本发明公开了一种燃料组件的换料装置及方法，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、取放燃料组件的抓取机构、驱动抓取机构升降的提升机构、对容器内的热量进行排出的冷却机构、以及启闭容器底部的开闭机构；抓取机构设置在容器内，提升机构设置在容器上部并连接提升和下降抓取机构，冷却机构设置在容器外侧和/或顶部，开闭机构设置在容器的底部，开放开口或封闭开口。本发明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。
1.一种燃料组件的换料装置，其特征在于，包括底部设有开口（11）以供燃料组件和水进出的容器（10）、取放所述燃料组件的抓取机构（20）、驱动所述抓取机构（20）升降的提升机构（30）、对所述容器（10）内的热量进行排出的冷却机构（40）、以及启闭所述容器（10）底部的开闭机构（50）；
所述抓取机构（20）设置在所述容器（10）内，所述提升机构（30）设置在所述容器（10）上部并连接提升和下降所述抓取机构（20），所述冷却机构（40）设置在所述容器（10）外侧和/或顶部，所述开闭机构（50）设置在所述容器（10）的底部，用于开放所述开口（11）以供所述抓取机构（20）通过、或封闭所述开口（11）以使所述容器（10）形成密闭空间。
2.根据权利要求1所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，该换料装置还包括设置在所述容器（10）外侧的屏蔽机构（60）。
3.根据权利要求2所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述屏蔽机构（60）包括内层灌有铅的金属外壳（61）；所述金属外壳（61）套在所述容器（10）上。
4.根据权利要求1所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，该换料装置还包括将所述容器（10）内的热量排出的风冷机构（70），所述风冷机构（70）设置在所述容器（10）顶部；
5.根据权利要求1-4任一项所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述抓取机构（20）包括数个可相对开合的抓爪（21）、对所述抓爪（21）进行导向和定位的导向销（22）、可上下移动以控制数个所述抓爪（21）的开合的控制套（23）、以及对所述抓爪（21）开合后进行锁定的机械锁（24）；所述控制套（23）设置在数个所述抓爪（21）外周，所述导向销（22）设置在所述抓爪（21）的顶部，所述机械锁（24）设置在所述控制套（23）和抓爪（21）上。
6.根据权利要求1-4任一项所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述容器（10）的顶部设有盖设到所述提升机构（30）外围的壳体（12），将所述提升机构（30）密封在所述容器（10）顶部。
7.根据权利要求6所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述提升机构（30）包括电机（31）、设置在所述电机（31）转轴上的转动轮（32）、以及绕覆在所述转动轮（32）上并连接所述抓取机构（20）的连接件（33）；或者，所述提升机构（30）包括设置在所述容器（10）顶部并连接所述抓取机构（20）的提升气缸。
8.根据权利要求1-4任一项所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述开闭机构（50）包括可转动设置在所述容器（10）底部开口（11）处的阀门（51）；所述阀门（51）上设有供所述燃料组件通过以进出所述容器（10）的通孔（510）；所述阀门（51）打开所述开口（11）时，所述通孔（510）与所述容器（10）内部相连通，开放所述开口（11）。
9.根据权利要求8所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述开闭机构（50）还包括连接并驱动所述阀门（51）转动的驱动单元（52）；
10.根据权利要求1-4任一项所述的燃料组件的换料装置，其特征在于，所述冷却机构（40）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（10）内顶部和底部；所述容器（10）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（10）内部。
11.一种燃料组件的换料方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将容器（10）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（10）内部充满水且其底部浸于水中；
S2、设置在所述容器（10）底部的开闭机构（50）将所述容器（10）底部的开口（11）打开，提升机构（30）驱动抓取机构（20）下降至所述燃料组件上；
S3、抓取机构（20）抓取所述燃料组件，所述提升机构（30）驱动抓取机构（20）上升以将抓取的燃料组件运至所述容器（10）内部；
S4、所述开闭机构（50）将所述容器（10）底部的开口（11）封闭，使所述容器（10）形成密闭空间，从而将所述燃料组件封闭在所述容器（10）内；所述容器（10）内的热量通过冷却机构（40）排出。
12.根据权利要求11所述的燃料组件的换料方法，其特征在于，所述容器（10）内的水为含硼水。
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10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10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10。
[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内部的温度维持在适当温度(避免吸热过高)，燃料组件可长时间保留在容器10内，本发明的换料装置通过冷却机构40将容器10内热量排出。
[0041] 作为选择，冷却机构40可包括冷却管(未图示)，冷却管的进水端和出水端分别连通容器10内顶部和底部；容器10内的水通过进水端进入冷却管，冷却后从冷却管的出水端返回容器10内部，使得水在冷却管和容器10内部之间不断循环。其中，冷却管可设置在容器10的外侧面上，水在冷却管内可通过热交换的方式散出。屏蔽机构60优选设置在容器10外侧，也将冷却机构40包覆。
[0042] 进一步地，该换料装置还包括风冷机构70，将容器10内的热量排出，增加散热效果。作为选择，本实施例中，风冷机构70设置在容器10顶部。风冷机构70包括风机，通过抽吸空气方式使空气流通带走容器10的热量。风冷机构70可设置在壳体12上，将壳体12内部及容器10顶部的热量排出。
[0043] 参考图1，本发明的燃料组件的换料方法可包括以下步骤：
[0044] S1、将容器10定位于燃料组件上方，且以底部朝向燃料组件；容器10内部充满水且其底部浸于水中。容器10内的水优选为含硼水。
[0045] S2、设置在容器10底部的开闭机构50将容器10底部的开口11打开，提升机构30驱动抓取机构20下降至燃料组件上。
[0046] 开闭机构50包括阀门51及驱动单元52。驱动单元52驱动阀门51转动，使阀门51上的通孔510与容器10内部相连通，从而将容器10底部的开口11打开。抓取机构20在提升机构30的驱动下缓慢下降至燃料组件上。
[0047] S3、抓取机构20抓取燃料组件，提升机构30驱动抓取机构20上升以将抓取的燃料组件运至容器10内部。
[0048] 其中，抓取机构20通过数个抓爪21相对打开落在燃料组件的外周，相对闭合将燃料组件夹持住。夹持燃料组件后的抓取机构20在提升机构30的驱动下缓慢上升到容器10内顶部，以将整个燃料组件带进容器10内。在容器10内，抓取机构20始终夹持燃料组件，并且燃料组件在容器10内浸于水中，热量可传递到水中，使水和容器10内部温度升高。
[0049] S4、开闭机构50将容器10底部的开口11封闭，使容器10形成密闭空间，从而将燃料组件封闭在容器10内；容器10内的热量通过冷却机构40排出。具体地，开闭机构50的阀门51在驱动单元52的驱动下转动90°，使通孔510与容器10内部隔绝，将容器10底部的开口11封闭。开口11封闭的同时也将容器10内的水封闭在容器10内，避免流出。
[0050] 在容器10开口封闭后，冷却机构40可开始工作，将容器10内部的热量排出。冷却机构40的冷却管的进水端和出水端分别连通容器10内顶部和底部，容器10内部水吸热后形成热水，从容器10内顶部流到冷却管内，进冷却后从冷却管的出水端从容器10内底部流回容器10内部，以此形成一个热循环回路，不断带出热量。冷却速度随着水温的增加而增加，保证容器10承载燃料组件脱离水面后可做长时间停留。
[0051] 在将燃料组件自容器10内取出时，按上述步骤反向操作，例如：将容器10底部浸于水中，开闭机构50将容器10底部的开口11打开，提升机构30驱动抓取机构20下降，将燃料组件带出容器10，燃料组件脱离容器10到位后，抓取机构20放下燃料组件，提升机构30驱动抓取机构20上升复位，开闭机构50再将容器10底部开口11封闭。
[0052] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
