本发明属于核电
技术领域：
：，具体涉及一种堆芯熔融物捕集装置。
背景技术：
：：在三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故之后，核电界开始集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行研究和攻关，诸多结论明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。当压水堆核电站发生严重事故时，堆芯余热排出手段的丧失将使冷却剂蒸发耗尽，堆芯裸露并持续升温，燃料元件由于失去冷却而发生融化，堆芯熔融物落入压力容器(RPV)下腔室，继而造成压力容器下封头失效，如果不能采取有效措施对其冷却，堆芯熔融物有可能将压力容器熔穿。压力容器熔穿后，熔融物直接喷射到安全壳筏基上与结构混凝土相互作用(MCCI)、一定时间内以较快的速度逐渐向下侵蚀安全壳的筏基，若筏基厚度不足，则底板可能被熔穿，并导致安全壳的完整性破坏，随后放射性物质将直接进入土壤，对环境造成严重影响。为了避免堆芯熔融物导致的大规模放射性物质释放，堆芯捕集器的相关设计逐渐产生。目前针对严重事故下，堆芯熔融物的冷却与收集策略主要可分为两种：压力容器内熔融物的冷却与保持(IVR)，在美国的AP1000机型设计中采用；压力容器外熔融物冷却与收集(EVR)，在俄罗斯的WWER1000机型和法国的EPR机型中采用。WWER1000机型采用“坩埚”式堆芯捕集器，它是位于压力容器下部的一个独立的容器结构，主要由下底板、牺牲材料和扇形热交换器组成。EPR机型采用“铺展”式堆芯捕集器，严重事故情况下，堆芯形成可流动液态熔融物，直接流入反应堆堆坑中，在高温作用下熔融物与堆坑牺牲性混凝土发生反应，逐渐消融牺牲混凝土，达到初步冷却、收集熔融物的功能。关于堆芯捕集器的研究，国外起步较早，相关专利较多，如：美国麻省理工大学于1978年的专利，Corecatcherfornuclearreactorcoremeltdowncontainment(US4113560)，该专利可视为EVR的设计雏形；法国原子能机构于1981年的专利，Corecatcherdevice(US4280872)，该专利将EVR技术提升到了工程应用的水平；1982年的专利，Moltencorecatcherandcontainmentheatremovalsystem(US4342621)提出将热管技术用于EVR；美国能源部1983年的专利，Combinationpiperupturemitigatorandin-vesselcorecatcher(US4412969)，首次提出了IVR的概念；此外的相关专利还有Retrofittablenuclearreactorcorecatcher(US4442065)、Nuclearreactorequippedwithacorecatcher(US5263066)、Nuclearreactorinstallationwithacorecatcherdeviceandmethodforexteriorcoolingofthelatterbynaturalcirculation(US5343506)、Corecatchercoolingbyheatpipe(US6353651)、CorecatcherCooling(US7558360)、Corecatcher，manufacturingmethodthereof，reactorcontainmentvesselandmanufacturingmethodthereof(US8358732)等。中国对堆芯捕集器的研究在从俄罗斯引进WWER核电系统之后逐渐增多，在引进美国AP1000核电技术之后形成了一系列专利，如：俄罗斯2007年在我国申请的专利，损坏的LWR核反应堆的衬层定位和冷却系统(CN200410031091.1)，该专利即为WWER的EVR方案；中核工业二十三建设有限公司2010年在WWER施工过程中形成的专利技术，一种核电站堆芯捕集器的安装方法(CN201010529073.1)；韩国水力原子力株式会社2010年的专利，具有集成冷却通道的堆芯捕集器(CN201080068588.4)，其主旨在于对熔融物覆盖底板的冷却；上海和工程研究设计院在AP1000引进消化吸收及CAP1400设计过程中逐渐形成的EVR技术，底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CN201310005308.0)、一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯摧集器(CN201310005342.8)、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN201310005579.6)、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置(CN201310264749.2)、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN201320007203.4)、一种大型非能动压水堆核电厂堪竭型堆芯捕集器(CN201320007218.0)、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置(CN201320007347.X)、底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CN201320007522)。现有技术中，核事故发生时，熔融物流入到堆芯捕集器中，堆芯捕集器的冷却效率低下。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种堆芯熔融物捕集装置，通过第一分隔组件将捕集筒体分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，多个捕集腔室增强了熔融物的可冷却性，从而使得熔融物滞留在堆芯捕集装置内，提高冷却效率。解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种堆芯熔融物捕集装置，包括用于捕集堆芯熔融物的坩埚形式的捕集筒体，位于反应堆的压力容器的下方，反应堆的压力容器设置于反应堆的堆坑内，反应堆的堆坑底部与捕集筒体的开口通过连通通道连接，堆芯熔融物捕集装置还包括第一分隔组件，第一分隔组件将捕集筒体分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，捕集腔室的入口与捕集筒体的开口连通。优选的是，连通通道朝向捕集筒体一端的开口的正投影视图在最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的入口的正投影视图内。优选的是，所述的堆芯熔融物捕集装置还包括第二分隔组件，第二分隔组件将最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室分隔出内捕集腔室，内捕集腔室位于最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的底部，内捕集腔室的顶壁设置有内捕集腔室的入口，内捕集腔室的入口与最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的入口连通。优选的是，内捕集腔室覆盖住最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的底部。优选的是，内捕集腔室的正投影视图位于最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的正投影视图的中央。优选的是，内捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的20～30％，最靠近捕集筒体内壁的捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的90～95％，其中，100％堆芯熔融物滞留量为反应堆的压力容器的燃料组件和堆内构件、反应堆的堆坑内的牺牲混凝土的总量。优选的是，所述的堆芯熔融物捕集装置还包括设置于内捕集腔室外的保护罩，保护罩将内捕集腔室的入口与最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的入口分隔开。优选的是，内捕集腔室的入口由第一隔离塞封闭，第一隔离塞的材质为陶瓷、陶瓷基复合材料、耐高温合金中的一种或几种。优选的是，所述的堆芯熔融物捕集装置还包括第三分隔组件，第三分隔组件将内捕集腔室分隔出至少两个子内捕集腔室，子内捕集腔室上设置有子内捕集腔室的入口，子内捕集腔室的入口与最靠近捕集筒体中心轴的捕集腔室的入口连通。优选的是，第一分隔组件将捕集筒体分隔出由外到内依次设置的两个捕集腔室分别为第一捕集腔室、第二捕集腔室，第一分隔组件套置于捕集筒体内，第一捕集腔室位于第一分隔组件外壁与捕集筒体内壁之间的空隙内，第二捕集腔室位于由第一分隔组件内壁围成的空间内，且位于第一捕集腔室的最低点以上。优选的是，第一捕集腔室的体积为捕集筒体体积的5～15％；第二捕集腔室的体积为捕集筒体体积的70～80％。优选的是，最靠近捕集筒体内壁的捕集腔室的入口由第二隔离塞封闭，第二隔离塞的材质为陶瓷、陶瓷基复合材料、耐高温合金中的一种或几种。优选的是，最靠近捕集筒体的筒壁的捕集腔室的入口设置于最靠近捕集筒体的筒壁的捕集腔室的顶部。优选的是，所述的堆芯熔融物捕集装置还包括第四分隔组件，第四分隔组件将至少一个捕集腔室分隔出至少两个子捕集腔室，子捕集腔室上设置有子捕集腔室的入口，子捕集腔室的入口与捕集筒体的开口连通。优选的是，第一分隔组件的材质为陶瓷、陶瓷基复合材料、耐高温合金中的一种或几种；第二分隔组件的材质为陶瓷、陶瓷基复合材料、耐高温合金中的一种或几种；第三分隔组件的材质为陶瓷、陶瓷基复合材料、耐高温合金中的一种或几种；第四分隔组件的材质为陶瓷、陶瓷基复合材料、耐高温合金中的一种或几种。旨在严重核事故工况下，本发明中的堆芯熔融物捕集装置，通过第一分隔组件将捕集筒体分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，多个捕集腔室增强了熔融物的可冷却性，从而使得熔融物滞留在堆芯捕集装置内。本发明有以下几点突出优势：(1)第一分隔组件将大量的堆芯熔融物分成若干小块，削弱堆芯熔融物的聚集效应，提高堆芯熔融物的可冷却性、冷却效率；(2)捕集腔室分区对堆芯熔融物可冷却性的提高，可有效应降低堆芯熔融物捕集装置的容积，增强此类型堆芯熔融物捕集装置对各种电厂的可适应性；(3)堆芯熔融物分区冷却，反应堆的事故后处理将大为简化，有效降低工作人员所受的辐照剂量。附图说明图1是本发明实施例1中的堆芯熔融物捕集装置的结构示意图；图2是本发明实施例2中的堆芯熔融物捕集装置的结构示意图；图3是本发明实施例2中的堆芯熔融物捕集装置的三维视图；图4是本发明实施例2中的堆芯熔融物捕集装置的运行原理图；图5是本发明实施例2中的第一捕集腔室与第一分隔组件的剖面图；图6是本发明实施例2中的内捕集腔室与第二分隔组件的剖面图。图中：1-捕集筒体；2-第一分隔组件；3-第一捕集腔室；4-第二捕集腔室；5-反应堆的压力容器；6-反应堆的堆坑；7-捕集筒体的开口；8-连通通道；9-第一捕集腔室的入口；10-第二捕集腔室的入口；11-第二分隔组件；12-内捕集腔室；13-内捕集腔室的入口；14-引流管；15-第二隔离塞；16-氧化物熔融物层；17-轻金属熔融物层；18-冷却水池；19-重金属熔融物层；20-保护罩；21-第一隔离塞；22-子内捕集腔室；23-子内捕集腔室的入口；24-子捕集腔室；25-子捕集腔室的入口。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。实施例1如图1所示，本实施例提供一种堆芯熔融物捕集装置，包括用于捕集堆芯熔融物的坩埚形式的捕集筒体1，位于反应堆的压力容器的下方，反应堆的压力容器设置于反应堆的堆坑内，反应堆的堆坑底部与捕集筒体的开口通过连通通道连接，堆芯熔融物捕集装置还包括第一分隔组件2，第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，捕集腔室的入口与捕集筒体的开口7连通。具体的，第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次设置的两个捕集腔室分别为第一捕集腔室3、第二捕集腔室4，第一分隔组件2套置于捕集筒体1内，第一捕集腔室3位于第一分隔组件2外壁与捕集筒体1内壁之间的空隙内，第二捕集腔室4位于由第一分隔组件2内壁围成的空间内，且位于第一捕集腔室3的最低点以上。当然，第一分隔组件2也可将捕集筒体1分隔出多于两个捕集腔室的更多的捕集腔室。旨在严重核事故工况下，本实施例中的堆芯熔融物捕集装置，通过第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，多个捕集腔室增强了熔融物的可冷却性，从而使得熔融物滞留在堆芯捕集装置内。本实施例有以下几点突出优势：(1)第一分隔组件2将大量的堆芯熔融物分成若干小块，削弱堆芯熔融物的聚集效应，提高堆芯熔融物的可冷却性、冷却效率；(2)捕集腔室分区对堆芯熔融物可冷却性的提高，可有效应降低堆芯熔融物捕集装置的容积，增强此类型堆芯熔融物捕集装置对各种电厂的可适应性；(3)堆芯熔融物分区冷却，反应堆的事故后处理将大为简化，有效降低工作人员所受的辐照剂量。实施例2如图2～6所示，本实施例提供一种堆芯熔融物捕集装置，包括用于捕集堆芯熔融物的坩埚形式的捕集筒体1，位于反应堆的压力容器5的下方，反应堆的压力容器5设置于反应堆的堆坑6内，反应堆的堆坑6底部与捕集筒体的开口7通过连通通道8连接，堆芯熔融物捕集装置还包括第一分隔组件2，第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，捕集腔室的入口与捕集筒体的开口7连通。具体的，第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次设置的两个捕集腔室分别为第一捕集腔室3、第二捕集腔室4，第一分隔组件2套置于捕集筒体1内，第一捕集腔室3位于第一分隔组件2外壁与捕集筒体1内壁之间的空隙内，第二捕集腔室4位于由第一分隔组件2内壁围成的空间内，且位于第一捕集腔室3的最低点以上。第一捕集腔室的入口9与捕集筒体的开口7连通，第二捕集腔室的入口10与捕集筒体的开口7连通。第一捕集腔室3的体积为捕集筒体1体积的5～15％；第二捕集腔室4的体积为捕集筒体1体积的70～80％。具体的，本实施例中的第一捕集腔室3的体积为2～6立方米，第二捕集腔室4的体积为10～20立方米。需要说明的是，本实施例中的堆芯熔融物捕集装置还包括第二分隔组件11，第二分隔组件11将最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室分隔出内捕集腔室12，内捕集腔室12位于最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室的底部，内捕集腔室12的顶壁设置有内捕集腔室的入口13，内捕集腔室的入口13与最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室的入口连通。具体的，第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次设置的两个捕集腔室分别为第一捕集腔室3、第二捕集腔室4。本实施例中，最靠近捕集筒体1内壁的捕集腔室为第一捕集腔室3，最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室为第二捕集腔室4。具体的，本实施例中的内捕集腔室12覆盖住第二捕集腔室4的底部，内捕集腔室12的正投影视图位于第二捕集腔室4的正投影视图的中央。具体的，本实施例中的内捕集腔室的入口13设置有用于引流的引流管14。需要说明的是，本实施例中的连通通道8朝向捕集筒体1一端的开口的正投影视图在最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室的入口的正投影视图内。具体的，连通通道8朝向捕集筒体1一端的开口的正投影视图在第二捕集腔室的入口10的正投影视图内，旨在严重核事故工况下，反应堆的堆坑6内的堆芯熔融物直接流入到第二捕集腔室4内。优选的是，最靠近捕集筒体1内壁的捕集腔室的入口由第二隔离塞15封闭，第二隔离塞15的材质为陶瓷(ZrO2，Al2O3)、陶瓷基复合材料(SiC/SiC)、耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)中的一种或几种。具体的，本实施例中的第一捕集腔室的入口9由第二隔离塞15封闭，第二隔离塞15的材质为耐高温合金(W-Ni-Fe)。优选的是，内捕集腔室的入口13的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的20～30％，最靠近捕集筒体1内壁的捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的90～95％，其中，100％堆芯熔融物滞留量为反应堆的压力容器5的燃料组件和堆内构件、反应堆的堆坑6内的牺牲混凝土的总量。具体的，本实施例中的内捕集腔室的入口13的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的25％，最靠近捕集筒体1内壁的捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的90％。堆芯熔融物由反应堆的堆坑6底部进入连通通道8，再流入第二捕集腔室4，如图4所示，随后堆芯熔融物由于重力作用，堆芯熔融物中的密度相对较小的轻金属熔融物漂浮在密度相对较大的氧化物熔融物上方，逐渐形成氧化物熔融物层16以及漂浮于其上的轻金属熔融物层17。第一捕集腔室的入口9设置在100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的90％，第一捕集腔室的入口9设置在100％堆芯熔融物滞留量时的轻金属熔融物层17内。当捕集装置内达到100％堆芯熔融物滞留量，轻金属熔融物熔化第二隔离塞15后进入第一捕集腔室3，藉此削弱轻金属熔融物层17对捕集筒体1的聚焦热效应。由于第一捕集腔室3套置于第二捕集腔室4外，所以第一捕集腔室3内的轻金属熔融物均匀分布于捕集筒体1内壁附近，可有效的将氧化物熔融物的衰变热传导至捕集筒体1外侧的冷却水池18中的冷却水，达到冷却堆芯熔融物的效果。考虑到堆芯熔融物中可能存在少量重金属熔融物，该部分重金属熔融物可能聚集于换热限值较低的捕集筒体1的底部。本实施例中的内捕集腔室的入口13设置在100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的25％，内捕集腔室的入口13设置在100％堆芯熔融物滞留量是的氧化物熔融物层16内。可使得氧化熔融物首先进入内捕集腔室12，少量的重金属熔融物堆积于内捕集腔室12上部外侧形成重金属熔融物层19，从而削弱重金属熔融物层19对捕集筒体1底部的热威胁。需要说明的是，本实施例中的堆芯熔融物捕集装置还包括设置于内捕集腔室12外的保护罩20，保护罩20将内捕集腔室的入口13与最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室的入口分隔开。具体的，本实施例中，第二捕集腔室的入口10设置于第二捕集腔室4的顶部，保护罩20将内捕集腔室的入口13与第二捕集腔室的入口10分隔开，内捕集腔室的入口13分别设置有用于引流的引流管14。具体的，本实施例中的保护罩20通过支撑机构固定于第一分隔组件2上，在核事故发生初期，保护罩20可以对堆芯熔融物捕集装置内的第二分隔组件11进行保护，且可以对由第二分隔组件11分隔出的内捕集腔室12进行保护，并对内捕集腔室的入口13设置的引流管14进行保护，防止第二分隔组件11由于核事故发生时的各种碎片撞击而出现早期失效的情况。优选的是，内捕集腔室的入口13由第一隔离塞21封闭，第一隔离塞21的材质为陶瓷(ZrO2，Al2O3)、陶瓷基复合材料(SiC/SiC)、耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)中的一种或几种。具体的，本实施例中的第一隔离塞21的材质为耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)。优选的是，堆芯熔融物捕集装置还包括第三分隔组件，第三分隔组件将内捕集腔室12分隔出至少两个子内捕集腔室22，子内捕集腔室22上设置有子内捕集腔室的入口23，子内捕集腔室的入口23与最靠近捕集筒体1中心轴的捕集腔室的入口连通。需要说明的是，本实施例中的第三分隔组件将内捕集腔室12分隔出多于两个数目的子捕集腔室24。在堆芯熔融物捕集装置备用状态下，即无堆芯熔融物流入状态下，均维持真空，一旦第一隔离塞21、第二隔离塞15失效，外部的堆芯熔融物会在内外压差的作用下快速进入堆芯熔融物捕集装置的各个捕集腔室，达到预设的目的。需要说明的是，最靠近捕集筒体1的筒壁的捕集腔室的入口设置于最靠近捕集筒体1的筒壁的捕集腔室的顶部。具体的，第一捕集腔室的入口9设置于第一捕集腔室3的顶部。优选的是，堆芯熔融物捕集装置还包括第四分隔组件，第四分隔组件将至少一个捕集腔室分隔出至少两个子捕集腔室24，子捕集腔室24上设置有子捕集腔室的入口25，子捕集腔室的入口25与捕集筒体的开口7连通。具体的，本实施例中第四分隔组件将第一捕集腔室3分隔出多于两个数目的子捕集腔室24。优选的是，第一分隔组件2的材质为陶瓷(ZrO2，Al2O3)、陶瓷基复合材料(SiC/SiC)、耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)中的一种或几种；第二分隔组件11的材质为陶瓷(ZrO2，Al2O3)、陶瓷基复合材料(SiC/SiC)、耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)中的一种或几种；第三分隔组件的材质为陶瓷(ZrO2，Al2O3)、陶瓷基复合材料(SiC/SiC)、耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)中的一种或几种；第四分隔组件的材质为陶瓷(ZrO2，Al2O3)、陶瓷基复合材料(SiC/SiC)、耐高温合金(W-Ni-Fe，W-Ta)中的一种或几种。具体的，本实施例中的第一分隔组件2、第二分隔组件11、第三分隔组件、第四分隔组件的材质均为耐高温合金(W-Ni-Fe)。旨在严重核事故工况下，本实施例中的堆芯熔融物捕集装置，通过第一分隔组件2将捕集筒体1分隔出由外到内依次套置的至少两个捕集腔室，多个捕集腔室增强了熔融物的可冷却性，从而使得熔融物滞留在堆芯捕集装置内。本发明有以下几点突出优势：(1)第一分隔组件2将大量的堆芯熔融物分成若干小块，削弱堆芯熔融物的聚集效应，提高堆芯熔融物的可冷却性、冷却效率；(2)捕集腔室分区对堆芯熔融物可冷却性的提高，可有效应降低堆芯熔融物捕集装置的容积，增强此类型堆芯熔融物捕集装置对各种电厂的可适应性；(3)堆芯熔融物分区冷却，反应堆的事故后处理将大为简化，有效降低工作人员所受的辐照剂量。实施例3本实施例提供一种堆芯熔融物捕集装置，与实施例2中的堆芯熔融物捕集装置的区别为：本实施例中的内捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的20％，最靠近捕集筒体内壁的捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的95％。实施例4本实施例提供一种堆芯熔融物捕集装置，与实施例2中的堆芯熔融物捕集装置的区别为：本实施例中的内捕集腔室的入口的高度为捕集筒体高度的30％；第一捕集腔室的入口的高度为捕集筒体高度的85％。本实施例中的内捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的30％，最靠近捕集筒体内壁的捕集腔室的入口的标高位于：100％堆芯熔融物滞留量对应的其液位标高的92％。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。当前第1页1 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