專利名稱:堆芯收集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堆芯收集器及其制造方法、以及核反應(yīng)堆外殼及其制造方法。
技術(shù)背景
在水冷型核反應(yīng)堆中，有可能因向核反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的供水的停止、或連接在核反應(yīng)堆壓力容器的配管的斷裂而引起冷卻水的喪失、核反應(yīng)堆水位降低而堆芯露出、冷卻變得不充分。設(shè)想這樣的情況，通過水位下降的信號(hào)自動(dòng)地將核反應(yīng)堆緊急停止，通過緊急用堆芯冷卻裝置(ECCS)的冷卻材料的注入而使堆芯浸水并冷卻，將堆芯熔融事故防止于未然。
但是，雖然是很低的概率，但是也可以想象上述緊急用堆芯冷卻裝置不動(dòng)作、并且其他的向堆芯的注水裝置也不能使用的狀況。在這樣的情況下，有可能因核反應(yīng)堆水位的下降而堆芯露出，變得不能進(jìn)行充分的冷卻，基于在核反應(yīng)堆停止后還持續(xù)發(fā)生的衰變熱使燃料棒溫度上升，最終達(dá)到堆芯熔融。
如果在核發(fā)電廠發(fā)生這樣的嚴(yán)重的事故，則熔融堆芯有可能貫通核反應(yīng)堆壓力容器的底部的核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭而下落到核反應(yīng)堆外殼的地面上。作為熔融堆芯的殘骸即堆芯碎片在存在于其內(nèi)部的放射線物質(zhì)的衰變熱的作用下繼續(xù)核反應(yīng)堆輸出的左右的發(fā)熱。因此，在沒有冷卻機(jī)構(gòu)的情況下，堆芯碎片將鋪設(shè)在收納容器地面上的混凝土加熱，如果接觸面成為高溫狀態(tài)則與混凝土反應(yīng)，有可能大量地產(chǎn)生二氧化碳、氫等的非凝縮性氣體，并且將混凝土熔融浸蝕，將大量的放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中。
產(chǎn)生的非凝縮性氣體提高收納容器內(nèi)的壓力，有可能使核反應(yīng)堆外殼損壞，此外， 有可能通過混凝土的熔融浸蝕使收納容器邊界損壞、或使收納容器構(gòu)造強(qiáng)度降低。結(jié)果，如果堆芯碎片與混凝土的反應(yīng)繼續(xù)，則會(huì)造成收納容器損壞，有可能向外部環(huán)境釋放收納容器內(nèi)的放射性物質(zhì)。
為了抑制這樣的堆芯碎片與混凝土的反應(yīng)，需要將堆芯碎片冷卻，將堆芯碎片底部的與混凝土的接觸面的溫度冷卻到浸蝕溫度以下(在一般的混凝土中是1500K以下)、或者使堆芯碎片與混凝土不直接接觸。以往，通過從落下的堆芯碎片的上方注水冷卻，降低堆芯碎片溫度，實(shí)現(xiàn)了混凝土浸蝕反應(yīng)的抑制(例如參照專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2)。
所以，為堆芯熔融物下落的情況準(zhǔn)備，提出了各種對(duì)策。代表性的是稱作堆芯收集器的對(duì)策。堆芯收集器通過耐熱部件接住并保持落下的堆芯熔融物，并且與注水機(jī)構(gòu)組合來將堆芯熔融物冷卻。
所謂的堆芯收集器，是用來接住堆芯碎片而維持能夠冷卻的狀態(tài)、擔(dān)負(fù)核反應(yīng)堆外殼的健全性、抑制放射性物質(zhì)向外部的釋放的安全設(shè)備。
在已有的沸騰水型核發(fā)電廠(BWR)中，將事故的發(fā)生概率抑制得很低。進(jìn)而，有關(guān)事故時(shí)的堆芯冷卻的安全性也很高，不會(huì)發(fā)生這樣的嚴(yán)重事故。此外，在概率論的安全評(píng)價(jià) (PSA)中，也將這樣的嚴(yán)重事故的發(fā)生概率評(píng)價(jià)為可忽視那樣小。
目前，提出了完善安全系統(tǒng)而由靜態(tài)設(shè)備構(gòu)成的自然循環(huán)冷卻式被動(dòng)安全沸騰水型核反應(yīng)堆(ESBWI )。在該ESBWR中，在核反應(yīng)堆外殼的下部設(shè)置有堆芯收集器。這是用來進(jìn)一步提高有關(guān)下一代BWR的安全性的完備性的措施。
在通過向碎屑注水、通過碎屑上面的水的沸騰進(jìn)行冷卻的情況下，如果碎屑堆積厚度較厚，則有可能不能充分地冷卻到碎屑底部。因此，需要將地面面積取得較大、使碎屑的堆積厚度成為能夠冷卻的厚度以下。但是，確保足夠大的地面面積在收納容器構(gòu)造設(shè)計(jì)上是困難的。
例如，典型的碎屑的破壞熱是額定熱輸出的約左右，在額定熱輸出4000MW的反應(yīng)堆的情況下，成為40MW左右的發(fā)熱量。在上面的沸騰熱傳導(dǎo)量中，根據(jù)碎屑上面的狀態(tài)而有幅度，作為較小的值而設(shè)想0. 4MW/m2左右的熱流通量。在此情況下如果僅通過上面的熱傳遞取得碎屑的發(fā)熱量，則需要IOOm2左右(圓直徑11. 3m)的地面面積。因此，隨著設(shè)施輸出變大，需要的下部干井的地面面積變大，成為收納容器設(shè)計(jì)上的課題。
即使對(duì)落下到核反應(yīng)堆外殼地面上的堆芯熔融物的上面注入冷卻水，如果堆芯熔融物的底部處的除熱量較小，也有可能因衰變熱而將堆芯熔融物底部的溫度維持著高溫的狀態(tài)、不能停止收納容器地面的混凝土浸蝕。所以，還提出了將堆芯熔融物從底面冷卻的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2至專利文獻(xiàn)5)。
專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-333357號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-195595號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 日本特開平7-110392號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4 日本特開平6-130169號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5 日本特開平9-138292號(hào)公報(bào)
非專利文獻(xiàn)1 :T. G. Theofanous及另 1 人，"The Coolability Limits of AReactor Pressure Vessel Lowerhead1997 年，Nuclear Engineering andDesign, Volume 169, p. 59-p. 76
堆芯收集器例如使用耐熱性的部件，配設(shè)在下部干井的地面部分，以使熔融堆芯不會(huì)將核反應(yīng)堆外殼的下部熔融貫通、或者放射性物質(zhì)泄漏。但是，僅通過鋪滿單純的耐熱性的部件，有可能不能充分地將堆芯碎片冷卻。此外，如果為了將堆芯碎片冷卻而配設(shè)多個(gè)用來通過冷卻水的配管，則有在其配設(shè)中花費(fèi)工夫的問題。
僅通過從碎屑的上方進(jìn)行注水，只是碎片上面的水的沸騰帶來的冷卻，如果碎屑堆積厚度較厚則有可能不能充分冷卻到碎屑底部。因而，需要將地面面積取得較大，使碎屑的堆積厚度成為能夠冷卻的厚度以下。但是，確保足夠大的地面面積在收納容器構(gòu)造設(shè)計(jì)上是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高對(duì)在核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片進(jìn)行冷卻的效率。
為了解決上述問題，本發(fā)明是一種用于接住在核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通上述核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片的堆芯收集器，其特征在于，具有位于上述核反應(yīng)堆容器的下方、在其內(nèi)部形成有供從冷卻水注入配管供給的冷卻水流動(dòng)的以放射狀延伸的多個(gè)冷卻通道的主體部。[0024]此外，本發(fā)明是一種收納核反應(yīng)堆容器的核反應(yīng)堆外殼，其特征在于，在上述核反應(yīng)堆容器的下方設(shè)置有堆芯收集器，該堆芯收集器具備位于核反應(yīng)堆容器的下方、在其內(nèi)部形成有從冷卻水注入配管供給的冷卻水的以放射狀延伸的多個(gè)冷卻通道的主體部，并用于接住在上述核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而通過上述核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片。
此外，本發(fā)明是一種收納核反應(yīng)堆容器的核反應(yīng)堆外殼，其特征在于，具有基礎(chǔ)地面，位于上述核反應(yīng)堆容器的下方；基礎(chǔ)側(cè)壁，支承上述核反應(yīng)堆容器，包圍上述基礎(chǔ)地面的周圍；堆芯收集器，設(shè)置在基礎(chǔ)地面之上，具備冷卻水通道和隔熱部件，所述冷卻水通道形成有由相對(duì)于水平方向傾斜的底面和在該底面的周圍沿鉛直方向擴(kuò)大的壁包圍的向上打開的堆芯熔融物保持區(qū)域，以及在水平方向的寬度為一定的狀態(tài)下沿著上述堆芯熔融物保持區(qū)域的底面、上面一邊上升一邊延伸的相互平行的多個(gè)冷卻水流路的冷卻水通道， 所述隔熱部件安裝在上述冷卻水通道的朝向堆芯熔融物保持區(qū)域的面上。
此外，本發(fā)明是一種用于接住在核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通上述核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片的堆芯收集器的制造方法，其特征在于，具有主體斷片制造工序， 制造在其內(nèi)部形成有供冷卻水流動(dòng)的多個(gè)冷卻通道的主體斷片；主體配設(shè)工序，將多個(gè)上述主體斷片配設(shè)在上述核反應(yīng)堆容器的下方，以使上述冷卻通道以放射狀延伸；配管連接工序，將供給上述冷卻水的冷卻水注入配管連接在上述冷卻通道上。
此外，本發(fā)明是一種收納核反應(yīng)堆容器的核反應(yīng)堆外殼的改造方法，其特征在于， 具有基礎(chǔ)側(cè)壁擴(kuò)大工序，從形成位于上述核反應(yīng)堆容器的下方的空間的基礎(chǔ)側(cè)壁的下端將預(yù)定的高度沿徑向擴(kuò)大；堆芯收集器配設(shè)工序，將具備在其內(nèi)部形成有供冷卻水流動(dòng)的以放射狀延伸的多個(gè)冷卻通道的主體部、承接在上述核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通上述核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片的堆芯收集器從上述基礎(chǔ)側(cè)壁的下端配設(shè)在上述預(yù)定的高度的鉛直方向范圍中；配管連接工序，將供給上述冷卻水的冷卻水注入配管連接到上述冷卻通道。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，將在核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片冷卻的效率提高。

[0030]圖1是有關(guān)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋼制主體的仰視圖。[0031]圖2是有關(guān)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的堆芯收集器附近的立剖視圖。[0032]圖3是有關(guān)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的核反應(yīng)堆外殼的立剖視圖。[0033]圖4是有關(guān)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的主體斷片的立體圖。[0034]圖5是有關(guān)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的主體斷片的仰視圖。[0035]圖6是有關(guān)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的堆芯收集器的俯視圖。[0036]圖7是有關(guān)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。[0037]圖8是有關(guān)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的核反應(yīng)堆外殼的立剖視圖。[0038]圖9是有關(guān)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的給水腔體和水通道集合體的俯視圖。[0039] 圖。圖10是表示對(duì)于朝下的傳熱面的角度的沸騰極限熱流通量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線[0040]圖11是有關(guān)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的水通道的立體圖。
圖12是有關(guān)本發(fā)明的第5實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖13是有關(guān)本發(fā)明的第6實(shí)施方式的、將堆芯熔融物冷卻裝置與核反應(yīng)堆外殼的立剖面一起表示的說明圖。
圖14是有關(guān)本發(fā)明的第7實(shí)施方式的、將堆芯熔融物冷卻裝置與核反應(yīng)堆外殼的立剖面一起表示的說明圖。
圖15是有關(guān)本發(fā)明的第8實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖16是有關(guān)本發(fā)明的第8實(shí)施方式的核反應(yīng)堆外殼的立剖視圖。
圖17是有關(guān)本發(fā)明的第8實(shí)施方式的冷卻水通道附近的俯視圖。
圖18是表示冷卻水通道的流路高度為一定的情況下的距供水箱中心的距離與冷卻通道流路截面積的關(guān)系的例子的曲線圖。
圖19是表示將冷卻水通道的流路截面積保持為一定的情況下的距供水箱中心的距離與冷卻水通道的流路高度的關(guān)系的例子的曲線圖。
圖20是有關(guān)本發(fā)明的第9實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖21是有關(guān)本發(fā)明的第10實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖22是有關(guān)本發(fā)明的第11實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖23是有關(guān)本發(fā)明的第12實(shí)施方式的冷卻水通道附近的俯視圖。
圖24是圖23的XXIV-XXIV向視剖視圖。
圖25是圖23的XXV-XXV向視剖視圖。
圖沈是有關(guān)本發(fā)明的第13實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖27是有關(guān)本發(fā)明的第14實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖28是圖27的XXVIII-XXVIII向視剖視圖。
圖29是圖27的XXIX-XXIX向視剖視圖。
圖30是圖27的XXX-XXX向視剖視圖。
圖31是有關(guān)本發(fā)明的第15實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
圖32是有關(guān)本發(fā)明的第16實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的俯視圖。
圖33是圖32的XXXIII-XXXIII向剖視圖。
圖34是有關(guān)本發(fā)明的第17實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面附近的立剖視圖。
標(biāo)號(hào)說明
1基礎(chǔ)側(cè)壁，3下部干井，7⑶CS浸水配管，8爆破閥，10分配器，20鋼制主體，21、 21a、21b冷卻通道，22冷卻水注入口，23注入配管，24中間集管，25側(cè)壁部通道，26耐熱材料層，27排水槽，28底部構(gòu)造件，29犧牲混凝土層，30主體斷片，31冷卻翅片，32底蓋，33集管區(qū)域，36核反應(yīng)堆外殼，37重力下落式堆芯冷卻系統(tǒng)(⑶CS)池，41堆芯，42核反應(yīng)堆壓力容器，51干井，52RPV支承部，53RPV下擺部力4上部干井58壓力抑制室；59壓力抑制池； 65靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)(PCCS)池，70堆芯收集器，71堆芯收集器上端部，101核反應(yīng)堆壓力容器，102核反應(yīng)堆外殼，103核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭，104抑制池，105水槽，106收納容器冷卻器，107基礎(chǔ)地面，108注水配管，109循環(huán)配管，110給水腔室，111水通道，112 耐熱部件，113碎屑(堆芯熔融物)，114注入閥，115基礎(chǔ)，121下部入口部，122上部出口部， 124基礎(chǔ)側(cè)壁，125冷卻水流路，130堆芯熔融物冷卻裝置，131水通道集合體，136注入閥控制器，137傳感器，138外部冷卻水儲(chǔ)水槽，139泵控制器，140外部冷卻水供給配管，141泵， 201核反應(yīng)堆壓力容器，202核反應(yīng)堆外殼，203核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭，204抑制池， 204a池水，205水槽，206收納容器冷卻器，207基礎(chǔ)地面，208注水配管，209,291, 292給水配管，210給水腔室，211冷卻水通道，212耐熱部件，213碎屑(堆芯熔融物)，214注入閥， 215基礎(chǔ)，216下部干井，221下部入口部，222上部出口部，223堆芯，224基礎(chǔ)側(cè)壁，225冷卻水流路，230堆芯熔融物保持裝置，251堰，252第1耐熱部件，253第2耐熱部件，261堆芯熔融物(碎片)保持區(qū)域，262入口部，263出口部，266熱交換機(jī)，281入口側(cè)垂直流路，282 出口側(cè)垂直流路
具體實(shí)施方式
參照
有關(guān)本發(fā)明的堆芯收集器的實(shí)施方式。另外，對(duì)于相同或類似的結(jié)構(gòu)賦予相同的標(biāo)號(hào)而省略重復(fù)的說明。此外，在第1及第2實(shí)施方式中，以自然循環(huán)冷卻式被動(dòng)安全沸騰水型核反應(yīng)堆(ESBWR)為例、在第3至第17實(shí)施方式中以沸騰水性核反應(yīng)堆 (BffR)為例進(jìn)行說明，但在其他型式的核反應(yīng)堆中也能夠使用。
[第1實(shí)施方式]
圖3是有關(guān)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的核反應(yīng)堆外殼的縱剖視圖。
在核反應(yīng)堆外殼36的內(nèi)部有稱作干井51的空間，核反應(yīng)堆壓力容器(RPV)42設(shè)置在其中。核反應(yīng)堆壓力容器42通過RPV支承部52經(jīng)由RPV下擺部53固定。將干井51 的比RPV支承部52靠上部的空間稱作上部干井M，將下部的空間稱作下部干井3。此外，將包圍下部干井3的壁稱作基礎(chǔ)側(cè)壁1。在ESBWR中，通過基礎(chǔ)側(cè)壁1支承RPV支承部52。
堆芯41收納在核反應(yīng)堆壓力容器42的內(nèi)部。
在上部干井M中，設(shè)置有重力下落式堆芯冷卻系統(tǒng)(⑶⑶)池37。⑶CS池37與核反應(yīng)堆壓力容器42經(jīng)由爆破閥56通過配管57連結(jié)。此外，在上部干井M的下方設(shè)置有壓力抑制室58，以使其包圍核反應(yīng)堆壓力容器42。在壓力抑制室58的內(nèi)部設(shè)置有壓力抑制池59。在干井51的上部設(shè)置有靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)(PCCQ池65，并儲(chǔ)存有冷卻水。
堆芯收集器70設(shè)置在下部干井3的內(nèi)部、核反應(yīng)堆壓力容器42的下方。
圖2是第1實(shí)施方式的下部干井3的一部分的立剖視圖。
堆芯收集器70設(shè)置在位于下部干井3的底部的底部構(gòu)造件觀之上。該底部構(gòu)造件觀由混凝土或耐熱材料構(gòu)成。底部構(gòu)造件觀的上面呈向上方打開的圓錐形。堆芯收集器70具備呈厚度約20cm的圓形的盤狀的鋼制主體20。在鋼制主體20的底面上，安裝有向上打開的圓錐形的底蓋32，以使其沿著底部構(gòu)造件觀的上面的形狀。
此外，從基礎(chǔ)側(cè)壁1的下端收納堆芯收集器70的足夠的范圍被向約50cm外周方向擴(kuò)大，堆芯收集器70設(shè)置為，使其覆蓋由基礎(chǔ)側(cè)壁1包圍的下部干井3的整個(gè)底面。
在鋼制主體20與底蓋32之間，形成有冷卻通道21。
在堆芯收集器70的鋼制主體20的下面的中央部，有冷卻水注入口 22。在冷卻水注入口 22上連接著經(jīng)由爆破閥8連接到⑶CS池的注入配管23。注入配管23通過底部構(gòu)造件28連接到⑶CS浸水配管7。⑶CS浸水配管7的一部分通過基礎(chǔ)側(cè)壁1的內(nèi)部。
在鋼制主體20的外周部上，形成有沿著基礎(chǔ)側(cè)壁1豎起的側(cè)壁部通道25。將該側(cè)壁部通道25的上端部稱作堆芯收集器上端部71。[0079]在堆芯收集器70的鋼制主體20的上面，形成有例如由厚度約1. 5m的鎂氧(氧化鎂)構(gòu)成的耐熱材料層26。在耐熱材料層沈中，也可以代替鎂氧而使用鋯土(氧化鋯)等的耐熱材料。此外，在耐熱材料層沈的上面形成有排水槽27。
耐熱材料層沈的上面包括形成有排水槽27的部分，并由犧牲混凝土層 (sacrifice concrete Iayer)^覆蓋。此外，側(cè)壁部通道25的與耐熱材料層沈接觸的面從耐熱材料層26的上面到堆芯收集器上端部71也由犧牲混凝土層四覆蓋。犧牲混凝土層四的厚度例如是10cm。
圖1是第1實(shí)施方式的堆芯收集器70的鋼制主體20的仰視圖。
在堆芯收集器70的鋼制主體20的下面，形成有從其中心以放射狀延伸的冷卻翅片31。冷卻翅片31的寬度例如為約IOcm并為一定，以放射狀且末端擴(kuò)大型隔開一些間隔設(shè)置。冷卻翅片31與底蓋32 —起形成冷卻通道2la、2lb。
鋼制主體20、以及與其一體形成的冷卻翅片31例如是鋼制，厚度整體為約18cm。 此外，底蓋32的厚度例如是約2cm，鋼制主體20的厚度整體為約40cm。底蓋32只要是具有水密性和牢固性的部件，材質(zhì)是什么樣的都可以，但也可以與鋼制主體20及冷卻翅片 31同樣為鋼制。
在鋼制主體20的背面中心部分上，有圓形的分配器10，從分配器10第一段冷卻通道21a以放射狀延伸。在分配器10的中央部有冷卻水注入口 22。此外，形成有環(huán)狀的中間集管24，以使其包圍第一段冷卻通道21a。在中間集管M的外側(cè)，第二段冷卻通道21b以放射狀延伸。第二段冷卻通道21b的數(shù)量比第一段冷卻通道21a多。此外，形成有環(huán)狀的側(cè)壁部通道25，以使其包圍第二段冷卻通道21b。
在堆芯碎片下落到堆芯收集器70上的情況下，從⑶CS浸水配管7所供給的儲(chǔ)存在⑶CS池37中的冷卻水通過注入配管23被從冷卻水注入口 22導(dǎo)引到分配器10內(nèi)部。分配器10內(nèi)部的冷卻水再被通水到以放射狀延伸的第一段冷卻通道21a內(nèi)。冷卻水暫且被導(dǎo)引到中間集管M中后，被導(dǎo)引到比第一段根數(shù)多的第二段冷卻通道21b中。冷卻通道的段數(shù)也可以配合堆芯收集器整體的大小而適當(dāng)增減。
在通過第二段冷卻通道21b后，冷卻水在側(cè)壁部通道25中上升，從堆芯收集器上端部71溢流，流入到由犧牲混凝土層四所包圍的高度約為1. 5m的區(qū)域中。這樣，下落到堆芯收集器70中的堆芯碎片被浸水、冷卻。
然后，冷卻水的水位再繼續(xù)上升，達(dá)到約20m的水深。充滿了堆芯收集器70的上部的冷卻水受到來自堆芯碎片的衰變熱而一部分總是繼續(xù)蒸發(fā)。
產(chǎn)生的水蒸氣被靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)池65冷卻而成為凝縮水。該凝縮水被送回到⑶CS池37中，再次通過⑶CS浸水配管7而被用于堆芯收集器70的冷卻。這樣，對(duì)堆芯收集器70總是回流并供給冷卻水，一旦冷卻水達(dá)到約20m的水深，就將其后的水深維持為大致一定。此外，對(duì)于堆芯收集器70的冷卻通道21，總是供給由靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)池65冷卻的低溫的冷卻水。
這樣，在本實(shí)施方式中，通過設(shè)置冷卻翅片31，堆芯收集器70的主體部的表面積變大，冷卻水所帶來的冷卻效果提高。根據(jù)需要，也可以通過減薄冷卻翅片31的寬度并增加設(shè)置數(shù)，來提高冷卻效果。
此外，由于冷卻水從連接在中心部分的分配器10上的冷卻水注入配管23被供給，所以冷卻水從最被加熱的中心部被供給，能夠避免中心部分的旁通現(xiàn)象。冷卻通道21的數(shù)量隨著向外周前進(jìn)而增加，所以能夠避免在外周部上冷卻通道21的設(shè)置密度變得稀疏。
設(shè)置在兩個(gè)冷卻通道21a、21b之間的中間集管M是通過各冷卻通道的冷卻水暫時(shí)混在一起的混合區(qū)域。通過設(shè)置該中間集管24，即使作為后段的第二段冷卻通道21b的條數(shù)比作為前段的第一段冷卻通道21a的條數(shù)多，也能夠?qū)Φ诙卫鋮s通道21b均勻地供給冷卻水。
冷卻通道21與鋼制主體20—體地形成，所以構(gòu)造較簡單，向?qū)嶋H設(shè)備的設(shè)置也能夠更容易地進(jìn)行，能夠節(jié)省將多個(gè)冷卻配管一個(gè)一個(gè)地設(shè)置到下部干井3內(nèi)等的勞動(dòng)和時(shí)間。
另外，在本實(shí)施方式中，冷卻通道為方管狀，但是也可以是圓筒狀等其他形狀。例如，也可以在鋼制的板的背面上以放射狀配置配管而形成冷卻通道。在此情況下，冷卻水也通過中間集管M等流動(dòng)，所以能夠節(jié)省將各個(gè)配管連接的勞動(dòng)和時(shí)間。
根據(jù)本實(shí)施方式，通過設(shè)置犧牲混凝土層四，在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)、或沒有伴隨著堆芯損傷的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故時(shí)，耐熱材料不會(huì)游離而飛散。
此外，如果通過冷卻水將堆芯碎片冷卻，則其表面固化而形成保護(hù)膜狀的固態(tài)物質(zhì)(硬殼(crust))。因此，如果硬殼附著在側(cè)壁部通道25上，則在堆芯碎片的表面與硬殼之間形成空隙，有可能使從碎片表面的冷卻效率降低。所以，在本實(shí)施方式中，通過在側(cè)壁部通道25附近也配置犧牲混凝土層29，由堆芯碎片積極地侵蝕，形成在堆芯碎片的上面的硬殼容易從側(cè)壁部通道25剝離而落下。
在熔融堆芯有可能飛散的堆芯收集器上部附近，將⑶CS浸水配管7埋設(shè)在混凝土制的基礎(chǔ)側(cè)壁1的內(nèi)部，所以能夠防止由堆芯碎片帶來的熱攻擊，GDCS浸水配管7損壞的可能性也較小。
從基礎(chǔ)側(cè)壁1的下端足夠收納堆芯收集器70的范圍，向外周方向擴(kuò)大，并且，其上方與配置有堆芯收集器70的部分相比沒有被擴(kuò)大。由此，能夠?qū)⒍研臼占?0的碎片擴(kuò)散面積確保得更大，并且能夠減少GDCS池的冷卻水保有水量。
S卩，如果為了確保堆芯收集器的碎片擴(kuò)散面積而擴(kuò)大下部干井整體，則可以避免需要將用來使下部干井整體水滿的⑶CS池37的容量變大、為了收納增大的⑶CS池37而必須擴(kuò)大核反應(yīng)堆外殼的內(nèi)徑的惡性循環(huán)。
在現(xiàn)有的核反應(yīng)堆外殼中沒有將基礎(chǔ)側(cè)壁1的下端附近擴(kuò)大的情況下，切削基礎(chǔ)側(cè)壁1，將用來收納堆芯收集器70的區(qū)域向外周方向擴(kuò)大后，配設(shè)堆芯收集器70，由此同樣能夠減少冷卻水保有水量。
此外，由于在堆芯收集器70的上部設(shè)置有排水槽27，所以堆芯收集器70與排水槽 27能夠不損害各自的功能而共存。即，在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因萬一的泄漏事故而從核反應(yīng)堆壓力邊界漏出的泄漏水全集中到排水槽27中，能夠檢測到作為安全問題的泄漏。另一方面，在發(fā)生了伴隨著堆芯熔融的事故的情況下，即使將排水槽27破壞，也能夠通過堆芯收集器70 接住堆芯碎片而進(jìn)行冷卻。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供冷卻水的流路阻力相同、可以將中心部分有效冷卻的堆芯收集器。此外，由于泄漏水集中到排水槽中，所以能夠進(jìn)行泄漏檢測。
另外，在4500MWt的熱輸出的ESBWR中，如果將堆芯收集器的碎片有效擴(kuò)散部分的直徑擴(kuò)大到11. 2m，則碎片擴(kuò)散面積變?yōu)榧s98. 5m2，可以使沒單位熱輸出的碎片擴(kuò)散面積成為約 0. 022m2/MWto
[第2實(shí)施方式]
有關(guān)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的堆芯收集器將使設(shè)置變得容易而進(jìn)行細(xì)分化的多個(gè)主體斷片30組合起來使用。
圖4是第2實(shí)施方式的主體斷片30及底蓋32的立體圖。圖5是第2實(shí)施方式的主體斷片30的仰視圖。
在主體斷片30的下面形成有冷卻翅片31。在冷卻翅片31的下面安裝有與主體斷片30投影形狀相同的底蓋32，冷卻翅片31之間為冷卻水通過的冷卻通道21。
主體斷片30以及與主體斷片30 —體形成的冷卻翅片31例如是鋼制，厚度整體上約為18cm。此外，底蓋的厚度例如是約2cm，作為主體斷片30的整體，厚度約為40cm。底蓋 32只要是有水密性和牢固性的部件，材質(zhì)是什么的都可以，也可以與主體斷片30及冷卻翅片31同樣為鋼制。冷卻翅片31的寬度例如定為約10cm，并以放射狀且末端擴(kuò)大型隔開一些間隔地設(shè)置。
另外，在圖4及圖5中，主體斷片30及底蓋32的形狀以梯形進(jìn)行了圖示，但是并不限于梯形。
圖6是表示第2實(shí)施方式的主體斷片的配置的俯視圖。
本實(shí)施方式的鋼制主體20是在正八邊形的分配器10的周圍配置8個(gè)第一段主體斷片30a及16個(gè)第二段主體斷片30b，以使整體上成為大致圓形狀的結(jié)構(gòu)。另外，第二段主體斷片30b的一邊做成了圓弧狀，但也可以是直線狀。
通過將主體斷片30以瓦狀排列設(shè)置在底部構(gòu)造件觀(圖1)之上，整體上構(gòu)成研缽狀的鋼制主體20。例如，第一段主體斷片30a呈梯形的上面形狀，沿著八邊形狀的分配器 10的外周配置有8個(gè)。進(jìn)而，第二段主體斷片30b沿著第一段主體斷片30a的外周配置有 16個(gè)。第二段主體斷片30b的外周部呈圓弧狀，與圓筒形的基礎(chǔ)側(cè)壁部通道平滑地連接。
主體斷片30根據(jù)需要也可以細(xì)分化。例如，如果將主體斷片30的數(shù)量更多地細(xì)分化，則能夠使堆芯收集器70的整體接近于曲面體。此外，通過將主體斷片30細(xì)分化，主體斷片30的重量及體積降低，所以設(shè)置堆芯收集器70時(shí)的作業(yè)性提高。
在主體斷片30的相互接觸的外周部上，設(shè)有相互嵌合的凹凸，通過使該凹凸重合，也可以使間隙不易產(chǎn)生。
[第3實(shí)施方式]
圖8是有關(guān)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的、核反應(yīng)堆外殼的立剖視圖。
在核反應(yīng)堆外殼102中，通過位于下部的基礎(chǔ)地面107、以及包圍其周圍的圓筒面狀的基礎(chǔ)側(cè)壁124，形成基礎(chǔ)115。內(nèi)裝堆芯123的核反應(yīng)堆壓力容器101由基礎(chǔ)側(cè)壁124 支承。
此外，在核反應(yīng)堆外殼102的下部形成有抑制池104，以使其包圍基礎(chǔ)側(cè)壁124。在抑制池104中儲(chǔ)存有水。
在基礎(chǔ)地面107之上配設(shè)有熔融堆芯冷卻裝置(堆芯收集器)130。在熔融堆芯冷卻裝置130上連接著注水配管108。此外，注水配管108經(jīng)由注入閥114連結(jié)到位于核反應(yīng)堆外殼102的上部的水槽105。[0119]在核反應(yīng)堆外殼102之上，配設(shè)有冷卻器106。冷卻器106例如是導(dǎo)引核反應(yīng)堆外殼102的蒸汽、并由沉入在水中的熱交換機(jī)106a使其凝縮、使凝縮水回到水槽105中的設(shè)備。作為這樣的冷卻器106，可以使用靜態(tài)收納容器冷卻設(shè)備或干井冷卻器等。
圖7是第3實(shí)施方式中的、基礎(chǔ)地面107附近的立剖視圖。另外，在圖7中示意地用虛線的箭頭表示冷卻水的流動(dòng)。此外，也同時(shí)表示碎屑(堆芯碎片)113下落到熔融堆芯冷卻裝置130上的情況下的、碎屑113的堆積狀況。
熔融堆芯冷卻裝置130設(shè)置在基礎(chǔ)地面107之上。熔融堆芯冷卻裝置130具有給水腔室110、水通道集合體131、耐熱部件112及循環(huán)配管109。
給水腔室110形成為中空的圓盤狀，配置在基礎(chǔ)地面107的上面。在給水腔室110 上連接著注水配管108。
水通道集合體131從給水腔室110朝向基礎(chǔ)側(cè)壁IM有傾斜地上升，在基礎(chǔ)側(cè)壁 IM的附近鉛直地豎起，其上端開口。水通道集合體131的比鉛直地豎起的外周部靠內(nèi)側(cè)是向上打開的圓錐狀。
在水通道集合體131與基礎(chǔ)側(cè)壁IM之間，循環(huán)配管109的一端開口。循環(huán)配管 109的另一端連接到給水腔室110。在圖7中，循環(huán)配管109與注水配管108夾著水通道集合體131分別各記載了 1根，但是也可以適當(dāng)增減。在水通道集合體131與基礎(chǔ)側(cè)壁124 之間，循環(huán)配管109和注水配管108以外的部分也可以用環(huán)狀的蓋覆蓋，以使冷卻水不會(huì)流入到水通道111的下方的空間129中。
在水通道集合體131的上面以及沿著基礎(chǔ)側(cè)壁1 垂直地豎起的部分的內(nèi)側(cè)配設(shè)有耐熱部件112，以使其覆蓋整體。
作為耐熱部件112，例如可以使用&02、MgO等金屬氧化物、玄武巖類混凝土，也可以做成金屬氧化物與混凝土的雙層構(gòu)造。此外，作為耐熱部件112，也可以配設(shè)為，使其作為這樣的材料的長方體的塊鋪滿。另外，在此情況下，塊的形狀并不限于長方體。
圖9是第1實(shí)施方式的給水腔室110與水通道集合體131的俯視圖。
水通道集合體131是組合了在給水腔室110的周圍以放射狀延伸的多個(gè)水通道 111的結(jié)構(gòu)。各個(gè)水通道111的投影形狀呈扇形，水通道111之間無間隙地接觸。在本實(shí)施方式中，例如將16個(gè)水通道111組合而形成水通道集合體131，但是水通道111的個(gè)數(shù)也可以適當(dāng)增減。
形成在水通道111的內(nèi)部的冷卻水流路125從連接到給水腔室110的下部入口部 121朝向外周沿周向擴(kuò)大，并連接到上部出口部122。
另外，在本實(shí)施方式中，將多個(gè)水通道111組合而形成水通道集合體131，但是只要具有從給水腔室一邊擴(kuò)大一邊上升的冷卻水流路125，什么的形狀都可以。例如，也可以是保持兩片圓錐面狀的板以使其保持預(yù)定的間隔的形狀。
如果發(fā)生堆芯熔融事故、碎屑113貫通核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭103而向基礎(chǔ)下落，則被熔融堆芯冷卻裝置130的耐熱部件112接住。如果碎屑113下落，則向給水腔室 110供給冷卻水，從下部入口部121將冷卻水分配給各水通道111。
高溫的碎屑113的熱傳遞給耐熱部件112，再經(jīng)由水通道111的壁傳遞給冷卻水。 通過傳遞碎屑113的熱，流過水通道111的內(nèi)部的冷卻水流路125的冷卻水都沸騰。
圖10是表示非專利文獻(xiàn)1所示的對(duì)于朝下的傳熱面角度的沸騰極限熱流通量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。圖中“ULPUcor”表示ULPU試驗(yàn)的相關(guān)式，“SBLBcor ”表示SBLB試驗(yàn)的相關(guān)式，“ Δ Tsub"表示相對(duì)于飽和溫度的溫度差。
由圖10可知，例如在具有20°的傾斜的朝下的傳熱面的情況下，與朝下的水平面 (角度0° )相比，沸騰極限熱流通量提高了約60%左右。在本實(shí)施方式中，由于冷卻水流路125具有傾斜，所以通過沸騰產(chǎn)生的蒸汽泡容易通過浮力從作為傳熱面的水通道111的內(nèi)面脫離，能夠得到良好的熱傳導(dǎo)率。
在本實(shí)施方式中，作為進(jìn)一步提高碎屑113的冷卻效果的情況下的一例，考量將碎屑113擴(kuò)大并使除熱量取得較多、和有關(guān)裝置高度的設(shè)置性兩者，考慮將水通道111從水平傾斜例如10° 20°左右而配置。
從下部入口部121進(jìn)入到水通道111中的冷卻水，通過冷卻水流路125而上升，從位于外周的上部出口部122溢出。從上部出口部122溢出的冷卻水的大部分流入到水通道集合體131的圓錐形的部分中。從水通道111出來的冷卻水溢水到耐熱部件112之上，在碎屑113上形成水池。形成該水池的冷卻水在碎屑113的表面沸騰，將碎屑113冷卻。
這樣，通過水通道111的內(nèi)部的沸騰、和碎屑113的表面的沸騰兩者，將碎屑113 冷卻。
向給水腔室110的初始的給水例如通過使設(shè)置在熔融堆芯冷卻裝置的上方的池水重力下落、經(jīng)由注水配管108進(jìn)行。在初始注水結(jié)束后，向基礎(chǔ)115的內(nèi)部的水通道集合體131的上部溢水的冷卻水，通過由冷卻水流路125中的沸騰產(chǎn)生的自然循環(huán)，被從循環(huán)配管109供給到給水腔室110中。
通過將熔融堆芯冷卻而產(chǎn)生的蒸汽，在收納容器上部的冷卻器106中被凝縮而回到水槽105中。將回到水槽105中的蒸汽凝縮的冷卻水再次被用于碎屑113的冷卻，通過水自然循環(huán)來繼續(xù)碎屑113的冷卻。
耐熱部件112的熔點(diǎn)在例如將用于耐熱部件112中的情況下約為2700°C左右，所以比碎屑113的溫度(平均熔點(diǎn)約2200°C )高，熔融的可能性較小。此外，通過配設(shè)耐熱部件112，碎屑113不直接與水通道111接觸，并且通過耐熱部件112的熱阻抑制了熱流通量，所以水通道111的壁損壞的可能性也較小。
這樣，通過本實(shí)施方式的熔融堆芯冷卻裝置130，能夠有效地降低碎屑的溫度，碎屑113被穩(wěn)定地保持在熔融堆芯冷卻裝置130的內(nèi)部。
此外，碎屑113由于不與基礎(chǔ)地面107的混凝土直接接觸，所以也不會(huì)發(fā)生混凝土的浸蝕反應(yīng)。所以因二氧化碳或氫等的非凝縮性氣體產(chǎn)生而帶來的加壓、以及核反應(yīng)堆外殼的損傷發(fā)生的可能性也變小。
此外，在本實(shí)施方式中，由于通過水通道111、耐熱部件112、給水腔室110、以及注水配管108等的配管的組合構(gòu)成，所以不需要制造大型的容器等。因此，在已經(jīng)設(shè)置的收納容器上重新設(shè)置堆芯熔融物冷卻裝置的情況等，即使難以將大的物體送入到基礎(chǔ)115中的時(shí)候，也能夠?qū)⒘硗庵圃斓母鹘Y(jié)構(gòu)部件拿入到基礎(chǔ)115的內(nèi)部、在現(xiàn)場組裝施工，施工性良好。
[第4實(shí)施方式]
圖11是有關(guān)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的、水通道111的立體圖。
本實(shí)施方式的水通道111是在第3實(shí)施方式的水通道的上面貼上耐熱部件112而做成一體的結(jié)構(gòu)。預(yù)先在核發(fā)電廠的外部的工廠等中制造這樣的水通道111，如果將該水通道111搬入到基礎(chǔ)115中并組裝，則在熔融堆芯冷卻裝置130的設(shè)置上所需的時(shí)間變短。
此外，在形成該水通道111的內(nèi)部的冷卻水流路125的壁面上具備多個(gè)凹凸。通過該凹凸，促進(jìn)了水通道111的內(nèi)面的熱傳導(dǎo)，能夠?qū)⑺樾几斓乩鋮s。
[第5實(shí)施方式]
有關(guān)本發(fā)明的第5實(shí)施方式是將水通道集合體131不是做成圓錐形狀、而做成向下凸的碗型的結(jié)構(gòu)。
圖12是第5實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面107附近的立剖視圖。
本實(shí)施方式的水通道集合體131是隨著從給水腔室110離開而接近于基礎(chǔ)側(cè)壁 1 而階段性地使冷卻水流路125的傾斜增加的結(jié)構(gòu)。另外，水通道集合體131與第1實(shí)施方式同樣，是將投影形狀為扇形的水通道組合的結(jié)構(gòu)。
如圖10所示，冷卻面從水平的傾斜越大，沸騰極限熱流通量越大，所以冷卻性能提高。因此，即使使接住碎屑的耐熱部件112及經(jīng)由該耐熱部件112將碎屑冷卻的水通道集合體131的上面的面積變得更小，也能夠進(jìn)行碎屑113的冷卻和穩(wěn)定保持。
[第6實(shí)施方式]
有關(guān)本發(fā)明的第6實(shí)施方式是關(guān)于安裝在將冷卻水供給到熔融堆芯冷卻裝置130 中的注入配管108的注入閥114的控制方法的。
圖13是第6實(shí)施方式的、將堆芯熔融物冷卻裝置與核反應(yīng)堆外殼的立截面一起表示的說明圖。
在注入閥114上連接著注入閥控制器136，在注入閥控制器136上連接著檢測熔融堆芯下落的征兆的傳感器137。
注入閥114也可以通過基礎(chǔ)115的內(nèi)壓等自動(dòng)地打開，但在本實(shí)施方式中，通過注入閥控制器136將注入閥114打開。注入閥控制器136獲取來自傳感器137的信號(hào)，如果判斷為有熔融堆芯下落的征兆，則打開注入閥114，將冷卻水供給到熔融堆芯冷卻裝置130中。
作為傳感器137，例如使用測量基礎(chǔ)環(huán)境氣體溫度的溫度計(jì)，在基礎(chǔ)環(huán)境氣體溫度超過了預(yù)定的溫度的情況下通過注入閥控制器136將注入閥114打開。也可以代替基礎(chǔ)環(huán)境氣體溫度而使用測量核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭103的溫度的溫度計(jì)，在該溫度超過了預(yù)定的溫度的情況下使注入閥114打開。
此外，作為傳感器137使用檢測核反應(yīng)堆水位的檢測器，在核反應(yīng)堆水位低的信號(hào)持續(xù)預(yù)定的時(shí)間的情況下，注入閥控制器136判斷熔融堆芯下落的征兆，將注入閥114打開的方法也可以。
進(jìn)而，也可以將這些傳感器137組合使用。
在本實(shí)施方式中，能夠通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳈z測熔融堆芯下落的征兆，將冷卻水供給到熔融堆芯冷卻裝置130中，所以即使熔融堆芯下落，也能夠立即將碎屑冷卻。
[第7實(shí)施方式]
圖14是有關(guān)本發(fā)明的第7實(shí)施方式的、將堆芯熔融物冷卻裝置與核反應(yīng)堆外殼的立剖視面一起表示的說明圖。
在本實(shí)施方式中，在注水配管108上，連接著與外部冷卻水儲(chǔ)水槽138連接的外部冷卻水供給配管140。在外部冷卻水供給配管140中插入有泵141。此外，在泵141上連接泵控制器139。
泵控制器139在檢測到熔融堆芯下落的征兆的情況下，啟動(dòng)泵141，從外部冷卻水儲(chǔ)水槽138將冷卻水供給到熔融堆芯冷卻裝置130中。由此，在能夠利用用來驅(qū)動(dòng)泵141 的外部電源的情況下，不僅是儲(chǔ)存在水槽105中的冷卻水，儲(chǔ)存在外部冷卻水儲(chǔ)水槽138中的冷卻水也能夠用于碎屑的冷卻。因而，能夠更快地將碎屑冷卻。
[第8實(shí)施方式]
圖16是有關(guān)本發(fā)明的第8實(shí)施方式的核反應(yīng)堆外殼的立剖視圖。
在核反應(yīng)堆外殼202的下部干井216中，通過位于下部的基礎(chǔ)地面207、以及包圍其周圍的圓筒面狀的基礎(chǔ)側(cè)壁224，形成基礎(chǔ)215。內(nèi)裝有堆芯223的核反應(yīng)堆壓力容器 201受基礎(chǔ)側(cè)壁2 支承。
此外，在核反應(yīng)堆外殼202的下部，形成有抑制池204，以使其包圍基礎(chǔ)側(cè)壁224。 在抑制池204中儲(chǔ)存有池水20 。
在基礎(chǔ)地面207之上，配設(shè)有事故時(shí)保持從核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭203放出的堆芯熔融物213的堆芯熔融物保持裝置(堆芯收集器)230。在堆芯熔融物保持裝置230 上連接有注水配管208。此外，注水配管208經(jīng)由注入閥214連接到位于核反應(yīng)堆外殼202 的上部的水槽205。
在核反應(yīng)堆外殼202之上，配設(shè)有收納容器冷卻器206。收納容器冷卻器206例如是導(dǎo)引核反應(yīng)堆外殼202的蒸汽而用沉入在水中的熱交換機(jī)266使其凝縮、使凝縮水回到水槽205中的設(shè)備。作為這樣的收納容器冷卻器206，可以使用靜態(tài)收納容器冷卻設(shè)備或干井冷卻器等。
圖15是第8實(shí)施方式的、基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。另外，在圖15中，將冷卻水的流動(dòng)示意地用虛線的箭頭表示。此外，還一起表示碎屑(堆芯碎片)213下落到堆芯熔融物保持裝置230之上的情況下的堆積狀況。
堆芯熔融物保持裝置230設(shè)置在基礎(chǔ)地面207之上。堆芯熔融物保持裝置230具有給水腔室210、冷卻水通道211、耐熱部件212、以及給水配管209。
給水腔室210形成為中空的圓盤狀，配置在基礎(chǔ)地面207的上面。在給水腔室210 上連接著注水配管208。
冷卻水通道211從給水腔室210朝向基礎(chǔ)側(cè)壁2M具有傾斜地上升，在基礎(chǔ)側(cè)壁 224的附近鉛直地豎起，其上端在上部出口部222上開口。在冷卻水通道211的內(nèi)部形成有冷卻水流路225。冷卻水流路225的流路高度在與給水腔室210連接的下部入口部221處最大，越接近于外周越小。冷卻水通道211的比鉛直豎起的外周部靠內(nèi)側(cè)，是向上打開的圓錐狀的堆芯熔融物保持區(qū)域沈1。
在冷卻水通道211與基礎(chǔ)側(cè)壁2M之間，給水配管209的一端開口。給水配管209 的另一端連接到給水腔室210。
在冷卻水通道211的上面及沿著基礎(chǔ)側(cè)壁22鉛直地豎起的部分的內(nèi)側(cè)，配設(shè)有耐熱部件212，以使其覆蓋其整體。作為耐熱部件212，例如可以使用&02。
圖17是第8實(shí)施方式的給水腔室210附近的俯視圖。另外，在圖17中，省略了耐熱部件212的圖示。
15[0179]冷卻水通道211是在給水腔室210的周圍無間隙地配置以放射狀延伸的管狀體 255的結(jié)構(gòu)。形成于冷卻水通道211的內(nèi)部的多個(gè)冷卻水流路225，從連接到給水腔室210 的下部入口部221朝向外周沿周向擴(kuò)大，并連接到上部出口部222。
如果發(fā)生堆芯熔融事故、碎屑213貫通核反應(yīng)堆壓力容器下部封頭203而向下部干井216落下，則被堆芯熔融物保持裝置230的耐熱部件212接住。如果碎屑213下落，則將冷卻水向給水腔室210供給，從下部入口部221對(duì)各冷卻水流路225分配冷卻水。
高溫的碎屑213的熱傳遞給耐熱部件212，進(jìn)而經(jīng)由冷卻水通道211的壁傳遞給冷卻水。通過傳遞碎屑213的熱量，在冷卻水流路225中流動(dòng)的冷卻水都沸騰。
由圖10可知，例如在具有20°的傾斜的朝下的傳熱面的情況下，與朝下的水平面 (角度0° )相比，沸騰極限熱流通量提高約60%左右。在本實(shí)施方式中，由于冷卻水流路 225具有傾斜，所以通過沸騰產(chǎn)生的蒸汽泡容易通過浮力從作為傳熱面的冷卻水通道211 的內(nèi)面脫離，能夠得到良好的熱傳導(dǎo)率。
圖18是表示在冷卻水通道的流路高度為一定的情況下的距供水箱中心的距離與冷卻通道流路截面積的關(guān)系的例子的曲線圖。圖19是表示將冷卻水通道的流路截面積保持為一定的情況下的距供水箱中心的距離與冷卻水通道的流路高度的關(guān)系的例子的曲線圖。
在冷卻水流路225的流路高度在半徑方向?yàn)橐欢ǖ那闆r下，冷卻水流路225的截面積與距給水腔室210的中心的距離的平方成比例。因此，在冷卻水流路225中流動(dòng)的冷卻水的流速有隨著接近于外周而變小的傾向。但是，在本實(shí)施方式中，由于冷卻水流路225 的流路高度隨著接近于外周而減小，所以冷卻水流路225的截面積的增加被抑制。例如也可以如圖19所示那樣，將冷卻水流路225的截面積保持為一定。進(jìn)而，也可以隨著接近于外周而使冷卻水流路225的截面積變小。
通過這樣抑制外周區(qū)域中的冷卻水流路225的截面積的增加，能夠抑制冷卻水流路225內(nèi)的冷卻水的流速降低。即，能夠抑制每單位面積、單位時(shí)間的用于除熱的冷卻水隨著接近于外周而減小的情況。所以，能夠抑制堆芯熔融物保持裝置230的局部的溫度上升。
從下部入口部211進(jìn)入到冷卻水通道211中的冷卻水，通過冷卻水流路225而上升，并從位于外周的上部出口部222溢出。從上部出口部222溢出的冷卻水的大部分流入到堆芯熔融物保持裝置230的圓錐形的部分中。從冷卻水通道211出來的冷卻水溢水到耐熱部件212之上，在碎屑213之上形成水池。形成該水池的冷卻水在碎屑213的表面上沸騰，將碎屑213冷卻。
這樣，通過冷卻水通道211的內(nèi)部的沸騰、和碎屑213的表面的沸騰雙方，將碎屑 213冷卻。
向給水腔室的初始的給水例如通過使設(shè)置在堆芯熔融物保持裝置的上方的池水重力下落而經(jīng)由注水配管208進(jìn)行。在初始注水結(jié)束后，向基礎(chǔ)215的內(nèi)部的堆芯熔融物保持裝置230的上部溢水的冷卻水，通過由冷卻水流路225中的沸騰產(chǎn)生的自然循環(huán)，被從給水配管209供給到給水腔室210中。給水配管209由于是使冷卻水循環(huán)的配管，所以也可以稱作循環(huán)配管。
通過將熔融堆芯冷卻而產(chǎn)生的蒸汽被收納容器上部的冷卻器206凝縮，而回到水槽205中。凝縮回到水槽205中的蒸汽后的冷卻水再次被用于碎屑213的冷卻，通過水自然循環(huán)，繼續(xù)碎屑213的冷卻。
耐熱部件212的熔點(diǎn)在耐熱部件212中使用^O2的情況下是約2700°C左右，所以比碎屑113的溫度(平均熔點(diǎn)約2200°C)高，熔融的可能性較小。此外，通過配設(shè)耐熱部件 212，碎屑213不直接與冷卻水通道211接觸，并且通過耐熱部件212的熱阻抑制了熱流通量，所以冷卻水通道211的壁損壞的可能性也較小。
這樣，通過本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230，能夠有效地降低碎屑的溫度， 碎屑213被穩(wěn)定地保持在堆芯熔融物保持裝置230的內(nèi)部。
此外，由于碎屑213不與基礎(chǔ)地面207的混凝土直接接觸，所以也不發(fā)生混凝土浸蝕反應(yīng)。所以因二氧化碳或氫等的非凝縮性氣體產(chǎn)生而引起的加壓、或核反應(yīng)堆外殼的損傷發(fā)生的可能性也變小。
[第9實(shí)施方式]
圖20是有關(guān)本發(fā)明的第9實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。
在本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230中，耐熱部件212的鋪設(shè)厚度越接近于外周變得越厚。
另外，耐熱部件212的鋪設(shè)厚度不需要連續(xù)地變化，也可以通過使用厚度不同的耐熱塊、或?qū)盈B耐熱塊等而非連續(xù)地變化。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置中，在冷卻水通道211的內(nèi)部的流路面積較大、冷卻水的流速較小的外周部，能夠抑制從碎屑213向冷卻水的熱的傳遞。因此，能夠抑制冷卻水通道211的局部的溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持堆芯熔融物而持續(xù)冷卻。
[第10實(shí)施方式]
圖21是有關(guān)本發(fā)明的第10實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。
在本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230中，具有鋪設(shè)在內(nèi)周部中的第1耐熱部件252、和鋪設(shè)在其外側(cè)的熱傳導(dǎo)率比第1耐熱部件252小的第2耐熱部件253。冷卻水流路225的流路高度是一定的。
另外，也可以配置兩種以上的耐熱部件，以使得越接近于外周、熱傳導(dǎo)率越小。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置中，在冷卻水通道211的內(nèi)部的流路面積較大、冷卻水的流速較小的外周部，抑制了從碎屑213向冷卻水的熱的傳遞。因此，能夠抑制冷卻水通道211的局部的溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持堆芯熔融物而持續(xù)冷卻。
[第11實(shí)施方式]
圖22是有關(guān)本發(fā)明的第11實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。
在本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230中，給水腔室210的上面是向上打開的圓錐狀。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置230中，由于給水腔室210的上面具有傾斜，所以在其頂面部分上產(chǎn)生的氣泡不會(huì)滯留而朝向冷卻水流路225流動(dòng)。因此，能夠抑制給水腔室 210處的局部的溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持堆芯熔融物而持續(xù)冷卻。
[第12實(shí)施方式]
圖23是第12實(shí)施方式的冷卻水通道211附近的俯視圖。圖M是圖23的 XXIV-XXIV向視剖視圖。圖25是圖23的XXV-XXV向視剖視圖。另外，在圖23中，省略了耐熱部件212的圖示。[0209]本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230具有兩種給水配管四1、四2。第1給水配管291連接在給水腔室210上。第2給水配管292在下部入口部221與上部出口部222之間連接在冷卻水通道211上。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置中，對(duì)于冷卻水通道211的內(nèi)部的流路面積較大、 冷卻水的流速較小的外周部，能夠供給更多的較冷的冷卻水。因此，能夠抑制冷卻水通道 211的局部的溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持堆芯熔融物而持續(xù)冷卻。
[第13實(shí)施方式]
圖沈是有關(guān)本發(fā)明的第13實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。
本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230在上部出口部222與給水配管209之間設(shè)有堰251。堰251朝向上部出口部222傾斜。
在流過冷卻水流路225的中途，通過從碎片213傳遞的熱而在冷卻水中產(chǎn)生的氣泡，被從上部出口部222與冷卻水一起放出。包括該氣泡的冷卻水的向給水配管209的直接的流入受堰251抑制。因此，冷卻水中的氣泡的向給水配管209的流入被抑制，更多的冷卻水被供給到給水腔室210中。
[第14實(shí)施方式]
圖27是第14實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的俯視圖。圖觀是圖27的 XXVIII-XXVI11向視剖視圖。圖四是圖27的XXIX-XXIX向視剖視圖。圖30是圖27的 XXX-XXX向視剖視圖。
本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230具有配設(shè)在基礎(chǔ)地面207之上的、投影形狀是大致正方形的冷卻水通道211。在冷卻水通道211的上部，形成有由傾斜的底面和向包圍該底面的沿鉛直方向擴(kuò)展的壁構(gòu)成的碎屑保持區(qū)域261，在那里保持碎屑。在冷卻水通道 211的朝向保持碎屑213的區(qū)域的面上，鋪設(shè)有耐熱部件212。
在冷卻水通道211的碎屑保持區(qū)域沈1的下方，在內(nèi)部形成有多個(gè)冷卻水流路 225。冷卻水流路225是相互平行的。此外，冷卻水流路225以一定的水平方向的寬度從入口部262延伸到出口部沈3。冷卻水流路225的上面沿著碎屑保持區(qū)域的底面從入口部262朝向出口部263上升。冷卻水流路225的下面接觸在水平形成的基礎(chǔ)地面207上。
注水配管208在入口部沈2的附近開口，從注水配管208所供給的冷卻水被放出到由基礎(chǔ)側(cè)壁2Μ包圍的基礎(chǔ)地面207上，至少其一部分從入口部262流入到冷卻水流路 225中。通過了冷卻水流路225的冷卻水被從出口部263放出。從注水配管208供給的冷卻水儲(chǔ)存在由基礎(chǔ)側(cè)壁2 包圍的區(qū)域中，如果水位超過包圍碎屑保持區(qū)域261的壁，則流入到碎屑保持區(qū)域261的內(nèi)部，在碎屑213之上形成水池。形成了該水池的冷卻水在碎屑 213的表面上沸騰，將碎屑213冷卻。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置230中，由于冷卻水流路225的上面具有傾斜，所以通過沸騰產(chǎn)生的蒸汽泡容易通過浮力從作為傳熱面的冷卻水流路225的上面脫離，能夠得到良好的熱傳導(dǎo)率。此外，由于冷卻水流路225的水平方向的寬度是一定的，所以沿著從碎屑213的作為傳熱面的冷卻水流路225的上面的冷卻水的流速的減少被抑制。因此，能夠抑制冷卻水通道211的局部的溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持堆芯熔融物，持續(xù)冷卻。
[第15實(shí)施方式]
有關(guān)本發(fā)明的第15實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230如果從上面觀察，則與圖27所示的第14實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230相同。
圖31是有關(guān)本發(fā)明的第15實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。另外，圖 31相當(dāng)于圖27的XXVIII-XXVIII向視剖視圖。
本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230在基礎(chǔ)地面207不是水平、而與碎屑保持區(qū)域的底面平行這一點(diǎn)與第14實(shí)施方式不同。即，冷卻水流路225在流路面積為一定的狀態(tài)下從入口部262延伸到出口部沈3。因此，冷卻水的流速不會(huì)降低而從入口部262流到出口部沈3，能夠抑制冷卻水通道211的局部的溫度上升，能夠穩(wěn)定地保持堆芯熔融物而持續(xù)冷卻。
[第16實(shí)施方式]
圖32是有關(guān)本發(fā)明的第16實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的俯視圖。
圖33是圖32的XXXIII-XXXIII向視立剖視圖。
本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230是分別連接到第13實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置的冷卻水通道的入口部262及出口部263而沿鉛直方向延伸的入口側(cè)垂直流路 281及出口側(cè)垂直流路282的結(jié)構(gòu)。入口側(cè)垂直流路281及出口側(cè)垂直流路282的上面被開放。此外，注水配管208延伸到入口側(cè)垂直流路觀1的上面附近。
從注水配管208放出的冷卻水流入到入口側(cè)垂直流路281中，通過冷卻水流路225 從出口側(cè)垂直流路282溢出。從出口側(cè)垂直流路282溢出的冷卻水的一部分流入到碎屑保持區(qū)域261中。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置230中，從注水配管208所供給的較冷的冷卻水容易流入到冷卻水流路225中，能夠?qū)⑺樾?13有效地冷卻。
[第17實(shí)施方式]
有關(guān)本發(fā)明的第17實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230如果從上面觀察，與圖32 所示的第16實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230相同。
圖34是有關(guān)本發(fā)明的第17實(shí)施方式的基礎(chǔ)地面207附近的立剖視圖。另外，圖 34相當(dāng)于圖32的XXXIII-XXXIII向視立剖視圖。
本實(shí)施方式的堆芯熔融物保持裝置230是第16實(shí)施方式的基礎(chǔ)地板207從入口側(cè)垂直流路281朝向出口側(cè)垂直流路282上升的結(jié)構(gòu)。
在這樣的堆芯熔融物保持裝置230中，由于從入口側(cè)垂直流路281到出口側(cè)垂直流路282之間的冷卻水流路225的流路面積不變化，所以冷卻水的流速不會(huì)降低。因此，能夠?qū)⑺樾?13有效地冷卻。
[其他實(shí)施方式]
另外，以上的說明是單純的例示，本發(fā)明并不限于上述各實(shí)施方式，可以通過各種形態(tài)實(shí)施。此外，也可以將各實(shí)施方式的特征組合起來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種堆芯收集器，用于接住在核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通上述核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片，其特征在于，具有位于上述核反應(yīng)堆容器的下方的鋼制的主體部；在上述主體部的下面形成有從其中心以放射狀延伸、末端擴(kuò)大型地隔開一些間隔設(shè)置的多個(gè)冷卻翅片，由上述冷卻翅片與底蓋一起形成，從冷卻水注入配管所供給的冷卻水流動(dòng)的以放射狀延伸的多個(gè)末端擴(kuò)大型的冷卻通道。
2.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述主體部的背面中心部分具備圓形的分配器，該圓形的分配器將上述冷卻水注入配管及多個(gè)上述冷卻通道連接，并將上述冷卻水分配到上述冷卻通道中。
3.如權(quán)利要求
2所述的堆芯收集器，其特征在于，上述主體部從其中心到外周之間被劃分為多個(gè)區(qū)域，越接近于外周的區(qū)域形成越多的上述冷卻通道。
4.如權(quán)利要求
3所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述區(qū)域相互連接的部分，形成有與多個(gè)上述冷卻通道連接、將上述冷卻水分配到形成在外側(cè)的區(qū)域的上述冷卻通道的中間集管。
5.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述主體部的上面形成有耐熱材料層。
6.如權(quán)利要求
5所述的堆芯收集器，其特征在于，上述耐熱材料層是金屬氧化物及玄武巖類混凝土的任一種。
7.如權(quán)利要求
5所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述耐熱材料層的上側(cè)表面形成有排水槽。
8.如權(quán)利要求
5所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述耐熱材料層的上側(cè)表面形成有犧牲混凝土層。
9.如權(quán)利要求
5所述的堆芯收集器，其特征在于，上述耐熱材料層形成為，與上述主體部的半徑方向的內(nèi)側(cè)相比，外側(cè)的鋪設(shè)厚度較大。
10.如權(quán)利要求
5所述的堆芯收集器，其特征在于，上述耐熱材料層具備第1耐熱材料層、和比上述第1耐熱材料層熱傳導(dǎo)率小、位于比上述第1耐熱材料層更靠上述主體部的半徑方向外側(cè)的第2耐熱材料層。
11.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，上述冷卻水注入配管的至少一部分埋入在用于形成上述主體部所處的空間的基礎(chǔ)側(cè)壁中。
12.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，上述主體部是將多個(gè)主體斷片組合的結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求
12所述的堆芯收集器，其特征在于，位于外周部的上述主體斷片的與形成上述主體部所處的空間的基礎(chǔ)側(cè)壁對(duì)置的邊是沿著上述基礎(chǔ)側(cè)壁的形狀的曲線。
14.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，具有循環(huán)配管，該循環(huán)配管使從上述冷卻通道放出到上述主體部之上的上述冷卻水的至少一部分回到上述冷卻水通道中。
15.如權(quán)利要求
14所述的堆芯收集器，其特征在于，上述循環(huán)配管包括第1循環(huán)配管、 和在比上述第1循環(huán)配管靠上述冷卻通道的下游側(cè)使上述冷卻水回到上述冷卻水通道中的第2循環(huán)配管。
16.如權(quán)利要求
14所述的堆芯收集器，其特征在于，具有設(shè)在上述循環(huán)配管的入口側(cè)的開口和上述冷卻通道的出口側(cè)的開口之間的堰。
17.如權(quán)利要求
16所述的堆芯收集器，其特征在于，上述堰朝向上述冷卻通道的出口側(cè)的開口傾斜。
18.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，上述冷卻通道的內(nèi)上面的一部分沿著上述冷卻水流動(dòng)的方向相對(duì)于水平傾斜。
19.如權(quán)利要求
18所述的堆芯收集器，其特征在于，上述冷卻通道的內(nèi)上面的相對(duì)于水平的斜度越靠上述冷卻水的流動(dòng)方向的下游側(cè)越大。
20.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述冷卻通道的內(nèi)壁上形成有多個(gè)凹凸。
21.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，具有檢測機(jī)構(gòu)，檢測熔融堆芯下落的征兆；和冷卻水供給機(jī)構(gòu)，如果上述檢測機(jī)構(gòu)檢測到上述征兆，則經(jīng)由上述冷卻水注水配管將冷卻水供給到上述冷卻通道中。
22.如權(quán)利要求
21所述的堆芯收集器，其特征在于，上述冷卻水供給機(jī)構(gòu)具有第1水槽，位于上述冷卻通道的出口的上方，儲(chǔ)存冷卻水；注入閥，插入在上述冷卻水注入配管的中途；和注入閥控制器，連接在上述檢測機(jī)構(gòu)上，如果上述檢測機(jī)構(gòu)檢測到上述征兆則將上述注入閥打開。
23.如權(quán)利要求
22所述的堆芯收集器，其特征在于，上述檢測機(jī)構(gòu)用于檢測上述核反應(yīng)堆容器的下方的環(huán)境氣體的溫度；上述注入閥控制器在上述核反應(yīng)堆容器的下方的環(huán)境氣體的溫度超過了預(yù)定的溫度的情況下將上述注入閥打開。
24.如權(quán)利要求
22所述的堆芯收集器，其特征在于，上述檢測機(jī)構(gòu)用于檢測上述核反應(yīng)堆容器的下部封頭的溫度；上述注入閥控制器在上述下部封頭的溫度超過了預(yù)定的溫度的情況下將上述注入閥打開。
25.如權(quán)利要求
22所述的堆芯收集器，其特征在于，上述檢測機(jī)構(gòu)用于檢測上述核反應(yīng)堆容器的內(nèi)部的水位；上述注入閥控制器在上述核反應(yīng)堆容器的內(nèi)部的水位低于預(yù)定的水位并經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間的情況下將上述注入閥打開。
26.如權(quán)利要求
1所述的堆芯收集器，其特征在于，在上述冷卻通道中，與上述主體部的半徑方向的內(nèi)側(cè)相比，外側(cè)的流路高度形成得較小。
專利摘要
本發(fā)明涉及堆芯收集器及其制造方法、以及核反應(yīng)堆外殼及其制造方法，其目的是提高將核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片冷卻的效率。通過具有位于核反應(yīng)堆容器的下方、在其內(nèi)部形成有由以放射狀延伸的冷卻翅片(31)包圍的第一段冷卻通道(21a)及第二段冷卻通道(21b)的鋼制主體(20)的堆芯收集器接住在核反應(yīng)堆容器內(nèi)的堆芯熔融而貫通核反應(yīng)堆容器時(shí)產(chǎn)生的堆芯碎片。第二段冷卻通道(21b)的條數(shù)比第一段冷卻通道(21a)的條數(shù)多。冷卻水被從冷卻水注入口(22)供給，由分配器(10)分配給第一段冷卻通道(21a)。在第一段與第二段冷卻通道(21a、21b)之間，形成有中間集管(24)，對(duì)第二段冷卻通道(21b)也均勻地供給冷卻水。
文檔編號(hào)G21C9/016GKCN101390170 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200780006486
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2007年2月22日
發(fā)明者佐藤崇, 及川弘秀, 小島良洋, 栗田智久, 橫堀誠一, 濱崎亮一, 田原美香, 鈴木由佳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (2),