CN105551540B - 一种堆芯熔融物分组捕集容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种堆芯熔融物分组捕集容器，包括外壳以及可转动的设置在外壳内的内胆，所述外壳与内胆之间留有外壳内胆间隙，所述外壳内胆间隙中设有多个位置固定的内胆支撑；所述外壳的内壁上设有卡凸，所述内胆的内壁上设有内胆偏心配重，在内胆注满熔融物后，内胆重心发生偏移，在容器滚动的状态下，卡凸将内胆锁定于密封状态；所述外壳以及内胆的对应位置上分别设有外壳熔融物入口和内胆熔融物入口。采用发明的分组捕集容器，有利于实现其有效冷却，使放射性物质释放最小化；双层球壳结构的相对位移可以实现容器自动密封；金属内胆重心偏移设计结合耐高温陶瓷外壳内壁面的突起，可以在容器滚动的状态下使之锁定于密封状态。

Description

一种堆芯熔融物分组捕集容器

技术领域

本发明属于堆芯捕集器设计领域，具体涉及一种堆芯熔融物分组捕集容器。

背景技术

在三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故之后，核电界开始集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行研究和攻关，诸多结论明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。当压水堆核电站发生严重事故时，堆芯余热排出手段的丧失将使冷却剂蒸发耗尽，堆芯裸露并持续升温，燃料元件由于失去冷却而发生融化，堆芯熔融物落入压力容器(RPV)下腔室，继而造成压力容器下封头失效，如果不能采取有效措施对其冷却，堆芯熔融物有可能将压力容器熔穿。压力容器熔穿后，熔融物直接喷射到安全壳筏基上与结构混凝土相互作用(MCCI)、一定时间内以较快的速度逐渐向下侵蚀安全壳的筏基,若筏基厚度不足，则底板可能被熔穿，并导致安全壳的完整性破坏，随后放射性物质将直接进入土壤，对环境造成严重影响。为了避免堆芯熔融物导致的大规模放射性物质释放，堆芯捕集器的相关设计逐渐产生。目前针对严重事故下，堆芯熔融物的冷却与收集策略主要可分为两种：压力容器内熔融物的冷却与保持(IVR)，在美国的AP1000机型设计中采用；压力容器外熔融物冷却与收集(EVR)，在俄罗斯的WWER1000机型和法国的EPR机型中采用。WWER1000机型采用“坩埚”式堆芯捕集器，它是位于压力容器下部的一个独立的容器结构，主要由下底板、牺牲材料和扇形热交换器组成。EPR机型采用“铺展”式堆芯捕集器，严重事故情况下，堆芯形成可流动液态熔融物，直接流入反应堆堆坑中，在高温作用下熔融物与堆坑牺牲性混凝土发生反应，逐渐消融牺牲混凝土，达到初步冷却、收集熔融物的功能。

关于堆芯捕集器的研究，国外起步较早，相关专利较多，如：美国麻省理工大学于1978年的专利，Core catcher for nuclear reactor core meltdown containment(US4113560)，该专利可视为EVR的设计雏形；法国原子能机构于1981年的专利，Corecatcher device(US4280872),该专利将EVR技术提升到了工程应用的水平；1982年的专利，Molten core catcher and containment heat removal system(US4,342,621)提出将热管技术用于EVR；美国能源部1983年的专利，Combination pipe rupture mitigator andin-vessel core catcher(US4,412,969)，首次提出了IVR的概念；此外的相关专利还有Retrofittable nuclear reactor core catcher(US4442065)、Nuclear reactorequipped with a core catcher(US5263066)、Nuclear reactor installation with acore catcher device and method for exterior cooling of the latter by naturalcirculation(US5343506)、Core catcher cooling by heat pipe(US6353651)、Corecatcher Cooling(US7558360)、Core catcher,manufacturing method thereof,reactorcontainment vessel and manufacturing method thereof(US8358732)等。中国对堆芯捕集器的研究在从俄罗斯引进WWER核电系统之后逐渐增多，在引进美国AP1000核电技术之后形成了一系列专利，如：俄罗斯2007年在我国申请的专利，损坏的LWR核反应堆的衬层定位和冷却系统(CN200410031091.1)，该专利即为WWER的EVR方案；中核工业二十三建设有限公司2010年在WWER施工过程中形成的专利技术，一种核电站堆芯捕集器的安装方法(CN201010529073.1)；韩国水力原子力株式会社2010年的专利，具有集成冷却通道的堆芯捕集器(CN201080068588.4)，其主旨在于对熔融物覆盖底板的冷却；上海和工程研究设计院在AP1000引进消化吸收及CAP1400设计过程中逐渐形成的EVR技术，底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CN201310005308.0)、一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯摧集器(CN201310005342.8)、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN201310005579.6)、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置(CN201310264749.2)、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN201320007203.4)、一种大型非能动压水堆核电厂堪竭型堆芯捕集器(CN201320007218.0)、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置(CN201320007347.X)、底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CN201320007522)。

上述所有堆芯捕集器相关专利均未考虑采用独立容器对堆芯熔融物分组进行捕集。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种堆芯熔融物分组捕集容器，能够实现分组捕集，自动触发密封，保证捕集容器在后续滚动的状态下锁定于密封状态。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种堆芯熔融物分组捕集容器，包括外壳以及可转动的设置在外壳内的内胆，所述外壳与内胆之间留有外壳内胆间隙，所述外壳内胆间隙中设有多个位置固定的内胆支撑；所述外壳的内壁上设有卡凸，所述内胆的内壁上设有内胆偏心配重，在内胆注满熔融物后，内胆重心发生偏移，在容器滚动的状态下卡凸将内胆锁定于密封状态；所述外壳以及内胆的对应位置上分别设有外壳熔融物入口和内胆熔融物入口。

进一步，所述外壳内胆间隙中还设有滚珠轴承。

进一步，所述外壳以及内胆对应位置上分别设有外壳排气孔和内胆排气孔。

进一步，所述外壳内胆间隙的宽度小于内胆直径的8％。

进一步，所述外壳熔融物入口的直径φ₁大于外壳排气孔直径φ₂，φ₁/φ₂大于3。

进一步，所述内胆熔融物入口直径φ₃大于内胆排气孔直径φ₄，φ₃/φ₄大于3。

进一步，所述内胆熔融物入口与所述内胆排气孔中线夹角β范围为0°至90°。

进一步，所述外壳熔融物入口的轴线通过球心，所述外壳排气孔的轴线通过球心，外壳熔融物入口的轴线与外壳排气孔的轴线之间的夹角α的范围为0°至30°。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明的堆芯熔融物分组捕集容器，在使用时可设置多个，从而将压力容器内的熔融物分组导出，有利于实现其有效冷却，使放射性物质释放最小化；

(2)本发明的堆芯熔融物分组捕集容器，采用能够相对位移的双层球壳结构，由此，在装满熔融物后重心偏移的情况下，可以实现容器自动密封；

(3)金属内胆重心偏移设计结合耐高温陶瓷外壳内壁面的突起，在容器滚动的状态下，突起与内胆之间产生摩擦力，该摩擦力使容器锁定于密封状态。

附图说明

图1堆芯熔融物分组捕集容器的结构示意图；

图2堆芯熔融物分组捕集容器耐高温陶瓷外壳的结构示意图；

图3堆芯熔融物分组捕集容器金属内胆的结构示意图；

图4具有重心偏移设计的金属内胆的结构示意图；

图5具有内壁卡凸高温陶瓷外壳的结构示意图。

图中：

1-外壳 2-内胆 3-外壳熔融物入口 4-外壳排气孔

5-内胆熔融物入口 6-内胆排气孔 7-内胆支撑 8-间隙滚珠轴承

9-内胆偏心配重 10-卡凸 11-熔融物 12-内胆熔融物整体重心

13-外壳内胆间隙 14-自由滚珠

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，是本发明提供的一种双层球壳结构堆芯熔融物分组捕集容器，是实现反应堆堆芯熔融物分组独立捕集的关键设备。该捕集容器包括外壳1及可转动的设置在外壳1内的内胆2，外壳1与大于内胆2间设有外壳内胆间隙13，该外壳内胆间隙13的最大宽度小于内胆2直径的8％。外壳1的材料可以是TaN、ZrN、WB₂、SiC及ZrB₂,内胆2的材料可以是熔点高于1500℃的金属或合金。外壳内胆间隙13中设有多个位置固定的内胆支撑7，该内胆支撑7用于连接外壳1、支撑内胆2，其材料为熔点介于300℃至800℃的金属或合金。外壳内胆间隙13中设置有多个位置固定的间隙滚珠轴承8，间隙滚珠轴承8内设有自由滚珠14。

如图1、2所示，外壳1具有一个轴线过球心的外壳熔融物入口3及多个轴线过球心的外壳排气孔4，外壳熔融物入口3的中心线与外壳排气孔4中心线的夹角α范围为0°至30°，外壳熔融物入口3直径φ₁大于外壳排气孔4直径φ₂，φ₁/φ₂大于3。

如图1、3所示，内胆2具有一个轴线过球心的内胆熔融物入口5及多个轴线穿过球心的内胆排气孔6，内胆熔融物入口的中心线与内胆排气孔6中心线之间的夹角β范围为0°至90°，内胆熔融物入口5直径φ₃大于内胆排气孔6直径φ₄，φ₃/φ₄大于3。

如图4所示，内胆2内壁设有内胆偏心配重9，当内胆2注满熔融物11后，内胆及熔融物整体处于水平平面上，忽略熔融物可能的外泄，内胆及熔融物整体自由状态时的竖直轴线与内胆熔融物入口5竖直向上时的中轴线夹角为内胆熔融物整体平衡位置偏转角γ。图中G点为内胆熔融物整体重心12。

如图5所示，外壳1内壁面设有卡凸10，卡凸10顶点与外壳1球心连线与竖直方向夹角为外壳内壁卡凸中心线倾角θ。

如图4、5所示，内胆熔融物整体平衡位置偏转角度γ与卡凸中心线倾角θ偏差小于10％。

综上所述，本发明的分组捕集容器，在反应堆堆芯发生严重的工况后，能够将反应堆压力容器内的熔融物分组导出，并通过转移装置输送到冷却系统中，从而保证核电厂的安全。

本发明的堆芯熔融物分组捕集容器并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (6)

1.一种堆芯熔融物分组捕集容器，其特征是：包括外壳(1)以及可转动的设置在外壳(1)内的内胆(2)，所述外壳(1)与内胆(2)之间留有外壳内胆间隙(13)，所述外壳内胆间隙(13)中设有滚珠轴承(8)，所述外壳内胆间隙(13)中设有多个位置固定的内胆支撑(7)；所述外壳(1)的内壁上设有卡凸(10)，所述内胆(2)的内壁上设有内胆偏心配重(9)，在内胆(2)注满熔融物后，内胆重心发生偏移，在容器滚动的状态下卡凸(10)将内胆(2)锁定于密封状态；所述外壳(1)以及内胆(2)的对应位置上分别设有外壳熔融物入口(3)和内胆熔融物入口(5)，外壳(1)以及内胆(2)还在对应位置上分别设有外壳排气孔(4)和内胆排气孔(6)。

2.如权利要求1所述的一种堆芯熔融物分组捕集容器，其特征是：所述外壳内胆间隙(13)的宽度小于内胆(2)直径的8％。

3.如权利要求2所述的一种堆芯熔融物分组捕集容器，其特征是：所述外壳熔融物入口(3)的直径φ₁大于外壳排气孔(4)直径φ₂，φ₁/φ₂大于3。

4.如权利要求3所述的一种堆芯熔融物分组捕集容器，其特征是：所述内胆熔融物入口(5)直径φ₃大于内胆排气孔(6)直径φ₄，φ₃/φ₄大于3。

5.如权利要求4所述的一种堆芯熔融物分组捕集容器，其特征是：所述内胆熔融物入口(5)与所述内胆排气孔(6)中线夹角β范围为0°至90°。

6.如权利要求5所述的一种堆芯熔融物分组捕集容器，其特征是：所述外壳熔融物入口(3)的轴线通过球心，所述外壳排气孔(4)的轴线通过球心，外壳熔融物入口(3)的轴线与外壳排气孔(4)的轴线之间的夹角α的范围为0°至30°。