CN108028083A

CN108028083A - Irwst水存储箱中包括过滤装置的核反应堆

Info

Publication number: CN108028083A
Application number: CN201680039371.8A
Authority: CN
Inventors: P·罗亚特; A·韦勒; N·扎哈里
Original assignee: Framatome ANP SAS
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2018-05-11
Also published as: JP2018524592A; EP3317884B1; ZA201800007B; WO2017005664A1; EP3317884A1; FR3038445A1; KR20180022770A; FR3038445B1

Abstract

一种核反应堆(1)，包括：‑水存储箱(15)，具有至少一个开口(37)，所述至少一个开口(37)允许液体流在发生事故的情况下流向所述水存储箱(15)内；‑堆芯(7)的紧急冷却回路(33)，包括传递构件(25)，所述传递构件(25)具有与所述水存储箱(15)流体连通的抽吸入口；‑用于过滤所述液体流的过滤装置(39)，设置在所述水存储箱(15)中并且被***在所述开口(37)与所述传递构件(25)的所述抽吸入口之间。过滤装置(39)包括界定在所述水存储箱(15)中、所述开口(37)之下的过滤体积(45)，所述过滤体积(45)在一侧上由所述侧壁(9,21)界定并且在与所述第一侧相对的第二侧上由延伸直至底部(19)且附接至所述侧壁(21,9)的过滤壁(47)界定。

Description

IRWST水存储箱中包括过滤装置的核反应堆

技术领域

本发明总体上关于核反应堆的安全，尤其关于使得在发生事故事故的情况下在反应堆厂房内部中流动的液体能够循环的装置。

背景技术

更确切地，本发明涉及核反应堆，所述核反应堆包括：

-反应堆厂房；

-反应堆容器，容纳在所述反应堆厂房内；

-堆芯，布置在所述反应堆容器中，并且包括核燃料组件；

-用于存储水的水存储箱，位于所述反应堆厂房中，所述水存储箱通过基部和侧壁界定，所述水存储箱具有允许液体流在发生事故的情况下流入所述水存储箱内部的至少一个开口；

-用于将堆芯紧急冷却的紧急冷却回路，包括传递构件，所述传递构件具有与所述水存储箱流体连通的抽吸入口；

-用于过滤所述液体流的过滤装置，布置在所述水存储箱中，并且被***在所述开口与所述传递构件的抽吸入口之间。

这种反应堆从文献CN 103028285中已知。该文献公开了过滤装置包括具有大体积的过滤篮，布置在水存储箱的天花板中形成的开口下方。这种篮必须固定至土木工程结构，尤其固定至水存储箱的基部或者底部以及至水存储箱的侧壁。由于篮的尺寸和要考虑的负载，过滤装置的抗震性难以有效实体化。

发明内容

在这种情况下，本发明旨在提供一种核反应堆，其中过滤装置的抗震性更易于有效实体化。

为此，本发明涉及一种前述类型的核反应堆，其特征在于，过滤装置包括界定在水存储箱中、开口之下、朝向开口打开的过滤体积，所述过滤体积在第一侧上由侧壁界定并且在与第一侧相对的第二侧上由延伸直至基部且附接至侧壁的过滤壁界定。

仅过滤壁的抗震性需要有效实体化。这比实体化大尺寸篮的抗震性更容易。

此外，所述核反应堆可以具有单独考虑或者根据所有技术上可能的组合来考虑的、本文以下呈现的一个或者多个特性特征：

-过滤壁包括刚性地附接至基部的多个杆以及被***在杆之间并且连接至杆的多个过滤板；

-水存储箱由天花板界定，每个杆沿纵向方向延伸，并且具有附接至基部的底部纵向端和通过顶部联接件连接至天花板的顶部纵向端，顶部联接件赋予顶部纵向端在沿纵向方向的平移运动中相对于天花板的单一自由度；

-对于每个杆，过滤装置包括用于将杆连接至侧壁的至少一个铰接式连接件，铰接式连接件包括通过铰接式接头连接至侧壁并且通过另一铰接式接头连接至杆的棍；

-每个过滤板从杆中的第一杆延伸至杆中的第二杆，所述过滤板由第一边缘和由第二边缘界定，第一边缘刚性地附接至第一杆，第二边缘通过滑动连接件连接至第二杆，滑动联接件赋予板在平行于基部的平移运动中和平行于第二杆的平移运动中相对于第二杆的两个自由度；

-对于每个过滤板，过滤装置包括附接至基部的轨道，所述过滤板的下边缘接合在轨道中并且沿轨道自由滑动；

-过滤装置包括与过滤壁一起限定辅助过滤体积的辅助过滤壁，辅助过滤体积被***在开口与用于紧急冷却堆芯的紧急冷却回路的传递构件的抽吸入口之间的过滤体积的下游，过滤壁具有第一网孔，辅助过滤壁具有比第一网孔更细的第二网孔；

-水存储箱包括多个开口，过滤体积在每个开口下方延伸并且朝向每个开口打开，过滤体积限定整体连通的空间；

-反应堆容器容纳在由闭合轮廓壁界定的堆坑中，水存储箱围绕闭合轮廓壁并且过滤体积在第一侧上由所述闭合轮廓壁界定；以及

-水存储箱由天花板界定，所述开口或者每个开口形成在天花板中。

附图说明

以下结合附图提供的本发明的详细说明是示例性且非限制性的，本发明的其他特性特征及优点将从该详细说明中显现，其中附图为：

-图1是根据本发明的核反应堆的简化示意图；

-图2是沿箭头II截取的图1中所示核反应堆的截面图；

-图3是图2中所示过滤装置的示意图；

-图4是过滤壁的透视简化示意图；以及

-图5是图4中所示过滤壁的杆的不同连接件的简化示意图。

具体实施方式

图1所示核反应堆包括反应堆厂房3、容纳在反应堆厂房3中的反应堆容器5、以及布置在反应堆容器5中的堆芯7。

堆芯7包括核燃料组件，其未示出。

核反应堆是诸如加压水反应堆(PWR)、沸水反应堆(BWR)的类型或者任何其他类型。

如图1中所示，反应堆厂房包括土木工程结构。在这些结构中包括有反应堆容器堆坑(或者反应堆堆坑)9。反应堆堆坑由环形壁界定，典型地由混凝土制成。反应堆容器5布置在反应堆容器堆坑9中。

土木工程结构进一步包括水池11，反应堆堆坑9的上端向水池11打开。

更确切地，反应堆容器5具有下部12和可移除的盖13。下部12包括堆芯围筒(或者外壳)以及与堆芯围筒一体形成的下圆底基部。在反应堆操作期间，也就是说，在反应堆产生能量的同时盖13刚性地附接至反应堆容器的下部12。为了允许在反应堆厂房内部中实施维护操作，盖13能够从反应堆容器的下部12拆卸。

如图1中示出，反应堆容器的下部12典型地容纳在反应堆堆坑9的内部中，并且盖13定位在水池11的内部中。

在核反应堆的正常操作期间，水池11是空的。当需要在反应堆厂房内实施介入时(例如为了替换某些燃料组件)，水池11被充满水。在与反应堆容器的下部12分离之后，盖13被放置在水池的底部处，例如在架子上。

核反应堆1还包括用于存储水的水存储箱15，其位于反应堆厂房3中。水存储箱15典型地定位在比反应堆容器5的水平更低的水平处。

水存储箱15的顶部/上部由天花板17界定，而其下部由基部19和由侧壁21界定。在图1表示的示例中，界定水存储箱的侧壁中的一个是反应堆堆坑9。侧壁21中的另一个在与反应堆堆坑9相对的一侧上界定水存储箱15。水存储箱15围绕反应堆9呈圆形延伸。

该水存储箱通常以首字母缩写IRWST(按照公认的术语称为安全壳内换料水存储箱)而被提及。

在反应堆的正常操作期间，水存储箱15存储一定体积的水。该体积的水被传递进入水池11中，以允许在反应堆上实施维护操作，尤其是核燃料组件的替换。为了确保这能够实现，反应堆包括传递回路23。该传递回路23包括诸如泵25的传递构件)，所述传递构件的抽吸入口通过管路27流体连接至水存储箱21。泵的排放通过管路29流体连接至水池11。如图1中可见，水存储箱15为了这一目的具有排水槽31，其位于水存储箱的底部位置处。抽吸管路28从排水槽31抽取水。

而且，核反应堆包括用于紧急冷却堆芯的紧急冷却回路33，所述紧急冷却回路33包括诸如具有与水存储箱15流体连通的抽吸入口的泵的传递构件。

例如，如图1所示，传递构件对于回路23是公用的。通过变型的方式，紧急冷却回路具有专用的传递构件，所述传递构件与泵25不同且分离。

在示出的示例中，紧急冷却回路33包括管路35，管路35在管路29上以旁路设置分支，并且连接至反应堆容器5。

因此，在紧急情况下，存储在水存储箱15中的水可以某种方式注入反应堆的堆芯中，从而将其冷却。

而且，水存储箱15还被设置成使得能够在发生事故的情况下收集在反应堆厂房内部中流动的液体，尤其是在核反应堆的主回路泄漏的情况下。例如，在LOCA(冷却剂损失事故的首字母缩写)发生的情况下，从主回路逸出的主要流体被收集在水存储箱15内部中。

为了这一目的，水存储箱15具有至少一个开口37，其允许液体流在发生事故的情况下流入水存储箱15内部。

典型地，水存储箱15包括多个开口37。这些开口例如围绕反应堆堆坑9并且在反应堆堆坑附近布置。

所述开口37或者每个开口37典型地形成在天花板17中。通过变型的方式，所述开口37或者每个开口37形成在侧壁中。根据另外一个变型，开口37分布在天花板17与侧壁21之间。

核反应堆还包括用于过滤液体流的过滤装置39，其布置在水存储箱15中，并且被***在一个或者多个开口37与紧急冷却回路的传递构件33的抽吸入口之间。

术语“被***”用来表示在开口37至传递构件的抽吸入口的其路径中的液体必须通过过滤装置39的事实。

事实上，在发生事故的情况下(尤其是LOCA发生的情况下)，流入反应堆厂房并被收集在水存储箱15中的流体包含碎片，尤其是热绝缘片。这些碎片应当被捕集从而不会妨碍用于将堆芯紧急冷却的紧急冷却回路33的传递构件操作。

如图1中可见，除了过滤装置39之外，在每个开口37上方还设置有屏障网格41。网格41使得能够阻止较大的碎片并且防止这些碎片落入水存储箱15内部。网格41由粗或者宽网孔结构构成，并且典型地收集由流入水存储箱15的液体流携带的大约5％的碎片。

此外，排水槽31被抽吸过滤器43覆盖，该抽吸过滤器43防止可能不会被过滤装置39阻止的碎片被紧急冷却回路的传递构件吸入。

如图2和3中以更详细的方式可见，过滤装置39包括界定在水存储箱15内、在一个或者多个开口37之下的过滤体积45。过滤体积45朝向一个或者多个开口37打开。换言之，其朝向顶部打开。

过滤体积45在第一侧上由所述水存储箱的侧壁21或水存储箱的侧壁21中的一个界定，并且在与第一侧相对的第二侧上由过滤壁47界定。过滤壁47延伸至水存储箱的基部19，并且附接至界定过滤体积的另一侧的侧壁21。

因此，过滤体积45朝向底部由水存储箱的基部19界定、侧向上由侧壁21和过滤壁47界定。其朝向顶部打开。

因此，且如图3中可见，在过滤壁变得过于堵塞/阻挡的情况下，在水存储箱内部流经一个或者多个开口37的液体流可能溢出而外溢到过滤壁47上方。

如图4中所表示的，过滤壁47包括刚性地附接至基部19的多个杆/柱49以及被***在杆49之间且连接至杆49的多个过滤板51。

杆49典型地彼此有规律地间隔。

每个杆49沿纵向方向延伸，并且具有刚性地附接至基部19的底部纵向端53。根据该实施例的一个变型，每个杆49的顶部纵向端55通过顶部联接件57连接至天花板17。

典型地，每个杆49竖直定向，并且大致垂直于基部19。

每个杆的底部纵向端53不具有相对于基部19的任何自由度。典型地，每个杆的底部纵向端53刚性地附接至嵌入基部19中的锚固板59。

顶部联接件57赋予杆55的顶部纵向端在沿纵向方向的平移运动中相对于天花板17的单一自由度。顶部联接件以任何合适的方式实现。

因此，每个杆可能在向上方向上热膨胀。

而且，如图4和5中可见，对于每个杆49，过滤装置39包括至少一个铰接式连接件61，用于将杆49以铰接方式连接至侧壁21。铰接式连接件61包括通过铰接式接头65联接至侧壁21并且通过另一铰接式接头67联接至杆49的棍63。

典型地，对于每个杆49，过滤装置39包括两个铰接式连接件61(参见图4的示出)或者三个铰接式连接件61(图5)，并且可以通过变型的方式包括更大数量的铰接式连接件61。例如，所有的铰接式连接件都是相同的类型。

典型地，棍63是刚性臂，全部具有相同的尺寸以便沿平行于壁21的定向保持杆。棍63典型地彼此平行，并且具有大致水平定向。它们具有可调节的长度。例如，它们是伸缩式的。

铰接式接头65典型地为球接头。通过变型的方式，其为另一类型的接头。

类似地，铰接式接头67典型地为球接头。通过变型的方式，其为另一类型的接头。

在图4中，每个棍63典型地通过铰接式接头65连接至嵌入侧壁21中的板69。

根据图5中虚线表示的一个变型实施例，每个杆49的顶部纵向端55不连接至天花板17，而是连接至侧壁21。在这种情况下，其通过如本文以上所述的铰接式连接件61连接至壁21。

如图4中可见，每个过滤板51从杆49中的第一杆延伸至杆49中的第二杆。因此，其占据将第一和第二杆49彼此分离的全部空间，除了位于天花板正下方的一个区域(标记为71)。该区域允许液体在过滤板51上方溢出。

每个过滤板51由刚性地附接至第一杆49的第一纵向边缘73界定。该边缘73例如焊接至第一杆49，或者通过任何其他手段刚性地附接。

每个板51还包括通过滑动连接件77连接至第二杆的第二纵向边缘75。第一边缘73和第二边缘75典型地彼此平行。

滑动连接件77赋予过滤板51在平行于基部19的平移运动中以及在纵向平行于第二杆49的平移运动中相对于第二杆49的两个自由度。

例如，滑动连接件77包括一体附接至第二杆49的纵向引导轨道，过滤板51的第二纵向边缘75接合在轨道中并且沿轨道自由滑动。

另外，对于每个过滤板51，过滤装置39包括附接至基部19的轨道79，所述板的底部边缘81接合在轨道79中。底部边缘81沿轨道79自由滑动。

因此，每个过滤板61自由地沿向上方向竖直热膨胀，并且还朝向第二杆49横向热膨胀。

因此，这在每个过滤板51和基部19之间产生过滤连接。术语“过滤连接”用于指允许液体流动但不允许固体碎片通过的连接。

过滤板51的顶部边缘83相对于天花板是自由的，并且与天花板一起界定允许液体溢出的区域71。

每个过滤板51包括过滤区域，所述过滤区域设置有适合于能够阻挡碎片的多个网孔开口。过滤区域典型地在板过滤器51的几乎整个表面上方延伸。

每个过滤板51例如由彼此附接的多个过滤器元件形成。每个过滤器元件均包括过滤区域并且均覆盖板的表面的一部分。

通过变型的方式，每个板被制作成由单个过滤器元件形成的单个一体件。

如图2和3中可见，过滤装置39进一步包括辅助过滤壁85，辅助过滤壁85与过滤壁47一起界定辅助过滤体积87。该辅助过滤体积87被***在一个或者多个开口37与紧急冷却回路的传递构件33的抽吸入口之间的过滤体积45的下游。

术语下游旨在理解为沿液体从开口37通过水存储箱15直至排水槽31的循环方向。

过滤壁47具有第一网孔，辅助过滤壁85呈现出具有第二网孔的开口，第二网孔比第一网孔更细。换言之，与过滤壁47相比，辅助过滤壁能够阻挡更小尺寸的碎片颗粒。未被过滤壁47阻挡的某些碎片将因此被辅助过滤壁85阻挡。辅助过滤壁85呈现出阻挡碎片通过过滤壁47的优点，尤其是在操作开始时，直到足够的碎片层已经在过滤体积45内部中抵靠过滤壁堆积。实际上，这种层提高了由过滤壁47的过滤效率。只要该层未形成，较大比例的碎片就会通过过滤壁47。辅助过滤壁85对于阻挡这些碎片颗粒以及将它们捕集在辅助过滤体积87中的目的是有用的。

典型地，如图2、3中可见，辅助过滤壁85平行于过滤壁47延伸。其以略微远离过滤壁47的距离定位。在纵向上，辅助过滤壁85不像过滤壁47那样高。

辅助过滤壁以任何合适的方式构造。

需要指出的是，过滤体积45限定整体连通而未被分隔的空间。因此，通过开口中的每一个到达的液体流被排放至相同的空间。每个流可以遍布整个过滤体积分布。换言之，如果液体仅仅通过单个开口(不管是哪个开口)，其都将可能会遍布整个过滤体积分布。这是与文献CN 103028285相比的一个重要区别，该文献中描述了每个开口专用的篮。在这种情况下，位于所有开口之下的篮的累积总体积必须显著大于该发明所需要的体积。例如，对于EPR(欧洲加压式反应堆)类型的核反应堆而言，CN 103028285中的类型的四个篮均安置在一个开口37之下。说明书文献要求收集和保持通过至少两个开口到达的56m³碎片的能力。每个篮因此应当具有至少28m³的体积，使得四个篮一起体积为112m³。在该发明中，由于四个开口排放至相同的体积中，可能以非常显著的方式减小设置用于保持碎片的体积。

在附图中示出的实施例的一个示例中，过滤体积在一侧上由定位在反应堆堆坑9相对侧上的侧壁21界定，并且在另一侧上由过滤壁47界定。所述壁21围绕整个反应堆堆坑9沿周向延伸。过滤壁47因此沿平行于侧壁21的闭合轮廓(例如圆)安置。杆41全部刚性地附接至侧壁21。

在这种情况下，辅助过滤壁85本身也在过滤壁47的内部中沿闭合轮廓(例如圆)径向安置。

通过变型的方式，过滤体积45不全部围绕反应堆堆坑9延伸。其仅仅在该反应堆堆坑周边的一小部分上方延伸。

根据该实施例的另一示例，过滤体积45在一侧上由界定反应堆容器堆坑9的壁界定，并且在另一侧上由过滤壁47界定。过滤壁47因此接着附接至反应堆堆坑的壁。

本文在以上描述的核反应堆呈现出多个优点。

如本文在以上指出的，过滤体积在第一侧上由水存储箱的一个侧壁界定并且在与第一侧相对的第二侧上由过滤壁界定，而过滤壁延伸至基部且附接至侧壁，这一事实使得与现有技术相比以更简单的方式有效实体化抗震性成为可能。

过滤壁由附接至基部的多个杆以及过滤板构造而成，这一事实使得在独立模块上方分布热膨胀成为可能，每个模块对应于杆和板。在本发明中，从杆至地面、至侧壁和可能至天花板、以及从板至杆和至地面的连接被设置，从而允许膨胀。

在现有技术中，篮被一体形成为非常大的单个单元，通过这种方式而使得热膨胀非常显著。

通过构造，过滤壁必须以短距离与水存储箱的侧壁间隔，通过这种方式使得抗震性易于有效实体化。此外，每个杆具有同时至水存储箱的基部、至侧壁和还可能至天花板的联接件，这又进一步有助于促进抗震性的有效实体化。更确切地，这些设计安排使得锚固点在地面上的重心更接近侧壁和天花板成为可能。

如上所述，由于过滤体积限定整体连通的体积，因此可能减小用于碎片存储所需要的总体积。

本发明已经通过包括过滤壁和辅助过滤壁的过滤装置来描述。然而，过滤装置可能缺少辅助过滤壁。

类似地，过滤壁可以沿界定水存储箱的任意侧壁的全部或者部分布置。

Claims

1.一种核反应堆(1)，包括：

-反应堆厂房(3)；

-反应堆容器(5)，容纳在所述反应堆厂房(3)内；

-堆芯(7)，布置在所述反应堆容器(5)中并且包括核燃料组件；

-用于存储水的水存储箱(15)，位于所述反应堆厂房(3)中，所述水存储箱(15)由基部(19)和侧壁(21,9)界定，所述水存储箱(15)具有至少一个开口(37)，所述至少一个开口(37)允许液体流在发生事故的情况下流入所述水存储箱(15)的内部；

-用于紧急冷却所述堆芯(7)的紧急冷却回路(33)，包括传递构件(25)，所述传递构件(25)具有与所述水存储箱(15)流体连通的抽吸入口；

-用于过滤所述液体流的过滤装置(39)，其被布置在所述水存储箱(15)中并且被***在所述开口(37)与所述传递构件(25)的所述抽吸入口之间；

其特征在于，所述过滤装置(39)包括界定在所述水存储箱(15)中所述开口(37)之下、朝向所述开口(37)打开的过滤体积(45)，所述过滤体积(45)在第一侧上由所述侧壁(9,21)界定并且在与所述第一侧相对的第二侧上由延伸直至所述基部(19)且附接至所述侧壁(21,9)的过滤壁(47)界定。

2.根据权利要求1所述的核反应堆，其特征在于，所述过滤壁(47)包括多个杆(49)和多个过滤板(51)，所述多个杆(49)刚性地附接至所述基部(19)，所述多个过滤板(51)被***在所述杆(49)之间并且连接至所述杆(49)。

3.根据权利要求2所述的核反应堆，其特征在于，所述水存储箱(15)由天花板(17)界定，每个杆(49)沿纵向方向延伸并且具有附接至所述基部(19)的底部纵向端(53)和通过顶部联接件(57)连接至所述天花板(17)的顶部纵向端(55)，所述顶部联接件(57)赋予所述顶部纵向端(55)在沿所述纵向方向的平移运动中、相对于天花板(17)的单一自由度。

4.根据权利要求2或3所述的核反应堆，其特征在于，对于每个杆(49)，所述过滤装置(39)包括用于将所述杆(49)连接至所述侧壁(21,9)的至少一个铰接式连接件(61)，所述铰接式连接件(61)包括通过铰接式接头(65)连接至所述侧壁(21,9)并且通过另一铰接式接头(67)连接至所述杆(49)的棍(63)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的核反应堆，其特征在于，每个过滤板(51)从所述杆(49)中的第一杆延伸至所述杆(49)中的第二杆，所述过滤板(51)由第一边缘(73)和由第二边缘(75)界定，所述第一边缘(73)刚性地附接至所述第一杆(49)，所述第二边缘(75)通过滑动连接件(77)连接至所述第二杆(49)，所述滑动连接件(77)赋予所述板(51)在平行于所述基部(19)的平移运动中以及在平行于所述第二杆(49)的平移运动中、相对于所述第二杆(49)的两个自由度。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的核反应堆，其特征在于，对于每个过滤板(51)，所述过滤装置(39)包括附接至所述基部(19)的轨道(79)，所述过滤板(51)的下边缘(81)接合在所述轨道(79)中并且沿所述轨道(79)自由滑动。

7.根据前述权利要求中任一项所述的核反应堆，其特征在于，所述过滤装置(39)包括与所述过滤壁(47)一起界定辅助过滤体积(87)的辅助过滤壁(85)，所述辅助过滤体积(87)被***在所述开口(37)与用于紧急冷却所述堆芯的所述紧急冷却回路(33)的所述传递构件的所述抽吸入口之间的所述过滤体积(45)的下游，所述过滤壁(45)具有第一网孔，所述辅助过滤壁(85)具有比所述第一网孔更细的第二网孔。

8.根据前述权利要求中任一项所述的核反应堆，其特征在于，所述水存储箱(15)包括多个开口(37)，所述过滤体积(45)在每个开口(37)下方延伸并且朝向每个开口(37)打开，所述过滤体积(45)限定整体连通的空间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的核反应堆，其特征在于，所述反应堆容器(5)被容纳在由闭合轮廓壁(9)界定的堆坑中，所述水存储箱(5)围绕所述闭合轮廓壁(9)，并且所述过滤体积(45)在所述第一侧上由所述闭合轮廓壁(9)界定。

10.根据前述权利要求中任一项所述的核反应堆，其特征在于，所述水存储箱(15)由天花板(17)界定，所述开口(37)或者每个开口(37)形成在所述天花板(17)中。