CN1178029A - 用于收集来自核反应堆压力容器的核熔融产物的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于收集来自核反应堆压力容器的核熔融产物的装置,为达到改善来自核反应堆压力容器(1)的核熔融产物排放过程的目的,该装置带有一个位于核反应堆压力容器(1)下部的前室(11)和一个位于核反应堆压力容器(1)一侧的核熔融产物扩散室(19)。该扩散室(19)通过通道(17)与前室(11)相通。底座体(9)至少构成了前室(11)的底部,并且是由一种具有高导热性的材料所制造。

Description

用于收集来自核反应 堆压力容器的核熔融 产物的装置

本发明涉及一种用于收集和冷却来自核反应堆压力容器(RDB)的核熔融产物的装置。该装置特别应用于EPR-压力水反应堆。

由DE 4319094 A1所给出的一种用于收集和冷却来自核反应堆压力容器的核熔融产物的装置是我们所熟悉的，在核反应堆压力容器下半部设有一个前室，该室通过一个通道与扩散室相连。在通道靠反应堆一侧有一个隔板，该隔板在一段给定的时间以后受核熔融产物的冲击而被破坏。该前室的结构呈锥形，其底部是由耐火混凝土底座隔开的，该底座的作用就象坩埚一样。这种混凝土底座是由陶瓷或特殊的石材制造的。当其中熔合核熔融产物时，这种材料应能使熔点降低的核熔融产物处于稀释的液态。扩散室的底板是用一种耐热材料覆盖着的。

由DE 4306864 C2公开了一种用于核反应堆可靠性的装置，在反应堆压力容器的下半部有一个核熔融产物的接收装置。该接收装置是由铸铁或铸钢件制造的，构成了核熔融产物的排出系统。与上述现有技术比较，该接收装置相当于所述的在反应堆一侧的扩散室。在本接收装置中没有前室。由金属制造的接收装置的公开作用在于对接收在储存室内的核熔融产物进行冷却。越往后处于下流段的核熔融产物由于过分强烈的冷却有可能在进液通道上产生堵塞。在这种情况下，再冷却被阻止，如果继续下去就有可能发生事故。

由DE-OS 2234782公开了一种核反应堆容器，在其燃烧室下半部有一个用于收集核熔融产物的熔池。为了冷却，熔池在背向核心的一面制成散热片式冷却器，从中通过循环的冷却水。用这种方法使核熔融产物冷却。在此，熔池安装在核反应堆压力容器的内部。

本发明的目的在于，在一种用于收集和冷却来自核反应堆压力容器的核熔融产物的装置中改善核熔融产物进入扩散室的排放过程。

本发明的目的是这样实现的，即采用一种用于收集来自核反应堆压力容器的核熔融产物的装置，该装置带有一个位于核反应堆压力容器下半部的前室，和一个位于核反应堆压力容器侧旁用于核熔融产物的扩散室，该扩散室通过通道与前室相连，该装置还具有一个至少构成前室底部的底座体，该底座体是由一种具有高导热性的材料制造的。

用这种方法在底座体上由核熔融产物构成了一个起到固有坩埚作用的核熔融产物硬壳，由此至少可以防止底座体免受损坏。这就要求底座体有较好的散热性。这个固有坩埚对于其余的核熔融产物起到了绝热的作用，以使这些核熔融产物保持一定的稠度(流动性)。在隔板打开后，核熔融产物连续地流入扩散室。此时几乎全部的核熔融产物可以一起由前室流入扩散室。

底座体是由金属制造的。这样实现了所期望的散热性，这会导致一个较好的硬壳结构。底座体可以由部件组装而成。以使装置的运输简便且易于装配。

底座体在前室一侧被制成坩埚形状是比较有利的，这样的容器结构允许对核熔融产物进行便利的热技术处理。

底座体最好具有冷却剂。由此可以防止底座体熔化或受损。此外还可以防止长时间的过热负荷。

至少前室以及必要时通道应该用填料充满。由此也可避免由于蒸汽爆炸给前室带来附加负荷。

如果通道和/或扩散室的底板由被冷却的底板元件构成是有利的。通过这种方法就有可能较好地散掉余热。这种形式的底板元件可以简便地进行铺设，此外在温度变化时它还能提供一种补偿。为了对致冷剂有良好的密封性，这些底板元件在其连接部位采用了榫槽弹簧式连接，或者一种阶梯式的连接。在此，在中间加入一种柔性密封也是很有好处的。由此提供了一种好的机械连接和液体密封。其它有利的技术方案将在其余的权利要求中给出。

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步的详细说明，附图中：

图1为核反应堆坑沿着图3A-A线的纵向剖面图，其中装有一个核反应堆压力容器；

图2为核反应堆坑沿着图1B-B线的剖面图；

图3为核反应堆坑沿着图1C-C线的剖面图；

图4为一种扩散室沿着图6C-C线的剖面图；

图5为另一种扩散室沿着图6B-B线的剖面图；

图6为再一种扩散室沿着图4A-A线的剖面图；

图7为对应于图6中局部X的一种底板元件详图；

图8为图7中底板元件的另一种形式；

图9为图8中底板元件的另一种形式；

图10至13为对应于局部Z的底板元件之间的各种可选择的连接结构。

图1和2示出了一个装在核反应堆坑3里的核反应堆压力容器(RDB)1。在此该核反应堆坑3是由混凝土结构5构成的。在核反应堆坑3的墙体与核反应堆压力容器之间有一个围绕着核反应压力容器1的绝缘体7。核反应堆压力容器1包含有一个在图中没有详细示出的水冷式反应堆芯。核反应堆坑3的上半部呈圆柱形，下半部呈拱形，为特殊的截锥体形状。由此形成了一个坩埚状的结构。这种坩埚状结构是由底座体9构成的。在核反应堆压力容器1与底座体9之间形成的空间作为前室11用于接收核熔融产物，该室用填充物13充满，用于排出来自前室11的水。用这种方法防止了热的核熔融产物排出时的蒸汽爆炸。

在前室11的最深处有一封闭的隔板15。隔板15在一段给定的时间以后被核熔融产物熔化所破坏，从而打开通过通道17进入扩散室19的道路。扩散室19位于靠近核反应堆压力容器1一侧。扩散室在此近似作为核熔融产物的冷却室和最终储存室。有关前室11，通道17和扩散室19的作用以及尺寸标注可以通过上面所述的DE 4319094 A1所获得。

对前述思想最重要的是底座体9的结构以及扩散室19和通道17的底板结构。至少构成前室11底部的(必要时也可构成通道17底板的)底座体9是由一种高导热性的材料制成。在此底座体9是由混凝土结构5所环绕。底座体9最好由金属材料制成，因而保证了其具有好的导热性。当然采用其它材料也是可以的，例如采用高密度的陶瓷材料。

底座体9可以由单个的未进一步示出的底座体元件组成，例如可采用扇形或扇环形的片状或层状元件，以有利于运输。

在此前室11还有一个作用，即首先用来收集排出的核熔融产物。为此隔板15起初是封闭的。隔板的尺寸设计应保证其在10至30分钟内仍然保持封闭状态。由于核熔融产物的排出使充填物13被破坏，以致核熔融产物能够在前室11扩散和被收集。

在此底座体9还有一个新的作用。由于其自身所具有的高导热性使得紧挨着的核熔融产物被迅速冷却，而形成一个硬壳。就宛如一个其中装有核熔融产物的固有坩埚。此外也对核熔融产物起到绝热作用。在此，冷却作用的设计应做到，通过硬壳的绝热作用使得在前室11内能够收集足够大体积的核熔融产物。

将核熔融产物收集在前室的目的在于，当隔板15被破坏时，全部核熔融产物始终可以一起由前室11流入扩散室19。在此，如果全部残存核芯能熔化并处于前室11或核反应堆坑3里是有利的。由核熔融产物所构成的固有坩埚可以避免对底座体9及其结构的侵蚀和破坏。为了准确地控制隔板15被破坏打开的时间点，可以在隔板上采用一种特殊的冷却措施。通过这种方法，使收集工序的定时排放得到较好控制。

如图所示，在底座体9的下面带有一由冷却管或冷却盘管所构成的冷却装置21。该冷却装置21可以一直延伸到通道17和扩散室19的底部区。在必要时也可构成对通道17与扩散室19，或其中之一的附加的冷却系统。另外，混凝土结构5在冷却装置21的底部构成混凝土基础。

在图2中表明了冷却装置21的作用。在核反应堆坑3两侧有冷却剂容池23a和23b。这两个容池可以相互连通，或者也可由一个整体构成。作为示例示出的冷却装置21的其中一根冷却管23，其第一端24位于第一冷却剂容池23a的下部25，沿着底座体9的底部进行冷却进入第二冷却剂容池23b。冷却管的另一端26以较高的位置位于第二冷却剂容池23b的水平面28的上方，以使冷却剂不能从第二容池23b回流到第一容池23a。

在挨着底座体9的冷却管23的内部，冷却液被加热而产生蒸汽，由于高水平面在第一冷却剂容池23a所构成的水压使蒸汽由第二容池23b冒出，冷凝后落下。通过这种方法保证一个稳定的冷却液流由第一容池23a进入第二容池23b。冷却装置21可以在无能源供给的情况下无源地工作。必要时所产生的蒸汽也可以排放到反应堆外壳的大气当中。如果在无源工作时冷却效果不够的话，可以采用一种在图中未进一步示出的用于长时间工作的有源冷却装置。

图3示出了一个沿着图1中C-C线的横剖面。其中可看到通道17将前室11和扩散室19连接起来。在此扩散室19基本上是一个矩形，其中它的四角都进行了倒角处理。其结构造型考虑到，由通道17中突然排放出的核熔融产物能够迅速的沿扩散室底板扩散，而不产生堆积和灰尘。扩散室19的底板相对来说是比较薄的，以便通过冷却装置21迅速散热。以此在扩散室19内来实现持久的对核熔融产物的冷却。

图4，5，6示出了一种可选择设计为矩形的扩散室19，其底板部分27构成了冷却面。对于扩散室19也可以选择其它任何的或符合技术要求的形状。在此底部部分向下设计成散热片形式，在散热片中流过冷却装置21的冷却剂。用这种方法可将核熔融产物的余热迅速排除。底板27的散热片的结构具有稳定的结构形式，以便很好的承受核熔融产物的重量。冷却剂的流动在图5中用箭头来表示，其中管端28a和28b对应于图2中冷却管23的两端24及26。

如图4底板27的俯视图所表示的，底板27可以由底板元件29组装而成。采用这种方法有利运输和装配。由此也可对不同面积的扩散室采用标准的底板元件29。在图7至图13描述了底板元件29的其它细节和局部。图7，8，9给出了对应于图6中局部X的底板元件的各种可选择结构。

图7的第一种底板元件29a具有一种类似散热片的隔片31。在此底板元件29的材料首先应选用导热性好的材料。局部Z中所表示的底板元件29间的连接和结构将在图10至图13中详细加以说明。对图8和图9中的底板元件也是如此。

必要的时候底板元件29a至29c在朝向核熔融产物的一面敷设一涂层33，该涂层最好能防止底板29的渗透。涂层33可以被分别涂在每一个底板元件29上，或者在底板元件铺设好后再在其上连续地涂覆涂层。

在图8的底板元件29b的结构中，在其散热片式的隔片31a的底部是按印章形构造的，以使底板元件29b具有更好的形态。此外，由散热片31a所构成的通道35的有效冷却面积要比图7中通道形状的冷却面积大，因此冷却效果也更好。局部Z所表示的底板元件29b的连接技术相应地在图10中表示。

图9中的底板元件29c与图8中的不同之处在于其采用了另一种连接技术，以及不同的分部尺寸。在此可以想象，图8中的底板元件29b是按照图4的俯视图被制成矩形的。图9中的底板元件29c却可以被制成长齿形，必要时可以按扩散室全长制造。

在此应对底板元件29a至29c结构中的底板元件之间的连接技术或连接构造予以重视。一方面这些底板元件必须具有密封作用，以使核熔融产物不能与冷却剂接触。另一方面元件相互之间要机械式的固定夹紧，以使其具有机械式的承载结构。此外由于温度变化而产生的元件膨胀应该被抵消。

图10至图13分别给出了阶梯式连接(图10，11)和榫槽弹簧式连接(图12，13)的可能形状。在此，所有的结构有一点是共同的，即都必须对上面有一个密封作用。对于这一点在图10，11和12给出的结构中，通过在底板元件29之间的缝隙中充满填料37来实现。在此填料37具有两种作用。一方面起到膨胀缝的作用，另一方面起到密封作用。

另外在图示中还给出了一个位于两个互相挨着的平面41之间的密封元件39。这里密封作用的功能是很重要的。在图12的结构中没有使用密封元件，而是通过采用连接技术中的榫槽弹簧式结构形成迷宫式密封，来起到所需的密封作用。

按图13给出的结构，填料也被放弃了，而是通过一种榫槽弹簧连接中的斜面结构来防止核熔融产物渗入到两个底板元件之间的空隙中去。此外在这里也有一个迷宫式密封的作用来实现所需的密封性。在这种结构中有可能通过在加工技术上的投入来实现在添加材料方面的节省。

不言而喻，本领域普通技术人员可在其能力范围内对上述特征进行任意组合，而不会背离本发明的基本思想。

Claims (9)

1.一种用于收集来自核反应堆压力容器(1)的核熔融产物的装置，它具有：

a)一个位于核反应堆压力容器(1)下部的前室(11)，

b)一个位于核反应堆压力容器(1)侧旁的核熔融产物扩散室(19)，其中该扩散室(19)通过通道(17)与前室(11)相通，

c)一个至少构成前室(11)底部的底座体(9)，其特征在于，底座体(9)是由一种具有高导热性的材料制造的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，底座体(9)是由金属材料制造的。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，底座体(9)是由部件体组装而成的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，底座体在前室一面被制造成坩埚状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，底座体(9)包含冷却剂(21)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，至少前室(11)，必要时通道(17)被填充物(13)充满。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，通道(17)和/或扩散室(19)的底面(25)由被冷却的底板元件(29至29e)构成。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，底板元件(29至29e)在其连接位置具有榫槽弹簧式连接或阶梯式连接。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，在底板元件(29至29e)之间连接有一个柔性密封元件(39)。

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