轮替式被动废燃料池冷却系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及在没有内部和外部电力的情况下，例如在电站停电事故中，冷却核电站中废燃料池的被动冷却系统和方法。所述系统包括沿废燃料池的周边被形成的间隙、热阱、一个或多个导热构件、输送水以至少部分地充满所述间隙并将废燃料池产生的热量通过该间隙传递到至少一个用于给热阱传热的导热构件的水供应系统、以及用于开启和关停水供应系统的热开关机构。具体地，本发明专利技术的被动废燃料池冷却系统和方法在主动废燃料池冷却系统不可用或不可运行时是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及核反应堆发电站的废燃料池的轮替式被动冷却系统和方法，具体地涉及在由于缺失内部和外部电力而导致的失去通常主动废燃料池冷却系统的情况下用于冷却废燃料池的机构。专利技术背景核反应堆发电站通过核反应堆内所包含的放射性材料的核裂变来进行发电。由于核反应的挥发性，核反应堆发电站以一种确保维持公众的健康安全的方式进行设计。在常规核反应堆中，用于发电的放射性材料是核燃料。核燃料在燃料循环的寿命内被耗尽，即消耗。核燃料不被再利用，所以周期性地从核反应堆中取出废燃料。即使在取出后，废燃料仍继续产生强烈的热，被称为“衰变热”，并仍有放射性。衰变热会随时间以次幂级比率自然地衰减，但仍然产生需要水冷若干年的足够热量。因此，需要安全的存储设施来接收并存储废燃料。在核反应堆发电站(比如小型模块化反应堆和其他压水反应堆)中，废燃料池被提供作为废燃料在其从反应堆中被取出后的存储设施。废燃料池典型地以混凝土构造，并包括充足的水位，从而维持核燃料浸没水下。废燃料池典型地有至少40英尺深。水的品质也受到控制和监视，以防止燃料在废燃料池中劣化。另外，水不断地被冷却以取出池中的废燃料所产生的热量。典型的核反应堆发电站包括主动废燃料池冷却系统，其被设计成能从废燃料池的水中取出所存储的废燃料产生的衰变热。“主动”冷却系统包括需要交流电来操作泵或阀、从而实现所需的冷却功能的系统。为了维持废燃料池水温在可接受的调控极限内以及防止废燃料池中的水的有害沸腾，衰变热的取出是必要的。在部分压水反应堆中，比如包含西屋被动堆芯冷却系统的AP1000方案中，废燃料池冷却系统是非安全相关系统。在其他压水反应堆设计中，比如非AP1000方案中，废燃料池冷却系统是安全相关系统。主动废燃料池冷却系统典型地包括废燃料池泵，以循环来自废燃料池的高温水并通过换热器冷却所述水。冷却后的水被返回废燃料池。废燃料池冷却系统包括两个机械设备列。每个列具有一个废燃料池泵、一个废燃料池换热器、一个废燃料池脱矿质器以及一个废燃料池过滤器。所述两个设备列能共享公共的吸水和排水集管。另外，废燃料池冷却系统包括系统运行所必需的管系、阀和仪表。典型地，一个列持续地冷却和净化废燃料池，而另一个列用于送水、净化安全壳内置换料储水箱、或者调整作为运行中的设备列的后备。图1示出了根据现有技术在正常运行期间的主动废燃料池冷却系统(SFPC) 10。SFPC 10包括废燃料池5。废燃料池5包含从核反应堆(未示出)送入废燃料池5的废燃料(未示出)所产生的衰变热而导致的高温水位16。SFPC系统10包括列A和B。列A和B都被用于冷却废燃料池5中的水。如之前所述，常见的是操作列A或列B之一以持续冷却和净化废燃料池5，同时另一个列用作后备。列A和B每一个都包括SFPC泵25、SFPC脱矿质器和过滤器系统45。列A和B共享公共的吸水集管20和公共排水集管50。在列A和列B的每一个中，水通过吸水集管20离开废燃料池5，然后通过SFPC泵25被泵送到SFPC换热器30。在SFPC换热器30中，流动管道40使来自部件冷却水系统(CCWS)(未示出)的水流过SFPC换热器30然后回到CCWS。(从废燃料池5)进入SFPC换热器30的水的热量被传递给由流动管道40所提供的水，然后通过流动管道40返回CCWS。被冷却的水离开SFPC换热器30，并流过位于SFPC换热器30下游的SFPC脱矿质器和过滤器系统45。净化冷却后的水离开脱矿质器和过滤器系统45，通过公共排水集管50被输送，然后返回废燃料池5。除了图1中所示的主动SFPC系统，现有技术中还采用被动设计，以在没有操作人员干预或外部电力的情况下减轻核反应堆中的意外事件。被动设计强调依靠自然作用力(比如增压气体、重力流动、自然循环流动、以及对流)的安全结构，并且不依靠主动部件(比如泵、风扇、或柴油发电机)。另外，被动系统被设计成在没有安全级支援系统(比如AC电源、部件冷却水、厂用水、以及HVAC)的情况下起作用。被动废燃料池冷却系统能被设计成使得用于废燃料保护的主要装置由被动装置提供，并依靠废燃料池库存水的沸腾来取出衰变热。例如，如果假设主动废燃料池冷却系统彻底失去或失效，则由废燃料池中水的热容量来提供废燃料冷却。废燃料的衰变热被传递给池中的水，并且在一段时间后，引起水沸腾。池水的沸腾产生将衰变热能量传递到环境的非放射性蒸汽。在指定的时间段之后，需要将额外的水加入SFP以补充库存的沸腾损失。通过轮替式装置将补充水提供给废燃料池，以维持池水水位高于废燃料的顶部，池水的沸腾能继续提供衰变热的取出。废燃料池水的沸腾释放大量的蒸汽进入燃料装卸区。蒸汽与燃料装卸区的空气混合以形成蒸汽/空气混合物，蒸汽/空气混合物然后通过工程泄压盘被被动地排出到环境，从而降低燃料装卸区的温度。废燃料池水的蒸发速率主要取决于池中燃料所产生的衰变热。所产生的衰变热的数量取决于燃料被卸入废燃料池的时间长短。在失去冷却后的头72个小时内，通常由安全相关的水源(比如废燃料池库存、存储在运输桶冲洗池中的水、以及来自燃料更换渠的水)来供应水。如果72小时后需要额外的补充水，来自被动安全壳冷却系统辅助储水箱的水能被提供给废燃料池。本专利技术提供一种轮替式被动废燃料冷却系统和方法，其被用于在没有内部和外部电力(其中主动废燃料池冷却系统不能冷却废燃料池)的情况下，取出废燃料所产生的衰变热。
技术实现思路
在一个方案中，本专利技术提供一种用于核电站中的废燃料池的被动冷却系统，以在没有内部和外部电力的情况下提供冷却。所述被动冷却系统包括:间隙，所述间隙沿废燃料池的周边至少局部地形成且具有第一侧和第二侧；热阱；一个或多个导热构件，所述一个或多个导热构件具有被连接到所述间隙的第二侧的第一端和被连接到所述热阱的第二端，所述一个或多个导热构件被构造成从所述间隙传递热量到所述热阱；水供应系统，所述水供应系统包括:水源；和排水集管，所述排水集管具有被连接到所述水源的第一端和被连接到所述间隙的第二端；以及热开关机构，所述热开关机构具有开启位置和关停位置，所述热开关机构被构造成在处于所述开启位置时从所述水系统往所述间隙中送水，并且被构造成在所述关停位置时停止从所述水供应系统往所述间隙中送水。当所述热开关机构处于所述开启位置时，废燃料池中产生的热量被间隙中的水传导到所述间隙，通过所述一个或多个导热构件被传递到所述热阱。。在某些实施例中，所述被动冷却系统能包括一个或多个导热的冷却翅片，所述一个或多个冷却翅片被附接到所述一个或多个导热构件的第二端，从而增强从所述一个或多个导热构件到所述热阱的衰变热传递。另外，所述被动冷却系统能包括阀，所述阀位于所述排水集管内，并被构造成定位在允许水流入所述间隙的打开位置和防止水流入所述间隙的关闭位置。另外，所述被动冷却系统能被并入包含压水反应堆的核电站。在某些实施例中，所述间隙的第一侧由废燃料池衬板形成。所述间隙的第二侧由混凝土壁形成。所述间隙能是连续的或者所述间隙能被分隔成多个通道。在某些实施例中，所述排水集管位于所述间隙的顶部处或顶部附近。当所述间隙被分隔成多个通道时，每个通道具有位于其中的排水集管。另外，所述热开关机构能响应于外部电力缺失事件，在具有可运行以供给A当前第1页1 2&n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核电站中的废燃料池(5’)的被动冷却系统(1)，所述被动冷却系统在没有内部和外部电力的情况下提供冷却，所述被动冷却系统包括：间隙(7)，所述间隙沿废燃料池(5’)的周边至少局部地形成且具有第一侧(9)和第二侧(11)；热阱(23)；一个或多个导热构件(15)，所述一个或多个导热构件具有被连接到所述间隙(7)的第二侧(11)的第一端(17)和被连接到所述热阱(23)的第二端(19)，所述一个或多个导热构件(15)被构造成从所述间隙(7)传递热量到所述热阱(23)；水供应系统(25’,25”)，所述水供应系统包括：水源(26)；和排水集管(27)，所述排水集管具有被连接到所述水源(26)的第一端和被连接到所述间隙(7)的第二端；以及热开关机构(34)，所述热开关机构具有开启位置和关停位置，所述热开关机构被构造成在处于所述开启位置时从所述水供应系统(25’,25”)往所述间隙(7)中送水，并且被构造成在所述关停位置时停止从所述水供应系统往所述间隙(7)中送水，其中，当所述热开关机构(34)处于所述开启位置时，废燃料池(5’)中产生的热量被传导到所述间隙(7)，通过所述一个或多个导热构件(15)被传递到所述热阱(23)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·戴德勒，W·L·布朗，F·维尔布，
申请(专利权)人：西屋电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US