一种反应堆压力容器外部冷却系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反应堆压力容器外部冷却系统，包括能动冷却单元、非能动冷却单元和纳米流体单元，纳米流体单元并联在能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上以及非能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上；所述能动冷却单元包括能动注入水源和能动注入泵，能动注入水源通过能动注入泵与反应堆堆腔连通；所述非能动冷却单元包括非能动注入水源，非能动注入水源与反应堆堆腔连通；所述纳米流体单元包括纳米流体贮存罐。该系统通过纳米流体注入，使严重工况下压力容器获得更为可靠和强力的持续冷却，从而使IVR过程更为可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种反应堆压力容器外部冷却系统
本专利技术涉及核电厂堆芯熔融物滞留系统设计领域，具体涉及一种反应堆压力容器外部冷却系统。
技术介绍
堆芯熔融物滞留(In-vesselRetention,IVR)是目前普遍采用的轻水堆严重事故缓解策略之一，即：通过对反应堆压力容器外表面的持续冷却，使堆芯熔融物的热量获得有效导出，从而避免下封头失效，确保堆芯熔融物滞留于压力容器内部。目前已有的IVR系统包括基于自然循环的AP1000-IVR系统、能动结合非能动的ACP1000-CIS系统及基于自然循环的ACPR1000-IVR系统等。伴随对核安全问题的日益重视，业界对IVR技术的关注度与日俱增，对IVR可靠性和冷却能力的要求也不断提高。纳米流体是水中纳米颗粒的胶态分散体。典型的颗粒尺寸在1-100nm范围内，材料包括氧化物和电化学贵金属。与水相比，纳米流体具有大得多的临界热流密度(CHF)，甚至浓度极低的纳米流体(水-铝纳米流体，体积份额低于0.1％，参考J.Buongiorno(MIT)等人的相关研究)，其CHF也比水高出50％。因此，在一般轻水堆严重事故的IVR策略中，纳米流体可以用于提升IVR系统的可靠性和冷却能力。韩国正在研发的APR1400核电系统，已确定将在其IVR系统中使用纳米流体。核电系统设计中采用纳米流体已有了一些有益的尝试，如：2010年，中国专利技术专利“一种基于流体同行的核电站严重事故缓解系统”(申请号201010527680.4)，利用纳米流体强化安全壳热量导出过程；2011年，中国专利技术专利“基于纳米流体特性的沸水堆事故下非能动余热导出系统”(申请号201110175073.0)，利用纳米流体较强的换热特性以及较小的粘性系数，以较强的自然循环能力实现沸水堆内热量的快速导出。2012年，美国专利“NUCLEARPOWERPLANTUSINGNANOPARTICIESINCLOSEDCIRCUITSOFEMERGENCYSYSTEMSANDRELATEDMETHOD”(申请号US20070714423，公开号US8160197B2)，在事故工况下，利用纳米流体导出压力容器内燃料组件的衰变热；美国专利“NUCLEARREACTORHAVINGEFFICIENTANDHIGHLYSTABLETHERMALTRANSFERFLUID”(公开号US20100290577A1，专利申请号US12/280,286)，采用二氧化钛、钻石碳等纳米流体作为反应堆一回路工质。对国内外专利数据库的调研显示，目前尚无将纳米流体技术应用于加压轻水反应堆IVR策略的专利申请。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种反应堆压力容器外部冷却系统，该系统通过纳米流体注入，是严重工况下压力容器获得更为可靠和强力的持续冷却。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种反应堆压力容器外部冷却系统，包括能动冷却单元、非能动冷却单元和纳米流体单元，纳米流体单元并联在能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上以及非能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上；所述能动冷却单元包括能动注入水源和能动注入泵，能动注入水源通过能动注入泵与反应堆堆腔连通；所述非能动冷却单元包括非能动注入水源，非能动注入水源与反应堆堆腔连通；所述纳米流体单元包括纳米流体贮存罐。进一步，如上所述的一种反应堆压力容器外部冷却系统，所述纳米流体贮存罐的入口管路上设有广义非能动流体控制单元，出口管路上设有出口止回阀。进一步，如上所述的一种反应堆压力容器外部冷却系统，所述纳米流体贮存罐中的纳米流体为质量浓度15％～30％的H2O基Gd2O3颗粒纳米流体。进一步，如上所述的一种反应堆压力容器外部冷却系统，在H2O基Gd2O3颗粒纳米流体中注入稀硝酸，注入后的纳米流体的pH值范围是[3.5，4.2]。进一步，如上所述的一种反应堆压力容器外部冷却系统，非能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上设有广义非能动流体控制单元。进一步，如上所述的一种反应堆压力容器外部冷却系统，能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上以及非能动冷却单元与反应堆堆腔的连接管路上分别设有流量标定孔板。再进一步，如上所述的一种反应堆压力容器外部冷却系统，能动冷却单元的个数m≥1，非能动冷却单元的个数n≥1。本专利技术的有益效果为：(1)系统采用纳米流体作为压力容器外表面冷却工质可以显著提高CHF值，从而使IVR过程更为可靠；(2)系统采用Gd2O3纳米颗粒可以为堆芯熔融物邻近区域提供极大的中子毒性，从而彻底避免堆芯熔融物的临界；(3)系统非能动注入模式的控制采用了广义非能动流体控制单元，这使系统的启动及控制可以在失去交流电及直流电的情况下维持，从而使系统具有更高的可靠性。附图说明图1为本专利技术一种反应堆压力容器外部冷却系统的框图；图2为具体实施方式中一种反应堆压力容器外部冷却系统的结构示意图；图3为图2中系统在能动运行模式下的结构示意图；图4为图2中系统在非能动运行模式下的结构示意图；图5为图2中系统不同运行模式与主要部件状态的关系示意图；图6为广义非能动流体控制单元示意图。具体实施方式下面结合说明书附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。图1示出了本专利技术一种反应堆压力容器外部冷却系统的框图，图2示出了本专利技术反应堆压力容器外部冷却系统的一种实施方式，该系统主要包括能动冷却单元10、非能动冷却单元20和纳米流体单元30，纳米流体单元30并联在能动冷却单元10与反应堆堆腔40的连接管路上以及非能动冷却单元20与反应堆堆腔40的连接管路上。本实施方式中所述的反应堆压力容器是指反应堆外的不锈钢承压容器，而反应堆堆腔是压力容器所在的隔室。其中，如图2所示，所述能动冷却单元10包括能动注入水源11和能动注入泵12，能动注入水源11通过能动注入泵12与反应堆堆腔40连通；所述非能动冷却单元20包括非能动注入水源21，非能动注入水源21与反应堆堆腔40连通；所述纳米流体单元30包括纳米流体贮存罐31。本实施方式中，纳米流体单元30并联在了能动注入泵12与反应堆堆腔40的连接管路上。本实施方式中，纳米流体贮存罐31的入口管路上设有广义非能动流体控制单元32，出口管路上设有出口止回阀33。纳米流体贮存罐31中的纳米流体为质量浓度15％～30％的H2O基Gd2O3颗粒纳米流体，在H2O基Gd2O3颗粒纳米流体中注入稀硝酸(通常指浓度低于68％的硝酸水溶液)，使注入后的纳米流体的pH值范围在3.5-4.2之间，将pH值控制在该范围可以避免纳米流体中的纳米颗粒发生团聚。Gd2O3纳米颗粒可以为堆芯熔融物邻近区域提供极大的中子毒性，从而彻底避免堆芯熔融物的临界。非能动冷却单元20与反应堆堆腔40的连接管路上设有广义非能动流体控制单元32。能动冷却单元10与反应堆堆腔40的连接管路上以及非能动冷却单元20与反应堆堆腔40的连接管路上分别设有流量标定孔板13。本实施方式中通过在纳米流体贮存罐31的入口管路上以及非能动冷却单元20与反应堆堆腔40的连接管路上设置广义非能动流体控制单元32，使的系统可以在失去供电的情况下维持，从而使系统具有更高的可靠性。广义非能动流体控制单元是一种新型流体机械，可以在失去外界控制及动力的情况下，依靠自身电池供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应堆压力容器外部冷却系统，其特征在于：包括能动冷却单元(10)、非能动冷却单元(20)和纳米流体单元(30)，纳米流体单元(30)并联在能动冷却单元(10)与反应堆堆腔(40)的连接管路上以及非能动冷却单元(20)与反应堆堆腔(40)的连接管路上；所述能动冷却单元(10)包括能动注入水源(11)和能动注入泵(12)，能动注入水源(11)通过能动注入泵(12)与反应堆堆腔(40)连通；所述非能动冷却单元(20)包括非能动注入水源(21)，非能动注入水源(21)与反应堆堆腔(40)连通；所述纳米流体单元(30)包括纳米流体贮存罐(31)。

【技术特征摘要】
1.一种反应堆压力容器外部冷却系统，其特征在于：包括能动冷却单元(10)、非能动冷却单元(20)和纳米流体单元(30)，纳米流体单元(30)并联在能动冷却单元(10)与反应堆堆腔(40)的连接管路上以及非能动冷却单元(20)与反应堆堆腔(40)的连接管路上；所述能动冷却单元(10)包括能动注入水源(11)和能动注入泵(12)，能动注入水源(11)通过能动注入泵(12)与反应堆堆腔(40)连通；所述非能动冷却单元(20)包括非能动注入水源(21)，非能动注入水源(21)与反应堆堆腔(40)连通；所述纳米流体单元(30)包括纳米流体贮存罐(31)；与纳米流体单元(30)并联的、能动冷却单元(10)与反应堆堆腔(40)的连接管路上以及与纳米流体单元(30)并联的、非能动冷却单元(20)与反应堆堆腔(40)的连接管路上分别设有流量标定孔板(13)。2.如权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩旭，王广飞，周钢，马卫民，元一单，李军，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11