用于核反应堆的被动应急给水系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于核反应堆的被动应急给水系统。一种动力模块组件包括一个反应堆容器，该反应堆容器包含一被主冷却剂围绕的反应堆芯。一个安全壳适于被浸入在安全壳冷却池中，且适于防止主冷却剂释放到安全壳之外。一个辅助冷却系统配置为移出由反应堆芯产生的热量。该热量通过使来自安全壳冷却池的液体穿过主冷却剂进行循环来移出。

【技术实现步骤摘要】
用于核反应堆的被动应急给水系统本申请是申请日为2008年11月6日、申请号为200880116056.6（国际申请号为PCT/US2008/082644）、名称为“用于核反应堆的被动应急给水系统”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于核反应堆的冷却系统。
技术介绍
在被设计成带有被动操作系统的核反应堆中，应用物理规律以确保在正常运行期间，或者甚至在应急情况时没有操作者干预或监督的情况下至少某一段预定时间内，维持核反应堆的安全运行。在爱达荷州国家工程与环境实验室（IdahoNationalEngineeringandEnvironmentalLaboratory）、NEXANT和俄勒冈州立大学核能工程系（NuclearEngineeringDepartmentofOregonStateUniversity）支持下实施的多用途小型轻水反应堆（Multi-ApplicationSmallLightWaterReactor）项目寻求开发一种安全且经济的天然轻水反应堆。图1示出了源于此项目的一个核反应堆设计5。该核反应堆设计5包括一个被反应堆容器2围绕的反应堆芯6。反应堆容器2中的水10围绕反应堆芯6。该反应堆芯6还放置在屏蔽罩（shroud）22中，该屏蔽罩22绕反应堆芯6的侧面围绕该反应堆芯6。当水10由于裂变事件而被反应堆芯6加热时，水10被从屏蔽罩22中被引导并且被引导出上升管（riser）24。这导致进一步的水10被吸入反应堆芯6中且被反应堆芯6加热，这将更多的水10吸入到屏蔽罩22中。自上升管24排出的水10被冷却且被朝向环形空间（annulus）23引导，接着通过自然循环返回至反应堆容器2的底部。由于水10被加热，在反应堆容器2中产生了加压蒸汽11。热交换器35使给水和蒸汽在辅助冷却系统30中循环，以用涡轮机32和发电机34发电。给水流过热交换器35且变成过热蒸汽（superheatedsteam）。辅助冷却系统30包括一冷凝器36和给水泵38。辅助冷却系统30中的蒸汽和给水与反应堆容器2中的水10隔离，使得它们不得混合或彼此直接接触。反应堆容器2被安全壳（containmentvessel）4围绕。该安全壳4被放置在一池水16中。所述一池水16和安全壳4位于反应堆舱7中的地面9以下。安全壳4被设计为使得不允许来自反应堆容器2的水或蒸汽逃逸进入水池16或周围环境中。设有一蒸汽阀8，以将蒸汽11从反应堆容器2中泄放（vent）到安全壳4的上半部14中。设置有一淹没的排放阀（blowdownvalve）18，从而将水10释放到包含过冷水（sub-cooledwater）的抑压池（suppressionpool）12中。在给水流量的损失期间，核反应堆5设计为通过紧急停止反应堆芯6、将安全壳4注水（flooding）或使反应堆容器2减压来响应。这些响应中的后两种导致核反应堆5被关闭且在长时间段内不能发电。本专利技术解决这些以及其他问题。附图说明图1示出了本领域中已知的一个核动力系统。图2示出了一个包括辅助冷却系统的新型动力模块组件。图3示出了一个新型应急冷却系统的实施方案。图4示出了一个冷却核反应堆的新型方法。
技术实现思路
一种动力模块组件在此公开为包括一个反应堆容器，该反应堆容器包含一被主冷却剂围绕的反应堆芯。一个安全壳适于被浸入在安全壳冷却池中且适于防止主冷却剂释放到安全壳之外。一个辅助冷却系统配置为移出由反应堆芯产生的热量，其中所述热量通过使来自安全壳冷却池的液体穿过主冷却剂进行循环来移出。一种用于核反应堆的冷却系统在此公开为包括一个配置为将冷却剂输送至热交换器的入口管线，以及一个连接至热交换器的出口管线。该出口管线配置为从核反应堆移出热量。该冷却系统还包括一个适于向入口管线供应应急给水的进入口，以及一个连接至出口管线且配置为泄放应急给水的排出口。该冷却系统配置为通过自然循环使应急给水穿过热交换器进行循环。在此公开一种冷却核反应堆的方法。该方法包括检测给水损失的情况，以及用应急给水供应替代来自辅助冷却系统的给水流。该应急给水穿过一热交换器进行循环以从核反应堆移出热量。该应急给水通过自然循环进行循环。具体实施方式常规核设施的许可和建造非常昂贵，具有前期巨大的投资成本以及延迟的利润回报。除了能源成本考虑、效率要求以及可靠性问题之外，如今的核反应堆设计也必须考虑核扩散、恐怖活动以及增强的环境管理意识的问题。原本可以在很大程度上受益于核动力的发展中国家经常地采用其他能源，诸如产生大量污染或具有其他有害环境影响的煤、气体或水电发电机。这些发展中国家可能不具有使他们能够建造核电站的技术或自然资源。已经发展核动力的国家出于担心对核原料或核技术的失控，可能犹豫将这些技术引入发展中国家。被动的安全核动力系统帮助解决了部分上述担心。进一步的系统改进以及创新的设计有望开启核动力作为全球可使用的主要能源的新时代。在多用途小型轻水反应堆（MASLWR）设计中，给水流量的损失需要致动长期冷却运行模式以为堆芯提供冷却。例如，紧急停止反应堆芯、将安全壳注水或使反应堆容器减压。这些响应中的后两种导致核反应堆被关闭且在长时间段内不能发电。此外，在MASLWR设计中没有提供在现场动力（sitepower）损失期间用于移出衰变热的措施。图2示出了一个新型动力模块组件25，其包括一辅助冷却系统50。该动力模块组件25包括一个内部干燥的安全壳44。该安全壳44是圆柱形形状，且具有球形的上端和下端。整个动力模块组件25可被浸入到一个用作最终散热器（ultimateheatsink）的安全壳冷却池46中。安全壳44可被焊接或以其它方式与环境密封，使得液体或气体不能从动力模块组件25逃逸或进入到动力模块组件25中。安全壳44可以从底部支撑、从顶部支撑或绕其中心支撑。在顶部支撑安全壳44可便于动力模块组件25的维修和从安全壳冷却池46的拆除。反应堆容器42定位于或安装在安全壳44内。反应堆容器42的内表面可暴露在包括主冷却剂100或液体——诸如水——的潮湿环境中，且外表面可暴露在干燥环境——诸如空气——中。反应堆容器42可以由不锈钢或碳钢制成，可包括覆层，以及可支撑在安全壳44之内。动力模块组件25的尺寸可被确定为使得它可以在有轨车上运输。例如，安全壳44可被构造为近似地直径为4.3米且高度（长度）为17.7米。通过完全密封安全壳44，可以限制进入反应堆芯6。任何未授权的进入或篡改都可以被监测到。此外，核动力系统的地下轮廓使其更不显明且更容易隐藏。安全壳冷却池46可以由防护屏（未示出）覆盖，以进一步将动力模块组件25与外部威胁或空中物体——诸如飞机或导弹——隔离。安全壳44封装反应堆芯6且在一些情况下冷却反应堆芯6。它是一个相对小的、具有高强度并且部分由于其较小的整体尺寸而能够承受六或七倍常规安全壳设计的压力。假如动力模块组件25的主冷却系统断开，没有裂变产物被释放到环境中。主冷却剂100仍然全部地包含在安全壳44中。反应堆芯6被示出为浸入或浸没在主冷却剂100——诸如水——中。反应堆容器42容纳主冷却剂100和反应堆芯6。一个屏蔽罩22绕其侧面围绕反应堆芯6，且用于通过主冷却剂100的自然循环而将主冷却剂100向上引导穿过环形空间2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置用于核电站的动力模块组件，包括：一个反应堆容器，其包含一被主冷却剂围绕的反应堆芯；一个安全壳，其被浸入在安全壳冷却池中，其中该安全壳被配置用于防止主冷却剂释放至安全壳之外；以及一个或多个入口，其被浸入在所述安全壳冷却池中，其中所述一个或多个入口被配置为在应急运行期间从所述安全壳冷却池吸入辅助冷却剂；一个或多个出口，其被浸入在所述安全壳冷却池中，其中所述一个或多个出口被配置为将所述辅助冷却剂泄放至所述安全壳冷却池中；以及一个和所述主冷却剂接触的热交换器，其中所述热交换器被配置为移出由所述反应堆芯产生的热量，以及其中通过使来自安全壳冷却池的所述辅助冷却剂经由自然循环穿过所述热交换器进行循环来移出所述热量，所述自然循环部分地是由于所述辅助冷却剂和所述主冷却剂之间的温度差而引起的。

【技术特征摘要】
2007.11.15 US 60/988,348;2008.05.15 US 12/121,7331.一种被配置用于核电站的动力模块组件，包括：一个反应堆容器，其包含一被主冷却剂围绕的反应堆芯；一个安全壳，其至少部分地被浸入在安全壳冷却池中，其中该安全壳容纳反应堆容器且被配置用于防止主冷却剂释放至安全壳之外；以及一个或多个入口，其被浸入在所述安全壳冷却池中，其中所述一个或多个入口被配置为在应急运行期间从所述安全壳冷却池吸入辅助冷却剂；一个或多个出口，其被浸入在所述安全壳冷却池中，其中所述一个或多个出口被配置为将所述辅助冷却剂泄放至所述安全壳冷却池中；以及一个和所述主冷却剂接触的热交换器，其中所述热交换器至少部分地位于所述安全壳内且被配置为移出由所述反应堆芯产生的热量，以及其中通过使来自安全壳冷却池的所述辅助冷却剂经由自然循环穿过所述热交换器进行循环来移出所述热量，所述自然循环部分地是由于所述辅助冷却剂和所述主冷却剂之间的温度差而引起的。2.根据权利要求1所述的动力模块组件，其中所述辅助冷却剂通过所述主冷却剂的自然循环而穿过所述热交换器进行如下循环：进入所述一个或多个入口、穿过所述热交换器、排出所述一个或多个出口、以及重新进入所述一个或多个入口。3.根据权利要求1所述的动力模块组件，其中所述主冷却剂在应急运行期间完全保持在所述安全壳内。4.根据权利要求3所述的动力模块组件，其中所述应急运行包括冷却剂损失事故。5.根据权利要求3所述的动力模块组件，其中所述应急运行包括辅助冷却剂流量损失。6.根据权利要求3所述的动力模块组件，其中所述应急运行包括现场动力损失。7.根据权利要求1所述的动力模块组件，其中所述辅助冷却剂在穿过所述热交换器后被泄放至所述安全壳冷却池中。8.根据权利要求1所述的动力模块组件，其中所述辅助冷却剂通过自然循环而穿过所述热交换器进行循环，所述自然循环部分地是由于所述一个或多个入口和所述一个或多个出口之间的高度差引起的。9.根据权利要求1所述的动力模块组件，其中所述一个或多个出口以高于所述一个或多个入口高度的高度定位在所述安全壳冷却池中。10.根据权利要求9所述的动力模块组件，其中由于被吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·N·雷斯，J·T·格鲁姆，
申请(专利权)人：由俄勒冈州高等教育管理委员会代表的俄勒冈州立大学，
类型：发明
国别省市：