外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及換熱技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種外表面密集布置毫米級(jí)凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器。
【背景技術(shù)】
[0002]大型核電站核反應(yīng)堆在發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)可能導(dǎo)致堆芯熔化，熔融物在重力作用下落入壓力容器下封頭內(nèi)。將熔融物冷卻和持留在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)是緩解事故進(jìn)程的關(guān)鍵措施。通過(guò)向反應(yīng)堆腔室充水，使壓力容器的下部浸沒(méi)，在壓力容器的外表面進(jìn)行池內(nèi)沸騰冷卻，是緩解嚴(yán)重事故的一項(xiàng)重要措施。利用壓力容器外側(cè)水的沸騰換熱和非能動(dòng)自然循環(huán)流動(dòng)，將壓力容器下封頭內(nèi)熔融物的衰變熱帶走，從而保持壓力容器的完整性，避免和延緩后續(xù)后果更為嚴(yán)重的事故進(jìn)程的發(fā)生以及核泄漏造成的大量放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放。
[0003]由于核電站核反應(yīng)堆的大型化和安全性的更高要求，在嚴(yán)重事故下，現(xiàn)有核反應(yīng)堆壓力容器外部沸騰換熱冷卻的換熱性能，特別是非能動(dòng)冷卻的沸騰換熱臨界熱流密度，還有待于進(jìn)一步提尚。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種可顯著增強(qiáng)核反應(yīng)堆壓力容器外部沸騰換熱冷卻性能的外表面密集布置毫米級(jí)凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，同時(shí)該外表面密集布置毫米級(jí)凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器還具有易于制造、壽命長(zhǎng)、安全可靠的特點(diǎn)。
[0005]需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型專利是基于發(fā)明人的下列工作而完成的:
[0006]在嚴(yán)重事故下，核反應(yīng)堆壓力容器外的沸騰換熱冷卻性能，是影響壓力容器安全性的重要性能之一。如圖1所示，當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)堆芯發(fā)生融化，堆芯熔融物300落入反應(yīng)堆壓力容器1000下部，此時(shí)依靠重力等非能動(dòng)方式向反應(yīng)堆安全殼2000內(nèi)注入冷卻水使得整個(gè)壓力容器1000淹沒(méi)，從而對(duì)壓力容器1000的外壁面進(jìn)行池內(nèi)沸騰換熱冷卻。通過(guò)保證承接堆芯熔融物300的壓力容器下部外壁的熱流通量沒(méi)有超過(guò)沸騰換熱臨界熱流密度(簡(jiǎn)稱CHF)，反應(yīng)堆壓力容器1000外壁面通過(guò)核態(tài)沸騰換熱的方式得到充分的冷卻，進(jìn)而可以保證反應(yīng)堆壓力容器1000的完整性，阻止核燃料等的泄漏，保證核電站的安全。發(fā)明人經(jīng)反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)堆壓力容器1000外壁面密集設(shè)置凸起部200，可以顯著提高外表面的CHF，從而顯著提高核電站安全性。
[0007]因而，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供了一種外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，該核反應(yīng)堆壓力容器包括:筒體，所述筒體內(nèi)限定出容納空間；以及凸起部，所述凸起部設(shè)置在所述筒體的外表面上，其中，所述凸起部的高度為l_5mm，所述凸起部分布區(qū)域的外表面的面積增加率達(dá)50%以上。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，核反應(yīng)堆壓力容器外表面布置的毫米級(jí)凸起部能夠顯著增加嚴(yán)重事故下的核反應(yīng)堆壓力容器外的沸騰換熱面積并形成大量的汽化核心，有效降低壓力容器的壁面過(guò)熱度；同時(shí)，凸起部還利用毛細(xì)力吸入冷卻水，不斷潤(rùn)濕沸騰換熱表面，大大延遲沸騰危機(jī)的出現(xiàn)，顯著強(qiáng)化沸騰換熱過(guò)程和提高CHF，進(jìn)而，顯著提高壓力容器的安全可靠性。
[0009]另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]任選地，沿所述筒體的軸向方向，所述筒體自上而下限定出上部殼體和下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體，其中，所述凸起部布置在所述下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體的外表面上。由此，熔融物在重力作用下落入壓力容器的下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體的內(nèi)容納空間內(nèi)，在該下部散熱增強(qiáng)區(qū)的殼體的外表面設(shè)置毫米級(jí)凸起部，可以顯著提高嚴(yán)重事故下核反應(yīng)堆壓力容器的換熱性能，也就是在嚴(yán)重事故下顯著強(qiáng)化核反應(yīng)堆壓力容器外沸騰換熱過(guò)程和提高CHF，進(jìn)而，顯著提高壓力容器的安全可靠性。
[0011]任選地，所述凸起部的高度為1-3_。由此，凸起部的高度越小，相對(duì)于核反應(yīng)堆壓力容器的200mm以上的厚度，對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器的強(qiáng)度影響更小，但為保證較好的散熱效率，凸起部高度不低于1_。
[0012]任選地，所述凸起部的當(dāng)量寬度為0.5-5mm，其中，所述當(dāng)量寬度為4X所述凸起部中位的橫截面的面積/所述凸起部中位橫截面的周長(zhǎng)。
[0013]任選地，相鄰兩個(gè)所述凸起部的間距為所述凸起部的當(dāng)量寬度的1.5-2倍。由此，核反應(yīng)堆壓力容器換熱面積顯著增加，在凸起部的外表面易于形成大量汽化核心，并易于濕潤(rùn)壓力容器外表面，核反應(yīng)堆壓力容器的換熱性能高。
[0014]任選地，所述下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體的表面積增加率為50% -500%。由此，毫米級(jí)凸起部不僅可以顯著增加換熱面積，而且毫米級(jí)凸起部之間的凹槽距離適中，大大增強(qiáng)換熱表面的冷卻液體潤(rùn)濕性，顯著強(qiáng)化嚴(yán)重事故下核反應(yīng)堆壓力容器外表面的沸騰換熱和提高沸騰換熱臨界熱流密度，從而顯著提高核反應(yīng)堆壓力容器的安全可靠性。
[0015]任選地，所述凸起部的形狀為選自方柱體、圓柱體、三角形柱體、圓柱體、半球體、橢球體、波浪狀和鋸齒狀的至少一種。由此，可以通過(guò)改變凸起部的形狀，明顯提高核反應(yīng)堆壓力容器的換熱性能。
[0016]任選地，所述核反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)一步包括:多孔涂層，所述多孔涂層設(shè)置在所述散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體的外表面并且覆蓋所述凸起部。由此，多孔涂層的存在使得凸起部的潤(rùn)濕性更好并增加汽化核心，進(jìn)一步提高沸騰換熱性能和臨界熱流密度。
[0017]任選地，所述多孔涂層的平均厚度為10-50 μπι。由此，凸起部和多孔涂層形成二元復(fù)合強(qiáng)化沸騰換熱結(jié)構(gòu)，更有利于液體潤(rùn)濕沸騰換熱表面，沸騰換熱性能更佳和臨界熱流密度更大。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的核反應(yīng)堆壓力容器至少具有下列優(yōu)點(diǎn)之一:
[0019](I)在大型核反應(yīng)堆壓力容器筒體的外表面密集布置毫米級(jí)凸起部，可以顯著增加沸騰換熱面積并形成大量的汽化核心，有效降低壁面過(guò)熱度和強(qiáng)化沸騰換熱；
[0020](2)外表面密集布置毫米級(jí)凸起部還可利用毛細(xì)力吸入冷卻水，不斷潤(rùn)濕沸騰換熱表面，大大延遲臨界危機(jī)的出現(xiàn)，顯著強(qiáng)化沸騰換熱過(guò)程和提高臨界沸騰熱流密度，從而可以顯著提高核反應(yīng)堆壓力容器的安全可靠性。
[0021](3)外表面密集布置毫米級(jí)凸起部的壓力容器，強(qiáng)度高，可靠性好，在制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行與維護(hù)過(guò)程中可保持長(zhǎng)期的可靠性，從而可以顯著提高核反應(yīng)堆壓力容器的安全性和可靠性。
[0022]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0023]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的外表面密集布置毫米級(jí)凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器的工作原理示意圖；
[0025]圖2顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的縱切面示意圖；
[0028]圖5顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖8顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖9顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0033]圖10顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的表面覆蓋多孔涂層的凸起部的縱切面示意圖；
[0034]圖11顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的凸起部的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]附圖標(biāo)記:
[0036]核反應(yīng)堆壓力反應(yīng)器1000 ；
[0037]筒體100 ;毫米級(jí)凸起部200 ;恪融物300 ;沸騰氣泡400 ;多孔涂層500 ;上部殼體600 ;下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700 ;半球形區(qū)域殼體800 ;圓柱形筒體的下部區(qū)域殼體900 ；
[0038]安全殼2000。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0040]在本實(shí)用新型的描述中，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、
“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型而不是要求本實(shí)用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0041]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供了一種外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器。參考圖2和3，其中圖3為圖2的壓力容器表面的網(wǎng)格區(qū)域的放大圖，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，該核反應(yīng)堆壓力容器1000包括:筒體100和凸起部200，其中，筒體100內(nèi)限定出容納空間，凸起部200密集布置在筒體100的外表面，該凸起部的高度為1-5_，使得凸起部分布區(qū)域的的的外表面的表面積增加50%以上。
[0042]其中，需要說(shuō)明的是，如果凸起部連續(xù)分布于筒體的一個(gè)部位，本實(shí)用新型中“凸起部分布區(qū)域”是指在筒體上能夠涵蓋所有凸起部的面積最小的區(qū)域。如果凸起部離散分部于筒體的幾個(gè)不同部位，則凸起部分布區(qū)域按各分布部位分別進(jìn)行劃分。如圖11所示，凸起部分部于SI和S2兩個(gè)部位，凸起布分部區(qū)域指圖中方框SI和S2界定的區(qū)域之和。進(jìn)一步地，“凸起部分布區(qū)域的外表面的面積增加率”是凸起部分布區(qū)域的外表面面積與其在筒體上形成的投影面積相比，本發(fā)明中，該凸起部分布區(qū)域的外表面的面積增加率達(dá)50%以上。
[0043]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，密集布置的毫米級(jí)凸起部能夠顯著增加核反應(yīng)堆壓力容器的沸騰換熱面積，并在毫米級(jí)凸起部周邊的凹槽處形成大量的汽化核心，從而有效降低壁面過(guò)熱度和強(qiáng)化沸騰換熱；同時(shí)，凸起部還可以利用毛細(xì)力吸入冷卻水，不斷潤(rùn)濕沸騰換熱表面，大大延遲臨界危機(jī)的出現(xiàn)，顯著強(qiáng)化沸騰換熱過(guò)程和提高臨界沸騰熱流密度，進(jìn)而，提高壓力容器的安全可靠性，保障核