CN109859873B - 一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，乏燃料干式贮存模块包括乏燃料干式贮存厂房，乏燃料干式贮存厂房内设置有若干个钢制贮存容器，钢制贮存容器内设有乏燃料组件；冷却装置包括空冷塔及至少一组冷却组件；空冷塔设于钢制贮存容器上方，且空冷塔的下端和上端分别形成空气入口、空气出口；冷却组件的上端设于空冷塔内，冷却组件的下端与钢制贮存容器连接，冷却组件内形成冷却循环通道，冷却循环通道内设有循环工质。本发明采用分离式热管原理，能够将乏燃料贮存容器的衰变热非能动的导出，排放到外部环境，不需要依赖能动设备，保证了乏燃料干式贮存的安全性。系统具有高度的安全性、简单的结构和易维护特性，适于大范围推广使用。

Description

一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，特别是涉及一种核电站乏燃料干式贮存模块的冷却装置。

背景技术

自从核能发电可行性得到证明后，核电站以其高能量密度、低碳排放的优势，成为世界上不可或缺的基荷能源之一。核电站的反应堆历经几十年的发展，包括压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆等的多种类型，核燃料在反应堆中发生裂变反应产生热能后的产物就是乏燃料，乏燃料有两个主要特征：即具有放射性和仍然会释放出衰变热，为保证核电站乏燃料的安全贮存，需设置专门的乏燃料贮存设施。

经过几十年的发展，中国的核电技术得到广泛的发展，形成完整的核电产业，并在国家能源体系中占据了越来越重要的地位。目前，国内核电厂乏燃料的贮存方式主要是乏燃料水池贮存，也称为湿式贮存。然而，中国对核电厂乏燃料的再处理技术尚未成熟，而核电站的乏燃料贮存容量有限制，很难扩充贮存容量，需设置连续运行的能动冷却系统，如果乏燃料水池发生失水事故，乏燃料裸露出水平面，不但无法起到辐射屏蔽的作用，还会使乏燃料余热载出工况恶化，甚至导致乏燃料的烧毁和放射性物质的释放。

近期，国内外研发的乏燃料干式贮存技术，能够有效解决乏燃料湿式贮存面临的问题。乏燃料干式贮存就是将核电厂乏燃料在乏燃料水池贮存一段时间之后，使乏燃料衰变热热水平降低，辐射剂量减小，此时，辐射屏蔽主要依赖贮存设施，衰变热可以通过非能动措施带出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不需要依赖能动设备即可将干式乏燃料贮存装置内乏燃料产生的衰变热导出的冷却系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，所述乏燃料干式贮存模块包括乏燃料干式贮存厂房，乏燃料干式贮存厂房内设置有若干个钢制贮存容器，钢制贮存容器内设有乏燃料组件；

其特征在于：

所述冷却装置包括空冷塔及至少一组冷却组件；所述空冷塔设于所述钢制贮存容器上方，且所述空冷塔的下端和上端分别形成空气入口、空气出口；

所述冷却组件的上端设于所述空冷塔内，所述冷却组件的下端与所述钢制贮存容器连接，所述冷却组件内形成冷却循环通道，所述冷却循环通道内设有循环工质。

优选地，所述冷却组件包括下部换热器，所述下部换热器与所述钢制贮存容器紧贴，上部换热器容置于所述空冷塔内，上升管的两端分别连通所述下部换热器的出口和所述上部换热器的入口，下降管的两端分别连通所述上部换热器的出口、所述下部换热器的入口，所述下部换热器、所述上升管、所述上部换热器、所述下降管内形成所述冷却循环通道。

更优选地，所述下部换热器的入口位于所述下部换热器的下端，所述下部换热器的出口位于所述下部换热器的上端。

更优选地，所述上部换热器的入口位于所述上部换热器的上端，所述上部换热器的出口位于所述上部换热器的下端。

更优选地，所述乏燃料组件产生的衰变热持续加热所述钢制贮存容器，使所述钢制贮存容器温度不断升高，与所述钢制贮存容器连接的所述下部换热器将所述钢制贮存容器的热量传导至冷却循环通道内的循环工质中；由于所述上升管和所述下降管中循环工质的密度差使循环工质在冷却循环通道内产生自然循环，实现所述乏燃料组件的衰变热的非能动导出，使所述钢制贮存容器的温度维持在设定范围内。

进一步地，当所述下部换热器中的循环工质受热蒸发后，其向上运动并通过所述下部换热器的出口进入所述上升管，并沿着所述上升管进入设置在所述空冷塔中的所述上部换热器，在所述上部换热器内发生冷凝传热，将热量传递给所述空冷塔中的空气；在所述上部换热器中冷凝后的循环工质则沿着所述下降管回到所述下部换热器，形成自然循环。

更进一步地，所述空冷塔中，上部换热器释放出的热量加热空冷塔内的空气，被加热的空气上升并经空气出口释放到大气环境，同时常温空气通过空冷塔的空气入口进入空冷塔内，形成持续的空气自然对流，将上部换热器中的热量带走至大气环境，从而依靠空气将乏燃料衰变热持续长期的排出到大气环境中。

优选地，各所述冷却组件沿所述钢制贮存容器四周均匀设置，且各所述冷却组件之间的工作相互独立。

优选地，所述空冷塔通过所述空气出口、所述空气入口连通大气空间。

优选地，所述钢制贮存容器设置有增强散热部件；所述钢制贮存容器具有辐射屏蔽作用。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，采用分离式热管原理，能够将电厂核燃料干式贮存模块乏燃料贮存容器的衰变热非能动的导出，排放到外部环境，不需要依赖能动设备，保证了乏燃料干式贮存的安全性。系统具有高度的安全特性、简单的结构和易维护特性，适于大范围推广使用。

附图说明

图1为本实施例提供的乏燃料干式贮存模块的冷却装置示意图；

附图标记说明：

1—乏燃料组件；2—钢制贮存容器；3—下部换热器；4—上升管；5—下降管；6—上部换热器；7—空冷塔；8—乏燃料干式贮存厂房。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1为本实施例提供的乏燃料干式贮存模块的冷却装置示意图，所述的乏燃料干式贮存模块包括乏燃料干式贮存厂房8，乏燃料干式贮存厂房8内设置有若干个钢制贮存容器2，钢制贮存容器2设置有增强散热部件，乏燃料组件1置于钢制贮存容器2内，通过钢制贮存容器2的增强散热部件带出衰变热。钢制贮存容器2同时提供部分辐射屏蔽功能。

乏燃料干式贮存模块的冷却装置包括空冷塔7及至少一组冷却组件。空冷塔7设于钢制贮存容器2上方，且空冷塔7的下端及上端分别形成空气入口72、空气出口71，空冷塔7通过空气入口72、空气出口71连通大气空间。冷却组件的上端设于空冷塔7内，冷却组件的下端与钢制贮存容器2连接，且冷却组件内形成冷却循环通道。冷却组件采用分离式热管原理实现乏燃料衰变热的非能动导出，传热热阻小，具有优良的导热能力，可以在任何温度下使用。

具体而言，冷却组件包括下部换热器3、上升管4、下降管5、上部换热器6及内部的循环工质；下部换热器3与钢制贮存容器2密切接触，上部换热器6容置于空冷塔7内，上升管4的两端分别连通下部换热器3的出口、上部换热器6的入口，下降管5的两端分别连通上部换热器6的出口、下部换热器3的入口，循环工质在下部换热器3、上升管4、上部换热器6、下降管5形成的冷却循环通道内流动。

由于乏燃料组件1产生的衰变热会持续加热钢制贮存容器2使其温度不断升高，因此与钢制贮存容器2连接的下部换热器3可以将此热量传导至冷却循环通道内的循环工质中，然后由于上升管4、下降管5的密度差使循环工质产生自然循环，实现乏燃料衰变热的非能动导出，使钢制贮存容器2的温度维持在可接受的范围内。

而在空冷塔7中，上部换热器6释放出的热量加热空冷塔7内的空气，被加热的空气上升并经空气出口71释放到大气环境，同时常温空气通过空冷塔7的空气入口72进入空冷塔7内，形成持续的空气自然对流，将上部换热器6中的热量带走至大气环境，从而依靠空气将乏燃料衰变热持续长期的排出到大气环境中。本发明利用上升管4、下降管5的密度差产生自然循环，不需要依赖任何能动设备，即可通过冷凝、蒸发的自然现象实现乏燃料衰变热的非能动导出，并且整个系统无需外部动力，实现高度非能动安全性。

具体而言，下部换热器3的入口位于下端，下部换热器3的出口位于上端；上部换热器6的入口位于上端，上部换热器6的出口位于下端。这样的结构设置，当下部换热器3中的循环工质受热蒸发后，其向上运动从而通过下部换热器3的出口进入上升管4，并沿着上升管4进入设置在空冷塔7中的上部换热器6，在上部换热器6内发生冷凝传热，将热量传递给空冷塔7中的空气；在上部换热器6中冷凝后的循环工质则沿着下降管5回到下部换热器3，形成自然循环。由于冷却装置采用分离式热管原理实现钢制贮存容器的衰变热导出，因此整个装置使用时不需要外部动力即可实现乏燃料衰变热的导出。

本实施例中循环工质为水，当然不限于此，还可以使用其他冷却介质。

此外，优选地设置多组冷却组件，多组冷却组件沿钢制贮存容器2四周相间隔地设置，且几组冷却组件的下部换热器3均与钢制贮存容器2外表面紧密连接，每组冷却组件的上部换热器6均容置于空冷塔7内。通过设置多组冷却组件，且各组冷却组件之间的工作相互独立，这样即使部分冷却组件失效，其他冷却组件仍可以可靠地工作，从而具有较高的系统可靠性。

应当理解的是，在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，所述乏燃料干式贮存模块包括乏燃料干式贮存厂房(8)，乏燃料干式贮存厂房(8)内设置有若干个钢制贮存容器(2)，钢制贮存容器(2)内设有乏燃料组件(1)；

其特征在于：

所述冷却装置包括空冷塔(7)及至少一组冷却组件；所述空冷塔(7)设于所述钢制贮存容器(2)上方，且所述空冷塔(7)的下端和上端分别形成空气入口(72)、空气出口(71)；

所述冷却组件的上端设于所述空冷塔(7)内，所述冷却组件的下端与所述钢制贮存容器(2)连接，所述冷却组件内形成冷却循环通道，所述冷却循环通道内设有循环工质；

所述冷却组件包括下部换热器(3)，所述下部换热器(3)与所述钢制贮存容器(2)紧贴，上部换热器(6)容置于所述空冷塔(7)内，上升管(4)的两端分别连通所述下部换热器(3)的出口和所述上部换热器(6)的入口，下降管(5)的两端分别连通所述上部换热器(6)的出口、所述下部换热器(3)的入口，所述下部换热器(3)、所述上升管(4)、所述上部换热器(6)、所述下降管(5)内形成所述冷却循环通道。

2.如权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：所述下部换热器(3)的入口位于所述下部换热器(3)的下端，所述下部换热器(3)的出口位于所述下部换热器(3)的上端。

3.如权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：所述上部换热器(6)的入口位于所述上部换热器(6)的上端，所述上部换热器(6)的出口位于所述上部换热器(6)的下端。

4.如权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：所述乏燃料组件(1)产生的衰变热持续加热所述钢制贮存容器(2)，使所述钢制贮存容器(2)温度不断升高，与所述钢制贮存容器(2)连接的所述下部换热器(3)将所述钢制贮存容器(2)的热量传导至冷却循环通道内的循环工质中；由于所述上升管(4)和所述下降管(5)中循环工质的密度差使循环工质在冷却循环通道内产生自然循环，实现所述乏燃料组件(1)的衰变热的非能动导出，使所述钢制贮存容器(2)的温度维持在设定范围内。

5.如权利要求4所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：当所述下部换热器(3)中的循环工质受热蒸发后，其向上运动并通过所述下部换热器(3)的出口进入所述上升管(4)，并沿着所述上升管(4)进入设置在所述空冷塔(7)中的所述上部换热器(6)，在所述上部换热器(6)内发生冷凝传热，将热量传递给所述空冷塔(7)中的空气；在所述上部换热器(6)中冷凝后的循环工质则沿着所述下降管(5)回到所述下部换热器(3)，形成自然循环。

6.如权利要求5所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：所述空冷塔(7)中，上部换热器(6)释放出的热量加热空冷塔(7)内的空气，被加热的空气上升并经空气出口(71)释放到大气环境，同时常温空气通过空冷塔(7)的空气入口(72)进入空冷塔(7)内，形成持续的空气自然对流，将上部换热器(6)中的热量带走至大气环境，从而依靠空气将乏燃料衰变热持续长期的排出到大气环境中。

7.如权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：各所述冷却组件沿所述钢制贮存容器(2)四周均匀设置，且各所述冷却组件之间的工作相互独立。

8.如权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：所述空冷塔(7)通过所述空气出口(71)、所述空气入口(72)连通大气空间。

9.如权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存模块的冷却装置，其特征在于：所述钢制贮存容器(2)设置有增强散热部件；所述钢制贮存容器(2)具有辐射屏蔽作用。

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