CN109159883A - 一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统，包括冷媒水回路、海水回路和水‑水板式换热器；冷媒水回路包括通过第一管路依次相连的第一空调冷水机组、第一循环水泵和待冷却区；第一循环水泵用于将第一空调冷水机组中的冷媒水输送至待冷却区，第一管路与淡水源流量可控地相连；海水回路包括通过第二管路与第一空调冷水机组相连的海水源；水‑水板式换热器通过第三管路和第四管路分别与海水源和第一管路相连并形成回路，第一循环水泵还用于将水‑水板式换热器中的冷媒水输送至待冷却区。本发明在春、夏和秋季使用第一空调冷水机组进行制冷，在冬季使用水‑水板式换热器进行制冷，本发明不仅安全稳定，还能提高系统效率，降低经济成本。

Description

一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统

技术领域

本发明涉及核动力平台反应堆舱制冷技术领域，具体涉及一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统。

背景技术

船舶空调大多采用集中供冷供热式，冷媒水多用变流量式，可为船员生活与工作提供舒适的环境。而海上核动力平台依靠核能进行发电，核反应堆布置于反应堆舱中的安全壳内，制冷时，对空调系统的可靠性要求很高。在冬季时，由于反应堆舱空调负荷只有夏季时的一半左右，制冷机组在50％左右的能级状态下运转容易导致系统运行效率较低、能耗过大，且可能因为压缩机长时间处于低频运转状态而造成停机风险，这样无法保证制冷系统的稳定可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统，不仅安全稳定，还能提高系统效率，降低经济成本。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其包括：

冷媒水回路，其包括通过第一管路依次相连的第一空调冷水机组、第一循环水泵和待冷却区；所述第一循环水泵用于将所述第一空调冷水机组中的冷媒水输送至所述待冷却区，所述第一管路与淡水源流量可控地相连；

海水回路，其包括通过第二管路与所述第一空调冷水机组相连的海水源；

水-水板式换热器，所述水-水板式换热器通过第三管路和第四管路分别与所述海水源和所述第一管路相连并形成回路，所述第一循环水泵还用于将所述水-水板式换热器中的冷媒水输送至所述待冷却区；

所述制冷系统具有第一状态和第二状态，当处于第一状态时，所述待冷却区和所述海水源均与所述水-水板式换热器断开，且均与所述第一空调冷水机组连通，所述第一空调冷水机组中的冷媒水输送至所述待冷却区；当处于第二状态时，所述待冷却区和所述海水源均与所述第一空调冷水机组断开，且均与所述水-水板式换热器连通，所述水-水板式换热器中的冷媒水输送至所述待冷却区。

进一步地，所述冷媒水回路还包括第二空调冷水机组和第二循环水泵，所述第二空调冷水机组通过第五管路和第六管路分别与所述第一管路和所述海水源流量可控地相连并形成回路，所述第二循环水泵设于所述第一管道上并用于将所述第二空调冷水机组中的冷媒水输送至所述待冷却区；

所述制冷系统还具有第三状态，当处于第三状态时，所述待冷却区和所述海水源均与所述第一空调冷水机组和所述水-水板式换热器断开，且均与所述第二空调冷水机组连通，所述第二空调冷水机组中的冷媒水输送至所述待冷却区。

进一步地，所述冷媒水回路还包括与所述第一管路相连并用于稳定所述第一管路内气压的淡水波动箱，所述淡水波动箱与所述淡水源和压缩气源均相连。

进一步地，所述淡水波动箱与所述淡水源之间设有补水阀。

进一步地，所述淡水波动箱与所述压缩气源之间设有用于降低压缩气体气压的减压阀。

进一步地，所述淡水波动箱上还设有用于泄放所述淡水波动箱内压缩气体的安全气阀。

进一步地，所述第二管路上还设有用于过滤海水中杂质的过滤器。

进一步地，所述第一管路上还设有用于泄放所述第一管路内气体的放气阀。

进一步地，所述待冷却区包括安全壳壳内区和安全壳壳外区；

所述第一管路上还设有分水器和集水器，所述分水器用于将所述第一管路内的冷媒水分流并分别输送至所述安全壳壳内区和所述安全壳壳外区，所述集水器用于将从所述安全壳壳内区和所述安全壳壳外区输出的冷媒水合流。

进一步地，所述第一管路位于所述分水器与所述安全壳壳内区以及所述安全壳壳内区与所述集水器之间的部分均设有电动安全隔离阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明在春、夏和秋三个季节使用时，通过第一空调冷水机组进行制冷，确保了系统的安全稳定，在冬季使用时，通过水-水板式换热器替换第一空调冷水机组进行制冷，为反应堆舱降温，此过程充分利用了海水在冬天时低温的特点，用水-水板式换热器直接进行热交换，降低了制冷系统运行时的耗电量，不仅保证了系统在冬天时的安全稳定，同时还能提高系统效率，降低经济成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的海上核动力平台反应堆舱制冷系统示意图。

图中：A、冷媒水回路；B、海水回路；C、待冷却区；D、淡水源；E、海水源；F、压缩气源；G、安全壳壳内区；H、安全壳壳外区；

1、第一空调冷水机组；2、第二空调冷水机组；3、水-水板式换热器；4、淡水波动箱；5、补水阀；6、减压阀；7、安全气阀；8、过滤器；9、放气阀；10、分水器；11、集水器；12、电动安全隔离阀；13、第一启闭阀；14、第二启闭阀；15、第三启闭阀；16、第四启闭阀；17、第五启闭阀；18、第六启闭阀；19、第七启闭阀；20、第八启闭阀；21、第九启闭阀；22、第十启闭阀；23、第十一启闭阀；24、第十二启闭阀；25、第十三启闭阀；26、水箱仪表；27、第一组合式空调机组；28、第二组合式空调机组；29、风机盘管。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其包括冷媒水回路A、海水回路B和水-水板式换热器3；其中：

冷媒水回路A包括通过第一管路依次相连的第一空调冷水机组1、第一循环水泵(图中未示出)和待冷却区C，第一管路上设有分别用于控制待冷却区C与第一空调冷水机组1第一进水口和第一出水口通断的第一启闭阀13和第二启闭阀14；第一循环水泵用于将第一空调冷水机组1中的冷媒水输送至待冷却区C，第一管路与淡水源D相连，第一管路与淡水源D之间还设有第十三启闭阀25，通过第十三启闭阀25可以控制第一管路在初次注水和补水时与淡水源D的通断以及流量大小。

海水回路B包括通过第二管路与第一空调冷水机组1相连的海水源E；第二管路上设有分别用于控制海水源E与第一空调冷水机组1第二进水口和第二出水口通断的第三启闭阀15和第四启闭阀16。

水-水板式换热器3通过第三管路和第四管路分别与海水源E和第一管路相连并形成回路，用于在冬季工况下海水与淡水之间的热交换，第一循环水泵还用于将水-水板式换热器3中的冷媒水输送至待冷却区C；第三管路上设有分别用于控制海水源E与水-水板式换热器3第一进水口和第一出水口通断的第五启闭阀17和第六启闭阀18，第四管路上设有分别用于控制待冷却区C与水-水板式换热器3第二进水口和第二出水口通断的第七启闭阀19和第八启闭阀20。

在春、夏和秋三个季节时使用第一空调冷水机组1进行制冷，在冬季时使用水-水板式换热器3进行制冷，因此，制冷系统具有第一状态和第二状态：

当处于第一状态时，第一启闭阀13、第二启闭阀14、第三启闭阀15和第四启闭阀16均开启，第五启闭阀17、第六启闭阀18、第七启闭阀19和第八启闭阀20均关闭，此时，待冷却区C和海水源E均与水-水板式换热器3断开，待冷却区C和海水源E均与第一空调冷水机组1连通，第一空调冷水机组1中的冷媒水在第一循环水泵的作用下被输送至待冷却区C，制冷系统循环周而复始地进行，达到为反应堆舱除湿降温的目的。

当处于第二状态时，第五启闭阀17、第六启闭阀18、第七启闭阀19和第八启闭阀20均开启，第一启闭阀13、第二启闭阀14、第三启闭阀15和第四启闭阀16均关闭，此时，待冷却区C和海水源E均与第一空调冷水机组1断开，待冷却区C和海水源E均与水-水板式换热器3连通，水-水板式换热器3中的冷媒水在第一循环水泵的作用下被输送至待冷却区C，制冷系统循环周而复始地进行，达到为反应堆舱除湿降温的目的。

本发明在春、夏和秋三个季节使用时，通过第一空调冷水机组1进行制冷，确保了系统的安全稳定，在冬季使用时，通过水-水板式换热器3替换第一空调冷水机组1进行制冷，为反应堆舱降温，此过程充分利用了海水在冬天时低温的特点，用水-水板式换热器3直接进行热交换，降低了制冷系统运行时的耗电量，不仅保证了系统在冬天时的安全稳定，同时还能提高系统效率，降低经济成本。

参见图1所示，冷媒水回路A还包括第二空调冷水机组2和第二循环水泵(图中未示出)，第二空调冷水机组2通过第五管路和第六管路分别与第一管路和海水源E流量可控地相连并形成回路，第五管路上设有分别用于控制待冷却区C与第二空调冷水机组2第一进水口和第一出水口通断的第九启闭阀21和第十启闭阀22，第六管路上设有分别用于控制海水源E与第二空调冷水机组2第二进水口和第二出水口通断的第十一启闭阀23和第十二启闭阀24；第二循环水泵设于第一道上并用于将第二空调冷水机组2中的冷媒水输送至待冷却区C。

制冷系统在春、夏和秋三个季节使用时，当第一空调冷水机组1发生故障，则立即启动第二空调冷水机组2，以保证制冷系统制冷的功能，如果进入冬季，第一空调冷水机组2还未维修好，为了确保水-水板式换热器3正常使用，所述第二循环水泵还用于将水-水板式换热器3中的冷媒水输送至待冷却区C，因此，制冷系统还具有第三状态和第四状态，

当处于第三状态时，第一启闭阀13、第二启闭阀14、第三启闭阀15和第四启闭阀16、第五启闭阀17、第六启闭阀18、第七启闭阀19和第八启闭阀20均关闭，第九启闭阀21、第十启闭阀22、第十一启闭阀23和第十二启闭阀24均开启，此时，待冷却区C和海水源E均与第一空调冷水机组1和水-水板式换热器3断开，待冷却区C和海水源E均与第二空调冷水机组2连通，第二空调冷水机组2中的冷媒水在第二循环水泵的作用下被输送至待冷却区C，制冷系统循环周而复始地进行，达到为反应堆舱除湿降温的目的。

当处于第四状态时，第一启闭阀13、第二启闭阀14、第三启闭阀15和第四启闭阀16、第九启闭阀21、第十启闭阀22、第十一启闭阀23和第十二启闭阀24均关闭，第五启闭阀17、第六启闭阀18、第七启闭阀19和第八启闭阀20均开启，此时，待冷却区C和海水源E均与第一空调冷水机组1和第二空调冷水机组2断开，待冷却区C和海水源E均与水-水板式换热器3连通，水-水板式换热器3中的冷媒水在第二循环水泵的作用下被输送至待冷却区C，制冷系统循环周而复始地进行，达到为反应堆舱除湿降温的目的。

当然了，在第一状态和第二状态下使用时，第九启闭阀21、第十启闭阀22、第十一启闭阀23和第十二启闭阀24均关闭。

本实施例中，第一启闭阀13、第二启闭阀14、第三启闭阀15和第四启闭阀16、第五启闭阀17、第六启闭阀18、第七启闭阀19、第八启闭阀20、第九启闭阀21、第十启闭阀22、第十一启闭阀23、第十二启闭阀24、第十三启闭阀25均使用蝶阀。

参见图1所示，冷媒水回路A还包括与第一管路相连的淡水波动箱4，沿冷媒水流动方向，淡水波动箱4和淡水源D最好都在待冷却区C下游，这样设置的好处是：如果设置在待冷却区C上游，此时流进待冷却区C中的冷媒水是没有被加热的，此时补充淡水，由于淡水温度高，与未被加热的冷媒水混合，会影响冷媒水进入待冷却区C降温的效果。淡水波动箱4用于稳定第一管路内气压，淡水波动箱4与淡水源D和压缩气源F均相连；具体地，淡水波动箱4与淡水源D之间设有补水阀5，可以对淡水波动箱4进行补水，并可以控制流量大小，本实施例采用自动补水阀；淡水波动箱4与压缩气源F之间设有减压阀6，减压阀6用于降低压缩气体气压，防止因压缩气体压力过高而对淡水波动箱4造成冲击，本实施例中压缩气体采用压缩空气。

参见图1所示，淡水波动箱4上还设有安全气阀7，安全气阀7用于泄放淡水波动箱4内压缩气体，以防止压力过高，淡水波动箱4上还设有水箱仪表26，可以监测淡水波动箱4内的压力、淡水波动箱4内淡水的液位和温度。

参见图1所示，第二管路上还设有用于过滤海水中杂质的过滤器8，防止淡水循环泵被堵塞。

参见图1所示，第一管路上还设有放气阀9，放气阀9用于泄放第一管路内多余的气体，以保持第一管路压力稳定，放气阀9可以设置两个，分别在冷媒水进入待冷却区C之前和从待冷却区C出来之后，参见图1所示，沿冷媒水流动方向，淡水波动箱4下游设有放气阀9。

参见图1所示，待冷却区C包括安全壳壳内区G和安全壳壳外区H，安全壳壳内区G设有第一组合式空调机组27，安全壳壳外区H设有第二组合式空调机组28和风机盘管29；第一管路上还设有分水器10和集水器11，沿冷媒水流动方向，分水器10上游设有放气阀9，分水器10用于将第一管路内的冷媒水分流并分别输送至安全壳壳内区G和安全壳壳外区H，同时还保证第一管路压力的平衡和流量的分配，集水器11用于将从安全壳壳内区G和安全壳壳外区H输出的冷媒水合流，减小合流至第一管路中时第一管路中压力的波动，参见图1所示，分水器将第一管路分流呈三个支路，第一支路与第一组合式空调机组27连通后再与集水器11相连，第二支路与第二组合式空调机组28连通后再与集水器11相连，第三支路与风机盘管29连通后再与集水器11相连。

参见图1所示，第一管路位于分水器10与安全壳壳内区G以及安全壳壳内区G与集水器11之间的部分均设有电动安全隔离阀12，电动安全隔离阀12用于当安全壳内发生LOCA等事故时第一管路的截断，防止放射性废物外漏；在本实施例中，第一管路位于安全壳壳内区G内的部分也设有两个电动安全隔离阀12。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于，其包括：

冷媒水回路(A)，其包括通过第一管路依次相连的第一空调冷水机组(1)、第一循环水泵和待冷却区(C)；所述第一循环水泵用于将所述第一空调冷水机组(1)中的冷媒水输送至所述待冷却区(C)，所述第一管路与淡水源(D)流量可控地相连；

海水回路(B)，其包括通过第二管路与所述第一空调冷水机组(1)相连的海水源(E)；

水-水板式换热器(3)，所述水-水板式换热器(3)通过第三管路和第四管路分别与所述海水源(E)和所述第一管路相连并形成回路，所述第一循环水泵还用于将所述水-水板式换热器(3)中的冷媒水输送至所述待冷却区(C)；

所述制冷系统具有第一状态和第二状态，当处于第一状态时，所述待冷却区(C)和所述海水源(E)均与所述水-水板式换热器(3)断开，且均与所述第一空调冷水机组(1)连通，所述第一空调冷水机组(1)中的冷媒水输送至所述待冷却区(C)；当处于第二状态时，所述待冷却区(C)和所述海水源(E)均与所述第一空调冷水机组(1)断开，且均与所述水-水板式换热器(3)连通，所述水-水板式换热器(3)中的冷媒水输送至所述待冷却区(C)。

2.如权利要求1所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述冷媒水回路(A)还包括第二空调冷水机组(2)和第二循环水泵，所述第二空调冷水机组(2)通过第五管路和第六管路分别与所述第一管路和所述海水源(E)流量可控地相连并形成回路，所述第二循环水泵设于所述第一管道上并用于将所述第二空调冷水机组(2)中的冷媒水输送至所述待冷却区(C)；

所述制冷系统还具有第三状态，当处于第三状态时，所述待冷却区(C)和所述海水源(E)均与所述第一空调冷水机组(1)和所述水-水板式换热器(3)断开，且均与所述第二空调冷水机组(2)连通，所述第二空调冷水机组(2)中的冷媒水输送至所述待冷却区(C)。

3.如权利要求1所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述冷媒水回路(A)还包括与所述第一管路相连并用于稳定所述第一管路内气压的淡水波动箱(4)，所述淡水波动箱(4)与所述淡水源(D)和压缩气源(F)均相连。

4.如权利要求3所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述淡水波动箱(4)与所述淡水源(D)之间设有补水阀(5)。

5.如权利要求3所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述淡水波动箱(4)与所述压缩气源(F)之间设有用于降低压缩气体气压的减压阀(6)。

6.如权利要求3所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述淡水波动箱(4)上还设有用于泄放所述淡水波动箱(4)内压缩气体的安全气阀(7)。

7.如权利要求1所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述第二管路上还设有用于过滤海水中杂质的过滤器(8)。

8.如权利要求1所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述第一管路上还设有用于泄放所述第一管路内气体的放气阀(9)。

9.如权利要求1所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：

所述待冷却区(C)包括安全壳壳内区(G)和安全壳壳外区(H)；

所述第一管路上还设有分水器(10)和集水器(11)，所述分水器(10)用于将所述第一管路内的冷媒水分流并分别输送至所述安全壳壳内区(G)和所述安全壳壳外区(H)，所述集水器(11)用于将从所述安全壳壳内区(G)和所述安全壳壳外区(H)输出的冷媒水合流。

10.如权利要求9所述的海上核动力平台反应堆舱制冷系统，其特征在于：所述第一管路位于所述分水器(10)与所述安全壳壳内区(G)以及所述安全壳壳内区(G)与所述集水器(11)之间的部分均设有电动安全隔离阀(12)。