专利摘要

本实用新型属于强化换热技术领域，具体涉及一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器。在反应堆压力容器下封头的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体的外表面上设置密集环形沟槽结构；所述密集环形沟槽结构为封闭密集环形沟槽结构或/和螺旋密集环形沟槽结构。本实用新型在大幅增加反应堆压力容器外表面的沸腾换热面积和汽化核心的同时显著增强表面润湿性，从而可以显著强化沸腾换热过程和提高沸腾换热临界热流密度，显著提高核反应堆安全性。

权利要求

1.一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，在反应堆压力容器下封头(1)的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体(4)的外表面上设置密集环形沟槽结构(5)。

2.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)为若干个相互平行的封闭环形沟槽结构或螺旋环形沟槽结构或者上述两种结构的组合。

3.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)的宽度不超过5mm；相邻沟槽结构的间距为沟槽结构宽度的1.5～4倍；沟槽结构的深度不超过5mm。

4.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)的沟槽结构的形状为倒圆矩形沟槽、钝底U形沟槽、钝底V形沟槽、U形沟槽、内扩沟槽，或是上述结构中两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述反应堆压力容器下封头(1)的外表面、反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体(4)的外表面均涂覆多孔涂层，形成密集环形沟槽结构和多孔涂层组合的二元复合强化沸腾换热结构。

6.根据权利要求5所述的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，其特征在于，所述密集环形沟槽结构(5)的内表面涂覆多孔涂层。

说明书

技术领域

本实用新型属于强化换热技术领域，具体涉及一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器。

背景技术

大型核电反应堆发生严重事故时可能导致堆芯熔化，将熔融物冷却和持留在反应堆压力容器内是缓解事故的关键措施。通过向反应堆腔室充水，使压力容器底部的半球形封头和部分压力容器壳体的外部浸没，在压力容器底部的外表面进行池内沸腾冷却，是缓解严重事故的一项重要措施。利用压力容器外侧水的沸腾换热和非能动自然循环流动，将压力容器内底部的熔融物的衰变热带走，从而保持压力容器的完整性，可避免和延缓后续后果更为严重的事故进程的发生以及核泄漏造成的大量放射性物质向环境的释放。目前在运行和新设计的大型核电反应堆的压力容器外表面为光滑表面，即目前还没有采用强化换热表面。研究表明多孔涂层能够起到较好的强化沸腾换热，提高临界热流密度的效果，但涂层在运输和安装过程中比较易于被损坏，而且在长周期运行过程中的可靠性、有效性也难于保证可控。因此，本发明提出一种具有显著强化沸腾换热效果和高可靠性的密集环形沟槽结构外表面的压力容器，从而可以明显提高核反应堆的安全性。

发明内容

本实用新型提供了一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，用于在严重核事故下的大型核电反应堆压力容器外壁面的沸腾换热强化以提高核反应堆的安全性。

为了达到以上的目的，本实用新型采用的技术方案为：

在反应堆压力容器下封头的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体的外表面上设置密集环形沟槽结构。

所述密集环形沟槽结构为若干个相互平行的封闭环形沟槽结构或螺旋环形沟槽结构或者上述两种结构的组合。

所述密集环形沟槽结构的宽度不超过5mm；相邻沟槽结构的间距为沟槽结构宽度的1.5～4倍；沟槽结构的深度不超过5mm。

所述密集环形沟槽结构的沟槽结构的形状为倒圆矩形沟槽、钝底U形沟槽、钝底V形沟槽、U形沟槽、内扩沟槽，或是上述结构中两种以上的组合。

所述反应堆压力容器下封头的外表面、反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体的外表面以及密集环形沟槽结构内均涂覆多孔涂层，形成密集环形沟槽结构和多孔涂层组合的二元复合强化沸腾换热结构。

所述密集环形沟槽结构的内表面涂覆多孔涂层。

本发明的有益效果为：

(1)在大型核电反应堆压力容器底部的外表面设置密集环形沟槽表面结构，能够显著增加换热面积并形成汽化核心，有效降低壁面过热度和强化沸腾换热；同时，设置的密集环形沟槽表面结构还利用毛细力吸入冷却水，不断润湿沸腾换热表面，大大延迟临界沸腾危机的出现，显著强化沸腾换热过程和提高临界沸腾热流密度，从而可以显著提高安全可靠性。

(2)由于密集环形沟槽结构的深度不超过5mm，对于实际的反应堆压力容器200mm以上厚度，其强度影响较小；同时密集环形沟槽结构沿着压力容器圆柱形表面和下封头外表面呈环形或螺旋形布置，易于加工，不易产生裂纹，应力集中较小，因此，密集环形沟槽结构对压力容器的强度和可靠性不会产生不良影响；同时在制造、运输、安装和运行与维护过程中可保持长期的可靠性，从而可以显著提高安全可靠性。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器的三维局部结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例提供的一种具有密集环形沟槽结构的三维结构剖视示意图。

图3是本实用新型第一实施例提供的密集环形沟槽结构的二维结构局部剖视图。

图4是本实用新型第一实施例提供的密集环形沟槽结构的压力容器的工作原理示意图。

图5中分别是(a)倒圆矩形沟槽、(b)钝底U形沟槽、(c)钝底V形沟槽、(d)U形沟槽、(e)内扩沟槽结构示意图。

图6是本实用新型第一实施例的工作原理示意图(压力容器外设置保温流道结构)。

图7是本实用新型第二实施例提供的一种密集环形沟槽结构三维结构剖视示意图(外表面设置多孔涂层)。

图中标号：

1-反应堆压力容器下封头；2-反应堆压力容器圆柱形筒体；3-反应堆压力容器圆柱形筒体上部壳体；4-反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体；5、51、52-密集环形沟槽结构；6-反应堆压力容器；7-堆芯熔融物；8-沸腾气泡；9-安全壳；10-多孔涂层；11-保温流道结构。

具体实施方式

本实用新型提供了一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

第一实施例

图1是本发明第一实施例提供的一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器的三维局部结构示意图。图2是本发明第一实施例提供的一种密集环形沟槽结构的三维剖视结构示意图。图3是本发明第一实施例提供的密集环形沟槽结构的二维结构局部剖视图。在图3中，b为环形沟槽结构的宽度，a为相邻环形沟槽结构的间距，k为环形沟槽结构的深度。

在反应堆压力容器下封头1的外表面设置的密集环形沟槽结构52和在反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外表面设置的密集环形沟槽结构51。所述的密集环形沟槽结构51、52，可以是封闭的密集环形沟槽结构，也可以螺旋形的密集环形沟槽结构。

在反应堆压力容器下封头1的外表面和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外表面设置的密集环形沟槽结构5，而在反应堆压力容器圆柱形筒体上部壳体3的外表面仍然保持原有的光滑表面的原因是，在某些严重事故情况下包含核燃料的熔融金属是由反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4承接，压力容器下部外表面设置强化沸腾换热的表面结构可以提高其非能动沸腾换热的能力而提高其安全性。

该种在压力容器的外表面设置密集环形沟槽结构的强化沸腾换热工作原理如图4所示。当反应堆发生严重事故时堆芯发生融化，堆芯熔融物7落入反应堆压力容器6的反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4内，此时依靠重力等非能动方式向安全壳9内注入冷却水使得反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4淹没，从而对压力容器的下部外壁面进行池内沸腾冷却。只有保证承接堆芯熔融物的压力容器的外壁的热流通量没有超过沸腾换热临界热流密度(简称CHF)，反应堆压力容器外壁面是通过核态沸腾换热的方式得到充分的冷却，从而可以保证反应堆压力容器6的完整性，阻止核燃料等的泄漏。在反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外壁面设置的密集环形沟槽结构5，可以显著提高其CHF，从而显著提高其安全性，主要表现在：

(1)在反应堆压力容器下封头1和反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外壁面设置的密集环形沟槽结构，可以显著增加外表面积，并在环形沟槽内形成汽化核心，从而有效降低沸腾换热的壁面过热度和显著强化沸腾换热过程；同时，设置的密集环形沟槽表面结构通过毛细力将冷却液吸入沟槽中，不断润湿沸腾换热表面，从而大大延迟临界沸腾危机的出现，显著强化沸腾换热过程和提高临界沸腾热流密度，从而可以显著提高安全可靠性。

(2)由于设置的密集环形沟槽结构的深度相对比较小，一般不超过5mm，对于实际的反应堆压力容器200mm以上厚度，其对强度的影响较小；同时密集环形沟槽在压力容器圆柱形表面和下封头外表面呈密集封闭环形或螺旋环形布置，易于加工，不易产生裂纹，应力集中较小，因此，密集环形沟槽结构对压力容器的强度和可靠性不会产生不良影响；同时在制造、运输、安装和运行与维护过程中可保持长期的可靠性，从而可以显著提高安全可靠性。

为了便于理解，下面将进一步详细描述本实施例所述密集环形沟槽结构5。

进一步地，如图3所示，密集环形沟槽结构5的单个沟槽的宽度b不超过5mm，推荐宽度b为1～2mm；沟槽结构的间距a为沟槽结构宽度b的1.5～4倍，间距a优选为沟槽结构的宽度b的2～3倍；沟槽结构的深度k不超过5mm，优选深度k为1～3mm；密集环形沟槽结构的面积增加率为50～200％，优选为70～150％。

具体的，本实施例的环形沟槽结构5的宽度b为1mm，沟槽结构的间距a为2mm，沟槽结构的间距与宽度b之比a/b＝2，沟槽结构的深度k为1mm，密集环形沟槽结构的面积增加率为大约100％。

具体的，如图1所示，本发明的第一实施例提供的是一种密集均匀间距布置的密集环形沟槽结构，在反应堆压力容器6的反应堆压力容器下封头1的外表面设置密集的封闭环形沟槽结构，而在反应堆压力容器圆柱形筒体下部壳体4的外表面设置密集的螺旋环形沟槽结构。所述的密集环形沟槽结构为封闭密集环形沟槽结构和螺旋密集环形沟槽结构之一或者两种结构的组合，也就是可以全部是封闭密集环形沟槽结构或者螺旋密集环形沟槽结构，也可以间隔设置封闭密集环形沟槽结构和螺旋密集环形沟槽结构。所述的密集环形沟槽结构可以是均匀的也可以非均匀的，但考虑到便于加工制造建议采用均匀的密集环形沟槽结构。

具体的，如图3所示，本发明的第一实施例提供的是一种密集环形沟槽结构的剖截面为倒圆矩形沟槽结构，也就是在矩形沟槽的底部倒圆以减少应力集中。密集环形沟槽结构的剖截面可以是如图5(a)所示的倒圆矩形沟槽、图5(b)所示的钝底U形沟槽、图5(c)所示的钝底V形沟槽、图5(d)所示的U形沟槽、图5(e)所示的内扩沟槽。沟槽结构的结构形式可以多种多样，也可以是这几种沟槽的组合。

为了进一步强化沸腾换热和提高沸腾临界热流密度，在反应堆压力容器6外表面上设置密集环形沟槽结构的同时，还可以同时在反应堆压力容器6外设置保温流道结构，如图6所示。保温流道结构和压力容器外表面之间形成间隙流，能够提高气液两相流的流动速度，进一步强化沸腾换热过程和提高临界热流密度；此外，保温流道结构上还可设置导流构件，利用流道结构内外压差将冷却水导入压力容器换热外表面，形成射流效果，对沸腾换热面附近的流体形成强扰流，进一步强化沸腾换热过程和提高临界热流密度。

第二实施例

图7为第二实施例的三维结构剖视图。为了更进一步增加密集环形沟槽结构5的润湿性以进一步强化沸腾换热和提高临界热流密度，可以在第一实施例设置密集环形沟槽结构的基础上，再设置多孔涂层，如烧结金属颗粒多孔涂层、烧结金属泡沫多孔涂层、腐蚀多孔层等，可以增强壁面润湿性，形成密集环形沟槽结构和多孔涂层表面结构的二元复合强化沸腾换热结构，更有利于液体润湿沸腾换热表面，从而可以进一步强化沸腾换热和提高临界热流密度。图7中所示只在密集环形沟槽结构的外表面设置多孔涂层，实际工程中在密集环形沟槽结构的内表面也可以设置多孔涂层。这种强化措施一方面可以显著强化沸腾换热效果，另一方面也显著增强了多孔涂层表面结构的可靠性，从而可以很好地解决现有多孔涂层表面结构的可靠性不足的问题。

一种具有密集环形沟槽结构外表面的压力容器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。