CN103377730B - 一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于核电站安全壳内的以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱。其在安全壳内水箱内设置多根蒸发端热管，这些蒸发端热管分成若干组；每组蒸发端热管的顶部出口连通一路上升连接管的入口，该路上升连接管延伸出安全壳并且出口连通包括多根冷凝端热管的一组冷凝端热管的顶部入口，该组冷凝端热管的底部出口连通一路下降连接管的入口，该路下降连接管延伸进入安全壳并且出口连通一组蒸发端热管的底部入口。本发明为安全壳提供分离式热阱，使安全壳具备最终热阱的功能，对于预应力混凝土安全壳，可使原本不具备最终热阱的安全壳，具备一定最终热阱能力；对于有最终热阱能力的钢制安全壳，也可通过分离式热阱增加冷却能力。

Description

一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱
技术领域
本发明属于核电站反应堆安全技术领域，具体涉及一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱。
背景技术
对于核电站，目前得到广泛应用的有预应力混凝土安全壳，例如属于二代核电的秦山一期核电站以及属于三代核电的法国EPR核电站。对于预应力混凝土安全壳本身不具备最终热阱功能，只能起到安全屏障的功能，只能靠安全壳内的喷淋来起到最终热阱作用。
还有钢制安全壳，例如属于第三代核电的AP1000；对于钢制安全壳不仅可以起到安全屏障的作用，还可以通过外界冷却水的水膜冷却，以及空气对流循环起到空气热阱的作用。但是其本身的最终热阱能力不足，在核电站事故后72小时后仍然需要能动装置的介入，以缓解事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于核电站安全壳内的以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱。
实现本发明目的的技术方案：一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其在安全壳内水箱内设置多根蒸发端热管，这些蒸发端热管分成若干组；每组蒸发端热管的顶部出口连通一路上升连接管的入口，该路上升连接管延伸出安全壳并且出口连通包括多根冷凝端热管的一组冷凝端热管的顶部入口，该组冷凝端热管的底部出口连通一路下降连接管的入口，该路下降连接管延伸进入安全壳并且出口连通一组蒸发端热管的底部入口；工作介质依次流经蒸发端热管、上升连接管、冷凝端热管和下降连接管，再返回蒸发端热管，形成闭合余热导出回路；所述的每组冷凝端热管均设置在烟囱的下部内；每组冷凝端热管的高度均高于每组蒸发端热管的高度。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的每组冷凝端热管包括的所有冷凝端热管的入口汇集在同一连接箱内，该连接箱的入口连通一路上升连接管的出口；所述的每组冷凝端热管包括的所有冷凝端热管的出口汇集在同一连接箱内，该连接箱的出口连通一路下降连接管的入口。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的每组蒸发端热管包括的所有蒸发端热管的出口汇集在同一连接箱内，该连接箱的出口连通一路上升连接管的入口；所述的每组蒸发端热管包括的所有蒸发端热管的入口汇集在同一连接箱内，该连接箱的入口连通一路下降连接管的出口。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的安全壳内水箱内设置导流板，在导流板附近设置多根蒸发端热管。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的上升连接管和下降连接管均通过安全壳贯穿件穿过安全壳。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的烟囱通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱的下部自由地通过烟囱。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的安全壳为钢制安全壳或预应力混凝土安全壳。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的上升连接管上分别设置抽真空快接装置和真空监测系统。
如上所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其所述的工作介质为水、甲醇、乙醇、丙酮或氨水。
本发明的效果在于：本发明所述的以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，用于核电站安全壳内，为安全壳提供分离式热阱，使安全壳具备有最终热阱的功能，对于预应力混凝土安全壳，可以使原本不具备最终热阱的安全壳，具备一定的最终热阱能力；对于有最终热阱能力的钢制安全壳，也可以通过分离式热阱增加冷却能力。
附图说明
图1为本发明所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱结构示意图；
图2为图1中安全壳内水箱布置示意图；
图中：1-安全壳；2-压力容器；3-烟囱；4-蒸发端热管；5-上升连接管；6-冷凝端热管；7-一回路压力边界；8-抽真空快接装置；9-真空监测系统；10-下降连接管；11-安全壳贯穿件；12-安全壳内水箱；13-导流板；14-连接箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱作进一步描述。
如图1和图2所示，本发明所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其中安全壳1内包括安全壳内水箱12、压力容器2和一回路压力边界7等。该安全壳1为钢制安全壳或预应力混凝土安全壳。安全壳内水箱12在正常停堆时用于换料，在事故工况下用于冷却。
在安全壳内水箱12内设置导流板13，在导流板13附近设置多根蒸发端热管4，这些蒸发端热管4被分成若干组。本发明中多根蒸发端热管4设置在安全壳内水箱12内，能够充分利用水的自然对流高换热系数，减少了对安全壳的焊接操作。
每组蒸发端热管的顶部出口连通一路上升连接管5的入口，该路上升连接管5延伸出安全壳1并且出口连通包括多根冷凝端热管6的一组冷凝端热管的顶部入口，该组冷凝端热管的底部出口连通一路下降连接管10的入口，该路下降连接管10延伸进入安全壳1并且出口连通一组蒸发端热管的底部入口。其中，上升连接管5和下降连接管10均通过安全壳贯穿件11(符合ASMEII级要求)穿过安全壳1。每组冷凝端热管的高度均高于每组蒸发端热管的高度。
工作介质依次流经蒸发端热管4、上升连接管5、冷凝端热管6和下降连接管10，再返回蒸发端热管4，形成闭合余热导出回路。该工作介质为水、甲醇、乙醇、丙酮或氨水。
每组冷凝端热管均设置在烟囱3下部内，烟囱3通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱3的下部自由地通过烟囱。烟囱3为加强自然对流换热而设置。所述的烟囱又称为空冷塔。
上述上升连接管5上还设置抽真空快接装置8和真空监测系统9。抽真空快接装置8为快速接头装置，平时为自密封状态，使用时可以快速外接真空泵来进行抽真空操作。真空监测系统9可以在线监测管路内的真空度，如果真空度降低，管路内产生不凝气体，就通过抽真空快接装置8抽取管路内的不凝结气体，以维持系统的冷却能力。
上述多根蒸发端热管4或多根冷凝端热管6的数量可在500～50000根，具体根据堆芯的余热确定，使多根蒸发端热管4携带的堆芯产生的余热与多根冷凝端热管6在烟囱内空气冷却携带的热量相等，满足堆芯冷却的要求。
上述每组冷凝端热管包括的所有冷凝端热管6的入口可以汇集在同一连接箱内，该连接箱的入口连通一路上升连接管5的出口；该组冷凝端热管包括的所有冷凝端热管6的出口可以汇集在同一连接箱14内，该连接箱14的出口连通一路下降连接管10的入口。
上述的每组蒸发端热管包括的所有蒸发端热管4的出口可以汇集在同一连接箱内，该连接箱的出口连通一路上升连接管5的入口；该组蒸发端热管包括的所有蒸发端热管4的入口可以汇集在同一连接箱内，该连接箱的入口连通一路下降连接管10的出口。
本发明所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱工作原理：当核电站发生事故时，有可能一回路压力边界7发生破裂，压力容器2内，发生堆芯融化，产生大量的氢气，安全壳1内充满高温的气体，如果不将热量持续带走，安全壳1将会超压，发生破裂导致放射性大量释放。安全壳1内的热量通过蒸汽对流、蒸汽冷凝、壳内辐射，将热量传递给安全壳内水箱12，再通过水的循环将热量传递给蒸发端热管4，蒸发端热管4内的工作介质蒸发，通过汽化潜热的方式将安全壳的热量带走，工作介质蒸发后通过自然循环的方式通过上升连接管5，穿过安全壳贯穿件11，转移到冷凝端热管6，由于烟囱3的拔风效应，强化空气的对流换热，对冷凝端热管6进行冷却，再由下降连接管10，通过安全壳贯穿件11，返回蒸发端热管4，最终实现利用空气热阱将安全壳1内的热量排出。
本发明并不严格地局限于所述实例。根据本发明提出的相似结构，可以应用于任何类型的核反应堆。

Claims (8)

1.一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：在安全壳内水箱(12)内设置多根蒸发端热管(4)，这些蒸发端热管(4)分成若干组；每组蒸发端热管的顶部出口连通一路上升连接管(5)的入口，该路上升连接管(5)延伸出安全壳(1)并且出口连通包括多根冷凝端热管(6)的一组冷凝端热管的顶部入口，该组冷凝端热管的底部出口连通一路下降连接管(10)的入口，该路下降连接管(10)延伸进入安全壳(1)并且出口连通一组蒸发端热管的底部入口；工作介质依次流经蒸发端热管(4)、上升连接管(5)、冷凝端热管(6)和下降连接管(10)，再返回蒸发端热管(4)，形成闭合余热导出回路；所述的每组冷凝端热管均设置在烟囱(3)的下部内；每组冷凝端热管的高度均高于每组蒸发端热管的高度；所述的每组冷凝端热管包括的所有冷凝端热管(6)的入口汇集在同一连接箱内，该连接箱的入口连通一路上升连接管(5)的出口；所述的每组冷凝端热管包括的所有冷凝端热管(6)的出口汇集在同一连接箱(14)内，该连接箱(14)的出口连通一路下降连接管(10)的入口。
2.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的每组蒸发端热管包括的所有蒸发端热管(4)的出口汇集在同一连接箱内，该连接箱的出口连通一路上升连接管(5)的入口；所述的每组蒸发端热管包括的所有蒸发端热管(4)的入口汇集在同一连接箱内，该连接箱的入口连通一路下降连接管(10)的出口。
3.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的安全壳内水箱(12)内设置导流板(13)，在导流板(13)附近设置多根蒸发端热管(4)。
4.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的上升连接管(5)和下降连接管(10)均通过安全壳贯穿件(11)穿过安全壳(1)。
5.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的烟囱(3)通过支撑架支撑在地面上，空气从烟囱(3)的下部自由地通过烟囱。
6.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的安全壳(1)为钢制安全壳或预应力混凝土安全壳。
7.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的上升连接管(5)上分别设置抽真空快接装置(8)和真空监测系统(9)。
8.根据权利要求1所述的一种以安全壳内水箱为热源的分离式空气冷却热阱，其特征在于：所述的工作介质为水、甲醇、乙醇、丙酮或氨水。
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