專利名稱:核反應(yīng)堆安全殼及使用了其的核能發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓水反應(yīng)堆的核反應(yīng)堆安全殼及使用了其的核能發(fā)電設(shè)備。
技術(shù)背景
一般來說，輕水反應(yīng)堆(LWR)中設(shè)置有堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)(ECCS)等安全系統(tǒng)。使用了泵等能動(dòng)裝置作為該安全系統(tǒng)的核反應(yīng)堆稱為能動(dòng)安全反應(yīng)堆。與之相對(duì)應(yīng)，安全系統(tǒng)使用了水箱等非能動(dòng)裝置的核反應(yīng)堆稱為非能動(dòng)安全反應(yīng)堆。
作為沸水型輕水反應(yīng)堆(BWR)的代表性非能動(dòng)安全反應(yīng)堆有ESBWR(自然循環(huán)冷卻式被動(dòng)安全BWIO (參照例如非專利文獻(xiàn)1)。并且，作為壓水型輕水反應(yīng)堆(PWR)的代表性非能動(dòng)安全反應(yīng)堆有AP1000 (參照例如非專利文獻(xiàn)1)。
在ESBWR中，堆心被收容在核反應(yīng)堆壓力容器(RPV)的內(nèi)部。核反應(yīng)堆壓力容器被設(shè)置在干井(DW)的內(nèi)部，干井的比RPV邊緣和容器支架靠上的上部空間稱為上部DW，下部空間稱為下部DW。在上部干井的下面設(shè)置有壓力抑制室(WW)，內(nèi)部存儲(chǔ)有壓力抑制池水 (SP 水)。
干井和壓力抑制池通過所具有的12根LOCA排放管連接。反應(yīng)堆安全殼(PCV)由干井和壓力抑制室構(gòu)成。并且，在上部DW的內(nèi)部，設(shè)置有重力降落式ECCS(⑶CS)池。
當(dāng)核反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的管線破損等產(chǎn)生核反應(yīng)堆冷卻劑流出的冷卻劑喪失事故 (LOCA)時(shí)，首先干井內(nèi)的壓力上升，將LOCA排放管內(nèi)的水位壓到水平排放管的位置，干井內(nèi)的氣體介質(zhì)進(jìn)入壓力抑制池水中。氣體介質(zhì)中的水蒸氣全部被壓力抑制池水冷凝，但由于氮?dú)獾确抢淠詺怏w不被壓力抑制池水冷凝，因此移動(dòng)到壓力抑制室的氣相部積蓄在其中。
該過程繼續(xù)由此使干井內(nèi)幾乎被水蒸氣占據(jù)，本來應(yīng)該存在于干井內(nèi)的氮?dú)獾确抢淠詺怏w全部移動(dòng)到壓力抑制室的氣相部。該過程的驅(qū)動(dòng)能量全部為排放到干井內(nèi)的水蒸氣的壓力。
由此，在壓力抑制室的氣相部內(nèi)，非冷凝性氣體被壓縮加壓，壓力抑制室內(nèi)的壓力上升。由于該壓力的上升決定PCV的最終到達(dá)壓力，因此有必要使干井與壓力抑制室的氣相自由空間的體積比在0.6以上。
如果氣相體積比小，例如為0. 1的話，則僅是非冷凝性氣體的壓縮壓力就使壓力抑制室的壓力達(dá)到約IMPa(約lOkg/cm2)。因此，為了保證大的氣相體積比，在BWR的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了盡量縮小干井體積的努力。
當(dāng)干井的體積大時(shí)，壓力抑制室的氣相體積有必要與之相對(duì)應(yīng)地也增大，事實(shí)上變成了設(shè)置2個(gè)大的干井這樣的非合理的設(shè)計(jì)。LOCA發(fā)生后干井的壓力一直維持在比壓力抑制室內(nèi)的壓力高與LOCA排放管內(nèi)的水深和壓力抑制池水的水深的高度差相等的量。該壓差為0. 05MPa(0. 5kg/cm2)左右以下。
并且，在干井的上部設(shè)置有未使用能動(dòng)設(shè)備而利用重力或自然循環(huán)力的具有非能動(dòng)安全功能的非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)水池，貯存有PCCS池水。在PCCS池內(nèi)設(shè)置有PCCS熱交換器，PCCS熱交換器用吸入管線吸入干井內(nèi)的氣體介質(zhì)，使氣體介質(zhì)中的水蒸氣冷凝。此時(shí)，氣體介質(zhì)中包含的氮?dú)獾确抢淠詺怏w通過PCCS排放管排放到壓力抑制池水中。
冷凝水通過冷凝水回路管返回到⑶CS水池中，再次注入RPV內(nèi)作為ECCS水源。 PCCS這樣吸入干井內(nèi)的氣體介質(zhì)，將非冷凝性氣體排放到壓力抑制池水中時(shí)的驅(qū)動(dòng)源為被維持在干井與壓力抑制室之間的壓力差(壓力梯度)。
PCCS排放管沒入壓力抑制池水內(nèi)的深度設(shè)定為比LOCA排放管的水平排放管高。 因此，當(dāng)剛剛發(fā)生LOCA之后急劇的流失現(xiàn)象結(jié)束，轉(zhuǎn)移到緩慢穩(wěn)定的水蒸氣冷凝過程中時(shí)，為了使水蒸氣冷凝不使用LOCA排放。另一方面，水蒸氣冷凝只使用PCCS熱交換器。并且，非冷凝性氣體的排放僅使用PCCS排放管。
這樣一來，由于PCCS具有將非冷凝性氣體排放到壓力抑制室內(nèi)的功能，因此即使萬一發(fā)生嚴(yán)重的事故產(chǎn)生大量的氫氣，氫氣也不會(huì)滯留在PCCS熱交換器內(nèi)使非能動(dòng)冷卻功能喪失。如果沒有這種功能，PCCS熱交換器雖然在剛開始能夠有效地將水蒸氣冷凝，但氫氣、氮?dú)獾确抢淠詺怏w滯留在內(nèi)部，馬上就不能吸入水蒸氣了。
反之，如果維持干井與壓力抑制室之間的壓差的話，則能夠?qū)⒃搲翰钭鳛榉悄軇?dòng)驅(qū)動(dòng)源，有效地將非冷凝性氣體排出，因此能夠無限制地吸入干井內(nèi)的水蒸氣將其冷凝。因此，如果確保適當(dāng)?shù)腜CCS熱交換器容量和PCCS池水量的話，則無論什么形狀的核反應(yīng)堆安全殼或堆心輸出功率的核反應(yīng)堆都能夠使用。即，設(shè)置PCCS的可能性依賴于設(shè)置用來確保節(jié)點(diǎn)間壓差的壓力抑制室的可能性，設(shè)置壓力抑制室的可能性依賴于是否能夠確保足夠大的干井空間與壓力抑制室的氣相體積之比。
圖7為現(xiàn)有技術(shù)的非能動(dòng)安全PWR(AP1000)所使用的核反應(yīng)堆安全殼的縱剖視圖。
在AP1000中，堆心1收容在核反應(yīng)堆壓力容器(RPV) 2的內(nèi)部。核反應(yīng)堆壓力容器用冷段管線4和熱段管線5分別與2臺(tái)蒸汽發(fā)生器(SG) 3連接。并且，一次冷卻劑泵(RCP) 6 直接設(shè)置在蒸汽發(fā)生器3的下部。這些構(gòu)成核反應(yīng)堆壓力邊界的裝置和管線全部收容在核反應(yīng)堆安全殼(CV) 77的內(nèi)部。
AP1000的核反應(yīng)堆安全殼77為被稱為大型干燥室的PWR中最具代表性的安全殼， 用鋼制造。之所以采用鋼制是為了發(fā)生事故時(shí)用大氣進(jìn)行冷卻。另外，在AP1000以外的 PWR設(shè)備中，大型干燥室CV的材質(zhì)大多為預(yù)應(yīng)力混凝土制。
在核反應(yīng)堆安全殼的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)部燃料交換用水箱(IRWST) 8。該內(nèi)部燃料交換用水箱8在發(fā)生冷段管線4等斷裂、冷卻劑喪失事故時(shí)起重力降落式ECCS的作用。該重力降落式ECCS與其他的非能動(dòng)ECCS —起使核反應(yīng)堆安全殼的下部淹沒到比冷段管線高的位置。
然后，打開循環(huán)過濾網(wǎng)，使水不斷流入核反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)安全地進(jìn)行堆心燃料的冷卻。流入到核反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)的水被堆心燃料的衰變熱量加熱，生成水蒸氣，充滿核反應(yīng)堆安全殼77的氣相部，使核反應(yīng)堆安全殼77內(nèi)的溫度和壓力上升。
在核反應(yīng)堆安全殼77的外部設(shè)置有遮蔽建筑物71。在遮蔽建筑物71的最上部設(shè)置有非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCQ冷卻水池72，在其內(nèi)部蓄有PCS冷卻水73。LOCA時(shí)，從核反應(yīng)堆安全殼77的上部噴淋該P(yáng)CS冷卻水73。并且，從遮蔽建筑物71的大氣進(jìn)入口 74流入的空氣依靠自然循環(huán)力量在隔板75與核反應(yīng)堆安全殼77的壁面之間的空間內(nèi)上升， 從位于遮蔽建筑物71最上部的大氣出口 76排出到大氣中。該設(shè)計(jì)通過噴淋PCS冷卻水73 和空氣循環(huán)安全地冷卻核反應(yīng)堆安全殼77。
這樣一來，AP1000設(shè)計(jì)為完全不需要外部動(dòng)力源的非能動(dòng)安全系統(tǒng)，事故時(shí)能夠以極高的可靠性冷卻堆心1和核反應(yīng)堆安全殼77。
[非專利文獻(xiàn) 1]IAEA-TECD0C_1391，《Status of advanced light waterreactor designs 2004》Q004輕水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀)，IAEA，2004年5月，p. 207-p. 231， p. 279-p. 306
APlOOO的電力輸出功率約為1，117麗e，但通過將蒸汽發(fā)生器的數(shù)量增加到3臺(tái)， 能夠容易地將輸出功率增加到1，700WMe級(jí)。但是，由于堆心的熱量輸出增加，LOCA時(shí)核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的壓力也上升。
為了緩解LOCA時(shí)核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的壓力上升，稍微增大核反應(yīng)堆安全殼就可以。并且，如果核反應(yīng)堆安全殼的冷卻除了采用現(xiàn)狀的空冷和水冷進(jìn)行的非能動(dòng)安全殼冷卻功能以外，還能采用非能動(dòng)安全BWR所采用的PCCS方式的話，則能夠進(jìn)一步提高可靠性。 PCCS只需要根據(jù)熱量的輸出增加熱交換器的容量和冷卻水的量，就能夠增大到任意大小的熱量排除能力。
另一方面，為了采用PCCS，需要設(shè)置壓力抑制室以便將分區(qū)之間的壓差作為用來排出非冷凝性氣體的非能動(dòng)驅(qū)動(dòng)源使用。但是，PWR的大型干燥室型CV具有數(shù)萬m3左右的自由空間體積，這是BWR的干井的自由空間體積的約10倍。因此，在設(shè)置體積與BWR大致相等的壓力抑制室的情況下，約10倍的非冷凝性氣體的壓縮加壓有可能使LOCA時(shí)的壓力達(dá)到約IMPa (約10kg/cm2)。因此，LOCA時(shí)有可能使CV破損。
S卩，如果為了使PWR的核反應(yīng)堆安全殼為壓力抑制型而設(shè)置與BWR相同的壓力抑制室的話，則核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的壓力反而變得極其高。反之，如果設(shè)置該壓力下也不破損的大型干燥室CV的話，則成本極高，不現(xiàn)實(shí)。
BffR干井的體積能夠減小到PWR的CV體積的1/10是因?yàn)闆]有蒸汽發(fā)生器等大型設(shè)備和外部再循環(huán)回路等，收容所必要的壓力邊界設(shè)備少的緣故。另一方面，隨著輸出規(guī)模的擴(kuò)大，PWR的蒸汽發(fā)生器的臺(tái)數(shù)也增加，例如4回路PWR設(shè)備的核反應(yīng)堆安全殼的自由空間體積約為8萬m3。因此，這樣的大輸出功率4回路PWR設(shè)備非能動(dòng)地冷卻安全殼是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就是要使在具備壓水反應(yīng)堆的大型核能發(fā)電設(shè)備中設(shè)置壓力抑制室成為可能。
為了解決上述問題，本發(fā)明為一種核反應(yīng)堆安全殼，其收容有核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器，所述核反應(yīng)堆壓力容器收納有壓水反應(yīng)堆的堆心，其特征在于，具有主體； 隔膜隔壁，將上述主體隔開成第1區(qū)間和第2區(qū)間，所述第2區(qū)間收容構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的設(shè)備和管線，所述核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界包含上述核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器；壓力抑制室，具備能夠貯存水的壓力抑制池，氣相部與上述第1區(qū)間連通；LOCA排放管，連接上述壓力抑制池和上述第2區(qū)間。[0031]并且，本發(fā)明為一種核能發(fā)電設(shè)備，具有壓水反應(yīng)堆，其特征在于，具有安全殼， 其具有主體，將該主體隔開成第ι區(qū)間和第2區(qū)間的隔膜隔壁，具備能夠貯存水的壓力抑制池、氣相部與上述第1區(qū)間連通的壓力抑制室，連接上述壓力抑制池和上述第2區(qū)間的LOCA 排放管；以及被收容在上述第2區(qū)間內(nèi)，構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的設(shè)備和管線，上述核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界包括收納有堆心的核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器。
發(fā)明的效果如果采用本發(fā)明，能夠在具有壓水反應(yīng)堆的大型核能發(fā)電設(shè)備中設(shè)置壓力抑制室。


圖1為本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第1實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
圖2為表示本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第1實(shí)施形態(tài)中LOCA時(shí)壓力變化的曲線圖。
圖3為本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第2實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
圖4為本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第3實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
圖5為本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第4實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
圖6為本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第5實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
圖7為現(xiàn)有技術(shù)的非能動(dòng)安全PWR所使用的核反應(yīng)堆安全殼的縱剖視圖。
圖中文字說明
1.堆心；2.核反應(yīng)堆壓力容器；3.蒸汽發(fā)生器；4.冷段(cold leg)管線；5.熱段(hot leg)管線；6. —次冷卻劑泵；7.安全殼主體；8.內(nèi)部燃料交換用水箱；9.隔膜隔壁；10.上部容器；11.下部容器；12.壓力抑制室；13.壓力抑制池；14.壓力抑制池水； 15. LOCA排放管；16.水平排放管；17.立管(riser) ；18.回轉(zhuǎn)式吊車；19.真空破壞閥； 20. PCCS建筑；21.非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)；22. PCCS池；23. PCCS池水；24. PCCS熱交換器； 25.吸入管；26.返回管；27. PCCS排放管；28.燃料池建筑；29.氣相排放管；30.爆破片 (rupture disk) ；71.遮蔽建筑物；72.非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCS)冷卻水池；73. PCS冷卻水；74.大氣進(jìn)入口 ；75.隔板(baffle) ；76.大氣出口 ；77.核反應(yīng)堆安全殼
具體實(shí)施方式
下面參照
本發(fā)明的壓水型核能發(fā)電設(shè)備的實(shí)施形態(tài)。另外，在相同或類似的結(jié)構(gòu)中添加相同的附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說明。
[第1實(shí)施形態(tài)]
圖1為本發(fā)明的核反應(yīng)堆安全殼的第1實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
具有壓水反應(yīng)堆的核能發(fā)電設(shè)備具有堆心1和收容該堆心1的核反應(yīng)堆壓力容器 2。核反應(yīng)堆壓力容器2用冷段管線4和熱段管線5分別與例如2臺(tái)蒸汽發(fā)生器3連接。使一次冷卻劑在堆心1和蒸汽發(fā)生器3中循環(huán)的一次冷卻劑泵6直接設(shè)置在例如蒸汽發(fā)生器 3的下部。由這些設(shè)備和管線構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界。壓水反應(yīng)堆的核反應(yīng)堆安全殼收容這些構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的設(shè)備和管線。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼具有安全殼主體(MCV) 7和隔膜隔壁9。安全殼主體 7例如將圓筒放置在平板上，用鋼筋混凝土形成為用半球狀的蓋蓋住其圓筒上端的形狀。隔膜隔壁9例如向水平方向擴(kuò)展。
安全殼主體7用隔膜隔壁9分隔成第1區(qū)間和第2區(qū)間。其中，將第1區(qū)間稱為上部容器10，將第2區(qū)間稱為下部容器11。在本實(shí)施形態(tài)中，上部容器10設(shè)置在比下部容器11靠上的地方。在隔膜隔壁9上還可以設(shè)置當(dāng)上部容器10與下部容器11之間的壓差到達(dá)預(yù)定的壓力以上時(shí)打開的真空破壞閥19。構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的設(shè)備和管線全部收容在下部容器11的內(nèi)部。
并且，在核反應(yīng)堆安全殼中設(shè)置有壓力抑制室12。壓力抑制室12具有壓力抑制池13。壓力抑制池13能夠貯存水地形成，平時(shí)貯存有例如水深約5米以上的壓力抑制池水 14。壓力抑制池水14為例如硼酸水。并且，本實(shí)施形態(tài)中壓力抑制室12設(shè)置在上部容器 10的內(nèi)部。壓力抑制室12的例如上面被開放，以與上部容器10的其他部分連通。
而且，在核反應(yīng)堆安全殼中設(shè)置有連接下部容器11和壓力抑制池13的LOCA排放管15。在壓力抑制池13與LOCA排放管15的連接部還可以設(shè)置沿水平方向延伸的水平排放管16。
LOCA排放管15和水平排放管16可以使用例如形狀與BWR中使用的管的形狀相同的管。并且，由于下部容器11與LOCA排放管15連接著，因此為了使壓力抑制池水14平時(shí)不流落到下部容器11中，形成有使隔膜隔壁9的一部分豎起到水深以上的圓筒狀的立管 17。
LOCA排放管15的根數(shù)為大約10根到約50根左右，可以根據(jù)必要改變。由于PWR 核反應(yīng)堆安全殼的內(nèi)徑為約45m，因此排放管設(shè)置部分的周長約為100m，最多約50根的排放管也能夠毫無問題地設(shè)置。實(shí)際上，由于下部容器11的體積足夠大，因此剛剛發(fā)生冷卻劑喪失事故(LOCA)之后的壓力上升(一次峰值)并不急劇，排放管的根數(shù)也可以削減到大約10根左右。
在安全殼主體7的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)部燃料交換用水箱8。起重力降落式ECCS的作用，當(dāng)發(fā)生冷段管線4等斷裂的LOCA時(shí)，能夠與其他的非能動(dòng)ECCS相輔相成使核反應(yīng)堆安全殼的下部水淹浸沒到比冷段管線4高的位置。然后，打開循環(huán)過濾網(wǎng)，使水一直流入核反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)，安全地進(jìn)行堆心燃料的冷卻。流入核反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)的水被堆心燃料的衰變熱量加熱，生成水蒸氣，充滿安全殼主體7的氣相部，使安全殼主體7內(nèi)的溫度和壓力上升。
隔膜隔壁9在鉛垂方向上的位置設(shè)定為使配置在比回轉(zhuǎn)式吊車18靠下的設(shè)備收容到下部容器11內(nèi)部。在整個(gè)安全殼主體7的自由空間的體積為約80，OOOm3的情況下， 例如使下部容器11的自由空間的體積為約50，OOOm3,使上部容器10的自由空間的體積為約30，000m3。此時(shí)，能夠使氣相體積比為約0. 6。
當(dāng)氣相體積比為0. 6時(shí)，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的情況下能夠?qū)⑸喜咳萜?0內(nèi)的非冷凝性氣體壓縮加壓引起的壓力上升抑制到足夠低的約0. 265MPa(l. 67kgf/cm2g)。并且，即使在產(chǎn)生大量氫氣的嚴(yán)重事故的情況下，也能夠低至約0. 35MPa(2. 5kgf/cm2g)的足夠低。
這樣一來，通過使用本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼，即使是具備例如1，700MWe級(jí)大型壓水反應(yīng)堆的核能發(fā)電設(shè)備也能夠設(shè)置壓力抑制室12。這是因?yàn)橛酶裟じ舯?將現(xiàn)有技術(shù)的大干燥室型核反應(yīng)堆安全殼的穹頂部分等核反應(yīng)堆安全殼的一部分隔開設(shè)置大的空間，實(shí)際上將該大的空間作為壓力抑制室12的氣相部使用的緣故。[0056]圖2為表示本實(shí)施形態(tài)中LOCA時(shí)壓力變化的曲線圖。另外，圖2中并列表示了當(dāng) LOCA排放管15的根數(shù)為12根和50根時(shí)比較具有代表性的大型干燥室型核反應(yīng)堆安全殼在LOCA時(shí)的壓力變化。
如圖2所示，如果使用本實(shí)施形態(tài)的壓力抑制型核反應(yīng)堆安全殼，LOCA時(shí)核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的壓力變得足夠低。即使將LOCA排放管15的根數(shù)減少到12根，核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的壓力也能抑制到與現(xiàn)有技術(shù)的BWR的峰值壓力相同的水平。當(dāng)LOCA排放管15的根數(shù)為50根時(shí)，剛剛LOCA之后的一次峰值能夠抑制到幾乎沒有產(chǎn)生的低壓力。因此，安全殼主體7的材質(zhì)可以使用鋼制、預(yù)應(yīng)力混凝土制、鋼筋混凝土制中的任何一種。
在使用了現(xiàn)有技術(shù)的具有代表性的大型干燥室型核反應(yīng)堆安全殼的PWR的情況下，LOCA時(shí)的二次峰值壓力增高，有可能超過代表性的RCCV的最高使用壓力。因此，代表性的大型干燥室型核反應(yīng)堆安全殼的材質(zhì)限定為鋼制或預(yù)應(yīng)力混凝土制。
在例如比較小型的核能發(fā)電設(shè)備的情況下，能夠使安全殼主體7為鋼制。此時(shí)，在安全殼主體7的外部設(shè)置遮蔽建筑物(參照?qǐng)D7)。但是，鋼制難以大型化，在1，700MWe級(jí)的情況下，使用例如預(yù)應(yīng)力混凝土制。
但是，預(yù)應(yīng)力混凝土制CV (PCCV)總是需要用鋼筋束(tendon)拉緊，其管理非常麻煩。并且，由于被鋼筋束施加了勒緊力，因此抵抗外力的能力弱，直接使用有時(shí)不能承受大型客機(jī)墜落事故。此時(shí)雖然經(jīng)濟(jì)性差，可還是最好再在外部用鋼筋混凝土制的防護(hù)建筑物進(jìn)行雙重保護(hù)。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼由于LOCA時(shí)的壓力被壓力抑制室12的效果抑制到很低，因此設(shè)計(jì)壓力低，能夠采用合適的鋼筋混凝土制的核反應(yīng)堆安全殼(RCCV)。通過使包括穹頂部的RCCV的壁厚在an以上，單獨(dú)使用也足以承受客機(jī)等大型飛機(jī)墜落事故。并且，由于防護(hù)功能高，因此不需要在外部用遮蔽建筑物進(jìn)行雙重覆蓋，能夠進(jìn)行極其合理的設(shè)計(jì)。而且，RCCV具有抗震性非常好的優(yōu)點(diǎn)。
并且，還可以設(shè)置從壓力抑制池13延伸到下部容器11的排水管。此時(shí)如果使壓力抑制池水14為硼酸水，事故時(shí)能夠使壓力抑制池水14排放到下部容器11內(nèi)作為下部容器11的淹沒水源來使用。
而且，還可以設(shè)置從壓力抑制池13延伸到核反應(yīng)堆壓力容器2的核反應(yīng)堆注入管。此時(shí)如果使壓力抑制池水14為硼酸水的話，事故時(shí)能夠?qū)毫σ种瞥厮?4用于重力降落式ECCS，能夠往核反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)注水。
由于上部容器10被下部容器11和隔膜隔壁9遮擋著，因此總能夠用氮?dú)鈿怏w介質(zhì)置換來維持低的氧濃度。由此，即使在嚴(yán)重事故時(shí)因堆心燃料被氧化產(chǎn)生氫氣排放到上部容器10內(nèi)，氫氣濃度積蓄，超過可燃界限的情況下，也能夠幾乎完全阻止氫氣爆炸。
另一方面，由于下部容器11內(nèi)通常保持在空氣環(huán)境下，因此在正常運(yùn)行過程中操作員能夠進(jìn)入內(nèi)部確認(rèn)設(shè)備的完好性。即使在事故時(shí)產(chǎn)生大量氫氣的情況下，由于下部容器11的體積大到約50，OOOm3,并且大量的水蒸氣稀釋了氫氣濃度，因此在下部容器11內(nèi)發(fā)生氫氣爆炸的危險(xiǎn)性極小。
當(dāng)水蒸氣在壓力抑制池13中冷凝了時(shí)，雖然氫氣濃度變高，但由于如上所述上部容器10內(nèi)的氣體介質(zhì)被限制在氧濃度很低，因此發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性極小。
并且，如果在隔膜隔壁9上設(shè)置真空破壞閥19，即使在殘留在下部容器11內(nèi)的水蒸氣由于某種原因急劇冷凝的情況下，也能夠使上部容器10與下部容器11之間的壓力相等。此時(shí)，由于上部容器10內(nèi)已經(jīng)稀釋到爆炸極限以下的氣體介質(zhì)流入到下部容器11中， 因此發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性極小。
[第2實(shí)施形態(tài)]
圖3為本發(fā)明核反應(yīng)堆安全殼的第2實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼為在安全殼主體7的外部設(shè)置了非能動(dòng)核反應(yīng)堆安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)建筑20、設(shè)置了非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)21的安全殼。非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)21具有設(shè)置在PCCS建筑20內(nèi)的PCCS池22和PCCS熱交換器M。PCCS池22 形成為能夠貯存PCCS池水23。PCCS熱交換器M浸沒在PCCS池水23中地配置。在PCCS 熱交換器M上連接有一個(gè)端部向下部容器11開放的吸入管25。并且，在PCCS熱交換器 M上連接有使冷凝水返回到下部容器11中的返回管26。而且，還設(shè)置有將沒被PCCS熱交換器M冷凝的非冷凝性氣體輸送到上部容器10中的PCCS排放管27。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼也與第1實(shí)施形態(tài)一樣，用隔膜隔壁9將核反應(yīng)堆安全殼的一部分隔開設(shè)置大的空間，實(shí)際上將該大的空間作為壓力抑制室12的氣相部來使用。因此，即使是具有例如1，700MWe級(jí)的大型壓水反應(yīng)堆的核能發(fā)電設(shè)備也能夠設(shè)置壓力抑制室12。
并且，發(fā)生LOCA等事故時(shí)排放到下部容器11內(nèi)的水蒸氣與非冷凝性氣體一起由于節(jié)點(diǎn)之間的壓力差被導(dǎo)入PCCS熱交換器M中。由于吸入管25處于常開狀態(tài)，因此完全不需要事故后打開閥這樣的操作。
吸入管25在下部容器11內(nèi)的開口位置只要在事故后下部容器11水浸沒的位置以上的位置就可以。如果設(shè)置在更高的位置，具有優(yōu)先吸引容易因浮力滯留在上部的氫氣的效果。反之，如果降低位置，具有更容易吸引氮?dú)夂脱鯕獾男Ч顒e不大。
在PCCS熱交換器M內(nèi)冷凝的水蒸氣通過返回管沈在重力的作用下回到下部容器11內(nèi)，作為內(nèi)部燃料交換用水箱8等非能動(dòng)ECCS的水源使用。未在PCCS熱交換器M 中冷凝的氮?dú)夂蜌錃獾确抢淠詺怏w通過PCCS排放管27被排放到上部容器10內(nèi)的壓力抑制池13中。
本實(shí)施形態(tài)的PCCS排放管27從配置效率的角度出發(fā)埋設(shè)在安全殼主體7的壁面內(nèi)。但是，PCCS排放管27既可以通過安全殼主體7的內(nèi)部也可以通過外部。
PCCS排放管27的高度約為30m，但由于下部容器11與上部容器10之間總是維持有壓力差，因此能夠毫無問題地排放。即，將事故時(shí)排放到下部容器11內(nèi)的能量作為壓差使用，不需要任何其他的驅(qū)動(dòng)源就能排放非冷凝性氣體。
由于冷凝水在重力的作用下回到下部容器11內(nèi)，因此PCCS池22和PCCS熱交換器M在鉛垂方向上的位置必須高到一定的程度。因此將PCCS池22和PCCS熱交換器M 設(shè)置在例如燃料池建筑28上。此時(shí)，能夠使PCCS建筑20和燃料池建筑28成為一個(gè)整體。
另外，PCCS池22不要求耐壓性，為了排放產(chǎn)生的水蒸氣，其一部分向大氣開放。由于PCCS建筑20具有安全保護(hù)功能，因此需要采取防范飛機(jī)墜毀事故的對(duì)策和進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，但不需要像安全殼主體7那樣進(jìn)行耐壓設(shè)計(jì)。S卩，由于設(shè)計(jì)條件與燃料池建筑觀大致相同，因此兩者一體化效果良好。但將PCCS建筑20與燃料池建筑觀獨(dú)立設(shè)置也沒有問題。 此時(shí)，能夠?qū)⑾虏康目臻g用于收容能動(dòng)ECCS等。[0079][第3實(shí)施形態(tài)]
圖4為本發(fā)明核反應(yīng)堆安全殼的第3實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼將壓力抑制室12設(shè)置在下部容器11的內(nèi)部。使貯存在壓力抑制池13中的壓力抑制池水14的水面比冷段管線4高地配置壓力抑制室12。設(shè)置在比冷段管線4高的位置上的目的是為了將壓力抑制池水14作為重力降落式ECCS的水源來使用，能夠依靠重力注入核反應(yīng)堆壓力容器2的內(nèi)部。
并且，壓力抑制室12的氣相部通過氣相排放管四與上部容器10連通。另外，雖然本實(shí)施形態(tài)從配置效率的角度出發(fā)將氣相排放管四埋設(shè)到安全殼主體7壁面的內(nèi)部，但既可以通過安全殼主體7的內(nèi)部也可以通過外部。無論怎樣設(shè)置都能利用氣相排放管四避免非冷凝性氣體積蓄在壓力抑制室12的氣相部而被壓縮加壓。
本實(shí)施形態(tài)用隔膜隔壁9分隔核反應(yīng)堆安全殼的一部分設(shè)置大的空間，并用氣相排放管四使該大的空間(上部容器10)與壓力抑制室12連通。由此，實(shí)際上能夠?qū)⑸喜咳萜?0內(nèi)的空間作為壓力抑制室12的氣相部使用。因此，即使具備例如1，700MWe級(jí)的大型壓水反應(yīng)堆的核能發(fā)電設(shè)備也能夠設(shè)置壓力抑制室12。
并且，事故前作為氣體介質(zhì)存在的下部容器11內(nèi)的大量氮?dú)夂褪鹿屎笥锌赡艽罅慨a(chǎn)生的氫氣等非冷凝性氣體在水蒸氣的壓力作用下通過LOCA排放管15排放到壓力抑制池13內(nèi)。
由于下部容器11內(nèi)還有蒸汽發(fā)生器3等大型裝置，因此設(shè)置在下部容器11內(nèi)的壓力抑制室12在配置上受限制。因此不能使壓力抑制室12的氣相部的體積太大。但是， 本實(shí)施形態(tài)由于能夠用氣相排放管四將非冷凝性氣體排放到上部容器10的大空間內(nèi)，因此幾乎能夠完全避免非冷凝性氣體在壓力抑制室12的氣相部被壓縮加壓。
在氣相排放管四的入口處還可以設(shè)置爆破片30。該爆破片30在正常運(yùn)行中將壓力抑制室12的氣相部與上部容器10隔斷。由此，即使在過渡變化時(shí)部分堆水排放到壓力抑制室12內(nèi)、放出一些輻射能的情況下，也能夠防止上部容器10被污染。但是，由于操作員進(jìn)入上部容器10的機(jī)會(huì)少，因此爆破片30并非必須的。
如果使壓力抑制池水14為硼酸水，則既可以作為燃料交換用水使用，也可以作為重力降落式ECCS的水源使用。此時(shí)，可以不設(shè)置內(nèi)部燃料交換用水箱。而且，通過設(shè)置非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)21，在事故時(shí)能夠以高的可靠性冷卻核反應(yīng)堆安全殼。
假如壓力抑制池水14的溫度被抑制在100°C，則水蒸氣壓力為約0. IMPa(lkgf/ cm2)。120°C時(shí)為約0. 2MPaOkgf/Cm2)，核反應(yīng)堆安全殼的壓力相應(yīng)增高。這樣一來，PCCS21 對(duì)安全殼主體7的非能動(dòng)冷卻中降低壓力抑制池水14的溫度變得極其重要。因此，使冷凝水返回壓力抑制池13中地配置冷凝水返回管沈。通過這樣配置，能夠抑制壓力抑制池水 14的溫度變高。并且，降低水蒸氣的壓力，降低事故時(shí)核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的壓力。能夠?qū)⒗淠鳛榉悄軇?dòng)ECCS的水源來使用。
[第4實(shí)施形態(tài)]
圖5為本發(fā)明核反應(yīng)堆安全殼的第4實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼將壓力抑制室12設(shè)置在下部容器11的外部。壓力抑制室12既可以與需要的LOCA排放管15的根數(shù)相對(duì)應(yīng)包圍安全殼主體7的外周地設(shè)置在整個(gè)圓周上，也可以部分地設(shè)置。下部容器11和壓力抑制池13用LOCA排放管15連通。壓力抑制室12的氣相部用氣相排放管四與上部容器10連通。如果這樣將壓力抑制室12 設(shè)置在安全殼主體7的外部，則完全不影響安全殼主體7內(nèi)部設(shè)備的設(shè)置。
本實(shí)施形態(tài)用隔膜隔壁9分隔核反應(yīng)堆安全殼的一部分設(shè)置大的空間，并用氣相排放管四將該大的空間(上部容器10)與壓力抑制室12連通。由此，實(shí)際上能夠?qū)⑸喜咳萜?0內(nèi)的空間作為壓力抑制室12的氣相部使用。因此，即使具備例如1，700MWe級(jí)的大型壓水反應(yīng)堆的核能發(fā)電設(shè)備也能夠設(shè)置壓力抑制室12。
并且，本實(shí)施形態(tài)例將PCCS建筑20 —體化地建造在壓力抑制室12的上部。在 PCCS建筑20的內(nèi)部設(shè)置非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)21，事故時(shí)能夠以高的可靠性進(jìn)行核反應(yīng)堆安全殼的冷卻。
[第5實(shí)施形態(tài)]
圖6為本發(fā)明核反應(yīng)堆安全殼的第5實(shí)施形態(tài)的縱剖視圖。
本實(shí)施形態(tài)的核反應(yīng)堆安全殼與第4實(shí)施形態(tài)的不同點(diǎn)在于PCCS池22和PCCS 熱交換器M的位置不同。本實(shí)施形態(tài)中非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)池22和PCCS熱交換器M 設(shè)置在上部容器10內(nèi)。
由于上部容器10內(nèi)沒有設(shè)置其他的大型設(shè)備，具有充足的配置空間，因此通過采用這樣的配置非常提高配置效率。并且，由于非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)21具有重要的安全防護(hù)功能，因此通過設(shè)置在對(duì)飛機(jī)墜落事故防護(hù)最牢固的安全殼主體7內(nèi)能提高設(shè)備的安全性。另外，雖然本實(shí)施形態(tài)說明的是設(shè)置在上部容器10內(nèi)的例子，但如果能確保配置上的空間的話，設(shè)置在下部容器11的內(nèi)部對(duì)飛機(jī)墜落事故也能夠獲得同樣的效果。
并且，本實(shí)施形態(tài)用隔膜隔壁9分隔核反應(yīng)堆安全殼的一部分來設(shè)置大的空間， 并用氣相排放管四將該大的空間(上部容器10)與壓力抑制室12連通。由此，實(shí)際上能夠?qū)⑸喜咳萜?0內(nèi)的空間作為壓力抑制室12的氣相部使用。因此，即使具備例如1，700MWe 級(jí)的大型壓水反應(yīng)堆的核能發(fā)電設(shè)備也能夠設(shè)置壓力抑制室12。
[其他實(shí)施形態(tài)]
上述各實(shí)施形態(tài)僅僅是一個(gè)例子，本發(fā)明不受其限制。并且，還可以將各實(shí)施形態(tài)的特征組合起來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種核反應(yīng)堆安全殼，其收容有核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器，所述核反應(yīng)堆壓力容器收納有壓水反應(yīng)堆的堆心，其特征在于，具有主體；隔膜隔壁，將上述主體隔開成第1區(qū)間和第2區(qū)間，所述第2區(qū)間收容構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的設(shè)備和管線，所述核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界包含上述核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器；壓力抑制室，具備能夠貯存水的壓力抑制池，氣相部與上述第1區(qū)間連通；以及LOCA排放管，連接上述壓力抑制池和上述第2區(qū)間。
2.如權(quán)利要求
1所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制室設(shè)置在上述第1 區(qū)間的內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求
1所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制室設(shè)置在上述第2 區(qū)間的內(nèi)部，還具有連接上述氣相部和上述第1區(qū)間的氣相排放管。
4.如權(quán)利要求
1所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制室設(shè)置在上述主體的外部，還具有連接上述氣相部和上述第1區(qū)間的氣相排放管。
5.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制室內(nèi)的氣體介質(zhì)被用氮?dú)庵脫Q，以使得氧濃度比空氣低。
6.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述第1區(qū)間內(nèi)的氣體介質(zhì)被用氮?dú)庵脫Q，以使得氧濃度比空氣低。
7.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制池中貯存有硼酸水。
8.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制室還具有核反應(yīng)堆注入管，該核反應(yīng)堆注入管使位于比上述堆心靠上的位置、貯存在上述壓力抑制池中的水在重力的作用下注入上述核反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)。
9.如權(quán)利要求
1、2、4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述壓力抑制池還具有排水管，該排水管使位于比上述第2區(qū)間靠上的位置、貯存在上述壓力抑制池中的水在重力的作用下落入上述第2區(qū)間內(nèi)。
10.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，具有能夠貯存水的PCCS池；設(shè)置在上述PCCS池內(nèi)部的PCCS熱交換器；從上述第2區(qū)間延伸到上述PCCS熱交換器的吸入管；從上述PCCS熱交換器延伸到上述壓力抑制池、排出從上述吸入管導(dǎo)入的氣體中的非冷凝性氣體的PCCS排放管；以及，使上述PCCS熱交換器冷凝的水返回到上述第2區(qū)間的回流管。
11.如權(quán)利要求
10所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述PCCS池設(shè)置在上述主體的外部。
12.如權(quán)利要求
10所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述PCCS池設(shè)置在上述主體的內(nèi)部。
13.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述主體為預(yù)應(yīng)力混凝土制或鋼筋混凝土制。
14.如權(quán)利要求
1至4中的任一項(xiàng)所述的核反應(yīng)堆安全殼，其特征在于，上述主體為鋼制，并且具有設(shè)置在上述主體外部的鋼筋混凝土制的遮蔽建筑物。
15.一種核能發(fā)電設(shè)備，具有壓水反應(yīng)堆，其特征在于，具有安全殼，其具有主體，將該主體隔開成第1區(qū)間和第2區(qū)間的隔膜隔壁，具備能夠貯存水的壓力抑制池、氣相部與上述第1區(qū)間連通的壓力抑制室，連接上述壓力抑制池和上述第2區(qū)間的LOCA排放管；以及被收容在上述第2區(qū)間內(nèi)，構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的設(shè)備和管線，上述核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界包括收納有堆心的核反應(yīng)堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器。
專利摘要
本發(fā)明使大型壓水反應(yīng)堆中設(shè)置壓力抑制室成為可能。在收容內(nèi)置有壓水反應(yīng)堆堆心(1)的核反應(yīng)堆壓力容器(2)和蒸汽發(fā)生器(3)的核反應(yīng)堆安全殼中具有安全殼主體(7)；將該安全殼主體(7)隔開成上部容器(10)和下部容器(11)的隔膜隔壁(9)；具備能夠貯存水的壓力抑制池(13)、氣相部與上部容器(10)連通的壓力抑制室(12)；以及連接壓力抑制池(13)和下部容器(11)的LOCA排放管(15)。構(gòu)成核反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的核反應(yīng)堆壓力容器(2)或蒸汽發(fā)生器(3)等設(shè)備以及冷段管線(4)或熱段管線(5)等管線被收容在下部容器(11)中。
文檔編號(hào)G21C9/00GKCN101465167 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200810178083
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2008年12月19日
發(fā)明者佐藤壽樹, 佐藤崇, 宮川卓也, 藤木保伸, 音成純一朗 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5),