带有爆炸缓解室的地下核能反应堆的制作方法

1.本发明涉及核能反应堆。更具体地，本发明涉及地下核能反应堆。甚至更具体地，本发明涉及地下核能反应堆，其具有与之相连的爆炸缓解室。


背景技术：

2.核能反应堆系统已设置成在战争或恐怖主义的情况下保护反应堆。申请人先前已获得了若干专利，这些专利代表了核能反应堆技术的重大进展。参见例如美国专利第9,378,855b2号、第9,396,823b2号、第9,502,143b2号、第10,170,209号、第10,685,751b2号和第10,714,221号。然而，申请人的现有专利都没有涉及用于将核能反应堆从其容纳构件处拆除以进行维修或更换的方便手段。此外，申请人的专利或其所知道的现有技术专利中，没有一项能够在核能反应堆发生爆破或爆炸时减缓爆破或爆炸。


技术实现要素：

3.提供本发明内容来以简化形式介绍选定概念，这些选定概念将在以下的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不意在识别所要求保护的主题的关键方面或基本方面。此外，本发明内容不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
4.在申请人于2020年12月30日提交的序列号第17/138217号的待决申请中，描述了本领域的一项改进，该申请题为“带被动冷却和辐射洗涤的双容纳部核能反应堆(double containment nuclear power reactor with passive cooling and radiation scrubbing)”。由于本发明与该待决申请的发明配合作用得非常好，因此本文公开并重复该待决申请，以为本发明设定适当的背景。
5.与本发明相关的地下核能反应堆包括容纳构件，该容纳构件包括：
6.(a)底壁，该底壁具有第一端、第二端、第一侧、第二侧、上侧和下侧；
7.(b)直立的第一端壁，该第一端壁具有下端、上端、内侧、外侧、第一端和第二端；
8.(c)所述第一端壁从底壁的第一端向上延伸；
9.(d)直立的第二端壁，该第二端壁具有下端、上端、内侧、外侧、第一端和第二端；
10.(e)第二端壁从底壁的第二端向上延伸；
11.(f)容纳构件的第二端壁具有形成在其中的门开口；
12.(g)直立的第一侧壁，该第一侧壁具有下端、上端、内侧、外侧、第一端和第二端；
13.(h)第一侧壁从底壁的第一侧向上延伸；
14.(i)直立的第二侧壁，该第二侧壁具有下端、上端、内侧、外侧、第一端和第二端；
15.(j)第二侧壁从底壁的第二侧向上延伸；
16.(k)上壁，该上壁具有第一端、第二端、第一侧、第二侧、下侧和上侧；
17.(l)上壁在第一端壁、第二端壁、第一侧壁和第二侧壁的上端之间延伸，使得容纳构件在其间限定内部隔室；以及
18.(m)容纳构件的上壁位于地平面以下，因此容纳构件完全埋在地内。
19.本发明包括细长的、水平设置的中空爆炸隧道，该隧道包括从容纳构件的第二端壁延伸的爆炸室，该爆炸室包括：
20.(a)底壁，该底壁具有第一端、第二端、第一侧、第二侧、上侧和下侧；
21.(b)直立的第一侧壁，该第一侧壁具有下端、上端、内侧、外侧、第一端和第二端；
22.(c)第一侧壁从底壁的第一侧向上延伸；
23.(d)直立的第二侧壁，该第二侧壁具有下端、上端、内侧、外侧、第一端和第二端；
24.(e)第二侧壁从底壁的第二侧向上延伸；
25.(f)直立的第一端壁，该第一端壁具有下端和上端；
26.(g)第一端壁在第一侧壁和第二侧壁二者的第一端之间延伸；
27.(h)直立的第二端壁，该第二端壁具有下端和上端；
28.(i)第二端壁在第一侧壁和第二侧壁二者的第二端之间延伸；
29.(j)上壁，该上壁在第一端壁、第二端壁、第一侧壁和第二侧壁的上端上方延伸；
30.(k)上壁具有形成在其中的顶部开口，该顶部开口由顶部部分选择性地闭合；
31.(l)爆炸隧道的第一端壁，该第一端壁具有形成在其中的门开口，该门开口与容纳构件的第二端壁中的门开口连通；
32.(m)门，该门可移动地定位在容纳构件的第二端壁中的门开口和爆炸隧道的第一端壁中的门开口中，门能够因爆炸力从常闭位置移动到打开位置；以及
33.(n)门也可以选择性地打开，以允许将核能反应堆移除出容纳构件来进行更换和/或维修。
34.在优选实施例中，爆炸隧道由混凝土组成。在优选实施例中，偏导件选择性地可移除地固定至爆炸隧道的侧壁。
35.本发明的一个主要目的是提供一种用于地下核能反应堆的爆炸缓解室。
36.本发明的另一目的是提供一种爆炸缓解组件，这种爆炸缓解组件包括爆炸室，该爆炸室不仅可以缓解爆炸中的地下核能反应堆的爆炸，而且还可以用于使反应堆能够从其地下容纳构件中移出以进行维修或更换。
37.本发明的另一目的是提供所述类型的爆炸缓解组件，其减少爆炸反应堆的辐射到达大气的情况。
38.这些和其他目的对于本领域技术人员来说是显而易见的。
附图说明
39.参考以下附图来描述本发明的非限制和非穷举的实施例，其中除非另有说明，相同的附图标记贯穿各个视图指代相同的部件。
40.图1是待决申请的发明的第一实施例的剖视图；
41.图2是待决申请的发明的第一实施例的剖视图，其中冷却水已通过重力流供到本发明的第二容纳构件的内部；
42.图3是待决申请的发明的第一实施例的局部剖视俯视图；
43.图3a是待决申请的发明的第一实施例的局部剖视俯视图，其中其某些管道延伸穿过第一容纳构件的侧部，而不是如图3所示的第一容纳构件的端部；
44.图4是待决申请的发明的第二实施例的剖视图，其与图1的发明的第一实施例相
同，除了第一容纳构件由两层混凝土组成，混凝土层之间具有柔性防水材料；
45.图5是待决申请的发明的第三实施例的剖视图，其与图4相同，除了第一容纳构件的混凝土底壁在两层混凝土中形成了多个偏移和间隔开的膨胀联结部；
46.图6是待决申请的第二容纳构件和在其中的反应堆容器的局部垂直剖视图；以及
47.图7是待决申请的第二容纳构件和在其中的反应堆容器的局部水平俯视剖视图；以及
48.图8是从待决申请的发明延伸而来的本发明的局部上剖视图；
49.图8a是类似于图8的局部上剖视图，除了核能反应堆经历了爆炸或爆破，该爆炸或爆破打开了通向爆炸室的门；
50.图8b是类似于图8a的局部上剖视图；
51.图9是本技术和本发明的局部侧剖视图，该图以虚线示出了从爆炸室升高的爆炸室的顶部部段；
52.图9a是类似于图9的局部侧剖视图；以及
53.图10是爆炸室的局部端部剖视图。
具体实施方式
54.如上所述，待决申请的说明书和附图将在本文中随申请人的本技术进行重复，下文将详细描述申请人的本技术。下面参考附图更全面地描述实施例，附图形成本文的一部分，并且以图示的方式示出具体的示例性实施例。这些实施例已充分详细地公开，以使本领域技术人员能够实施本发明。然而，实施例可以以许多不同的形式实现，不应解释为限于本文所述的实施例。由于本发明的范围仅由所附的权利要求书限定，因此以下详细描述不具有限制意义。
55.申请人此前已获得美国专利第9,378,855b2号、第9,396,823b2号、第9,502,143b2号、第10,170,209号、第10,685,751b2号以及第10,714,221号，这些专利涉及核能反应堆。尽管申请人的早期专利涉及浮动式核能反应堆，本发明涉及地下双容纳部核能反应堆，但如有必要，申请人在此将上述专利的全部公开内容以引用方式纳入本文，以完成本公开。此外，如本文所用，术语流体可包括蒸汽。
56.本发明的地下双容纳部核能反应堆由附图标记10(图1)指代。埋置地下双容纳部核能反应堆10的地将由附图标记12指代，地平面或其上表面由附图标记14指代。
57.地下双容纳部核能反应堆10包括第一容纳构件16。容纳构件16包括底壁18，该底壁18具有第一端20、第二端22、第一侧24、第二侧26、上侧28和下侧30。直立的第一端壁32具有下端34、上端36、第一端38和第二端40。如图所示，端壁32具有外侧38
′
和内侧40
′
。直立的第二端壁42从底壁18的端部22向上延伸，并具有下端44、上端46、第一端48和第二端50。如图所示，端壁42具有外侧50
′
和内侧48
′
。
58.直立的第一侧壁52从底壁18的第一侧24向上延伸，并具有第一端54和第二端56。侧壁52的端部54联结到端壁32的端部38。侧壁52的端部56联结到端壁42的端部48。
59.直立的第二侧壁58从底壁18的第二侧26向上延伸，并具有第一端60和第二端62。侧壁58的端部60联结到端壁32的端部40。侧壁58的端部62联结到端壁42的端部50。
60.附图标记64指代第一容纳构件16的顶壁或顶部，该顶壁或顶部位于端壁32的上端
36、端壁42的上端46、侧壁52的上端和侧壁58的上端上，并联结到这四者。如图所示，顶壁或顶部64位于上表面或地平面14的下方，并完全埋入地12，以提供保护抵抗空袭、导弹袭击或者其他恐怖或战争行为。如图3和3a所示，从其上端看，容纳构件16可具有椭圆形构造，也可具有如图1所示的矩形形状。如果采用矩形构造，则可在容纳构件16的侧壁和端壁二者的上端设置倒圆部分。
61.第一容纳构件16优选地由混凝土组成，但也可以由钢或其类似物组成。如图所示，可以使用图1的单层混凝土的一些其他版本。附图标记65指代位于容纳构件16的内部的可选储罐或框架。储罐65与美国专利第10,685,751号中所描述和示出的驳船32相同，除了描述储罐65具有底壁、第一端壁、第一侧壁、第二侧壁、打开的第二端和打开的上端外，将不会对其作详细描述。储罐65由诸如不锈钢、钢、铁、铝或其他合适材料的金属材料组成。
62.如图所示，直立的第二容纳构件66位于第一容纳构件16的内部和储罐65中。容纳构件66优选地由钢组成，但也可以由其他材料形成。容纳构件66将描述成具有大体呈圆柱形的主体部段68、下部段70和上部段72。就像美国专利第10,170,209号、第10,685,751号和第10,714,221号中，核反应堆59关闭驳船32的一端一样，容纳构件66关闭储罐65的打开的第二端。
63.容纳构件66具有出水口74，该出水口74在容纳构件66的上部段72中固定到容纳构件66。容纳构件66也具有排气口76，该排气口76在容纳构件66的上部段72中形成在容纳构件66中，下文将对此进行更详细的描述。容纳构件66也具有单向进水口开口或管78，该单向进水口开口或管78形成在容纳构件66的下部段70中。如图所示，如果使用可选储罐65，则容纳构件66的下端位于储罐65的底壁的上侧上，储罐65位于容纳构件16的底壁18的上侧28上。如果未使用可选储罐65，则容纳构件66的下端将位于容纳构件16的底壁18的上侧28上。
64.附图标记80指代位于容纳构件66中且具有内部隔室82的核反应堆容器。为了说明的目的，反应堆容器80将描述成具有上端84和下端86。反应堆容器80与容纳构件66隔开，以在两者之间限定内部隔室88。反应堆容器80的内部隔室82以常规方式包含流体90和杆92。进水口开口78与内部隔室88流体连通。出水口开口74与容纳构件16的内部流体连通。
65.容器80设有多个径向隔开的管道94，这些管道94在反应堆容器80的上部段中从反应堆容器80向外延伸。阀96和98施设在每根管道94中。细长且垂直设置的冷却管道99从内部隔室88中的每个阀98的出口侧向下延伸。成对阀100和102施设在每根冷却管道99的下端中。每个阀102的排放侧与管104连通，管104与容器80的内部隔室82连通。
66.管道106从容器80的上端84的下方自容器80处延伸，并向外延伸穿过容纳构件68，管道106内施设有阀108。管道110从容器80的下端自容器80处延伸，管道110的内端与容器80的内部隔室82流体连通。阀112和电动泵114施设在管道110中。每根管道94连接两个阀96和阀98的原因是，如果两个阀中的一个发生故障，则可提供备用阀。每根管道104连接两个阀100和阀102的原因是，如果两个阀中的一个发生故障，则可提供备用阀。
67.附图标记116指代直立的热交换器，如图所示，该热交换器位于与容纳构件66相邻的位置。热交换器116包括直立的外支承件118，如果使用储罐65，则外支承件118的下端搁置在储罐65的底壁上。如果未使用储罐65，则热交换器116的下端搁置在容纳构件16的底壁18上。容器120位于外支承件118内。外支承件118和容器120在其之间限定内部隔室122。在某些情况下，可以不需要外支承件118。无论如何，容器120中包含流体124。
68.从容器80的内部延伸的管道106和管道110向外延伸穿过容纳构件66，穿过换热器116的外支承件118，进入容器120的内部，并与位于容器120内部的垂直设置的管道126连接。
69.现在参考附图，管道128从容器120的上端延伸，穿过外支承件118到达常规涡轮130，常规涡轮130驱动诸如发电机的装置132。管道134从涡轮130延伸到常规冷凝器136。水输入管线138从冷凝器136处延伸，并具有施设在其中的阀140和阀142。管线138还具有施设在其中的可选泵144。管线146从冷凝器136向外延伸穿过容纳构件16的端壁42，进入地12。管线146具有施设在其中的阀148和阀150。管线146也具有施设在其中的可选泵152。
70.附图标记154指代向外延伸穿过容纳构件16的端壁42进入地12的管道。管道154具有施设在其中的阀156和施设在其中的可选泵158。管道160从冷凝器136延伸至热交换器116的容器120的内部隔室124。
71.图3a的结构与图3的结构相同，除了管道138、管道146和管道154向外穿过容纳构件16的侧壁52，而不是容纳构件16的端壁42。
72.管线或管道138从冷凝器136延伸至水源162，水源162位于地平面14及以下。水162可以是单个储罐或椭圆形水体，如图3和3a所示。如图所示，水源162为混凝土衬里。关于管线138，重力应向冷凝器136供应所需的水，但泵144确保将向冷凝器136供应足量的水。
73.如图1所示，管线或管道164将水源162与容纳构件16的内部流体连接。管线164具有施设在其中的阀166。亦如图1所示，管线或管道168将水源162和入口管78流体连接，以向容纳构件66的内部隔室88供应冷却水。阀170施设在管线168中。管线168也包括柔性或松弛部分172。
74.附图标记174指代具有通气口176的常规辐射洗涤器。管道178将辐射洗涤器174连接到容纳构件16的内部，如图1所示。管线180将辐射洗涤器174连接至容纳构件66的上端的出口管76。管线180包括在管线180中的柔性部分182。
75.图2与图1相同，除了冷却水已通过重力流供至容纳构件66的隔室88的内部，从而围绕反应堆容器80。隔室88中的多余的水将从出口管74向外流入容纳构件16的内部。容纳构件16的上部中的任何辐射烟雾将穿过管线178向上到达辐射洗涤器174。容纳构件88的上部中的任何辐射烟雾将穿过管线180向上到达辐射洗涤器174。
76.当本发明的核反应堆以常规方式运行时，如图1所示，管线164和管线168中的阀166和阀170将分别关闭。管线106和管线110中的阀108和阀112将分别打开，管线110中的泵114将活动。反应堆容器80的内部隔室82中所产生的加热流体或蒸汽将取道管道106排入热交换器116。其中的加热流体将穿过管道106和阀108，穿过管道126，并向外穿过管道110、泵114和阀112，进入反应堆容器80的隔室82的内部，该流动由电动泵114辅助。
77.当本发明的核反应堆以常规方式运作时，阀96、阀98、阀100和阀102将打开，以使流体可以穿过冷却管道99。如果其中一根管道99破裂，则相关管道99的阀96、阀98、阀100和阀102将关闭，以避免破裂的管道99中的液体流失。在每根管道94的外端具备两个阀96和阀98的原因是，为了在其中一个阀发生故障的情况下，其中一个阀起到备用阀的作用。在每根冷却管道99的下端具备两个阀100和阀102也是如此。
78.热交换器116中的容器120中的加热流体或蒸汽124穿过管线128到达涡轮130，从而以常规方式驱动涡轮130。涡轮130以常规方式驱动装置132。涡轮130内的流体或蒸汽取
道管道134排入冷凝器136。供给冷凝器136的流体或蒸汽通过管线160返回容器120的下端。
79.如果核反应堆过热或过压，则管线168中的阀170将打开，以通过重力来供水以淹没容纳部66的内部隔室88。内部隔室88中的冷却水将围绕冷却管道99。阀96、阀98、阀100和阀102常开，这允许来自内部隔室82的热流体从内部隔室82的上端穿过冷却管道99到内部腔室82的下端进行循环。来自冷却管道99中的热流体的热量跨越冷却管道99的壁传导到冷却管道99周围的冷水。这会冷却在冷却管道99内的流体。随着流体冷却，其密度变得比热流体高，并下降到容器80的下部。在容器80内，来自热杆92的余热加热流体，降低流体密度。密度较低的流体上升并移动到容器80的上部段，进入由冷水围绕的管道99的上端，并在冷却管道99内再次冷却，从而产生对流循环。对流循环使得反应堆受到冷却。
80.如果需要，则可以打开阀166，这样，来自水源162的冷却水将淹没容纳构件16的内部。第一容纳构件16内的水位将由管线154中的阀156和泵158控制。
81.总之，相对于申请人的早期专利，待决申请的发明的新特征如下所述：
82.1.本发明的核反应堆完全在地下，该事实保护核反应堆免受空袭、导弹袭击、恐怖主义等。
83.2.由于对从反应堆排出的辐射烟雾进行了辐射洗涤，本发明为公众提供了更高水平的辐射保护。
84.3.简化的被动冷却系统向第二容纳构件的内部提供冷却水，从而冷却在其中的冷却回路。
85.4.如果使用储罐，则反应器位于储罐的地板上，储罐位于第一容纳构件的地板上。
86.5.如果未使用储罐，则反应堆位于第一容纳构件的地板上。
87.6.设置多个备用阀。
88.附图标记190指代本发明的爆炸缓解组件。对待决申请的地下核反应堆进行了一定程度的修改，以适应爆炸缓解组件与地下核反应堆的连接。容纳构件16的端壁22被部分切除，以在其中形成门开口192，门开口192足够大，以允许核反应堆80、热交换器116及相关设备移动穿过门开口192，以进行维修或更换。如图8、8a和8b所示，以密封或关闭水源162的右端的方式来移除水源162的右端。
89.爆炸缓解组件190包括细长中空隧道构件193，该细长隧道构件193具有内端194和外端196。隧道构件193包括水平设置的底壁198、直立的外端壁200、上壁202、第一侧壁204和第二侧壁206。隧道构件193的壁198、壁200、壁202、壁204和壁206限定内部爆炸缓解室208。爆炸缓解室208的内端具有形成在其中的门开口210，门开口210与容纳构件16中的门开口192对准。门212铰接地安装在门开口192和门开口210中，优选地由钢组成。门212常闭，但可移动到打开位置，下文将详细描述。
90.如图所示，多个细长且垂直设置的偏导件214以水平间隔的方式固定到壁204的内表面。如图所示，多个细长且垂直设置的偏导件214也以水平间隔的方式固定到壁206的内表面。如图所示，从壁204向内延伸的偏导件214相对于从壁206向内延伸的偏导件214水平偏移。优选地，偏导件214由混凝土组成，但如果需要，也可以由钢或类似物组成。
91.优选地，每个偏导件214具有三角形横截面或梯形横截面，其限定成角度的前部面214a和后部面214b。优选地，偏导件214的下端位于底壁198的上侧。优选地，偏导件214通过法兰216和螺栓218选择性地固定到其各自的侧壁上。法兰216的内端嵌入其各自的偏导件
214中，其外端用螺栓固定在相应的侧壁上。偏导件214与相应的侧壁的附接使偏导件能够从腔室208中移除，从而能够清洁腔室208的内部，还可以将核能反应堆移动穿过腔室208以进行维修或更换。附图标记220指代顶部部分，其可以选择性地闭合形成在上壁202中的顶部开口222。多个辐射过滤器224与爆炸缓解室208连通，以过滤和排出爆炸缓解室208的辐射。
92.有时必须修理或更换反应堆80和热交换器116。在这种情况下，顶部部分220升高以打开顶部开口222。随后，门212将移动到其打开位置。通常，壁204和壁206上的偏导件214将移除出爆炸室198，以将反应堆80等移除出容纳构件16。随后，反应堆80等移动穿过门开口192和门开口210，穿过爆炸室208，并向外穿过顶部开口222以进行维修或更换。
93.门212包括闭合机构，该闭合机构设计成在反应堆因过压而破碎，门212承受预定的爆炸压力时，让门212打开。反应堆的破碎还会导致容纳构件16中诸如蒸汽发生器、涡轮、发电机、冷凝器和支承结构的其他部件的破碎和损坏。破碎的反应堆及其相关部件撞击门212，门212被爆炸力打开，从而使炸毁的反应堆和其他部件的碎片穿过门开口192和门开口210，进入爆炸缓解室208。
94.压力波和反应堆的碎片撞击壁204上最内侧的偏导件214，从而使得爆炸力有所下降。反应堆和部件的碎片被重新引导至壁206上的下一个偏导件214，然后往返于偏导件214，直至腔室208的末端为止，这样，每次碎片撞击偏导件214的前部面时，爆炸力都会减小。最终，爆炸力降低到安全水平，这样就可以打开顶部部分220，从而清洁爆炸缓解室208，并清洁容纳构件16。辐射过滤器224过滤并排出爆炸室208的辐射。辐射过滤器224也在一定程度上降低了爆炸室208内的压力。
95.因此可以看出，本发明至少实现了其所述的所有目的。
96.尽管已经用某些结构和方法步骤的特定语言描述了本发明，但是应当理解，所附权利要求书中所限定的本发明不必限于所描述的具体结构和/或步骤。相反，具体方面和步骤被描述为实施所要求保护的发明的形式。由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实施本发明的许多实施例，本发明存在于下文所附的权利要求书中。