[发明专利]用于核反应堆的蒸汽发生器

说明书

背景

在核反应堆中，核材料的芯被限定为反应堆内部的小体积使得反应可以发生。在许多实例中，在需要补给反应堆芯燃料之前，受控核反应可持续延长一段时间，诸如若干年。因此，当合理设计的核反应堆被用作将水转换成蒸汽的热源时，其可提供不含碳、稳定且高度可靠的能量源。

核反应堆可利用工作流体，诸如水，其在压力明显高出大气压的情况下可被转换成蒸汽。然后加压蒸汽可被用于驱动用于将机械能转换成电流的涡轮机。然后蒸汽可被冷凝回水并返回到反应堆。在许多核反应堆中，工作流体的蒸发、冷凝和蒸发的循环可以日复一日年复一年地持续。

因此，核反应堆的重要特性可以是一种蒸汽发生器，该蒸汽发生器在输入侧接收液体冷却剂，以将冷却剂暴露于核反应堆的热源的方式蒸发冷却剂，并向涡轮机的输入侧提供气化的冷却剂。因此，蒸汽发生器的效率、制造容易程度、性能和安全特性代表了持续地调查、分析和评估的领域。

发明概述

在某些实施方案中，用于核反应堆的蒸汽发生器包括三个或更多个接近第一平面的增压室(plenum)，其中，该第一平面横穿反应堆容器的柱体的底部。该蒸汽发生器还可包括三个或更多个接近第二平面的增压室，该第二平面近似平行于第一平面，其中，该第二平面横穿该柱体的顶部。该蒸汽发生器还可以包括多个蒸汽生成管，该蒸汽生成管形成将冷却剂从位于接近该第一平面的三个或更多个增压室其中之一输送到接近该第二平面的三个或更多个增压室中的至少一个的流径。

在其它实施方案中，蒸汽发生器的顶部包括三个或更多个在平面中围绕立柱(riser column)按近似90度间隔放置的增压室，其中该三个或更多个增压室中的至少一个增压室含有面向蒸汽发生器的底部的近似平板的管板(tubesheet)，且其中该至少一个增压室的近似平板的管板包括多个穿孔，其中该多个穿孔的密度在该至少一个增压室的内部边缘附近的区域和该至少一个增压室的外部边缘附近的区域之间变化。

在其它的实施方案中，运行核反应堆的方法包括将工作流体从第一组三个或更多个增压室输送到多个流径，在该多个流径中的至少某些流径中蒸发该工作流体，其中，蒸发至少部分地源自从反应堆冷却剂到该多个流径中至少某些流径的耦合热能量。该方法还可以包括将气化的冷却剂传递到第二组三个或更多个增压室。

附图说明

参照下面的附图描述非限制性和非穷举性实施方案。

图1是采用了根据一个示例实施方案的蒸汽发生器的核反应堆模块的框图。

图2示出根据一个示例实施方案的围绕近似圆柱体立柱的蒸汽发生器的立体图。

图3示出根据一个示例实施方案的围绕近似圆柱体立柱的蒸汽发生器的仰视图。

图4示出在用于根据一个示例实施方案的核反应堆的蒸汽发生器中使用的增压室的细节。

图5示出在用于根据一个示例实施方案的核反应堆的蒸汽发生器中使用的增压室的俯视图。

图6示出在根据一个示例实施方案的核反应堆的蒸汽发生器中使用的增压室的管板穿孔中使用的孔。

发明详述

描述了在核反应堆中使用的蒸汽发生器的各种系统和布置。在实施方式中，一组增压室(其中，该组可包括四个增压室)可被布置在第一平面中按90度增量围绕在核反应堆的近似圆柱体立柱的底部。第二组增压室(其中，该组可包括四个增压室)可被布置在第二平面中按90度增量围绕在核反应堆的圆柱体柱体的顶部。位于圆柱体立柱的顶部和底部的增压室均可包括大体地或近似平板的管板，该管板具有穿孔使得增压室耦合到多个蒸汽发生器管其中之一。在某些实施方案中，孔可被设置在位于接近圆柱体立柱的底部的增压室的至少某些穿孔之内。孔的存在可至少部分地导致当流体从冒口底部的增压室向上流动时的压力降低。

在特定的其它实施方案中，三个增压室被布置在第一平面中，按120度增量围绕在核反应堆的近似圆柱体立柱的底部。第二组增压室(其中，该组可包括三个增压室)可被布置在第二平面中，按120度增量围绕在核反应堆的近似圆柱体立柱的顶部。位于圆柱体立柱的顶部和底部的增压室均可包括大体地或近似平板的管板，所述管板具有穿孔使得增压室耦合到多个蒸汽发生器管其中之一或多个，使得形成位于圆柱体立柱的顶部的增压室和底部的增压室之间的流径。在某些实施方案中，孔可被设置在位于接近圆柱体立柱的底部的增压室的至少某些穿孔之内。孔的存在可至少部分地导致当流体从冒口底部的增压室向上流动时的压力降低。