CN109147968A - 非能动安全壳空气冷却系统 - Google Patents

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孙超杰
吴明
朱京梅
龚钊
朱明华
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    • G—PHYSICS
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    • G21C—NUCLEAR REACTORS
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Abstract

本发明涉及非能动安全壳空气冷却系统，包括流经安全壳外表面的冷却环廊；所述冷却环廊内的空气自下而上流动。所述冷却环廊外侧设置有下导环廊；所述下导环廊的上端设置有空气入口，下端与所述冷却环廊的入口相通。发明的有益效果如下：本发明完全依靠空气自然循环冷却就能带走事故后安全壳内的热量，保证安全壳的完整性。

Description

非能动安全壳空气冷却系统
技术领域
本发明涉及核反应堆技术，具体涉及一种非能动安全壳空气冷却系统。
背景技术
国内外第三代核电站安全壳采用两大类技术来保证核电站第三道屏障的完整性，防止大量放射性物质外泄。一种是内部金属安全壳，外部为预应力混凝土安全壳，此技术方案用在AP1000堆型中，事故后为了使安全壳降温降压，顶置水箱对内部金属安全壳进行喷淋达到降温目的；另一种是双层混凝土安全壳，为了使安全壳冷却具有非能动冷却功能，需要在内部采用换热器和外部水箱进行连接，依靠自然循环的方式进行换热。但上述换热方式结构复杂、容易出事故。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种非能动安全壳空气冷却系统，结构简单、能够有效起到换热作用。
本发明的技术方案如下：
非能动安全壳空气冷却系统，包括流经安全壳外表面的冷却环廊；所述冷却环廊内的空气自下而上流动。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述冷却环廊外侧设置有下导环廊；所述下导环廊的上端设置有空气入口，下端与所述冷却环廊的入口相通。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述安全壳外设置有混凝土壳；所述混凝土壳内设置有导流板；所述混凝土壳与所述导流板之间形成所述下导环廊；所述导流板与所述安全壳外表面之间形成冷却环廊；所述混凝土壳上部设置有空气出口。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述安全壳上部与混凝土壳之间的区域为扩散区，与所述冷却环廊相通。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述空气入口和空气出口均设置有网栅。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述空气入口为设置于所述混凝土壳表面的开孔，开孔周对称地布置。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述空气入口设置有导向流道；所述导流板底部设置有导向叶片。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述导流板通过支撑件与所述安全壳外表面连接；所述支撑件的正截面为圆形。
进一步地，上述的非能动安全壳空气冷却系统，所述空气出口高于所述空气入口。
本发明的有益效果如下：
本发明完全依靠空气自然循环冷却就能带走事故后安全壳内的热量，保证安全壳的完整性。
附图说明
图1为本发明的非能动安全壳空气冷却系统的结构示意图。
上述附图中，1、安全壳；2、导流板；3、混凝土壳；4、冷却环廊；5、下导环廊；6、空气入口；7、空气出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种非能动安全壳空气冷却系统，包括流经安全壳1外表面的冷却环廊4；所述冷却环廊4内的空气自下而上流动。所述冷却环廊4外侧设置有下导环廊5；所述下导环廊5的上端设置有空气入口6，下端与所述冷却环廊4的入口相通。所述安全壳1外设置有混凝土壳3；所述混凝土壳3内设置有导流板2；所述混凝土壳3与所述导流板2之间形成所述下导环廊5；所述导流板2与所述安全壳1外表面之间形成冷却环廊4；所述混凝土壳3上部设置有空气出口7。本发明的冷却系统设计采用非能动设计理念，利用钢制安全壳1壳体作为一个传热表面，安全壳1内表面受蒸汽冷凝及壳内大气的对流及辐射等影响而被加热，然后通过导热将热量传递至钢壳外表面，受热的钢壳外表面通过对流、辐射及热传导的方式将热量传给自然循环的空气。自然循环的空气通过空气入口6进入，流经空气导流板2，沿安全壳1外壁上升，最终通过一个高位排气口返回大气。自然循环的气流通道始于混凝土壳3上的空气入口6，气流从混凝土结构的开口处进入，经空气导流板2后从钢制安全壳1上方的出口排出。当安全壳1内温度大于环境温度时，冷却环廊4(导流板2与钢制的安全壳1之间的环廊)的空气密度小于下导环廊5(混凝土壳3与导流板2之间的环廊)的空气密度，于是在密度差的作用下，环境空气会从入口流进，向下进入下导环廊5；经空气导流板2底部的导向叶片，将向下的气流方向转变180°，使其向上流进冷却环廊4；气流沿着钢壳外壁继续向上流经冷却环廊4，并经钢制安全壳1的顶部，最后通过空气出口7排出，并将壳内的热量带走。
空气入口6位于混凝土壳3高处，以限制地面和附近建筑物的干扰和气流紊乱的影响。空气入口6由分布在屏蔽构筑物外部圆周表面的开孔组成，开孔应圆周对称地布置在混凝土壳3顶部的外面，这样能够将风速、风向及其他周边环境的影响降到最低。入口处设置网栅以防止飞射物、外部物体和碎渣进入，并设置导向流道，用来改变流向并将流动损失降到最小。
导流板2是由一系列附在安全壳1上的面板构成，底部一排设置导向叶片，使得冷却空气转180°进入冷却环廊4并将流动损失降到最低，导流板2的设计与制造应限制总的泄露范围不超过一定值，并考虑尽可能的隔温，使得导流板2两侧建立起温差以保证足够的循环动力。导流板支撑件(图中未示出)和环廊其他突出物的正截面应降到最小并成圆形，以使流动损失降到最小。导流板支撑件的横截面应与气流方向平行排列，以使气流损失较少，并对冷却空气流动的干扰降到最小。本实施例中的导流板2的设计能保证地震后的功能性，并保证在严重事故工况下，安全壳1的变形不会碰触导流板2和堵塞空气流道。
本实施例中，混凝土壳3与导流板2之间的下导环廊5，其面积应该远大于安全壳1的冷却环廊4面积，使得沿空气导流板2背面不规则结构(冷却环廊4处)流动的空气流速最小化，以增强换热效果。下导环廊5的设计应考虑使得所有突出物的正截面降到最小并成圆形以尽量减小流动损失。
所述安全壳1上部与混凝土壳3之间的区域为扩散区，与所述冷却环廊4相通。气流离开导流板2后进入扩散区，气流上升的流动面积逐渐增加，最终流向空气出口7。
为了防止外部物体进入，所述空气入口6和空气出口7均设置有网栅。
所述导流板2通过支撑件与所述安全壳1外表面连接；所述支撑件的正截面为圆形，使得流动损失降到最小。导流板支撑件可以为柱状，其横截面与气流方向平行排列，从而使气流损失减少，并对冷却空气流动的干扰减到最小。
所述空气出口7高于所述空气入口6，这样能够提供额外的浮力，并能够尽量减少排出的空气重新进入空气入口6。
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。

Claims (9)

1.非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：包括流经安全壳外表面的冷却环廊；所述冷却环廊内的空气自下而上流动。
2.如权利要求1所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述冷却环廊外侧设置有下导环廊；所述下导环廊的上端设置有空气入口，下端与所述冷却环廊的入口相通。
3.如权利要求2所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述安全壳外设置有混凝土壳；所述混凝土壳内设置有导流板；所述混凝土壳与所述导流板之间形成所述下导环廊；所述导流板与所述安全壳外表面之间形成冷却环廊；所述混凝土壳上部设置有空气出口。
4.如权利要求3所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述安全壳上部与混凝土壳之间的区域为扩散区，与所述冷却环廊相通。
5.如权利要求3所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述空气入口和空气出口均设置有网栅。
6.如权利要求3所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述空气入口为设置于所述混凝土壳表面的开孔，开孔周对称地布置。
7.如权利要求3所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述空气入口设置有导向流道；所述导流板底部设置有导向叶片。
8.如权利要求3所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述导流板通过支撑件与所述安全壳外表面连接；所述支撑件的正截面为圆形。
9.如权利要求3-8任一所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于：所述空气出口高于所述空气入口。
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