CN115938619B - 一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器及反应堆系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器及反应堆系统，包括压力容器本体，压力容器本体的下封头内部设置有与下封头形状相匹配的滞留篮，滞留篮采用导热材料制成，下封头内表面与滞留篮外表面之间形成冷却通道，滞留篮通过多个支撑部件与下封头的内表面固定连接，滞留篮的上表面设置有难熔层，采用本发明的压力容器，避免了反应堆发生严重事故时，采用压力容器外部冷却对熔融物进行堆内滞留的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及核工程技术领域，具体涉及一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器及反应堆系统。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
大功率反应堆发生堆芯熔化事故时，熔融物落入反应堆压力容器下腔室，由于大功率反应堆衰变热更大，体积释热率更大，金属层热聚焦效应更强，目前常规的堆芯熔化事故发生时的处理方式为反应堆压力容器外部冷却，例如专利申请CN103578580A公开了一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，将熔融物堆外冷却与IVR系统进行有机结合，其采用压力容器外部的反应堆堆腔通入冷却剂来进行冷却，专利申请CN112201372A公开了一种实现核反应堆堆芯熔融物滞留的方法，利用冷却剂将安全壳可淹区淹没至特定高度以对压力容器进行冷却，但其本质上仍然是从压力容器外部对其进行冷却，发明人发现，采用此种方式应用于大功率(电功率大于30万千瓦的反应堆)反应堆堆芯熔化事故的处理时，熔融物堆内滞留有很大的不确定性，由于大功率反应堆衰变热更大，体积释热率更大、金属层热聚焦效应更强，如果熔融物直接落入压力容器底部，很容易使得压力容器失效。如果反应堆压力容器失效，将导致大量熔融物进入安全壳，从而挑战安全壳的完整性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，能够使得反应堆严重事故保证熔融物堆内滞留效果，适用于大功率反应堆使用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，包括压力容器本体，压力容器本体的下封头内部设置有与下封头形状相匹配的滞留篮，滞留篮采用导热材料制成，下封头内表面与滞留篮外表面之间形成冷却通道，滞留篮通过多个支撑部件与下封头的内表面固定连接，滞留篮的上表面设置有难熔层。
可选的，所述难熔层采用硼化物陶瓷或碳化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成。
可选的，所述难熔层的厚度为2mm-5mm。
可选的，滞留篮外侧面与下封头内侧面之间的距离为50mm-200mm。
可选的，所述滞留篮包括与下封头形状相匹配的滞留篮本体，滞留篮本体的内表面设置有多个凸起结构，滞留篮本体的内表面和凸起结构的外侧面均设置有难熔层。
可选的，所述滞留篮本体的厚度为20mm-100mm，凸起结构的高度为10mm-50mm。
可选的，所述凸起结构包括多个在中心位置交叉且沿滞留篮本体内侧面设置的弧形条，相邻弧形条之间的夹角相等，相邻弧形条之间设置有连接条，连接条与滞留篮本体和相邻弧形条固定连接。
可选的，所述支撑部件采用支撑柱，支撑柱一端与滞留篮外表面固定，另一端与下封头内表面固定，支撑柱中部直径大于两端的直径以使得支撑柱的外柱面为中部向外凸起的弧形面。
可选的，所述滞留篮采用不锈钢材料制成。
第二方面，本发明的实施例提供了一种反应堆系统，设置有第一方面所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器。
本发明的有益效果：
1.本发明的反应堆用压力容器，通过在压力容器下封头上方设置滞留篮，滞留篮与下封头之间形成冷却通道，能够使得冷却剂在压力容器内部与熔融物进行换热，将熔融物保存在滞留篮内，避免了熔融物对压力容器的下落冲击，实现熔融物的堆内滞留，将堆芯衰变热导出，而且通过难熔层的设计可以确保熔融物与滞留篮之间不发生相互作用，避免了反应堆依靠压力容器外部冷却实现熔融物堆内滞留的方案的缺陷，减小了压力容器失效的概率，保证反应堆压力容器的完整性，适用于大功率的反应堆使用。
2.本发明的反应堆用压力容器，滞留篮本体上表面设置有凸起结构，增加了滞留篮内表面的面积，提高了与熔融物的换热效果，同时增加了整个滞留篮的结构强度，使得滞留篮具有较强的抗震和抗冲击性能，在地震等外部事件下滞留篮可以保持完整，熔融物下落冲击时滞留篮可以保持完整。
3.本发明的反应堆用压力容器，支撑部件采用中间截面面积大，两端截面面积小，外柱面在中部向外凸起的弧形面，在实现支撑的同时，减小了冷却通道内冷却剂的流动阻力，实现了高效换热。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构主视图；
图2为本发明实施例1滞留篮俯视图；
其中，1.下封头，2.滞留篮，2-1.滞留篮本体，2-2.弧形条，2-3.连接条，3.支撑部件，4.冷却通道，5.难熔层。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，包括压力容器本体，压力容器本体采用现有反应堆用压力容器结构即可，包括筒体，筒体顶部设置有上封头，底部设置有下封头1。
所述下封头1内部设置有滞留篮2，具体的，滞留篮2设置在下封头1内表面上方，滞留篮2的形状与下封头的形状相匹配，也采用碗状结构。
滞留篮2的外侧面即底面通过多个支撑部件3固定在下封头1的内侧面即下封头1的上表面，利用多个支撑部件3固定在压力容器内部。
滞留篮2的外侧面与下封头1的内侧面之间形成冷却通道4，冷却通道4用于与反应堆的非能动冷却系统连接，反应堆的非能动冷却系统用于向冷却通道内注入冷却剂，从而通过滞留篮与熔融物发生热交换。
反应堆的非能动冷却系统采用现有结构即可，只需要将其管路连接至冷却通道4即可。
以非能动方式实现滞留篮与反应堆压力容器下封头内侧面之间的冷却通道4内冷却剂的流动，能够实现高效换热，整个系统的可靠性高。
由于滞留篮2起到了将熔融物热量传递给冷却通道内冷却剂的作用，因此滞留篮采用导热材料制成，本实施例中，滞留篮2采用导热性良好的不锈钢材料制成，同时采用不锈钢材质制作，具有较高的结构强度，能够承受熔融物下落时带来的冲击，具有较强的抗震和抗冲击特性。
具体的，所述滞留篮2包括滞留篮本体2-1，滞留篮本体2-1的形状与下封头1的形状相匹配，采用碗状结构，滞留篮本体2-1采用不锈钢板制成，其厚度为20mm-100mm，本领域技术人员根据压力容器的规格选择滞留篮本体2-1的厚度，滞留篮本体2-1厚度较薄，对空间布置要求较低。
滞留篮本体2-1外侧面与下封头内侧面之间的距离为50mm-200mm，即冷却通道4的宽度为50mm-200mm，本领域技术人员可根据实际需要设置滞留篮本体2-1外侧面与下封头1内侧面之间的距离。
所述滞留篮本体2-1的内表面设置有多个凸起结构，本实施例中，多个凸起结构形成网格状凸起，包括多个弧形条2-2，弧形条2-2与滞留篮本体2-1的形状相匹配，沿滞留篮本体2-1的内表面设置，多个弧形条2-2在中心位置交叉设置，形成放射状分布，弧形条2-2采用不锈钢制成，与滞留篮本体2-1内侧面焊接固定，多个弧形条2-2中，相邻弧形条2-2之间的夹角相等，且相邻弧形条2-2之间设置有连接条2-3，连接条2-3也采用弧形结构，其底面与滞留篮本体内侧面焊接固定，其两个端部分别与相邻的两个弧形条2-2焊接固定，且连接条2-3与弧形条2-2垂直设置，本实施例中，多个弧形条2-2中，对应位置的连接条2-3形成连接圆环结构，本实施例中设置两个连接圆环结构。两个连接圆环结构同轴设置。
本实施例中，设置凸起结构，一方面增加了滞留篮2内表面的面积，提高了与熔融物的换热效果，另一方面增加了整个滞留篮2的结构强度，使得滞留篮具有较强的抗震和抗冲击性能，在地震等外部事件下滞留篮可以保持完整，熔融物下落冲击时滞留篮可以保持完整。
本实施例中，弧形条2-2、连接条2-3沿垂直于滞留篮本体2-1内表面方向的尺寸即其高度值为10mm-50mm。
所述滞留篮本体2-1的内表面及弧形条2-2、连接条2-3的外侧面均设置有难熔层5，难熔层5的制作材料熔点在3000℃以上，不会被熔融物熔化，确保滞留篮与熔融物不发生相互作用。
本实施例中，难熔层5的厚度为2mm-5mm，采用的是熔点高且有一定热导率的超高温陶瓷材料，例如硼化物陶瓷或者碳化物陶瓷或者氮化物陶瓷制成，采用现有材料即可，在此不进行详细叙述。本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
所述滞留篮本体2-1外侧面与下封头1内侧面之间设置有多个呈阵列分布的支撑部件3，滞留篮本体2-1利用支撑部件3进行支撑。
所述支撑部件3采用支撑柱，支撑柱的顶端与滞留篮本体2-1的外侧面焊接固定，支撑柱的底端与下封头1的内侧面焊接固定，本实施例中，支撑柱的轴线与下封头1的内侧面垂直设置。
所述支撑柱中部的截面直径大于端部的截面直径，以使得支撑柱的柱面为中部向外侧凸起的弧形面。
采用此种设置方式，支撑柱与压力容器的下封头1内侧面的接触面积较小，一方面可以实现滞留篮2在压力容器底部的支撑，另一方面由于弧形结构设计和压力容器的下封头1内侧面的较小支撑面积极大减小了冷却通道4内部的流动阻力，实现高效换热。而且，支撑柱中部截面面积大，两端截面面积小的结构形式，具有极佳的力学性能，可以实现良好的抗震性能和抗熔融物冲击特性。
本实施例中，当发生堆芯熔化事故时，反应堆的非能动冷却系统以非能动方式向冷却通道4内注入冷却剂，熔融物落入滞留篮2内，熔融物的热量先通过对流换热方式传给难熔层5、再由难熔层5通过导热的方式传给滞留篮2，滞留篮2升温后，将大量热量传递给底部冷却通道4内的冷却剂，实现了熔融物的堆内滞留，难熔层5确保了熔融物与滞留篮2不会发生相互作用，当冷却通道4内的冷却剂被升温汽化后，通过反应堆的非能动冷却系统不断有新的冷却剂补充，实现衰变热的不断导出，确保滞留篮2的完整性，从而保证反应堆压力容器的完整性。
本实施例的压力容器，在现有反应堆用压力容器的基础上进行改进，通过滞留篮2的设计，可以在严重事故下有效将大量熔融物保存在滞留篮2内，通过滞留篮2与压力容器下封头1内侧面之间冷却通道4内冷却剂的高效冷却，可以成功将堆芯衰变热导出，确保滞留篮2保持完整，也可以保证反应堆压力容器的完整性。
实施例2
本实施例提供了一种反应堆系统，设置有实施例1所述的大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，反应堆系统的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，包括压力容器本体，其特征在于，压力容器本体的下封头内部设置有与下封头形状相匹配的滞留篮，滞留篮采用导热材料制成，下封头内表面与滞留篮外表面之间形成冷却通道，滞留篮通过多个支撑部件与下封头的内表面固定连接，滞留篮的上表面设置有难熔层；
所述滞留篮包括与下封头形状相匹配的滞留篮本体，滞留篮本体的内表面设置有多个凸起结构，滞留篮本体的内表面和凸起结构的外侧面均设置有难熔层；
所述凸起结构包括多个在中心位置交叉且沿滞留篮本体内侧面设置的弧形条，相邻弧形条之间的夹角相等，相邻弧形条之间设置有连接条，连接条与滞留篮本体和相邻弧形条固定连接。
2.如权利要求1所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，其特征在于，所述难熔层采用硼化物陶瓷或碳化物陶瓷或氮化物陶瓷材料制成。
3.如权利要求1所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，其特征在于，所述难熔层的厚度为2mm-5mm。
4.如权利要求1所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，其特征在于，滞留篮外侧面与下封头内侧面之间的距离为50mm-200mm。
5.如权利要求1所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，其特征在于，所述滞留篮本体的厚度为20mm-100mm，凸起结构的高度为10mm-50mm。
6.如权利要求1所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，其特征在于，所述支撑部件采用支撑柱，支撑柱一端与滞留篮外表面固定，另一端与下封头内表面固定，支撑柱中部直径大于两端的直径以使得支撑柱的外柱面为中部向外凸起的弧形面。
7.如权利要求1所述的一种大功率反应堆用带滞留篮的压力容器，其特征在于，所述滞留篮采用不锈钢材料制成。
8.一种反应堆系统，其特征在于，设置有权利要求1-7任一项所述的大功率反应堆用带滞留篮的压力容器。
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