CN111819636A - 具有用于控制杆驱动机构的驱动马达的冷却腔室的核反应堆模块 - Google Patents

具有用于控制杆驱动机构的驱动马达的冷却腔室的核反应堆模块 Download PDF

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CN111819636A CN201880079710.4A CN201880079710A CN111819636A CN 111819636 A CN111819636 A CN 111819636A CN 201880079710 A CN201880079710 A CN 201880079710A CN 111819636 A CN111819636 A CN 111819636A
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Abstract

在一些实施例中，核反应堆模块包括：用于反应堆压力容器(RPV)的容纳容器；位于容纳容器中的控制杆驱动机构(CRDM)，CRDM包括驱动马达，该驱动马达构造成将控制杆移入和移出位于RPV中的核反应堆堆芯；和延伸过容纳容器的一部分的隔离物，该隔离物构造成将驱动马达保持在容纳容器内的单独的不透流体的屏障区域中。可以公开和/或要求保护其它实施例。

Description

具有用于控制杆驱动机构的驱动马达的冷却腔室的核反应堆 模块
优先权
本申请要求2017年12月29日提交的、名称为“AIR COOLING CHAMBER FOR CRDMDRIVE MOTOR(用于CRDM驱动马达的空气冷却腔室)”的美国临时专利申请No.62/611,754的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
政府利益
本发明是在政府的支持下根据能源部授予的合同号为DE-NE0000633的合同进行的。政府享有本发明的某些权利。
技术领域
本公开总体上涉及核反应堆模块的容纳容器中的冷却，并且一些实施例涉及具有用于CRDM(控制杆驱动机构)的驱动马达的冷却腔室的核反应堆模块。
背景技术
对流热传递是通过流体(液体或气体)的运动将热量从一个地方传递到另一个地方。对流热传递可以包括强制对流(用于使液体通过软管运动而从源中带走热量的泵，用于驱动空气越过翅片或类似物运动而从源中带走热量的风扇，等)和自然对流(其中由密度变化引起的浮力驱动流体的运动)。
一些核反应堆模块包括容纳在容纳容器(CNV)内部的反应堆压力容器(RPV)。这些核反应堆模块可以包括反应堆部件冷却水(RCCW)系统，以支撑反应堆模块内部和外部的部件。RCCW系统可包括CNV外部的泵和冷却管线，以散发CNV外部的部件的热量。RCCW系统还可以包括穿透CNV的冷却管线，以冷却CNV中的部件。
附图说明
所包括的附图是出于说明性目的，并且用于提供所公开的发明性系统、设备、方法和计算机可读存储介质的可能结构和操作的示例。这些附图决不限制本领域技术人员可以在不脱离所公开的实现的精神和范围的情况下进行形式和细节上的任何改变。
图1示出了根据各种实施例的具有用于CRDM(控制杆驱动机构)的驱动马达的冷却腔室的容纳容器的剖视图。
图2示出了根据各种实施例的图1的不透流体的隔离物的仰视图。
图3示出了根据各种实施例的具有用于CRDM的驱动马达的冷却腔室的另一容纳容器的剖视图。
图4示出了根据各种实施例的具有用于CRDM的驱动马达的冷却腔室的又一个容纳容器的剖视图。
具体实施方式
由于多种原因，期望减少CNV内部的冷却管线(例如CNV外部的RCCW系统的冷却管线或CNV内部的任何其它冷却管线)。CNV内部的环境可能处于减压状态(例如，处于真空状态，意味着低于大气压力)和高温状态(例如，华氏600度)，并且这些开口和冷却管线之间的密封提供了泄漏路径，使大气可以泄漏到CNV中，从而导致停机时间和发电损失。另外，每条冷却管线消耗CNV内部的宝贵空间，减少CNV内部的冷却管线可以支持减小CNV的整体尺寸。冷却管线也可能断裂，并且诊断和/或维修任何冷却管线，特别是CNV内的冷却管线，可能是很昂贵的。
一些已知的核反应堆模块可以包括在CNV外部的RCCW系统，该系统包括延伸到CNV中的冷却管线，以消散来自CRDM电磁线圈和/或CRDM驱动马达的热量。本文所述的一些实施例通过将CNV内的部段(例如上部部段)隔离成用于CRDM线圈的真空腔室和用于CRDM驱动马达或其它线圈的流体填充腔室，从而消除了部分或全部这样的冷却管线。可以使用任何不透流体的隔离物来隔离该部段。
本文所述的任何不透流体的隔离物可允许CRDM与CNV之间的差异运动。在一些实施例中，不透流体的隔离物的附接部段(以附接到CRDM)可以相对于CNV(例如与CRDM壳体一起)运动。在一些实施例中，附接部段可以是具有开口阵列的刚性板，每个开口围绕CRDM壳体之一。附接部段可以通过焊接、围绕CRDM壳体的O形环或类似物或它们的组合密封地联接到CRDM驱动器。不透流体的隔离物可包括膨胀部段，例如波纹管(例如金属波纹管)、膜、膨胀接头、Ω密封件或类似物或其组合，以响应于CRDM壳体朝向CNY的运动而膨胀，并响应于CRDM壳体远离CNV的运动而收缩。
流体填充腔室可包含驱动马达和/或热耦合到驱动马达的空气(或一些其它流体)。可以使用自然和/或强制对流热传递，以利用流体填充腔室内的空气或其它流体从驱动马达中去除热量。当在CRDM的顶部使用电动马达通过精细运动控制驱动器操纵CRDM壳体时，由提供给马达的能量产生的热量可通过大气冷却环境来去除。
在一些实施例中，流体供应系统可以是空气供应系统，其可以比RCCW便宜得多且可靠，并且可以消除对容纳容器内的软管和管道的需要。在具有强制对流的实施例中，流体供应系统可以被放置在核反应堆模块的顶部或位于远离CNV的公共区域中。
在一些实施例中，在CNV顶部(或与流体填充腔室相对应的某个其它位置)上的穿透部可根据强制流动系统中的需要而提供空气和去除空气或者使自然对流能够冷却驱动马达。这些穿透部可以通过不透流体的隔离物与真空腔室隔离，并且因此可以不需要密封件(实际上，在自然对流实施例中，这些穿透部可以是不受限制的通风口)。
就背景而言，就真空腔室而言，高温线圈技术的最新发展可能允许将电磁线圈放置在类似于某些CNV内部所经历的恶劣环境中。这些电磁线圈可以被称为高温电磁线圈。高温电磁线圈可以位于真空腔室中，并且未通电到需要通过水冷却散热的水平。可以消除对线圈的水冷却或其它形式的冷却。在其它实施例中，如果线圈的能量输入较低和/或是断续的(例如，如果它们仅被断续地通电，通电时长不足以使它们的温度升高超过其操作范围)，则可以在真空腔室中使用任何线圈。在这些实施例中，也可以消除对线圈的水冷却。
本文所述的一些实施例可包括具有用于控制杆驱动机构的驱动马达的冷却腔室的核反应堆模块。该核反应堆模块可以包括：用于反应堆压力容器(RPV)的容纳容器；位于容纳容器中的控制杆驱动机构(CRDM)，CRDM包括驱动马达，该驱动马达构造成将控制杆移入和移出位于RPV中的核反应堆堆芯；和延伸过容纳容器的一部分的隔离物，该隔离物构造成将驱动马达保持在容纳容器内的单独的不透流体的屏障区域中。
图1示出了根据各种实施例的具有用于CRDM(控制杆驱动机构)15的驱动马达17的冷却腔室11的容纳容器2的剖视图。冷却腔室11可以与腔室10分离，腔室10可以是真空腔室(例如，减压到小于大气压)。CRDM 15可以包括高温电磁线圈16(或一些其它线圈)，该高温电磁线圈16可以在腔室10的高温环境(例如600F)下操作而无需水冷却。
CRDM 15和/或CRDM 15的壳体内的相应的轴3可相对于容纳容器2和RPV 1运动以控制杆(未示出，每个杆连接到对应的轴3)进出位于RPV 1中的核反应堆堆芯(未示出)的运动。该运动可以由驱动马达17驱动。在运动期间，驱动马达17可能产生热量，并且该热量可以通过强制流体(例如，通过未示出的风扇、泵或一些其它主动部件)除去，或者通过开口19吸取(加热的流体可以从另一个开口离开)。
与一些容纳容器中用于冷却管线的开口不同，开口19不暴露于核反应堆模块内部的真空环境。不透流体的屏障13使容纳容器2的一部分与真空环境隔离，并且开口19形成在容纳容器2的该部分中。
在该实施例中，不透流体的屏障13包括膨胀部段14，该膨胀部段14密封地联接(例如焊接)到容纳容器的内部。在该实施例中，膨胀部段14被示出为波纹管，但是在其它实施例中，膨胀部段可以包括膜、膨胀接头、Ω密封件、波纹管或类似物或其组合。图2示出了不透流体的屏障13的仰视图。现在参考图2，不透流体的屏障13可包括连接到膨胀部段13的另一侧的附接部段251。附接部段251可以包括诸如板的刚性结构。开口252的阵列可形成在附接部段中，以用于每个CRDM壳体(图1)。附接部段251和每个CRDM壳体可以在它们在开口252中接触的位置处被密封地联接(例如，焊接和/或使用O形环联接)。
再次参考图1，不透流体的屏障13的一部分(例如，包括图2中的附接部段251)可以与CRDM 15一起相对于容纳容器2和RPV 1运动。当CRDM 15朝向RPV 1运动时，膨胀部段14可以膨胀，而当CRDM 15远离RPV 1运动时，膨胀部段14可以压缩。
图3示出了根据各种实施例的具有用于CRDM 315的驱动马达(未示出)的冷却腔室311的另一容纳容器302的剖视图。CRDM 315在任何方面都可以与本文所述的任何CRDM(例如图1的CRDM 15)相似。不透流体的屏障314在任何方面都可以与本文所述的任何不透流体的屏障类似，例如图1的不透流体的屏障14。附接部段351在任何方面都可以与本文所述的任何附接部段相似，例如图2的附接部段251。
驱动马达的一部分可以在附接部段351下方，只要驱动马达热耦合到冷却腔室311的流体即可。例如，驱动马达可以是驱动马达组件的一部分，并且附接部段351可以焊接到驱动马达组件。驱动马达组件可以包括不透流体的壳体，该不透流体的壳体将驱动马达暴露于冷却腔室311的流体，以将驱动马达热耦合到流体并且将流体与真空环境310隔离。在一个示例中，将附接部段351在驱动马达组件处焊接到CRDM的端部是可行的和实用的。
图3还示出了入口软管369可以联接到用于冷却腔室311的入口开口。诸如风扇之类的主动部件可以迫使空气进入入口软管369。由于由主动部件和/或自然对流产生的正气压，加热的空气可通过联接到冷却腔室311的出口开口的出口软管370离开(出口开口可位于高于入口开口的位置处以辅助热传递)。在其它实施例中，主动部件可以安装在出口软管370处，以在冷却腔室311中产生负压，这可以将空气吸入入口软管369。与在容纳容器内部延伸的水冷却管线相反，软管360和370可以完全位于CNV 302的外部。
在一些示例中，软管可仅用于入口/出口中的一个，而另一开口可包括不具有软管的通风口。在其它示例中，所有开口可以是没有软管的通风口。同样，可能有任意数量的出口/入口开口/软管/风扇/通风口等。
另外，如上所述，如果自然对流足以除去热量，则可以不需要主动部件。而且，在一些示例中，以下方式是可行的和实用的：沿着不透流体的屏障314(在一侧或两侧上)安装隔热部以减少从腔室310的高温真空环境到冷却腔室311的热传递，从而使得通过出口开口去除的热量最少化。
图4示出了根据各个实施例的具有用于CRDM 415的驱动马达的冷却腔室411的又一个容纳容器402的剖视图。CRDM 415在任何方面都可以与本文所述的任何CRDM(例如图1的CRDM 15)相似。不透流体的屏障414在任何方面都可以与本文所述的任何不透流体的屏障类似，例如图1的不透流体的屏障14。附接部段451在任何方面都可以与本文所述的任何附接部段相似，例如图2的附接部段251。
在该示例中，热交换器499(示意性地示出)可以联接到容纳容器402的与冷却腔室相关联的部分(或由该部分形成)，以通过热传导、对流传热、热辐射或类似方式或它们的组合去除由CRDM 415的驱动马达产生的热量。容纳容器402可以包括或可以不包括开口(可以将诸如热管的热交换器部件放置在开口中)。热交换器499可包括任何已知热交换器的任何部件和/或容纳容器本身的一部分(例如，容纳容器壁可提供传导性的热传递)。
已经参考了附图，这些附图形成说明书的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了具体的实施方式。尽管充分详细地描述了这些公开的实施方式以使本领域技术人员能够实践这些实施方式，但是应当理解，这些示例不是限制性的，使得可以使用其它实施方式并且可以对所公开的实施方式进行改变而没有脱离他们的精神和范围。
示例
示例1是一种设备，其包括：用于反应堆压力容器(RPV)的容纳容器；位于容纳容器中的控制杆驱动机构(CRDM)，CRDM包括驱动马达，该驱动马达构造成将控制杆移入和移出位于RPV中的核反应堆堆芯；和延伸过容纳容器的一部分的隔离物，该隔离物构造成将驱动马达保持在容纳容器内的单独的不透流体的屏障区域中。
示例2可以包括示例1和/或本文中的任何其它示例的主题，其中隔离物包括：附接部段，其一侧与CRDM密封地联接；和膨胀部段，其联接到附接部段的另一侧，该膨胀部段膨胀以允许附接部段与CRDM一起相对于容纳容器运动。
示例3可以包括示例1和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中膨胀部段包括波纹管、膜、膨胀接头或Ω密封件。
示例4可以包括示例1-3和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中附接部段包括板。
示例5可以包括示例1-4和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中膨胀部段密封地联接到容纳容器的所述部分。
示例6可以包括示例1-5和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中容纳容器内的单独的不透流体的屏障区域包括第一区域，并且其中容纳容器的第二区域包括真空环境。
示例7可以包括示例1-6和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中隔离物将容纳容器的所述部分与真空环境隔离，并且其中容纳容器的所述部分包括一个或多个开口，以将容纳容器外部的空气与所述单独的不透流体的屏障区域内的空气进行交换。
示例8可以包括示例1-6和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其还包括位于容纳容器外部的主动装置，以迫使容纳容器外部的空气通过所述一个或多个开口中的入口开口进入所述单独的不透流体的屏障区域，或者迫使所述单独的不透流体的屏障区域内部的空气通过所述一个或多个开口中的出口开口，以将由驱动马达产生的热量移出容纳容器。
示例9可以包括示例1-8和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中所述单独的不透流体的屏障区域包括的空气的密度比位于容纳容器的真空区域中的任何空气的密度高。
示例10可以包括示例1-9和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其还包括位于容纳容器的所述部分上的热交换器，以从容纳容器去除由驱动马达产生的热量。
示例11是一种设备，包括：容纳容器，其包括第一部段和不同的第二部段，第一部段用于容纳核反应堆模块的反应堆压力容器，第二部段位于第一部段上方；控制杆驱动机构(CRDM)，其位于第二部段中，CRDM用于控制CRDM相对于容纳容器的运动；不透流体的屏障，其围绕CRDM，该不透流体的屏障和CRDM将第二部段隔离成真空腔室和流体填充腔室，其中CRDM的至少一部分位于真空腔室中；其中CRDM的一个或多个CRDM驱动马达热耦合到流体填充腔室的流体。
示例12可以包括示例11和/或本文的任何其它示例的主题，其中不透流体的屏障包括：附接部段，其密封地联接到CRDM；和膨胀部段，其膨胀以允许附接部段与CRDM一起相对于容纳容器运动。
示例13可以包括示例11-12和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中附接部段包括具有开口的板，该开口用于CRDM的每个CRDM壳体。
示例14可以包括示例11-13和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中膨胀部段包括波纹管、膜、膨胀接头或Ω密封件。
示例15可以包括示例11-14和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中附接部段焊接到CRDM。
示例16可以包括示例11-15和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中CRDM的所述至少一部分包括一个或多个CRDM电磁线圈。
示例17可以包括示例11-16和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中CRDM的所述至少一部分包括CRDM的第一部段，并且CRDM的不同的第二部段位于流体填充腔室中。
示例18可以包括示例11-17和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中不透流体的屏障的一个区域密封地联接到容纳容器的内部，并且不透流体的屏障的另一不同的区域密封地联接到CRDM。
示例19可以包括示例11-18和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其中流体包括空气。
示例20可以包括示例11-19和/或本文的任何其它示例中的任一个的主题，其还包括在容纳容器中的多个流体交换开口，以形成进出流体填充腔室的流体路径。
已经描述和图示了优选实施例的原理，应当清楚的是，可以在不脱离这种原理的情况下在布置和细节上修改实施例。对落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改和变化要求进行保护。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：
容纳容器，其用于反应堆压力容器(RPV)；
控制杆驱动机构(CRDM)，其位于容纳容器中，CRDM包括驱动马达，该驱动马达构造成将控制杆移入和移出位于RPV中的核反应堆堆芯；以及
隔离物，其延伸过容纳容器的一部分，该隔离物构造成将驱动马达保持在容纳容器内的单独的不透流体的屏障区域中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中隔离物包括：
附接部段，其一侧密封地联接到CRDM；和
膨胀部段，其联接到附接部段的另一侧，该膨胀部段膨胀以允许附接部段与CRDM一起相对于容纳容器运动。
3.根据权利要求2所述的设备，其中膨胀部段包括波纹管、膜、膨胀接头或Ω密封件。
4.根据权利要求2所述的设备，其中附接部段包括板。
5.根据权利要求2所述的设备，其中膨胀部段密封地联接到容纳容器的所述部分。
6.根据权利要求5所述的设备，其中容纳容器内的单独的不透流体的屏障区域包括第一区域，并且其中容纳容器的第二区域包括真空环境。
7.根据权利要求6所述的设备，其中隔离物将容纳容器的所述部分与真空环境隔离，并且其中容纳容器的所述部分包括一个或多个开口，以将容纳容器外部的空气与所述单独的不透流体的屏障区域内的空气进行交换。
8.根据权利要求7所述的设备，其还包括位于容纳容器外部的主动装置，以迫使容纳容器外部的空气通过所述一个或多个开口中的入口开口进入所述单独的不透流体的屏障区域，或者迫使所述单独的不透流体的屏障区域内部的空气通过所述一个或多个开口中的出口开口，以将由驱动马达产生的热量移出容纳容器。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述单独的不透流体的屏障区域包括的空气的密度比位于容纳容器的真空区域中的任何空气的密度高。
10.根据权利要求1所述的设备，其还包括位于容纳容器的所述部分上的热交换器，以从容纳容器去除由驱动马达产生的热量。
11.一种设备，其包括：
容纳容器，其包括第一部段和不同的第二部段，第一部段用于容纳核反应堆模块的反应堆压力容器，第二部段位于第一部段上方；
控制杆驱动机构(CRDM)，其位于第二部段中，CRDM用于控制CRDM相对于容纳容器的运动；
不透流体的屏障，其围绕CRDM，该不透流体的屏障和CRDM将第二部段隔离成真空腔室和流体填充腔室，其中CRDM的至少一部分位于真空腔室中；
其中CRDM的一个或多个CRDM驱动马达热耦合到流体填充腔室的流体。
12.根据权利要求11所述的设备，其中不透流体的屏障包括：附接部段，其密封地联接到CRDM；和膨胀部段，其膨胀以允许附接部段与CRDM一起相对于容纳容器运动。
13.根据权利要求12所述的设备，其中附接部段包括板，所述板具有用于CRDM的每个CRDM壳体的开口。
14.根据权利要求12所述的设备，其中膨胀部段包括波纹管、膜、膨胀接头或Ω密封件。
15.根据权利要求12所述的设备，其中附接部段焊接到CRDM。
16.根据权利要求11所述的设备，其中CRDM的所述至少一部分包括一个或多个CRDM电磁线圈。
17.根据权利要求11所述的设备，其中CRDM的所述至少一部分包括CRDM的第一部段，并且CRDM的不同的第二部段位于流体填充腔室中。
18.根据权利要求11所述的设备，其中不透流体的屏障的一个区域密封地联接到容纳容器的内部，并且不透流体的屏障的另一不同的区域密封地联接到CRDM。
19.根据权利要求11所述的设备，其中流体包括空气。
20.根据权利要求11所述的设备，其还包括在容纳容器中的多个流体交换开口，以形成进出流体填充腔室的流体路径。
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