及方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种燃料组件的换料装置，包括底部设有开口以供燃料组件和水进出的容器、取放所述燃料组件的抓取机构、驱动所述抓取机构升降的提升机构、对所述容器内的热量进行排出的冷却机构、以及启闭所述容器底部的开闭机构；
[0005]所述抓取机构设置在所述容器内，所述提升机构设置在所述容器上部并连接提升和下降所述抓取机构，所述冷却机构设置在所述容器外侧和/或顶部，所述开闭机构设置在所述容器的底部，用于开放所述开口以供所述抓取机构通过、或封闭所述开口以使所述容器形成密闭空间。
[0006]优选地，该换料装置还包括设置在所述容器外侧的屏蔽机构。
[0007]优选地，所述屏蔽机构包括内层灌有铅的金属外壳;所述金属外壳套在所述容器上。
[0008]优选地，该换料装置还包括将所述容器内的热量排出的风冷机构，所述风冷机构设置在所述容器顶部；
[0009]所述风冷机构包括风机。
[0010]优选地，所述抓取机构包括数个可相对开合的抓爪、对所述抓爪进行导向和定位的导向销、可上下移动以控制数个所述抓爪的开合的控制套、以及对所述抓爪开合后进行锁定的机械锁;所述控制套设置在数个所述抓爪外周，所述导向销设置在所述抓爪的顶部，所述机械锁设置在所述控制套和抓爪上。
[0011 ]优选地，所述容器的顶部设有盖设到所述提升机构外围的壳体，将所述提升机构密封在所述容器顶部。
[0012]优选地，所述提升机构包括电机、设置在所述电机转轴上的转动轮、以及绕覆在所述转动轮上并连接所述抓取机构的连接件;或者，
[0013]所述提升机构包括设置在所述容器顶部并连接所述抓取机构的提升气缸。
[0014]优选地，所述开闭机构包括可转动设置在所述容器底部开口处的阀门；所述阀门上设有供所述燃料组件通过以进出所述容器的通孔;所述阀门打开所述开口时，所述通孔与所述容器内部相连通。
[0015]优选地，所述开闭机构还包括连接并驱动所述阀门转动的驱动单元；
[0016]所述驱动单元包括电机或气缸。
[0017]优选地，所述冷却机构包括冷却管，所述冷却管的进水端和出水端分别连通所述容器内顶部和底部;所述容器内的水通过所述进水端进入所述冷却管，冷却后从所述冷却管的出水端返回所述容器内部。
[0018]本发明还提供一种燃料组件的换料方法，包括以下步骤:
[0019]S1、将容器定位于燃料组件上方，且以底部朝向所述燃料组件;所述容器内部充满水且其底部浸于水中；
[0020]S2、设置在所述容器底部的开闭机构将所述容器底部的开口打开，提升机构驱动抓取机构下降至所述燃料组件上；
[0021]S3、抓取机构抓取所述燃料组件，所述提升机构驱动抓取机构上升以将抓取的燃料组件运至所述容器内部；
[0022]S4、所述开闭机构将所述容器底部的开口封闭，使所述容器形成密闭空间，从而将所述燃料组件封闭在所述容器内；所述容器内的热量通过冷却机构排出。
[0023 ]优选地，所述容器内的水为含硼水。
[0024]本发明的有益效果:通过抓取机构及提升机构的配合将燃料组件运至容器内部，将燃料组件封闭在容器内实现对燃料组件的转运换料;并且通过设置的冷却机构将容器的热量排出，保证装有燃料组件的容器可脱离水面并长时间保存，实现燃料组件的跨区域转运，安全可靠。
【附图说明】
[0025]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0026]图1是本发明一实施例的燃料组件的换料装置的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0028]本发明的燃料组件的换料装置，适用于燃料组件的换料、转运，特别适用于船用反应堆燃料组件的换料、转运，实现燃料组件的跨区域转运。
[0029]图1示出了本发明一实施例的燃料组件的换料装置的剖面结构。该燃料组件的换料装置包括容器10、抓取机构20、提升机构30、冷却机构40以及开闭机构50。容器10用于燃料组件的容置，其顶部密封，底部设有开口以供燃料组件和水进出；抓取机构20设置在容器10内，用于取放燃料组件;提升机构30设置在容器10上部并连接提升和下降抓取机构20，驱动抓取机构20升降；冷却机构40设置在容器10外侧和/或顶部，对容器10内的热量进行排出，维持容器10及其内燃料组件的状态;开闭机构50设置在容器10的底部，用于启闭容器10的底部，开放开口 11以供抓取机构20通过、或封闭开口 11以使容器10形成密闭空间。
[0030]在换料时，燃料组件通过抓取机构20和提升机构30的配合被提升运至容器10内，在开闭机构50封闭开口后被封闭在容器10内部，方便转运。同时，冷却机构40将容器10的热量排出，将容器10及燃料组件维持在适当的温度，保证装有燃料组件的容器10可脱离水面并长时间保存，实现水上、跨区域转运，安全可靠。
[0031]为方便操作人员靠近容器10及出于安全考虑，该换料装置还包括设置在容器10外侧的屏蔽机构60，对燃料组件的辐射进行屏蔽。
[0032]优选地，该屏蔽机构60可包括内层灌有铅的金属外壳61;金属外壳61套在容器1上，对辐射进行隔绝。金属外壳61可选用不锈钢外壳。
[0033]在换料装置中，抓取机构20用于抓取燃料机构，将燃料机构定位在容器10中。该抓取机构20可包括数个可相对开合的抓爪21、导向销22、控制套23以及机械锁24。导向销22设置在抓爪21的顶部，对抓爪21进行导向和定位，以使抓爪21准确定位在燃料组件上方。控制套23设置在数个抓爪21的外周，并可上下移动以控制数个抓爪21的开合;控制套23向上移动时，数个抓爪21打开，向下移动时相对闭合。机械锁24设置在控制套23和抓爪21上，对抓爪21开合后进行锁定，防止抓爪21抓取燃料组件后松动导致燃料组件的脱落。
[0034]在抓取燃料组件时，控制套23向上移动使得数个抓爪21相对打开，打开至燃料组件外周;控制套23向下移动使得抓爪21相对闭合，抓爪21夹持到燃料组件的外周，此时通过机械锁24将抓爪21锁定在闭合夹持的状态，完成对燃料组件的抓取。放开燃料组件时，反向操作即可。
[0035]提升机构30设置在容器10上部，驱动抓取机构20以平行容器10的高度方向进行升降，将燃料组件提升至容器10内或下放脱离容器10。对应于提升机构30，容器10的顶部设有壳体12，壳体12盖设到提升机构30的外围，将提升机构30密封在容器10上，防止提升机构30、容器10内部与外部空气连通。
[0036]在本实施例中，提升机构30包括电机31、设置在电机31转轴上的转动轮32、以及绕覆在转动轮32上并连接抓取机构20的连接件33。电机31转动带动转动轮32转动，从而连接件33从转动轮32上放出使抓取机构20下降、收卷在转动轮32上提升抓取机构20。电机31通过电缆外接电源实现电力驱动。在电机31故障时，可通过将手轮连接电机31尾轴，手动转动电机31实现手动升降抓取机构20。连接电机31的电缆、电机31的尾轴可通过密封孔伸出或露出壳体12。
[0037]可以理解地，提升机构30不限于上述的电机31等组件，例如，包括设置在容器10顶部并连接抓取机构20的提升气缸;提升气缸的活塞连接抓取机构20，通过伸缩带动抓取机构20升降。
[0038]开闭机构50主要用于启闭容器10底部的开口11，设置方式不限定，例如为可开合的密封盖、阀门等。在本实施例中，如图1中所示，开闭机构50包括可转动设置在容器10底部开口 11处的阀门51;阀门51上设有供燃料组件通过以进出容器10的通孔510。阀门51打开开口 11时，通孔与容器1内部相连通，开放开口 11，从而燃料组件可通过开口 11进出容器1。
[0039]另外，开闭机构50还包括连接并驱动阀门51转动的驱动单元52。驱动单元驱动52阀门51转动一定角度，使通孔510和容器10内部连通，再通过驱动单元52驱动阀门51转动90°后，通孔510和容器10内部隔绝，将容器10开口 11封闭。驱动单元52可包括电机或气缸。在驱动单元52故障时，可将驱动单元52与阀门51脱离，可通过远程机构连接旋转阀门轴来驱使阀门51的转动，从而启闭开口 11。
[0040]容器10在承载燃料组件时内部充满水，优选含硼水。燃料组件的热量会传递到水中，使水温度及容器10内部温度升高。为将水及容器10内部的温度维持在