堆芯捕集器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及核電站安全設備領域，尤其涉及一種在反應堆嚴重事故情況下對堆芯熔融物進行堆外冷卻固化的裝置。
【背景技術】
[0002]時至今日，核電已成為世界上許多國家的重要能源組成部分。然而，核電具有極高利用價值的同時，也可能帶來很大的危害，在利用核電的過程中，如果保護不當而出現(xiàn)核泄漏等重大事故，將會對核電廠周邊環(huán)境乃至全人類帶來極其嚴重的核污染災害。
[0003]目前的核電站中，核反應堆的結構是在安全殼中形成反應堆堆腔，在堆腔中設置壓力容器。當反應堆發(fā)生嚴重事故時，堆芯的熔融物會融穿壓力容器外殼，從而可能發(fā)生極為嚴重的核泄漏事故。為防止堆芯熔融物的泄漏，目前的常規(guī)做法是使用堆芯熔融物堆外冷卻固化裝置(也叫堆芯捕集器)，常見的有以下幾種:
[0004]一種是在壓力容器的外側設置擴展室，擴展室的下方設有冷卻水道，當堆芯熔融物熔穿下封頭后，熔融物流入擴展室，利用擴展室的大面積平面對熔融物進行冷卻，冷卻水道內的冷卻水可對熔融物進行冷卻以防止擴展室被融穿。但這種結構采用一個面積很大的平面來進行熔融物攤平，以增大熔融物的冷卻面積，加快熔融物的冷卻速度，但這樣的設計意味著要占據安全殼下部很大的面積和空間，進而造價較高，也增加了設計難度。
[0005]另一種方式是在壓力容器的下方設置桶狀的收集器，在收集器內設置可融化的犧牲材料，收集器外設有冷卻水道，熔融物流入收集器后與其內設置的犧牲材料相互作用，熔融物在融化犧牲材料的過程中被逐漸降溫。由于收集器的形狀限制，導致僅依靠收集器的壁面帶走熔融物的衰變熱，傳熱面積小，導致傳熱量小，特別是中部熔融物匯集后冷卻明顯不足。
[0006]再一種方式是在壓力容器的下方設置收集器，收集器的外部設有冷卻水道，收集器的內部設有混凝土底板，并在收集器的底部設置噴嘴，且噴嘴的上端伸入堆腔混凝土底板，噴嘴的下端伸入冷卻水道。熔融物流入收集器后，先與混凝土底板發(fā)生相互作用導致混凝土不斷消融，混凝土底板起到了犧牲材料的作用，在一定程度上降低堆芯熔融物的溫度；當熔融物將噴嘴的上端熔化后，冷卻水道內的冷卻水通過噴嘴注入，實現(xiàn)了熔融物的底部注水，能夠對熔融物實施快速冷卻。但熔融物與冷卻水直接接觸時，瞬間產生大量蒸汽會造成安全殼壓力瞬間升高以致破壞，甚至會產生蒸汽爆炸，從而造成嚴重后果。
[0007]因此，有必要提供一種結構簡單、體積小、傳熱效果好、造價低的非能動堆芯捕集器，以解決上述現(xiàn)有技術的不足。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、體積小、傳熱效果好、造價低的堆芯捕集器。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案為:提供一種堆芯捕集器，其包括殼體、冷卻通道及定位格架；所述殼體設于壓力容器的下方，所述殼體呈中空結構且頂部開口，所述殼體的底部設有冷卻劑進口，所述殼體的上端還設有冷卻劑出口 ；所述冷卻通道包括水平通道及與所述水平通道相連通的多個呈棒狀的豎直通道，所述水平通道設于所述殼體的底部并與所述冷卻劑進口相連通，所述豎直通道容置于所述殼體內并向所述殼體的頂部延伸，相鄰的所述豎直通道之間形成熔融物填充通道；所述定位格架套設于所述豎直通道外并固定于所述殼體的內壁，且所述定位格架上開設有連通所述熔融物填充通道的過流孔。
[0010]較佳地，所述豎直通道的底端與所述水平通道相連通，所述豎直通道的頂端蓋設有呈圓錐形的頂帽，所述頂帽上開設有連通所述豎直通道和所述殼體的中空結構的通氣孔。
[0011]較佳地，所述頂帽的底面積大于所述豎直通道的橫截面積，所述通氣孔開設于所述頂帽的底面，且所述通氣孔位于所述頂帽的底面邊緣與所述豎直通道的外緣之間。
[0012]較佳地，所述殼體內設置有一底板，所述底板與所述殼體的底面之間形成所述水平通道，所述豎直通道的側壁固定于所述底板。
[0013]較佳地，所述豎直通道的側壁包括鋼管及包設于所述鋼管外的耐高溫層。
[0014]較佳地，多個所述豎直通道呈正方形或三角形排列。
[0015]較佳地，所述定位格架上開設有與所述豎直通道相對應的安裝孔，所述安裝孔套設于所述豎直通道的側壁外。
[0016]較佳地，所述定位格架包括鋼板層及蓋設于所述鋼板層上方的陶瓷層。
[0017]較佳地，所述殼體的內壁面覆蓋有陶瓷隔熱層。
[0018]較佳地，所述冷卻劑進口通過第一管道連通設于所述殼體外的換料水箱的底部，且所述換料水箱的位置高于所述水平通道的位置。
[0019]較佳地，所述冷卻劑出口通過第二管道連通設于所述殼體外的換料水箱的頂部，且所述第二管道伸入所述換料水箱內的冷卻劑液面以下。
[0020]較佳地，所述堆芯捕集器還包括導流結構，所述導流結構設于所述壓力容器與所述殼體之間，且所述導流結構與所述殼體的中空結構相連通，用于將堆芯熔融物導入所述殼體內。
[0021]較佳地，所述導流結構包括依次連接的直管段、傾斜段及水平段，所述直管段的上端包覆于所述壓力容器的下端，所述水平段開設有通孔。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，由于本實用新型的堆芯捕集器，其豎直通道的棒狀結構設計，一方面大大增加了換熱面積，另一方面降低了其周向受力不均勻的風險，特別是大大降低了邊角熱應力不均勻可能造成的耐高溫材料層損壞的風險，增加了豎直通道的強度；且，棒狀豎直通道通過定位格架固定，增強了其穩(wěn)定性，降低了由堆芯熔融物下落瞬間沖垮部分豎直通道的可能性。另外，棒狀豎直通道的數(shù)量可以根據實際需要進行調整，從而靈活改變單位體積內的換熱面積，以靈活適應不同功率反應堆的需要，從而保證堆芯熔融物在一定時間內實現(xiàn)冷卻固化，具有結構簡單、占用面積和空間小、冷卻速度適中的優(yōu)點，使堆芯熔融物冷卻固化過程中的安全性進一步提高，且堆芯捕集器的造價低。再者，由于傳熱面積是以單元為基礎來變化的，因此，不需要進行整個裝置的?；瘜嶒?，使實驗驗證研究過程得以簡化。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型堆芯捕集器的結構示意圖。
[0024]圖2是圖1中冷卻通道呈三角形排列的示意圖。
[0025]圖3是圖1中冷卻通道呈正方形排列的示意圖。
[0026]圖4是圖1中豎直通道的管體的結構示意圖。
[0027]圖5是圖4的部分剖視圖。
[0028]圖6是圖1中定位格架的部分放大示意圖。
[0029]圖7是圖6中定位格架的鋼板層的俯視圖。
[0030]圖8是圖6中定位格架的陶瓷層的俯視圖。
[0031]圖9是圖1中殼體的部分放大示意圖。
[0032]圖10是本實用新型堆芯捕集器的使用狀態(tài)示意圖。
[0033]圖11是本實用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖一。
[0034]圖12是本實用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖二。
[0035]圖13是本實用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖三。
[0036]圖14是本實用新型堆芯捕集器的冷卻過程示意圖四。
【具體實施方式】
[0037]現(xiàn)在參考附圖描述本實用新型的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。
[0038]如圖1所示，本實用新型所提供的堆芯捕集器100，包括殼體110、冷卻通道120、定位格架130及換料水箱140。其中，殼體110設于壓力容器200的下方，冷卻通道120、定位格架130均設于殼體110內，且定位格架130固定于殼體110的內壁，換料水箱140設于殼體110的外側并與殼體110相連通。
[0039]具體地，殼體110呈中空結構且頂部開口，殼體110的底部設有冷卻劑進口 111，殼體110的上端的側壁上開設有冷卻劑出口 112，堆芯熔融物通過殼體110的頂部開口流入殼體110內部。換料水箱140設于殼體110的一側且其內具有冷卻劑，換料水箱140的位置高于冷卻劑進口 111的位置；換料水箱140的底部通過第一管道141連通冷卻劑進口 111，換料水箱140的頂部設有第二管道142，該第二管道142的一端伸入換料水箱140內的冷卻劑液面以下，第二管道142的另一端連通冷卻劑出口 112 ;且第一管道141上設有閥門143。這樣，換料水箱140內的冷卻劑可以非能動地注入冷卻劑進口 111，而殼體110內經換熱汽化后的冷卻劑可通過第二管道142排出至換料水箱140內進行冷凝。
[0040]當然，冷卻劑出口 112也可以連接到其它地方進行冷凝，此為本領域技術人員所熟知的技術。
[0041]繼續(xù)參看圖1所示，所述冷卻通道120包括水平通道121及與水平通道121相連通的多個呈棒狀的豎直通道122，水平通道121設于殼體110的底部并與冷卻劑進口 111相連通，豎直通道122容置于殼體110內并向殼體110的頂部延伸，定位格架130套設于豎直通道122外并固定于殼體110的內壁，以增強豎直通道122的穩(wěn)定性。且，相鄰的豎直通道122之間形成熔融物填充通道123，熔融物填充通道123均勻分布，可以保證堆芯熔融物的均勻流動，保證冷卻速度，從而保證堆芯熔融物在一定時間內實現(xiàn)冷卻固化。由于采用棒狀結構的豎直通道122，因此能夠實現(xiàn)豎直通道122周圍的均勻冷卻，大大降低應力，增加可靠性。同時，由于冷卻通道120的面積大，因此，冷卻速度較快。
[0042]下面結合圖1-3所示，殼體110內設置有一底板124，底板124與殼體110的底面之間形成水平通道121。每一豎直通道122的側壁的底端均固定于底板124，且多個呈棒狀的豎直通道122呈正方形或三角形排列。其中，呈三角形排列的多個豎直通道122相對比較緊湊，能夠提供相對較多的冷卻通道，如圖2所示。呈正方形排列的豎直通道122，可以使堆芯熔融物流動阻力較小，而且定位格架130中熔融物過流孔132 (詳見后述)的面積比可以相對較大，堆芯熔融物可以較迅速的通過定位格架130并較快地平攤到熔融物填充通道123內，如圖3所示。
[0043]實際使用中，可以根據堆芯大小及熔融物冷卻速度等綜合考慮采用何種排列方式，并且棒狀豎直通道122的數(shù)量可以根據需要進行選擇，從而可以靈活改變單位體積內的換熱面積，使傳熱面積可以根據需要按幾何數(shù)量增減，以靈活適應不同功率反應堆的需要，從而保證堆芯熔融物在一定時間內實現(xiàn)冷卻固化，具有結構簡單、冷卻速度適中的優(yōu)點。另外，由于傳熱面積是以單元為基礎來變化的，因此，不需要像EPR和VVER那樣進行整個裝置的模化實驗，使實驗驗證研究過程得以簡化。
[0044]下面結合圖1、4_5所示，底板124上固定有多個呈中空棒狀結構的管體125，每一管體125的中空結構形成一豎直通道122，每一豎直通道122均與水平通道121相連通，管體125的外壁之