CN111785398A - 一种适用于安全壳的非能动余热排出系统 - Google Patents

一种适用于安全壳的非能动余热排出系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，其包括：安全壳，其具有相对的一顶部及一底部；管体，设于所述安全壳的一侧，其底端与所述安全壳的底部连通，顶端设有位于所述安全壳上方的开口，且所述管体内设有冷却液体；用于挡止所述冷却液体下移的密封件，其设于所述管体内且位于所述冷却液体的底面，所述密封件可在所述管体内上下移动，同时，所述安全壳可以利用事故(如主管道破裂)发生的高压气体实现安全壳降温降压。

Description

一种适用于安全壳的非能动余热排出系统
技术领域
本发明涉及安全壳冷却技术领域，特别涉及一种适用于安全壳的非能动余热排出系统。
背景技术
目前，海洋核动力平台安全壳发生事故时，内部产生高温高压气体，正常情况下通过余热排出系统将热量导出，但如果在失去电能供应的情况下余热排出系统将无法正常工作，导致热量聚集而发生爆炸事故，采用有效的方法导出安全壳内的热量，对保持安全壳的完整性至关重要。
相关技术中，现阶段的非能动余热导出系统多为在安全壳顶部设置大型水箱，事故工况下开启水箱，使冷却水喷淋在安全壳表面的方法来实现。
但是，由于海洋核动力平台为海上浮动构筑物，在安全壳的上部设置大型水箱，将提高平台的重心，不利于平台的稳性；同时，原有余热排出系统仅起到降温的作用，并未有效利用安全壳内产生的压力，同时无法通过临时增大安全壳容积实现降压，安全壳内部的压力降低缓慢。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，以解决相关技术中在安全壳的上部设置大型水箱，不利于平台的稳性，同时，原有余热排出系统仅起到降温的作用，并未有效利用安全壳内产生的压力，同时无法通过临时增大安全壳容积实现降压，安全壳内部的压力降低缓慢的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，其包括：安全壳，其具有相对的一顶部及一底部；管体，设于所述安全壳的一侧，其底端与所述安全壳的底部连通，顶端设有位于所述安全壳上方的开口，且所述管体内设有冷却液体；用于挡止所述冷却液体下移的密封件，其设于所述管体内且位于所述冷却液体的底面，所述密封件可在所述管体内上下移动。
一些实施例中，所述密封件设于所述管体的竖直段，且当所述管体内的所述冷却液体排尽时，所述密封件的重力大于其下方气体产生的推力。
一些实施例中，所述管体的竖直段上设有下限位块和位于所述下限位块上方的上限位块，所述密封件可在所述下限位块与所述上限位块之间移动。
一些实施例中，所述密封件包括活塞及设于所述活塞上的密封圈。
一些实施例中，所述管体的下部设有阀门，所述阀门设于所述密封件的下方，打开所述阀门，所述安全壳内的气体可进入所述管体。
一些实施例中，所述管体顶端的开口连接有喷淋头，所述冷却液体通过所述喷淋头喷洒至所述安全壳表面。
一些实施例中，所述喷淋头正对所述安全壳顶部的中心。
一些实施例中，所述系统进一步包括：拱形顶，所述拱形顶设于所述安全壳的顶面，所述冷却液体喷洒至所述拱形顶上。
一些实施例中，所述系统进一步包括：环形流道，所述环形流道缠绕于所述安全壳的外侧面，且所述环形流道的上端连接所述安全壳的顶面；所述冷却液体可自所述安全壳的顶部流入所述环形流道。
一些实施例中，所述环形流道的截面呈L形，且所述环形流道的水平短边与所述安全壳固定。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，由于在所述安全壳的一侧设置了所述管体，且所述管体的底端与所述安全壳的底部连通，顶端设有位于所述安全壳上方的开口，所述管体内还设有所述冷却液体，当所述安全壳内部产生高压气体使其压力达到预设值时，所述高压气体可自所述安全壳的底部进入所述管体，进而与所述冷却液体底面的所述密封件接触，由于此时所述高压气体的压力较高，其产生的推力较大，大于所述密封件与所述冷却液体的重力，使所述高压气体可以推动所述密封件上移，进而所述密封件推动所述冷却液体上移流出所述管体顶端的开口，喷洒至所述安全壳上，对所述安全壳进行降温；并且由于所述管体设于所述安全壳的一侧而非设于所述安全壳的上部，所述管体内的所述冷却液体的重量并不会较大程度的提高所述安全壳和所述管体所在平台的重心，使平台的稳性较好，同时，由于所述安全壳中的所述高压气体通过所述管体的底端进入了所述管体内，因此，在充分利用了所述高压气体实现降温的同时，在事故工况时临时增大了所述安全壳压力边界范围，增加了收容所述安全壳内气体的容积，便可快速降低了所述安全壳内的压力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种适用于安全壳的非能动余热排出系统的主视示意图；
图2为本发明实施例提供的一种适用于安全壳的非能动余热排出系统的俯视示意图；
图3为本发明实施例提供的部分冷却液体流出管体后的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的冷却液体排尽时的结构示意图。
图中：1、安全壳；11、顶部；12、底部；13、通孔；2、管体；21、竖直段；22、第一水平段；23、第二水平段；24、上限位块；25、下限位块；3、阀门；4、密封件；41、活塞；42、密封圈；5、冷却液体；6、喷淋头；7、拱形顶；8、环形流道；81、底板；82、侧板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明实施例提供了一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，其能解决相关技术中在安全壳的上部设置大型水箱，不利于平台的稳性，同时，原有余热排出系统仅起到降温的作用，并未有效利用安全壳内产生的压力，同时无法通过临时增大安全壳容积实现降压，安全壳内部的压力降低缓慢的问题。
参见图1所示，为本发明实施例提供的一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，其包括：安全壳1；并列设于所述安全壳1一侧的管体2，所述管体2内设有用于冷却所述安全壳1的冷却液体5；以及用于挡止所述冷却液体5下移的密封件4。
参见图1和图2所示，在一些实施例中，所述安全壳1可以为圆筒状，且所述安全壳1内可以容纳核反应堆压力容器以及部分安全系统，当所述安全壳1发生严重事故(比如主管道破裂，原高温水汽化成水蒸气，造成所述安全壳1内部高温高压)时，其内部会产生高压气体使其压力达到预设值，所述安全壳1可以为钢质的密闭壳体，其具有相对的一顶部11及一底部12，且所述安全壳1的顶面可以为平面，或者是中间向上凸起的曲面，在所述安全壳1的底部12可以开设一个或者多个通孔13用于与所述管体2连通。
参见图1和图3所示，在一些可选的实施例中，所述管体2也可以为钢制的，其具有一定的强度可以承受所述安全壳1内部的所述高压气体，所述管体2可以包括一竖直段21和与所述竖直段21下端连接的第一水平段22，以及与所述竖直段21的上端连接的第二水平段23，所述第一水平段22的自由末端与所述安全壳1的通孔13连接，从而使所述管体2与所述安全壳1的内部连通，所述第一水平段22上靠近所述通孔13处可以设有阀门3，打开所述阀门3，所述安全壳1内的高压气体可以进入所述管体2，其中，所述阀门3可以通过手动打开，也可以通过控制器进行控制，当所述安全壳1内的压力达到预设值时，控制所述阀门3自动打开。
参见图3和图4所示，在一些实施例中，所述竖直段21的底端可以设有下限位块25，且所述竖直段21的顶端可以设有上限位块24，所述密封件4设于所述竖直段21内且位于所述下限位块25与所述上限位块24之间，所述密封件4可以在所述下限位块25与所述上限位块24之间上下移动，所述上限位块24可以挡止所述密封件4过度向上移动，所述下限位块25可以挡止所述密封件4过度向下移动，且所述上限位块24和所述下限位块25并不会将所述管体2密封，所述密封件4可以使所述管体2的位于所述密封件4以下的部分形成密闭空间，且所述管体2位于所述密封件4以上的部分(也就是所述竖直段21和所述第二水平段23)可以充满所述冷却液体5，本实施例中，所述冷却液体5优选为冷却水，且所述密封件4可以包括活塞41及设于所述活塞41上的密封圈42，由于所述活塞41上设置了所述密封圈42，可以使所述密封件4的密封性更好。
参见图1和图3所示，在一些可选的实施例中，所述第二水平段23可以自所述竖直段21的上端水平延伸至所述安全壳1的上方，且所述第二水平段23的末端具有开口，所述开口可以连接有喷淋头6，所述喷淋头6可以正对所述安全壳1顶部11的中心，所述冷却液体5可以通过所述喷淋头6喷洒至所述安全壳1的顶面，优选地，所述喷淋头6可以与所述阀门3联动，即当所述阀门3处于关闭状态时，所述喷淋头6也处于关闭的状态，此时所述冷却液体5不能从所述喷淋头6流出，当所述安全壳1内部产生所述高压气体需要降温降压时，所述阀门3处于打开状态时，并且所述喷淋头6也处于打开的状态，所述安全壳1的高压气体可以自所述通孔13进入所述第一水平段22，进而进入所述竖直段21与所述密封件4接触，由于此时的高压气体压力较高，其产生的推力较大，大于所述密封件4与所述冷却液体5的重力，使所述高压气体可以推动所述密封件4上移，进而所述密封件4推动所述冷却液体5上移流出所述管体2，所述冷却液体5可以通过所述喷淋头6喷洒至所述安全壳1顶面，并且可以顺着所述安全壳1的外侧面向下流动，对所述安全壳1进行降温。
参见图1和图2所示，在一些实施例中，所述系统进一步可以包括拱形顶7，所述拱形顶7的外轮廓直径可以与所述安全壳1顶面的直径大小相同，且可以设置于所述安全壳1的顶面，使所述拱形顶7底面的外边缘与所述安全壳1顶面的外边缘重合，当所述安全壳1的顶面为凹凸不平的表面时，通过设置所述拱形顶7，可以保证所述冷却液体5完全且顺利的从所述安全壳1的顶部11流至其外侧面，从而避免所述冷却液体5堆积在所述安全壳1的顶面。
参见图1和图3所示，在一些可选的实施例中，所述系统进一步还可以包括螺旋缠绕于所述安全壳1外侧面的环形流道8，且所述环形流道8的上端可以与所述安全壳1顶面的边缘连接，所述冷却液体5可以自所述安全壳1的顶面向下自由流入所述环形流道8，所述环形流道8可以包括底板81和固定于所述底板81外侧缘的侧板82，且所述侧板82可以竖直设置，使所述环形流道8在竖直方向上的截面呈L形，在同一截面上，所述侧板82的竖直高度可以大于所述底板81的水平长度，且每一个截面上，所述底板81的水平长度可以均相同，所述底板81的内侧缘可以焊接于所述安全壳1外侧面，以将所述环形流道8固定于所述安全壳1的外侧面，由于在所述安全壳1的外侧面增加了所述环形流道8，所述冷却液体5可以顺着所述环形流道8缓缓流向所述安全壳1的底部，且所述环形流道8的倾斜角度应足够平缓，保证所述冷却液体5与所述安全壳1的外壁接触的时间足够长，接触面积更大，以提高冷却效率，更容易将所述安全壳1内大量热量散发出去，并且使所述冷却液体5在所述环形流道8内缓缓下流的过程中，由液体慢慢蒸发为气体，到所述环形流道8的底端所述冷却液体5几乎已经完全蒸发，提高了所述冷却液体5的作用效率。
参见图4所示，在一些实施例中，当所述密封件4上移至所述上限位块24时，所述管体2内的所述冷却液体5几乎已经排尽，此时，所述安全壳1内的温度和压力也已降低，所述密封件4的重力将大于其下方气体产生的推力，使所述密封件4可以在重力的作用下缓慢下降至所述下限位块25的位置，并且，在所述密封件4下降的过程中，可以将部分气体再压回所述安全壳1内部，以平衡所述安全壳1内的压力，使所述安全壳1内的压力不会突然降低的太快。
参见图1所示，本实施例仅示出了在所述安全壳1的一侧设置一个所述管体2，在其他实施例中，为提高所述安全壳1的降温降压效果，可以在所述安全壳1的四周设置多个相同结构的所述管体2，同时对所述安全壳1进行降温。
本发明实施例提供的一种适用于安全壳的非能动余热排出系统的原理为：
由于在所述安全壳1的一侧设置了所述管体2，且所述管体2的底端与所述安全壳1的底部12连通，顶端设有位于所述安全壳1上方的开口，所述管体2内还设有所述冷却液体5，当所述安全壳1内部产生高压气体使其压力达到预设值时，所述高压气体可自所述安全壳1的底部12进入所述管体2，进而与所述冷却液体5底面的所述密封件4接触，由于此时所述高压气体的压力较高，其产生的推力较大，大于所述密封件4与所述冷却液体5的重力，使所述高压气体可以推动所述密封件4上移，进而所述密封件4推动所述冷却液体5上移流出所述管体2顶端的开口，所述冷却液体5可以喷洒至所述安全壳1上，对所述安全壳1进行降温；并且由于所述管体2设于所述安全壳1的一侧而非设于所述安全壳1的上部，所述管体2内的所述冷却液体5的重量并不会较大程度的提高所述安全壳1和所述管体2所在平台的重心，使平台的稳性较好，同时，由于所述安全壳1中的所述高压气体通过所述管体2的底端进入了所述管体2内，因此，在实现降温的同时，也充分利用了所述高压气体，并且所述安全壳1中的所述高压气体可以流通到所述管体2中，增加了容纳所述高压气体的体积，从而也快速降低了所述安全壳1内的压力。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于，其包括：
安全壳(1)，其具有相对的一顶部(11)及一底部(12)；
管体(2)，设于所述安全壳(1)的一侧，其底端与所述安全壳(1)的底部(12)连通，顶端设有位于所述安全壳(1)上方的开口，且所述管体(2)内设有冷却液体(5)；
用于挡止所述冷却液体(5)下移的密封件(4)，其设于所述管体(2)内且位于所述冷却液体(5)的底面，所述密封件(4)可在所述管体(2)内上下移动。
2.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述密封件(4)设于所述管体(2)的竖直段(21)，且当所述管体(2)内的所述冷却液体(5)排尽时，所述密封件(4)的重力大于其下方气体产生的推力。
3.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述管体(2)的竖直段(21)上设有下限位块(25)和位于所述下限位块(25)上方的上限位块(24)，所述密封件(4)可在所述下限位块(25)与所述上限位块(24)之间移动。
4.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述密封件(4)包括活塞(41)及设于所述活塞(41)上的密封圈(42)。
5.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述管体(2)的下部设有阀门(3)，所述阀门(3)设于所述密封件(4)的下方，打开所述阀门(3)，所述安全壳内的气体可进入所述管体(2)。
6.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述管体(2)顶端的开口连接有喷淋头(6)，所述冷却液体(5)通过所述喷淋头(6)喷洒至所述安全壳(1)表面。
7.如权利要求6所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述喷淋头(6)正对所述安全壳(1)顶部(11)的中心。
8.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
拱形顶(7)，所述拱形顶(7)设于所述安全壳(1)的顶面，所述冷却液体(5)喷洒至所述拱形顶(7)上。
9.如权利要求1所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
环形流道(8)，所述环形流道(8)缠绕于所述安全壳(1)的外侧面，且所述环形流道(8)的上端连接所述安全壳(1)的顶面；
所述冷却液体(5)可自所述安全壳(1)的顶部(11)流入所述环形流道(8)。
10.如权利要求9所述的适用于安全壳的非能动余热排出系统，其特征在于：
所述环形流道(8)的截面呈L形，且所述环形流道(8)的水平短边与所述安全壳(1)固定。
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