沸水反應堆的壓力反應堆堆殼以及用於該沸水反應堆的壓力反應堆堆殼中的汽水分離的方法

2023-09-14 15:22:20 3

專利名稱:沸水反應堆的壓力反應堆堆殼以及用於該沸水反應堆的壓力反應堆堆殼中的汽水分離的方法
技術領域：
本發明涉及一種沸水反應堆的壓力反應堆堆殼，其中在反應堆堆芯的上方設有用於汽水分離的裝置。本發明還進一步涉及用於在這種壓力反應堆堆殼中的汽水分離的方法。
背景技術：
在沸水反應堆中，在壓力反應堆堆殼中加熱流過反應堆堆芯的冷卻水。冷卻水部分轉變為氣相，以使汽水混合物流出反應堆堆芯。在向蒸汽渦輪機提供蒸汽以產生電能之前，藉助分離裝置將蒸汽從水中分離出來。
WO99/08287中公開了這樣的一種分離裝置，其具有多個支承在反應堆堆芯的上堆芯格柵之上的分離器，這使得從反應堆堆芯流出的汽水混合物直接導入到分離器中。在流動方向上，在分離器的後面，將乾燥器連接到各個分離器的下遊，該分離器具有折流板或者導向板。在分離器中根據旋流分離器(旋流器)的類型使汽水混合物旋轉，以使小部分重的水在外部區域蓄積，而貧水的蒸汽在中央區域蓄積。緊接著將貧水的蒸汽提供給乾燥器，並且在從該乾燥器中流出時該蒸汽僅具有質量百分比為0.01％到0.02％的殘留水。
由於利用旋流分離裝置或分離器裝置和在流動方向上後接於該旋流分離裝置或分離器裝置的乾燥裝置構成的兩級構造來進行在沸水反應堆中的壓力反應堆堆殼內部所必需的汽水分離，因此需要整體壓力反應堆堆殼以及進而壓力反應堆堆殼設置於其中的安全殼(Containment)的非常高的結構高度。由於安全殼以及壓力反應堆堆殼的高的安全標準，較高的結構高度是和很高的成本聯繫在一起的。

發明內容
本發明的目的在於實現低結構高度的壓力反應堆堆殼。
根據本發明該目的是通過根據權利要求
1的壓力反應堆堆殼來實現的，其中在反應堆堆芯和分離裝置之間存在一個流體室，流體室的流動橫截面面積在分離裝置之前變大。
在這種設計中，在運行過程中，汽水混合物從反應堆堆芯流入具有用於汽水混合物的預定的流動橫截面面積的流體室中。在該混合物到達分離裝置之前，用於混合物的流動橫截面面積增大。較重的而具有慣性(緩慢的)的水的質量部分基本上保留在中央區域，其中較輕的蒸汽部分向外擴散。由此已經進入第一分離。該設計是基於以下的構思在進入真正的分離裝置之前，就已經利用水部分和蒸汽部分的不同的慣性進行預分離。
由於已經利用該方法部分地將較輕的蒸汽部分從較重的水部分中分開，分離裝置下遊的單元相應地能夠與變化的狀況相適應，這總體上使得由於預分離而使分離裝置能夠具有一個較低的結構高度。
為了實現最可行的簡單的設計，在有利的改進方案中設置有一構件，由於該構件，流動橫截面面積首先變小隨後又重新變大。流動橫截面面積基本上是由壓力反應堆堆殼的內部橫截面面積來限定的。通過該構件，首先最大流動橫截面面積以簡單的方式減小，以使混合物在中央區域加速。在接下來的變大中，例如尤其是突然變大到超過流動橫截面面積的兩倍之大時，流體的速度再次降低，並且較輕的蒸汽部分從中央區域流到邊緣區域或者外部區域。
有利的是，該構件是一個具有限定流動橫截面面積的中央通道的環形部件，其在入口側逐漸變窄。由於變窄，首先流動橫截面面積持續變小，並且由此防止不希望的渦流或壓力損耗。在通道之後接著流動橫截面面積就從最小值開始變大，優選的是其突變為最大值，由此產生高效率的預分離。因此，通道優選僅在入口側持續變窄。
由於預分離，在邊緣區域已經存在貧水的混合物，因此在優選的改進方案中，只在中央區域設置分離裝置或者旋流分離裝置。其中富含水的混合物的分離像通常一樣是通過旋流或者旋轉流體來實現的，以使在每個旋流分離器或者分離器中都形成旋轉的流體環，此環圍繞著中央的貧水蒸汽區域。流體環的水被保留在壓力反應堆堆殼中，而貧水的蒸汽區域在另一個分離階段之後將導向蒸汽渦輪。旋流分離裝置可以具有多個旋流分離器。僅在中央的部分區域應用旋流分離器降低了成本。
在環繞中央設置的旋流分離裝置的環形室中，優選設置了乾燥裝置。由於預分離，在邊緣區域已經存在貧水混合物，因此僅在邊緣區域設置乾燥裝置就足夠了，該乾燥裝置可包括多個乾燥器。由此在該邊緣區域中無需通過上遊連接的旋流分離器和下遊連接的乾燥器進行兩級分離。更確切地說，第一級分離是通過在分離裝置之前的橫截面擴大的預分離來實現的。
當乾燥裝置僅在旋流分離裝置附近設置、並且從旋流分離器中流出的汽水混合物通過設置在邊緣側的乾燥裝置流出時，在考慮到所希望的壓力反應堆堆殼的結構高度的下降時是尤其具有優點的。因此在這種設計中，在旋流分離裝置上方不再設置有其他的乾燥器。壓力反應堆堆殼的結構高度例如通過旋流分離裝置的上部高度來確定。
考慮到尤為高效率的分離，乾燥裝置優選包括用於從旋流分離裝置中流出的汽水混合物的第一乾燥器單元以及用於從通道流入邊緣區域的其他汽水混合物的第二乾燥器單元。通過這種措施，通過兩個乾燥器單元不同的設計可以考慮到混合物中水部分的不同，以實現儘可能高的分離比率。
有利的是，將第一乾燥器單元設置在旋流分離裝置和第二乾燥器單元之間。因此尤其通過合適的導向板將從旋流分離裝置中流出的混合物導入到第一乾燥器單元中。在離開乾燥裝置之後，隨後經乾燥的蒸汽流入到蒸汽排出支管中，在運行中通向渦輪機的蒸汽管與蒸汽排出支管連接。



本發明的實施例將在以下結合唯一的附圖作進一步說明。該附圖示出了沸水反應堆的壓力反應堆堆殼的粗略簡化圖。
具體實施方式
壓力反應堆堆殼2沿縱向4延伸。在下部三分之一處設置有反應堆堆芯6，流體室8與反應堆堆芯相鄰，進而分離裝置10與流體室相鄰。在反應堆運行時，冷卻水W通過製冷劑循環泵12從外部的邊緣區域14從下面提供到設置於中央的反應堆堆芯6，冷卻水流過該反應堆堆芯並以汽水混合物G的形式離開反應堆堆芯6。該混合物G流經分離裝置10並以乾燥蒸汽D的形式離開分離裝置流向蒸汽排出支管16。
在流體室8中設置了一個具有中央通道20的環形構件18。通道20從反應堆堆芯6開始沿縱向4連續並尤其是持續地變窄。環形構件18在這個區域中設計為呈錐形變窄。由此流動橫截面面積持續變小。最大流動橫截面面積與堆芯外圍的內橫截面面積幾乎相等，此堆芯外圍環繞著外邊緣區域14內部的面積。在通道20的區域內，最大流動橫截面面積減小到最小流動橫截面面積。在通道20之後，流動橫截面面積又突然擴大到最大流動橫截面面積。
由於突然的橫截面擴大而實現了水與蒸汽之間的第一相分離，因為重的水部分具有更大的慣性(惰性)，其受橫截面的突然變化的影響小於較輕且慣性較小的蒸汽部分。因此在混合物G進入分離裝置10之前已經實現了第一相分離，其中在與中央通道20相鄰的區域內存在富含水的混合物，並且在邊緣區域22內存在貧水混合物。基於不同的慣性而實現了第一相分離，使得下遊的分離裝置10的部件與不同的狀況相適應。確切地說，僅在中央區域設有旋流分離裝置24，其是由乾燥裝置26環形環繞著的。後者具有第一乾燥單元28以及第二乾燥單元30，該第二乾燥單元將其與旋流分離裝置24之間的第一乾燥單元28包圍。
由於預分離，混合物G在邊緣區域22中已經足夠乾燥，從而使得在該處無需旋流分離器。僅通過設置乾燥裝置26就已經實現了足夠的蒸汽乾燥。不僅乾燥裝置26而且旋流分離裝置24可以具有多個單獨的乾燥器或者旋流分離器。第一、第二乾燥器單元28、30同樣也可以由多個單獨的乾燥器構成。在流過第二乾燥器單元30之後，乾燥的蒸汽直接抵達蒸汽排出支管16。
流經旋流分離裝置24的混合物G在旋流分離裝置24的上端在出口側通過導向板32以與縱向相反的方向流動並且通過進入口34導向第一乾燥裝置28。在此混合物G重新改變方向並沿縱向4流經第一乾燥器單元28，並且以乾燥蒸汽D的形式離開第一乾燥器單元並與從第二乾燥器單元30流出的蒸汽D一起進入到蒸汽排出支管16中。
導向板32設計為空心圓柱體的類型，在流體經流體路徑36排出的情況下，導向板同心地環繞著旋流分離裝置24。乾燥裝置26和旋流分離裝置24在它們的入口側調整到同樣的高度。旋流分離裝置24以及第二乾燥器單元30各有一個朝向流體室8的用於混合物G的入口。僅通過進入口34從流體路徑36的側面就可以進入到第一乾燥器單元28中。流體路徑36以及第一乾燥器單元28朝向流體室8是封閉的。作為封閉的實施例的替換例，在一個未示出的備選設計中，流體路徑36以及第一乾燥器單元28朝向流體室8是敞開的，以使從旋流分離裝置24流出的混合物G通過流體室8流入到乾燥裝置26中。此時也不需要必須將乾燥裝置26分為不同的乾燥器單元。但前述的劃分仍具有優點，通過相應的結構措施，如不同的結構高度，將不同的乾燥器單元28、30調整到正流經這些乾燥器單元的混合物G具有不同的水含量。由此來保證高的分離比率。由於流體室8中的預分離，在邊緣區域22中的混合物G在接近外部的邊緣區域14是最乾燥的，因此還存在另一種可能性採用乾燥裝置26的另一種方案，例如設置一個第三乾燥器單元，其設置在外邊緣，以用於基本上已經乾燥的混合物G。
通過尤其在流體室8中突然的橫截面擴大，水和蒸汽不同的慣性有利於第一相分離，使得下遊的部件都適合於預分離。由此決定了僅在中央區域還需要旋流分離裝置24。因此在環繞旋流分離裝置24的環形室中的安裝空間是空的，其用來設置乾燥裝置26，尤其是乾燥裝置26僅安裝於在旋流分離裝置24附近的環形室中。因此無需目前通常在縱向4上看到的在旋流分離裝置之上設置的乾燥裝置26，從而使得從整體上降低了壓力反應堆堆殼的結構高度。
符號說明2 壓力反應堆堆殼 4 縱向6 反應堆堆芯 8 流體室(儲水室)10 分離裝置 12 製冷劑循環泵14 外邊緣區域 16 蒸汽排出支管18 構件 20 通道22 邊緣區域 24 旋流分離裝置26 乾燥裝置 28 第一乾燥器單元30 第二乾燥器單元 32 導向板34 進入口 36 流體路徑D 蒸汽 G 昆合物W 冷卻水
權利要求
一種沸水反應堆的壓力反應堆堆殼(2)，其中在反應堆堆芯(6)上方設置有用來進行汽水分離的分離裝置(10)，其特徵在於，在所述反應堆堆芯(6)與所述分離裝置(10)之間存在流體室(8)，所述流體室的流動橫截面面積在分離裝置(10)之前變大。根據權利要求
1所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，設置有構件(18)，由於所述構件使流動橫截面面積首先變小，隨後重新變大。根據權利要求
2所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，所述構件(18)是具有限定流動橫截面面積的中央通道(20)的環形部件，所述中央通道在入口側逐漸變窄。根據上述權利要求
中的任一項所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，所述分離裝置(10)包括僅設置在流動橫截面面積中央區域的旋流分離裝置(24)。根據權利要求
4所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，靠近所述旋流分離裝置(24)設置有乾燥裝置(26)。根據權利要求
5所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，在出口側從所述旋流分離裝置(24)到蒸汽排出支管(16)的流體路徑(36)僅是通過乾燥裝置(26)實現的。根據權利要求
5或6所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，所述乾燥裝置(26)具有用於從旋流分離裝置排出的汽水混合物(G)的第一乾燥器單元(28)以及一個用於其他汽水混合物(G)的第二乾燥器單元(30)。根據權利要求
7所述的壓力反應堆堆殼(2)，其特徵在於，所述第一乾燥器單元(28)設置在所述旋流分離裝置(24)與所述第二乾燥器單元(30)之間。用於在沸水反應堆的壓力反應堆堆殼(2)中分離汽水的方法，其特徵在於，由反應堆堆芯(6)流出的汽水混合物(G)通過具有變大的流動橫截面面積的流體室(8)流入到分離裝置(10)中。
專利摘要
本發明涉及一種壓力反應堆堆殼(2)，在反應堆堆芯(6)與用於汽水分離的分離裝置(10)之間設置有流體室(8)，其流動橫截面面積在分離裝置(10)之前變大。通過橫截面的擴大實現了對從反應堆堆芯(6)流出的汽水混合物(G)的預分離。優選通過應用該預分離，使得只是在中央區域設置有旋流分離裝置(24)，以及僅在旋流分離裝置(24)附近設置乾燥裝置(26)。由此實現了壓力反應堆堆殼(2)的總結構高度的降低。
文檔編號G21C1/08GKCN1816884SQ200480019108
公開日2006年8月9日 申請日期2004年5月7日
發明者尼古拉·科列夫 申請人:法瑪通Anp有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan