CN204066752U - 一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器 - Google Patents
一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204066752U CN204066752U CN201420444581.3U CN201420444581U CN204066752U CN 204066752 U CN204066752 U CN 204066752U CN 201420444581 U CN201420444581 U CN 201420444581U CN 204066752 U CN204066752 U CN 204066752U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shaped groove
- pressure vessel
- groove structure
- ring
- intensive ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
本实用新型属于强化换热技术领域，具体涉及一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器。在反应堆压力容器下封头的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体的外表面上设置密集环形沟槽结构；所述密集环形沟槽结构为封闭密集环形沟槽结构或/和螺旋密集环形沟槽结构。本实用新型在大幅增加反应堆压力容器外表面的沸腾换热面积和汽化核心的同时显著增强表面润湿性，从而可以显著强化沸腾换热过程和提高沸腾换热临界热流密度，显著提高核反应堆安全性。
Description
技术领域
本实用新型属于强化换热技术领域，具体涉及一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器。
背景技术
大型核电反应堆发生严重事故时可能导致堆芯熔化，将熔融物冷却和持留在反应堆压力容器内是缓解事故的关键措施。通过向反应堆腔室充水，使压力容器底部的半球形封头和部分压力容器壳体的外部浸没，在压力容器底部的外表面进行池内沸腾冷却，是缓解严重事故的一项重要措施。利用压力容器外侧水的沸腾换热和非能动自然循环流动，将压力容器内底部的熔融物的衰变热带走，从而保持压力容器的完整性，可避免和延缓后续后果更为严重的事故进程的发生以及核泄漏造成的大量放射性物质向环境的释放。目前在运行和新设计的大型核电反应堆的压力容器外表面为光滑表面，即目前还没有采用强化换热表面。研究表明多孔涂层能够起到较好的强化沸腾换热，提高临界热流密度的效果，但涂层在运输和安装过程中比较易于被损坏，而且在长周期运行过程中的可靠性、有效性也难于保证可控。因此，本发明提出一种具有显著强化沸腾换热效果和高可靠性的密集环形沟槽结构外表面的压力容器，从而可以明显提高核反应堆的安全性。
发明内容
本实用新型提供了一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，用于在严重核事故下的大型核电反应堆压力容器外壁面的沸腾换热强化以提高核反应堆的安全性。
为了达到以上的目的，本实用新型采用的技术方案为：
在反应堆压力容器下封头的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体的外表面上设置密集环形沟槽结构。
所述密集环形沟槽结构为若干个相互平行的封闭环形沟槽结构或螺旋环形沟槽结构或者上述两种结构的组合。
所述密集环形沟槽结构的宽度不超过5mm；相邻沟槽结构的间距为沟槽结构宽度的1.5～4倍；沟槽结构的深度不超过5mm。
所述密集环形沟槽结构的沟槽结构的形状为倒圆矩形沟槽、钝底U形沟槽、钝底V形沟槽、U形沟槽、内扩沟槽，或是上述结构中两种以上的组合。
所述反应堆压力容器下封头的外表面、反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体的外表面以及密集环形沟槽结构内均涂覆多孔涂层，形成密集环形沟槽结构和多孔涂层组合的二元复合强化沸腾换热结构。
所述密集环形沟槽结构的内表面涂覆多孔涂层。
本发明的有益效果为：
(1)在大型核电反应堆压力容器底部的外表面设置密集环形沟槽表面结构，能够显著增加换热面积并形成汽化核心，有效降低壁面过热度和强化沸腾换热；同时，设置的密集环形沟槽表面结构还利用毛细力吸入冷却水，不断润湿沸腾换热表面，大大延迟临界沸腾危机的出现，显著强化沸腾换热过程和提高临界沸腾热流密度，从而可以显著提高安全可靠性。
(2)由于密集环形沟槽结构的深度不超过5mm，对于实际的反应堆压力容器200mm以上厚度，其强度影响较小；同时密集环形沟槽结构沿着压力容器圆柱形表面和下封头外表面呈环形或螺旋形布置，易于加工，不易产生裂纹，应力集中较小，因此，密集环形沟槽结构对压力容器的强度和可靠性不会产生不良影响；同时在制造、运输、安装和运行与维护过程中可保持长期的可靠性，从而可以显著提高安全可靠性。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例提供的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器的三维局部结构示意图。
图2是本实用新型第一实施例提供的一种具有密集环形沟槽结构的三维结构剖视示意图。
图3是本实用新型第一实施例提供的密集环形沟槽结构的二维结构局部剖视图。
图4是本实用新型第一实施例提供的密集环形沟槽结构的压力容器的工作原理示意图。
图5中分别是(a)倒圆矩形沟槽、(b)钝底U形沟槽、(c)钝底V形沟槽、(d)U形沟槽、(e)内扩沟槽结构示意图。
图6是本实用新型第一实施例的工作原理示意图(压力容器外设置保温流道结构)。
图7是本实用新型第二实施例提供的一种密集环形沟槽结构三维结构剖视示意图(外表面设置多孔涂层)。
图中标号：
1-反应堆压力容器下封头；2-反应堆压力容器圆柱形筒体；3-反应堆压力容器圆柱形筒体上部壳体；4-反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体；5、51、52-密集环形沟槽结构；6-反应堆压力容器；7-堆芯熔融物；8-沸腾气泡；9-安全壳；10-多孔涂层；11-保温流道结构。
具体实施方式
本实用新型提供了一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
第一实施例
图1是本发明第一实施例提供的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器的三维局部结构示意图。图2是本发明第一实施例提供的一种密集环形沟槽结构的三维剖视结构示意图。图3是本发明第一实施例提供的密集环形沟槽结构的二维结构局部剖视图。在图3中，b为环形沟槽结构的宽度，a为相邻环形沟槽结构的间距，k为环形沟槽结构的深度。
在反应堆压力容器下封头1的外表面设置的密集环形沟槽结构52和在反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外表面设置的密集环形沟槽结构51。所述的密集环形沟槽结构51、52，可以是封闭的密集环形沟槽结构，也可以螺旋形的密集环形沟槽结构。
在反应堆压力容器下封头1的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外表面设置的密集环形沟槽结构5，而在反应堆压力容器圆柱形筒体上部壳体3的外表面仍然保持原有的光滑表面的原因是，在某些严重事故情况下包含核燃料的熔融金属是由反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4承接，压力容器下部外表面设置强化沸腾换热的表面结构可以提高其非能动沸腾换热的能力而提高其安全性。
该种在压力容器的外表面设置密集环形沟槽结构的强化沸腾换热工作原理如图4所示。当反应堆发生严重事故时堆芯发生融化，堆芯熔融物7落入反应堆压力容器6的反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4内，此时依靠重力等非能动方式向安全壳9内注入冷却水使得反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4淹没，从而对压力容器的下部外壁面进行池内沸腾冷却。只有保证承接堆芯熔融物的压力容器的外壁的热流通量没有超过沸腾换热临界热流密度(简称CHF)，反应堆压力容器外壁面是通过核态沸腾换热的方式得到充分的冷却，从而可以保证反应堆压力容器6的完整性，阻止核燃料等的泄漏。在反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外壁面设置的密集环形沟槽结构5，可以显著提高其CHF，从而显著提高其安全性，主要表现在：
(1)在反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外壁面设置的密集环形沟槽结构，可以显著增加外表面积，并在环形沟槽内形成汽化核心，从而有效降低沸腾换热的壁面过热度和显著强化沸腾换热过程；同时，设置的密集环形沟槽表面结构通过毛细力将冷却液吸入沟槽中，不断润湿沸腾换热表面，从而大大延迟临界沸腾危机的出现，显著强化沸腾换热过程和提高临界沸腾热流密度，从而可以显著提高安全可靠性。
(2)由于设置的密集环形沟槽结构的深度相对比较小，一般不超过5mm，对于实际的反应堆压力容器200mm以上厚度，其对强度的影响较小；同时密集环形沟槽在压力容器圆柱形表面和下封头外表面呈密集封闭环形或螺旋环形布置，易于加工，不易产生裂纹，应力集中较小，因此，密集环形沟槽结构对压力容器的强度和可靠性不会产生不良影响；同时在制造、运输、安装和运行与维护过程中可保持长期的可靠性，从而可以显著提高安全可靠性。
为了便于理解，下面将进一步详细描述本实施例所述密集环形沟槽结构5。
进一步地，如图3所示，密集环形沟槽结构5的单个沟槽的宽度b不超过5mm，推荐宽度b为1～2mm；沟槽结构的间距a为沟槽结构宽度b的1.5～4倍，间距a优选为沟槽结构的宽度b的2～3倍；沟槽结构的深度k不超过5mm，优选深度k为1～3mm；密集环形沟槽结构的面积增加率为50～200％，优选为70～150％。
具体的，本实施例的环形沟槽结构5的宽度b为1mm，沟槽结构的间距a为2mm，沟槽结构的间距与宽度b之比a/b＝2，沟槽结构的深度k为1mm，密集环形沟槽结构的面积增加率为大约100％。
具体的，如图1所示，本发明的第一实施例提供的是一种密集均匀间距布置的密集环形沟槽结构，在反应堆压力容器6的反应堆压力容器下封头1的外表面设置密集的封闭环形沟槽结构，而在反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外表面设置密集的螺旋环形沟槽结构。所述的密集环形沟槽结构为封闭密集环形沟槽结构和螺旋密集环形沟槽结构之一或者两种结构的组合，也就是可以全部是封闭密集环形沟槽结构或者螺旋密集环形沟槽结构，也可以间隔设置封闭密集环形沟槽结构和螺旋密集环形沟槽结构。所述的密集环形沟槽结构可以是均匀的也可以非均匀的，但考虑到便于加工制造建议采用均匀的密集环形沟槽结构。
具体的，如图3所示，本发明的第一实施例提供的是一种密集环形沟槽结构的剖截面为倒圆矩形沟槽结构，也就是在矩形沟槽的底部倒圆以减少应力集中。密集环形沟槽结构的剖截面可以是如图5(a)所示的倒圆矩形沟槽、图5(b)所示的钝底U形沟槽、图5(c)所示的钝底V形沟槽、图5(d)所示的U形沟槽、图5(e)所示的内扩沟槽。沟槽结构的结构形式可以多种多样，也可以是这几种沟槽的组合。
为了进一步强化沸腾换热和提高沸腾临界热流密度，在反应堆压力容器6外表面上设置密集环形沟槽结构的同时，还可以同时在反应堆压力容器6外设置保温流道结构，如图6所示。保温流道结构和压力容器外表面之间形成间隙流，能够提高气液两相流的流动速度，进一步强化沸腾换热过程和提高临界热流密度；此外，保温流道结构上还可设置导流构件，利用流道结构内外压差将冷却水导入压力容器换热外表面，形成射流效果，对沸腾换热面附近的流体形成强扰流，进一步强化沸腾换热过程和提高临界热流密度。
第二实施例
图7为第二实施例的三维结构剖视图。为了更进一步增加密集环形沟槽结构5的润湿性以进一步强化沸腾换热和提高临界热流密度，可以在第一实施例设置密集环形沟槽结构的基础上，再设置多孔涂层，如烧结金属颗粒多孔涂层、烧结金属泡沫多孔涂层、腐蚀多孔层等，可以增强壁面润湿性，形成密集环形沟槽结构和多孔涂层表面结构的二元复合强化沸腾换热结构，更有利于液体润湿沸腾换热表面，从而可以进一步强化沸腾换热和提高临界热流密度。图7中所示只在密集环形沟槽结构的外表面设置多孔涂层，实际工程中在密集环形沟槽结构的内表面也可以设置多孔涂层。这种强化措施一方面可以显著强化沸腾换热效果，另一方面也显著增强了多孔涂层表面结构的可靠性，从而可以很好地解决现有多孔涂层表面结构的可靠性不足的问题。
Claims (6)
1.一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，在反应堆压力容器下封头(1)的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体(4)的外表面上设置密集环形沟槽结构(5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)为若干个相互平行的封闭环形沟槽结构或螺旋环形沟槽结构或者上述两种结构的组合。
3.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)的宽度不超过5mm；相邻沟槽结构的间距为沟槽结构宽度的1.5～4倍；沟槽结构的深度不超过5mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)的沟槽结构的形状为倒圆矩形沟槽、钝底U形沟槽、钝底V形沟槽、U形沟槽、内扩沟槽，或是上述结构中两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述反应堆压力容器下封头(1)的外表面、反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体(4)的外表面均涂覆多孔涂层，形成密集环形沟槽结构和多孔涂层组合的二元复合强化沸腾换热结构。
6.根据权利要求5所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)的内表面涂覆多孔涂层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420444581.3U CN204066752U (zh) | 2014-08-07 | 2014-08-07 | 一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420444581.3U CN204066752U (zh) | 2014-08-07 | 2014-08-07 | 一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204066752U true CN204066752U (zh) | 2014-12-31 |
Family
ID=52208212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420444581.3U Expired - Fee Related CN204066752U (zh) | 2014-08-07 | 2014-08-07 | 一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204066752U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108806806A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-13 | 清华大学 | 设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器 |
| CN112652411A (zh) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 国核华清（北京）核电技术研发中心有限公司 | 具有高耐久复合涂层结构的核反应堆压力容器下封头及其制备方法 |
| CN113053547A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | 华北电力大学 | 一种强化沸腾换热的多尺度结构涂层及其制备方法 |
| WO2022022052A1 (zh) * | 2020-07-28 | 2022-02-03 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 反应堆压力容器下封头及其制备方法 |
-
2014
- 2014-08-07 CN CN201420444581.3U patent/CN204066752U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108806806A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-13 | 清华大学 | 设置单元组合式网状镂空板壳的核反应堆压力容器 |
| CN112652411A (zh) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 国核华清（北京）核电技术研发中心有限公司 | 具有高耐久复合涂层结构的核反应堆压力容器下封头及其制备方法 |
| CN112652411B (zh) * | 2019-10-11 | 2024-03-22 | 国核华清（北京）核电技术研发中心有限公司 | 具有高耐久复合涂层结构的核反应堆压力容器下封头及其制备方法 |
| WO2022022052A1 (zh) * | 2020-07-28 | 2022-02-03 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 反应堆压力容器下封头及其制备方法 |
| GB2613087A (en) * | 2020-07-28 | 2023-05-24 | Shanghai Nuclear Eng Res & Design Inst Co Ltd | Bottom closure of reactor pressure vessel and preparation method therefor |
| CN113053547A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | 华北电力大学 | 一种强化沸腾换热的多尺度结构涂层及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204066752U (zh) | 一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器 | |
| CN102737735B (zh) | 超临界水堆组合式方形燃料组件及使用该燃料组件的堆芯 | |
| CN105551536B (zh) | 一种具有内部冷却能力的堆芯熔融物捕集器 | |
| CN105047235A (zh) | 核反应堆严重事故状态下熔融物堆内滞留非能动冷却系统 | |
| CN204740866U (zh) | 外表面布置凸起部的核反应堆压力容器 | |
| CN203552710U (zh) | 氚增殖包层系统中的氚增殖包层本体 | |
| CN103106929A (zh) | 超临界水堆的改进型环形燃料元件及其构成的燃料组件 | |
| CN108053895B (zh) | 一种分装强化冷却的反应堆堆芯熔融物捕集装置 | |
| CN106229015B (zh) | 一种高温熔盐压力管及压力管式石墨慢化高温熔盐堆 | |
| CN104409107A (zh) | 一种超导磁约束聚变堆快热中子耦合水冷产氚固态包层 | |
| CN110391030B (zh) | 一种分区坩埚熔融物堆外捕集器 | |
| CN103578583B (zh) | 一种具有导流构件的强化沸腾换热流道外壳体 | |
| CN104103325A (zh) | 一种长期非能动安全壳热量导出系统 | |
| CN201242878Y (zh) | 一种池式钠冷快堆主容器的在线冷却系统 | |
| CN107993729B (zh) | 熔融物滞留容器及采用该滞留容器的堆外熔融物滞留系统 | |
| CN103903658A (zh) | 一种具有强化沸腾换热网状沟槽连通阵列孔表面的封头 | |
| CN107516549B (zh) | 一种聚变堆水-氦冷陶瓷增殖剂包层 | |
| CN104409108B (zh) | 一种应用于磁约束聚变反应堆的双层流液态第一壁包层 | |
| CN103377720B (zh) | 一种核电站事故后堆外熔融物滞留装置 | |
| Zhong et al. | Effect of grooves on nucleate boiling heat transfer from downward facing hemispherical surface | |
| CN203070776U (zh) | 超临界水堆的改进型环形燃料元件及其构成的燃料组件 | |
| CN103500588A (zh) | 基于氘氧化锂重水溶液的氚增殖包层系统 | |
| CN102592688B (zh) | 一种双层水棒组件结构改善堆芯轴向功率分布的方法 | |
| EP2600350B1 (en) | Liquid lithium first walls for electromagnetic control of plasmas in fusion power reactor environments | |
| CN104810066A (zh) | 外壁面带有翅片的压力容器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141231 |