CN104167231A - 混凝土安全壳非动能冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土安全壳非动能冷却系统，包括水箱及至少一组回路传热系统，水箱设置于安全壳的顶部且其内被分隔成相互连通的水冷下降通道、空冷下降通道及上升通道，空冷下降通道、上升通道分别连通大气空间，所述回路传热系统密封地贯穿所述安全壳且一部分容置于所述上升通道内，所述回路传热系统的另一部分位于所述安全壳内。采用回路传热系统，传热温差小，可根据安全壳内工质温度和热量自动调整，事故时更易将安全壳内温度持续冷却至设计限值以下；具有高度非能动安全性、结构简单、易维护，兼顾水冷和空冷两种运行工况，满足事故初期大量余热的排出，又兼顾安全壳长期冷却的需要。

Description

混凝土安全壳非动能冷却系统

技术领域

本发明涉及核电站反应堆安全设备领域，尤其涉及一种适用于混凝土安全壳的非动能冷却系统。

背景技术

核反应堆是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置，而安全壳是反应堆重要的安全设施，是防止放射性产物释放到大气环境中的最后一道屏障。近年来，随着对核电安全要求的不断提高，对安全壳的要求也不断提高。

现役的压水堆核电站，安全壳广泛采用混凝土结构。由于混凝土本身的导热性能很差，且壁厚较厚，因此在事故后，不可能依靠混凝土安全壳本身来将壳内的热量迅速有效地排出至大气环境中。为此，一些核电站设置了能动的安全设施来实现堆芯余热的排出，但这些技术不能全面地应对事故时安全壳内质能释放导致的升温升压，且能动系统的运行依赖外部动力，一旦发生全场断电就会导致严重后果，因此在三代反应堆中，提出安全壳非能动冷却的概念和方法。

例如，美国西屋公司为了有效地导出AP1000反应堆安全壳内的热量，在混凝土安全壳内设置了一个钢制安全壳，在钢制安全壳的顶部设置水箱及布水系统，并且还设置有安全壳风道，在反应堆事故发生后，通过开启布水系统的阀门，使水箱内的水向下流从而布洒到钢制安全壳顶部，通过液膜蒸发或对流带走安全壳内的热量。

再如，我国设计的非能动混凝土安全壳余热排出方式，通过在安全壳内设置换热器，在安全壳外设置水箱及汽水分离器；当反应堆事故发生后，安全壳内的温度和压力升高，通过热交换使得换热器的水沸腾，汽水混合物流经汽水分离器，水流回水箱，蒸汽则释放至大气。

但在上述第一种利用钢制安全壳本身作为冷却系统一部分的方式中，由于钢制安全壳为大直径压力容器，制造技术要求高，不能工厂预制，且长期使用还可能产生腐蚀等问题。而上述第二种非能动直接蒸发式冷却系统中，由于有汽水分离装置，冷却系统较为复杂；且在温度低于100℃时，由于不能实现水的蒸发流动，冷却系统的启动比较缓慢，故在事故发生初期系统的冷却能力有限；而当系统内的冷却水蒸发干以后，系统无法有效将安全壳内的热量导出。

因此，有必要提供一种结构简单、且在事故前期及在事故后期都能对安全壳进行有效降温的非动能冷却系统，以解决上述现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、且在事故前期及在事故后期都能对混凝土安全壳进行有效降温的非动能冷却系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种混凝土安全壳非动能冷却系统，适用于对安全壳内的热量进行导出，其包括水箱及至少一组回路传热系统，所述水箱设置于所述安全壳的顶部，且所述水箱内被分隔成相互连通的水冷下降通道、空冷下降通道及上升通道，且所述空冷下降通道、所述上升通道分别连通大气空间，所述回路传热系统密封地贯穿所述安全壳且一部分容置于所述上升通道内，所述回路传热系统的另一部分位于所述安全壳内。

较佳地，所述回路传热系统包括冷凝器，所述冷凝器容置于所述上升通道内。

较佳地，所述回路传热系统还包括换热器、上升管及下降管，所述换热器设置于所述安全壳内，所述上升管密封地穿过所述安全壳且两端分别连通所述换热器的上端、所述冷凝器的上端，所述下降管密封地穿过所述安全壳且两端分别连通所述换热器的下端、所述冷凝器的下端。

较佳地，所述水箱具有底壁及与所述底壁相连接且相间隔的内壁、外壁，所述内壁、所述外壁、所述底壁共同围成一容纳空间，安全壳顶部的高位水箱的压力为大气环境压力，无需相关稳压系统，使系统结构简单。

较佳地，所述水箱的容纳空间内竖直地设置有相间隔的第一隔板及第二隔板，且所述第一隔板、所述第二隔板的下端与所述底壁之间均具有间隙，所述第一隔板与所述第二隔板之间形成所述上升通道，所述第一隔板与所述内壁之间形成所述水冷下降通道，所述第二隔板与所述外壁之间形成所述空冷下降通道。

较佳地，所述水箱还具有一顶板，所述内壁、所述第一隔板的上端均连接于所述顶板，所述第二隔板的上端与所述顶板之间具有设置有开口，所述上升通道通过所述开口连通大气空间，安全壳内产生的高温水蒸气及空气混合物上升至安全壳的顶部并接触换热器，从而与换热管外表面之间发生冷凝对流传热，水蒸气被冷凝为水且回到安全壳底部，而热量则被传递给换热器，换热器内的水受热蒸发，并沿着上升管道进入冷凝器，发生冷凝传热，冷凝后的水沿着下降管回到换热器，从而形成自然循环；冷凝器传出的热量加热水箱中的冷却水，一定时间后，水箱中的冷却水沸腾，蒸汽释放到大气环境，由于冷却水的汽化潜热大，因此可以很好的防止事故初期因大规模的质能释放而导致安全壳超温超压。

较佳地，所述外壁与所述顶板之间具有间隙，所述空冷下降通道连通所述外壁与所述顶板之间的间隙连通大气空间；当顶置水箱内的水蒸发完毕以后，冷凝器暴露于空气中，因此上升通道内的空气被加热后沿着上升通道上升，大气环境中的空气通过空冷下降通道进入上升通道内，形成有组织的空气自然对流，从而最终依靠空气冷却将安全壳内余热排出到大气环境，即使水池蒸干条件下，也可利用空气冷却的方式对安全壳进行长期冷却。

较佳地，所述水箱呈圆环形结构。

较佳地，所述水箱被分隔成多个相互独立的水池，每一所述水池内均设置有所述水冷下降通道、所述空冷下降通道及所述上升通道，且每一所述水池对应设置一所述回路传热系统。设置多组独立的水池、回路传热系统，各组回路传热系统的工作可相互独立，即使部分失效，其它部分仍然可以有效工作，实现较高的系统可靠性。

较佳地，所述所述回路传热系统为热泵系统。

较佳地，所述混凝土安全壳非动能冷却系统还包括设于所述安全壳内并连通所述安全壳内的反应堆堆坑的冷凝水回收系统。

较佳地，所述冷凝水回收系统包括设于所述安全壳的内壁面上的第一冷凝水收集器，所述第一冷凝水收集器高于所述安全壳内的反应堆堆坑并连通所述反应堆堆坑。当事故发生时，反应堆一回路破口释放的高能蒸汽、反应堆堆坑内的冷却水经加热产生的高能蒸汽均释放到安全壳内，部分蒸汽在安全壳的内壁面冷凝后由第一冷凝水收集器收集，然后回流至反应堆堆坑，通过第一冷凝水收集器的收集回流措施，实现较长时间段内的非能动反应堆堆腔注水，不需借助外部的交流电源和水源即可实现安全壳内的自然循环。

较佳地，所述第一冷凝水收集器通过第一阀门连通所述反应堆堆坑。

较佳地，所述第一冷凝水收集器呈槽形结构且其一侧壁紧贴于所述安全壳的内壁面。

较佳地，所述冷凝水回收系统还包括设于所述安全壳内的第二冷凝水收集器，所述第二冷凝水收集器位于所述回路传热系统的下方并高于所述安全壳内的反应堆堆坑，且所述第二冷凝水收集器连通所述反应堆堆坑。当事故发生时，反应堆一回路破口释放的高能蒸汽、反应堆堆坑内的冷却水经加热产生的高能蒸汽均释放到安全壳内，大部分蒸汽在换热器的壁面凝结后由第二冷凝水收集器收集，然后流回至反应堆堆坑，通过第一、第二冷凝水收集器的收集回流措施相配合，实现较长时间段内非能动反应堆堆腔注水，不需借助外部的交流电源和水源即可实现安全壳内的自然循环。

较佳地，所述第二冷凝水收集器通过第二阀门连通所述反应堆堆坑。

较佳地，所述第二冷凝水收集器呈V型结构。

与现有技术相比，由于本发明的混凝土安全壳非动能冷却系统，其包括设置于安全壳的顶部的水箱及至少一组回路传热系统，水箱内被分隔成相互连通的水冷下降通道、空冷下降通道及上升通道，且空冷下降通道、上升通道分别连通大气空间，所述回路传热系统密封地贯穿所述安全壳且一部分容置于所述上升通道内，所述回路传热系统的另一部分位于所述安全壳内。投入使用时在水箱内装入冷却水，由于蒸发和冷凝作用，因此，在回路传热系统内形成向上的蒸汽流动及冷凝水回流，所述循环通道内仅有水作为工作介质，并处于汽、液两相状态；采用回路传热系统作为穿越混凝土安全壳的热量导出通道，传热温差小，且可以根据安全壳内的工质温度和热量自动调整，事故时更易将安全壳内的温度持续冷却至设计限值以下，而水箱的设置可实现事故初期安全壳内大量余热的快速排出。而当水箱内的水蒸发完毕后，回路传热系统的位于水箱内的部分暴露于空气中，空气被加热，然后沿着上升通道上升，形成有组织的空气自然对流，从而最终将安全壳内的热量导出至大气环境，因此即便是冷却水蒸干条件下，仍可利用空气冷却的方式对安全壳进行长期冷却。且整个系统无需做阀门启闭等动作，可以实现高度非能动安全性，不需要设置其他辅助设备，因此结构简单，重量轻，易维护。

附图说明

图1是本发明混凝土安全壳非动能冷却系统一实施例的部分透视图。

图2是本发明混凝土安全壳非动能冷却系统的剖视图。

图3是图2中水冷模式的的放大示意图。

图4是图2中空冷模式的的放大示意图。

图5是图2中水箱内第三隔板的示意图。

图6是本发明混凝土安全壳非动能冷却系统另一实施例的部分剖视图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明所提供的混凝土安全壳非动能冷却系统100，适用于对安全壳110内事故后产生的热量进行导出，可以在事故发生后，不依赖任何能动设备，仅仅依靠自然循环、冷凝、蒸发等自然现象，将热量导出到大气环境。

如图1-图5所示，本发明混凝土安全壳非动能冷却系统100的一实施例中，所述安全壳110呈中空圆桶状结构，其具有一外凸的呈圆弧形结构的顶部111，安全壳110内还设置有压力容器112、主泵113及蒸汽发生器114，压力容器112与蒸汽发生器114之间通过主泵113连接。

所述混凝土安全壳非动能冷却系统100包括水箱120及至少一组回路传热系统130，其中，所述水箱120设置于所述安全壳110的顶部111的上方，且所述水箱120内被分隔成相互连通的水冷下降通道127、上升通道128及空冷下降通道129，且所述上升通道128、空冷下降通道129分别连通大气空间，从而使水箱120的压力为大气环境压力，无需相关稳压系统，使系统结构简化。

所述回路传热系统130包括换热器131、上升管132、冷凝器133及下降管134，所述冷凝器133容置于所述水箱120的上升通道128内，所述换热器131设置于所述安全壳110内，且换热器131设置于接近安全壳110的顶部111的位置处，所述上升管132密封地穿过所述安全壳110的顶部111且两端分别连通所述换热器131的上端、所述冷凝器133的上端，所述下降管134密封地穿过所述安全壳110的顶部111且两端分别连通所述换热器131的下端、所述冷凝器133的下端，换热器131、上升管132、冷凝器133、下降管134形成连通的冷却循环通道。

在使用时，所述水箱120内注入冷却水，并使冷凝器133完全容置于冷却水中，当安全壳110内的反应堆出现事故时，从反应堆破口释放出的水蒸气等物质进入安全壳110内，导致安全壳110内的温度、压力上升，高温水蒸气及空气混合物上升至安全壳110的上部并接触换热器131，从而与换热器131的换热管外表面之间发生冷凝对流传热，水蒸气被冷凝为水而回到安全壳110的底部，而热量则被传递给换热器131，换热器131内的水受热蒸发，并沿着上升管132进入冷凝器133，并发生冷凝传热，冷凝器133传递出的热量加热水箱120中的冷却水，一定时间后，水箱120中的冷却水沸腾，产生的蒸汽直接释放到大气环境中，由于冷却水的汽化潜热大，因此可以很好的防止事故初期因大规模的质能释放而导致安全壳110内的超温超压，而冷凝器133内冷凝后的水沿着下降管134回到换热器131，从而形成自然循环；本发明采用回路传热系统130作为穿越安全壳110的热量导出通道，由于回路传热系统130具有优良的导热能力，其总的传热热阻小，在较小温差条件下即可运作，而换热温差越小，换热效率就越高，因此可将安全壳110的温度降低到接近环境温度；此外由于回路传热系统130高度非能动性，整个系统无需做阀门启动等动作，也不需要设置电源等外部动力设备，即可实现高度非能动动作，从而使系统的结构简单，重量轻。

而当水箱120内的水蒸发完毕后，冷凝器133暴露于空气中，从而使其周围的空气被加热，被加热后的空气沿着上升通道128上升，而大气空间中常温的空气则通过空冷下降通道129进入上升通道128，从而形成有组织的空气自然对流，最终依靠空气冷却方式将安全壳110内的余热排出到大气环境，即使水箱120内的冷却水蒸干，也可利用空气冷却的方式对安全壳110进行长期冷却，因此本发明冷却系统100能够对安全壳110在恶劣的事故工况(如失水事故工况)下进行冷却。

另外，由于冷凝器133设置于安全壳110外的水箱120内并容置于冷却水中，从而使回路传热系统130为封闭式结构，当其任何一端发生破损等情况时，另一端仍然完好，这样，不会导通安全壳110，安全壳110内的放射性物质不会释放到外部大气环境中。

继续参阅图1-图5所示，由于安全壳110呈圆桶形结构，因此将设于其顶部111上方的水箱120设置成圆环形结构，并直接利用安全壳110的顶部111作为水箱120的底壁，这样一方面使本发明冷却系统100可直接在现有的混凝土安全壳110上使用，无需对现有的安全壳110做重大修改，安全壳110内的设置及安装较为方便；另一方面水箱120直接设置在安全壳110的顶部111可以为事故初期的快速降温提供有力手段。

可以理解地，所述水箱120的底壁可以是安全壳110的顶部111，也可以另外独立设置，此为本领域技术人员所熟知的技术。

具体地，所述水箱120包括内壁121、外壁122及顶板123，内壁121、外壁122相间隔设置，且内壁121的上端与顶板123固定连接，外壁122的上端与顶板123之间具有一定间隙，所述内壁121、外壁122、所述顶部111共同围成一容纳空间，该容纳空间内被分隔形成水冷下降通道127、上升通道128及空冷下降通道129，且上升通道128及空冷下降通道129均连通大气空间，这样，安全壳110顶部的高位水箱120的压力为大气环境压力，无需相关稳压系统，使系统结构简化。

继续参阅图1-图5所示，所述水箱120还包括第一隔板124及第二隔板125，第一隔板124、第二隔板125竖直且相间隔地设置于所述水箱120的容纳空间，具体地，第一隔板124、第二隔板125均呈圆形结构，两者均沿所述水箱120的圆周方向相间隔地设置，所述第一隔板124、所述第二隔板125的下端与所述顶部111之间均具有间隙，第一隔板124的上端与顶板123固定连接，第二隔板125的上端与顶板123之间形成有开口128a，其中，第一隔板124与第二隔板125之间形成所述上升通道128，第一隔板124与内壁121之间形成所述水冷下降通道127，第二隔板125与外壁122之间形成所述空冷下降通道129，也即沿内壁121到外壁122方向，依次形成水冷下降通道127、上升通道128、空冷下降通道129，由于安全壳110的顶部111呈向外凸出的圆弧形结构，所以水箱120的底壁呈倾斜结构，从而使水箱120的底壁上对应于所述水冷下降通道127、上升通道128、空冷下降通道129的位置依次降低；另外，上升通道128通过所述开口128a连通大气空间，空冷下降通道129通过外壁122与顶板123之间的间隙连通大气空间，使设置于安全壳110的顶部111的水箱120的压力为大气环境压力，而无需相关稳压系统，使系统结构简化。

这样，水箱120内形成一呈圆环形结构的上升通道128，回路传热系统130的冷凝器133设于该上升通道128通内并容置于冷却水中，从而使回路传热系统130为封闭式结构，当其任何一端发生破损等情况时，另一端仍然完好，这样不会导通安全壳110，安全壳110内的放射性物质不会释放到外部大气环境。

为提高本发明所述混凝土安全壳非动能冷却系统100的散热效果，可设置多组回路传热系统130，具体地，多组回路传热系统130沿水箱120的四周相间隔地设置，每一组回路传热系统130的冷凝器133均设置于所述上升通道128内，且均容置于冷却水中。

同时，为提高系统的可靠性，还可以将水箱120分隔成多个相互独立的水池120`(见图5所示)，每一水池120`对应安装一组回路传热系统130，设置多组独立的水池120`、回路传热系统130，各组回路传热系统130的工作相互独立，即使部分回路传热系统130失效，其它部分仍然可以有效工作，实现较高的系统可靠性。

具体结合图2-图5所示，所述水箱120还包括第三隔板126，所述第三隔板126呈放射状的设置，第三隔板126连接于内壁121与外壁122之间从而将水箱120分隔成多个独立的水池120`，每一个水池120`中均设置有第一隔板124及第二隔板125，其中，所述第一隔板124的两侧分别连接于两相邻的第三隔板126，其上端连接于所述顶板123，所述第二隔板125的两侧分别连接于两相邻的第三隔板126，第二隔板125的上端与顶板123之间形成供上升通道128通过大气空间的开口128a，所述开口128a可通过第二隔板125的上端与顶板123之间的间隙形成，也可以直接在第二隔板125的上端开设通孔形成，且不以此为限。本实施例中，由于外壁122低于内壁121，因此外壁122与所述顶板123之间的间隙即为空冷下降通道129连通大气空间的通道，当然，亦可在外壁122上开设通孔而使空冷下降通道129连通大气空间，但不仅限于此。这样，当其中一部分回路传热系统130失效时，其他回路传热系统130仍正常工作，从而提高系统的可靠性。

优选地，本发明所述回路传热系统130为热泵系统，当然，并不以此为限，还可以是其他的传热系统，此为本领域技术人员所熟知的技术。

参阅图6所示，本发明混凝土安全壳非动能冷却系统100`的第二实施例与上述实施例的差别仅在于：还包括冷凝水回收系统140，其他结构均与上述实施例相同，下面仅就两者的不同之处进行描述，相同部分不再赘述。

本实施例中，所述冷凝水回收系统140设于安全壳110内并连通安全壳110内的反应堆堆坑115。具体地，其包括第一冷凝水收集器141及第二冷凝水收集器143，第一冷凝水收集器141设于所述安全壳110的内壁面上，且第一冷凝水收集器141的位置高于反应堆堆坑115的位置，第一冷凝水收集器141通过第一阀门142连通所述反应堆堆坑115。第二冷凝水收集器143设于安全壳110内并位于换热器131的下方，第二冷凝水收集器143高于反应堆堆坑115并与之连通，即第二冷凝水收集器143在高度方向上位于换热器131与反应堆堆坑115之间，第二冷凝水收集器143通过第二阀门144连通所述反应堆堆坑115。

继续参阅图6所示，所述第一冷凝水收集器141沿安全壳110的内壁面设置，且其优选呈槽形结构，其一侧壁紧贴于安全壳110的内壁面，第一冷凝水收集器141的底壁通过一管路连通反应堆堆坑115，且该管路上设有第一阀门142。第一冷凝水收集器141的侧壁紧贴于安全壳110的内壁面，使其能更方便有效地收集经安全壳110的内壁面冷凝后形成的冷凝水。

所述第二冷凝水收集器143呈V型结构，所述第二冷凝水收集器143的底部通过第二阀门144连通反应堆堆坑115；即，第二冷凝水收集器143具有两侧壁，其两侧壁均呈倾斜设置，两侧壁的底部连接处通过一管路连通反应堆堆坑115，且在该管路上设置有第二阀门144，V型结构使得收集的冷凝水可快速地注入反应堆堆坑115。

当事故发生时，反应堆一回路破口释放的高能蒸汽、反应堆堆坑115内的冷却水被加热产生的高能蒸汽均释放到安全壳110内，部分蒸汽在安全壳110的内壁面冷凝后由第一冷凝水收集器141收集，然后回流至反应堆堆坑115，大部分蒸汽则在换热器131的壁面凝结后由第二冷凝水收集器143收集，然后流回至反应堆堆坑115，通过第一冷凝水收集器141、第二冷凝水收集器143的收集回流措施相配合，实现较长时间段内非能动反应堆堆坑115注水，不需借助外部的交流电源和水源即可实现安全壳110内部的自然循环。

下面结合图1-图6所示，对本发明的混凝土安全壳非动能冷却系统100的工作过程进行描述。

当反应堆出现事故后，从破口释放的水蒸汽等物质进入安全壳110，导致安全壳110内的温度和压力上升，高温的水蒸气及空气混合物上升到安全壳110的上部，并在此接触安全壳110内的换热器131，此时与换热器131的外表面之间发生冷凝对流传热，水蒸气被冷凝为水，并回到安全壳110的底部，而热量则被传递给回路传热系统130的换热器131，换热器131内的水受热蒸发，并沿着上升管132进入水箱120内的冷凝器133，然后发生冷凝传热，冷凝后的水沿着下降管134回到安全壳110内的换热器131，从而形成自然循环；冷凝器133传递出的热量加热水箱120/水池120`中的冷却水，一定时间后，水箱120/水池120`中的冷却水沸腾，蒸汽沿上升通道128上升并由开口128a释放到大气环境，同时水箱120/水池120`中的冷却水通过水冷下降通道127向上升通道128流动，如图3中箭头方向所示；由于冷却水的汽化潜热大，因此在事故前期利用水箱120/水池120`中的冷却水将热量排入大气环境，可以很好的防止事故初期因大规模的质能释放而导致的安全壳110的超温超压。

当水箱120/水池120`内的冷却水蒸发完毕以后，冷凝器133暴露于空气中，其周围的空气被加热，被加热后的空气沿着上升通道128上升，并由开口128a释放到大气环境，同时常温空气通过外壁122与顶板123之间的间隙进入空冷下降通道129，并向上升通道128流动，形成有组织的空气自然对流，如图4中箭头方向所示；从而最终依靠空气冷却将安全壳110内的余热排出到大气环境，实现事故初期安全壳110内大量余热的排出，又可在水箱120/水池120`内的冷却水蒸干条件下利用空气冷却的方式对安全壳110进行长期冷却，能够应对安全壳110在恶劣的事故工况(如失水事故工况)下的冷却问题。

另外，事故时安全壳110内产生的高能蒸汽，一部分蒸汽在安全壳110的内壁面冷凝后由第一冷凝水收集器141收集，然后回流至反应堆堆坑115，大部分蒸汽则在换热器131的壁面凝结后由第二冷凝水收集器143收集，然后流回至反应堆堆坑115，通过第一冷凝水收集器141、第二冷凝水收集器143的收集回流措施相配合，实现较长时间段内非能动反应堆堆坑115注水，不需借助外部的交流电源和水源即可实现安全壳110内部的自然循环，如图6所示。

由于本发明的混凝土安全壳非动能冷却系统100，其包括设置于安全壳110的顶部的水箱120及至少一组回路传热系统130，水箱120内被分隔成相互连通的水冷下降通道127、空冷下降通道129及上升通道128，且空冷下降通道129、上升通道128分别连通大气空间，所述回路传热系统130密封地贯穿安全壳110且一部分容置于所述上升通道128内，回路传热系统130的另一部分位于安全壳110内。投入使用时在水箱120内装入冷却水，由于蒸发和冷凝作用，因此，在回路传热系统130内形成向上的蒸汽流动及冷凝水回流，所述循环通道内仅有水作为工作介质，并处于汽、液两相状态；采用回路传热系统130作为穿越混凝土安全壳110的热量导出通道，传热温差小，且可以根据安全壳110内的工质温度和热量自动调整，事故时更易将安全壳110内的温度持续冷却至设计限值以下，而水箱120的设置可实现事故初期安全壳110内大量余热的快速排出。而当水箱120内的水蒸发完毕后，回路传热系统130的位于水箱内的部分暴露于空气中，空气被加热，然后沿着上升通道128上升，形成有组织的空气自然对流，从而最终将安全壳110内的热量导出至大气环境，因此即便是冷却水蒸干条件下，仍可利用空气冷却的方式对安全壳110进行长期冷却。且整个系统无需做阀门启闭等动作，可以实现高度非能动安全，不需要设置其他辅助设备，因此结构简单，重量轻，易维护。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (17)

1.一种混凝土安全壳非动能冷却系统，适用于对安全壳内的热量进行导出，其特征在于：包括水箱及至少一组回路传热系统，所述水箱设置于所述安全壳的顶部，且所述水箱内被分隔成相互连通的水冷下降通道、空冷下降通道及上升通道，且所述空冷下降通道、所述上升通道分别连通大气空间，所述回路传热系统密封地贯穿所述安全壳且一部分容置于所述上升通道内，所述回路传热系统的另一部分位于所述安全壳内。

2.如权利要求1所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述回路传热系统包括冷凝器，所述冷凝器容置于所述上升通道内。

3.如权利要求2所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述回路传热系统还包括换热器、上升管及下降管，所述换热器设置于所述安全壳内，所述上升管密封地穿过所述安全壳且两端分别连通所述换热器的上端、所述冷凝器的上端，所述下降管密封地穿过所述安全壳且两端分别连通所述换热器的下端、所述冷凝器的下端。

4.如权利要求1所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述水箱具有底壁及与所述底壁相连接且相间隔的内壁、外壁，所述内壁、所述外壁、所述底壁共同围成一容纳空间。

5.如权利要求4所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述水箱的容纳空间内竖直地设置有相间隔的第一隔板及第二隔板，且所述第一隔板、所述第二隔板的下端与所述底壁之间均具有间隙，所述第一隔板与所述第二隔板之间形成所述上升通道，所述第一隔板与所述内壁之间形成所述水冷下降通道，所述第二隔板与所述外壁之间形成所述空冷下降通道。

6.如权利要求5所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述水箱还具有一顶板，所述内壁、所述第一隔板的上端均连接于所述顶板，所述第二隔板的上端与所述顶板之间具有设置有开口，所述上升通道通过所述开口连通大气空间。

7.如权利要求6所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述外壁与所述顶板之间具有间隙，所述空冷下降通道连通所述外壁与所述顶板之间的间隙连通大气空间。

8.如权利要求4所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述水箱呈圆环形结构。

9.如权利要求1所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述水箱被分隔成多个相互独立的水池，每一所述水池内均设置有所述水冷下降通道、所述空冷下降通道及所述上升通道，且每一所述水池对应设置一所述回路传热系统。

10.如权利要求1所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述所述回路传热系统为热泵系统。

11.如权利要求1所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：还包括设于所述安全壳内并连通安全壳内的反应堆堆坑的冷凝水回收系统。

12.如权利要求11所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述冷凝水回收系统包括设于所述安全壳的内壁面上的第一冷凝水收集器，所述第一冷凝水收集器高于所述安全壳内的反应堆堆坑并连通所述反应堆堆坑。

13.如权利要求12所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述第一冷凝水收集器通过第一阀门连通所述反应堆堆坑。

14.如权利要求12所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述第一冷凝水收集器呈槽形结构且其一侧壁紧贴于所述安全壳的内壁面。

15.如权利要求11所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述冷凝水回收系统还包括设于所述安全壳内的第二冷凝水收集器，所述第二冷凝水收集器位于所述回路传热系统的下方并高于所述安全壳内的反应堆堆坑，且所述第二冷凝水收集器连通所述反应堆堆坑。

16.如权利要求15所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述第二冷凝水收集器通过第二阀门连通所述反应堆堆坑。

17.如权利要求15所述的混凝土安全壳非动能冷却系统，其特征在于：所述第二冷凝水收集器呈V型结构。