CN107123448B - 一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统 - Google Patents

一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，包括设置于安全壳上方的冷却水箱、通过第一连通管与冷却水箱相连的喷淋头，所述喷淋头位于安全壳的外侧，所述喷淋头用于向安全壳的外壁喷淋冷却水，还包括呈钟罩状的屏蔽罩，所述屏蔽罩用于将安全壳套设在其内部，且屏蔽罩的内壁与安全壳的外壁之间具有间隙，所述冷却水箱设置在屏蔽罩的顶部，所述喷淋头位于所述间隙内；还包括设置于所述间隙内的冷却翅片，所述冷却翅片与安全壳的外壁之间还具有流通通道，所述流通通道用于介质由冷却翅片的一侧流向另一侧。该安全壳冷却系统具有更高的冷却剂利用效率。

Description

一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统
技术领域
本发明涉及核反应堆设备技术领域，特别是涉及一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统。
背景技术
核反应堆，是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的系统。在反应堆之中，核反应的速率可以得到精确的控制，其能量能够以较慢的速度向外释放，供人们利用。核反应堆有多种用途，最重要的用途是产生热能，用以代替其他燃料，产生蒸汽发电或驱动航空母舰等设施运转。核反应堆作为一种重要的能量来源，其在运行过程中可能出现的问题也不容小视。安全壳喷淋系统就是针对一回路水发生事故时，用于降低安全壳内压力和温度的保护系统。
现有技术中，非能动安全壳喷淋系统作为一种可在断电情况下运行的保护系统，为核反应堆的安全提供了重要保证。进一步优化非能动安全壳喷淋系统的结构设计，以进一步提高非能动情况下对冷却剂的利用率，是本领域技术人员研究的重要方向。
发明内容
针对进一步优化非能动安全壳喷淋系统的结构设计，以进一步提高非能动情况下对冷却剂的利用率，是本领域技术人员研究的重要方向的问题，本实用新型提供了一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，该安全壳冷却系统具有更高的冷却剂利用效率。
本发明提供的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统通过以下技术要点来解决问题：一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，包括设置于安全壳上方的冷却水箱、通过第一连通管与冷却水箱相连的喷淋头，所述喷淋头位于安全壳的外侧，所述喷淋头用于向安全壳的外壁喷淋冷却水，还包括呈钟罩状的屏蔽罩，所述屏蔽罩用于将安全壳套设在其内部，且屏蔽罩的内壁与安全壳的外壁之间具有间隙，所述冷却水箱设置在屏蔽罩的顶部，所述喷淋头位于所述间隙内；
还包括设置于所述间隙内的冷却翅片，所述冷却翅片与安全壳的外壁之间还具有流通通道，所述流通通道用于介质由冷却翅片的一侧流向另一侧。
具体的，以上冷却水箱用于盛装作为安全壳冷却剂的冷却水，将冷却水箱设置于安全壳的上方，冷却水可在重力的作用下经第一连通管流至喷淋头，再由喷淋头喷出实现对安全壳的非能动冷却。本方案中，将喷淋头设置在所述间隙内，可尽可能使得冷却水与安全壳的外壁充分接触，以利于提高对安全壳的冷却效果，同时便于收集参与热交换后的冷却水，以便用于循环利用。
由于现有喷淋头对冷却水的雾化效果好，这样，受热上升的水蒸气会夹杂大量未充分吸热的冷却水，以上设置的冷却翅片可用于阻挡受热上升的水蒸气，使得其运动速度变慢，这样，夹杂在其内的冷却水可在重力的作用下下落至安全壳表面以用于吸热；同时，在水蒸气与冷却翅片接触时，水蒸气可与冷却翅片进行热交换后变成液态，而后在重力的作用下下落至安全壳表面以用于吸热；同时，在水蒸气与冷却翅片接触时，夹杂在其内的液态水滴可在冷却翅片的表面富集，到达一定程度后，可回流或低落至安全壳表面以用于吸热，这样，可使得所述系统对冷却水具有较高的利用率。
本系统中，通过设置为冷却翅片与安全壳的外壁之间还具有流通通道，这样，液态或气态的冷却介质可由所述流通通道穿过冷却翅片，以上动力可来源于冷却介质的动能或冷却介质的重力势能，这样，可避免在安全壳的表面产生冷却死角，从而保证对安全壳的冷却效果。
更进一步的技术方案为：
还包括设置于安全壳内的气体罐，所述气体罐通过第二连通管与冷却水箱的上部相连，所述冷却水箱为封闭容器。本方案中，通过设置位于安全壳内的气体罐，以上气体罐用于盛装气体，在安全壳内一回路水发生泄漏时，安全壳内部温度升高，此时，气体罐内的气体发生膨胀，这样，可使得冷却水箱内的内压增大，以上内压增大作用于冷却水，可使得由喷淋头喷出的冷却水流量增大，即安全壳内温度升高速度越快，可使得喷淋头喷出冷却水流量越大，这样，达到强化本系统对安全壳冷却效果的目的，即本系统具有更高的冷却可靠性。
作为一种支承稳定性强的实现方案，所述冷却水箱呈环状，冷却水箱的轴线与屏蔽罩的轴线共线。
为便于及时排出间隙内温度过高的冷流体，以使得本系统对安全壳具有高效的冷却效果，所述屏蔽罩的底部还设置有冷却水出口。
由于喷淋头中包括的连通管及喷嘴均数量较多，作为一种对安全壳冷各向却均匀，同时结构稳定性强的实现方案，所述喷淋头对称布置于安全壳的上方。
由于安全壳在运行过程中，其内温度会有小幅度波动，为避免正常情况下因为气体罐内的内压变化导致冷却水箱中的冷却水被挤出，还包括爆破片，所述爆破片设置于气体罐和/或第二连通管内，所述爆破片在气体罐内压增大过程中破裂，所述爆破片在完好状态下实现其两侧空间的隔离。这样，当爆破片靠近气体罐的一侧内压增大到一定程度时，爆破片破裂，此时，冷却水箱中的冷却水对安全壳发挥冷却作用。
所述屏蔽罩的顶部还设置有排气孔，还包括设置于排气孔内和/或间隙内的汽水分离器。以上设置的汽水分离器可使得未充分吸热的冷却水再次凝结成大水滴低落至间隙内以便重新冷却安全壳，达到提高冷却水利用率的目的。
作为一种可随时使得冷却翅片对水蒸气有冷却能力的实现方案，所述冷却翅片包括管道及支撑架，所述支撑架用于管道与安全壳的连接。以上管道用于通入冷流体，此时，可视作水蒸气为热流体，所述管道可被视为间壁式换热器，将冷却翅片通过支撑架安装于安全壳表面的方案，旨在提供一种加工、制造容易的实现方式。作为一种便于制造、同时对水蒸气冷却能力强的实现方案，以上管道可采用矩管、圆管等，管道整体设置为螺旋状。
本发明具有以下有益效果：
具体的，以上冷却水箱用于盛装作为安全壳冷却剂的冷却水，将冷却水箱设置于安全壳的上方，冷却水可在重力的作用下经第一连通管流至喷淋头，再由喷淋头喷出实现对安全壳的非能动冷却。本方案中，将喷淋头设置在所述间隙内，可尽可能使得冷却水与安全壳的外壁充分接触，以利于提高对安全壳的冷却效果，同时便于收集参与热交换后的冷却水，以便用于循环利用。
由于现有喷淋头对冷却水的雾化效果好，这样，受热上升的水蒸气会夹杂大量未充分吸热的冷却水，以上设置的冷却翅片可用于阻挡受热上升的水蒸气，使得其运动速度变慢，这样，夹杂在其内的冷却水可在重力的作用下下落至安全壳表面以用于吸热；同时，在水蒸气与冷却翅片接触时，水蒸气可与冷却翅片进行热交换后变成液态，而后在重力的作用下下落至安全壳表面以用于吸热；同时，在水蒸气与冷却翅片接触时，夹杂在其内的液态水滴可在冷却翅片的表面富集，到达一定程度后，可回流或低落至安全壳表面以用于吸热，这样，可使得所述系统对冷却水具有较高的利用率。
本系统中，通过设置为冷却翅片与安全壳的外壁之间还具有流通通道，这样，液态或气态的冷却介质可由所述流通通道穿过冷却翅片，以上动力可来源于冷却介质的动能或冷却介质的重力势能，这样，可避免在安全壳的表面产生冷却死角，从而保证对安全壳的冷却效果。
附图说明
图1是本发明所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统一个具体实施例的结构剖视图；
图2本发明所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统一个具体实施例中，冷却翅片与安全壳的连接关系示意图。
图中的编号依次为：1、安全壳，2、屏蔽罩，3、冷却水箱，4、喷淋头，5、第一连通管，6、第二连通管，7、爆破片，8、气体罐，9、间隙，10、冷却水出口，11、排气孔，12、汽水分离器，13、冷却翅片，14、管道，15、支撑架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。
实施例1：
如图1和图2所示，一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，包括设置于安全壳1上方的冷却水箱3、通过第一连通管5与冷却水箱3相连的喷淋头4，所述喷淋头4位于安全壳1的外侧，所述喷淋头4用于向安全壳1的外壁喷淋冷却水，还包括呈钟罩状的屏蔽罩2，所述屏蔽罩2用于将安全壳1套设在其内部，且屏蔽罩2的内壁与安全壳1的外壁之间具有间隙9，所述冷却水箱3设置在屏蔽罩2的顶部，所述喷淋头4位于所述间隙9内；
还包括设置于所述间隙9内的冷却翅片13，所述冷却翅片13与安全壳1的外壁之间还具有流通通道，所述流通通道用于介质由冷却翅片13的一侧流向另一侧。
具体的，以上冷却水箱3用于盛装作为安全壳1冷却剂的冷却水，将冷却水箱3设置于安全壳1的上方，冷却水可在重力的作用下经第一连通管5流至喷淋头 4，再由喷淋头4喷出实现对安全壳1的非能动冷却。本方案中，将喷淋头4设置在所述间隙9内，可尽可能使得冷却水与安全壳1的外壁充分接触，以利于提高对安全壳1的冷却效果，同时便于收集参与热交换后的冷却水，以便用于循环利用。
由于现有喷淋头4对冷却水的雾化效果好，这样，受热上升的水蒸气会夹杂大量未充分吸热的冷却水，以上设置的冷却翅片13可用于阻挡受热上升的水蒸气，使得其运动速度变慢，这样，夹杂在其内的冷却水可在重力的作用下下落至安全壳1表面以用于吸热；同时，在水蒸气与冷却翅片13接触时，水蒸气可与冷却翅片13进行热交换后变成液态，而后在重力的作用下下落至安全壳1表面以用于吸热；同时，在水蒸气与冷却翅片13接触时，夹杂在其内的液态水滴可在冷却翅片13的表面富集，到达一定程度后，可回流或低落至安全壳1表面以用于吸热，这样，可使得所述系统对冷却水具有较高的利用率。
本系统中，通过设置为冷却翅片13与安全壳1的外壁之间还具有流通通道，这样，液态或气态的冷却介质可由所述流通通道穿过冷却翅片13，以上动力可来源于冷却介质的动能或冷却介质的重力势能，这样，可避免在安全壳1的表面产生冷却死角，从而保证对安全壳1的冷却效果。
实施例2：
如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：还包括设置于安全壳1内的气体罐8，所述气体罐8通过第二连通管6与冷却水箱3的上部相连，所述冷却水箱3为封闭容器。本方案中，通过设置位于安全壳1内的气体罐8，以上气体罐8用于盛装气体，在安全壳1内一回路水发生泄漏时，安全壳1内部温度升高，此时，气体罐8内的气体发生膨胀，这样，可使得冷却水箱3内的内压增大，以上内压增大作用于冷却水，可使得由喷淋头4喷出的冷却水流量增大，即安全壳1内温度升高速度越快，可使得喷淋头4喷出冷却水流量越大，这样，达到强化本系统对安全壳1冷却效果的目的，即本系统具有更高的冷却可靠性。
作为一种支承稳定性强的实现方案，所述冷却水箱3呈环状，冷却水箱3的轴线与屏蔽罩2的轴线共线。
为便于及时排出间隙9内温度过高的冷流体，以使得本系统对安全壳1具有高效的冷却效果，所述屏蔽罩2的底部还设置有冷却水出口10。
由于喷淋头4中包括的连通管及喷嘴均数量较多，作为一种对安全壳1冷各向却均匀，同时结构稳定性强的实现方案，所述喷淋头4对称布置于安全壳1的上方。
由于安全壳1在运行过程中，其内温度会有小幅度波动，为避免正常情况下因为气体罐8内的内压变化导致冷却水箱3中的冷却水被挤出，还包括爆破片7，所述爆破片7设置于气体罐8和/或第二连通管6内，所述爆破片7在气体罐8内压增大过程中破裂，所述爆破片7在完好状态下实现其两侧空间的隔离。这样，当爆破片7靠近气体罐8的一侧内压增大到一定程度时，爆破片7破裂，此时，冷却水箱3中的冷却水对安全壳1发挥冷却作用。
所述屏蔽罩2的顶部还设置有排气孔11，还包括设置于排气孔11内和/或间隙 9内的汽水分离器12。以上设置的汽水分离器12可使得未充分吸热的冷却水再次凝结成大水滴低落至间隙9内以便重新冷却安全壳1，达到提高冷却水利用率的目的。
实施例3：
如图1和图2所示，本实施例在以上任意一个实施例提供的任意一个技术方案的基础上作进一步限定：作为一种可随时使得冷却翅片13对水蒸气有冷却能力的实现方案，所述冷却翅片13包括管道14及支撑架15，所述支撑架15用于管道14与安全壳1的连接。以上管道14用于通入冷流体，此时，可视作水蒸气为热流体，所述管道14可被视为间壁式换热器，将冷却翅片13通过支撑架15安装于安全壳1表面的方案，旨在提供一种加工、制造容易的实现方式。作为一种便于制造、同时对水蒸气冷却能力强的实现方案，以上管道14可采用矩管、圆管等，管道14整体设置为螺旋状，管道14起始于安全壳1的底端、止于安全壳1的顶端，且管道14的出入口分别位于上方和下方。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，包括设置于安全壳（1）上方的冷却水箱（3）、通过第一连通管（5）与冷却水箱（3）相连的喷淋头（4），所述喷淋头（4）位于安全壳（1）的外侧，所述喷淋头（4）用于向安全壳（1）的外壁喷淋冷却水，其特征在于，还包括呈钟罩状的屏蔽罩（2），所述屏蔽罩（2）用于将安全壳（1）套设在其内部，且屏蔽罩（2）的内壁与安全壳（1）的外壁之间具有间隙（9），所述冷却水箱（3）设置在屏蔽罩（2）的顶部，所述喷淋头（4）位于所述间隙内；
还包括设置于所述间隙内的冷却翅片（13），所述冷却翅片（13）与安全壳（1）的外壁之间还具有流通通道，所述流通通道用于介质由冷却翅片（13）的一侧流向另一侧；
还包括设置于安全壳（1）内的气体罐（8），所述气体罐（8）通过第二连通管（6）与冷却水箱（3）的上部相连，所述冷却水箱（3）为封闭容器。
2.根据权利要求1所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，其特征在于，所述冷却水箱（3）呈环状，冷却水箱（3）的轴线与屏蔽罩（2）的轴线共线。
3.根据权利要求1所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，其特征在于，所述屏蔽罩（2）的底部还设置有冷却水出口（10）。
4.根据权利要求1所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，其特征在于，所述喷淋头（4）对称布置于安全壳（1）的上方。
5.根据权利要求1所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，其特征在于，还包括爆破片（7），所述爆破片（7）设置于气体罐（8）和/或第二连通管（6）内，所述爆破片（7）在气体罐（8）内压增大过程中破裂，所述爆破片（7）在完好状态下实现其两侧空间的隔离。
6.根据权利要求1所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，其特征在于，所述屏蔽罩（2）的顶部还设置有排气孔（11），还包括设置于排气孔（11）内和/或间隙（9）内的汽水分离器（12）。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种可提高冷却剂利用率的安全壳冷却系统，其特征在于，所述冷却翅片（13）包括管道（14）及支撑架（15），所述支撑架（15）用于管道（14）与安全壳（1）的连接。
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