CN110767332B - 一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统 - Google Patents

一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，属于核电站安全系统技术领域。包括非能动余热排出换热器、高温热管、横向隔板和上升通道；非能动余热排出换热器是一个圆柱形换热器，在压力容器内部，反应堆堆芯上部，可设置在主换热器的上部或下部；多根高温热管设置在非能动余热排出换热器内部；横向隔板将非能动余热排出换热器内部分割为上下两层；上升通道与非能动余热排出换热器顶部相连；本发明实现了高温热管堆的非能动余热排出，利用高温热管作为非能动余热排出换热器的传热管，事故工况下依靠高温热管内的两相自然循环和非能动余热排出换热器内工质的自然循环，将反应堆堆芯衰变热带入环境中，实现了对反应堆的长期冷却。

Description

一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统
技术领域
本发明涉及一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，属于核电站安全系统技术领域。
背景技术
高温热管堆是利用高温热管内碱金属的两相自然循环特性，将热量从堆芯传递到能量转换系统的新型反应堆装置。布置在反应堆内部的高温热管提供了一种全新的独特方式来冷却堆芯，以连续等温蒸汽/液体内部流动的方式，实现反应堆热量由蒸发段传递到堆芯外的冷凝段。高温热管的传热效率高、压力损失小、安全可靠且能够增大反应堆堆芯换热面积，实现了堆芯热量的持续导出，现已广泛应用于空间及其它小型核反应堆设计中。
高温热管堆仍然是利用核裂变产生的热量提供能量，核反应堆停堆后需要利用余热导出系统将堆芯衰变热导出以避免堆内温度和压力过高而破坏压力边界的完整性。高温热管堆的冷却是通过插入堆芯的成百上千根热管来实现的，其运行方式也与常规电站存在较大的区别，这对反应堆余热的顺利导出提出了很大的挑战。
先进核电站的设计中采用非能动的余热排出系统导出堆芯余热，以提高核电站的固有安全性。这些非能动安全系统大多都是根据压水堆核电站进行设计，而高温热管堆的结构与压水堆核电站的结构存在很大的不同，不可能利用压水堆核电站采用的非能动安全系统导出堆芯余热。需要利用高温热管的特性，结合高温热管堆的运行特点实现堆芯衰变热的顺利导出。
因此，如何提供一种能够解决上述问题的非能动余热排出系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了最大限度减少放射性物质的释放，保证反应堆的安全而提供一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统。
本发明的目的是这样实现的：包括非能动余热排出换热器、压力容器、反应堆堆芯、主换热器、高温热管堆、横向隔板、上升通道、进口管道和出口管道；所述非能动余热排出换热器是一个位于压力容器内部的圆柱形的换热器，具体位置在反应堆堆芯上部，高温热管堆设置在压力容器内部；所述横向隔板位于非能动余热排出换热器内部并将非能动余热排出换热器内部分割为上下两层；所述上升通道与非能动余热排出换热器顶部相连；所述进口管道一端与所述非能动余热排出换热器下层空间相连、另一端与外界环境相通；所述出口管道一端与上升通道相连、另一端与外界环境相通。
本发明还包括这样一些结构特征：
1、所述高温热管堆的由竖直布置在压力容器内部的高温热管组成；高温热管竖直穿过反应堆堆芯、非能动余热排出换热器和主换热器；且所述高温热管的蒸发段位于所述反应堆堆芯内部，冷凝段位于非能动余热排出换热器内部。
2、所述横向隔板是一个环形隔板，中间设置有孔道。
3、所述上升通道位于主换热器和压力容器之间的环形空间内，与非能动余热排出换热器顶部呈对称布置的开孔相连，数量是2个或4个。
4、所述进口管道在压力容器横截面上呈对称布置，数量是2个、4个、8个或16个。
5、所述进口管道上设有一个隔离阀；非能动余热排出换热器使用海水作为冷却工质时，隔离阀处于常关状态，非能动余热排出换热器使用空气作为冷却工质时，隔离阀处于常开状态，事故条件下隔离阀自动打开。
6、所述出口管道上设有一个隔离阀和一个止回阀；隔离阀处于常关状态；事故条件下隔离阀自动打开。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本系统运行时不需要外部电源供电，非能动余热排出系统回路的自然循环驱动力依靠冷却工质受热后温差产生的密度差提供，结构简单而且从不失效。本发明通过设置环形隔板规定了冷却工质的循环流动方向，利用上升通道增强了冷却工质的自然循环能力，实现了热管冷凝段的充分均匀冷却。本发明利用压力容器内原有的热管作为非能动余热排出的换热管，实现了反应堆的紧凑型；又利用较长的上升段提高自然循环驱能力，使高温热管可以得到充分的冷却。本发明的非能动余热排出换热器布置在压力容器内部，减小了一回路冷却剂的流动阻力，可以有效提高系统的自然循环能力。
附图说明
图1是本发明一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示，是本发明一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统的整体结构图；本发明实施例公开了一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，包括：非能动余热排出换热器1，非能动余热排出换热器1是一个圆柱形的换热器，设置在压力容器2内部，具体位置在反应堆堆芯3上部，可以设置在主换热器4的上部或下部；
高温热管堆由多根高温热管5组成，且设置在非能动余热排出换热器1内部；
横向隔板6，横向隔板6将非能动余热排出换热器1内部分割为上下两层；
上升通道7，上升通道7与非能动余热排出换热器1顶部相连。
高温热管5竖直布置在压力容器2内部；高温热管5竖直穿过反应堆堆芯3、非能动余热排出换热器1和主换热器4；高温热管5的蒸发段位于反应堆堆芯3内部，冷凝段位于非能动余热排出换热器1内部。
具体的，横向隔板6是一个环形隔板，非能动余热排出换热器1下层的工质可以通过横向隔板6的中间孔道进入非能动余热排出换热器1上层。
具体的，多个上升通道7置于主换热器4和压力容器2之间的环形空间8内；上升通道7可以是2个或4个，与非能动余热排出换热器1顶部呈对称布置的开孔相连。
在一个具体的实施例中，还包括：进口管道9，进口管道9一端与非能动余热排出换热器1下层空间相连，另一端与外界环境相通；进口管道9可以是2个、4个、8个或16个，在压力容器2横截面上呈对称布置。
具体的，进口管道9上设有一个隔离阀11；非能动余热排出换热器1使用海水作为冷却工质时，隔离阀11处于常关状态，隔离阀11应能在事故条件下自动打开；非能动余热排出换热器1使用空气作为冷却工质时，隔离阀11处于常开状态。
在一个具体的实施例中，还包括：出口管道10，出口管道10一端与上升通道7相连，一端与外界环境相通。
具体的，出口管道10上设有一个隔离阀12和一个止回阀13；隔离阀12处于常关状态；隔离阀12应能在事故条件下自动打开。
本发明的工作原理如下：反应堆正常运行时，非能动余热排出系统出口阀门13关闭，冷却工质不能流进非能动余热排出换热器1，反应堆热量主要通过主换热器4传递给能量转换系统。当发生全船断电事故时，能量转换系统失去动力，主换热器4失去冷却。此时，非能动余热排出系统的出口隔离阀13和进口隔离阀11全部自动打开，冷却工质(空气或海水)由多个进口管道9进入非能动余热排出换热器1，首先流过非能动余热排出换热器1的下层，然后通过横向隔板6中间的孔道进入非能动余热排出换热器1的上层，然后进入上升通道7，经出口管道10流出，进入大海或大气环境中。
在这个过程中，冷却工质横向冲刷高温热管表面时被加热，工质温度升高，上升通道内冷却工质的温度增大。在冷热流体密度差的作用下，冷却工质源源不断的进入非能动余热排出换热器，被加热后流出到环境中去，从而完成一个自然循环流动。
综上，本发明公开了一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，包括：非能动余热排出换热器，所述非能动余热排出换热器是一个圆柱形的换热器，设置在压力容器内部，具体位置在反应堆堆芯上部，可以设置在主换热器的上部或下部；高温热管，多根所述高温热管设置在所述非能动余热排出换热器内部；横向隔板，所述横向隔板将所述非能动余热排出换热器内部分割为上下两层；上升通道，所述上升通道与所述非能动余热排出换热器(1)顶部相连；本发明实现了高温热管堆的非能动余热排出，利用高温热管作为非能动余热排出换热器的传热管，事故工况下依靠高温热管内的两相自然循环，以及非能动余热排出换热器内工质的自然循环，将反应堆堆芯衰变热带入环境中，实现了对反应堆的长期冷却。

Claims (6)

1.一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，其特征在于：包括非能动余热排出换热器、压力容器、反应堆堆芯、主换热器、高温热管堆、横向隔板、上升通道、进口管道和出口管道；所述非能动余热排出换热器是一个位于压力容器内部的圆柱形的换热器，具体位置在反应堆堆芯上部，高温热管堆设置在压力容器内部；所述横向隔板位于非能动余热排出换热器内部并将非能动余热排出换热器内部分割为上下两层；所述上升通道与非能动余热排出换热器顶部相连；所述进口管道一端与所述非能动余热排出换热器下层空间相连、另一端与外界环境相通；所述出口管道一端与上升通道相连、另一端与外界环境相通；所述高温热管堆的由竖直布置在压力容器内部的高温热管组成；高温热管竖直穿过反应堆堆芯、非能动余热排出换热器和主换热器；且所述高温热管的蒸发段位于所述反应堆堆芯内部，冷凝段位于非能动余热排出换热器内部。
2.根据权利要求1所述一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，其特征在于：所述横向隔板是一个环形隔板，中间设置有孔道。
3.根据权利要求2所述一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，其特征在于：所述上升通道位于主换热器和压力容器之间的环形空间内，与非能动余热排出换热器顶部呈对称布置的开孔相连，上升通道的数量是2个或4个。
4.根据权利要求2所述一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，其特征在于：所述进口管道在压力容器横截面上呈对称布置，数量是2个、4个、8个或16个。
5.根据权利要求1或3或4所述一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，其特征在于：所述进口管道上设有一个隔离阀；非能动余热排出换热器使用海水作为冷却工质时，隔离阀处于常关状态，非能动余热排出换热器使用空气作为冷却工质时，隔离阀处于常开状态，事故条件下隔离阀自动打开。
6.根据权利要求1或3或4所述一种用于高温热管堆的非能动余热排出系统，其特征在于：所述出口管道上设有一个隔离阀和一个止回阀；隔离阀处于常关状态；事故条件下隔离阀自动打开。
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