[發(fā)明專利]無源反應(yīng)堆安全殼保護系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380029440.3
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN104508752B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 克里希納·P·辛格
• 申請（專利權(quán)）人: SMR發(fā)明技術(shù)有限公司
• 主分類號: G21C15/12
• 分類號: G21C15/12
• 代理公司: 北京京萬通知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11440
• 代理人: 許天易

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2012年5月21日提交的美國臨時專利申請No.61/649,593的優(yōu)先權(quán)，其整體通過引用合并到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆，更具體地涉及一種具有無源(passive)熱能釋放控制的反應(yīng)堆安全殼系統(tǒng)。

背景技術(shù)

核反應(yīng)堆的安全殼被定義為向電站的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(NSSS)提供環(huán)境隔離的外殼，在所述電站中，核裂變被利用來生成加壓蒸汽。商業(yè)核反應(yīng)堆要求裝入壓力保持結(jié)構(gòu)中，所述壓力保持結(jié)構(gòu)可以抵抗針對設(shè)施可以假設(shè)的最嚴重的事件所造成的溫度和壓力。對反應(yīng)堆和其安全殼可以假設(shè)的最嚴重能量泄露事件可以具有兩種類型。

首先，冷卻劑泄漏事故(LOCA)之后會由于在安全殼空間中的反應(yīng)堆冷卻劑的突然釋放而導(dǎo)致大量來自電站的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(NSSS)的熱能的快速釋放。突然減壓的反應(yīng)堆冷卻劑可能由于在安全殼空間中的壓力和溫度的突然升高而猛烈地閃蒸(flash)。安全殼內(nèi)空間呈現(xiàn)空氣和蒸汽的混合物。通過假定載有反應(yīng)堆冷卻劑的管突然失效而可以合理地假設(shè)冷卻劑泄漏事故(LOCA)。

安全殼整體性的潛在風(fēng)險的另外第二個熱事件是其中來自電站的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(NSSS)的所有散熱路徑均失效的情景，迫使反應(yīng)堆進入“緊急關(guān)閉(scram)”。全站斷電就是這種事件。在反應(yīng)堆中所生成的衰變熱必須被消除，以防止對壓力升高的失控。

最近，監(jiān)管者還要求安全殼結(jié)構(gòu)抵抗來自墜毀飛機的沖擊。安全殼結(jié)構(gòu)通常建有巨大的鋼筋混凝土圓頂，以抵抗來自LOCA的內(nèi)壓力。雖然它的厚混凝土壁能夠抵抗飛機沖擊，但是它也是良好的熱隔離器，因此要求泵抽散熱系統(tǒng)(使用熱交換器和泵)將其不需要的熱排放到外部環(huán)境中(以最小化壓力升高或移除衰變熱)。然而，這種散熱系統(tǒng)依賴于強健的電源(例如，電站外或當?shù)氐牟裼桶l(fā)電機)，以向泵提供動力。緊隨海嘯后的福島全站斷電是對荒唐地依賴于泵的一個清醒的提醒。

今天，具有龐大的鋼筋混凝土構(gòu)造的安全殼結(jié)構(gòu)使得它移除和安裝大資本需求的裝備及其困難和昂貴，例如在由它們所容納的NSSS中的蒸汽發(fā)電機。為了更換大型設(shè)備，在厚混凝土圓頂中的艙口必須以高昂的成本制造，并且必須使反應(yīng)堆有停工時間。不幸地，在過去的25年里，在核電產(chǎn)業(yè)中，為了不得不更換大量反應(yīng)堆中的太多的蒸汽發(fā)電機，通過花費數(shù)十億美元的成本來割穿安全殼圓頂。

現(xiàn)有技術(shù)中的上述弱點要求改進核反應(yīng)堆安全殼系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種克服前述設(shè)計缺陷的核反應(yīng)堆安全殼系統(tǒng)。安全殼系統(tǒng)通常包括可以由鋼或其他延性材料組成的內(nèi)安全殼容器以及外安全殼殼體結(jié)構(gòu)(CES)，從而形成雙壁安全殼系統(tǒng)。在一個實施方式中，填充水的環(huán)形部可以設(shè)置在安全殼容器與安全殼殼體結(jié)構(gòu)之間，從而提供環(huán)形冷卻水蓄水池。安全殼容器可以包括多個縱向傳熱翅片(fin)，所述翅片以“翅片”的方式從容器(大致地)徑向向外延伸。因此，安全殼容器不僅作為反應(yīng)堆的第一結(jié)構(gòu)安全殼，而且被構(gòu)造成且可操作地具有熱交換器的功能，其環(huán)形蓄水池起散熱器(heat?sink)的作用。因此，如本文進一步所描述的那樣，當在熱能釋放事件(例如，LOCA或反應(yīng)堆緊急關(guān)閉)過程中需要時，安全殼容器有利地提供一種無源(即，非泵抽的)散熱系統(tǒng)，以散熱且冷卻反應(yīng)堆。

在根據(jù)本公開的一個實施方式中，核反應(yīng)堆安全殼系統(tǒng)包括構(gòu)造用于容納核反應(yīng)堆的安全殼容器，圍繞該安全殼容器的安全殼殼體結(jié)構(gòu)(CES)，以及在安全殼容器與安全殼殼體結(jié)構(gòu)(CES)之間形成的用于從安全殼空間中抽取熱能的環(huán)形蓄水池。在安全殼容器內(nèi)側(cè)有熱能釋放事件的情況下，由安全殼容器所生成的熱傳遞到環(huán)形蓄水池，所述環(huán)形蓄水池運轉(zhuǎn)以冷卻安全殼容器。在一個實施方式中，環(huán)形蓄水池包括用于冷卻安全殼容器的水。部分的安全殼容器可以包括大致徑向的傳熱翅片，所述翅片設(shè)置在環(huán)形蓄水池中并在安全殼容器與安全殼殼體結(jié)構(gòu)(CBS)之間延伸，用于改進熱量在填充水的環(huán)形蓄水池的消散。當在安全殼容器內(nèi)側(cè)發(fā)生熱能釋放事件時，在環(huán)形部中的一部分水蒸發(fā)并以水蒸汽的形式通過安全殼殼體結(jié)構(gòu)(CBS)環(huán)形蓄水池排放到大氣中。