[发明专利]具有紧凑的非能动安全系统的压水反应堆

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆技术、核发电技术、核安全技术和相关技术。

背景技术

核反应堆安全的中心问题是将放射性堆芯保持在浸没状态下，并将足够的热量移去。在正常运行过程中，反应堆堆芯设置在充满（或大部分填充）一次冷却剂（例如，在轻水反应堆情形中的轻水）的密封反应堆压力容器内。通过一次冷却剂循环通过“热阱”来移走热量。在核电厂的情形中，“热阱”通常采取蒸汽发生器或涡轮机的形式。例如，在沸水反应堆（BWR）中，一次冷却剂在压力容器内沸腾，被汽水分离器/干燥器组件隔开的一次冷却剂蒸汽被送到涡轮机中，在那里，在涡轮机上作有用功的动作使蒸汽冷却下来。冷凝的蒸汽流回到BWR的压力容器内而完成一次冷却剂循环。涡轮机又驱动发电机，产生BWR电厂的电力输出。

在压水反应堆（PWR）的情形中，一次冷却剂保持在欠热液相中（可能压力容器顶部处的蒸汽气泡除外）。将欠热液态的一次冷却剂泵送通过位于压力容器外面的蒸汽发生器，在蒸汽发生器处，将热量传递给二次冷却剂，二次冷却剂又驱动涡轮机。离开蒸汽发生器的一次冷却剂流回到压力容器内而完成一次冷却剂的循环。

在一种变体的“一体化”PWR设计中，蒸汽发生器位于压力容器内部。在典型的一体化PWR设计中，环形上升管设置在压力容器内而形成内部“上升管”和外部环形的“下降管”区域。一次冷却剂在上升管区域内向上（远离反应堆堆芯）流动，并在外部环形的下降管区域中向下流而完成一次冷却剂流动循环。内部蒸汽发生器通常设置在下降管区域内，并包括许多管子，一次冷却剂在管内向下流动，而二次冷却剂在管外向上流动（或替代地，二次冷却剂在管内向上流动，一次冷却剂在管外向下流动）。

设计出各种安全系统来补救各种可能的事件，这些事件可能危及将反应堆堆芯保持浸没在一次冷却剂中并充分冷却的目标。由安全系统解决的两种可能事件是：冷却剂丧失事故（LOCA）以及热阱丧失事故。传统上，安全系统包括钢制安全壳结构，安全壳结构包围压力容器并具有足够结构强度来包含释放出的一次冷却剂蒸汽。在安全壳结构内设置冷凝器，以冷凝一次冷却剂蒸汽，从而降低安全壳内的压力。位于安全壳结构外面的包括很大水体的最终热阱提供用于冷凝器所捕获的热量的热阱。位于安全壳结构内的换料水储存箱（RWST）在换料操作过程中提供水，并还用作紧急情况下的水源。

在LOCA事故中，压力容器或连接管道（例如，将一次冷却剂传送到外部涡轮机或蒸汽发生器或从外部涡轮机或蒸汽发生器中传出一次冷却剂的管道）的破裂造成压力容器减压和可能的一次冷却剂泄漏。LOCA的补救措施包括：（1）容纳和冷凝一次冷却剂以使该系统减压；以及（2）向压力容器补水以使反应堆堆芯保持被浸没。RWST提供补水，而位于安全壳结构内的冷凝器提供对逸出的一次冷却剂蒸汽进行再冷凝的机构。

在热阱丧失的事件中，丧失“热阱”。在BWR中，如果一次冷却剂蒸汽向涡轮机的流动中断（例如，因为涡轮机必须非预期地停机或突然地发生故障），就可发生热阱的丧失。在PWR中，相应的事件是流经外部蒸汽发生器的欠热一次冷却剂流动的中断。在一体化的PWR中，对应的事件是丧失流过内部蒸汽发生器的二次冷却剂。在任何的热阱丧失事件中，所作的响应包括将蒸汽从压力容器排到位于安全壳结构内的冷凝器，以移去热量和有控制地使压力容器减压。理想地是，这将使用闭合的系统来完成，在闭合系统中，来自压力容器的蒸汽排放到冷凝器内。然而，如果由于热阱丧失而使压力上升过快，则有必要将蒸汽排放到安全壳结构内（实际上，将热阱丧失事件转化为有控制的LOCA）。

发明内容

在本发明的一个方面，一种装置包括：包括压力容器和设置在压力容器内的核反应堆堆芯的核反应堆；含有核反应堆的地下安全壳结构；以及设置在地面线的最终热阱池，其中，地下安全壳结构的上部形成最终热阱池底部的至少一部分。在某些实施例中，地下安全壳结构的上部包括上部穹顶。在某些实施例中，该装置还包括：包括热交换器的冷凝器，热交换器包括设置在地下安全壳结构内的冷、热流动路径；以及可操作地将冷凝器与最终热阱池相连接的冷却水管线。

在本发明的另一个方面，一种装置包括：包括压力容器和设置在压力容器内的核反应堆堆芯的压水反应堆（PWR）；含有核反应堆的地下安全壳结构；以及最终热阱池，其具有至少部分地由地下安全壳结构上部所形成的底部。在某些实施例中，地下安全壳结构上部包括上部穹顶。在某些如此的实施例中，上部穹顶突出到最终热阱池表面上方，以形成由最终热阱池包围的岛。