CN102332314B - 水冷壁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水冷壁，涉及核安全技术领域，所述水冷壁包括：筒形侧壁、以及设置于所述筒形侧壁上的水冷管，所述水冷管的上端与出口联箱连通，所述水冷管的下端与入口联箱连通，所述出口联箱与出口主管连通，所述入口联箱与入口主管连通。本发明采用非能动的安全理念，仅依靠热辐射、热传导与热对流等自然循环的方式换热，不需要水泵等主动部件的作用，采用简化的系统、更少的设备和成熟的技术，从而尽量减少不确定因素对系统安全的影响，增强高温气冷堆的固有安全性。

Description

水冷壁
技术领域
本发明涉及核安全技术领域，特别涉及一种水冷壁。
背景技术
核反应堆停堆后，由于堆芯内的剩余裂变和裂变产物的衰变，产生的剩余发热在相当长的一段时间里还十分可观，需要通过专门设置的安全级余热排出系统将其载出至最终热阱。否则，堆内热量积累和温度升高可能导致燃料元件破损甚至熔化，从而引起严重的放射性外释的核事故。因此余热排出系统是核反应堆重要的安全系统之一。
早期的商用高温气冷堆示范电站如德国的THTR-300等，余热排出系统的主换热器采用的是强迫循环来冷却堆芯。国外现有的设计仍然以能动的循环冷却方式为主，依靠安全级的泵驱动系统回路中的水在水冷壁管道和空冷器中与外界进行换热，例如德国的HTR-Modul等。这种设计虽然能够提供较大的循环流量，使水冷壁有较高的换热效率，但由于采用了泵等需要外动力源驱动的能动部件，并且结构较复杂，仍然具有较大的失效概率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提高水冷壁的结构复杂度以及换热可靠性。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种水冷壁，所述水冷壁包括：筒形侧壁、以及设置于所述筒形侧壁上的水冷管，所述水冷管的上端与出口联箱连通，所述水冷管的下端与入口联箱连通，所述出口联箱与出口主管连通，所述入口联箱与入口主管连通。
优选地，所述筒形侧壁的下端设有环形底支承。
优选地，所述筒形侧壁为圆筒形。
优选地，所述筒形侧壁上绕所述筒形侧壁的外侧一周设有第一侧支承。
优选地，与所述筒形侧壁上的第一侧支承的最大直径成预设间隙处设有圆筒形的隔热板，所述隔热板上绕所述隔热板的外侧一周设有第二侧支承。
优选地，所述筒形侧壁的顶端设有加强法兰，所述隔热板与所述加强法兰连接。
优选地，所述出口联箱和入口联箱均由环形管路组成，所述出口联箱和入口联箱上的环形管路所处平面分别与水平面呈预设角度、且所述出口联箱上的环形管路的最高点与所述入口联箱上的环形管路的最低点相对，所述出口主管与所述出口联箱的连通处为所述出口联箱的上的环形管路的最高点，所述入口主管与所述入口联箱的连通处为所述入口联箱的上的环形管路的最低点。
优选地，所述出口联箱和入口联箱上的环形管路所处平面均与水平面呈1度。
优选地，所述水冷壁还包括：设置于所述筒形侧壁上的排气管，所述排气管的下端与所述入口联箱上的环形管路的最高点连通，所述排气管的上端与所述出口联箱上的环形管路的最低点连通。
优选地，所述水冷壁的筒形侧壁环绕反应堆压力容器外部。
(三)有益效果
本发明采用非能动的安全理念，仅依靠热辐射、热传导与热对流等自然循环的方式换热，不需要水泵等主动部件的作用，采用简化的系统、更少的设备和成熟的技术，从而尽量减少不确定因素对系统安全的影响，增强高温气冷堆的固有安全性。
附图说明
图1是按照本发明一种实施方式的水冷壁的三维剖视图；
图2是图1所示的水冷壁的筒形侧壁顶端的放大图；
图3是图1所示的水冷壁的筒形侧壁中部的放大图；
图4为图1所示的水冷壁的筒形侧壁下端的放大图。
其中，1：筒形侧壁；2：隔热板；3-1：第一侧支承；3-2：第二侧支承；4：水冷管；5：出口联箱上的环形管路；6：入口联箱的上的环形管路；7：环形底支承；8：出口主管；9：入口主管；10：加强法兰；11：排气管；12：预埋支承件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是按照本发明一种实施方式的水冷壁的三维剖视图；图2是图1所示的水冷壁的筒形侧壁顶端的放大图；图3是图1所示的水冷壁的筒形侧壁中部的放大图；图4为图1所示的水冷壁的筒形侧壁下端的放大图。参照图1～4，本实施方式的水冷壁包括：筒形侧壁1、以及设置于所述筒形侧壁1上的水冷管4，所述水冷管4的上端与出口联箱连通，所述水冷管4的下端与入口联箱连通，所述出口联箱与出口主管8连通，所述入口联箱与入口主管9连通。
优选地，所述筒形侧壁1的底端设有环形底支承7，环形底支承7为钢制圆环，且横截面为正方形，所述环形底支承7安装于舱室预埋件上，所述环形底支承7用于承受水冷壁的全部重量。
优选地，所述筒形侧壁1为圆筒形，本实施方式中，所述筒形侧壁1为钢板卷板焊接而成的圆筒。
优选地，所述筒形侧壁1上绕所述筒形侧壁1的外侧一周设有第一侧支承3-1，本实施方式中，第一侧支承3-1的横截面可以为锥形，但不限于锥形，还可以为长方向等规则、或不规则的形状，本实施方式中，在所述筒形侧壁1的外侧位于中部和顶端均设有第一侧支承3-1。
为加强辐射换热效果，优选地，与所述筒形侧壁1上的第一侧支承3-1的最大直径成预设间隙处设有圆筒形的隔热板2，第一侧支承3-1的最大直径与外层隔热板之间留有一定间隙，防止了结构受热膨胀后可能会发生的应力集中，所述隔热板2上绕所述隔热板的外侧一周设有第二侧支承3-2，本实施方式中，第二侧支承3-2的横截面可以为锥形，但不限于锥形，还可以为长方向等规则、或不规则的形状，本实施方式中，所述隔热板4外侧的中部与顶端设有两段第二侧支承3-2，第二侧支承3-2的最大直径与反应堆舱室混凝土墙壁之间留有一定间隙。优选地，所述筒形侧壁1的顶端设有加强法兰10，所述隔热板2与所述加强法兰10连接。
为防止气体在入口联箱和出口联箱中积存，优选地，所述出口联箱和入口联箱均由环形管路组成(本实施方式中，所述出口联箱和入口联箱均由三个环形管路组成，但不限定本发明的保护范围)，所述出口联箱和入口联箱上的环形管路所处平面分别与水平面呈预设角度、且所述出口联箱上的环形管路5的最高点与所述入口联箱上的环形管路6的最低点相对，所述出口主管8与所述出口联箱的连通处为所述出口联箱的上的环形管路5的最高点，所述入口主管9与所述入口联箱的连通处为所述入口联箱的上的环形管路6的最低点，本实施方式中，所述出口联箱和入口联箱上的环形管路所处平面均与水平面呈1度。
为便于不溶气体的排除，优选地，所述水冷壁还包括：设置于所述筒形侧壁1上的排气管11，所述排气管11的下端与所述入口联箱上的环形管路6的最高点连通，所述排气管的上端与所述出口联箱上的环形管路5的最低点连通。
优选地，所述水冷壁的筒形侧壁1环绕反应堆压力容器外部。
本实施方式的水冷壁的工作原理为：首先，用水冷壁的筒形侧壁1环绕反应堆压力容器外部，所述筒形侧壁1的高度略高于反应堆压力容器主要发热段，并距反应堆压力容器表面一定距离放置，覆盖反应堆压力容器的主要发热区域，之后，将冷却水首先经入口主管9通入所述入口联箱上的环形管路6，然后分散进入水冷管4。水冷壁筒体1的内表面与水冷管4的外表面通过热辐射吸收反应堆压力容器释放的热量，再通过热传导加热水冷管4中的冷却水，冷却水被加热后密度降低自然上升汇集至出口联箱上的环形管路5，最后经过出口主管8流出水冷壁，同时将热量载出。筒形侧壁1外表面释放的热量辐射至隔热板2，防止反应堆舱室的混凝土墙壁温度过高。
在水冷壁首次充水和初次加热时管路中会出现较多气体，这些气体如果不能及时排出将会阻断系统内冷却水的自然循环，因此将入口联箱上的环形管路6与出口联箱上的环形管路5的安装平面与水平面呈预设角度，并在入口联箱上的环形管路6最高点与出口联箱上的环形管路5最低点之间焊接排气管11，使系统中气体能顺利排出。
环形底支承7作为水冷壁的主要支承承受了水冷壁全部重量以及地震工况下竖直方向的全部载荷，底支承7的上表面与筒形侧壁1的下表面加工精度有一定要求，焊接时要求两表面接触均匀，防止受力集中使焊缝开裂。锥形侧支承3在正常工况下不受力，只有在地震工况时承受水平方向的载荷。
本实施方式的水冷壁结构相对简单，依靠热辐射和热传导换热，没有能动部件，并采取冗余设计，失效概率很低，有效提高了反应堆的安全性；水冷壁为一体式结构，减少了现场安装工作量；第一侧支承、第二侧支撑与底支承的结构设计综合考虑了热膨胀效应与地震载荷，保证抗震性能的前提下尽可能降低热应力的影响；管路的设计中充分考虑了冷却水中不溶气体在易积存位置的排放，防止气体积存或阻断自然循环。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种水冷壁，其特征在于，所述水冷壁包括：筒形侧壁、以及设置于所述筒形侧壁上的水冷管，所述水冷管的上端与出口联箱连通，所述水冷管的下端与入口联箱连通，所述出口联箱与出口主管连通，所述入口联箱与入口主管连通；所述出口联箱和入口联箱均由环形管路组成，所述出口联箱和入口联箱上的环形管路所处平面分别与水平面呈预设角度、且所述出口联箱上的环形管路的最高点与所述入口联箱上的环形管路的最低点相对，所述出口主管与所述出口联箱的连通处为所述出口联箱的上的环形管路的最高点，所述入口主管与所述入口联箱的连通处为所述入口联箱的上的环形管路的最低点。
2.如权利要求1所述的水冷壁，其特征在于，所述筒形侧壁的下端设有环形底支承。
3.如权利要求1所述的水冷壁，其特征在于，所述筒形侧壁为圆筒形。
4.如权利要求3所述的水冷壁，其特征在于，所述筒形侧壁上绕所述筒形侧壁的外侧一周设有第一侧支承。
5.如权利要求4所述的水冷壁，其特征在于，与所述筒形侧壁上的第一侧支承的最大直径成预设间隙处设有圆筒形的隔热板，所述隔热板上绕所述隔热板的外侧一周设有第二侧支承。
6.如权利要求5所述的水冷壁，其特征在于，所述筒形侧壁的顶端设有加强法兰，所述隔热板与所述加强法兰连接。
7.如权利要求1所述的水冷壁，其特征在于，所述出口联箱和入口联箱上的环形管路所处平面均与水平面呈1度。
8.如权利要求1所述的水冷壁，其特征在于，所述水冷壁还包括：设置于所述筒形侧壁上的排气管，所述排气管的下端与所述入口联箱上的环形管路的最高点连通，所述排气管的上端与所述出口联箱上的环形管路的最低点连通。
9.如权利要求1～8中任一项所述的水冷壁，其特征在于，所述水冷壁的筒形侧壁环绕反应堆压力容器外部。
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