[發明專利]采用閉合傳熱路徑的、用于核反應堆的緊急堆芯冷卻系統（ECCS）

在審

• 申請號: 201210485434.6
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103165199A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: B·E·賓漢姆
• 申請（專利權）人: 巴布科克和威爾科克斯核能股份有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 朱立鳴

技術領域

下文涉及核反應堆領域、核發電領域、核安全領域和相關領域。

背景技術

核反應堆安全性集中于將放射性堆芯保持在浸沒狀態下，并去除足夠的熱量。在正常操作過程中，反應堆堆芯設置在密封的反應堆壓力容器內，該壓力容器填充有（或多半填充有）主冷卻劑（例如，在輕水反應堆的情況下是輕水）。通過使主冷卻劑經“熱阱”的循環來去除熱量。在核電站的情況下，“熱阱”通常呈蒸汽發生器或渦輪機的形式。在傳統的沸水反應堆（BWR）中，主冷卻劑轉化成壓力容器內的蒸汽，并經管道輸出以直接驅動渦輪機，其中，對渦輪機作有用功的動作使蒸汽冷卻。在傳統的壓水堆（PWR）中，處于過冷液相的主冷卻劑經管道輸入外部蒸汽發生器內，其中，將熱量傳遞到又驅動渦輪機的二次冷卻劑。在集成的PWR設計中，“集成的”蒸汽發生器位于壓力容器內部。在此變型設計中，二次冷卻劑給水經管道輸入蒸汽發生器內，而二次冷卻劑蒸汽則經管道輸出蒸汽發生器。

設計安全系統以補救各種會危及將反應堆堆芯保持浸沒在主冷卻劑內并適當冷卻這一目的的可能的事件。安全系統所處理的兩種可能的事件是：冷卻劑喪失事故（LOCA）；以及熱阱喪失事故。通常，安全系統包括：(1)鋼外殼結構，該鋼外殼結構包圍著壓力容器，并有足夠的結構強度，以包含釋放出的主冷卻劑蒸汽；(2)最終熱阱（UHS），該最終熱阱包括位于外殼結構之外的水池；以及(3)緊急堆芯冷卻系統（ECCS），該緊急堆芯冷卻系統包括冷凝器的組合，以將蒸汽冷凝成水并將熱量排到UHS。此外，位于外殼結構內部以在換料操作過程中供水的換料用水儲存箱（RWST）還能在緊急情況下用作水源。由冷凝器重新捕獲的蒸汽可選地反饋回到RWST內或反應堆冷卻劑裝載或凈化系統（RCIPS）。UHS設計成包含足夠的供水，以在指定的時間段內（例如，72小時或者在一些法規規定中為兩周）從反應堆散熱，而不在UHS內補水。

在LOCA中，壓力容器或連接管道（例如，將主冷卻劑從外部渦輪機或蒸汽發生器傳導/傳導至外部渦輪機或蒸汽發生器的管路）內的破裂會引起壓力容器降壓，并可能泄漏主冷卻劑。對LOCA的補救包括(1)包含和冷凝主冷卻劑蒸汽，以使系統降壓；以及(2)將水補到壓力容器內，以保持反應堆堆芯浸沒。RWST提供補充水，而ECCS冷凝器使蒸汽冷凝，以控制外殼結構內的壓力。

在熱阱喪失事故中，通過流到渦輪機（BWR中）或外部蒸汽發生器（PWR中）的主冷卻劑流的喪失或者通過向蒸汽發生器（在PWR或集成的PWR中）給水的喪失而喪失“熱阱”。對熱阱喪失的應對包括將蒸汽從壓力容器排到ECCS冷凝器，以去除熱量并可控地使壓力容器降壓。理想地，這將采用閉合系統來執行，在該閉合系統中，將來自壓力容器的蒸汽排入冷凝器。然而，如果由于熱阱喪失而造成壓力升高過快，則有必要排入外殼結構內（實際上是將熱阱喪失事故轉換成受控的LOCA）。

ECCS冷凝器的高壓（即，蒸汽）環路在熱阱喪失事故中與壓力容器連接，和/或在由壓力容器排入外殼結構的熱阱事故或LOCA中連接到外殼結構內。ECCS冷凝器的低壓（即，冷卻劑流體）環路經由合適的管道與UHS連接，該管道必須經過外殼結構，以提供外殼結構內的ECCS冷凝器和外殼結構外部的UHS之間的流體連通。由于管路內的破裂會造成從外殼結構的主要泄漏，這種管道具有潛在的安全危害。在LOCA中，這會造成輻射性主冷卻劑蒸汽排入外部大氣。

發明內容

在本發明的一方面，核反應堆包括壓力容器和包含于壓力容器內的核反應堆堆芯。外殼結構包含核反應堆。最終熱阱池設置在外殼結構外部。冷凝器包括具有第一端部和相對第二端部的多個閉合路徑的熱管或閉合路徑的熱虹吸管。閉合路徑熱管或熱虹吸管埋設于外殼結構內，第一端部包含在外殼結構內部，而第二端部設置在外殼結構外部。第二端部與最終熱阱池熱連通。

在本發明的另一方面，冷凝器包括具有第一端部和相對第二端部的多個閉合路徑熱管或閉合路徑熱虹吸管，以及包含第一端部的氣室。氣室具有流體入口和流體出口。

在本發明的又一方面，外殼結構包含內部容積，而核反應堆設置在內部容積內。最終熱阱池設置在外殼結構外部。冷凝器包括具有第一端部和相對第二端部的多個閉合路徑的熱管或閉合路徑的熱虹吸管。閉合路徑熱管或閉合路徑熱虹吸管埋設于外殼結構內，第一端部突出到內部容積內，而第二端部突出到外殼結構的外部。

附圖說明

本發明可呈各種部件和各部件的布置以及各種過程操作和過程操作的布置的形式。附圖僅用于說明較佳的實施例，并不理解為限制本發明。