[發(fā)明專利]緊湊的一體式壓水核反應(yīng)堆

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210046933.5
• 申請(qǐng)日: 2012-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN102737734A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·D·馬洛伊三世;M·J·愛德華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巴布科克和威爾科克斯核能股份有限公司
• 主分類號(hào): G21C1/32
• 分類號(hào): G21C1/32
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 李丹丹

背景技術(shù)

以下涉及核反應(yīng)堆領(lǐng)域、發(fā)電領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域。

核反應(yīng)堆器采用反應(yīng)堆芯，該反應(yīng)堆芯包括如含有在裂變的鈾-235同位素濃縮的氧化鈾(UO₂)的材料之類的裂變材料的材料塊。諸如輕水(H₂O)或重水(D₂O)或其某些混合物的一級(jí)冷卻水流過(guò)反應(yīng)堆芯以提取熱量用于加熱二級(jí)冷卻水以產(chǎn)生然后用于某些其它有用目的的蒸汽。對(duì)于發(fā)電來(lái)說(shuō)，該蒸汽用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)渦輪。在熱力核反應(yīng)堆中，水還用作熱能化中子的中子慢化劑，這加強(qiáng)裂變材料的反應(yīng)。采用各種活性控制機(jī)構(gòu)，諸如機(jī)械操作的控制棒、用可溶性中子毒物對(duì)一級(jí)冷卻劑進(jìn)行化學(xué)處理等等來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)和造成的熱量產(chǎn)生。

在壓水反應(yīng)堆(PWR)中，一級(jí)冷卻水在也包含反應(yīng)堆芯的密封壓力容器中保持在過(guò)冷狀態(tài)。在PWR中，一級(jí)冷卻水的壓力和溫度都受到控制。PWR方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于浸有放射性反應(yīng)堆芯的一級(jí)冷卻水容納在壓力容器中。

對(duì)于發(fā)電來(lái)說(shuō)，二級(jí)冷卻水與一級(jí)冷卻水熱連通地流動(dòng)。熱量(即能量)從反應(yīng)堆芯經(jīng)由一級(jí)冷卻水的媒介傳遞到二級(jí)冷卻水。該熱量將二級(jí)冷卻水從液態(tài)水轉(zhuǎn)換成蒸汽。該蒸汽通常流入渦輪或?qū)嶋H使用蒸汽能的其他功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。

提供一級(jí)冷卻水與二級(jí)冷卻水之間熱連通的設(shè)備稱為蒸汽發(fā)生器。在外部蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中，大直徑壓力容器穿孔將一級(jí)冷卻劑帶出壓力容器進(jìn)入外部蒸汽發(fā)生器，在外部蒸汽發(fā)生器中一級(jí)冷卻劑靠近二級(jí)冷卻水回路流動(dòng)。該方法的缺點(diǎn)在于將一級(jí)冷卻水帶出壓力容器且為此目的形成大直徑容器穿孔。

在內(nèi)部蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)中，蒸汽發(fā)生器位于壓力容器內(nèi)部(或“一體式”)。在這些“一體式PWR”設(shè)計(jì)中，二級(jí)冷卻水流入內(nèi)部蒸汽發(fā)生器(且因此流入壓力容器)并被加熱以產(chǎn)生蒸汽，蒸汽流出壓力容器。優(yōu)點(diǎn)包括通常較小的壓力容器穿孔，并避免一級(jí)冷卻水流出壓力容器。

但是，一體式PWR方法具有一些缺點(diǎn)。將蒸汽發(fā)生器放置在壓力容器內(nèi)部增加壓力容器的尺寸，具有制造成本方面、運(yùn)輸成本(例如更大的軌道運(yùn)輸車輛和/或?qū)Ｓ密壍老到y(tǒng))、位置考慮(例如更深的地下容納結(jié)構(gòu))以及安全性(例如當(dāng)壓力容器的尺寸增加時(shí)更難保持密封整體性)方面的缺點(diǎn)。出于包括安全性和一級(jí)冷卻劑流動(dòng)回路設(shè)計(jì)在內(nèi)的各種原因，通常將核反應(yīng)堆芯放置在壓力容器底部或底部附近。被反應(yīng)堆芯加熱的一級(jí)冷卻水在其冷卻時(shí)自然地趨于上升穿過(guò)壓力容器(一級(jí)回路的“熱分支”)，冷卻的一級(jí)冷卻劑然后向下流動(dòng)以返回反應(yīng)堆芯(一級(jí)回路的“冷分支”)。在輔助回路設(shè)計(jì)中，通過(guò)一級(jí)冷卻劑泵來(lái)增強(qiáng)自然循環(huán)。內(nèi)部蒸汽發(fā)生器放置在反應(yīng)堆芯上方，通常在冷分支內(nèi)。

這種一體式PWR的說(shuō)明性示例在Thome等人的2010年12月16日公開的美國(guó)公開第2010/0316181號(hào)“Integral?Helical?Coil?Pressurized?Water?Nuclear?Reactor”中示出，該公開全文以參見的方式納入本文。該公開揭示來(lái)采用螺旋蒸汽發(fā)生器管道的蒸汽發(fā)生器；但包括直(例如垂向)蒸汽發(fā)生器管但其它盤管幾何形狀也是已知的。該公開還揭示了一體式PWR，其中控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)也在壓力容器內(nèi)部；但是外部CRDM設(shè)計(jì)也是已知的。內(nèi)部CRDM設(shè)計(jì)的某些說(shuō)明性實(shí)例包括Stambaugh等人的2010年12月16日公開的美國(guó)公開第2010/0316177A1號(hào)“Control?Rod?Drive?Mechanism?for?Nuclear?Reactor”，該公開全文以參見的方式納入本文；以及Stambaugh等人的2010年12月16日公開的國(guó)際公開第WO2010/144563A1號(hào)“Control?Rod?Drive?Mechanism?for?Nuclear?Reactor，該公開全文以參見的方式納入本文。”

本文揭示了提供各種優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)閱讀下文時(shí)會(huì)顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容