反应堆压力容器外部冷却系统的制作方法

本实用新型属于反应堆设计领域，具体涉及一种反应堆压力容器外部冷却系统。

背景技术：

日本福岛核事故后，有效消除大规模放射性释放成为核电站设计的重要安全目标。熔融物滞留技术是核电站针对严重事故的一项重要缓解措施，可以有效消除放射性释放，维持安全边界的完整性。目前第三代核电站普遍采用了熔融物滞留措施。

AP1000采用非能动的预防和缓解严重事故的措施，主要包括设置熔融堆芯滞留系统(IVR)，在发生堆芯融化事故时，堆腔淹没系统将水注入反应堆压力容器外壁与堆坑绝热层之间的空间，从外部冷却跌落到容器下封头的堆芯熔融物，保证下封头不被熔穿，使堆芯熔融物可以保持在压力容器内部，避免了熔融物与水和安全壳混凝土底板的反应，防止了堆外蒸汽爆炸和底板熔穿的发生。然而，严重事故期间，压力容器下封头壁面热流密度很大，一旦容器外壁面出现沸腾危机，则熔融物有可能熔穿压力容器，此时IVR系统将失效。因此，亟需提供一种新型的可避免现有IVR技术失效的核电站事故后堆内熔融物滞留系统。

并且，考虑采用液态金属替代水作为压力容器的淹没介质。稀有金属镓(GA)具有低熔点(29.76℃)和高沸点(2204℃)的特点，并且其化学性质稳定，导热性能好，用液态镓替代水与压力容器壁面直接接触换热，可以使得压力容器外壁面处换热不受常规淹没工质水的CHF大小的限制。

镓作为一种稀有金属，价格昂贵，由于反应堆淹没体积大，如全部采用镓作为淹没介质，使得反应堆造价成本不可接受；同时，镓的密度约为水的5倍，如淹没介质全部采用液态金属镓，镓的贮存箱会使相关支撑钢结构的应力增加，增加结构失效的风险。

圆柱形针肋作为一种三维非连续翅片结构，将其应用于换热表面，在有效的增加传热面积的同时，非连续的圆柱形针肋翅片结构能够对局部的流动产生强烈的掺混作用，增强换热系数。综合上述各方面因素，可考虑设计一种新型的镓用量少且换热效果好的压力容器外部冷却系统。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种反应堆压力容器外部冷却系统，在反应堆发生严重事故时，能够防止堆外蒸汽爆炸和压力容器下封头熔穿，提高了核电站的安全性；散热部件的使用增大了换热面积，提高了换热效果。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种反应堆压力容器外部的冷却系统，包括设置在压力容器外围的堆坑及设置在堆坑与压力容器之间的金属导热层，该金属导热层与压力容器之间形成用于盛放液态金属镓的狭窄空间，该金属导热层与堆坑之间形成冷却水的流动通道。

进一步，所述金属导热层为圆柱形结构，包围在压力容器的外围，在圆柱形结构的外壁上设置若干个散热部件。

进一步，若干个所述散热部件沿轴向并排设置。

进一步，所述散热部件为圆柱形针肋。

本实用新型的有益技术效果在于：

(1)本实用新型的冷却系统，通过在压力容器与金属导热层之间的狭窄空间放置液态金属镓，避免压力容器外壁面与水直接换热出现传热恶化后导致的压力容器下封头的熔穿，提高了核电站的安全性。

(2)本实用新型通过在金属导热层上安装若干个散热部件，使得水与镓之间的有效换热面积增大，提高了换热效果。

(3)本实用新型在压力容器与金属导热层之间形成狭窄空间，减少了金属镓的用量，保证了经济性。

附图说明

图1是本实用新型压力容器外部冷却系统的结构示意图；

图2是在严重的工况下的运行状态图；

图3是本实用新型金属导热层的结构示意图。

图中：

1-压力容器 2-堆坑外墙 3-堆坑 4-金属导热层 5-散热部件

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，是本实用新型提供的核电站严重事故下压力容器外部冷却系统，该冷却系统包括压力容器1、堆坑3及设置在堆坑3与压力容器1之间的金属导热层4，该金属导热层4与压力容器1之间形成用于盛放液态金属镓GA的狭窄空间，该金属导热层4与堆坑3之间形成冷却水的流动通道。

其中，堆坑3通过堆坑外墙2支撑，可避免堆坑的坍塌。金属导热层优选为圆柱形结构，在圆柱形结构的外壁上设置若干个散热部件5，若干个散热部件5沿轴向并排设置，散热部件5优选圆柱形针肋。

如图2所示，是核电站严重事故状态下冷却系统的运行流程图。在核电站严重事故发生时，通过能动的注入系统将水注入堆腔，淹没金属导热层4，充满压力容器1和金属导热层4之间狭窄空间的液态金属镓与压力容器外壁直接换热，吸收熔融物衰变热冷却压力容器1。镓的熔点低、沸点高、化学性质稳定，可以避免压力容器外壁与水直接换热时换热受壁面CHF大小的限制，保证压力容器的安全性。需要说明的是，本实用新型也可以采用其他液态金属，凡是熔点低、沸点高、化学性质稳定的液态金属均可。另外，由于压力容器与金属导热层之间的空间较小，本设计中所需的金属镓的质量很少，使用少量的镓即可保证淹没压力容器的下封头和金属导热层之间的空间，成本低。同时，水通过金属导热层4和安装在金属导热层4上的圆柱形针肋5对被加热的液态金属镓进行冷却，在换热表面上水发生沸腾换热，通过水的沸腾换热将被加热的液态金属镓冷却，从而间接的将熔融物的衰变热带走。由此，该冷却系统最终将压力容器1内堆芯熔融物的衰变热及时导出，保持压力容器1的完整性。图2中的虚线箭头为水流动方向。

如图3所示，在金属导热层4上安装有圆柱形针肋5，圆柱形针肋作为一种三维不连续肋片结构，起到很好的强化传热的作用。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。