電站的安全。
[0044]根據(jù)本實用新型的一些實施例，凸起部200的高度為l_3mm。由此，凸起部的高度越小，相對于核反應(yīng)堆壓力容器的200mm以上的厚度，對核反應(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_。
[0045]如圖2所示，根據(jù)本實用新型的具體實施例，沿筒體100的軸向方向，筒體100自上而下限定出上部殼體600和下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700，其中，凸起部200形成在下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700的外表面。如圖1所示，嚴(yán)重事故時可能導(dǎo)致堆芯熔化，熔融物300在重力作用下落入壓力容器1000的容器內(nèi)部，根據(jù)本實用新型的實施例，將散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700高度設(shè)置為不低于熔融物300在壓力容器1000內(nèi)的液面高度，熔融物300的熱量通過散熱增強(qiáng)區(qū)域的外表面進(jìn)行換熱，散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700外表面的布置的凸起部200可以顯著增強(qiáng)沸騰換熱，并提高其非能動冷卻的能力從而提高核電站的安全性。由此，如圖2所示，散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700可以為至少包括筒體底部的半球形區(qū)域殼體800，優(yōu)選地，可以至少包括筒體底部的半球形區(qū)域殼體800和圓柱形筒體的下部區(qū)域殼體900。由此，熔融物在重力作用下落入壓力容器的下部，在該下部散熱增強(qiáng)區(qū)外表面布置凸起部，可以顯著提高核反應(yīng)堆壓力容器在事故下外冷卻的換熱性能。
[0046]根據(jù)本實用新型的具體實施例，反應(yīng)堆壓力容器可以包括多個下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700，其中，密集布置的凸起部在下部散熱增強(qiáng)區(qū)殼體700的外表面可以是均勻分布，也可以是非均勻分布。
[0047]影響核反應(yīng)堆壓力容器在嚴(yán)重事故下沸騰換熱的核心問題在于解決沸騰過程中產(chǎn)生的氣泡脫離和冷卻液體的迅速潤濕換熱表面之間的動態(tài)平衡，布置的凸起部的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要依據(jù)氣泡脫離直徑和冷卻液體的潤濕性進(jìn)行優(yōu)化選取。布置的凸起部不僅可以大幅增加換熱面積，而且凸起部之間的凹槽有利于冷卻液體潤濕換熱表面。凸起部的尺寸和凸起部的間距直接影響換熱面積的增加率和換熱表面的潤濕性。
[0048]參考圖4，根據(jù)本實用新型的一些實施例，對凸起部200的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，具體如下:
[0049]根據(jù)本實用新型的具體實施例，凸起部200的當(dāng)量寬度為0.5-5mm，其中，該當(dāng)量寬度為4X凸起部200中位的橫截面積/凸起部200中位橫截面的周長，所述中位是指凸起部200高度的1/2位置處。凸起部200的當(dāng)量寬度過大時，例如大于5mm，單位換熱面積增加率有限，同時單位面積內(nèi)的凹槽數(shù)量有限，無法形成氣泡順暢脫離、冷卻液體迅速潤濕表面的高效高熱流對流輸運；凸起部200的當(dāng)量寬度過小時，例如小于0.5_，雖然可以大幅增加單位換熱面積，但相鄰?fù)蛊鸩?00之間形成的較密、較細(xì)的凹槽部增加了冷卻液體潤濕換熱表面的阻力，導(dǎo)致冷卻液體潤濕大尺度的壓力容器外表面的效率降低，同時較小的凹槽結(jié)構(gòu)不利于氣泡脫離。由此，凸起部200的當(dāng)量寬度為0.5-5mm時，從而在大幅增加換熱面積的基礎(chǔ)上，亦能有效的潤濕換熱表明。在嚴(yán)重事故剛開始的階段，壓力容器外表面壁面過熱度較低時，凸起部200的即可形成大量汽化核心，并易于濕潤壓力容器外表面，核反應(yīng)堆壓力容器的換熱性能高，及時將堆內(nèi)熔融物的熱量散走。在高熱流密度時，大幅增加的換熱面積和高效的潤濕性，能夠避免臨界危機(jī)的發(fā)生。
[0050]根據(jù)本實用新型的具體實施例，相鄰兩個凸起部200的間距為凸起部200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，凸起部之間的凹槽相互連通易于冷卻液體濕潤壓力容器外表面，大幅提高臨界沸騰熱流密度，從而提高核反應(yīng)堆壓力容器外冷卻的換熱性能。
[0051]根據(jù)本實用新型的具體實施例，下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700外表面的表面積增加率為50% -500%。由此，在密集布置的毫米級凸起部不僅可以增加換熱面積，而且凸起部之間的凹槽距離適中，冷卻液體潤濕換熱表面的能力顯著增強(qiáng)，從而可以顯著提高沸騰換熱性能。
[0052]本實用新型的凸起部的高度是發(fā)明人經(jīng)大量研究得到的，電子器件芯片中也存在利用凸起部散熱的情況，但本實用新型的凸起部與芯片冷卻中小尺度換熱表面朝上布置的凸起部有顯著的差異，具體如下:第一，芯片冷卻的換熱表面較小，氣泡難以長成大氣膜且容易逃逸，冷卻液體潤濕換熱表面相對高效；第二，芯片的換熱表面朝上布置，氣泡相比于朝下布置的換熱表面更易于脫離；第三，采用流動沸騰冷卻的方式等因素，芯片冷卻的換熱表面中布置的凸起部的特征結(jié)構(gòu)為微米級。而對于本實用新型的大尺度壓力容器朝下筒體外表面的高熱流密度沸騰換熱，如果朝下布置的微米級凸起部，則存在氣泡脫離困難、冷卻液體潤濕性減弱且流動阻力大，導(dǎo)致高熱流密度情況下潤濕效率較低等不足問題。因此，針對大尺度朝下半球形外表面的強(qiáng)化沸騰換熱，發(fā)明人進(jìn)行了大量研究表明，凸起部的高度設(shè)置為至多5mm，優(yōu)選地，高度為l-3mm，由此，凸起部的高度越小，相對于核反應(yīng)堆壓力容器的200mm以上的厚度，對核反應(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_。毫米級凸起部的密集布置能大幅增加沸騰換熱面積，同時易于形成大量汽化核心，濕潤壓力容器外表面，顯著增強(qiáng)CHF，提高核電站的安全性。
[0053]根據(jù)本實用新型的具體實施例，凸起部的形狀不受特別的限制，只要能大幅增加散熱面積，易于形成汽化核心即可。參考圖3和圖5至圖9，凸起部200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，可以通過改變凸起部的形狀，增加沸騰換熱面積，提高冷卻液的潤濕性，從而提高核反應(yīng)堆壓力容器在嚴(yán)重事故下的沸騰換熱性能。此外，凸起部200和筒體100外壁相接處均有圓角過渡。由此，不易產(chǎn)生裂紋，凸起部產(chǎn)生的應(yīng)力集中較小。并且，凸起部的結(jié)構(gòu)形式可以多種多樣，既可以是單一形狀，也可以是幾種不同形狀凸起部的組合。根據(jù)本實用新型的實施例，凸起部可以通過機(jī)加工、激光加工、點火花加工、超聲波加工和3D打印等方式制造加工。
[0054]根據(jù)本實用新型的一個實施例，如圖3和圖4所示，凸起部200的寬度b為1mm，中心間距a為2mm，中心間距a與寬度b之比a/b = 2，凸起部的高度k為1mm，凸起部的面積增加率大約為100%。
[0055]參考圖10，根據(jù)本實用新型的具體實施例，該核反應(yīng)堆壓力容器1000進(jìn)一步包括:多孔涂層500，該多孔涂層500設(shè)置在散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體700的外表面并且覆蓋凸起部200。
[0056]根據(jù)本實用新型的一些實施例，多孔涂層500的種類不受特別的限制，只要能增加沸騰換熱汽化核心，同時提高沸騰換熱表明的潤濕性，強(qiáng)化換熱即可。優(yōu)選地，多孔涂層為選自燒結(jié)金屬顆粒多孔涂層、燒結(jié)金屬泡沫多孔涂層、釬焊、火焰噴涂或者腐蝕多孔層等的至少一種。由此，換熱表面的沸騰換熱汽化核心越多和潤濕性越好，強(qiáng)化沸騰換熱效果好，臨界熱流密度高。
[0057]根據(jù)本實用新型的具體實施例，多孔涂層500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)，更加有效的增加沸騰換熱汽化核心，更有利于液體潤濕沸騰換熱表面，沸騰換熱性能更佳和臨界熱流密度更大，可靠性更佳，從而可以很好地解決現(xiàn)有多孔涂層表面結(jié)構(gòu)的可靠性不足的問題。
[0058]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0059]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種外表面布置凸起部的核反應(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，所述凸起部布置在所述筒體的外表面上，其中，所述凸起部的高度為1-5_，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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，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。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，所述凸起部的高度為1_3_。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，所述凸起部的當(dāng)量寬度為0.5-5_，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。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，相鄰兩個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。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，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。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，進(jìn)一步包括: 多孔涂層，所述多孔涂層設(shè)置在所述下部散熱增強(qiáng)區(qū)域殼體的外表面并且覆蓋所述凸起部。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器，其特征在于，所述多孔涂層的平均厚度為10-50 μ m。
【專利摘要】本實用新型公開了一種外表面布置凸起部的核反應(yīng)堆壓力容器。該外表面布置凸起部的核反應(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，所述凸起部布置在所述筒體的外表面上，所述凸起部的高度為1-5mm；布置凸起部區(qū)域的筒體外表面的面積增加率達(dá)50％以上。本實用新型的核反應(yīng)堆壓力容器外表面布置凸起部，能夠顯著增加嚴(yán)重事故下核反應(yīng)堆壓力容器外表面的沸騰換熱面積并形成大量的汽化核心，明顯提高沸騰換熱表面的潤濕性，因而可以顯著強(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。
【IPC分類】G21C15/12, G21C13/02
【公開號】CN204740866
【申請?zhí)枴緾N201520401720
【發(fā)明人】孟繼安, 鐘達(dá)文
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月11日