TWI485717B - 爐芯捕集器 - Google Patents

Description

爐芯捕集器

本發明係有關於一種爐芯捕集器。

如果進入到一反應器壓力容器的水的供應被停止或冷卻水因為連接至一水冷式反應器內的反應器壓力容器的管路的破裂而被損失的話，則反應器的水位降低而露出反應器爐芯(其在下文中將被簡稱為“爐芯”)，這會造成該爐芯的冷卻不足。在為了此種情況作準備時，採用了在一ECCS(緊急爐芯冷卻系統)接收到低水位及沉降並冷卻爐芯的訊號時自動將該反應器緊急停機的概念以防止熔毀意外。

然而，雖然演變成上述的緊急爐芯冷卻系統不作用且其它用來將水注入到爐芯的裝置不能使用的情形的可能性極低，但此情況仍可能發生。在此情況下，反應器水位的洩降會露出該爐芯且爐芯無法被充分地冷卻。即使是在反應器被停機之後，仍被持續地產生的核衰變熱會升高燃料棒的溫度，這最終將導致爐芯熔毀。

在此情形中，高溫爐芯熔融物(其可被稱為“爐芯熔化物(corium)”掉落在該反應器壓力容器的下部上、熔化通過一反應器壓力容器下頭部(lower head)、並落到一圍阻體槽內的樓板(floor)上。該爐芯熔化物將覆蓋在該圍阻體槽樓板上的混凝土加熱。當與該混凝土接觸的表 面變熱時，該爐芯熔化物與該混凝土起反應以產生大量的不可冷凝的氣體，其例如包含二氧化碳及氫並將該混凝土熔化及剝離。該被產生的不可冷凝的氣體會加壓該圍阻體槽並讓該圍阻體槽破裂。該混凝土的熔化及剝離會破壞該圍組體槽的邊界並降低該圍阻體槽的結構強度。如果該爐芯熔化物與該混凝土間的反應持續的話，該圍阻體槽會破裂而將圍阻體槽內的輻射性物質發射至外部環境中。

為了要禁止該爐芯熔化物與該混凝土間的反應，必須將該爐芯熔化物的底部與該混凝土接觸的表面冷卻至等於或低於熔化溫度(對於典型的混凝土而言為1500K或更低)或必須防止爐芯熔化物與該混凝土直接接觸。因此，各式反制措施被提出以防止爐芯熔化物的掉落，譬如像是揭露在專利文獻1至4(日本專利第3510670號、日本專利第3150451號、日本專利公開案第2007-225356號(JP-A-2007-225356)、及日本專利第3424932號)中所揭示者。

在本國或國外，對於用來維持一熔化的爐芯的方法有著不斷增長的需求。此不斷增長的需求不只是對於將被新建的反應器是如此，對於既存的反應器亦是如此。特別是，在既存的反應器中，安全性係藉由意外事件管理來加以確保。因此，用於嚴重意外事件的硬體補救措施，譬如一爐芯熔化物扣留結構的安裝，亦被施加在既存的反應器上是所想要的。

然而，藉由使用揭露在上文所述的專利文獻中的傳統 技術來製造(安裝)一用於扣留熔化的爐芯的結構，譬如一爐芯捕集器(其在下文中將被稱為“爐芯熔化物扣留結構”)，作為將一熔化的爐芯扣留住的方式不必然是容易的。這不只要適用於不是在以安裝一爐芯熔化物扣留結構為前提下所建造之既存的反應器上，還要適用於將被新建的反應器上。

如果爐芯熔化物扣留結構係應用傳統的技術而被安裝在一新建的反應器上的話，則必須放置一耐熱材料來熱保護該用於扣留一熔化的爐芯的結構並提供一用來供應冷卻水的冷卻單元以抑制該耐熱材料的熱剝離。該耐熱材料必須在配管或作為冷卻路徑的類似裝置被安裝之後被放置，而且還有它安裝限制，譬如像是包括用於冷卻路徑的空間在內的安裝空間的需求。一爐芯熔化物扣留結構的安裝因而不必然是容易的。

如果爐芯熔化物扣留結構係藉由使用傳統技術而被安裝在一既存的反應器上的話，則該不是以安裝一爐芯熔化物扣留結構為前提所建造之既存的反應器就沒有安裝空間或該既存的反應器有足夠的空間但在安裝方法上有所限制。既存的反應器的安裝限制條件比新建的反應器的安裝限制條件多很多。一爐芯熔化物扣留結構的安裝因而不必然是容易的。

安裝一沒有冷卻單元的爐芯熔化物扣留結構於一耐熱材料底下的想法亦是可利用的，用以便於安裝一爐芯熔化物扣留結構於新建的反應器中。此想法需要使用到具有高 耐熱性之昂貴的耐熱材料，其可耐受高溫爐芯熔化物的熱剝離，這將造成該爐芯熔化物扣留結構成本的增加。

本發明係有鑑於這些情況而被開發的，且本發明的一個目的是要提供一種爐芯捕集器，其可在不增加安裝成本下達成更容易安裝一爐芯熔化物扣留結構。

為了要達成上述的目的，一種依據本發明的實施例的爐芯捕集器包含一扣留表面，其被建構來捕捉並扣留爐芯熔化物(corium)；及一冷卻單元，其被建構來將充滿在該爐芯捕集器的外圍的冷卻劑引入到該爐芯捕集器中並藉由與該被引入的冷卻劑熱交換來冷卻包括該扣留表面在內的整個爐芯捕集器，其中該扣留表面及該冷卻單元係藉由配置多個爐芯熔化物扣留結構來建構，每一爐芯熔化物扣留結構包括一多面體，其具有至少一對平行的表面且具有一開口，該開口在一第一表面(其為該等平行表面的一者)被設置為一底面時被形成在一位在一側方向上的表面上，且該等爐芯熔化物扣留結構被建構成使得當該等多面體被設置成鄰接於該側方向上時該等多面體透過該等開口彼此聯通。

依據本發明，一爐芯熔化物扣留結構的安裝可在不增加安裝成本下比以前更容易安裝。

依據本發明的實施例的爐芯熔化物扣留結構、爐芯捕集器(其可被稱為“爐芯熔化物扣留設備”)、及爐芯捕集器製造方法將參考附圖於下文中予以描述。

[第一實施例]

圖1為一剖面圖，其例示一依據本發明的第一實施例之第一爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)10A的概觀，其為一爐芯捕集器，作為一捕捉並扣留爐芯熔化物的設備。圖2為一立體圖，其例示一第一爐芯熔化物扣留結構(塊體)20A的構造，其為依據本發明的實施例的爐芯熔化物扣留結構的例子。圖3為一立體圖，其例示一第二爐芯熔化物扣留結構(塊體)20B的構造，其為依據本發明的實施例的爐芯熔化物扣留結構的另一個例子。應指出的是，圖1中的實線箭頭代表冷媒1的運動及虛線箭頭代表蒸汽的運動。

該第一爐芯捕集器10A是一爐芯熔化物扣留設備，其係藉由配置多個爐芯熔化物扣留結構20(第一爐芯熔化物扣留結構20A及第二爐芯熔化物扣留結構20B)來建造。該第一爐芯捕集器10A被建構成使得整個設備可藉由將冷卻劑1(如，事先積蓄的水)經由形成在各個爐芯熔化物扣留結構20上的開口22或穿孔25引入到一內部空間中來予以冷卻。亦即，該第一爐芯捕集器10A被建構成能夠在與該爐芯熔化物(爐芯熔化材料)4接觸的上表面處熱交換，還可以將該上表面吸收的熱散逸至其它表面(側表 面及底面)。

該第一爐芯捕集器10A例如被安裝在一封閉的區域中，該區域可將該冷卻劑1儲存在一反應器壓力槽(未示出)的下部(如，一被台座側壁2及台座樓板3所圍繞的區域)。一被升高以接受該爐芯熔化物4的升導管部分5被設置在該上表面(在周緣側邊)的邊緣處。該升導管部分5例如是用截面是L型的耐熱材料製成的。

任何材料，譬如元素金屬、陶瓷、或合金，都可被自由地選取作為用於該升導管部分5的耐熱材料，只要該材料具有高於約950至1000℃的熔點即可，該溫度被假設為當該掉落的爐芯熔化物4與該第一爐芯捕集器10A的一被該冷卻劑1冷卻的表面接觸時該爐芯熔化物4的溫度。應指出的是，從降低該爐芯熔化物4造成的熱傷害的觀點來看，熔點愈高的材料愈適合作為用於該升導管部分5的耐熱材料。

該用於該升導管部分5的耐熱材料較佳地是一熔點不低於一溫度(在此例子中為約1200℃)的材料，其具有一預定安全範圍，其例如為該爐芯熔化物4落入到該冷卻劑1內之後的初始狀態的溫度(平均約950至1000℃)的20%。該耐熱材料更佳地為一熔點高於該爐芯熔化物4被該冷卻劑1冷卻之前的溫度(平均約2200℃)的材料。該耐熱材料又更佳地為一熔點不低於一溫度(在此例子中為約2640℃)的材料，其具有一預定安全範圍，其例如為該爐芯熔化物4被該冷卻劑1冷卻之前的溫度(平均約2200 ℃)的20%。

用於該升導管部分5的耐熱材料的例子包括元素金屬材料，譬如像是金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鎢(W)、石墨(C)、鉻(Cr)、鈹(Be)、鋁(Al)、鈦(Ti)、及鐵(Fe)、陶瓷材料，譬如氧化鋁(Al₂ O₃ )、二氧化鋯(ZrO₂ )、氧化鎂(MgO)、氮化矽(Si₃ N₄ )、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、及氮化硼(BN)、及合金材料，譬如像是銅合金及鋁合金。

在具有上述結構的該第一爐芯捕集器10A中，在該爐芯熔化物4掉落之前，整個裝置藉由用該冷卻劑1填充該第一爐芯捕集器10A而被事先冷卻。該第一爐芯捕集器10A將該爐芯熔化物4扣留在被該升導管部分5包圍之(在內側的)內部處。扣留該爐芯熔化物4的該上表面吸收來自該爐芯熔化物4的熱並將該熱散逸(傳遞)至側表面及底面以冷卻該爐芯熔化物4。該冷卻劑1從該第一爐芯捕集器10A的周邊外部被引入到該內部空間中(圖1的實心線箭頭所示)，而因吸收熱所產生的蒸汽被排放至外面(圖1的虛線箭頭所示)。

該第一爐芯熔化物扣留結構20A例如是一如圖2所示之矩形的平行六面體形狀的結構，且在各側表面21具有開口22。該等開口22係作為一通道(凹穴)，其在該等第一爐芯熔化物扣留結構20A被對準時允許冷卻劑1引入到該內部空間中。如果該第一爐芯捕集器10A係藉由設置多個第一爐芯熔化物扣留結構20A來建構的話，則該等第 一爐芯熔化物扣留結構20A係作為用來冷卻該第一爐芯捕集器10A的冷卻單元。

因為該第一爐芯熔化物扣留結構20A係藉由在上表面23處吸收待冷卻物件的該爐芯熔化物4的熱(熱從該物件被移除)、將該上表面23的熱傳遞至其它表面(側表面21及底面)、及將熱從該等其它表面散逸掉來卻冷卻該爐芯熔化物4(移除來自爐芯熔化物4的熱)，所以該第一爐芯熔化物扣留結構20A較佳地具有儘可能高的導熱性。原則上，被設置在最上面一排的每一第一爐芯熔化物扣留結構20A的上表面會與該爐芯熔化物4直接接觸(圖4中所示之具有一保護部分28的例子是例外(其將於下文中描述))。該第一爐芯熔化物扣留結構20A因而具有儘可能高的耐熱性是較佳的。

有鑑於以上所描述的情況，對於用於該第一爐芯熔化物扣留結構20A的材料第一項個要求即為高導熱性，第二項要求則為高耐熱性。

符合第一項要求之具有高導熱性的材料的例子包括金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鎢(W)、石墨(C)、鈹(Be)、鋁(Al)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、銅合金、及鋁合金。原則是，該材料係選自於在0℃時具有等於或大於鐵的導熱性(其為83.5瓦每公尺絕對溫度[W/m．K])的材料中。

關於第二項要求，在沒有(稍後將描述的)圖4所示的保護部分28的例子中，該材料必需具有至少和用於該 升導管部分5的耐熱材料的耐熱性一樣高的耐熱性。因此，用於該第一爐芯熔化物扣留結構20A的材料(在沒有該保護部分28時)係選自於至少具有約950至1000℃或更高的熔點的材料中。

如上文所述，該第一爐芯熔化物扣留結構20A具有高的導熱性且可有效地將熱(其係在該上表面23處接收到)從該爐芯熔化物4傳遞至側表面21及下表面。此外，與該爐芯熔化物4接觸的該上表面23的溫度不太可能升高，因而可降低在該上表面23處的熱傷害。換言之，該等第一爐芯熔化物扣留結構20A被建構成能夠自行扣留並冷卻該爐芯熔化物4。

當多個第一爐芯熔化物扣留結構20A被配置時，相鄰的第一爐芯熔化物扣留結構20A透過口22彼此聯通以形成一可讓冷卻劑1引入到該內部空間中的通道(凹穴)。因為各個第一爐芯熔化物扣留結構20A可有效地將上表面23的熱傳遞至側表面21及下表面，所以該等第一爐芯熔化物扣留結構20A可被建構成一個爐芯熔化物扣留設備，譬如像是該第一爐芯捕集器10A。

該第二爐芯熔化物扣留結構20B與該第一爐芯熔化物扣留結構20A不同處在於，該等冷卻劑入口孔25及蒸汽出口孔26(它們皆為穿孔)被設置來取***口22，而在其它方面則這兩者並沒有實質不同處。

該第二爐芯熔化物扣留結構20B例如是一種如圖3所示的矩形平行六面體的形狀，且具有是穿孔的冷卻劑入口 孔25且形成在側表面21上用來排放該冷卻劑1所轉變而成的蒸汽的蒸汽出口孔26。

在四個側表面21的至少兩個側表面(如，兩個相反的側表面)的操作期間，當該等側表面21在高度方向上(圖3的垂直方向上)被分成兩個大致相等的部分時，該等冷卻劑入口孔25例如被形成在一對應於一底面(其在圖3中為一下表面)的區域中(其在下文中將被稱為“下區域”)。當多個第二爐芯熔化物扣留結構20B被配置時，該等冷卻劑入口孔25被設置以造成相鄰的第二爐芯熔化物扣留結構20B透過該等冷卻劑入口孔25彼此聯通。該等冷卻劑入口孔25係作為可讓冷卻劑1引入到該內部空間中的通道(凹穴)。

從提高該第二爐芯熔化物扣留結構20B的導性性的觀點來看，每一側表面21必須具有一儘可能大的區域。因此，該等冷卻劑入口孔25較佳地具有可讓該冷卻劑1流動所需的最小尺寸。

有鑑於累積在一上側面上的蒸汽特性，當該等側表面21在操作期間被分成在厚度方向上的兩個大致相等的部分時，該等蒸汽出口孔26被形成在一對應於該上表面23的區域中(其在下文中將被稱為“上區域”)。再者，為了將蒸汽排放至該等第二爐芯熔化物扣留結構20B的外面，該等蒸汽出口孔26被設置來在多個第二爐芯熔化物扣留結構20B被配置時至少造成相鄰的第二爐芯熔化物扣留結構20B彼此聯通。

該等蒸汽出口孔26例如分別被形成在所有側表面21上，如圖3所示。該等蒸汽出口孔26較佳地能夠將大量的蒸汽排放至外面。因此，如果該等蒸汽出口孔26的大小是固定不變的話，則將該等蒸汽出口孔26形成在儘可能多的側表面21上是較佳的(三或四個側表面21比兩個側表面好)。或者，在每一側表面21上的蒸汽出口孔26最好是儘可能地大。

如上文描述的，雖然該第二爐芯熔化物扣留結構20B具有與第一爐芯熔化物扣留結構20A相同的功能，但該第二爐芯熔化物扣留結構20B在將熱傳導至相鄰的爐芯熔化物扣留結構20A或20B方面則更有效率，且具有比第一爐芯熔化物扣留結構20A高的冷卻能力。

依據該第一爐芯扣留設備(爐芯捕集器)10A(其係藉由設置多個上文所述的第一爐芯熔化物扣留結構20A或第二爐芯熔化物扣留結構20B來建構)，該第一爐芯捕集器10A可藉由設置該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B來加以安裝。因此，即使是在既存的反應器中或類此者中用於安裝的空間有限，該第一爐芯捕集器10A的大小可藉由調整該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B的數量及配置來予以調整。

亦即，該第一爐芯捕集器10A可用相同的安裝(製造)方法(即，設置該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B，不論用於安裝的空間的大小是否受限)來安裝。因此，該等第一爐芯熔化物扣留結構20A或該等第二爐芯熔化物扣 留結構20B都能夠讓爐芯熔化物扣留設備(譬如，該第一爐芯捕集器10A)的安裝很容易且不會增加安裝成本。

構成該第一爐芯捕集器10A的該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B可在該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B的上表面23處扣留該爐芯熔化物4且可透過開口22或25將冷卻劑1供應至一內部穴室中。因此，該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B可經由沸騰熱傳遞來將熱從該被扣留的爐芯熔化物4移除至該冷卻劑1。

又，夠成該第一爐芯捕集器10A的該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B是用例如一具有高導熱性的材料，譬如銅，所製成的。因為該導熱性的關係，該等上表面23不太可能升高溫度，因此，熱傷害的發生可被降低。

再者，與該第一爐芯捕集器10A係使用該第一爐芯熔化物扣留結構20A建構的例子相較，如果該第一爐芯捕集器10A係使用該第二爐芯熔化物扣留結構20B來建構的話，則該第一爐芯捕集器10A在每一側表面21的下區域具有較小的開口面積且與冷卻劑1接觸的面積較大。因此，在帶走每一側表面21的熱及將熱傳導至下側(底面側)的有效性方面可被提高，且冷卻能力可被改善。

應指出的是，該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B不一定要是矩形的平行六面體。該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B可以是任何多面體，只要至少多個該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B可被配置成具有可扣留該爐芯熔化物4的表面來作為上表面，及開口22或穿孔25及26 可被形成在側方向上即可。例如，該爐芯熔化物扣留結構20A或20B可以是一矩形的十二面體或六角柱。

該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B不一定要被配置成從上方觀看是大致圓形的形狀。該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B可被配置成一多邊形的形狀。

[第二實施例]

圖4為一局部剖面圖，其以放大的比例示意地顯示第二爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)10B(其為依據本發明的第二實施例的爐芯捕集器)的一部分。

該第二爐芯捕集器10B不同於該第一爐芯捕集器10A的地方在於一保護部分28，其保護該等爐芯熔化物扣留結構20(20A或20B)並防止爐芯熔化物4進入到介於該等爐芯熔化物扣留結構20之間的間隙中，該保護部分被進一步設置在一用來扣留該爐芯熔化物4的表面上(即，在一被升導管部分5包圍的內側上)及在該等爐芯熔化物扣留結構20的上表面23上。

該保護部分28是一負責保護該等爐芯熔化物扣留結構20不與高溫的爐芯熔化物4(在冷卻前平均約為2200℃)接觸並防止爐芯熔化物4進入該等爐芯熔化物扣留結構20之間的間隙的構件。因此，該保護部分28必須具有耐熱性，其等於或大於一用於該升導管部分5的材料的耐熱性及該等爐芯熔化物扣留結構20A或20B的耐熱性。

一用於該保護部分28的材料可選自於例如類似於用 於該升導管部分5的耐熱材料之元素金屬材料、陶瓷材料金材料。為了賦予足以承受該爐芯熔化物4被冷卻劑1冷卻之前的溫度的耐熱性，二氧化鋯(ZrO₂ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、鉬(Mo)、鎢(W)、及石墨(C)是較佳的。

該第二爐芯捕集器10B可達成與該第一爐芯捕集器10A相同的好處。此外，因為一邊界可藉由用該保護部分28覆蓋該等爐芯熔化物扣留結構20而被形成在該爐芯熔化物4與該等爐芯熔化物扣留結構20之間，所以導因於該爐芯熔化物4的該等爐芯熔化物扣留結構20直接剝離(熱傷害)可被避免掉。又，藉由用該保護部分28覆蓋該等爐芯熔化物扣留結構20，該爐芯熔化物4可被防止進入該等爐芯熔化物扣留結構20之間的間隙內。

[第三實施例]

圖5為一局部剖面圖，其以放大的比例示意地例示依據本發明的第三實施例的第三爐芯捕集器10C的概觀。應指出的是，圖5中的實心箭頭代表冷卻劑1的運動及虛線箭頭代表蒸汽的運動。

該第三爐芯捕集器10C不同於第一爐芯捕集器10A之處在於一作為冷卻劑入口及蒸汽出口單元的雙管結構30被額外地提供，其它方面則與第一爐芯捕集器10A沒有實質的不同，其中該冷卻劑入口及蒸汽出口單元係同時作為一冷卻劑入口單元(其將冷卻劑1引入到該等爐芯熔化物扣留結構20(20A或20B)的一內部空間中)及一蒸汽出 口單元(其將蒸汽排放至外面)。因此，在第三實施例的描述中，與該第一爐芯捕集器10A相同的構件被標示相同的標號，且該等構件的描述將被省略。

該第三爐芯捕集器10C係藉由設置多個爐芯熔化物扣留結構20(第一爐芯熔化物扣留結構20A或第二爐芯熔化物扣留結構20B)來建造。該雙管結構30(其將冷卻劑1從該面引入到該內部空間中並將產生在該內部空間內的蒸汽排放至外面)被設置在至少一建構該第三爐芯捕集器10C的該等爐芯熔化物扣留結構20的每一者上。

該雙管結構30包括一作為冷卻劑入口單元的外管31(其將冷卻劑1從該面引入到該內部空間中)及一作為該蒸汽出口單元的內管32(其將產生在該內部空間內的蒸汽排放至外面)。該外管31的上端係位在冷卻劑1的空間內且為了要防止一從上方落下來的物件(譬如，爐芯熔化物4)進入而被側向彎折。相反地，該內管32的上端係位在該冷卻劑1的表面上方。一保護件33被設置在上端以防止一從上方落下來的物件進入並保護該雙管結構30。

該保護件33可具有任何想要的形狀，只要該保護件33具有防止一從上方落下來的物件進入並保護該雙管結構30的功能即可。例如，示於圖5中的保護件33被形成為一大致圓錐形或金字塔形，其在該雙管結構30的中心處或接近中心處具有一高於周邊部分的部分，使得一從上方掉落的物件不可能停留在該保護件33上，即可能朝向周圍掉落。

如上文所述，該雙管結構30被建構成使得該外管31(其為一用來將冷卻劑1從該面引入到該內部空間中的系統)及該內管32(其為一用來將產生在該內部空間內的蒸汽排放至外面的系統)是分開的，但卻是被一體地形成。此構造在具有效率及節省空間下允許該冷卻劑1的供應及該蒸汽的排放。

此外，作為該冷卻劑入口及蒸汽出口單元的該雙管結構30被建構成使得用來將蒸汽排放至外面的蒸汽排放單元(該內管32)被設置在該用來將冷卻劑1引入到該內部空間中的冷卻劑入口單元(該外管31)(在內周邊側)的內部。此構造允許該冷卻劑入口單元藉由流過該冷卻劑1來冷卻該蒸汽排放單元並防止該蒸汽排放單元被高熱破壞。

該第三爐芯捕集器10C可達成與第一爐芯捕集器10A相同的好處。此外，該第三爐芯捕集器10C更包括該冷卻劑入口單元及該蒸汽排放單元(如，該雙管結構30)。該冷卻劑1亦經由該冷卻劑入口單元(如，該外管31)被引入到該內部空間，及在該內部空間中的蒸汽經由該蒸汽排放單元(如，該內管32)被排放到外面。因此，該第三爐芯捕集器10C可以比沒有該冷卻劑入口單元及該蒸汽排放單元的該第一爐芯捕集器10A更有效率地冷卻該爐芯熔化物4。

此外，該第三爐芯捕集器10C包括該冷卻劑入口及蒸汽出口單元(如，該雙管結構30)作為該冷卻劑入口單元 及該蒸汽排放單元，其中一用來將冷卻劑1從該面引入到該內部空間中的系統及一用來將產生在該內部空間內的蒸汽排放至外面的系統是分開的，但卻是被一體地形成。藉此構造，該第三爐芯捕集器10C可有效率地供應冷卻劑1及排放蒸汽並節省空間。

再者，當作為冷卻劑入口及蒸汽出口單元的該雙管結構30被建造時，作為用來將蒸汽排放至外面的蒸汽出口單元的該內管32係被設置在內徑側上，及作為用來將冷卻劑1引入該內部空間的冷卻劑入口單元的外管31係被設置在外徑側上。因為該冷卻劑入口單元用流動的冷卻劑1來冷卻該蒸汽排放單元，所以該蒸汽出口單元可免於受到熱傷害。

該雙管結構30從防止一從上方掉落的物件造成破壞的觀點被建構成使得該外管31的上端被側向彎折及使得該保護件33被設置在該內管32的上端。然而，如果有好的理由的話(譬如，小的破裂風險)，則該雙管結構30就不必用上述的方式來建構。

例如，假設一個該作為該冷卻劑入口及蒸汽出口單元的該雙管結構30被設置在一控制桿驅動機構(其在下文中將被稱為“CRD”)的正下方的例子。因為該CRD被設置有防止掉落機構，所以即使是沉積在反應器壓力槽的下部的該高溫的爐芯熔化物4從例如一朝著一圍阻體槽的下部延伸的計量器噴出，該噴出的爐芯熔化物4亦不被預期會落在該作為冷卻劑入口及蒸汽出口單元的雙管結構30 上。

[第四實施例]

圖6(其包括圖6A及6B)為一說明性圖式，其顯示第四爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)10D的概觀，其為依據本發明的第四實施例的爐芯捕集器。更明確地，圖6A是該第四爐芯捕集器10D的剖面圖，及圖6B為該第四爐芯捕集器10D的底視圖。

該第四爐芯捕集器10D不同於該第一爐芯捕集器10A之處在於，一用來引入冷卻劑1的入口管件37被額外地設置，而其它方面則與第一爐芯捕集器10A沒有實質的不同。因此，在第四實施例的描述中，與該第一爐芯捕集器10A相同的構件被標示相同的標號，且該等構件的描述將被省略。

該第四爐芯捕集器10D與該第一爐芯捕集器10A一樣係藉由設置多個爐芯熔化物扣留結構20(第一爐芯熔化物扣留結構20A或第二爐芯熔化物扣留結構20B)來建造。如圖6A及6B所示，該第四爐芯捕集器10D包括該入口管件37，其在四個位置的每一位置處將冷卻劑1引入到一內部空間中。

該入口管件37的位置及數量是任意的。被假設的是，因為該冷卻劑1係經由在該第四爐芯捕集器10D或類此者(其係藉由設置多個爐芯熔化物扣留結構20來建構)上的開口22或穿孔25而從一周邊的外面流入到該裡面， 所以冷卻劑1流入到一位在一中心及靠近該中心的區域(其在下文中將被稱為“中心區域”)的困難度會隨著直徑的增加(該入口管件37在徑向上的數量的增加)而增加。因此，將該入口管件37連接至該中心區域是較佳的。

在本文中該中心區域係指一個區域，其位在比該第四爐芯捕集器10D的一從上方觀看的形狀(圖6A及6B中一大致圓形的形狀)的外緣(周緣)更靠近該形狀的中心的位置處。

例如，在圖6A及6B所示的該第四爐芯捕集器10D中，該中心區域是一個對應於一同心圓的區域，該同心圓具有一直徑，其為在一垂直於一軸方向的方向上所取的圓形橫截面的直徑的一半。在圖6A及6B所示的該第四爐芯捕集器10D中，四個入口管件37被設置在該中心區域，如圖6B所示。

應指出的是，經由該入口管件37供應的冷卻劑1可從反應器圍阻體槽的外面被供應或可以是累積在該反應器圍阻體槽內的(水)的排洩。或者，設置在該第四爐芯捕集器10D內的入口管件37的一部分可供應來自反應器圍阻體槽外面的冷卻劑1，其它的入口管件可供應累積在該反應器圍阻體槽內的排洩水作為該冷卻劑1。

該第四爐芯捕集器10D可達成與第一爐芯捕集器10A相同的好處。此外，該第四爐芯捕集器10D可將與儲存在該第四爐芯捕集器10D內的冷卻劑1不同的冷卻劑1經由該入口管件37引入到該內部。因此，該第四爐芯捕集器 10D可以比沒有該入口管件37的該第一爐芯捕集器10A或相類者更有效率地冷卻該爐芯熔化物4。

此外，該第四爐芯捕集器10D具有配置在該中心區域內的入口管件37。因此，該第四爐芯捕集器10D比沒有該入口管件37的該第一爐芯捕集器10A或相類者在溫度方面表現出更小的變動且可以一平衡的方式冷卻該爐芯熔化物4。又，使用累積在該反應器圍阻體槽內的排洩水可以省去對於從該反應器圍阻體槽外面分開地供應該冷卻劑1的需求。

[第五實施例]

圖7為一局部剖面圖，其顯示一第五爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)10E，其為依據本發明的第五實施例的爐芯捕集器及顯示一第六爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)10F，其為依據本發明的第六實施例的爐芯捕集器，的概觀。應指出的是，圖7中的實心線箭頭代表冷卻劑1的運動及虛線箭頭代表蒸汽的運動。示於圖7中的X、Y、及Z軸對應於圖8及9中的X、Y、及Z軸(其將於稍後被參考)。

該第五爐芯捕集器10E不同於該第一爐芯捕集器10A之處在於一升導管部分38(其係藉由配置該等爐芯熔化物扣留結構20(20A或20B)來建造的)被提供來取代該升導管部分5，其它方面則與第一爐芯捕集器沒有實質的不同。因此，在第五實施例的描述中，與該第一爐芯捕集器 10A相同的構件被標示相同的標號，且該等構件的描述將被省略。

該第五爐芯捕集器10E與第一爐芯捕集器10A一樣係藉由設置多個爐芯熔化物扣留結構20(第一爐芯熔化物扣留結構20A或第二爐芯熔化物扣留結構20B)來建造，且在最外面一列(row)多設一些爐芯熔化物扣留結構用以比其它列的爐芯熔化物扣留結構高。

被設置在最外面一列上的該等爐芯熔化物扣留結構20係作為該第五爐芯捕集器10E的升導管部分38。該升導管部分38的高度(排的數目)被設定為高於爐芯熔化物4且低於該冷卻劑1的水位。

該升導管部分38具有一由該等開口22或穿孔25及在內部的該等爐芯熔化物扣留結構20的開口及穿孔所形成的冷卻通道。因此，該升導管部分38不只扮演與第一爐芯捕集器10A或相類者中的升導管部分5相同的角色，它還具有用該冷卻劑1冷卻的功能。

圖8為一部分立體圖，其示意地顯示依據本發明的第五實施例的爐芯捕集器的第五爐芯捕集器10E的一部分(在圓周方向上的四分之一)。

該第五爐芯捕集器10E係藉由設置多個具有開口的側表面21之爐芯熔化物扣留結構20(如第一爐芯熔化物扣留結構20A)來建構。該升導管部分38係藉由將具有開口的側表面21的該等爐芯熔化物扣留結構20設置在與稍早提到的該等爐芯熔化物扣留結構20成90度(90°)的 方位上來建構的。

如果具有開口的表面21的該等爐芯熔化物扣留結構20被設置在該90°的方位上的話，則構成該升導管部分38的該等爐芯熔化物扣留結構20中的一部分的開口22或穿孔25及26係面朝向內側(即，該爐芯熔化物4被扣留的那一側)。因此之故，只用來阻塞該等開口22或穿孔25及26的該等爐芯熔化物扣留結構20被設置在該第五爐芯捕集器10E中，用以防止該爐芯熔化物4經由開口22或穿孔25及26進入到構成該升導管部分38的該等爐芯熔化物扣留結構20的內部中。

被設置來只為了阻塞在圖8所示的該第五爐芯捕集器10E內的開口22或穿孔25及26的該等爐芯熔化物扣留結構20將被描述。例如，在構成該升導管部分38的該等爐芯熔化物扣留結構20中，位在X軸方向上從原點(座標軸的交會點)算起的第二列及在Y軸方向上從原點算起的第三列的四個爐芯熔化物扣留結構20係被設置來只為了阻塞開口22或穿孔25及26，它們在四個相鄰的爐芯熔化物扣留結構20(其係位於X軸方向的第二列及Y軸方向的第四列上)的Y方向上係開放的。

該第五爐芯捕集器10E可達成與第一爐芯捕集器10A相同的好處。此外，因為該升導管部分38可使用該等爐芯熔化物扣留結構20來建構，所以整個第五爐芯捕集器可以只使用該等爐芯熔化物扣留結構20來建構，因此可降低安裝(製造)成本。再者，該升導管部分38具有冷 卻功能且可防止該升導管部分38因為溫度升高而損壞。

應指出的是，該第五爐芯捕集器10E不必使用相同類型的爐芯熔化物扣留結構(如，只用第一爐芯熔化物扣留結構20A或第二爐芯熔化物扣留結構20B)來建構。該第五爐芯捕集器10E可使用第一爐芯熔化物扣留結構20A及第二爐芯熔化物扣留結構20B的組合來予以建造(如，藉由使用第一爐芯熔化物扣留結構20A來建造該升導管部分38及使用第二爐芯熔化物扣留結構20B來建造其餘的部分)。

[第六實施例]

圖9為一部分立體圖，其示意地顯示依據本發明的第六實施例的爐芯捕集器的第六爐芯捕集器10F的一部分。

該第六爐芯捕集器10F與第五爐芯捕集器10E不同之處在於爐芯熔化物扣留結構40A及40B(其開口只被形成在一對相反的方向上)被用來取代一部分構成該升導管部分38的爐芯熔化物扣留結構20，其它方面則與第五爐芯捕集器沒有實質的不同。因此，在第六實施例的描述中，與該第五爐芯捕集器10E相同的構件被標示相同的標號，且該等構件的描述將被省略。

為了要建構該第六爐芯捕集器10F，多個爐芯熔化物扣留結構20(第一爐芯熔化物扣留結構20A或第二爐芯熔化物扣留結構20B)係用與第五爐芯捕集器10E相同的方式來建造。藉此操作，包括該升導管部分38的該第六 爐芯捕集器10F即被建造。該升導管部分38的高度(排的數目)被設定為高於比爐芯熔化物4且低於該冷卻劑1的水位。

關於該第六爐芯捕集器10F，一爐芯熔化物扣留結構40A(其具有只被形成在一對相反的表面上的開口)及一爐芯熔化物扣留結構40B(其具有被形成在四個表面中的三個表面上的開口且具有開口的該等表面形成U形)係從消除對於只為了阻塞出現在該第五爐芯捕集器10E中的開口22或穿孔25及26的爐芯熔化物扣留結構20的需求的觀點來加以建造的。

在該第六爐芯捕集器10F中，該升導管部分38係藉由適當地結合爐芯熔化物扣留結構40A及40B和爐芯熔化物扣留結構20來建造的。因此，該升導管部分38可被建構成不具有開口至內側(即，該爐芯熔化物4被扣留的那一側)的開口22或穿孔25及26，無需設置不必要的爐芯熔化物扣留結構20。

在該第六爐芯捕集器10F的該升導管部分38的成員中，在一藉由設置爐芯熔化物扣留結構20及40B(如，總數12個的爐芯熔化物扣留結構20及40B(由3個在Y軸方向上的爐芯熔化物扣留結構乘上4個在Z軸方向上位在X軸方向從圖9的原點算起的第二列上的爐芯熔化物扣留結構)而建構的部分中，相鄰接的爐芯熔化物扣留結構20及40B可彼此聯通。因此，該第六爐芯捕集器10F的升導管部分38的冷卻能力高於第五爐芯捕集器10E的升 導管部分38的冷卻能力。

該第六爐芯捕集器10F達成與第五爐芯捕集器10E相同的好處。此外，在建造該第六爐芯捕集器10F的升導管部分38時，無需使用到只被用來阻塞開口22之不必要的爐芯熔化物扣留結構20。因此，建造該第六爐芯捕集器10F所需之爐芯熔化物扣留結構20、40A及40B的數量可被減少。

再者，依據該第六爐芯捕集器10F，該升導管部分38可被建構成使得在Z軸方向上相鄰的該等爐芯熔化物扣留結構20彼此聯通，就像是第五爐芯捕集器10E的升導管部分38一樣。不只如此，該升導管部分38可被建構成使得在X軸方向或Y軸方向上相鄰的該等爐芯熔化物扣留結構20及40B彼此聯通。因此，該升導管部分38可被建構成具有比第五爐芯捕集器10E的升導管部分38更高的冷卻效率。亦即，包括該升導管部分38的該第六爐芯捕集器10F可被建構，其中該升導管部分38比該第五爐芯捕集器10E的升導管部分38更能抵抗熱傷害。

應指出的是，雖然該升導管部分38以建構爐芯熔化物扣留結構20、40A及40B的方式來建構的例子已被例示為圖9所示的第六爐芯捕集器10F，但該升導管部分38可以只使用該爐芯熔化物扣留結構40A來形成。

如上文所述，依據本發明的實施例的該等爐芯熔化物扣留結構、爐芯捕集器(爐芯熔化物扣留設備)、及爐芯熔化物扣留設備的製造方法，不論用於安裝的空間是否受 限，一種爐芯熔化物扣留設備可用相同的安裝(製造)方法(即，設置爐芯熔化物扣留結構)來予以安裝。因此，本發明的該等實施例的爐芯熔化物扣留結構讓爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)的安裝可以是容易的且不增加安裝成本。

又，依據本發明的實施例的該等爐芯熔化物扣留結構、爐芯捕集器、及爐芯熔化物扣留設備的製造方法，該爐芯熔化物4可扣留在設置於頂排(top tier)的爐芯熔化物扣留結構的上表面處，且冷卻劑1可經由開口被供應至一內部凹穴中。因此，熱可經由沸騰熱傳遞而從該爐芯熔化物4被有效率地移除至該冷卻劑1。

再者，本發明的爐芯熔化物扣留結構及爐芯捕集器是用具有高導熱性的材料製成的。因為該導熱性的關係，該等上表面的溫度不太可能升高，熱傷害的發生就可被降低。

應指出的是，本發明並不侷限於上述的實施例，因為它們在實施的階段可被體現為除了描述於上文中的特定實施例之外的不同形式。各種的省略、添加、取代、及改變可在不偏離本發明的精神和範圍下被達成。這些實施例及它們的修改都被包括在本發明的精神和範圍內且被包括在下面的申請專利範圍及其等效物所揭露的範圍內。

10A‧‧‧第一爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)

20A‧‧‧第一爐芯熔化物扣留結構(塊體)

20B‧‧‧第二爐芯熔化物扣留結構(塊體)

20‧‧‧爐芯熔化物扣留結構

1‧‧‧冷卻劑

22‧‧‧開口

25‧‧‧穿孔

26‧‧‧穿孔

4‧‧‧爐芯熔化物

2‧‧‧台座側壁

3‧‧‧台座樓板

5‧‧‧升導管部分

21‧‧‧側表面

23‧‧‧上表面

28‧‧‧保護部分

25‧‧‧冷卻劑入口孔

26‧‧‧蒸汽出口孔

30‧‧‧雙管結構

32‧‧‧內管

31‧‧‧外管

33‧‧‧保護件

37‧‧‧入口管件

10B‧‧‧第二爐芯捕集器

10C‧‧‧第三爐芯捕集器

10D‧‧‧第四爐芯捕集器

10E‧‧‧第五爐芯捕集器

10F‧‧‧第六爐芯捕集器

38‧‧‧升導管部分

40A‧‧‧爐芯熔化物扣留結構

40B‧‧‧爐芯熔化物扣留結構

圖1為一剖面圖，其例示依據本發明的第一實施例的 爐芯捕集器；圖2為一立體圖，其例示一第一爐芯熔化物扣留結構的構造，該爐芯熔化物扣留結構為依據本發明的實施例的爐芯熔化物扣留結構的例子；圖3為一立體圖，其例示一第二爐芯熔化物扣留結構的構造，該爐芯熔化物扣留結構為依據本發明的實施例的爐芯熔化物扣留結構的另一個例子；圖4為一局部剖面圖，其以放大的比例示意地例示依據本發明的第二實施例的爐芯捕集器的一部分；圖5為一局部剖面圖，其以放大的比例示意地例示依據本發明的第三實施例的爐芯捕集器的一部分；圖6(其包括圖6A及6B)為說明性圖式，其例示依據本發明的第四實施例的爐芯捕集器的構造，圖6A為剖面圖，及圖6B為底視圖；圖7為一局部剖面圖，其示意地例示依據本發明的第五及第六實施例的爐芯捕集器；圖8為一部分立體圖，其示意地例示依據本發明的第五實施例的爐芯捕集器的一部分；及圖9為一部分立體圖，其示意地例示依據本發明的第六實施例的爐芯捕集器的一部分。

1‧‧‧冷卻劑

2‧‧‧台座側壁

3‧‧‧台座樓板

4‧‧‧爐芯熔化物

5‧‧‧升導管部分

10A‧‧‧第一爐芯熔化物扣留設備(爐芯捕集器)

20A‧‧‧第一爐芯熔化物扣留結構(塊體)

20B‧‧‧第二爐芯熔化物扣留結構(塊體)

Claims (10)

1. 一種在核子反應器的圍阻體槽內的爐芯捕集器，該爐芯捕集器包含：一在該圍阻槽的一儲存冷卻劑的部分內的扣留表面，該扣留表面被建構來捕捉並扣留爐芯熔化物(corium)；及一冷卻單元，其被建構來將被儲存的冷卻劑引入到該爐芯捕集器中並藉由與該被引入的冷卻劑熱交換來冷卻包括該扣留表面在內的整個爐芯捕集器，其中該扣留表面及該冷卻單元係藉由將多個爐芯熔化物扣留結構以彼此相鄰的方式配置成一側向矩陣來建構，其中每一爐芯熔化物扣留結構包括一多面體，其具有至少一對平行的側表面且具有一形成在該等平行的側表面的一者上的開口，其中在該等多面體的每一者內的冷卻劑透過該開口和該側向陣列的一側向相鄰的多面體聯通。
2. 如申請專利範圍第1項之爐芯捕集器，其更包含一冷卻劑供應單元，其被建構來將一不是該被儲存的冷卻劑的冷卻劑供應至一其上配置了該等爐芯熔化物扣留結構的樓板表面。
3. 如申請專利範圍第2項之爐芯捕集器，其中該冷卻劑供應單元被安裝成比在該爐芯捕集器的一從上方觀看時的形狀的外緣更靠近該形狀的中心。
4. 如申請專利範圍第1項之爐芯捕集器，其更包含一 升導管，其在該扣留表面的外緣處向上突出並將爐芯熔化物扣留在該側方向上的扣留表面上，其中該升導管包含一堆疊的該等爐芯熔化物扣留結構。
5. 如申請專利範圍第4項之爐芯捕集器，其中該等爐芯熔化物扣留結構的每一者係被建構成矩形平行六面體且該升導管係由一在其至少兩個表面上具有開口部分的矩形平行六面體所建構的。
6. 如申請專利範圍第1項之爐芯捕集器，其更包含一第二冷卻劑入口單元其將冷卻劑引入到該等多個被配置的爐芯熔化物扣留結構的一爐芯熔化物扣留結構內，及一蒸汽出口單元其將蒸汽從該爐芯熔化物扣留結構內部排放出。
7. 如申請專利範圍第6項之爐芯捕集器，其中該第二冷卻劑入口單元及該蒸汽出口單元被一體地建構成為一雙管結構，其包括一內管和一外管，該內管及外管的每一者具有不同的直徑且彼此被同心圓地配置。
8. 如申請專利範圍第7項之爐芯捕集器，其中該雙管結構包括作為該蒸汽出口單元的該內管及作為該第二冷卻劑入口單元的該外管。
9. 如申請專利範圍第6項之爐芯捕集器，其中該第二冷卻劑入口單元及該蒸汽出口單元係被安裝在一控制棒驅動機構的正下方。
10. 如申請專利範圍第1項之爐芯捕集器，其更包含一被設置在該爐芯熔化物扣留結構的上表面上的保護部 分，其完整地覆蓋該爐芯熔化物扣留結構的整個上表面。