冷卻核反應(yīng)堆的方法本申請(qǐng)是于2009年11月17日提交的名稱為“蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)200980153552.3的分案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于從核反應(yīng)堆移除衰變熱的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
在所設(shè)計(jì)的具有非能動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)(passiveoperatingsystem)的核反應(yīng)堆中，采用物理規(guī)律以確保在正常運(yùn)行過(guò)程中維持核反應(yīng)堆的安全運(yùn)行，甚至在緊急狀況中在沒(méi)有操作者介入或者監(jiān)督的情況下維持核反應(yīng)堆的安全運(yùn)行，至少維持某一預(yù)定時(shí)間段。核反應(yīng)堆5包括由反應(yīng)堆容器2圍繞的反應(yīng)堆芯6。反應(yīng)堆容器2中的水10圍繞反應(yīng)堆芯6。反應(yīng)堆芯6進(jìn)一步位于管套122中，管套122圍繞在反應(yīng)堆芯6的側(cè)部周圍。當(dāng)由于核裂變事件導(dǎo)致水10被反應(yīng)堆芯6加熱時(shí)，水10從管套122被引導(dǎo)出并流出提升管124。這導(dǎo)致另一些水10被吸入反應(yīng)堆芯6并且被反應(yīng)堆芯6加熱，所述反應(yīng)堆芯6將更多的水吸入管套122中。自提升管124出現(xiàn)的水10被冷卻且被引導(dǎo)朝向環(huán)123，然后這些水通過(guò)自然循環(huán)返回至反應(yīng)堆容器2的底部。隨著水10被加熱，在反應(yīng)堆容器2中產(chǎn)生加壓蒸氣11。熱交換器35使給水和蒸汽在二次冷卻系統(tǒng)30中循環(huán)，從而用渦輪32和發(fā)生器34發(fā)電。給水經(jīng)過(guò)熱交換器35并且變成超熱蒸汽。二次冷卻系統(tǒng)30包括冷凝器36和給水泵38。二次冷卻系統(tǒng)30中的蒸汽和給水與反應(yīng)堆容器2中的水10隔離，使得不允許它們彼此混合或者彼此直接接觸。反應(yīng)堆容器2被安全殼(containment)容器4圍繞。安全殼容器4被設(shè)計(jì)為不允許來(lái)自反應(yīng)堆容器2的水或蒸汽泄露進(jìn)入周圍環(huán)境中。提供一個(gè)蒸汽閥8以將來(lái)自反應(yīng)堆容器2的蒸汽11排放進(jìn)入安全殼容器4的上半部14。提供一個(gè)水下泄壓閥18以將水10釋放到包含次冷水的抑壓池12中。在喪失給水流時(shí)，核反應(yīng)堆5被設(shè)計(jì)成通過(guò)急停反應(yīng)堆芯6、對(duì)安全殼容器4注水或?qū)Ψ磻?yīng)堆容器2降壓來(lái)響應(yīng)。這些響應(yīng)中的后兩者造成核反應(yīng)堆5停堆并且長(zhǎng)時(shí)間不能發(fā)電。此外，在冷卻劑被從反應(yīng)堆容器2排出的失水狀況中，通過(guò)反應(yīng)堆芯6的冷卻劑流減少。這增加了將反應(yīng)堆芯溫度降低至期望水平所需要的時(shí)間。本發(fā)明解決這些以及其他問(wèn)題。附圖說(shuō)明圖1示出了一種核電系統(tǒng)。圖2示出了包括內(nèi)部干燥的安全殼容器的動(dòng)力模塊組件。圖3示出了緊急運(yùn)行時(shí)的圖2的動(dòng)力模塊組件。圖4示出了緊急運(yùn)行時(shí)的包括蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的動(dòng)力模塊的一個(gè)實(shí)施方案。圖5示出了正常運(yùn)行狀況時(shí)的包括蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的動(dòng)力模塊的一個(gè)實(shí)施方案。圖6A示出了正常運(yùn)行狀況時(shí)的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖6B示出了低功率運(yùn)行時(shí)的圖6A的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖7示出了包括直通通道(through-passage)的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖8示出了包括閥的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖9示出了包括一個(gè)或多個(gè)擋板的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖10示出了包括溫度致動(dòng)通道的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖11示出了包括球形止回閥的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖12示出了由控制棒致動(dòng)的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖13示出了由控制棒致動(dòng)的蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的另一替代實(shí)施方案。圖14示出了使用蒸汽發(fā)生器流動(dòng)旁通系統(tǒng)的冷卻反應(yīng)堆芯的一種新穎方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
公開(kāi)了一種動(dòng)力模塊組件，包括：反應(yīng)堆罩(housing)；反應(yīng)堆芯，其位于反應(yīng)堆罩的下部部分中；以及，熱交換器，其緊鄰在反應(yīng)堆罩的上部部分周圍。主冷卻劑經(jīng)由上部部分流出反應(yīng)堆罩，以及主冷卻劑經(jīng)由下部部分流入反應(yīng)堆罩。所述動(dòng)力模塊組件進(jìn)一步包括設(shè)置在反應(yīng)堆罩中在下部部分和上部部分中間的通道，其中所述通道被配置為將主冷卻劑的輔助流提供至反應(yīng)堆芯，從而增大流出反應(yīng)堆罩的上部部分以及進(jìn)入下部部分的主冷卻劑的流量。公開(kāi)了一種核反應(yīng)堆模塊，包括：反應(yīng)堆容器；以及，反應(yīng)堆罩，其安裝在所述反應(yīng)堆容器內(nèi)部，其中所述反應(yīng)堆罩包括管套和位于所述管套上方的提升管。熱交換器緊鄰在所述提升管周圍，以及反應(yīng)堆芯位于所述管套中。所述核反應(yīng)堆模塊進(jìn)一步包括蒸汽發(fā)生器旁通系統(tǒng)，其被配置為將主冷卻劑的輔助流徑提供至所述反應(yīng)堆芯，從而增大流出所述提升管以及進(jìn)入所述管套的主冷卻劑的主流徑，其中主冷卻劑的輔助流徑離開(kāi)所述反應(yīng)堆罩而不經(jīng)過(guò)所述熱交換器。公開(kāi)了一種冷卻核反應(yīng)堆的方法。主冷卻劑循環(huán)通過(guò)包括上部提升管和下部管套的反應(yīng)堆罩。主冷卻劑的主流徑流經(jīng)緊鄰在所述提升管周圍的熱交換器，以及所述主冷卻劑進(jìn)入所述下部管套。檢測(cè)到失水事故(LOCA)或者減壓事件，并且主冷卻劑的流體液位降低到提升管的頂部下方。主冷卻劑的主流徑作為蒸汽離開(kāi)提升管。主冷卻劑的輔助流徑循環(huán)通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)堆罩中的輔助通道，其中主冷卻劑的輔助流徑流出反應(yīng)堆罩而不經(jīng)過(guò)所述熱交換器。來(lái)自輔助流徑的主冷卻劑與進(jìn)入下部管套的來(lái)自主流徑的主冷卻劑相合并。從下面參考附圖繼續(xù)進(jìn)行的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述中，本發(fā)明將變得更加明了。具體實(shí)施方式本文公開(kāi)或提及的各種實(shí)施方案可與在共同未決的美國(guó)申請(qǐng)第11/941,024號(hào)中獲得的特征相符合地運(yùn)行或者與其相結(jié)合運(yùn)行，所述美國(guó)申請(qǐng)全文以引用的方式納入本文。圖2示出了包括內(nèi)部干燥的安全殼容器54的動(dòng)力模塊組件50。安全殼容器54是圓柱形形狀，并且具有球形、拱形或橢圓形的上部末端或下部末端。整個(gè)動(dòng)力模塊組件50可被浸沒(méi)在水池16中，所述水池用作有效的熱阱。水池16和安全殼容器54可進(jìn)一步位于地面9下方的反應(yīng)堆艙(reactorbay)7中。安全殼容器54可被焊接或者密封至環(huán)境，使得液體和氣體不能從動(dòng)力模塊組件50逸出或者進(jìn)入動(dòng)力模塊組件50。安全殼容器54可在外表面受到支撐。在一個(gè)實(shí)施方案中，安全殼容器54通過(guò)一個(gè)或多個(gè)安裝連接件80懸掛在水池16中。反應(yīng)堆容器52位于安全殼容器54內(nèi)部或者被安裝在安全殼容器54內(nèi)部。反應(yīng)堆容器52的內(nèi)表面可暴露在包括冷卻劑100或液體(例如，水)的潮濕環(huán)境中，以及外表面可暴露在干燥環(huán)境(例如，空氣)中。反應(yīng)堆容器52可由不銹鋼或碳鋼制成，可包括包殼，以及可被支撐在安全殼容器54內(nèi)部。動(dòng)力模塊組件50可具有這樣的尺寸，使得它可在軌道車輛上運(yùn)輸。例如，安全殼容器54可被構(gòu)造為直徑約4.3米以及高度(長(zhǎng)度)為17.7米?？赏ㄟ^(guò)如下方式來(lái)執(zhí)行反應(yīng)堆芯6的再加燃料：例如，通過(guò)軌道車輛或經(jīng)由海道來(lái)運(yùn)輸整個(gè)動(dòng)力模塊組件50，以及將其更換為具有全新供給的燃料棒的新的或者翻新的動(dòng)力模塊組件。安全殼容器54密封反應(yīng)堆芯6，并且在一些情況下使反應(yīng)堆芯6冷卻。該安全殼容器相對(duì)較小，具有高強(qiáng)度，并且部分由于其較小的總體尺寸，它能夠承受傳統(tǒng)安全殼設(shè)計(jì)的六倍或者七倍的壓力。假定動(dòng)力模塊組件50的主冷卻系統(tǒng)破裂，不會(huì)有裂變產(chǎn)品被釋放進(jìn)入環(huán)境中?？稍诰o急狀態(tài)下從動(dòng)力模塊組件50中移除衰變熱。反應(yīng)堆芯6被示為浸沒(méi)或者浸入在主冷卻劑100(例如，水)中。反應(yīng)堆容器52封裝冷卻劑100和反應(yīng)堆芯6。反應(yīng)堆罩20包括：管套22，其在反應(yīng)堆罩20的下部部分；以及，提升管24，其在反應(yīng)堆罩20的上部部分。管套22圍繞在反應(yīng)堆芯6的側(cè)部周圍，并且由于冷卻劑100的自然循環(huán)，管套22用于引導(dǎo)冷卻劑100(示出為冷卻劑流65、67)向上通過(guò)位于反應(yīng)堆容器52的上半部的提升管24。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)堆容器52的直徑為約2.7米并且包括13.7米的總體高度(長(zhǎng)度)。反應(yīng)堆容器52可包括具有橢圓形、拱形或球形的上部末端和下部末端的主體圓柱形形狀。反應(yīng)堆容器52通常處于運(yùn)行壓力和運(yùn)行溫度。安全殼容器54是內(nèi)部干燥的，并且可在大氣壓力下運(yùn)行且具有處于或者接近于水池16的溫度的壁溫。安全殼容器54基本上圍繞反應(yīng)堆容器52，并且可提供干燥、空心或者氣體環(huán)境，該環(huán)境被稱為安全殼區(qū)域44。安全殼區(qū)域44可包括一份空氣或者其他填充氣體，例如氬氣或者其他稀有氣體。安全殼容器54包括鄰接安全殼區(qū)域44的內(nèi)表面55或內(nèi)壁。安全殼區(qū)域44可包括代替空氣的一種氣體或多種氣體，或者除了空氣還包括一種氣體或多種氣體。在一個(gè)實(shí)施方案中，安全殼區(qū)域44被維持處于大氣壓力，或者被維持在大氣壓力以下，例如為局部真空。安全殼容器中的一種氣體或多種氣體可被去除，使得反應(yīng)堆容器52位于安全殼區(qū)域44的完全真空或局部真空中。在正常運(yùn)行時(shí)，來(lái)自反應(yīng)堆芯6中的核裂變事件的熱能使得冷卻劑100加熱。隨著冷卻劑100升溫，冷卻劑100變得比較稀疏并且趨向于通過(guò)提升管24上升。隨著冷卻劑100的溫度降低，冷卻劑100變得比受熱的冷卻劑相對(duì)更稠，并且圍繞環(huán)23的外部循環(huán)，向下流至反應(yīng)堆容器52的底部，以及向上通過(guò)管套22,以再次被反應(yīng)堆芯6加熱。所述自然循環(huán)導(dǎo)致冷卻劑100(示為冷卻劑流65)循環(huán)通過(guò)熱交換器35，該熱交換器將熱傳遞至二次冷卻劑(例如圖1的二次冷卻系統(tǒng)30)以發(fā)電。圖3示出了緊急運(yùn)行時(shí)的圖2的動(dòng)力模塊組件50。緊急運(yùn)行可包括例如對(duì)反應(yīng)堆芯6的過(guò)熱或者反應(yīng)堆容器52的過(guò)度加壓事件的響應(yīng)。在一些緊急運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)堆容器6可被配置以將冷卻劑100釋放進(jìn)原本是干燥的安全殼容器54的安全殼區(qū)域44中。反應(yīng)堆芯6的衰變熱可通過(guò)冷卻劑100在安全殼容器54的內(nèi)表面55上的冷凝來(lái)去除。雖然安全殼容器54可被浸入水池16中，在緊急運(yùn)行或過(guò)度加壓事件之前，安全殼容器54的內(nèi)表面可以是完全干燥的。流量限制器58或蒸汽排氣孔可安裝在反應(yīng)堆容器52上，用于在緊急運(yùn)行時(shí)將冷卻劑100排入安全殼容器54中。冷卻劑100可作為蒸氣41(例如，蒸汽)被釋放進(jìn)安全殼容器54中。流量限制器58可直接連接或者安裝至反應(yīng)堆容器52的外壁，而沒(méi)有任何中間結(jié)構(gòu)，例如管道系統(tǒng)或連接件。蒸氣41的冷凝可能以如下速率減小安全殼容器54中的壓力，該速率與所排放的蒸氣41向安全殼容器54增加壓力的速率近似相同。被作為蒸氣41釋放進(jìn)安全殼容器54中的冷卻劑100在安全殼容器54的內(nèi)表面55上冷凝為液體。蒸氣41的冷凝使得安全殼容器54中的壓力降低，因?yàn)檎魵?1被轉(zhuǎn)換為液態(tài)冷卻劑100。通過(guò)蒸氣41在安全殼容器的內(nèi)表面55上的冷凝，可從動(dòng)力模塊組件50移除大量的熱，從而控制從反應(yīng)堆芯6移除衰變熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，甚至在緊急運(yùn)行中，也不會(huì)從反應(yīng)堆容器52中泄露液態(tài)冷卻劑100。冷凝的冷卻劑100降至安全殼容器54的底部，并且聚集為一灘液體。隨著更多的蒸氣41在內(nèi)表面55上冷凝，安全殼容器54的底部中的冷卻劑100的液位逐漸上升。蒸氣41中所存儲(chǔ)的熱通過(guò)安全殼容器54的壁被傳遞進(jìn)入水池16中，所述水池用...