專利名稱:液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆及其除熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將液態(tài)金屬用作冷卻材料的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆及其除熱方法。
背景技術(shù)：
在液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆中，為了應(yīng)對運轉(zhuǎn)中的緊急事態(tài)，或者為了進(jìn)行保養(yǎng)檢修，需要停止燃料中的核分裂反應(yīng)，使其達(dá)到低溫狀態(tài)。一般，反應(yīng)堆的停止是通過將停堆棒插入堆芯，從燃料中獲取使核分裂發(fā)生的中子來進(jìn)行的。
但是，反應(yīng)堆停止后也會在一定時間內(nèi)從堆芯繼續(xù)產(chǎn)生殘留衰變熱，反應(yīng)堆容器內(nèi)的液態(tài)金屬冷卻材料的溫度不會快速降低。因此，為了在反應(yīng)堆停止后進(jìn)行某種作業(yè)，必須使該殘留衰變熱盡快消散。該液態(tài)金屬冷卻材料以及鄰接的堆構(gòu)造物的熱容量較大，因此有助于殘留衰變熱的消散。該液態(tài)金屬冷卻材料中蓄積的殘留衰變熱，從反應(yīng)堆容器向密封外殼傳遞，并且通過以空氣為工作流體的被動冷卻系統(tǒng)(RVACS)向外部排出。
由此，防止一般以SUS制作的反應(yīng)堆容器或密封外殼，經(jīng)過長期間暴露于高溫而強(qiáng)度降低，并且防止在它們外側(cè)配置的混凝土制的筒倉(日文寸4 口)性質(zhì)變脆。
為了促進(jìn)這種殘留衰變熱的除去，提出了在液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆中，導(dǎo)流板(參照附圖符號9)的壁上設(shè)置有孔流路的方案(例如，專利文獻(xiàn)I)。另外，盡管并非用于液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的技術(shù)，還提出了用水淋濕反應(yīng)堆的密封外殼的外側(cè)表面來促進(jìn)密封外殼的除熱的技術(shù)方案(例如，專利文獻(xiàn)2)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I :日本專利第3499920號說明書
專利文獻(xiàn)2 :日本專利第2813412號說明書

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
可是，反應(yīng)堆的通常運轉(zhuǎn)時的產(chǎn)生熱以及反應(yīng)堆停止時產(chǎn)生的殘留衰變熱，能夠通過反應(yīng)堆容器以及密封外殼的間隙中的輻射和封入的非活性氣體的熱傳導(dǎo)以及對流，向被動冷卻系統(tǒng)(RVACS)傳遞。
另一方面，反應(yīng)堆容器以及密封外殼的間隙中的熱傳遞，由于熱傳導(dǎo)或?qū)α鞯挠绊懶《梢哉J(rèn)為輻射是決定性的。因此，為了增大輻射的熱傳遞效率，反應(yīng)堆容器的外側(cè)壁以及密封外殼的內(nèi)側(cè)壁，以能夠獲得高輻射率的方式被處理。
但是在現(xiàn)實中，由于反應(yīng)堆容器以及密封外殼的溫度差大，因此在被動冷卻系統(tǒng)(RVACS)的除熱中，顯然從反應(yīng)堆容器向密封外殼的熱傳遞效率較差。
本發(fā)明為了提高被動冷卻系統(tǒng)(RVACS)的除熱效率，目的在于提供一種除熱能力高的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆及其除熱方法。[0016]用于解決課題的手段
在液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆中，其特征在于，具有保持堆芯及其冷卻材料的反應(yīng)堆容器；包圍上述反應(yīng)堆容器的外側(cè)的密封外殼；使空氣在上述密封外殼的外側(cè)流動來進(jìn)行除熱的空氣流路；以及在上述反應(yīng)堆容器與上述密封外殼的間隙中注入填充材料的注入部。
在液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的除熱方法中，特征在于，包括在保持堆芯及其冷卻材料的反應(yīng)堆容器與包圍其外側(cè)的密封外殼的間隙中注入填充材料的工序；以及使空氣在上述密封外殼的外側(cè)流動來進(jìn)行除熱的工序。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，提供通過在反應(yīng)堆容器以及密封外殼的間隙中注入液態(tài)金屬等熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的填充材料，使密封外殼的外壁的溫度上升，基于被動冷卻系統(tǒng)(RVACS)等的除熱能力高的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆及其除熱方法。


圖I為表示本發(fā)明的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的第I實施方式的構(gòu)成剖視圖。
圖2為第I實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
圖3A為圖I的A — A剖視圖。
圖3B為圖2的B — B剖視圖。
圖4A為表示第I實施方式的變形例的局部剖視圖。
圖4B為表不第I實施方式的另一變形例的局部剖視圖。
圖5A為第2實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的構(gòu)成剖視圖。
圖5B為圖5A的B — B剖視圖。
圖6為第3實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的構(gòu)成剖視圖。
圖7為第3實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
圖8為第3實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
圖9為第4實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的構(gòu)成剖視圖。
圖10為第4實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
圖11為第4實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
圖12為第5實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的構(gòu)成剖視圖。
圖13為第5實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
圖14為第5實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動作說明圖。
具體實施方式
(第I實施方式)
以下參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。
如圖I所示，第I實施方式的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆10 (以下簡稱為“反應(yīng)堆”)，具有保持堆芯11及其冷卻材料L的反應(yīng)堆容器22、包圍反應(yīng)堆容器22的外側(cè)的密封外殼23、在反應(yīng)堆容器22以及密封外殼23的間隙D中注入填充材料T的注入部30、以及使空氣在密封外殼23的外側(cè)流動而進(jìn)行除熱的空氣流路U。
并且，該反應(yīng)堆容器22、密封外殼23、注入部30以及空氣流路U，在埋設(shè)于地中的混凝土制的筒倉25的內(nèi)部形成。
該反應(yīng)堆容器22以及密封外殼23，其上部開口部分在支撐板21的下表面?zhèn)缺恢?。該密封外?3與反應(yīng)堆容器22 —起對堆芯11進(jìn)行雙重包圍，即使在內(nèi)側(cè)的反應(yīng)堆容器22損傷而冷卻材料泄漏的情況下也能夠確保其液面高度，避免堆芯11露出而空燒。
并且，在支撐板21的上表面?zhèn)?，配置分別驅(qū)動中子反射體12以及停堆棒15的驅(qū)動部14、16，并且在其上側(cè)被拱頂(日文卜〃 7° F'—/0 41覆蓋。
在堆芯11的外側(cè)，通過鋼纜13懸垂的中子反射體12環(huán)狀配置，通過驅(qū)動部14沿著該堆芯11的外周在上下方向上移動。
并且，中子反射體12調(diào)整從堆芯11放出的中子來控制核分裂反應(yīng)。如果使中子反射體12從堆芯11的底部側(cè)向頭部側(cè)上升，則從堆芯11放出的高速中子通過中子反射體12減速，成為熱中子而返回堆芯11。并且，堆芯11吸收該熱中子而使核分裂的連鎖反應(yīng)持續(xù)，連續(xù)地輸出熱能。
停堆棒15通過驅(qū)動部16在上下方向上移動，通過被插入堆芯11吸收熱中子而阻止核分裂的連鎖反應(yīng)，使反應(yīng)堆10停止。
冷卻材料L為液體鈉等液態(tài)金屬，在反應(yīng)堆容器22內(nèi)充滿的液面與支撐板21之間封入非活性氣體。
并且，冷卻材料L通過電磁泵18的驅(qū)動力從圓筒狀的隔壁17的外側(cè)向內(nèi)側(cè)在反應(yīng)堆容器22的內(nèi)部循環(huán)，從發(fā)熱的堆芯11回收熱能。并且，冷卻材料L在中間熱交換器19中與在二次側(cè)冷卻材料通流配管(省略圖示)內(nèi)流動的二次冷卻材料進(jìn)行熱交換而冷卻。
并且，冷卻后的冷卻材料L再次通過電磁泵18升壓而在隔壁17的外側(cè)下降，在隔壁17的下端部折返而在其內(nèi)側(cè)上升，在堆芯11接受熱供給，這樣的循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。
接著，對在密封外殼23的外側(cè)形成的被動冷卻系統(tǒng)(RVACS =Reactor Vessel AirCooling System :反應(yīng)堆壓力容器風(fēng)冷系統(tǒng))進(jìn)行說明。
該RVACS在由密封外殼23的外表面、筒倉25的內(nèi)表面以及圓筒形的導(dǎo)流板26形成的空氣流路U中空氣自然對流從而進(jìn)行除熱。
在該空氣流路U中流動的空氣，從導(dǎo)入路27導(dǎo)入，沿著導(dǎo)流板26的外側(cè)面下降，然后從其下端部折返，沿著導(dǎo)流板26的內(nèi)側(cè)面上升，從密封外殼23的外表面獲取熱，從排出路28向大氣中排出。
注入部30構(gòu)成為包括加壓部31、加熱器32、存液部35和連通路36。
這樣構(gòu)成的注入部30，在堆芯11停止后向反應(yīng)堆容器22以及密封外殼23的間隙D注入填充材料T而使反應(yīng)堆容器22以及密封外殼23之間的熱傳導(dǎo)性提高，提高產(chǎn)生的衰變熱在上述的RVACS中的除熱效率。
存液部35以比間隙D的容量大的大容量構(gòu)成，以比冷卻材料L的底面低的水平收容填充材料T。這里，填充材料T只要是能夠在反應(yīng)堆容器22以及密封外殼23的達(dá)到溫度下呈液體或氣體狀態(tài)、并且熱傳導(dǎo)率高的類型即可適用，例如可以舉出作為低熔點金屬的焊料(鉛錫合金)、秘基低溶點合金(Wood’s metal :秘、鉛、錫、鋪的合金)、鋼等。
并且，在作為填充材料T采用這些低熔點金屬的情況下，為了在存液部35中不凝固，填充材料T通過加熱器32進(jìn)行加熱而維持熔融狀態(tài)。
加壓部31，由在存液部35的內(nèi)部從其端部向連通路36的開口的方向在水平方向上移動的活塞構(gòu)成。
并且，如圖2所示，加壓部31對填充材料T進(jìn)行加壓而經(jīng)由連通路36將存液部35內(nèi)部的填充材料T導(dǎo)入間隙D。
并且，表示該動作的圖I的A — A剖面以及圖2的B — B剖面分別在圖3A、圖3B中示出。
另外，在衰變熱的除熱結(jié)束時，通過逆動作使加壓部31的活塞回到原來的外側(cè)的位置，使間隙D中注入的填充材料T返回存液部35的內(nèi)部。
圖4A的部分剖面表示第I實施方式的變形例。
在該變形例中，加壓部33由在存液部35的內(nèi)部從其下端部向連通路36的開口的方向在垂直方向上移動的活塞構(gòu)成。該加壓部33，在垂直方向上對填充材料T進(jìn)行加壓而經(jīng)由連通路36將通過存液部35內(nèi)部的加熱器32成為熔融狀態(tài)的填充材料T導(dǎo)入間隙D。
并且，在衰變熱的除熱結(jié)束時，通過逆動作使加壓部33的活塞回到原始的下側(cè)的位置，使間隙D中注入的填充材料T返回存液部35的內(nèi)部。
圖4B的局部剖視圖表不第I實施方式的另一變形例。
在該變形例中連通路36由多條(圖中為三條)構(gòu)成。
由此，即使在多條連通路36中的某一條中，假設(shè)低熔點金屬即填充材料T固化而閉塞的情況下，也能夠通過其它連通路36將填充材料T注入間隙D。
(第2實施方式)
接著參照圖5A以及圖5B對本發(fā)明的第2實施方式進(jìn)行說明。這里圖5B表示圖5A的B —B剖視圖。
并且,在圖5A以及圖5B中與圖I相同或相當(dāng)?shù)牟糠忠韵嗤柋聿唬靡延械挠浭龆÷栽敿?xì)說明。
第2實施方式中的反應(yīng)堆10、注入部30形成有冷卻劑W的循環(huán)路43，該冷卻劑W的循環(huán)路用于對在間隙D中被加熱而升溫的填充材料T進(jìn)行冷卻。并且，為了避免干涉加壓部31的動作而在存液部35中配置一個或多個(圖中為4條)該循環(huán)路43。
這里冷卻劑W適宜采用水或空氣等，通過在循環(huán)路43上設(shè)置泵46進(jìn)行循環(huán)，對升溫后的填充材料T進(jìn)行除熱。
在該循環(huán)路43的路徑中，配置貯藏冷卻劑W的箱42，通過在其附近配置的止流閥45的動作將冷卻劑W向存液部35供給而對升溫的填充材料T進(jìn)行除熱。并且，升溫的冷卻劑W同樣地通過在循環(huán)路43的路徑中配置的放熱器44進(jìn)行冷卻。
在該第2實施方式中，在填充材料T注入間隙D之后，傳遞的衰變熱經(jīng)由連通路36到達(dá)存液部35。因此，停止加熱器32的加熱，并且打開止流閥45而從箱42向存液部35供給冷卻劑W。
由此，能夠支援RVACS的功能，進(jìn)一步提高衰變熱的除熱效果。
(第3實施方式)
接著參照圖6、圖7、圖8對本發(fā)明的第3實施方式進(jìn)行說明。并且，在這些附圖中與圖I相同或相當(dāng)?shù)牟糠忠韵嗤柋硎?，援用已有的記述而省略詳?xì)說明。
在該第3實施方式中，注入部50構(gòu)成為包括以比冷卻材料L的上表面高的水平收容填充材料T的存液部51、連通存液部51以及間隙D的連通路53、加熱填充材料T而維持熔融狀態(tài)的加熱器55和連通路53中的填充材料T的止流閥52。
并且，在第3實施方式中，連通路53的一端與密封外殼23連接。
另外，在與第I實施方式以及第2實施方式的注入部30 (參照圖I)對應(yīng)的第3實施方式的位置上，設(shè)有以比冷卻材料L的下表面低的水平將填充于間隙D的填充材料T(參照圖7)排出的排液部37 (參照圖8)。并且，在連結(jié)間隙D以及排液部37的路徑24上，設(shè)有填充材料T的止流閥54。
在第3實施方式中，注入部50在筒倉25的上部以比間隙D的容量大的大容量構(gòu)成并將填充材料T保持于的存液部51 (參照圖6)。并且，如果打開止流閥52則存液部51中保持的填充材料T會重力落下而經(jīng)由連通路53注入間隙D (參照圖7)。
并且，衰變熱的除熱結(jié)束時，打開止流閥54而將間隙D中注入的填充材料T向排液部37排出(參照圖8)。
(第4實施方式)
接著參照圖9、圖10、圖11對本發(fā)明的第4實施方式進(jìn)行說明。并且，在這些附圖中與圖6相同或相當(dāng)?shù)牟糠忠韵嗤柋硎?，援用已有的記述而省略詳?xì)說明。
在該第4實施方式中，連通存液部51以及間隙D的連通路56的一端，與連結(jié)間隙D以及排液部37的路徑24連接。
在第4實施方式中，注入部50在筒倉25的上部以比間隙D的容量大的大容量構(gòu)成并將填充材料T保持于存液部51 (參照圖9)。并且，如果打開止流閥54則存液部51中保持的填充材料T重力落下而經(jīng)由連通路56注入間隙D (參照圖10)。
并且，衰變熱的除熱結(jié)束時，打開止流閥57而將間隙D中注入的填充材料T向排液部37排出(參照圖11)。
(第5實施方式)
接著參照圖12、圖13、圖14對本發(fā)明的第5實施方式進(jìn)行說明。并且，在該附圖中與圖9相同或相當(dāng)?shù)牟糠忠韵嗤柋硎?，援用已有的記述而省略詳?xì)說明。
在該第5實施方式中，注入部50具有使排液部37中的填充材料T返回存液部51的返還路59。并且，設(shè)有用于將向排液部37排出的填充材料T向該返還路59壓出的加壓部31。
在第5實施方式中，在間隙D中注入填充材料T的處理，與參照圖10的第4實施方式的情況相同。另外，衰變熱的除熱結(jié)束后將間隙D的填充材料T向排液部37排出的處理也與參照圖11的第4實施方式的情況相同。
并且，如果將填充材料T向排液部37排出(參照圖13)，則打開返還路59的止流閥58并且加壓部31的活塞動作，從而將填充材料T向返還路59壓出(參照圖14)。并且，通過在返還路59上設(shè)置的泵46而克服重力將填充材料T回收到存液部51。
按照以上說明，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過在反應(yīng)堆容器22與密封外殼23的間隙D中注入低熔點金屬等填充材料T，能夠提供具有優(yōu)良的除熱能力并且能夠回收該填充材料T的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆。
本發(fā)明不限于上述實施方式，在共通的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，可以適宜變形進(jìn)行實施。[0095]例如，衰變熱的除去例示了通過自然對流使密封外殼的外側(cè)的空氣流動的情況，但是不限于此，也可以使其強(qiáng)制流動、或其組合其他除熱手段。
符號說明
10…液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆、11…堆芯、12…中子反射體、13…鋼纜、14,16…驅(qū)動部、15…停堆棒、17…隔壁、18…電磁泵、19…中間熱交換器、21…支撐板、22…反應(yīng)堆容器、23…密封外殼、24…路徑、25…筒倉、26…導(dǎo)流板、27…導(dǎo)入路、28…排出路、30, 50…注入部、31，33…加壓部、32…加熱器、35，51…存液部、36…連通路、37…排液部、41…拱頂、42-" 箱、43…循環(huán)路、44…放熱器、46…泵、53，56…連通路、45，52，54，57，58…止流閥、55…加熱器、59…返還路、D…間隙、L...冷卻材料、T…填充材料、U…空氣流路、W…冷卻劑
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于，具有 保持堆芯及其冷卻材料的反應(yīng)堆容器； 包圍上述反應(yīng)堆容器的外側(cè)的密封外殼； 使空氣在上述密封外殼的外側(cè)流動來進(jìn)行除熱的空氣流路；以及 在上述反應(yīng)堆容器與上述密封外殼的間隙中注入填充材料的注入部。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 上述注入部，具有 以比上述冷卻材料的底面低的水平收容上述填充材料的存液部； 連通上述存液部和上述間隙的連通路； 加熱上述填充材料來維持熔融狀態(tài)的加熱器；以及 對上述填充材料進(jìn)行加壓，從而將上述填充材料從上述存液部引導(dǎo)至上述間隙的加壓部。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 上述連通路構(gòu)成為一條或多條， 上述加壓部是在上述存液部的內(nèi)部從其端部朝向上述連通路的開口的方向在水平方向或垂直方向上移動的活塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I至3中任一項所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 上述注入部形成有用于對在上述間隙中被加熱后的上述填充材料進(jìn)行冷卻的冷卻劑循環(huán)路。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 上述注入部具有 以比上述冷卻材料的上表面高的水平收容上述填充材料的存液部； 連通上述存液部和上述間隙的連通路； 加熱上述填充材料來維持熔融狀態(tài)的加熱器；以及 設(shè)置在上述連通路上的上述填充材料的止流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 具有 以比上述冷卻材料的下表面低的水平使上述間隙中填充的上述填充材料排出的排液部；以及 設(shè)置在連結(jié)上述間隙和上述排液部的路徑上的上述填充材料的止流閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 上述連通路經(jīng)由上述路徑與上述間隙連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6或7所述的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆，其特征在于， 具有使上述排液部中的上述填充材料返回上述存液部的返還路。
9.一種液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的除熱方法，其特征在于，包括 在保持堆芯及其冷卻材料的反應(yīng)堆容器與包圍其外側(cè)的密封外殼的間隙中注入填充材料的工序；以及 使空氣在上述密封外殼的外側(cè)流動來進(jìn)行除熱的工序。
專利摘要
課題是提供一種除熱能力高的液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆及其除熱方法。解決方案是在液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆(10)中，具有保持堆芯(11)及其冷卻材料(L)的反應(yīng)堆容器(22)、包圍反應(yīng)堆容器(22)的外側(cè)的密封外殼(23)、使空氣在密封外殼(23)的外側(cè)流動來進(jìn)行除熱的空氣流路(U)、以及在反應(yīng)堆容器(22)與密封外殼(23)的間隙(D)中注入填充材料(T)的注入部(30)。
文檔編號G21C15/18GKCN102782768SQ201180011602
公開日2012年11月14日 申請日期2011年4月15日
發(fā)明者坪井靖, 堀江英樹, 瀨部芙美繪, 竹澤伸久 申請人:株式會社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan