CN114005555B - 反应堆及其堆芯熔融物收集装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种反应堆及其堆芯熔融物收集装置。堆芯熔融物收集装置包括：支撑架和托盘。支撑架包括支撑底板以及自所述支撑底板的周缘向上延伸的外侧围挡，所述支撑底板设有用于供冷却剂流入的冷却剂入口。托盘设置于所述支撑架内，所述托盘包括：底盘和自所述底盘的周缘向上延伸的内侧围挡，所述内侧围挡与所述外侧围挡之间形成环形间隙；其中，所述底盘上开设有多个第一通孔，用于供进入所述支撑架内的部分冷却剂经由所述第一通孔直接流入所述底盘的上表面。本申请的技术方案能够在发生堆芯熔化事故时，快速降低堆芯熔融物的温度。

Description

反应堆及其堆芯熔融物收集装置

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆及其堆芯熔融物收集装置。

背景技术

为了防止当发生堆芯熔化严重事故时，熔融物掉落到压力容器将压力容器熔穿，相关技术中在堆芯下方设置堆芯熔融物收集装置，用来接收堆芯熔融物。

发明内容

本申请实施例的第一方面提供了一种堆芯熔融物收集装置，包括：

支撑架，包括支撑底板以及自所述支撑底板的周缘向上延伸的外侧围挡，所述支撑底板设有用于供冷却剂流入的冷却剂入口；和

托盘，设置于所述支撑架内，所述托盘包括：底盘和自所述底盘的周缘向上延伸的内侧围挡，所述内侧围挡与所述外侧围挡之间形成环形间隙；

其中，所述底盘上开设有多个第一通孔，用于供进入所述支撑架内的部分冷却剂经由所述第一通孔直接流入所述底盘的上表面。

本申请实施例的第二方面提供了一种反应堆，包括：

压力容器本体，其中容纳有冷却剂；

压力容器顶盖，与所述压力容器本体共同形成所述反应堆的压力容器；

堆芯组件，设于所述压力容器内；

如本申请实施例第一方面的堆芯熔融物收集装置，设于所述堆芯组件的下方。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明实施例的反应堆的示意性原理图；

图2是图1所示堆芯熔融物收集装置的结构图；

图3是图2所示堆芯熔融物收集装置的剖视图；

图4是图2所示堆芯熔融物收集装置中支撑架的俯视图；

图5是图2中所示托盘的结构图，图中省略了保护层和烟囱结构；

图6是图5所示托盘的俯视图；以及

图7是图2所示堆芯熔融物收集装置中托盘的剖视图。

附图中：

11、压力容器本体；12、压力容器顶盖；

20、堆芯熔融物收集装置；21、支撑架；211、支撑底板；2111、冷却剂入口；2112、肋板；21121、凸台；212、外侧围挡；2121、开槽；22、托盘；221、底盘；2211、第一通孔；2212、第二通孔；222、内侧围挡；223、烟囱结构；2231、筒体；2232、顶盖；224、保护层；2241、面板；23、环形间隙；30、堆芯组件；40、动力泵；50、热交换器；60、旋塞。

应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本申请实施例的反应堆为池式反应堆。冷却剂可以是液态钠或者液态铅铋合金等，相应地，反应堆为池式钠冷快堆或池式铅铋快堆。

图1是根据本发明实施例的反应堆的示意性原理图。图中箭头方向表示冷却剂的流动方向。如图1所示，反应堆可包括压力容器顶盖12和压力容器本体11。压力容器本体11可通过螺栓等紧固件与压力容器顶盖12固定连接，两者密闭形成压力容器。

反应堆还包括设置于压力容器内部的堆芯组件30、动力泵40以及热交换器50。压力容器内部设有冷却剂，由动力泵40泵送至堆芯组件30内以对堆芯组件30进行降温；之后从堆芯组件30流出的冷却剂进入热交换器50进行冷却。冷却后的冷却剂再由动力泵40泵送至堆芯组件30。

在一些实施例中，反应堆内形成位于上方的热池区域和位于下方的冷池区域(图中未示出)；冷池区域的冷却剂流入堆芯组件30携带堆芯组件30的热量进入热池区域。

热交换器50用于对来自热池区域的冷却剂进行降温，且使降温后的冷却剂流入冷池区域。从堆芯组件30流出的冷却剂进入热池区域，之后进入热交换器50进行降温，从热交换器50流出的冷却剂进入冷池区域。

本申请实施例的反应堆还可包括堆芯熔融物收集装置20，设置于堆芯组件30的下方，用于在发生堆芯熔化严重事故时，接收堆芯熔融物。

堆芯熔融物收集装置20可设置于堆内支承(图中未示出)上。

图2是图1所示堆芯熔融物收集装置20的结构图；图3是图2所示堆芯熔融物收集装置20的剖视图。参见图2和图3，堆芯熔融物收集装置20包括：支撑架21和设置于支撑架21内的托盘22。

参见图4，支撑架21包括：支撑底板211以及自支撑底板211的周缘向上延伸的外侧围挡212。支撑底板211可设置于堆内支承上。支撑底板211设有冷却剂入口2111，用于供堆芯熔融物收集装置20底部的冷却剂向上流入支撑架21内。

托盘22包括：底盘221和自底盘221的周缘向上延伸的内侧围挡222。底盘221由支撑底板211支撑，底盘221可通过螺栓固定在支撑架21上。

内侧围挡222与外侧围挡212之间形成环形间隙23。从冷却剂入口2111流入支撑架21的冷却剂一部分流入环形间隙23，之后沿外侧围挡212向上流动直至流出堆芯熔融物收集装置20。

在发生堆芯熔化严重事故时，托盘22用于接收堆芯熔融物，内侧围挡222用于防止堆芯熔融物向外扩散。从冷却剂入口2111进入支撑架21内的冷却剂用于对堆芯熔融物进行冷却。

参见图5至图6，特别地，在本申请实施例中，底盘221上开设有多个第一通孔2211，用于供进入支撑架21内的冷却剂经由第一通孔2211直接流入底盘221的上表面。

容易理解，第一通孔2211开设在底盘221上，第一通孔2211的高度与底盘221的厚度相同。并且，冷却剂经由第一通孔2211直接流入底盘221的上表面，意味着冷却剂仅经由第一通孔2211而不经过其他任何结构(如下文提到的烟囱结构)流至底盘221的上表面。经由第一通孔2211流至底盘221的上表面的冷却剂在底盘221内继续向上流动的过程中对底盘221内的堆芯熔融物进行冷却。

由于本申请实施例在底盘221上设置多个第一通孔2211，底盘221下方的冷却剂可直接流入底盘221中，快速地对堆芯熔融物进行冷却。

在一些实施例中，第一通孔2211的直径小于底盘221的厚度。当底盘221各处的厚度不均等时，第一通孔2211的直径小于其所处位置的底盘221的厚度，换言之，第一通孔2211的直径小于第一通孔2211的高度(或者称之为深度)。

各第一通孔2211的直径可以大致相同。这些第一通孔2211大致均匀地分布在底盘221上。由于本申请实施例中第一通孔2211的直径较小，且分散设置，从而既能够保证底盘221的强度，防止底盘221被堆芯熔融物熔穿；同时又可在堆芯熔融物收集装置20内形成多个分散的冷却剂流道，直接对堆芯熔融物进行冷却，从而可快速地降低堆芯熔融物的温度，提高反应堆在发生堆芯熔化严重事故的安全性。

在一些实施例中，第一通孔2211的数量可以大于20个。进一步，第一通孔2211的数量可以大于30个。

此外，由于设置第一通孔2211，也可降低底盘221上下表面的热应力，提高底盘221的可靠性。

继续参见图5和图6，底盘221上设有多个第二通孔2212。参见图2和图3，托盘22还包括：多个烟囱结构223。

烟囱结构223可包括：筒体2231。筒体2231的下端与第二通孔2212的周缘相接。换言之，筒体2231由自第二通孔2212的周缘向上延伸的周壁形成。从冷却剂入口2111流入支撑架21的冷却剂有一部分可经由第二通孔2212向上流至筒体2231并从筒体2231的上方开口流出，以对堆芯熔融物进行冷却。

在一些实施例中，可在筒体2231的周向筒壁开设多个通孔(图中未示出)，以使进入筒体2231的部分冷却剂能够经由筒体2231的通孔沿横向流出筒体2231，以增加对堆芯熔融物进行冷却的区域。

进一步地，烟囱结构223还可包括顶盖2232，设于筒体2231的上方，用于遮挡筒体2231上方开口。由于顶盖2232的存在，当发生堆芯熔化严重事故时，从堆芯组件30掉落的熔融物会掉落在顶盖2232上，而不会掉落在筒体2231内。

容易理解，顶盖2232仅是起到遮挡熔融物的作用，并不会封闭筒体2231上方开口。例如，顶盖2232可通过立柱焊接在筒体2231的上方开口的上方。

顶盖2232可以为由两块平板相接构成的尖顶结构。具体地，两块平板自其相接处向外倾斜向下延伸形成双面斜坡结构，如图2所示。从而，当发生堆芯熔化严重事故时，掉落在顶盖2232上的熔融物可以朝两个方向向下滑动，从而将熔融物分散开来。

顶盖2232的两块平板可以一个朝向托盘22的径向内侧，另一个朝向托盘22的径向外侧，如此，掉落在顶盖2232上的堆芯熔融物可以朝径向分散开来。

筒体2231的截面可为矩形，相应地，第二通孔2212为矩形孔。

多个第二通孔2212中的一个位于底盘221的中心，剩余第二通孔2212可开设在底盘221中心的周围。

在一些实施例中，多个第一通孔2211包括设置在多个第二通孔2212与内侧围挡222之间的至少一圈通孔。在图6所示的实施例中，在多个第二通孔2212与内侧围挡222之间的设置两圈第一通孔2211。此外，在四个位于非中心处的第二通孔2212径向内侧，也设置有一圈第一通孔2211。通过这样设置，可更加均匀地对堆芯熔融物进行冷却。

托盘22还可包括：在底盘221的上表面和内侧围挡222的内侧表面设置的保护层224，保护层224由多个面板2241拼装而成。

保护层224用于保护底盘221，其设置成能够承受堆芯熔融物的高温。面板2241可为采用难熔材料Mo合金做成的覆面板。每个面板2241与底盘221之间由螺栓固定连接。在一些实施例中，每个面板2241通过两个螺栓与底盘221固定连接。

为了防止堆芯熔融物对螺栓的起到不良作用，可采用难熔材料Mo合金作成螺栓的保护帽。

在一些实施例中，顶盖2232上也可设置保护层224。

容易理解，对于设有保护层224的底盘221，由于保护层224与底盘221之间并不是密封连接，因此，底盘221下方的冷却剂仍会从第一通孔2211向上流出。

参见图3和图4，在一些实施例中，支撑底板211上设有多个沿径向延伸的肋板2112，相邻肋板2112之间的支撑底板211上形成通孔，作为冷却剂入口2111。其中，托盘22由肋板2112支撑。

在一些实施例中，外侧围挡212上形成有多个开槽2121，用于供支撑架21内部的部分冷却剂流出，同时还使外侧围挡212内外无热应力。

参见图7，在一些实施例中，托盘22自其中心向周缘逐渐倾斜向下延伸。倾斜的角度较小，例如可小于5度，从而易于落在托盘22中部的堆芯熔融物沿径向向外散开。

在一些实施例中，肋板2112上形成有多个凸台21121，托盘22由凸台21121支撑。相邻凸台21121之间形成连通各肋板之间的冷却剂的通道。

凸台21121的上端表面沿托盘22的径向自内向外逐渐向下倾斜延伸，从而保证托盘22的稳定。

对于本申请实施例的反应堆，在反应堆正常运行和一般事故状态下，冷却剂自下冷池流入堆内支承下腔室后，在堆芯熔融物收集装置20下方空间经由冷却剂入口2111进入支撑架21内，之后一部分冷却剂通过烟囱结构223向上流动，一部分冷却剂通过第一通孔2211流入底盘221内并继续向上流动，还有一部分冷却剂通过环形间隙23向上流动。底盘221上方的冷却剂继续向上流动，通过堆芯组件30进入热池，再通过热交换器50向下流入冷池。另一部分冷却剂则通过环形间隙23的开槽2121沿横向向外流动，之后进入堆芯熔融物收集装置20外部的下腔室空间。

当发生堆芯熔化严重事故时，通过烟囱结构223向上流动的冷却剂、通过第一通孔2211向上流动的冷却剂以及进入环形间隙23的冷却剂均能够对掉落在托盘22内的熔融物进行冷却，从而可快速降低熔融物的温度，保证反应堆压力容器结构的完整性。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种堆芯熔融物收集装置，其特征在于，包括：

支撑架，包括支撑底板以及自所述支撑底板的周缘向上延伸的外侧围挡，所述支撑底板设有用于供冷却剂流入的冷却剂入口；和

托盘，设置于所述支撑架内，所述托盘包括：底盘和自所述底盘的周缘向上延伸的内侧围挡，所述内侧围挡与所述外侧围挡之间形成环形间隙；

其中，所述底盘上开设有多个第一通孔，用于供进入所述支撑架内的部分冷却剂经由所述第一通孔直接流入所述底盘的上表面；

所述底盘上设有多个第二通孔，

所述托盘还包括：多个烟囱结构，每个所述烟囱结构包括：

筒体，所述筒体的下端与所述第二通孔的周缘相接；和

顶盖，设于所述筒体的上方以遮挡所述筒体的上方开口。

2.根据权利要求1所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，所述第一通孔的直径小于所述底盘的厚度。

3.根据权利要求1所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，所述第一通孔的数量大于20个。

4.根据权利要求1所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，所述多个第一通孔包括设置在所述多个第二通孔与所述内侧围挡之间的至少一圈通孔。

5.根据权利要求1所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，所述托盘还包括：保护层，设置在所述底盘的上表面和所述内侧围挡的内侧表面，其中所述保护层由多个面板拼装而成。

6.根据权利要求5所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，每个所述面板与所述底盘之间由螺栓固定连接。

7.根据权利要求1所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，所述支撑底板上设有多个沿径向延伸的肋板，相邻肋板之间的支撑底板上形成通孔，作为所述冷却剂入口；

所述外侧围挡上形成有多个开槽，用于供所述支撑架内部的部分冷却剂流出；

其中，所述托盘由所述肋板支撑。

8.根据权利要求7所述的堆芯熔融物收集装置，其特征在于，所述托盘自其中心向周缘逐渐倾斜向下延伸；

所述肋板上形成有多个凸台，所述凸台的上端表面沿所述托盘的径向自内向外逐渐向下倾斜延伸；

其中，所述托盘由所述凸台支撑。

9.一种反应堆，其特征在于，包括：

压力容器本体，其中容纳有冷却剂；

压力容器顶盖，与所述压力容器本体共同形成所述反应堆的压力容器；

堆芯组件，设于所述压力容器内；

如权利要求1至8中任一项所述的堆芯熔融物收集装置，设于所述堆芯组件的下方。