[发明专利]采用闭合传热路径的、用于核反应堆的紧急堆芯冷却系统（ECCS）

说明书

技术领域

下文涉及核反应堆领域、核发电领域、核安全领域和相关领域。

背景技术

核反应堆安全性集中于将放射性堆芯保持在浸没状态下，并去除足够的热量。在正常操作过程中，反应堆堆芯设置在密封的反应堆压力容器内，该压力容器填充有（或多半填充有）主冷却剂（例如，在轻水反应堆的情况下是轻水）。通过使主冷却剂经“热阱”的循环来去除热量。在核电站的情况下，“热阱”通常呈蒸汽发生器或涡轮机的形式。在传统的沸水反应堆（BWR）中，主冷却剂转化成压力容器内的蒸汽，并经管道输出以直接驱动涡轮机，其中，对涡轮机作有用功的动作使蒸汽冷却。在传统的压水堆（PWR）中，处于过冷液相的主冷却剂经管道输入外部蒸汽发生器内，其中，将热量传递到又驱动涡轮机的二次冷却剂。在集成的PWR设计中，“集成的”蒸汽发生器位于压力容器内部。在此变型设计中，二次冷却剂给水经管道输入蒸汽发生器内，而二次冷却剂蒸汽则经管道输出蒸汽发生器。

设计安全系统以补救各种会危及将反应堆堆芯保持浸没在主冷却剂内并适当冷却这一目的的可能的事件。安全系统所处理的两种可能的事件是：冷却剂丧失事故（LOCA）；以及热阱丧失事故。通常，安全系统包括：(1)钢外壳结构，该钢外壳结构包围着压力容器，并有足够的结构强度，以包含释放出的主冷却剂蒸汽；(2)最终热阱（UHS），该最终热阱包括位于外壳结构之外的水池；以及(3)紧急堆芯冷却系统（ECCS），该紧急堆芯冷却系统包括冷凝器的组合，以将蒸汽冷凝成水并将热量排到UHS。此外，位于外壳结构内部以在换料操作过程中供水的换料用水储存箱（RWST）还能在紧急情况下用作水源。由冷凝器重新捕获的蒸汽可选地反馈回到RWST内或反应堆冷却剂装载或净化系统（RCIPS）。UHS设计成包含足够的供水，以在指定的时间段内（例如，72小时或者在一些法规规定中为两周）从反应堆散热，而不在UHS内补水。

在LOCA中，压力容器或连接管道（例如，将主冷却剂从外部涡轮机或蒸汽发生器传导/传导至外部涡轮机或蒸汽发生器的管路）内的破裂会引起压力容器降压，并可能泄漏主冷却剂。对LOCA的补救包括(1)包含和冷凝主冷却剂蒸汽，以使系统降压；以及(2)将水补到压力容器内，以保持反应堆堆芯浸没。RWST提供补充水，而ECCS冷凝器使蒸汽冷凝，以控制外壳结构内的压力。

在热阱丧失事故中，通过流到涡轮机（BWR中）或外部蒸汽发生器（PWR中）的主冷却剂流的丧失或者通过向蒸汽发生器（在PWR或集成的PWR中）给水的丧失而丧失“热阱”。对热阱丧失的应对包括将蒸汽从压力容器排到ECCS冷凝器，以去除热量并可控地使压力容器降压。理想地，这将采用闭合系统来执行，在该闭合系统中，将来自压力容器的蒸汽排入冷凝器。然而，如果由于热阱丧失而造成压力升高过快，则有必要排入外壳结构内（实际上是将热阱丧失事故转换成受控的LOCA）。

ECCS冷凝器的高压（即，蒸汽）环路在热阱丧失事故中与压力容器连接，和/或在由压力容器排入外壳结构的热阱事故或LOCA中连接到外壳结构内。ECCS冷凝器的低压（即，冷却剂流体）环路经由合适的管道与UHS连接，该管道必须经过外壳结构，以提供外壳结构内的ECCS冷凝器和外壳结构外部的UHS之间的流体连通。由于管路内的破裂会造成从外壳结构的主要泄漏，这种管道具有潜在的安全危害。在LOCA中，这会造成辐射性主冷却剂蒸汽排入外部大气。

发明内容

在本发明的一方面，核反应堆包括压力容器和包含于压力容器内的核反应堆堆芯。外壳结构包含核反应堆。最终热阱池设置在外壳结构外部。冷凝器包括具有第一端部和相对第二端部的多个闭合路径的热管或闭合路径的热虹吸管。闭合路径热管或热虹吸管埋设于外壳结构内，第一端部包含在外壳结构内部，而第二端部设置在外壳结构外部。第二端部与最终热阱池热连通。

在本发明的另一方面，冷凝器包括具有第一端部和相对第二端部的多个闭合路径热管或闭合路径热虹吸管，以及包含第一端部的气室。气室具有流体入口和流体出口。

在本发明的又一方面，外壳结构包含内部容积，而核反应堆设置在内部容积内。最终热阱池设置在外壳结构外部。冷凝器包括具有第一端部和相对第二端部的多个闭合路径的热管或闭合路径的热虹吸管。闭合路径热管或闭合路径热虹吸管埋设于外壳结构内，第一端部突出到内部容积内，而第二端部突出到外壳结构的外部。

附图说明

本发明可呈各种部件和各部件的布置以及各种过程操作和过程操作的布置的形式。附图仅用于说明较佳的实施例，并不理解为限制本发明。