CN108682461A - 一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统。所述的非能动空气冷却系统包括钢制安全壳内壳、混凝土安全壳外壳、环形通道、混合环廊、底部通道、空气入口、空气出口，所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳之间形成用于空气上升的环形通道；靠近安全壳端水平设置的所述的底部通道自所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳的底部连接所述的混合环廊，并在远离安全壳端设置有所述的空气入口；所述的混凝土安全壳外壳的顶部开有所述的空气出口。本发明的有益效果在于，利用本发明的非能动空气冷却系统，能够在满足安全性的前提下，大大提高小型堆的经济性，减少工程施工量和后期维护。

Description

一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统
技术领域
本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统。
背景技术
小型堆由于其功率灵活性、特殊适应性及良好经济性等优点而受到广泛关注。目前核电站反应堆大多采用水介质作为设计系统的循环带热介质，这样设计系统需要配备较多的设备、管线等。对于小型堆而言，设计此类系统增大了机组成本，由于小型堆功率小，依据事故工况下的计算带热量可以设计空气冷却的非能动安全壳系统。该系统设计不仅可以提高小型堆经济性，而且可以减少工程施工量及后期维护和维修。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，以能够在满足安全性的前提下，大大提高小型堆的经济性，减少工程施工量和后期维护。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，所述的非能动空气冷却系统包括钢制安全壳内壳、混凝土安全壳外壳、环形通道、混合环廊、底部通道、空气入口、空气出口，
所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳之间形成用于空气上升的环形通道；
靠近安全壳端水平设置的所述的底部通道自所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳的底部连接所述的混合环廊，并在远离安全壳端设置有所述的空气入口；
所述的混凝土安全壳外壳的顶部开有所述的空气出口。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的空气入口设置在周边厂房外，并尽量设置在周边干扰物较少的地方，其为四周进风的结构，顶部设置有顶盖，四周为网栅；
所述的空气入口距离水平地面的高度能够避免水淹，防止异物及生物进入；
所述的空气入口的横截面为圆形或矩形，其面积由事故下所需带走的热量经计算后确定。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的空气出口为双环墙结构，内外环墙之间通过拉梁连接，在内环墙上依据换热计算结果均匀沿周向开有合理数量和大小的第二孔洞，内外环墙间通过预埋管进行疏水。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的非能动空气冷却系统还包括多层均匀周向的焊接在所述的钢制安全壳内壳外壁上的换热单元，其包括间隔布置的翅片和风叶，
所述的翅片用于增加所述的钢制安全壳内壳的导热及对流换热表面积，
所述的风叶用于对自然循环的空气进行搅混，增加换热量。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的非能动空气冷却系统还包括设置在所述的混凝土安全壳外壳内壁上的涂层，用于增加所述的混凝土安全壳外壳内壁的黑度，从而增加所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳之间的辐射换热。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的非能动空气冷却系统还包括设置在所述的底部通道水平段上的风阀，以通过其关闭防止低温环境下空气自然循环对机组正常运行带来的不利影响。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的非能动空气冷却系统还包括设置在所述的底部通道水平段上的风机，用于在严重事故下，空气自然循环不足以带走壳内热量时用作非安全相关的备用手段。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中所述的非能动空气冷却系统还包括第一孔洞，空气经过所述的底部通道后，在所述的混合环廊混合均匀后，通过在所述的混合环廊顶部上开设的一定数量和大小的所述的第一孔洞流入所述的环形通道。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其中每个所述的空气入口对应的一段所述的混合环廊之间用墙体间隔开(即每个空气入口对应一段混合环廊，整个混合环廊依据空气入口设置的个数等间隔分开)，用于避免环境风使得所述的混合环廊内的风串到其他底部通道(即避免外界环境风过大的时候，风从一个空气入口进，从另一个底部通道和空气入口出)。
本发明的有益效果在于，利用本发明的用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，能够在满足安全性的前提下，大大提高小型堆的经济性，减少工程施工量和后期维护。
本发明的有益效果具体体现在：
(1)充分利用小型堆功率小的特点，利用钢制安全壳内壳作为传热面，创新性地设计空气冷却的非能动安全壳系统，该系统结构简单，提高了小型堆的经济性；
(2)直接利用两壳环廊作为空气流道，省去了空气导流板，不仅提高了经济性，还大大减少了工程施工量及后续的维护及维修等；
(3)设计空气从厂房底部通入的方案，不仅增大了进出口的高度差，即增加了空气自然循环的驱动力，而且增大了冷却空气流经钢制安全壳内壳的表面，增大了系统换热量；
(4)钢制安全壳内壳外壁面设计换热单元，包括翅片和风叶，有利于增强系统换热；
(5)混凝土安全壳外壳内壁面设计涂层以增大辐射换热系数，从而增强辐射换热；
(6)在底部通道水平段处设计非安全相关的风机，增加了纵深防御手段的多样性。
附图说明
图1为示例性的本发明的用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统的组成结构图。
图2为图1中空气出口的水平方向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
示例性的本发明的用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统的组成结构如图1所示，包括钢制安全壳内壳1、混凝土安全壳外壳2、空气入口3、风阀4、混合环廊5、换热单元6、空气出口7、网栅8、风机9、底部通道10、第一孔洞11、环形通道12。
钢制安全壳内壳1与混凝土安全壳外壳2之间形成用于空气上升的环形通道12。环形通道12的宽度可根据实际情况设计最佳化，以保证最大的换热量。
靠近安全壳端水平设置的底部通道10自钢制安全壳内壳1与混凝土安全壳外壳2的底部连接混合环廊5，并在远离安全壳端设置有空气入口3。空气入口3设置在周边厂房外，并尽量设置在周边干扰物较少的地方。为了尽量减少环境风及周边建筑物等的影响，同时考虑防止冰霜雨雪、飞射物及其他异物进入，空气入口3为四周进风的结构，顶部设置有顶盖，四周为网栅8。空气入口3距离水平地面的高度能够避免水淹，防止异物及生物进入。空气入口3的横截面为圆形或矩形，其面积由事故下所需带走的热量经计算后确定。依据事故工况下非能动空气冷却系统需要带走的热量和厂址环境条件，计算所需要的通风条件，并考虑一定的富余量，设计一定数量的空气入口3，均匀布置在厂房周边。空气入口3及底部通道10应尽量避免拐弯，以尽量减少空气流动阻力。
混凝土安全壳外壳2的顶部开有空气出口7。如图2所示，空气出口7为双环墙结构，内环墙21、外环墙22之间通过拉梁连接，在内环墙21上依据换热计算结果均匀沿周向开有合理数量和大小的第二孔洞23，内环墙21、外环墙22间通过预埋管进行疏水。该结构可以防止雨雪、飞射物及其他异物进入空气出口7，并能抵抗大飞机撞击。
换热单元6多层均匀周向的焊接在钢制安全壳内壳1的外壁上，由于这些换热单元6不贯穿钢制安全壳内壳1，因此不会对安全壳的隔离造成不利影响。换热单元6包括间隔布置的翅片和风叶。翅片用于增加钢制安全壳内壳1的导热及对流换热表面积，风叶用于对自然循环的空气进行搅混，增加换热量。
涂层设置在混凝土安全壳外壳2的内壁上，用于增加混凝土安全壳外壳2内壁的黑度，从而增加钢制安全壳内壳1与混凝土安全壳外壳2之间的辐射换热，该部分换热量对总换热量十分重要。
风阀4设置在底部通道水平段上，以通过其关闭防止低温环境下空气自然循环对机组正常运行带来的不利影响。
风机9设置在底部通道水平段上，主要用于在严重事故下，空气自然循环不足以带走壳内热量时用作非安全相关的备用手段。
空气经过底部通道10后，在混合环廊5混合均匀后，通过在混合环廊10顶部上开设的一定数量和大小的第一孔洞11流入环形通道12。每个空气入口3对应的一段混合环廊5之间用墙体间隔开(用于避免环境风使得混合环廊5内的风串到其他底部通道10。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种用于小型堆的安全壳非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的非能动空气冷却系统包括钢制安全壳内壳、混凝土安全壳外壳、环形通道、混合环廊、底部通道、空气入口、空气出口，
所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳之间形成用于空气上升的环形通道；
靠近安全壳端水平设置的所述的底部通道自所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳的底部连接所述的混合环廊，并在远离安全壳端设置有所述的空气入口；
所述的混凝土安全壳外壳的顶部开有所述的空气出口。
2.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的空气入口设置在周边厂房外，并尽量设置在周边干扰物较少的地方，其为四周进风的结构，顶部设置有顶盖，四周为网栅；
所述的空气入口距离水平地面的高度能够避免水淹，防止异物及生物进入；
所述的空气入口的横截面为圆形或矩形，其面积由事故下所需带走的热量经计算后确定。
3.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的空气出口为双环墙结构，内外环墙之间通过拉梁连接，在内环墙上依据换热计算结果均匀沿周向开有合理数量和大小的第二孔洞，内外环墙间通过预埋管进行疏水。
4.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的非能动空气冷却系统还包括多层均匀周向的焊接在所述的钢制安全壳内壳外壁上的换热单元，其包括间隔布置的翅片和风叶，
所述的翅片用于增加所述的钢制安全壳内壳的导热及对流换热表面积，
所述的风叶用于对自然循环的空气进行搅混，增加换热量。
5.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的非能动空气冷却系统还包括设置在所述的混凝土安全壳外壳内壁上的涂层，用于增加所述的混凝土安全壳外壳内壁的黑度，从而增加所述的钢制安全壳内壳与所述的混凝土安全壳外壳之间的辐射换热。
6.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的非能动空气冷却系统还包括设置在所述的底部通道水平段上的风阀，以通过其关闭防止低温环境下空气自然循环对机组正常运行带来的不利影响。
7.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的非能动空气冷却系统还包括设置在所述的底部通道水平段上的风机，用于在严重事故下，空气自然循环不足以带走壳内热量时用作非安全相关的备用手段。
8.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的非能动空气冷却系统还包括第一孔洞，空气经过所述的底部通道后，在所述的混合环廊混合均匀后，通过在所述的混合环廊顶部上开设的一定数量和大小的所述的第一孔洞流入所述的环形通道。
9.根据权利要求1所述的非能动空气冷却系统，其特征在于：每个所述的空气入口对应的一段所述的混合环廊之间用墙体间隔开，用于避免环境风使得所述的混合环廊内的风串到其他底部通道。
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