CN1108421A - 冷却水分配系统 - Google Patents

Abstract

用于核反应堆密闭壳的被动式外壳冷却系统。 公开的是一个冷却水分配系统，此系统借助重力在钢 密闭壳的外表面上均匀地引导冷却水并使用了互相 连接的一系列径向导流元件、多个环形集水元件和集 水箱，以便收集冷却水并将该水输送至沿钢密闭壳的 弯曲表面延伸的分配槽中。所述冷却水用分配槽中 的多个溢流口均匀地分配在弯曲表面上。

Description

本发明涉及到核反应堆，尤其是涉及到用来放置核反应堆、蒸气发生器和有关设备的钢密闭壳的被动式冷却系统。在1991年9月17日授于西屋电气公司的美国5，049，353号专利中，说明了一种被动式外壳冷却系统，一旦水冷反应堆用的任何主动冷却系统出现故障，该冷却系统可用来冷却核电厂的钢密封壳。此专利所述的冷却系统也能够用作消极散热器，以便安全迅速地从钢密闭壳上除去堆芯衰变的所有热量并且防止钢密闭壳内所具有的任何过大的压力。

正如上面提到的美国5.049，353号专利中进一步说明的那样，被动式外壳冷却系统综合利用钢密闭壳与混凝式屏蔽楼之间的自然空气循环和重力注入的冷却水以提供必要的冷却和散热。万一反应堆任何原有的主动式冷却系统出现故障或者突发事故，该被动式外壳冷却系统能够用来提供充分的冷却，以便安全和有序地关闭反应堆。

在该被动式外壳冷却系统中使用的重力注入冷却水来自建在包围所述钢密闭壳的混凝土屏蔽楼屋顶内的环形大水箱（400，000加仑），并且，在需要的时候，让该冷却水靠重力流过该钢密闭壳的所有外表面。由于该冷却水是靠自然的重力流出的，故不必要泵和人工操作器的作用来提供必需的冷却效果。该冷却水储水箱设计成能达到提供几天的冷却水的要求。这以后可再给水箱添加补充水，或者，所提供的空气冷却会足以从该钢密闭壳中除去任何剩余的热量。

为了从钢密闭壳外表面上最有效地除热，重要的是该被动式冷却水能以均匀薄膜的方式流过所述的整个表面，以防止该表面上出现任何过热点并使水的冷却效果最大。而在钢密闭壳表面上均匀分布水则恰恰是困难的，这是因为，钢密闭壳的穹顶是一个具有弯曲表面的椭球形拱，并且该钢表面在具有钢制品实际允许的光滑度的同时，还含有一些表面偏差和凸凹不平的区域，这就使得冷却水成为“沟渠”或换句话说，不能以均匀薄膜的方式流过该表面。与所需的水膜厚度相比，这些表面偏差和不均匀性是大的。也已经观察到，如果在钢密闭壳的顶部附近出现“沟流”，则该沟流将继续沿该密闭壳的侧面往下，从而造成一大块面积得不到有效的冷却并导致过热点。

原先在钢密闭壳的弯曲表面上提供均匀的冷却水膜的尝试已经得以改善了，但没有完全解决上述问题。如上面提到的美国5，049，353号专利中所述，解决此问题的一个途径是要在该钢密闭壳的外表面上涂敷一种特殊导热可湿用的锌基漆。与裸露的钢表面相比，这种漆虽改善了冷却水的流通，但沟流和过热点仍然会出现。

因此，本发明的一个目的是提供一种适用于被动地冷却钢密闭壳外侧的冷却水分配系统，此系统在钢密闭壳的整个表面上提供薄的，均匀的冷却水膜。

本发明的另一个目的是提供一种可靠的冷却水分配系统，此系统能根据所给定的冷却水容量提供最大的冷却效果。

本发明的再一个目的是提供一种冷却水分配系统，它是简单的，容易适合不同尺寸和形状的钢密闭壳并可调整来适应钢密闭壳表面的制造或装配偏差。

本发明的其它及进一步的目的将随以下的详细说明和附图以及权利要求而体现出来。

业已发现，通过提供多个导流元件和多个环形集水元件，可以达到上述目的，所述导流元件固定在钢密闭壳穹顶的弯曲表面上并相对于安装在穹顶上面的冷却水源径向地向外向下延伸，所述的集水元件也固定在上述弯曲表面上并正交于上述径向的导流元件。一个集水箱设在一对相邻的径向导流元件和一对相邻的环形集水元件之间。多个分配槽固定在钢密闭壳的弯曲表面上并在每个集水箱的两侧上沿该侧延伸。每个分配槽的至少一个侧壁上设有多个溢流口，以便将分配槽中流动着的冷却水均匀地分配到钢密闭壳弯曲的外表面上。

图1是用于核反应堆电站的被动式外壳冷却系统的部分剖面的侧视图，本发明的冷却水分配系统就为它开发的。

图2是所述钢密闭壳穹顶部分的俯视图，此图示出了用于本发明的冷却水分配系统的各种元件和部件的一般结构。

图3是用于本发明的冷却水分配系统的集水箱之一的放大了的俯视图。

图4是沿图3所示剖面线Ⅳ-Ⅳ的剖视图。

图5是沿图3所示的剖面线Ⅴ-Ⅴ的剖视图。

图6是一张俯视平面图，此图示出了用于本发明的冷却水分配系统的分配槽的结构。

与本发明一起使用的该被动式外壳冷却系统示于图1中，该系统用来把热量从反应堆钢密闭壳中排至外部，从而，即使该反应堆的一个或几个原有冷却系统有问题或出现故障，也不会超过密闭壳的设计压力和温度。

如图1中所示，该被动式外壳冷却系统包括一个钢密闭壳1，它将一个核反应堆2和几个蒸汽发生器3封闭在内。该钢密闭壳1有一个球形或椭球形的穹顶4和一个外表面5以及一个筒形的侧墙6。对于一个产生约1800兆瓦热和使用压力水核反应堆2的典型核反应堆电厂来说，钢密闭壳的筒形侧墙6可以具有约130英尺（40米）的直径和约为1.625英寸（4.13厘米）的钢墙厚度，以便经受所需的内部压力。

一座混凝土屏蔽楼7包围钢密闭壳1，在钢密闭壳1的外表面5和屏蔽楼7的内表面之间具有约4.4英尺（134.2厘米）的环形间隔。屏蔽楼7的顶部设有空气入口8，该空气入口8径向地围绕该屏蔽楼7并最好由一系列装有隔栅的等间距入口通道组成。

在屏蔽楼7的上部支承着一个环形水箱中的冷却水源9。

屏蔽楼7的顶部10有一个往上延伸的排出受热空气和水蒸汽的中央烟筒11，该烟筒11用来增加受热空气的高度从而使屏蔽楼7内的空气有较高的自然循环。该烟筒还能防止受热空气和水蒸汽被抽入到空气入口8。在一个实施例中，该烟筒在屏蔽楼的顶部10以上约50英尺（15米），或者在钢密闭壳1的顶部以上约65英尺（19.5米）。

钢的空气隔板放置在屏蔽楼7的内墙表面和钢密闭壳1的外墙表面5之间，以便在钢密闭壳1和屏蔽楼7之间限定一对环形气隙21和22，并且提供有用而高效的气流以利于冷却密闭壳1。如图1中箭头所示，外界空气通过空气入口8被抽入到屏蔽楼7中，并且往下流过外部环形气隙21，然后往上流过内部环形气隙22，同时在钢密闭壳1的外表面5上通过，之后通过中央烟筒11排出。

一旦反应堆2内的原有冷却系统之一临时发生故障或出问题，依靠这样产生的外部冷却空气的自然通风来冷却外壳可能是不够的。因此，本发明目的在于提供补充水冷却系统，它把来自位于屏蔽楼7顶部10的重力冷却水源9的冷却水供至钢密闭壳1的外表面5。冷却水最初将依靠直接传热交换来冷却外表面5。随着该冷却水的加热，它开始蒸发成往上流动的冷却气流。这就会产生蒸发冷却作用，从而在水的正常沸点之下以期望的适中热流量良好地冷却钢密闭壳1的外表面5。结果导致冷却空气能够扩散到表面5，因此降低了脱离表面5的水蒸汽的部分压力，从而降低被加热的冷却水的饱和温度。

从屏蔽楼顶部10中的冷却水源9排出冷却水是要提供用几天的冷却水容量，这之后再向该水源补充冷却水。

图2中说明了一个用于将冷却水分配到钢密闭壳1的穹顶4的弯曲表面上的结构的最佳实施例。该冷却水通过排水管道从储水箱9注入到位于圆拱顶4中心的一个开有长孔的分配器缸20中。分配器20中的长孔具有一定尺寸，从而即使分配器20倾斜或不准直，从每个长孔出来的流量也基本上是均匀的。如图2所示，多个钢导流元件13焊在穹顶4的弯曲表面上，并且相对中心分配器缸20径向地往外和往下延伸，从而连穹顶4上形成8个饼状的扇形或区间。

多个钢板环形集水元件14从穹顶4的顶部分岔往下焊接到该穹顶4的外表面5上。该集水元件14围绕穹顶4全面扩展并横交径向导流元件13。集水箱15置于一对相邻的径向导流元件13和一对相邻的环形集水元件14之间，以便接收已经流过径向导流元件13之间穹顶4而后由环形集水元件14收集并导入到集水箱15中的冷却水。随着该冷却水流入到集水箱15，它就会从集水箱15出来重新分配进入多个分配槽16，该槽在集水箱15的两侧上向前延伸并固定在钢密闭壳的弯曲外表面5上。

如图2、3和4所示，分配槽16包括4个固定到集水箱15各侧的长度逐步增加的平行槽道。集水箱15各侧上的这4个平行槽道16编组成一个单独加工的元件，此元件一端固定在集水箱15上而另一端则支承在密闭壳上。分配槽16对于集水箱15的每一侧来说最好4个组合成一个单元，但是用支架19固定到外表面5上，支架19能使分配槽在达到足够的倾斜方面作调整，以保证每个分配槽16中的冷却水连续均匀地流动。支承在密闭壳1上允许密闭壳1因加压或不均匀的温度而增大，但不会使分配槽16受力过大。一个单独的分配槽16固定在集水箱15的前壁上，如图3所示。用插入集水箱15壁面的一系列V型溢流口17，将冷却水从集水箱15引入到所有分配槽16。这种结构能使冷水却均匀流进每个分配槽16。各个分配槽16的一个侧壁上均设有多个V型溢流口18，它们彼此等间距地置配并将分配槽16中所装的冷却水分配到恰在环形集水元件14下面的钢密闭壳1的弯曲外表面5上去。

沿钢密闭壳1的弯曲表面5往下逐步重复径向导流元件13、环形集水元件14、集水箱和分配槽的配置，以便在钢密闭壳1的全部表面5上提供均匀的冷却水薄膜复盖层。分配槽16侧壁中的V型溢流口18朝往上的方向排出溢流水舌，从而使外表面5的复盖范围最大。集水箱15中的溢流口17最好用螺栓连接到集水箱15，以允许最后找正和等量分配流往分配槽16的水。在推荐使用V型溢流口17和18来控制冷却水流量的同时，如果需要，也可使用其它形状的溢流口。

Claims (9)

1、用于在密闭壳的弯曲表面上分配冷却水的装置，特征在于：

(a)一个冷却水源；

(b)多个导流元件，这些导流元件固定在上述弯曲表面并从上述冷却水源径向地往外和往下延伸；

(c)多个环形集水元件，这些集水元件固定在上述弯曲表面并横交上述径向导流元件；

(d)多个集水箱，每个箱位于一对相邻的径向导流元件和一对相邻的环形集水元件之间；

(e)多个分配槽，这些分配槽沿上述每个集水箱的两侧上延伸并固定在上述弯曲表面上；

(f)在上述分配槽的至少一个侧壁中的多个溢流口，用来将上述分配槽中所装的冷却水分配到上述弯曲表面上去。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所说的冷却水源是在上述弯曲表面上的一个开有长孔的分配缸。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所说的导流元件数量是8个。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所说的集水箱数量是8个。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的集水箱的侧壁设有溢流口，用来将水分配到上述分配槽中去。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所说的溢流口是可调整的。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在上述每个分配槽中设有4个溢流口。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所说的溢流口是V型的。

9、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所说的分配槽相对于上述弯曲表面是可调整的。

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