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1、(10)申请公布号 CN 103137223 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103137223 A *CN103137223A* (21)申请号 201210505425.9 (22)申请日 2012.11.30 1160940 2011.11.30 FR G21C 15/18(2006.01) (71)申请人 阿海珐核能公司 地址 法国库尔布瓦 (72)发明人 希尔瑞马勒 艾米列莫德圭劳米 让 - 保罗鲍姆拜尔 迈克尔圭罗多 (74)专利代理机构 北京英赛嘉华知识产权代理 有限责任公司 11204 代理人 余朦 王艳春 (54) 发明名称 注入含中子吸收元素的水以冷却危。
2、险状态的 核反应堆堆芯的组件和方法 (57) 摘要 本发明公开了一种组件， 其包括可移动结构 (11)， 可移动结构 (11) 包括设有第一端 (12a) 和 第二端 (12b) 的主管道 (30)， 第一端 (12a) 连接 至供水装置， 第二端 (12b) 与连接至核反应堆的 初级回路的回路连接， 并且可移动装置在这两端 之间的水循环方向上包括泵 (14)、 水加热装置 (15)、 将粉末状中子吸收元素注入该管道的水中 的连续注入装置 (20)、 将粉末与水混合的第一混 合及溶解系统 (25)、 以及驱动和控制水的流速和 被注入粉末的流速的装置。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl.。
3、 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103137223 A CN 103137223 A *CN103137223A* 1/2 页 2 1. 一种用于在危险状态下注入包含中子吸收元素的水以使核反应堆的堆芯冷却的组 件， 其特征在于， 所述组件包括可移动结构(11)， 所述可移动结构(11)包含主管道(12)， 所 述主管道 (12) 的第一端 (12a) 连接至供水装置， 所述主管道 (12) 的第二端 (12b) 与连接 至所述核反应堆的初级回路的回路连。
4、接， 并且为确保水循环， 所述可移动结构 (11) 在所述 第一端 (12a) 与第二端 (12b) 之间包括 ： - 泵 (14) ； - 将以粉末状中子吸收元素连续注入到所述主管道 (12) 的水中的注入装置 (20) ； - 用于将所述粉末状中子吸收元素混合到且溶解于水中的第一系统 (25) ； 以及 - 对水的流速和所述粉末状中子吸收元素的流速进行驱动和控制的装置。 2.根据权利要求1所述的组件， 其特征在于， 所述主管道(12)在所述泵(14)与所述注 入装置 (20) 之间包括用于加热水的装置 (15)， 所述用于加热水的装置 (15) 通过驱动装置 控制。 3. 根据权利要求 1。
5、 或 2 所述的组件， 其特征在于， 所述组件包括第二管道 (30)， 所述第 二管道(30)具有第一端(30a)和第二端(30b)， 所述第一端(30a)连接至供水装置， 所述第 二端 (30b) 在所述第一系统 (25) 与所述主管道 (12) 的所述第二端 (12b) 之间连接至所述 主管道 (12)， 所述第二管道 (30) 包括泵 (31)。 4. 根据权利要求 1-3 中任一项所述的组件， 其特征在于， 所述主管道 (12) 在所述第二 管道 (30) 的所述第二端 (30b) 与所述主管道 (12) 的所述第二端 (12b) 之间包括第二辅助 系统 (26)， 所述第二辅助系统 。
6、(26) 用于将所述粉末状中子吸收元素和来自所述第二管道 (30) 的水进行混合。 5. 根据权利要求 1-4 中任一项所述的组件， 其特征在于， 所述第一系统 (25) 通过由驱 动装置控制的机械混合器和超声诱导器形成。 6. 根据权利要求 4 所述的组件， 其特征在于， 所述第二辅助系统 (26) 由机械混合器形 成。 7. 根据权利要求 1-6 中任一项所述的组件， 其特征在于， 所述主管道 (12) 中水的流速 小于所述第二管道 (30) 中水的流速。 8. 一种在危险状态下利用根据权利要求 1-7 中任一项所述的组件冷却核反应堆的堆 芯的方法， 其特征在于 ： - 将所述可移动结构 。
7、(11) 运送至发生故障的核反应堆的建筑物附近， -将所述主管道(12)的所述第一端(12a)连接至供水装置， 将所述管道(12)的所述第 二端 (12b) 连接至与所述核反应堆的初级回路连接的回路， -通过驱动装置控制所述主管道(12)的所述泵(14)、 将所述粉末状中子吸收元素注入 到所述主管道的水中的注入装置 (20)、 以及用于将所述粉末状中子吸收元素混合到并溶解 于水中的第一系统 (25)， - 将包含已溶解的中子吸收元素的水供给至所述核反应堆的所述初级回路， 以逐步地 冷却所述核反应堆的堆芯， 以及 - 通过所述驱动装置控制水和所述粉末状中子吸收元素的流速以及所述第一系统 (25)。
8、。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 所述主管道(12)中的水被加热， 并且水温 权 利 要 求 书 CN 103137223 A 2 2/2 页 3 通过所述驱动装置控制。 10. 根据权利要求 8 或 9 所述的方法， 其特征在于 ： - 将所述第二管道 (30) 的第一端 (30a) 连接至供水装置， - 通过所述驱动装置控制所述第二管道 (30) 的所述泵 (31)， -来自所述第二管道(30)的水在所述第一系统(25)与所述主管道(12)的所述第二端 (12b) 之间注入所述主管道 (12)， - 通过所述驱动装置控制所述第二辅助系统 (26)， 以便提供所述粉末状中子吸。
9、收元素 与水的第二混合物， - 将包含所述中子吸收元素的水供给至所述核反应堆的所述初级回路， 以及 -通过所述驱动装置控制所述主管道(12)和第二管道(30)中的水的流速、 所述粉末状 中子吸收元素的流速、 以及所述第一系统 (25) 和所述第二辅助系统 (26)。 权 利 要 求 书 CN 103137223 A 3 1/5 页 4 注入含中子吸收元素的水以冷却危险状态的核反应堆堆芯 的组件和方法 技术领域 0001 本发明涉及在危险状态下， 例如在电力全部丧失且冷却系统失效的情况下用于注 入含中子吸收元素的水以冷却核反应堆堆芯的设备和方法。 背景技术 0002 加压水核反应堆包括槽， 该槽。
10、包围核反应堆堆芯和初级回路， 该初级回路确保与 槽内的核反应堆堆芯接触的加压水进行循环和冷却。 0003 核反应堆的初级回路包括至少一个环路， 在该至少一个环路上设有通过第一管道 或热段与槽直接联接的蒸汽发电机， 确保与堆芯的燃料组件接触而被加热的加压水供给至 蒸汽发电机的初级部分。蒸汽发电机的初级部分通过联接管道经由初级泵也连接至槽， 具 体地， 该联接管道包括与槽连接的初级回路的环路的第二管道或冷段。 0004 核反应堆的加压冷却水确保在蒸汽发电机中所供给的水被加热和汽化， 以产生驱 动涡轮的蒸汽。 0005 可具体地通过向初级回路中注入包含中子吸收元素(例如硼10)的水溶液来对核 反应堆。
11、的反应进行调节， 即， 对核反应堆运行时在核反应堆堆芯中产生的中子密度进行调 节。 0006 例如， 可通过其上设有控制或调节装置 ( 例如蝶阀 ) 和注入装置 ( 例如一个或多 个容积泵 ) 的注入管道来使用包含硼的溶液， 例如硼酸溶液， 该包含硼的溶液被存放在安 全注入系统的应急储存器中或者与核反应堆的初级回路的至少一个冷段连接的加压容器 中。 0007 当核反应堆断电时， 无论是正常断电还是意外断电， 都必须将剩余电力从堆芯排 出以避免燃料组件熔化。 0008 此外， 必须对断电的初级反应堆回路进行硼化以控制堆芯的反应。 0009 即便在核电厂无法获得电力供给的情况下也必须确保这些功能。。
12、 0010 在完全丧失电源供给和冷却系统的情况下， 必须尽快启动连续注入包含中子吸收 元素的水的装置， 这种水例如是包含具有硼 10 的天然同位素含量的最少 2500ppm 的硼的 水， 并且在 20-90 立方米 / 小时的流速下注入。必须在反应堆断电后， 迅速注入包含中子吸 收元素 ( 具体而言， 硼 10) 的水， 如果延迟， 燃料组件将会开始熔毁。 0011 如果不能避免燃料组件受损， 也必须注入包含中子吸收元素的水以将堆芯保持在 次临界冷却状态。必要流速随核反应堆堆芯中存在的剩余电力而变化。 0012 至今预见的意外管理场景考虑到完全丧失现有冷却系统中电力供给， 或者因主初 级回路破。
13、坏而完全丧失散热材料。 0013 然而， 这些场景没有考虑到二者的组合。 0014 为了弥补这种情况， 必须将剩余电力从堆芯排出以通过连续注入包含由硼构成的 中子吸收元素的水来避免燃料组件熔毁。 说 明 书 CN 103137223 A 4 2/5 页 5 0015 一种解决方案是使用现场的油布 (tarpaulin) 并且在紧急状况下， 使用水和硼的 混合物连续地填充该油布。 0016 然而， 在危险状态下传送在核反应堆的区域外部所准备的大量包含硼的水是困难 的。 0017 本发明试图提出一种用于注入包含中子吸收元素的水的组件， 其能够避免这些问 题并能够在核反应堆电力全部丧失的情况下运行。。
14、 发明内容 0018 因此， 本发明涉及用于在危险状态下注入包含中子吸收元素的水以使核反应堆堆 芯冷却的组件， 其特征在于， 所述组件包括可移动结构， 所述移动结构包括主管道， 该主管 道的第一端连接至供水装置， 主管道的第二端与连接至核反应堆的初级回路的回路连接， 为确保水循环， 该组件在第一端与第二端之间包括 ： 0019 - 泵 ； 0020 - 将粉末状中子吸收元素连续注入到主管道的水中的注入装置 ； 0021 - 用于将粉末状中子吸收元素混合到并溶解于水中的第一系统 ； 以及 0022 - 对水的流速和被注入粉末的流速进行驱动和控制的装置。 0023 根据本发明的其它特征 ； 002。
15、4 - 主管道在泵与注入装置之间包括用于加热水的装置， 所述用于加热水的装置通 过驱动装置控制， 0025 - 组件包括第二管道， 该第二管道具有连接至供水装置的第一端、 以及第二端， 所 述第二端在第一混合系统与主管道的第二端之间连接至主管道， 0026 - 该第二管道包括泵， 0027 - 主管道在第二管道的第二端与主管道的第二端之间包括第二辅助系统， 第二辅 助系统用于将粉末状中子吸收元素和来自第二管道的水混合， 0028 - 第一混合及溶解系统由机械混合器和超声诱导器形成， 该第一混合及溶解系统 由驱动装置控制， 0029 - 第二混合系统由机械混合器形成， 以及 0030 - 主管道。
16、中水的流速小于第二管道中水的流速。 0031 本发明还涉及用于在危险状态下利用诸如如上所述的组件使核反应堆堆芯冷却 的方法， 其特征在于 ： 0032 - 将可移动结构运输至罩住发生故障的核反应堆的建筑物的附近， 0033 - 将主管道的第一端连接至供水装置， 将该主管道的第二端连接至与核反应堆的 初级回路连接的回路， 0034 - 通过驱动装置控制主管道的泵、 将粉末状中子吸收元素注入到主管道的水中的 装置、 以及用于将粉末形式的中子吸收元素混合并溶解于水中的第一系统， 0035 - 将包含已溶解的中子吸收元素的水供给至核反应堆的初级回路以使核反应堆堆 芯逐步地冷却， 以及 0036 - 通。
17、过驱动装置控制水的流速和粉末的流速以及第一混合及溶解系统。 0037 根据本发明的其它特征 ： 说 明 书 CN 103137223 A 5 3/5 页 6 0038 - 主管道中的水被加热， 并且水温通过驱动装置控制， 0039 - 该方法包括 ： 0040 - 将第二管道的第一端连接至供水装置， 0041 - 通过驱动装置控制第二管道的泵， 0042 - 来自第二管道的水在所述第一混合及溶解系统与所述主管道的第二端之间注入 主管道， 0043 - 通过驱动装置控制第二混合系统以提供粉末与水的次级混合物， 0044 - 将包含中子吸收元素的水供给至核反应堆的初级回路， 以及 0045 - 通。
18、过驱动装置控制主管道和第二管道中的水的流速、 粉末的流速、 以及第一混合 及溶解系统和第二混合系统。 附图说明 0046 通过示例并参考附图给出的以下描述， 本发明的特征和优点将是显而易见的， 在 附图中 ： 0047 图 1 是根据本发明用于注入包含中子吸收元素的水的组件的第一实施方式的示 意图 ； 以及 0048 图2是根据本发明用于注入包含中子吸收元素的组件的第二实施方式的示意图。 具体实施方式 0049 在附图中， 示意性地示出了例如在电力和冷却装置完全失效的危险情况下用于注 入包含诸如硼 10 的中子吸收元素的水的组件的两个实施方式。 0050 使用了可溶形式的硼， 例如， 硼酸或硼。
19、酸盐。 0051 在这些附图中， 示意性地示出了核反应堆堆芯， 其参考标记为 1， 以更大比例示出 的冷却组件的参考标记为 10。 0052 冷却组件 10 包括紧凑的可移动结构 11， 可移动结构 11 具有有限的重量和尺寸并 且适于通过陆运或海运交通工具或通过直升飞机运 送。 0053 该结构11例如包括底架(chassis)， 该底架包含通过注入包含诸如硼10的中子吸 收元素的淡水或盐水来冷却核反应堆堆芯的全部元件。 0054 根据图1所示的第一实施方式， 可移动结构11具有主管道12， 主管道12的第一端 12a 例如通过公知连接器连接至淡水或盐水供给装置 13。主管道 12 包括第二。
20、端 12b， 第二 端 12b 连接到通过已有龙头 2 与核反应堆的初级回路连接的回路上， 已有龙头 2 使得包含 中子吸收元素的水注入该初级回路。 0055 为此， 主管道 12 在第一端 12a 与第二端 12b 之间的水循环方向上包括泵 14 和用 于对在主管道12内循环的水加热的装置15。 该加热装置15例如由传统的电环加热系统或 由任何其他适当的公知加热系统形成。 0056 主管道12在加热装置15的下游还包括将具有粉末状中子吸收元素的水连续注入 的装置 20 以及用于使该粉末混合并溶解在水中的第一系统 25。 0057 注入装置 20 例如由螺旋输送器 21 形成， 螺旋输送器 2。
21、1 的入口连接至进料器 22， 粉末状中子吸收元素例如通过未示出的公知装入机(desacking machine)连续地排放到进 说 明 书 CN 103137223 A 6 4/5 页 7 料器 22 中。 0058 第一混合及溶解系统 25 由使水和粉末状中子吸收元素混合的机械混合器形成， 并且通过增加粉末在水中溶解效能的超声诱导器 ( 未示出 ) 来增强机械混合 (mechanical brewing)。 0059 通过公知的驱动装置 ( 未示出 ) 来控制各种因素， 即， 泵 14 的运行或停止、 加热装 置 15、 水和粉末状中子吸收元素的流速、 以及第一混合及溶解系统 25。 00。
22、60 因此， 水和粉末的流速被控制并且水被加热， 以避免粉末状中子吸收元素结晶。 0061 在图 2 中示出了第二实施方式， 其中与前述实施方式相同的元件由相同的参考标 记表示。 0062 根据图 2 的第二实施方式的注入组件 10 也包括可移动结构 11， 该可移动结构 11 包括具有泵14的主管道12、 加热装置15、 使粉末状中子吸收元素连续注入主管道的水中的 注入装置 20、 以及用于将粉末混合及溶解于主管道 12 的水中的第一系统 25。 0063 在第二实施方式中， 该结构 11 还包括第二管道 30， 第二管道 30 具有第一端 30a， 第一端30a通过公知的连接器连接至淡水或。
23、盐水供给装置。 第二管道30还包括第二端30b， 第二端 30b 在第一混合及溶解系统 25 与主管道 12 的第二端 12b 之间连接至主管道 12。第 二管道 30 还包括通过驱动装置控制的泵 31。 0064 在图 2 所示的该实施方式中， 主管道 12 在第二管道 30 的第二端 30b 与主管道 12 的第二端12b之间包括第二辅助系统26， 第二辅助系统26用于将粉末状中子吸收元素和来 自第二管道 30 的水进行混合。 0065 第二混合系统 26 由机械混合器形成， 该机械混合器也通过驱动装置控制。 0066 通常， 主管道 12 中水的流速小于第二管道 30 中水的流速。例如，。
24、 主管道 12 中的 流速为 0.5-5l/s( 升 / 秒 )， 而第二管道中水的流速为 10-50l/s。第二管道 30 中的水处于 室温。 0067 现在参照图 2 所示的实施方式， 将对注入组件 10 的操作进行描述。 0068 在核反应堆处于丧失电力和冷却系统的危险状态的情况下， 通过适当的运输装置 将结构 11 运送到罩住反应堆的建筑物附近。 0069 当结构 11 就位时， 将其连接至外部电源， 并将主管道 12 的第一端 12a 和第二管道 30 的第一端 30a 连接至淡水或盐水供给装置。 0070 同样地， 将主管道 12 的第二端 12b 连接至通向核反应堆的初级回路的回。
25、路。 0071 接着， 操作人员启动驱动装置， 以便启动泵14和31、 加热装置15、 使粉末状中子吸 收元素连续注入主管道12的水中的注入装置20、 用于将粉末混合并溶解的第一系统25、 以 及用于混合该粉末的第二辅助系统 26。 0072 粉末被连续地注入进料器 22， 螺旋输送器 21 将粉末连续地注入主管道 12 内部的 被预热的水中。 0073 通过第一系统 25 执行的机械混合使水和粉末立即混合， 第一系统 25 的超声诱导 器增强粉末状中子吸收元素在水中的溶解效能。在线的加热装置 15 增加了粉末状中子吸 收元素溶解速度并阻止其结晶。作为示例， 主管道 12 中水的流速为 0.5。
26、-51/s。 0074 将包含已溶解的中子吸收元素的水注入第二混合系统 26 中， 确保在来自第二管 道 30 的、 处于室温的且更高流速的水流中稀释包含中子吸收元素的水。 说 明 书 CN 103137223 A 7 5/5 页 8 0075 作为示例， 第二管道 30 中水的流速 10-501/s。 0076 在主管道12的第二端12b处， 水和溶解在水中的中子吸收元素被注入到危险状态 下核反应堆的初级回路中， 以通过利用充分流速的包含足够中子吸收元素的水冷却堆芯来 阻止堆芯熔毁， 以及在该注入系统投入运行太迟不能阻止严重事故的情况下减缓或停止堆 芯熔毁。 0077 在结构 11 仅包括主。
27、管道 12 的情况下， 如图 1 所示， 包含已溶解的中子吸收元素的 水在第一混合及溶解系统 25 的出口处直接注入到核反应堆的初级回路中。 0078 构成注入组件 10 的元件通过驱动装置来控制， 以便获得包含中子吸收元素的混 合物， 该混合物确保中子被捕获， 并确保核反应堆的有效冷却。 0079 根据本发明的注入组件具有紧凑的优点， 并且其重量和尺寸适于通过陆运或海运 交通工具或通过直升飞机运输。 0080 该组件可以远程存放并且根据需要快速地运送至现场。 0081 使用粉末状而非液态的冷却剂可以减轻重量， 并且该组件适于盐水或淡水供给装 置， 这避免了将粉末溶解于缓冲油布的步骤， 该步骤非常繁琐并且需要混合及加热装置以 及将水从一个油布转移至另一个的转充装置 (transfilling device)。 0082 根据本发明的组件允许中子吸收元素直接溶解于水， 并允许将如此获得的混合物 以所需的流速连续地注入。 说 明 书 CN 103137223 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103137223 A 9 。