專利名稱:反應堆容器冷卻劑偏轉屏障的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及核發(fā)電領域，包括為冷卻反應堆芯而設計的系統(tǒng)。
技術背景
在所設計的具有非能動運行系統(tǒng)(passive operating system)的核反應堆中， 采用物理規(guī)律以確保維持核反應堆在正常運行過程中或甚至在沒有操作員介入或監(jiān)管的緊急情況下、至少在某一預定時間段內的安全運行。核反應堆5包括由反應堆容器2環(huán)繞的反應堆芯6。反應堆容器2中的水10環(huán)繞反應堆芯6。進一步地，反應堆芯6位于圍板 (shroud) 122中，該圍板122在反應堆芯6的側面環(huán)繞反應堆芯6。當由于裂變事件導致水 10被反應堆芯6加熱時，水10從圍板122被引導并流出提升管124。這使得另一些水10被吸入并被反應堆芯6加熱，這進一步使得更多的水10被吸入圍板122。從提升管IM流出的水10被冷卻且引導朝向環(huán)(armulus) 123，然后這些水通過自然循環(huán)返回到反應堆容器2 的底部。隨著水10被加熱，反應堆容器2中產生加壓蒸汽11。
熱交換器135使給水和蒸汽在二次冷卻系統(tǒng)130中循環(huán)，從而通過渦輪132和發(fā)電機134發(fā)電。給水流過熱交換器135并變成超熱蒸汽(super heated steam)。二次冷卻系統(tǒng)130包括冷凝器136和給水泵138。二次冷卻系統(tǒng)130中的蒸汽和給水與反應堆容器 2中的水10隔離，使得不允許它們彼此之間的混合或直接接觸。
反應堆容器2被安全殼容器4環(huán)繞。安全殼容器4被設計為使得不允許來自反應堆容器2的水或蒸汽選出到周圍環(huán)境中。蒸汽閥8被提供用來將反應堆容器2中的蒸汽11 排放進入安全殼容器4的上半部14。水下泄壓閥(submerged blowdown vavle) 18被提供用來將水10釋放到含欠熱(sub-cooled)水的抑壓池12中。
由于反應堆運行和與二次冷卻系統(tǒng)130熱交換時產生的熱量，從而導致溫差和壓差，使水10循環(huán)通過反應堆容器2。相應地，循環(huán)效率取決于反應堆模塊5的熱性能以及所述反應堆模塊5的物理設計和幾何結構。常規(guī)的核反應堆包括某些傾向于提供不如最優(yōu)的冷卻劑循環(huán)的設計特征，因此必須依靠增大的冷卻劑量或冗余的部件以確保其性能的充分發(fā)揮。
本發(fā)明將解決這些和其他問題。


圖1示出了一種核電系統(tǒng)。
圖2示出了包括內部干燥的安全殼容器的動力模塊組件。
圖3示出了包括反應堆容器偏轉屏障(deflector shield)的動力模塊組件的一個實施方案的橫截面圖。
圖4示出了包括由一個或多個控制棒導管支撐的反應堆容器偏轉屏障的示例性的動力模塊組件的局部視圖。
圖5示出了包括隔板(baffle)組件和冷卻劑流增加機構的示例性動力模塊組件的局部視圖。
圖6示出了包括反應堆容器偏轉屏障的示例性隔板組件。
圖7示出了包括反應堆容器偏轉屏障和冷卻劑流增加機構的示例性動力模塊組件的局部視圖。
圖8示出了包括多個面向內的部分(inward facing portion)的冷卻劑流增加機構的一個實施方案的平面圖。
圖9示出了包括一個連續(xù)面向內部分的冷卻劑流增加機構的一個實施方案的立面?zhèn)纫晥D。
圖10示出了冷卻劑流增加機構周圍的冷卻劑流。
圖11示出了運用反應堆容器偏轉屏障來冷卻反應堆芯的一種新方法。

發(fā)明內容
動力模塊在這里被公開為包括了含有冷卻劑的反應堆容器以及位于反應堆容器底端附近的反應堆芯。提升管段位于反應堆芯上方，其中冷卻劑流過反應堆芯并向上穿過提升管段。動力模塊進一步包括冷卻劑偏轉屏障，其包括橢圓形或其他流動優(yōu)化的 (flow-optimized)表面，其中流動優(yōu)化的表面引導冷卻劑流向反應堆容器的底端。
核反應堆模塊在這里被公開為包括了含有上端和下端的反應堆容器、位于反應堆容器上端附近的加壓器和位于反應堆容器底端附近的反應堆芯。核反應堆模塊還包括位于反應堆芯和加壓器之間的隔板組件以及引導冷卻劑流過反應堆芯的反應堆罩。反應堆罩包括面向內的部分，其改變冷卻劑的流動壓力以及促使冷卻劑循環(huán)經過隔板組件并朝向反應堆容器底端流動。
一種冷卻反應堆芯的方法在這里被公開為包括了使主冷卻劑循環(huán)通過包括有上部提升管的反應堆罩，并且引導冷卻劑沿反應堆容器向下流并圍繞反應堆罩，其中反應堆容器的橢圓形下端促使冷卻劑流過反應堆芯。位于上部提升管上方的具有橢圓形或流動優(yōu)化的表面形狀的偏轉屏障促使冷卻劑圍繞反應堆罩流動。
從下面參考附圖繼續(xù)進行的對于本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳細描述中，本發(fā)明將變得更加明了。
具體實施方式
本文公開或提及的各種實施方案可與在共同未決的第11/941，024號美國申請中獲得的特征相符合地運行或與其相結合運行，該美國申請全文以引用的方式納入本文。
圖2示出了包括內部干燥的安全殼容器M的動力模塊組件25。安全殼容器M是圓柱形的，并具有橢圓形、拱形、凹形或半球形的上端和下端。整個動力模塊組件25可以浸沒在水池16中，所述水池16充當有效的熱阱。水池16和安全殼容器M還可以位于地面9 下方的反應堆艙(reactor bay)7中。安全殼容器M可被焊接或相對于周圍環(huán)境被密封， 以使得液體和氣體不會從動力模塊組件25選出或進入動力模塊組件25。安全殼容器M可以在任何外部表面處被支撐。
在一個實施方案中，安全殼容器M通過一個或多個安裝連接件180被懸掛在水池16中。反應堆容器52位于安全殼容器M內或被安裝在安全殼容器M內。反應堆容器52的內表面可以暴露在包括冷卻劑100或液體(諸如水)的潮濕環(huán)境中，以及外表面可以暴露在干燥環(huán)境(諸如空氣)中。反應堆容器52可以由不銹鋼或碳鋼制成，可以包括包殼 (cladding)，并可以被支撐在安全殼容器M內。
可以設置動力模塊組件25的尺寸，使得其可在軌道車上進行運輸。例如，安全殼容器M可以構造為直徑為約4. 3米、高度(長度)為約17. 7米。例如通過用軌道車或經由海道來運輸整個動力模塊組件50，并將其更換為具有新供應的燃料棒的新的或翻新的動力模塊組件，可以執(zhí)行為反應堆芯6補給燃料。
安全殼容器M封裝反應堆芯6，且在一定條件下冷卻反應堆芯6。安全殼容器相對較小，且部分由于其較小的整體尺寸，其具有高強度且能夠承受6倍或7倍于常規(guī)安全殼設計的壓力。如果動力模塊組件25的主冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)破裂，則不會有裂變產物釋放到周圍環(huán)境中去。在緊急情況下可以從動力模塊組件25中去除衰變熱。
反應堆芯6被示出為浸沒或沉浸在主冷卻劑100(諸如水)中。反應堆容器52容納冷卻劑100和反應堆芯6。反應堆罩20包括位于反應堆罩20下部的圍板22和位于反應堆罩20上部的提升管M。提升管M可以為大體圓柱形。圍板22關于反應堆芯6的側面環(huán)繞反應堆芯6，且用來引導冷卻劑100(示為冷卻劑流沈、28)向上流過位于反應堆容器 52上半部的提升管M的中心，然后由于冷卻劑100的自然循環(huán)向下返回至環(huán)23。在一個實施方案中，反應堆容器52的直徑為約2. 7米、總體高度(長度)為約13. 7米。反應堆容器52可包括具有橢圓形、拱形、凹形或半球形的上端和下端的主體圓柱形形狀。反應堆容器52通常處于運行壓強和運行溫度下。安全殼容器M是內部干燥的，并且可以在大氣壓下運行且具有處于或接近于水池16的溫度的壁溫。
安全殼容器M基本環(huán)繞著反應堆容器52，且可以提供一個干燥、空心或氣體環(huán)境，即所謂的安全殼區(qū)域44。安全殼區(qū)域44可包括一份空氣或其他填充氣體(如氬氣 (Argonne) )0安全殼容器M包括緊鄰安全殼區(qū)域44的內表面或內壁。安全殼區(qū)域44可以包括代替空氣的一種氣體或多種氣體或者除了空氣以外還包括一種氣體或多種氣體。在一個實施方案中，安全殼區(qū)域44維持在大氣壓或低于大氣壓，例如局部真空。安全殼容器中的一種或多種氣體可被去除，使得反應堆容器52在安全殼區(qū)域44處于完全真空或局部真空。
正常運行時，反應堆芯6中裂變事件所產生的熱能使冷卻劑100加熱。隨著冷卻劑100升溫，冷卻劑100變得較不稠密且傾向于上升穿過提升管M。隨著冷卻劑100的溫度降低，冷卻劑100變得比受熱冷卻劑相對更稠密，且圍繞環(huán)23的外側循環(huán)，向下流到反應堆容器52的底部，然后上升通過圍板22以再次被反應堆芯6加熱。該自然循環(huán)導致冷卻劑100(示為冷卻劑流沈、28)循環(huán)通過熱交換器135，將熱量傳遞至二次冷卻劑(如圖1中二次冷卻系統(tǒng)130)從而進行發(fā)電。
圖3示出了包括反應堆容器偏轉屏障35的動力模塊組件30的一個實施方案的橫截面圖。反應堆容器52包含位于反應堆容器52底端55附近的反應堆芯6。提升管段M 位于反應堆芯6上方，其中冷卻劑循環(huán)流過反應堆芯6而變?yōu)楦邷乩鋮s劑TH，然后繼續(xù)向上通過提升管段M，在此冷卻劑被引流向下回到環(huán)，且通過熱交換器135(圖1)被冷卻而變成低溫冷卻劑Tc。
反應堆容器偏轉屏障35包括流動優(yōu)化的橢圓形、拱形、凹形或半球形部分35A，其中該流動優(yōu)化部分35A將冷卻劑(示為冷卻劑流沈)引流至反應堆容器52的底端55。橢圓形部分35A可直接接觸到冷卻劑并且使從提升管段M流出的冷卻劑偏轉。與具有扁平或不規(guī)則的表面或無固體界面的腔室區(qū)(plenum region)相比，橢圓形部分35A用于減小冷卻劑流26的流動阻力或變向損失(turning loss)。在一個實施方案中，與不具有偏轉屏障的系統(tǒng)相比，具有偏轉屏障的系統(tǒng)的變向損失減少到原來的四分之一或五分之一。反應堆容器偏轉屏障35可以由不銹鋼或其他能形成橢圓形或優(yōu)化形狀表面的材料制成。
在一個實施方案中，反應堆容器52的底端55包括一個第二流動優(yōu)化的橢圓形、拱形、凹形或半球形部分^A。其中第二橢圓形部分55A引導冷卻劑(示為冷卻劑流28)流向反應堆芯6。橢圓形部分35A和第二橢圓部形分55A增加了流率，并促進了冷卻劑通過反應器芯6的自然循環(huán)。
在提升管段M的頂部與反應堆容器偏轉屏障35中心之間的距離為Ho，在提升管段M的壁之間的相對距離為Do，根據(jù)Ho和Do之間的比率可獲得對冷卻劑流26的優(yōu)化， 其中尺寸La表示在提升管M的外側與反應堆容器52的內表面之間的距離。在一個實施方案中，距離Do等于提升管段M的直徑。提升管內部的流通面積為Ao，環(huán)內部的流通面積為Aa。優(yōu)化后的冷卻劑流的比率可以表示為Ho/Do和Aa/Ao。在一個實施方案中，優(yōu)化后的冷卻劑流的比率Ho/Do包括值0. 1和2. 0，以及所述流的配給(ration)以及ko/ka包括1和10之間/接近的一個值。通過修改橢圓形部分35A表面的曲率半徑來消除/最小化邊界層分離和停滯區(qū)來獲得冷卻劑流沈的進一步優(yōu)化。
反應堆容器偏轉屏障35被示出為位于提升管段對的頂部和加壓區(qū)域15之間。加壓區(qū)域15被示出為包括一個或多個加熱器17以及噴霧嘴19，其被配置以控制反應堆容器 52的上端56內的壓力或維持蒸汽室(steam dome)。位于反應堆容器偏轉屏障35下方的冷卻劑可包括相對欠熱的冷卻劑Tsiffi,然而反應堆容器52的上端56中的加壓器區(qū)域15內的冷卻劑可包括基本飽和的冷卻劑TSAT。冷卻劑的液位被示出為高于反應堆容器偏轉屏障 35且位于加壓器區(qū)域15內，以使得在動力模塊組件30正常運行的情況下，在反應堆容器偏轉屏障35與反應堆容器52的底部55之間的整個體積填滿了冷卻劑。
圖4示出了包括由一個或多個控制棒導管或量測(instrumentation)結構45支撐的反應堆容器偏轉屏障35的示例性動力模塊組件40的局部視圖。所述一個或多個控制棒導管或量測結構45可附接到反應堆容器52的上端，并用來引導控制棒插入反應堆6和從反應堆芯6移出，還可以為位于反應堆容器52內測的量測設備提供支持。通過用一個或多個控制棒導管或量測結構45附接或懸掛反應堆容器偏轉屏障35，反應堆容器偏轉屏障 35可免于接觸反應堆容器52的側面。通過使反應堆容器偏轉屏障35和反應堆容器壁52 隔離，反應堆容器偏轉屏障35被保護以免受動力模塊組件40的不同材料和結構的熱膨脹率變化影響，或免受原本可能損壞反應堆容器偏轉屏障35或反應堆容器52的任何部件移動的影響。提升管段M被示出為包括面向內的部分65，其改變冷卻劑的流動壓力從而減小由反應堆容器偏轉屏障35使其循環(huán)的冷卻劑沈的變向損失。
在一個實施方案中，該面向內的部分65的橫截面在形狀上近似飛機機翼的橫截面，不過例如該面向內的部分65具有更小的橫截面面積。該面向內的部分65的橫截面的圓頭端可朝向容器的頂部或底部，或者兩端皆為圓頭端。該面向內的部分65可圍繞反應堆罩 20或者提升管段M上端的周緣連續(xù)地設置定位(例如，圖9)。該面向內的部分65可影響壓力的變化，并且伴隨影響圍繞提升管段M整個周緣的冷卻劑26的變向阻力的損失。在一個實施方案中，該面向內的部分65包括圍繞反應堆罩20或提升管段M上端的周緣定位的多個部分(例如，圖8)。該面向內的部分65可以被理解為類似于飛機機翼的空氣動力特性來影響冷卻劑流26或流體壓力，因為冷卻劑流優(yōu)先被引導為使分離區(qū)和相關損失最小化。
圖5示出了包括隔板組件50和冷卻劑流增加機構(包括面向內的部分65)的示例性動力模塊組件150的局部視圖。反應堆容器52包括上端56和下端55 (圖幻。加壓器區(qū)域15位于反應堆容器52的上端56附近，然而反應堆芯6位于反應堆容器52的下端陽附近。隔板組件50被示出位于反應堆芯6和加壓器區(qū)域15之間。反應堆罩20(圖3) 弓I導冷卻劑流觀流過反應堆芯6，其中反應堆罩20包括面向內的部分65，所述面向內的部分65改變冷卻劑的流動壓力以及促使冷卻劑的循環(huán)(示為冷卻劑流26)分流流過隔板組件50并朝向反應堆容器52的底端55流動。
隔板組件50包括上隔板62和下隔板64。由于隔板區(qū)域的分層結構，在上、下隔板 62,64之間可存在一個熱/冷液體的界面Lo，其分隔了欠熱冷卻劑Tsiffi和飽和冷卻劑TSAT。 液體界面Lo提供了一種介質，在該介質中，當流入加壓器時，進入加壓器區(qū)域的第一流體是熱流體，隨后進入加壓器的欠熱冷卻劑Tsiffi被加熱(或與飽和冷卻劑Tsat混合)然后再進入加壓器區(qū)域15。隔板組件50用來阻礙欠熱冷卻劑Tsub進入加壓器區(qū)域15 (其基本上包括的是飽和冷卻劑Tsat)。隔板組件50有助于在上、下隔板62、64之間維持或建立一個熱阱。一個蒸汽室可被維持在加壓器區(qū)域15中或反應堆容器52的上端56。如果欠熱冷卻劑 Tsub被允許過快地進入加壓器區(qū)域15，則可能導致反應堆容器壓力的損失或蒸汽室的坍塌。
隔板組件50有效地增加了從位于隔板組件50第一側上的欠熱冷卻劑Tsiffi到位于隔板組件50第二側上的飽和冷卻劑Tsat的流動路徑長度。進入隔板組件50的冷卻劑流(示為Fl)被允許在下隔板64附近流過或流動經過下隔板64。冷卻劑流(示為Fo)接著在一個或多個內隔板72、74周圍運動，然后作為冷卻劑流F2穿過或通過上隔板62流出到加壓器區(qū)域15。由隔板形成的流動路徑引導所述流Fl流過隔板組件50的被加壓器區(qū)域15加熱的結構。引導冷卻劑流Fl流過該相對較熱的結構會使該流體加熱，還使該流體與Tsat區(qū)域相混合，從而在其進入加壓器區(qū)域15之前有效地對其進行加熱。
圖6示出了包括反應堆容器偏轉屏障66的示例性隔板組件60。反應堆容器偏轉屏障66包括流動優(yōu)化的橢圓形區(qū)域或凹形部分66A，其直徑Dl或寬度大于在反應堆罩20 或提升管段M的面向內的部分65之間的距離Do。在一個實施方案中，下隔板66的直徑 Dl約等于反應堆容器52的寬度或直徑。
加壓器區(qū)域15位于反應堆容器52的上端。隔板組件60位于加壓器區(qū)域15和提升管段M之間。隔板組件60包括一個或多個位于上隔板62和反應堆容器偏轉屏障66之間的隔板72、76。所述一個或多個隔板72、76阻礙欠熱冷卻劑Tsiffi流入加壓器區(qū)域15。隔板組件60可以被理解為與典型的壓水式反應堆設計中的加壓器波動管線(surge line)類似地工作。隔板組件60可以防止來自反應堆容器52的冷卻劑的內波動(insurge)太突然地或以過低溫度進入加壓器區(qū)域15。在一個實施方案中，隔板組件60用來控制冷卻劑進入加壓器區(qū)域15的內波動率，以及通過附加的結構加熱和與熱流體混合來增加該內波動流的溫度。
隔板組件60具有包括上隔板62的上部。上隔板62可以包括或被附接至一個或多個隔板72。隔板組件60還包括一個下部，其包括反應堆容器偏轉屏障66。反應堆容器偏轉屏障66可以包括或被附接至一個或多個隔板76。
隔板組件60可以包括一個或多個加熱器79。所述一個或多個加熱器79可以設置于上下隔板62、66之間。在一個實施方案中，所述一個或多個加熱器79設置于上隔板62 內用來加熱冷卻劑。在另一實施方案中所述一個或多個加熱器79設置于液體界面Lo中。 流過隔板組件70的冷卻劑在被傳輸?shù)郊訅浩鲄^(qū)域15的過程中可以被加熱到或接近于飽和溫度TSAT。隔板組件60可以被理解為既能隔離加壓器區(qū)域15與欠熱冷卻劑Tsub，又能促使反應堆容器52中的冷卻劑(示為冷卻劑流26)流率增加。
在一個實施方案中，反應堆容器偏轉屏障66的寬度或直徑小于圍繞反應堆容器偏轉屏障66周緣形成一個路徑或通道68的反應堆容器52的寬度或直徑。通道68為冷卻劑流(示為Fl)流經或流過反應堆容器偏轉屏障66提供路徑。冷卻劑繼續(xù)在一個或多個隔板72、76周圍流動(示為R))，之后作為冷卻劑流F2流經或流過上隔板62而流出。流過隔板組件60的冷卻劑在流過所述路徑或通道68并被上隔板72加熱時，其被加熱至或接近于飽和溫度Tsat。
圖7示出了包括隔板組件70和冷卻劑流增加機構(其包括面向內的部分65)的示例性動力模塊組件75的局部視圖。隔板組件70包括上隔板62和下隔板77，下隔板77 具有一個或多個流動優(yōu)化的橢圓形、拱形、半球形或凹形表面77A和分隔部77B。下隔板77 的流動優(yōu)化的凹形表面77A引導冷卻劑沈圍繞罩20的提升管段M向下流至反應堆容器 52底部。下隔板77的流動優(yōu)化的凹形表面77A可以被理解為與圖6中的反應堆容器偏轉屏障66的流動優(yōu)化的橢圓形區(qū)域或凹形部分66A的相同或相似地工作。
分隔部77B還便于冷卻劑沈從隔板77的中心沿向外的方向流動。分隔部77B可被成形為相似于一個子彈尖端?；谠谔嵘芏蜯出口上方的優(yōu)化的位置和幾何結構，分隔板77使冷卻劑流的壓力損失最小化。
隔板組件70位于加壓器區(qū)域15和提升管段M之間。隔板組件70包括位于上隔板62和下隔板77之間的一個或多個隔板72、78。所述一個或多個隔板72、78阻礙了欠熱冷卻劑Tsiffi流入加壓器區(qū)域15。
隔板組件70的上部包括上隔板62。所述上隔板62可以包括或被附接至一個或多個隔板72。隔板組件70的下部包括下隔板77。所述下隔板77可以包括或被附接至一個或多個隔板78?？梢孕纬陕窂交蛲ǖ来┻^一個或所有隔板72、78。所述通道為冷卻劑流 (示為Fl)流經或穿過下隔板77提供路徑。冷卻劑繼續(xù)流過(示為Fo) —個或多個隔板 72、78，之后作為冷卻劑流F2流經或穿過上隔板62而流出。
隔板組件70可包括一個或多個加熱器79。所述一個或多個加熱器79可設置于上下隔板62、77之間。在一個實施方案中，所述一個或多個加熱器79設置于上隔板62內，用來加熱在內波動時進入加壓器區(qū)域的冷卻劑。在另一實施方案中，所述一個或多個加熱器 79設置于與液體界面Lo相鄰近的溫度變化層中。流過隔板組件70的冷卻劑在流到加壓器區(qū)域15的過程中可被加熱到或接近于飽和溫度TSAT。隔板組件70可以被理解為既能隔離加壓器區(qū)域15與欠熱冷卻劑Tsub，又能促使反應堆容器52中的冷卻劑(示為冷卻劑流26) 流率增加。
在一個實施方案中，所述面向內的部分65的橫截面接近于倒置的淚滴。該面向內的部分65的橫截面的厚度通常朝向提升管區(qū)域M的上端增加。反應堆罩20或提升管段 M的上端包括一個以倒置淚滴的圓形邊緣為特征的周緣。
圖8示出了包括多個面向內的部分85的冷卻劑流增加機構65的一個實施方案的平面圖。冷卻劑流增加機構65被示出為包括四個圍繞提升管M頂部周緣定位的面向內的部分85，然而應理解的是，可以提供不同數(shù)目和種類的面向內的部分65。圖4、圖5和圖7 中示出的提升管M和面向內的部分65的局部視圖可以被理解為包括冷卻劑流增加機構85 的橫截面圖C-C。
圖9示出了包括連續(xù)面向內的部分95的冷卻劑流增加機構65的一個實施方案的立面?zhèn)纫晥D。面向內的部分95被示出為圍繞提升管M的頂部周緣定位。圖4、圖5和圖7 中示出的提升管M和面向內的部分65的局部視圖可以被理解為包括冷卻劑流增加機構65 的橫截面圖D-D。
圖10示出了冷卻劑流增加機構65周圍的冷卻劑流26。當冷卻劑流沈經過冷卻劑流增加機構65周圍時，流出提升管M的冷卻劑流沈的流體壓力Po被改變?yōu)榱黧w壓力 P1。冷卻劑流增加機構65增加了冷卻劑流沈的有效路徑，從而使該改變后的流體壓力Pl 隨著冷卻劑流26的速率而變化。使冷卻劑的流體壓力發(fā)生改變用于通過避免或最小化冷卻劑流26自提升管M的邊界層分離從而減少冷卻劑流沈的流動阻力或變向損失。這一過程是通過為冷卻劑流提供流出提升管段M、進入環(huán)以及朝向反應堆容器52底部回流的平滑過渡來實現(xiàn)的。
圖11示出了運用反應堆容器偏轉屏障冷卻反應堆芯的一種新方法。所述方法可以被理解為運用本文圖1-圖10中所示的各種實施方案來操作但不限于本文圖1-圖10中所示的各種實施方案。
操作210中，主冷卻劑循環(huán)通過包括上部提升管的反應堆罩。
操作220中，通過引導冷卻劑流流過上部提升管的面向內部分周圍，反應堆罩中的冷卻劑的流體壓力被改變。
操作230中，流動優(yōu)化的橢圓形、拱形、凹形或半球形的偏轉屏障形成了阻礙冷卻劑流入加壓器區(qū)域的隔板系統(tǒng)的下部。在一個實施方案中，流動優(yōu)化的橢圓形偏轉屏障位于上部提升管和加壓器區(qū)域之間，其中加壓器區(qū)域位于反應堆容器的上端。
操作MO中，冷卻劑被引導沿反應堆容器向下流并圍繞反應堆罩。反應堆容器的流動優(yōu)化的橢圓形、拱形、凹形或半球形的下端促使冷卻劑流過反應堆芯，以及位于上部提升管上方的流動優(yōu)化的橢圓形偏轉屏障促使冷卻劑流圍繞反應堆罩。
雖然本文提供的實施方案已經主要描述了壓水式反應堆，但是對本技術領域：
普通技術人員應明了的是，這些實施方案可以如所描述的或通過一些明顯的改型被應用到其他類型的核電系統(tǒng)。例如，這些實施方案或其變體對于沸水式反應堆也是可行的。
圍繞反應堆罩的流體流率、隔板組件中內波動和外波動流的速率、流增加裝置周圍移動的流體壓力的變化以及本文描述的其他速率和值都是僅以示例的方式給出。其他速率和值可以通過試驗確定，諸如通過構造核反應堆流體系統(tǒng)的全尺寸或比例模型。
已經在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中描述和示出了本發(fā)明的原理，應明了的是，在不背離這些原理的前提下可以對本發(fā)明在布置和細節(jié)上進行修改。我們要求落在所附權利要求
書的主旨和范圍內的所有改型和變體的權利。
權利要求
1.一種動力模塊，包括反應堆容器，其含有冷卻劑；反應堆芯，其位于所述反應堆容器底端附近；提升管段，其位于所述反應堆芯上方，其中所述冷卻劑循環(huán)經過所述反應堆芯并向上穿過所述提升管段；以及冷卻劑偏轉屏障，其包括橢圓形表面，其中所述橢圓形表面引導冷卻劑流向所述反應堆容器底端。
2.根據(jù)權利要求
1所述的動力模塊，其中所述反應堆容器的底端包括第二橢圓形表面，所述第二橢圓形表面引導所述冷卻劑流向所述反應堆芯。
3.根據(jù)權利要求
1所述的動力模塊，其中所述橢圓形表面使得流出所述提升管段的所述冷卻劑偏轉。
4.根據(jù)權利要求
1所述的動力模塊，其中所述冷卻劑偏轉屏障由一個或多個控制棒導管或量測結構支撐。
5.根據(jù)權利要求
1所述的動力模塊，其中所述提升管段包括面向內的部分，所述面向內的部分改變冷卻劑的流動壓力從而減少經所述冷卻劑偏轉屏障循環(huán)的冷卻劑的變向損失。
6.根據(jù)權利要求
5所述的動力模塊，其中所述面向內的部分的橫截面近似于飛機機翼的橫截面。
7.根據(jù)權利要求
1所述的動力模塊，進一步包括加壓器區(qū)域，其位于所述反應堆容器的上端；以及隔板組件，其位于所述加壓器和所述提升管段之間，其中所述隔板組件的上部包括上隔板，所述隔板組件的下部包括所述冷卻劑偏轉屏障。
8.根據(jù)權利要求
7所述的動力模塊，其中所述隔板組件包括位于所述上隔板和所述冷卻劑偏轉屏障之間的一個或多個隔板，以阻礙所述冷卻劑流入所述加壓器區(qū)域。
9.一個核反應堆模塊，包括反應堆容器，其包括上端和下端；加壓器，其位于所述反應堆容器的上端附近；反應堆芯，其位于所述反應堆容器的底端附近；隔板組件，其位于所述反應堆芯與所述加壓器之間；以及反應堆罩，其引導冷卻劑流穿過所述反應堆芯，其中所述反應堆罩包括面向內的部分， 所述面向內的部分改變所述冷卻劑的流動壓力并且促使所述冷卻劑循環(huán)經過所述隔板組件以及朝向所述反應堆容器的底端。
10.根據(jù)權利要求
9所述的核反應堆模塊，其中所述面向內的部分包括近似于飛機機翼橫截面的橫截面。
11.根據(jù)權利要求
10所述的核反應堆模塊，其中所述面向內的部分連續(xù)地圍繞所述反應堆罩的上端周緣定位。
12.根據(jù)權利要求
9所述的核反應堆模塊，其中所述面向內的部分包括圍繞所述反應堆罩上端周緣定位的多個翼形延伸部。
13.根據(jù)權利要求
9所述的核反應堆模塊，其中所述隔板組件包括具有橢圓形表面的下隔板，該橢圓形表面的外徑大于所述反應堆罩的所述面向內的部分。
14.根據(jù)權利要求
13所述的核反應堆模塊，其中所述下隔板的橢圓形表面引導所述冷卻劑流向所述反應堆容器底部。
15.根據(jù)權利要求
9所述的核反應堆模塊，其中所述面向內的部分的橫截面近似于倒置的淚滴。
16.根據(jù)權利要求
9所述的核反應堆模塊，其中所述面向內的部分的橫截面的厚度總體朝向所述反應堆罩的上端方向增加。
17.根據(jù)權利要求
16所述的核反應堆模塊，其中所述反應堆罩的上端包括以圓形邊緣為特征的周緣。
18.一種冷卻反應堆芯的方法，包括將主冷卻劑循環(huán)穿過包括上部提升管的反應堆罩；以及引導所述冷卻劑沿反應堆容器向下流，并圍繞所述反應堆罩，其中所述反應堆容器的橢圓形下端促使冷卻劑流過所述反應堆芯，且位于所述上部提升管上方的橢圓形偏轉屏障促使冷卻劑圍繞所述反應堆罩流動。
19.根據(jù)權利要求
18所述的方法，其中所述橢圓形偏轉屏障位于所述上部提升管和加壓器區(qū)域之間，所述加壓器區(qū)域位于反應堆容器的上端中。
20.根據(jù)權利要求
19所述的方法，其中所述橢圓形偏轉屏障形成阻礙所述冷卻劑流入所述加壓器區(qū)域的隔板系統(tǒng)的下部。
21.根據(jù)權利要求
18所述的方法，進一步包括通過引導冷卻劑在所述上部提升管的面向內的部分周圍流動來改變所述反應堆罩中的冷卻劑的流體壓力。
專利摘要
一種動力模塊(30)，包括含有冷卻劑(100)的反應堆容器(52)和位于所述反應堆容器底端附近的反應堆芯(6)。提升管段(24)位于所述反應堆芯上方，其中所述冷卻劑循環(huán)經過所述反應堆芯并向上穿過所述提升管段。在一個實施方案中，冷卻劑偏轉(35)屏障具有流動優(yōu)化的表面，所述流動優(yōu)化的表面引導所述冷卻劑流向所述反應堆容器底端。在另一實施方案中，所述反應堆罩包括面向內的部分(65)，其改變所述冷卻劑的流動壓力并且促使所述冷卻劑循環(huán)經過隔板組件(50)以及流向所述反應堆容器底端。
文檔編號G21C15/16GKCN102282628SQ200980154650
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月17日
發(fā)明者E·P·楊, J·N·雷耶斯, J·T·格魯姆 申請人:紐斯高動力有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan