CN1184646C - 核反应堆外壳内的压力抑制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种紧急时利用干井冷却单元能降低核反应堆外壳内蒸气压的核反应堆外壳内的压力抑制装置。为了除去构成干井冷却单元(15)的外壳(14)内所滞留的非冷凝性流体，设置了第2鼓风机(23)。该第2鼓风机(23)被连接在应急用电源(31)上，紧急时也能被驱动。非冷凝性流体的氢和氮被第2鼓风机(23)从排气管道(24)排出到反应堆压力容器(3)外或核反应堆外壳(1)外。因此，能长时间抑制核反应堆外壳(1)的内压上升。

Description

核反应堆外壳内的压力抑制装置
技术领域
本发明涉及核反应堆外壳内的压力抑制装置。
背景技术
图6是表示原有核反应堆外壳的主要结构的纵断面图。
在核反应堆外壳1内包括堆芯2在内的核反应堆压力容器3由支架4进行支承。并且，在核反应堆外壳1内设有：
下部干井5，它由支架4包围；
上部干井6，它对该反应堆压力容器3进行包围；以及
压力控制室9，它设置在上部干井6的下方，由隔板层7进行分隔，其内部具有压力控制池8。
上部干井6和下部干井5利用连通口10进行连通，两个干井5、6和压力控制室9利用延伸到压力控制池8的水中的通气管11进行连通。在核反应堆外壳1内设置了许多台作为压力抑制装置的干井冷却装置12，正常运转时干井冷却装置把干井5、6内的气体冷却到规定状态并加以保持。
该干井冷却装置12具有干井冷却单元15和鼓风机16。干井冷却单元15由外壳14以及其中的冷却旋管13构成。在冷却旋管13的内部管道中通入冷却水，上下部干井5、6内的气体被引入该外壳14内。具体的方法是，利用鼓风机16来使外壳14的内压降低，因此而产生的外壳14内外的压力差将生成气流。进入到外壳14内的气体通过冷却旋管13的管外而被冷却。被冷却后的气体通过风管17和风挡18而进入到向上下部干井5、6内各处形成循环送风。
并且，构成这样一种冷却系统，即压力控制池8的冷却水通过残余热除去系统线路19的残余热除去泵20抽取出来，在残余热除去热交换器21内进行热交换，将热除去后从喷射头22中向外散布，进行喷射冷却。这种冷却系统用于高压时的核反应堆外壳冷却。
在这样构成的原有核反应堆外壳1中，万一发生了由于某种原因而使冷却材料从反应堆压力容器3的内部流出的这种现象(lossof coolant accident；以下简称LOCA)，那么，在上下部干井5、6内将放出大量的高温蒸气和水的混合物。但是，该混合物通过通气管11被引入到压力控制室9内的压力控制池8的冷却水中，于是在上述冷却系统的作用下能抑制核反应堆外壳1的内压上升。
但是，若发生上述冷却系统长时间工作这样的紧急事态，则由于核反应堆外壳1的蓄水而使非冷凝性气体滞留的气相部受到压缩，相反可能导致核反应堆外壳1内的压力上升。
因此，可以采用这样一种方法，即把上述干井冷却装置12仅作为压力抑制装置使用，对上下部干井5、6内的气体进行高效率的冷却，把这样去除的热量放出到反应堆压力容器3的外部。
也就是说，该方法是：通过向干井冷却装置12的冷却旋管13内通水，使内部装有该冷却旋管13的外壳14内的蒸气进行冷凝。并且把核反应堆外壳1内的蒸气引入到外壳14内，使核反应堆外壳1内的蒸气压力降低。
但是，向干井冷却装置12的鼓风机16内供应电力的电源30被连接到一种仅在反应堆正常运转时才工作而在紧急情况下能自动停止的系统内。所以，初期封入到核反应堆外壳1内的氮气和随温度、压力的上升而产生的氢气等非冷凝性气体，随着时间的增加在外壳14内滞留的量逐渐增多。并且由于在外壳14内储存非冷凝性气体，所以，干井冷却装置12的除热性能随时间的增加而降低，核反应堆外壳1内的蒸气压力的上升有可能无法控制。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种紧急时利用干井冷却单元能降低核反应堆外壳内的蒸气压力的核反应堆外壳内的压力抑制装置。
一种核反应堆外壳内压力抑制装置，其用于抑制核反应堆外壳的内部压力，该核反应堆外壳收容有内藏堆芯燃料的核反应堆压力容器并形成有干井空间，其特征在于设有：
干井冷却装置，用于通过对上述干井空间内的流体进行冷却来控制上述干井内的压力；
循环装置，用于把上述干井空间内的流体引入到上述干井冷却装置内；
冷却机构，用于向上述干井冷却装置内供给冷却水；以及
排气装置，用于排出上述干井冷却装置内的不冷凝性流体，
上述干井冷却装置、循环装置、冷却机构及排气装置被设置在上述干井空间内。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述非冷凝性流体排气装置是鼓风机。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述非冷凝性流体排气装置被构成为在上述流体循环装置停机时仍能运转。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述流体循环装置由正常运转时供给的电力进行驱动；上述非冷凝性流体排气装置由紧急时供给的电力进行驱动。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述非冷凝性流体排气装置包含有能对上述干井冷却装置的内部和外部进行连通的开关板。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述开关板在上述流体循环装置运转时进行关闭；在流体循环装置停机时进行打开。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述开关板借助于机械装置进行开关。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述开关板借助于上述干井冷却装置的内部和外部的压力差而进行开关。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述非冷凝性流体排气装置包含有：由于在一定温度下熔化而能对上述干井冷却装置的内部和外部进行连通的物质。
所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述物质的熔化温度高于反应堆压力容器正常运转时上述干井空间的温度。
为了达到降低蒸气压的目的，本发明是一种核反应堆外壳内的压力抑制装置，其中设有：
反应堆压力容器，用于在内部安放堆芯燃料；
核反应堆外壳，用于在内部安放上述反应堆压力容器，同时形成干井空间；
干井冷却装置，用于通过对上述干井空间内的流体进行冷却来控制上述干井的压力；
流体循环装置，用于把上述干井空间内的流体引入到上述干井冷却装置内；以及
非冷凝性流体排气装置，用于排出上述干井冷却装置内的非冷凝性流体。
其中，非冷凝性流体排气装置也可以把鼓风机包括在内。在此情况下的非冷凝性流体排气装置可以这样构成，即使其能在流体循环装置停止时进行工作。并且，也可以利用正常运转时提供的电力来驱动流体循环装置，利用异常时所供给的电力来驱动非冷凝性流体排气装置。
再者，非冷凝性流体排气装置也可以包括一种能使干井冷却装置的内部和外部连通的开关板。这时的开关板能在流体循环装置工作时进行关闭，在停止时进行打开。并且，开关板能借助于机械式的装置而进行开关。并且，开关板能借助干井冷却装置的内部和外部的压力差而进行开关。
再有，非冷凝性流体排气装置也可以包括这样一种物质，即通过该物质在规定温度下进行熔化的方式能把干井冷却装置的内部和外部连通。这种物质的熔化温度可以高于反应堆压力容器在正常运转时的干井空间的温度。
本发明的优良效果：
若按照本发明，则可制成一种在紧急时也能使核反应堆外壳内蒸气压力降低的核反应堆外壳内的压力抑制装置。
附图说明
图1是说明涉及本发明的核反应堆外壳内压力抑制装置的断面图。
图2是表示图1的压力抑制装置的概要断面图。
图3是表示涉及本发明的压力抑制装置的第2实施例的概要断面图。
图4是表示涉及本发明的压力抑制装置的第3实施例的概要断面图。
图5(a)是表示涉及本发明的压力抑制装置第4实施例的鼓风机运转时的概要断面图；
图5(b)是表示图5(a)中鼓风机停机时的概要断面图。
图6是说明原有核反应堆外壳内的压力抑制装置的概要断面图。
发明的具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施例。而且，对于和现有技术相同的构成要素，标注相同的符号，省去重复的说明。
首先，利用图1来说明涉及本发明的核反应堆外壳内的压力抑制装置的构成。图1是表示涉及本发明的核反应堆外壳内的压力抑制装置的断面图。
本发明的特征在于：在结构上，除过去用的鼓风机(流体循环装置)16外，重新设置第2鼓风机(非冷凝性流体排气装置)23，利用应急用电源31来使该第2鼓风机23进行运转。
在LOCA等紧急时干井冷却装置12内的冷却旋管13继续对外壳14内的蒸气进行冷凝。但初期封入到核反应堆外壳1内的氮气和由于温度、压力上升而产生的氢气等非冷凝性气体，随着时间的增加在外壳14内的滞留量逐渐增多。
并且，这时，从安全考虑，正常电源30自动变成切断状态。因此，包括鼓风机在内的许多机器都停止工作。
然而，本发明是把第2鼓风机23连接到应急用电源31上。因此，在正常电源30被切断时，应急用电源31自动接通。同时鼓风机16自动运转。所以，非冷凝气体在第2鼓风机23的作用下从排气管道24被排出到反应堆压力容器3外或核反应堆外壳1外。
于是，干井冷却装置15的外壳14内的非冷凝性流体分压降低。并且，冷却旋管13周围的非冷凝性流体分压也降低，能保持除热性能。其结果，能长时间地抑制核反应堆外壳1的内压上升。
图2是表示图1中的干井冷却装置12的主要部分的断面图。如该图所示，在作为核反应堆外壳1内的压力抑制装置之一而设置的干井冷却装置12的干井冷却单元15内设置了第2鼓风机23。在第2鼓风机23的送风口上连接了排气管道24，并在其排气侧设置了单向阀25。单向阀25的安装目的是为了防止干井冷却单元15周围的气体或蒸气流入到外壳14内，在第2鼓风机23停止时使单向阀25关闭。
在此，第2鼓风机23的送风口面向附图的下方，即重力方向进行设置。这是因为预定初期封入到核反应堆外壳1内的非冷凝性流体，其主要成分是比空气重的氮气。也就是说，因为氮气向外壳14的下方聚集，所以容易将其排出到外部。但是，第2鼓风机23的安装地点并非仅很于该实施例，若安装在干井冷却单元15的侧面和上面，也能达到本发明的效果。同时，对于一个干井冷却单元15来产，第2鼓风机23的安装台数并非仅限于一台。理所当然也可以安装多台。
并且，如果第2鼓风机23能把非冷凝性流体排出到外壳14的外部，那么就能够保持干井冷却单元15的除热性能。因此，第2鼓风机23与鼓风机16相比可以采用较小的机型。
图3是表示涉及干井冷却装置12的主要部分的第2实施例的断面图。本实施例的特征在于在干井冷却单元15的外壳14内布置了在高温高压时把口打口的开口板(开关盘)26a、26b、26c。各开口板26a、26b、26c分别被设置在外壳14的上面、外壳14的上部侧面以及外壳14的下面。
该开口板26a、26b、26c利用安装在管道17上的风门18进行开关时的驱动力来进行动作。具体情况是：各个开口板26a、26b、26c以机械方式(例如利用弹簧等的弹力)与风门18的出口侧相连接，利用风门18关闭的驱动力来进行打开。
再者，也可以这样进行设计，即利用鼓风机16的被驱动时其抽力所带来的外壳14内减压，使各开口板26a、26b、26c能在鼓风机16被驱动时就关闭；在鼓风机16停机时利用自重等作用而自动打开。
而且，这种构成如图3所示，不需要设置第2鼓风机。利用和空气比重的关系，上面部分开口板26a和上部侧面开口板26b容易主要把氢气排出到外壳14的外部；下部开口板26c容易主要把氮气排出到外壳14的外部。
若按本实施例，则干井冷却单元15内所累积的非冷凝性流体中，比蒸气重的氮气主要从下部开口板26c中排出；比蒸气轻的氢气主要从上面部分和上部侧面的开口板26a、26b中排出，所以能提高干井冷却单元15的除热效果。
并且，因为不需要设置第2鼓风机，所以不必考虑应急用电源等附加设备，从而能简化整体构成。
图4是表示涉及干井冷却装置12的主要部分的第3实施例的断面图。
本实施例是在外壳14内的下面设置了低熔点物质27。当温度超过在设计反应堆时所选择的温度，例如高于核反应堆外壳1内的环境温度时，该低熔点物质27就熔化。例如可选择熔点为100℃左右的铅铋等。当核反应堆外壳1内的温度超过设计温度时，低熔点物质27熔化，在外壳14内能形成开口。这样就能把非冷凝性流体排出到外壳14的外部。
图5(a)、(b)是表示涉及干井冷却装置12的主要部分的第4实施例的断面图。其中，图5(a)表示鼓风机运转时；图5(b)表示鼓风机停机时。
本实施例的特点在于把第2开口板28设置在外壳14的下面。第2开口板28如图5(a)所示，当鼓风机16运转时因受鼓风机16的抽力而被关闭；如图5(b)所示，当鼓风机16停机时因自重的力量而被打开。这样，就能把非冷凝性流体排出到外壳14的外部。
而且，本发明并非仅限于上述实施例，不言而喻，在不改变其要点的范围内可用各种方式来实施。例如，在说明本发明时如图1所示以沸腾水型反应堆(BWR)为例。但是，当然也可以适用于压水型反应堆(PWR)。
本发明的优良效果：
若按照本发明，则可制成一种在紧急时也能使核反应堆外壳内蒸气压力降低的核反应堆外壳内的压力抑制装置。

Claims (10)

1、一种核反应堆外壳内压力抑制装置，其用于抑制核反应堆外壳的内部压力，该核反应堆外壳收容有内藏堆芯燃料的核反应堆压力容器并形成有干井空间，其特征在于设有：
干井冷却装置，用于通过对上述干井空间内的流体进行冷却来控制上述干井内的压力；
循环装置，用于把上述干井空间内的流体引入到上述干井冷却装置内；
冷却机构，用于向上述干井冷却装置内供给冷却水；以及
排气装置，用于排出上述干井冷却装置内的不冷凝性流体，
上述干井冷却装置、循环装置、冷却机构及排气装置被设置在上述干井空间内。
2、如权利要求1所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述排气装置是鼓风机。
3、如权利要求2所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述排气装置被构成为在上述流体循环装置停机时仍能运转。
4、如权利要求3所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述流体循环装置由正常运转时供给的电力进行驱动；上述排气装置由紧急时供给的电力进行驱动。
5、如权利要求1所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述排气装置包含有能对上述干井冷却装置的内部和外部进行连通的开关板。
6、如权利要求5所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述开关板在上述流体循环装置运转时进行关闭；在流体循环装置停机时进行打开。
7、如权利要求6所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述开关板借助于机械装置进行开关。
8、如权利要求6所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述开关板借助于上述干井冷却装置的内部和外部的压力差而进行开关。
9、如权利要求1所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述排气装置包含有：由于在一定温度下熔化而能对上述干井冷却装置的内部和外部进行连通的物质。
10、如权利要求9所述的核反应堆外壳内的压力抑制装置，其特征在于：上述物质的熔化温度高于反应堆压力容器正常运转时上述干井空间的温度。
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