[發明專利]一種利用壓力容器壁面冷卻的熱管堆非能動余熱排出系統

有效

• 申請號: 201910974400.5
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110739090B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 夏庚磊;彭敏俊;朱海山;張元東;唐松勝;呂聯鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G21C15/00
• 分類號: G21C15/00;G21C15/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種利用壓力容器壁面冷卻的熱管堆非能動余熱排出系統，屬于核反應堆系統技術領域。包括反應堆保護容器和反應堆壓力容器；反應堆保護容器的下部通過海水進口管道與大海環境相連，上部通過海水出口管道與大海環境相連；反應堆壓力容器內布置有反應堆堆芯、高溫熱管和主換熱器，反應堆壓力容器的內表面與穿過堆芯布置的熱管冷凝段相連；反應堆保護容器、海水進口管道、海水出口管道和反應堆壓力容器共同構成與大海環境聯通的余熱排出通道。本發明形成的非能動余熱排出循環僅依靠工質的密度差和熱管的毛細作用，不需任何的外力作用就能實現堆芯衰變熱的持續導出，提高了反應堆的安全性，且有利于實現反應堆結構的緊湊性，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及一種利用壓力容器壁面冷卻的熱管堆非能動余熱排出系統，屬于核反應堆系統技術領域。

背景技術

反應堆停堆后堆芯衰變熱的導出是核反應堆設計中需要關注的安全問題之一，特別是在發生反應堆斷電事故以后，無法依靠外部動力導出堆內余熱，堆內熱量積累可能導致燃料元件溫度升高而破損甚至融化，從而引起放射性物質的泄露，造成非常嚴重的核安全事故。

與壓水堆不同，高溫熱管堆是利用高溫熱管內冷卻劑的兩相自然循環導出堆芯熱量的一種新型反應堆形式。熱管冷卻反應堆具有很好的可靠性以及最優的熱瞬態反饋性能，而且每個熱管相互獨立，單根熱管或數根熱管損壞后，熱量可以通過臨近的熱管導出堆外，不會造成反應堆系統的失效，極大的提高了反應堆的固有安全性。熱管冷卻反應堆是目前小型堆研制的熱點，國外已經提出了多種熱管堆的設計方案。

然而在反應堆剩余衰變熱的導出過程中，國外依然是以能動的循環冷卻方式為主，依靠專門設置的循環泵提供冷卻工質來冷卻反應堆。這種能動的余熱導出系統雖然能夠提供較大的循環流量，但是能動部件依然有很多的限制因素，如設備可靠性低、依賴外部電源等。即使采用大量的冗余設置，仍然具有很高的失效概率，而且大量能動設備及管道還會增大投資及系統的體積和重量。

當前先進的反應堆設計中大都采用非能動的安全理念以提高反應堆的固有安全性。非能動安全系統不依賴外部的觸發和動力源，主要依靠自然對流、重力等自然特性來實現安全系統的功能。高溫熱管堆的結構形式和運行方式與常規電站存在較大的差別，如何采用非能動的方式實現堆芯衰變熱的導出成為亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是為了最大限度減少放射性物質的釋放，保證反應堆的安全而提供一種利用壓力容器壁面冷卻的熱管堆非能動余熱排出系統。

本發明的目的是這樣實現的：包括反應堆保護容器、反應堆壓力容器、海水進口管道、海水出口管道和余熱排出通道；所述反應堆保護容器的下部通過海水進口管道與大海環境相連，反應堆保護容器的上部通過海水出口管道與相同的大海環境相連；所述反應堆壓力容器內布置有反應堆堆芯、高溫熱管堆和主換熱器，反應堆壓力容器的內表面與穿過堆芯布置的熱管冷凝段相連；反應堆保護容器、海水進口管道、海水出口管道和反應堆壓力容器共同構成與大海環境聯通的余熱排出通道。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1、所述海水出口管道位于反應堆保護容器的上部，在高度方向上海水出口管道的高度高于海水進口管道的高度；所述海水進口管道上安裝有隔離閥；所述海水出口管道上安裝有隔離閥；海水進口管道上的隔離閥和海水出口管道上的隔離閥在船用核反應堆出現斷電工況下自動開啟。

2、所述余熱排出通道內充填惰性氣體。

3、所述高溫熱管堆布置在堆芯活性區金屬基體中，高溫熱管堆中的部分高溫熱管采用雙端熱管。

4、所述雙端熱管的兩端都為冷凝段，中間部分為蒸發段，其中熱管蒸發段位于堆芯活性區內，熱管冷凝段的一端插入主換熱器，另一端由堆芯活性區底部伸出。

5、所述雙端熱管的冷凝段根據壓力容器下腔室內表面結構進行彎曲，與反應堆壓力容器內表面緊密貼合焊接。