用于長期反應(yīng)堆冷卻的無源技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請在由DE-NE0000583號能源合作協(xié)議的支持的工作過程中構(gòu)思。能源部可能在本申請中具有某些權(quán)利。
[0002]本申請要求于2013年3月15日提交的題目為“用于長期反應(yīng)堆冷卻的無源技術(shù)(PASSIVE TECHNIQUES FOR LONG-TERM REACTOR COOLING) ” 的 61/794，206 號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，2013年3月15日提交的題目為“用于長期反應(yīng)堆冷卻的無源技術(shù)”的61/794，206號美國臨時申請的全文通過引用并入于此。
【背景技術(shù)】
[0003]以下涉及核能發(fā)電技術(shù)、核反應(yīng)堆安全性技術(shù)、核反應(yīng)堆應(yīng)急堆芯冷卻(ECC)技術(shù)，以及相關(guān)技術(shù)。
[0004]在冷卻劑損失事故(L0CA)中，核反應(yīng)堆堆芯浸在水中，以便提供用于去除衰變熱，并且防止可能引起化學(xué)反應(yīng)和空氣中釋放性物質(zhì)釋放的燃料桿暴露于空氣中。提供這種注水的系統(tǒng)稱為應(yīng)急堆芯冷卻(ECC)系統(tǒng)。在通常的布置中，換料貯水箱(RWST)與核反應(yīng)堆位于放射性安全殼內(nèi)側(cè)，以在反應(yīng)堆換料期間提供用于使用的水，并且該RWST還作為ECC系統(tǒng)的水源。RWST位于反應(yīng)堆堆芯的上方，以使無源ECC系統(tǒng)可以通過重力驅(qū)動水流來操作。
[0005]由ECC系統(tǒng)注入減壓壓力容器中的水由來自核反應(yīng)堆堆芯的衰變熱轉(zhuǎn)換成蒸汽。優(yōu)選地，該蒸汽是通過冷凝將其收復(fù)在RWST中，以便形成閉合回路再循環(huán)熱交換系統(tǒng)。在實踐中，一些蒸汽從引起L0CA的破裂損失。該損失的蒸汽冷凝周邊放射性安全殼內(nèi)側(cè)，從而有助于來自反應(yīng)堆堆芯的熱傳遞，盡管未以再循環(huán)的方式。在一些實施例中，水收集在安全殼貯槽中，并且提供貯槽栗以將水再循環(huán)返回RWST中。然而，如果柴油發(fā)電機或其它電源驅(qū)動的貯槽栗失效，該方法容易出故障，而且可能將污染傳遞至可干涉ECC系統(tǒng)操作的RWST 中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個公開的方面，一種裝置包括:加壓水反應(yīng)堆(PWR)，其包括壓力容器，該容器含有包括可裂變材料的核反應(yīng)堆堆芯；放射性保護殼結(jié)構(gòu)，PWR置于其內(nèi)側(cè)；應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)，其配置成響應(yīng)于通過穿過注入線路將水從水體排到壓力容器中導(dǎo)致壓力容器減壓的在壓力容器頂部處的容器滲透件破裂；以及屏障，其配置成與應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)同時操作，以抑制液態(tài)水從壓力容器流出壓力容器的頂部處的容器滲透件破裂。屏障可以包括下述一個或多個:(1)注入線路的延長，其置于壓力容器的內(nèi)側(cè)，并且穿過中心升管以將水從水體排入壓力容器的中心升管中；(2)中心升管的下部部分中的開口，其布置成將中心升管中的向上流動的部分分流到環(huán)形下導(dǎo)管的下部部分；以及(3)浪涌線路，其配置成提供壓力容器的頂部處的加壓器體積與壓力容器的剩余部分之間流體連通，該浪涌線路配置成朝環(huán)形下導(dǎo)管向外側(cè)引導(dǎo)水。
[0007]在另一公開的方面，一種方法包括:操作加壓水反應(yīng)堆(PWR)，其包括壓力容器，該容器含有包括可裂變材料的核反應(yīng)堆堆芯；并且響應(yīng)于通過各操作導(dǎo)致壓力容器減壓的在壓力容器頂部處的容器滲透件破裂，該操作包括:穿過注入線路將水從水體排到壓力容器中；并且在排水期間，抑制液態(tài)水從壓力容器流出容器滲透件破裂。抑制可以包括在排水期間在壓力容器中例如通過將水從水體注入到中心升管來產(chǎn)生逆流，其方向與操作期間在壓力容器中的冷卻水流相反。另外地或可替代地，抑制可以包括將中心升管中的冷卻水的向上流的一部分通過中心升管中的孔分流并且進入環(huán)形下導(dǎo)管的下部部分，而分流的水不能到達中心升管的頂部。另外地或可替代地，抑制可以包括朝環(huán)形下導(dǎo)管向外側(cè)引導(dǎo)加壓器體積與壓力容器的剩余體積之間的浪涌流。
【附圖說明】
[0008]本發(fā)明可以采取各種部件和部件的布置，以及各種處理操作和處理操作的布置形式。附圖僅用于說明優(yōu)選實施例的目的，而不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。本公開包括以下附圖。
[0009]圖1示出了置于放射性安全殼結(jié)構(gòu)中的說明性的小模塊化反應(yīng)堆(SMR)連同換料貯水箱(RWST)與利用RWST的應(yīng)急堆芯冷卻(ECC)的示意剖面透視圖，并且其還包括一示意地說明機構(gòu)，用于通過L0CA破裂抑制液態(tài)水的損失。
[0010]圖2至圖4示意地示出了用于通過L0CA破裂抑制液態(tài)水損失的機構(gòu)的說明性實施例。
【具體實施方式】
[0011]參照圖1，剖面透視圖示出了說明性的小模塊化反應(yīng)堆(SMR) 10和說明性的換料貯水箱(RWST) 12 (通常，提供兩個或多個RWST用于冗余)。SMR單元10是壓水反應(yīng)堆(PWR)種類，并且包括壓力容器14和置于壓力容器14內(nèi)的一個或多個集成蒸汽發(fā)生器16 (即，說明性SMR 10是集成的PWR 10)?？商娲兀部梢圆捎猛獠空羝l(fā)生器。SMR 10還包括將集成加壓器體積限定在壓力容器14頂部的集成加壓器18 ;可替代地，可以采用的外部加壓器通過合適的管道連接在SMR 10的頂部。壓力容器14包括核反應(yīng)堆堆芯20，其包括浸在(一次)冷卻水(在本文中更一般地，簡單的“冷卻劑”或“冷卻水“)中的可裂變材料，諸如235U(通常以合金、復(fù)合材料、混合物或者其它的形式)。因為反應(yīng)堆堆芯20浸在冷卻水中，并且當控制桿驅(qū)動機構(gòu)(CRDM)22至少部分地撤回由中子吸收材料制成的控制時，核鏈式反應(yīng)在加熱(一次)冷卻水的核反應(yīng)堆堆芯20中開始。說明性CRDM22是內(nèi)部CRDM，其中，包括具有轉(zhuǎn)子和定子的其電動機22m的CRDM單元置于壓力容器14中，并且引導(dǎo)框架支撐件23引導(dǎo)位于堆芯上方的控制桿的部分；在其它實施例中，可以采用內(nèi)部CRDM單元。在說明性集成PWR10中，單獨的水流(二次冷卻劑)分別經(jīng)由供水進口 24和蒸汽出口 26進入和離開蒸汽發(fā)生器16。二次冷卻劑流過蒸汽發(fā)生器16的二次冷卻劑通道，并且通過來自由(一次)冷卻水承載的反應(yīng)堆堆芯的熱量轉(zhuǎn)換成蒸汽。可替代地，如果采用外部蒸汽發(fā)生器，隨后，大直徑閉合回路管道將(一次)冷卻水從壓力容器供至外部蒸汽發(fā)生器，其中來自一次冷卻劑的熱量將外部蒸汽發(fā)生器中的二次冷卻劑流轉(zhuǎn)換成蒸汽。說明性集成PWR10的壓力容器14包括容納核反應(yīng)堆堆芯20的下部部分30和容納蒸汽發(fā)生器16的上部部分32，與連接壓力容器的上部部分和下部部分的中間凸緣34 ;然而，壓力容器可以是其它構(gòu)造或其它配置。
[0012]壓力容器14內(nèi)側(cè)的一次冷卻劑流動回路F由在反應(yīng)堆堆芯20上方向上延伸的圓柱中心升管36和限定在中心圓柱升管36與壓力容器14之間的環(huán)形下導(dǎo)管來限制。流動F可以通過自然循環(huán)來驅(qū)動(S卩，由反應(yīng)堆堆芯20加熱的一次冷卻劑上升穿過中心圓柱升管36，在頂部排出，并通過環(huán)形下導(dǎo)管38向下流動)，或者可以由反應(yīng)堆冷卻劑栗(RCP)協(xié)助或驅(qū)動，諸如說明性RCP包括RCP殼體40，其包括由RCP電機42驅(qū)動的葉輪?？商娲?，RCP可以位于沿一次冷卻劑路徑的別處，或者完全在自然循環(huán)反應(yīng)堆中省略。再次指出的是，本說明性SMR10僅是說明性示例，并且公開的ECC技術(shù)適合地采用基本上任何類型的輕水核反應(yīng)堆。
[0013]繼續(xù)參照圖1，示意性剖視圖示出了置于放射性保護殼結(jié)構(gòu)50中的SMR10(本文中還稱為“放射性保護殼”或簡單地“保護殼”)連同換料貯水箱(RWST)12。盡管示出了單個RWST 12，但應(yīng)當理解的是，兩個或多個RWST可以置于保護殼內(nèi)側(cè)以提供冗余和/或提供水更大的總體積。RWST 12適合多種用途。顧名思義，在