CN1021160C - 一种控制自然循环沸水反应堆功率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种自然循环反应堆包括：一个反应堆堆芯压力容器、装设其内的圆筒状壳体(围绕反应堆堆芯并延伸到其以上的位置)以及一个在该压力容器和壳体之间限定的冷却液下行流道(使堆芯顶部放出的冷却液能返回到堆芯底部)。在该自然循环反应堆中，冷却液下行流道中的液位根据一个反应堆功率请求信号被调节到一个比壳体中的液位低的位置，以控制反应堆功率，结果通过调整在冷却液下行流道中的液位，可使其达到预定的反应堆功率。

Description

本发明一般地涉及到自然循环反应堆功率的控制方法及装置，特别涉及到能迅速跟踪负荷变动的自然循环反应堆的功率控制方法及装置。

日本专利公报第43-23117号（美国专利申请号497787，1965年10月19日提交）披露了一种沸水反应堆，该反应堆中的堆芯内流量（in-core    flow    rate）靠控制给水流量进行控制，而不是靠采用一个再循环***控制堆芯内流量（控制反应堆功率）来控制。按照先有技术，反应堆堆芯压力容器的装设使给水喷哂器（sparger）喷洒注入部分给水，且将其余的给水直接引入到喷射泵内。反应堆堆芯压力容器包括一个热交换器，用来利用供至喷射泵的给水去冷却由给水喷洒器提供且由喷射泵吸入的给水，以防止在喷射泵中产生气穴现象。

日本专利公报第42-15503号披露了一种自然循环反应堆，该反应堆中可以调节作用于在反应堆堆芯内使冷却水自然循环的自然循环力。在该先有技术自然循环反应堆中，在反应堆堆芯压力容器 和围绕着反应堆堆芯的圆筒状壳体之间有一个被限定的环形冷却水下行流道，它的底部有大的水流阻力，从而使环形冷却水下行流道中的冷却水的水位维持在比壳体内冷却水的水位高的位置上。调节该反应堆内的自然循环力，可以通过把水流阻力整定在适当量级以及以适当的流量把冷却水引入环形冷却水下行流道内来实现。

但是，在日本专利公报第43-23117号中所述的沸水反应堆要求：在反应堆堆芯压力容器中装设热交换器。以调节堆芯内流量;同时反应堆堆芯压力容器的内部结构也必然变得复杂。热交换器的热交换效率低，而且只能在窄范围内防止在喷射泵中产生气穴，其原因是在直接引入到喷射泵内的给水的反应堆堆芯压力容器内靠直接引入的给水的作用吸入喷射泵的冷却水之间，其温度差很小（约20℃）。

在日本专利公报第42-15503号中所述的先有技术自然循环反应堆。具有获得作用于在反应堆堆芯内使冷却水自然循环的自然循环力的能力，而不存在日本专利公报第43-23117号中所述的反应堆的问题。然而，在这种先有技术自然循环反应堆中，冷却水在反应堆堆芯中被加热并转变成蒸汽，蒸汽又被引入到环形冷却水通道，在该通道中，该蒸汽通过与装设在环形冷却水通道中的热交换器中作为二次流体的水进行热交换而被冷凝成液体，所得到的液体通过其底部再供到反应堆堆芯。通过反应堆堆芯的循环，是靠自然再循环力实现的。在反应堆运行以前，如前所述，通过把水流阻力整定在一个适当的量级以及以适当的流量把冷却水引入环形冷却水下行流道内，调节自然再循环力。

近来一直都希望，这种自然循环反应堆具有跟踪负荷变动的能力。但是，在上述先有技术的自然循环反应堆中，由于在反应堆运行期间堆芯内流量不能调整，所以跟踪负荷运行是不可能的。因此，装设这种类型的自然循环反应堆，只能靠操作控制棒实现反应堆的功率控制。

因此，本发明的目的是提供一种控制自然循环反应堆功率的方法，该方法能在宽范围内调节堆芯内流量，并且实现跟踪负荷变动的运行，并提供实行该方法的一种装置。

本发明的第一个特点在于具有一种控制自然循环反应堆功率的方法：该方法包括的步骤为：根据一个反应堆功率请求信号，把冷却液下行流道中冷却液的液位调整到比壳体内冷却液的液位低的一个位置上，提供对反应堆功率的控制，通过调节在冷却液下行流道中冷却液的液位使反应堆功率可以达到预定的反应堆功率。

本发明的第二个特点在于具有一种控制自然循环反应堆功率的装置;该装置包括冷却液的供液装置，它与反应堆堆芯压力容器和壳体之间限定的冷却液下行流道相连通，该通道使从反应堆堆芯放出的冷却液能返回到反应堆堆芯;计算装置，它根据反应堆功率请求信号计算出在冷却液下行流道中冷却液的液位（假定为比壳体内冷却液的液位低的一个位置）;以及一个控制装置。用于根据计算出的冷却液的液位调节由冷却液供液装置供至冷却液下行流道的冷却液的液量。

按照本发明，根据反应堆功率请求信号，把冷却液下行流道中的冷却液的液位调节到比壳体内冷却液的液位低的一个位置上。因此，堆芯内流量可以在宽范围内调节，并且由于调节堆芯内流量能够实现反应堆功率控制，可以跟踪负荷的变动。

下边通过结合附图对几个较佳实施例的详述，将更明显地体现本发明，在附图中：

图1是表示用于一个自然循环反应堆的功率控制装置的***图，该***构成本发明的一个较佳实施例。

图2是一个引入到如图1所示的功率控制装置中的一个控制器结构详图。

图3是表示冷却水下行流道中水位和图1所示的实施例中的堆芯流量（in-core    flow    rate）之间关系的特性曲线图。

图4是一个表示冷却水下行流道中的水位、堆芯内流量和图1中所示实施例中的反应堆功率之间关系的特性曲线图。

图5的曲线示出图2中所示实施例的自然循环反应堆的运行方式。

图6是本发明的另一个实施例的***图。

图7是一个包括在图6中所示的功率控制装置中的一个控制器结构详图。

图8是本发明的另一个实施例的***图。

图9是本发明再一个实施例的***图。

图10是表示壳体中水位和自然循环流量之间关系的特性曲线图。

图11是表示壳体的孔隙率（porosity）和自然循环流量之间关系的特性曲线图。

图12A示出壳体中另一种形式开口的纵剖面图。

图12B是取自图12A的ⅫB-ⅫB线的横剖面图。

图13是本发明的另一个实施例的***图。

图14A是另一种形式的壳体的侧视图。

图14B是取自图14AⅩⅣB-ⅩⅣB线的横剖面图。

下面参考附图，叙述本发明的较佳实施例。

首先参考图1和2，叙述应用到沸水反应堆的本发明自然循环反应堆的一个较佳实施例。

一个反应堆堆芯压力容器1，其内部有一个反应堆堆芯2。在反应堆堆芯压力容器1中，一个圆筒状壳体3环绕着堆芯2并向上延伸。壳体3的轴向高度至少约为堆芯2高度的两倍，且堆芯2的顶部和壳体3的顶端部之间的距离比堆芯2的轴向高度要大。在反应堆堆芯压力容器1和壳体3之间的空间构成一个冷却水下行流道4。在反应堆堆芯压力容器1中壳体3的上方设有一个干燥器（dryver）5。主蒸汽管道7使反应堆堆芯压力容器1的上部与一个汽轮机8相联。一台凝汽器9与汽轮机8的蒸汽出口相连接。该凝汽器9通过一条回流管道10，与在反应堆堆芯压力容器1内位于冷却水下行流道4中的给水喷洒器6相连接。沿着回流管道10的长度，装有一台凝结水泵11、一个凝结水除盐装置12、一台给水泵13、一个流量调节阀14和一台给水加热器15。参考编号33表示***到堆芯2中的一个控制棒。

反应堆堆芯压力容器1设有一个水位计16，用于测量冷却水下行流道4中冷却水的水位（L₀）;压力容器1还装有一个压力计17。在回流管道10上装有温度计20和流量计19，主蒸汽管道7上装有流量计22和压力计23。流量计22和压力计23与一个信号校正器24相连。参考编号31表示一台函数发生器;参考编号32表示一个总控制装置。

如图2所示，一个控制器25包括加法器26、27和28。一个选择开关29和一个调整器30。加法器26与信号校正器18相连，也与加法器27和函数发生器31相连。加法器28与信号校正器21和24相连。加法器28通过选择开关29与加法器27相连，调整器30与加法器27和流量调节阀14相连。该选择开关29接收总控制装置32的输出作为它的输入。函数发生器31也接收总控制装置32的输出作为它的输入。

通过给水喷洒器6流进冷却水下行流道4的冷却水被供到堆芯2的内部，冷却水在堆芯中被加热并部分变成蒸汽。包含着蒸汽和冷却水的两相（phase）流体从堆芯2中流出，上升到壳体3中。蒸汽从两相流体中分离出来，通过干燥器5流进主蒸汽管道7并被引进汽轮机8。由两相流体中分离出来的冷却水从壳体3的顶部向下流进冷却水下行流道4，并与给水喷洒器喷洒的冷却水一起被引入堆芯2。汽轮机8排出的蒸汽由凝汽器9凝结成水。凝结水沿着回流管道10从凝汽器9通过凝结水泵11、凝结水除盐装置12、给水泵13、流量调节阀14和给水加热器15流动到给水喷洒器。

应用以上所述的实施例的自然循环反应堆，以这样的方式设置：把供给堆芯2的一次冷却***的冷却水变成蒸汽，然后把蒸汽引入汽轮机8中。

在叙述采用堆芯内流量控制（由第一个实施例实现）的反应堆功率控制之前，将叙述实现堆芯流量调整的实施例的原理。堆芯内流量控制是靠改变由壳体3的内、外部冷却水间的水压头（head）确定的一种自然循环力来实现的。更准确地说，当冷却水下行流道4中的水位L_O下降时，壳体3的内、外部间的压差降低，减弱了使冷却水从冷却水下行流道4引进反应堆堆芯2的作用力。当水位L_O等于水位L_I时，将冷却水从冷却水下行流道4引进堆芯2的作用力增大。当该作用力减弱时，自然循环力减少;但当前述的作用力增大时，自然循环力也增大。

图3是一张表示堆芯内流量W相对于L_O/L_I变化的曲线图。当L_O/L_I值增大时，堆芯内流量W增大。用实线表示的特性曲线A，代表日本专利公告42-15503号中披露的自然循环反应堆中当假定冷却水下行流道4中水位对壳体3中水位之比变化时堆芯内流量W的变化（L_O/L_I值大于1.0）。由实线表示的特性曲线B代表在此实施例中当L_O/L_I比值变化时堆芯内流量W的变化（L_O/L_I之值不大于1.0）。根据此实施例，堆芯内流量W相对于冷却水下行流道4中水位L_O的微 分值（dW/dLo）比前面叙述的先有技术的自然循环反应堆中当L_O/L_I变化时获得的微分值要大。因此，在本实施例的反应堆运行期间用控制冷却水下行流道4中的水位实现的堆芯内流量控制，与先有技术的自然循环反应堆运行期间采用的冷却水下行流道4中的水位控制的情况相比，可以明显地简便。正如图3所见，在此较佳实施例中，根据控制水位L_O，可以提供一个宽范围的堆芯内流量控制。然而，同样在本实施例中，当L_O/L_I值超过1.0时，dW/dL_O值变小，缩小了可以提供的堆芯内流量控制范围，这将致使通过控制水位L_O使反应堆功率变化的范围缩小，因此，在使L_O/L_I不大于1.0的范围内控制水位L_O是合乎要求的。

图4是一个表示在反应堆正常运行期间，堆芯内流量和反应堆功率相对于冷却水下行流道4中的水位变化的曲线图。图4中，壳体3中的水位L_I是固定的。反应堆堆芯2中的反应率孔隙系数（void coefficient of reactivity）为负。因此，当堆芯内流量减少时，由于反应堆堆芯2中的孔隙度（void fraction）增加，反应率强度减小，以致于反应堆功率量级下降。

在本实施例中，图5中所示的控制方法是采用图4所示的特性曲线实现的。在图5中，水平轴代表堆芯内流量，而垂直轴代表反应堆功率。图5中高水位代表反应堆堆芯压力容器1中水位高于壳体3顶端的工况。

在应用本发明的自然循环反应堆的控制方式中，当冷却水下行流道4中水位L_O保持在一个比通常与壳体3的顶端部相应的水位L_I低的预置水位时，控制棒33从堆芯2中抽出，于是反应堆功率增加（直到约为反应堆功率的50%）。

控制棒33的抽出是在反应堆功率不大于50%左右的范围内进行的，50%是放射性蜕变热功率密度的规定值（在图5中，反应堆功率的相对值范围不大于0.5）。然后，当反应堆堆芯2中的控制棒33的***程度保持不变时，冷却水下行流道4中的水位L_O上升，以提高冷却水下行流道4的外部流体静水头。于是，壳体3的内、外部之间压差增大，使堆芯内流量增大到100%。同时，随着堆芯内流量的增大，反应堆功率从50%增大到100%。反应堆功率被控制在不超过图5中的一个临界热输出和一个自然循环流量限值的范围内。在100%功率时，壳体3的外部水位可以高于壳体3的顶端。在此情况下，壳体3内的水位也变得高于壳体3的顶端，壳体3的内、外部水位彼此相等。结果，在反应堆堆芯压力容器1中形成一个单一的冷却水面。当壳体3的内、外部的水位超过其顶端而形成一个单一水面时，反应堆功率不变，也就是即使水位上升或下降，它都保持恒定（在假定控制棒不动作的情况下）。

下面参考图1和2，叙述本实施例的功率控制方法的具体细节，在本实施例中，其控制基于以上所述的基本原理。

如图4所示，函数发生器31具有表征冷却水下行流道4中的水位和从反应堆堆芯2的顶端到壳体3的顶端的范围内的反应堆功率之间关系的多个功能。函数发生器31对与输入到函数发生器31的一个反应堆功率请求信号相对应的冷却水下行流道4中的水位进行计算，并将计算得的水位作为表征整定水位Los的信号输出。函数发生器31是一个根据反应堆功率请求信号用于计算冷却水下行流道4中冷却水的水位的装置。假设冷却水下行流道4中的水位位置低于壳体中冷却水的水位位置。冷却水下行流道4中水位L_O被控制到与反应堆功率请求信号相对应的整定水位Los。由外，堆芯内流量被控制到能使反应堆功率与反应堆功率请求信号相对应的一个流量。

如果要改变冷却水下行流道4中水位（即如果通过改变堆芯内流量去改变反应堆功率），反应堆堆芯压力容器1中的水位只采用由水位计16测量到的水位通过一元控制方法进行控制。如果冷却水下行流道4中的水位被保持恒定（即是，如果堆芯内流量维持在一恒定量级），使用一种利用水位计16和流量计19及22的输出信号的三元控制方法。

总控制装置32输出与每日负荷跟踪运行所需要的高负荷和低负荷的每个整定值相对应的反应堆功率请求信号（与高负荷整定值和低负荷整定值相对应的反应堆功率请求信号，在这以后将分别称为“反应堆高功率请求信号”和“反应堆低功率请求信号”）。现在，假定自然循环反应堆在100%反应堆功率工况下运行，此工况与反应堆高功率请求信号相对应。此反应堆功率是借助前面叙述过的抽出控制棒33及冷却水下行流道4中的水位上升来增 加堆芯内流量的操作而获行的。当总控制装置32已经使反应堆功率请求信号从反应堆高功率请求信号量级下降到反应堆低功率请求信号的量级时，选择开关29被打开，则根据水位计16的输出信号进行一元控制。一个选择鉴别回路50监测从总控制装置32输出的反应堆功率请求信号的变化，并输出一个断开信号;如果在一个预定的时间间隔内，选择鉴别回路50监测不到反应堆功率请求信号的任何变化，回路50输出一个接通信号。选择开关29由断开信号打开并由接通信号闭合。

水位计16和压力计17的输出信号被输入到信号校正器18，信号校正器18根据压力计17的输出信号计算反应堆堆芯压力容器1中的冷却水比重。并根据计算得的比重，对水位计16的输出信号进行修正。修正以后，从信号校正器18输出的水位信号Loc被输入到控制器25的加法器26。总控制装置32输出的反应堆低功率请求信号被输入到函数发生器31。函数发生器31输出到加法器26一个与输入的反应堆功率请求信号相应的表示冷却水下行流道4中的整定水位Loc的信号。加法器26对所测量到的水位Loc和整定水位Los之间的偏差进行计算。这样获得的偏差信号（Loc-Los）通过加法器27输入到调整器30。如果水位Loc大于整定的水位Los，偏差信号为正，且调整器30减小流量调节阀14的开度，直至偏差信号变成零。由此控制的结果，使冷却水下行流道4中的水位下降到整定水位Los。同时，随着冷却水下行流道4中水位下降，堆芯内流量减小，且反应堆功率降低到相应于反应堆低功率请求信号的数值。设置总控制装置32是为了逐渐使反应堆功率请求信号减小到反应堆低功率请求信号量级，而不是快速地将反应堆高功率请求信号变成反应堆低功率请求信号。当反应堆功率达到预定的反应堆低功率量级并停止变化时，由选择鉴别回路50输出的接通信号将选择开关29闭合。以此方法进行三元控制。以使冷却水下行流道4中的水位可以保持在一个恒定水位。

下面是上述的三元控制的详细说明。信号校正器21根据温度计20的输出信号，对回流管道10中流动的冷却水比重进行计算，并根据计算出的比重修正冷却水流量;经修正以后，输出给水流量W_Fo信号校正器24根据压力计23的输出信号对蒸汽比重进行计算，并根据计算得的比重，修正主蒸汽流量;经修正后，输出主蒸汽流量W_M。给水流量E_F和主蒸汽流量W_M被输入到控制器25的加法器28。加法器28对这些输入信号之间的偏差进行计算，并将偏差信号输入到加法器27。加法器27将加法器26和28的输出信号相加，将结果输入到调整器30。调整器30响应于加法器27的输出信号去关闭或打开流量调节阀14。由此，使冷却水下行流道4中的水位保持在一个恒定水平。

在反应堆功率已经保持在相应于反应堆低功率请求信号的预定功率量级一个预定的时间间隔以后，反应堆功率请求信号量级由总控制装置32的作用逐渐地从反应堆低功率请求信号量级增大到反应堆高功率请求信号量级。选择开关29根据反应堆功率请求信号量级的变化而打开。用和上述相似的方法，在一元控制中，使堆芯内流量增加，于是反应堆功率增大。在此情况下，加法器26输出一个负的偏差信号，而调整器30逐渐地增大流量调节阀14的开度。

功率控制装置的上述实施例不仅可以用于上述的正常的负荷跟踪运行，而且可以用来补偿反应堆功率的变动周期更短的反应能力和自动调频（AFC）运行。

如果冷却水下行流道4中的水位变到低于壳体3中的水位的位置，正如上述的实施例，堆芯内流量可以自由地被整定，而反应堆由一个自然循环***所控制。例如，如果冷却水下行流道4中的水位由于供给反应堆堆芯压力容器1的给水流量减小而下降，则冷却水下行流道4中的流体静水头下降且壳体3的内、外部之间压差减小，因而可以减小堆芯内流量。在一个典型的沸水反应堆中，反应堆堆芯中的反应率孔隙系数是负的。因此，当堆芯内流量减小时，反应堆堆芯的孔隙度增大，于是反应率减弱。结果，反应堆功率下降到与堆芯内流量的减小相适应的量级，并保持在此量级恒定不变。

在上述实施例中，堆芯内流量的可调范围是宽的，并且可以由堆芯内流量控制的反应堆功率的范围明显地增大。因此，该实施例可以容易地跟踪负荷的变动。

要注意，压力计17和23和温度计20可以省略，而水位计16和流量计19和22的输出信号可以直接输入到控制器25，而不须采用压力计17、 温度计20和压力计23的输出信号进行修正。在这种情况下，堆芯内流量控制的精确度与上述情况相比下降很小。

上述实施例的设置可根据控制器25的输出信号控制流量调节阀14的开度，然而给水泵13的旋转速度也可以根据上述的输出信号控制。

下面参考图6，将对本发明的第二个较佳实施例进行叙述。在图6中，采用与第一个实施例相同的参考编号表示相似和相应的部件。

应用到第二实施例的一个自然循环反应堆是具有一个一次冷却***和一个二次冷却***的间接循环反应堆。一次冷却***由一个包括反应堆堆芯2，壳体3的内部和冷却水下行流道4的闭合回路构成。二次冷却***由另一个闭合回路构成，包括一个装在冷却水下行流道4中的热交换器34、与热交换器34相连接的主蒸汽管道7和回流管道10、汽轮机8（图1）等等部件。沿主蒸汽管道7延伸至回流管道10设置的结构与图1所示的相同。在反应堆堆芯2中，冷却水被核材料的核***产生的热量加热，并部分变成蒸汽。由此产生壳体3的内、外部之间的压力差。于是，冷却水在壳体3中上升并在冷却水下行流道4中下降，由此建立起自然循环。反应堆堆芯2中产生的热量被传输到通过回流管道10供给热交换器34的二次冷却水。在热交换器34中由于这种热交换产生的蒸汽被供给汽轮机8，在汽轮机8中蒸汽被冷凝并返回到热交换器34。反应堆堆芯2中产生的蒸汽与从壳体3顶部下流到冷却水下行流道4的内部的冷却水一起引进反应堆堆芯2。当经过热交换器34冷却的冷却水在冷却水下行流道4中下流时，反应堆堆芯压力容器1内的自然循环力的量级就增大。一个存储罐35通过管道52与反应堆堆芯压力容器1相联。一个压气罐36通过设有控制阀38的供气管道37与该存储罐35相联。具有控制阀40的排气管道39连接到存储罐35的顶部。

在这第二实施例中与图1所示的实施例一样，冷却水下行流道4中水位，堆芯内流量和反应堆功率之间所建立的关系如图4和5所示。相应地，如果调节冷却水下行流道4中的水位，即可以根据负荷的变动控制反应堆功率。

现在，参考图6，控制冷却水下行流道4中水位的具体方法将在下面叙述。

冷却水下行流道4中的水位是精确计算出的，其方法是借助信号校正器18，按照以压力计17的输出信号为基础获得的冷却水比重对水位计16的输出信号进行修正。由信号校正器18获得的水位Loc被传送到控制器44。如图7所示，控制器44装有加法器26、调整器30A，鉴别装置44A、开关44B和44C。加法器26接收水位Loc和整定水位Los，作为它的输入。水位Los对应于函数发生器31输出的反应堆功率请求信号。加法器26计算在水位Loc和整定水位Los之间的偏差（Loc-Los）。如果（Loc-Los）差值为负，调整器30A向控制阀操作机构45传输一个代表控制阀38暂时打开的信号。如果（Loc-Los）差值为正，调整器30A向控制阀操作机构46传输一个指示控制阀40暂时打开的信号。正如后面所述，除当鉴别装置44A输出断开信号以外，开关44B和44C总是闭合的。当控制阀操作机构45接收到一个代表控制阀38打开的信号时，在预定的时间间隔中，机构45将控制阀38打开。当控制阀38暂时打开时，预定量的气体从其内部保持高压力的压气罐36流入存储罐35，从而压低了存储罐35中的水位。于是，存储罐35中的冷却水被罐入反应堆堆芯压力容器1中，使冷却水下行流道4中的水位上升，从而反应堆功率增大。压气罐36最好充有惰性气体，例如氮气。

另一方面，当控制阀40暂时由控制阀操作机构46打开时，存储罐35中的预定量的气体通过排气管道39流进覆盖层气体处理***（未示出），且反应堆堆芯压力容器1中的冷却水流进存储罐35中。因此，冷却水下行流道4中的水位下降，从而反应堆功率减小。上述的控制阀38或40的开闭操作在预定的时间间隔是重复进行的，直到冷却水下行流道4中的水位达到整定水位Los为止。

要注意，存储罐35中的水位是考虑到冷却水的比重，根据水位计41和压力计42的输出信号由信号校正器43确定的。所获得的水位信号被送到控制器44的鉴别装置44A。当存储罐35中的水位L_A达到存储罐35的底部处的预定位置时，鉴别装置44A将开关44B打开，在而水位L_A达到存储罐35的顶部处的预定位置时，鉴别装置44A将开关44C打开。因此，当水位L_A达到存储 罐35的底部时，从调整器30A到控制阀操作机构45的信号的传输中断。另一方面，当水位L_A达到存储罐35的顶部时，从调节器30A到控制阀操作机构46的信号的传输被中断。因此可以防止气体从存储罐35进入反应堆堆芯压力容器1，同时也可以防止反应堆堆芯压力容器1中的冷却水流进复盖层气体处理***。正如另一个例子，如果在热交换器34的管道中形成破裂，发生冷却液泄漏（loss-of-coolant）事故，使冷却水流出反应堆堆芯压力容器1，存储罐35中的冷却水可以灌进反应堆堆芯压力容器1，直至存储罐35中的水位达到它的底部为止，这样可以保持冷却水下行流通道4中的水位在整定水位Los。同时，存储罐35在事故工况时也用作为反应堆堆芯冷却***。因此，可以减少这种应急的反应堆堆芯冷却***所需要的安装容量。

要注意到，为了防止覆盖层气体混入水内，最好在存储罐35内的水面上设置一个比重比水小的浮子（float）。可以理解，第二实施例的水位控制方法也适用于如图1所示的直接循环式自然循环反应堆。

如上述，第二实施例能够产生如图1所示实施例相同的效果，而且能降低应急的反应堆堆芯冷却***要求安装的容量。

如图8所示，在图6所示的第二实施例中的存储罐35可以安装在反应堆堆芯压力容器1内。在图8中，存储罐用参考编号35A表示。采用这种结构，不仅可以产生图6实施例达到的效果，而且还可省去在存储罐35和反应堆堆芯压力容器1之间设置的管路52。再有，还可以有效地利用反应堆堆芯压力容器1和壳体3之间扩大了的空间，以便容纳热交换器34。

下边参考图9，介绍本发明的另一个实施例。

采用图1中相同的参考编号表示与图1所示第一个实施例相对应的相同或相应的部件。该实施例与图1实施例的不同点在于，在反应堆堆芯2的上端部以上，壳体3A设有多个开孔60，为实现壳体3A的内部和外部间连通，开孔60沿壳体3A的高度方向设置。

参考图10，表示出当形成壳体3A的内、外部的连通开孔60时壳体3A中水位与自然循环流量间的关系。图10表示用一个自然循环反应堆模拟装置进行试验的结果的曲线。图10所示的每个孔隙率，都是开孔60的总的水流通道区域值，而开孔60是被反应堆堆芯2顶部以上限定的壳体3A部分的表面区域所分开的。如果孔隙率为零，即若无开孔60，在由于异常工况使壳体3A中水位从其顶端部下降时自然循环流量就变为零。但是，在孔隙率为2%或5%情况下，即使壳体3A中水位从其顶端部下降，由于设置了壳体3A内、外部之间的连通开孔60，仍能保证自然循环。在壳体3A中水位实际上高于壳体3A的顶端部（在冷却水下行流道4中水位实际上也高于壳体3A的顶端部）情况下，若孔隙率为5%，则冷却水就会以大流量通过邻近反应堆堆芯2的壳体3部分上的开孔60，从壳体3A的外部流到其内部，且形成的自然循环流量下降约为30%。但是，如果孔隙率为2%，自然循环流量就基本上与通过在壳体3A邻近其顶端的部分上形成的开孔60从其外部流到内部的冷却水流量平衡，因此自然循环流量仅下降7%。

图11表示用同一模拟装置试验得到的在孔隙率和自然循环量之间的关系曲线，在孔隙率为0.5%情况下，当壳体3A中水位实际高于其顶端部时，自然循环流量基本上不再下降。因此，甚至当壳体3A中水位下降时亦可保证所要求量级的自然循环流量。另一方面，如果孔隙率为10%，当壳体3A中为高水位时自流循环流量降低50%。但是，尽管在壳体3A中水位降低，仍可保证大流量的自然循环。因此，开孔60的孔隙率范围从0.5%到10%是合乎要求的。特别是，如果孔隙率为2%，在壳体3A中水位较其顶端部高一点（冷却水下流通道4中水位假定为相同水位）的正常运行期间，自然循环流量基本上不减少。因此，在泄漏冷却液事故时（因为管道破裂或类似情况，冷却水流出反应堆堆芯压力容器1），即使壳体3A中水位从其顶端部下降，仍可保证足够量级的自然循环流量，结果可使反应堆堆芯2的冷却特性改善。特别是当需要改善事故期间的冷却特性时，当然可以将孔隙率增到2%或更大。如图9所示，在壳体3A上形成了环形开孔60。但是，如图12所示，组合构成壳体3B的钢板，其每一块都可如图示弯曲，且通过助3C焊接连在一起，因而形成在各钢板之间的开孔60。 如果采用具有上述开孔60的壳体3A，在冷却水下行流道4中的水位、堆芯内流量和反应堆功率之间，即建立起与图4所示相似的关系。因此，可以实现与图5所示相似的负荷跟踪运行（与图1所示实施例的运行相同），再有，由图10可见，第三个实施例可以在宽的壳体3A内的水位范围内控制。还有，即使壳体3A内水位从壳体3A顶端部下降，由于自然循环流量不会迅速下降，在正常运行期间仍可获得足够的运行裕度、与图1所示实施例类似，控制器25提供了对壳体3A外部水位的控制。

以这种方法，第三个实施例有能力达到与图1所示实施例相同的效果。另外，即使由于事故使壳体3A中水位下降，仍可保证自然循环，于是使反应堆堆芯2的冷却特性改善。

下边参考图13再介绍本发明的另一个实施例。该第四个实施例不同于图9的第三个实施例;其不同点在于：在壳体3D顶部形成了多个圆筒形伸出部分55，其每一个都具有小截面的水流通道;壳体3D内部的水流通道区域在其上部减小;以及壳体3D内、外部间连通开孔60的孔隙率沿壳体3D的高度方向逐渐增大。在每个圆筒形伸出部分55的圆周面上，也形成多个开孔。由于壳体3D的内部水流通道区域在其上部减小，在壳体3D中水流阻力就增加了，于是堆芯内流量稍有下降。但是，如果在冷却水下行流道4中水位相同，反应堆堆芯压力容器1所具有的冷却水量，要比图9所示实施例大。因此，在由于冷却液泄漏事故造成反应堆堆芯压力容器1中水位下降情况下，下降的速度减慢。还有，由于壳体3D的内、外部之间连通开孔60的孔隙率沿壳体3D高度方向逐渐增大，通过邻近壳体3D顶部所形成的开孔从壳体3D内部流到外部的冷却水流量增加，与孔隙率沿壳体高度方向均匀分布情况相比，如果孔隙率相同，则堆芯内流量增加。

如图14A和14B所示，可以形成狭长切口70，它们沿高度方向延伸并沿水平方向逐渐扩大，以便在高度方向逐渐增大孔隙率。在该实施例中，在壳体3E顶部附近的部分孔隙率大。因此，即使壳体3E内水位较壳体3E顶端部低，可保证足够的堆芯内流量。于是，在正常保持壳体3E中水位比壳体3E顶部低的同时，可以控制堆芯内流量。因此，由于堆芯内流量变化平稳，就易于控制反应堆功率。

如下述，在第四个实施例中，由于正常运行期间反应堆2拥有的冷却水量大，则事故时的安全性得以提高。第四个实施例具有易于控制正常运行期间反应堆功率的另一效果。当然，也可达到与图9所示实施例相同的效果。

尽管以上叙述了本发明完整的公开内容，但仍可采用各种改形、替换结构及其等同物，且不会脱离本发明的精神实质及范围。因此，以上叙述和实例不应看作对只是由所附的权利要求限定的本发明的范围的限制。

Claims (6)

1、一种控制自然循环沸水反应堆功率的方法，该反应堆具有一个反应堆堆芯压力容器，在上述反应堆堆芯压力容器内装设有一个圆筒状壳体，它围绕着反应堆堆芯并且延伸到上述反应堆堆芯以上的位置，一个在上述反应堆堆芯压力容器和上述壳体之间限定的冷却液下行流道，用于使从上述反应堆堆芯放出的冷却液能够返回到上述反应堆堆芯，其改进包括的步骤为：

根据反应堆功率请求信号，将上述冷却液下行流道内冷却液的液位调节到比上述壳体内冷却液的液位低的位置；

提供对反应堆功率的控制，通过调节在上述冷却液下行流道中的上述冷却液的液位，可以使上述反应堆功率达到预定的反应堆功率。

2、一种根据权利要求1的控制自然循环沸水反应堆功率的方法，根据反应堆功率请求信号，其中在上述冷却液下行流道中调节上述冷却液的液位的上述步骤被给水流控制。

3、一种根据权利要求1的控制自然循环沸水反应堆功率的方法，其中在上述冷却液下行流道中调节上述冷却液的液位的上述步骤受一个与上述冷却液下行流道连通的冷却液罐中冷却液的液位的控制。

4、一种控制自然循环沸水反应堆功率的装置，该反应堆具有一个反应堆堆芯压力容器，在上述反应堆堆芯压力容器内装设的一个圆筒状壳体围绕着反应堆堆芯并延伸到一述反应堆堆芯以上的位置，一个在上述反应堆堆芯压力容器和上述壳体之间限定的冷却液下行流道，它用于使从上述反应堆堆芯放出的冷却液能够传导到上述反应堆堆芯，其改进包括：

冷却液供液装置，它与上述冷却液下行流道连通，用于将上述冷却液提供到上述反应堆堆芯压力容器;

一个装设在上述反应堆堆芯压力容器上的液位检测器，用于测量在上述冷却液下行流道中上述冷却液的液位;

一个函数发生器具有表示反应堆功率和冷却液下行流道中的液位之间的函数关系的功能;和

一个控制器，用于根据对应于根据上述函数生发器中的函数作为输出的反应堆功率请求信号的上述冷却液下行流道中的液位和由上述液位检测器测量出的上述冷却液下行流道中的液位之间的偏差，调整由冷却液供给装置提供的冷却液的量。

5、一个根据权利要求4的装置，进一步包括一个用于测量由上述冷却液供给装置提供到上述反应堆堆芯压力容器的冷却液的量的流量计（19），和一个用于测量从上述反应堆堆芯压力容器放出的蒸汽流量的另外一个流量计（22），并且其中上述控制器被建造用来在上述冷却液下行流道中，由上述函数发生器作为输出的液位和当上述下行流道中的液位应变化时，由上述液检测器测出的上述下行流道中的液位之间，调整冷却液供给装置提供的冷却液的量的偏差，和在从上述承数发生器输出的上述冷却液下行流道中的液位和由液位检测器测出的上述冷却液下行流道中的液位之间，根据增加偏差所得到的输出信号，来调整供给装置提供的冷却液的量，其中液位检测器是在当上述冷却液下行流道中的液位不应变化时，测出上述流量计（19）和上述流量计（22）的输出之间的偏差。

6、一个根据权利要求4的装置，其中上述圆筒状壳体包括面向旁侧的开口装置和配置在其中的上述反应堆堆芯。

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