換料水箱被動應急堆芯流動的制作方法
【專利說明】換料水箱被動應急堆芯流動
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請構思于由能源部合作協(xié)議第DE-NE0000583號支持的工作過程。能源部可以擁有本申請的某些權利。
[0003]本申請要求2013年03月12日提交的、標題為“具有調整的應急堆芯冷卻(ECC)流動的換料水箱(RWST) ”的美國臨時申請第61/777026號的優(yōu)先權。本申請還要求2013年03月15日提交的、標題為“用于長期反應堆冷卻的被動技術”的美國臨時申請第61/794206號的優(yōu)先權。
[0004]2013年03月12日提交的、標題為“具有調整的應急堆芯冷卻(ECC)流動的換料水箱(RWST) ”的美國臨時申請第61/777026號的全部內容在此通過引用并入到本申請的說明書中。2013年03月15日提交的、標題為“用于長期反應堆冷卻的被動技術”的美國臨時申請第61/794206號的全部內容在此通過弓I用并入到本申請的說明書中。
技術領域
[0005]下文涉及核能發(fā)電領域、核反應堆安全性領域、核反應堆應急堆芯冷卻(ECC)領域以及相關領域。
【背景技術】
[0006]在冷卻劑損失事故(LOCA)中或者在核反應堆迅速降壓的其他情況下，核反應堆堆芯要被保持浸在水中，以便提供用于去除衰變熱，并且防止作為裂變產物屏障的燃料棒包覆損傷及燃料棒后續(xù)故障。提供用于跟隨LOCA的堆芯冷卻的系統(tǒng)是應急堆芯冷卻系統(tǒng)(ECC)。該ECC設計可以結合被動構件，這些被動構件可以通過使用儲存的能量而被致動，并且不在致動之后使用電功率。在這種被動ECC設計中，換料水箱(RWST)通常位于放射性殼內，以在反應堆換料過程中提供水來使用，并且該RWST還用作ECC系統(tǒng)的水源。RWST位于反應堆堆芯的上方，使得被動ECC系統(tǒng)可以通過重力驅動的水流進行操作。
[0007]該RWST的尺寸被確定成提供足夠的水來操作ECC系統(tǒng)達設計基準的時間段，例如在某些方案中為72小時。減壓閥允許水從RWST被重力驅動流動(或注射)到反應堆中。沸騰傳熱消除在燃料組件中產生的衰變熱，并且由此產生的蒸汽通過減壓管路被隨后排出。所需的RWST體積可以基于水的潛熱能力(S卩，每升轉換為蒸汽的液體水的被去除的熱能的量)、已知的反應堆堆芯衰變熱輸出與時間的關系以及用于開始于完全填充的RWST的ECC操作的所選擇的設計基準的時間段而被計算出。

【發(fā)明內容】

[0008]在一個公開的方面，一種裝置，包括:核反應堆，其包括壓力容器，該壓力容器含有包括可裂變材料的核反應堆堆芯；換料水箱(RWST);注入管線，其連接成將水從所述RWST排到所述壓力容器；以及豎管，其具有與所述注入管線流體連通的下端，并且沿著與所述RffST流體連通的豎管在不同高度具有兩個或更多個孔。在一些實施例中，所述豎管設置在所述RWST中，并且沿著所述豎管在不同高度具有兩個或更多個孔。在一些實施例中，所述豎管設置在所述RWST之外，并且沿著通過交叉連接管與所述RWST連接的豎管在不同高度具有兩個或更多個孔。一些實施例還包括浮子閥，其配置成通過所述兩個或更多個孔中的一個來調節(jié)流量，所述浮子閥包括設置在所述豎管中的浮子。在一些實施例中，包括所述兩個或更多個孔的豎管配置成調整從所述RWST至所述壓力容器的流量，以近似預期的衰變熱與時間的關系曲線。
[0009]在另一公開的方面，一種方法，包括:對核反應堆的壓力容器進行減壓；以及通過下列操作來提供所述核反應堆堆芯的冷卻，這些操作包括:將水從換料水箱(RWST)排到豎管中；和將水從所述豎管排到減壓壓力容器中。在一些實施例中，將水從所述RWST排到所述豎管中包括通過在沿著排水管的兩個或更多個不同高度的孔將水從RWST排到豎管中。在一些實施例中，將水從所述RWST排到所述豎管中包括:通過沿著所述排水管的第一孔將水從所述RWST排到所述豎管中；通過沿著所述排水管的第二孔將水從所述RWST排到所述豎管中；以及使用在比所述第一孔的高度更低的高度的浮子閥來控制通過所述第二孔將水從所述RWST排到所述豎管中，該浮子閥具有設置在所述豎管中的其浮子。
[0010]在另一公開的方面，一種裝置包括:核反應堆，其包括壓力容器，該壓力容器含有包括可裂變材料的核反應堆堆芯；換料水箱(RWST);以及反應堆堆芯冷卻系統(tǒng)，其包括:豎管，其包括與所述RWST流體連通的多個孔，以將水從所述RWST排到所述豎管中；和注入管線，其配置成將水從所述豎管排到所述壓力容器。在一些實施例中，所述RWST在所述反應堆堆芯冷卻系統(tǒng)的操作期間不與所述壓力容器流體連通，除非通過所述豎管。在一些實施例中，所述豎管設置在所述RWST中。在一些實施例中，所述豎管設置在所述RWST之外，所述反應堆堆芯冷卻系統(tǒng)還包括將所述多個孔與RWST連接的交叉連接管。在一些實施例中，所述反應堆堆芯冷卻系統(tǒng)還包括閥，其配置成基于所述豎管的水位來控制通過與所述RWST流體連通的多個孔之一的流量。在一些這樣的實施例中，所述閥包括浮子閥，該浮子閥具有設置在所述豎管中的其浮子。
【附圖說明】
[0011]本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置以及采取各種處理操作和處理操作布置的形式。附圖僅用于說明優(yōu)選實施例的目的，不應被解釋為限制本發(fā)明。本公開包括以下附圖。
[0012]圖1示出了設置在放射性殼體結構中的說明性的小的模塊化反應堆(SMR)連同具有應急堆芯冷卻(ECC)系統(tǒng)的換料水箱(RWST)的示意性剖視透視圖，該系統(tǒng)利用通過流動調整豎管而與反應堆聯接的RWST。
[0013]圖2是在LOCA (兩個箱)之后計算出的RWST水位的曲線圖。
[0014]圖3是計算出的RWST流量對計算出需要用于移除衰變熱的流量的曲線圖。
[0015]圖4是包括如本文所公開的豎管的RWST的示意性剖視圖，其中RWST中的水在應急堆芯冷卻(ECC)操作的開始時處于其初始水位。
[0016]圖5是與圖4相同的視圖，但是是在進入足以使水位降低低于豎管頂部的ECC操作的時間之后。
[0017]圖6是通過圖4和圖5的豎管的計算出的RWST流量對計算出需要用于移除衰變熱的流量的曲線圖。
[0018]圖7是通過使用包括圖4和圖5的豎管的RWST的計算出的RWST水位對時間的曲線圖。
[0019]圖8示意性地示出了一個變型實施例，其中流動調整豎管位于RWST之外。
[0020]圖9示意性地示出了一個變型實施例，其中流動調整豎管位于RWST之外且一些流動調整由流動調整浮子閥提供。
[0021]圖10示意性地示出了圖9系統(tǒng)的流動調整浮子閥的合適實施例的側視圖。
[0022]圖11示意性地示出了采用布置在具有流動調整浮子閥的RWST中的豎管的變型實施例。
【具體實施方式】
[0023]參考圖1，示出了說明性的小的模塊化反應堆(SMR) 10的剖視透視圖，具有來自一個或多個換料水箱(RWST)單元12的調整的被動流動的所公開的應急堆芯冷卻(ECC)技術適當地采用該SMR。圖1的說明性的SMR單元10是壓水反應堆(PWR)類型的，并且包括壓力容器14和設置在壓力容器14內(即，說明性的SMRlO是整體式PWR10)的一個或多個整體式蒸汽發(fā)生器16。圖1的說明性的SMR 10僅是一個示例，更一般地，具有來自一個或多個RWST的調整的被動流動的所公開的ECC技術適當地采用大致任何類型的輕水核反應堆，包括PWR( 二者是整體式的，如圖所示，以及采用外接蒸汽發(fā)生器的PWR配置)、沸水反應堆(BffR)等等。具有來自一個或多個RWST的調整的被動流動的所公開的ECC技術還不限于小的和/或模塊化的核反應堆，相反還可以采用較大規(guī)模和/或非模塊化的反應堆單元。圖1的說明性的SMRlO包括將整體式加壓器體積19限定在壓力容器14頂部的整體式加壓器18 ;然而，再次，更一般地，具有來自一個或多個RWST的調整的被動流動的所公開的ECC技術適于采用包括整體式或外接加壓器的輕水核反應堆。
[0024]通常，核反應堆(比如圖1中的說明性的SMR10)包括含有核反應堆堆芯20的壓力容器14，該核反應堆堆芯包括浸漬在(主)冷卻水(本文中更一般地是指簡單的“冷卻劑”或“冷卻劑水”)中的可裂變材料，比如235U (通常以合金、復合材料、混合物或其它形式)。由于反應堆堆芯20浸漬在冷卻劑水中，并且當控制棒驅動機構(CRDM) 22