CN112582082B - 一种非能动安全壳空气冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非能动安全壳空气冷却系统，包括屏蔽厂房、安全壳、以及隔热件，所述屏蔽厂房包围在所述安全壳外，在两者之间形成空气流道，所述屏蔽厂房上设有空气入口和空气出口，所述空气流道通过所述空气入口、所述空气出口与外部大气环境连通；所述隔热件设于所述空气流道内，并沿屏蔽厂房周向分布，所述隔热件的内壁和外壁分别与所述安全壳、所述屏蔽厂房相对，以削弱安全壳与屏蔽厂房之间的辐射换热，防止屏蔽厂房温升过高，确保屏蔽厂房的结构完整性，并提高所述空气流道中的空气的带热能力，确保安全壳内的温度、压力处于较低值，提高安全壳的安全性。

Description

一种非能动安全壳空气冷却系统

技术领域

本发明属于核技术领域，具体涉及一种非能动安全壳空气冷却系统。

背景技术

非能动安全壳冷却系统是当发生反应堆冷却剂系统(RCS) 失水事故或主蒸汽管道破裂等事故后通过自然力(如自然循环、自然对流和重力)驱动导出安全壳内的热量的系统，以确保安全壳结构的完整性。

目前，核电厂设计中的非能动安全壳冷却系统的冷却方式包括水冷却、空气冷却、以及水冷却和空气冷却结合的方式。其中，采用水冷却和空气冷却结合方式的非能动安全壳冷却系统通常是利用钢制安全壳作为导热体，并在安全壳外部设置混凝土屏蔽厂房进行防护，比如：西屋AP1000采用钢制安全壳顶部淋水加空气冷却的方案，外部设置混凝土屏蔽厂房，当水箱的水排空后完全依靠空气对流冷却导出后期的衰变热；NuScale反应堆是将钢制安全壳浸没于水池中，当水池水位下降时可利用空气冷却导出余热。

然而，对于仅依靠空气冷却进行导热的方式，由于空气的换热系数远低于水，且钢制安全壳的换热表面的面积有限，其热量导出能力有限，难以及时导出安全壳内的热量。并且，当反应堆堆芯衰变热较大时，事故后的安全壳内部的温度在较长时间内会保持在较高值，钢制安全壳与屏蔽厂房之间的辐射换热作用会使混凝土屏蔽厂房墙体温度升高并持续较长时间，长期高温会影响屏蔽厂房的结构，从而影响核电厂的安全性。

发明内容

针对现有技术存在的以上不足，本发明公开一种非能动安全壳空气冷却系统，可以削弱安全壳与屏蔽厂房之间的辐射换热，防止屏蔽厂房温升过高，确保屏蔽厂房的结构完整性，还可以提高空气带热能力，确保安全壳内的温度、压力处于较低值，以提高安全壳的安全性。

本发明提供一种非能动安全壳空气冷却系统，其技术方案如下：

一种非能动安全壳空气冷却系统，包括屏蔽厂房、安全壳、以及隔热件。

所述屏蔽厂房包围在所述安全壳外，在两者之间形成空气流道，所述屏蔽厂房上设有空气入口和空气出口，所述空气流道通过所述空气入口、所述空气出口与外部大气环境连通；

所述隔热件设于所述空气流道内，并沿屏蔽厂房周向分布，所述隔热件的内壁和外壁分别与所述安全壳、所述屏蔽厂房相对，以削弱安全壳与屏蔽厂房之间的辐射换热，并提高所述空气流道中的空气的带热能力。

优选的是，所述隔热件包括隔热板，所述隔热板为环状，其罩设在所述安全壳外，且所述隔热板的侧面顶部与所述屏蔽厂房的内壁连接。

优选的是，所述隔热板与所述屏蔽厂房的距离小于隔热板与所述安全壳的距离。

优选的是，所述隔热板为多个，多个隔热板由内向外依次设置在所述隔热件与所述屏蔽厂房之间，且各隔热板之间留有空隙。

优选的是，所述隔热板包括多个板单元，多个板单元依次连接，并在所述安全壳外部呈周向分布。

优选的是，所述板单元采用铝合金或钢材料制成，其表面呈平板状或波纹板状或瓦楞板状。

优选的是，所述隔热板上设有翅片，所述翅片的数量为多个，各个翅片的一端与隔热板相连，其另一端向外沿竖向方向延伸凸出于所述隔热板。

优选的是，所述隔热件还包括低发射率层、高发射率层，所述低发射率层设于所述隔热板的外壁上，其发射率低于 0.3；

所述高发射率层设于所述隔热板的内壁上，其发射率为 0.6-1.0。

优选的是，所述高发射率层为环氧树脂材料制成，所述低发射率为金属-树脂复合涂层材料制成。

优选的是，所述空气入口设于所述屏蔽厂房的底部，所述空气出口设于所述屏蔽厂房的顶部。

有益效果：

本发明的非能动安全壳空气冷却系统，不仅可在一定程度上削弱安全壳和屏蔽厂房之间的辐射换热，防止屏蔽厂房温升过高，从而确保屏蔽厂房的结构完整性，还可以利用安全壳与隔热件之间的辐射换热，将安全壳内的一部分热量传递给隔热件，隔热件在接收到辐射热量后再对空气进行对流换热加热，从而安全壳和隔热板形成了对空气流道内空气的双壁面加热，增加了对空气的换热面积，从而可提高空气带热能力，同时，与现有技术相比，设置隔热件后的屏蔽厂房仍可以作为热阱吸热，实现空气和屏蔽厂房对安全壳热量的多元化导出，从而确保安全壳内的温度、压力处于较低值，进而提高安全壳的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中非能动安全壳空气冷却系统的结构示意图；

图2为图1中隔热件的横向截面图；

图3为图1中隔热件的竖向截面图。

其中：1-屏蔽厂房；2-安全壳；3-空气流道；4-隔热件；5- 空气入口；6-空气出口；7-低发射率层；8-高发射率层；9-翅片。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在相互不冲突情况下，本发明的实施例和实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，方向性术语所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。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种非能动安全壳空气冷却系统，包括屏蔽厂房1、安全壳2、以及隔热件4，其中：

屏蔽厂房1包围在安全壳2外，在屏蔽厂房1和安全壳2 之间留有一定距离的空隙，使两者之间形成空气流道3。屏蔽厂房1上设有空气入口5和空气出口4，空气流道3通过空气入口 5、空气出口6与外部大气环境连通，使得大气环境中的空气可以自由地进入到空气流道3和从空气流道3排出。在安全壳发生破口等事故后，破口喷出的高温高压流体进入到安全壳2内，导致安全壳2内的温度、压力升高，此时，大气环境中的空气在流经空气流道3时与安全壳2的壁面进行对流换热将部分热量至空气，空气受热后从空气出口6流出，从而可将安全壳1内的热量导出，实现对安全壳的非能动冷却降温。

隔热件4设于空气流道3内，并沿屏蔽厂房1周向分布，使隔热件4的内壁和外壁分别与安全壳2的外壁、屏蔽厂房1的内壁相对，以削弱安全壳2与屏蔽厂房1之间的辐射换热，并提高空气流道3中的空气的带热能力。具体来说，安全壳2的热量通过对流换热将部分热量导出至空气流道3中的空气，并通过辐射换热将部分热量导出至隔热件4，隔热件4再通过辐射换热将一部分热量传递至屏蔽厂房1，削弱了安全壳2对屏蔽厂房1直接进行辐射换热的强度，同时，隔热件4还通过对流换热将一部分热量导出至空气流道3中空气。与现有技术相比，隔热件4不仅削弱了安全壳4与屏蔽厂房1之间辐射换热，使得屏蔽厂房1 在一定程度上仍作为吸热热阱吸收一部分安全壳的热量，但是其温度又不会因为辐射换热太强而升高至影响其自身结构完整性的较高温度，即可以确保屏蔽厂房1的温度能够满足其安全设计值，同时，隔热件4与安全壳2形成了对空气流道3内空气的双壁面加热，增加了对空气的换热面积，可促进空气流道3内的空气流动，提高空气带热能力，实现了对安全壳热量的空气、屏蔽厂房的多元化导出，从而确保安全壳1内的温度、压力处于较低值，进而提高安全壳的安全性。

在一些实施方式中，隔热件4包括隔热板，如图2所示，隔热板的截面呈环状，其罩设与安全壳2外，其高度高于安全壳的高度。优选隔热板的侧面顶部与屏蔽厂房1的内壁连接，以安装固定隔热板，当然，还可以是隔热板的侧面底部与屏蔽厂房1 的内壁连接，或者，隔热板固设于环形的空气流道3的底部等方式进行固定，并且，在隔热板的顶部和底部与屏蔽厂房的连接处留有孔洞(图中未示出)，隔热板和屏蔽厂房1之间仍保留一定的空隙，使得隔热板与安全壳2之间、隔热板与屏蔽厂房1之间均形成可流通空气的空气流道3，以提高对安全壳2的非能动导热效果。孔洞的数量可以为一个或多个，优选设置多个孔洞，多个孔洞沿隔热件4的周向分布。

在一些实施方式中，隔热板与屏蔽厂房1的距离小于隔热板与安全壳2的距离，即隔热板贴近屏蔽厂房1进行设置，以增大隔热板和安全壳2之间的空气流通3的空间，进一步提高空气带热能力，确保安全壳1内的温度、压力处于较低值。

在一些实施方式中，隔热板的数量为一个或多个。当隔热板为一个时，即隔热板为单层隔热板结构，此时，隔热板将环形的空气流道3分隔为处于隔热板两侧的两个通道，两个通道均与屏蔽厂房1上的空气入口5、空气出口6连通；当隔热板为多个时，多个隔热板由内向外依次设置在安全壳2和屏蔽厂房1之间的空气流道3内，构成多层隔热板结构，并且，各个隔热板之间留有空隙，此时，空气流道3被多个隔热板分隔为包括隔热板与安全壳2或屏蔽厂房1、以及相邻两隔热板之间的多个通道，各通道均与屏蔽厂房1上的空气入口5、空气出口6连通，通过上述多个通道，可以增大与空气的接触面积，可以提高对空气的对流换热效率，从而进一步提高空气带热能力，确保安全壳2内的温度、压力处于较低值。

在一些实施方式中，隔热板包括多个板单元，多个板单元依次连接，并在安全壳2外部呈周向分布，以构成环状的隔热板。

在一些实施方式中，板单元为采用铝合金或钢材料制成的板状结构，其表面呈平板状或波纹板状或瓦楞板状。本实施例中，板单元的表面呈平板状，在板单元上也不进行其它设置，多个板单元最终形成的隔热板也为平板型的隔热板。

在一些实施方式中，隔热板上设有翅片9，以增大与空气的接触面积，提高空气度空气的加热效率，从而提高空气带热能力。具体来说，如图3所示，翅片9可以设于隔热板的内壁(即面向安全壳2的一侧)上；也可以设于隔热板的外壁(即面向屏蔽厂房1的另一侧)上；还可以同时设于隔热板的内壁和外壁上。翅片9的数量优选为多个，各个翅片9的一端与隔热板相连，其另一端向外沿竖向方向(优选朝上设置)延伸凸出于隔热板。

在一些实施方式中，隔热件4还包括低发射率层7，低发射率层7设于隔热板的外壁上，其发射率优选为低于0.3，以进一步削弱对屏蔽厂房1的辐射换热。

在一些实施方式中，低发射率层7可以为金属-树脂复合涂层材料。当然，也可以采用类似具有低发射率的其它涂层材料或涂漆，还可以采用抛光、镀层(如镀铬、镀锌等)等表面处理方式得到。

在一些实施方式中，隔热件4还包括高发射率层8，高发射率层8设于隔热板的内壁上，其发射率优选为0.6-1.0，以提高安全壳2与隔热板之间的空气的对流换热效率，提高空气的带热能力，确保安全壳内的温度、压力处于较低值。

在一些实施方式中，高发射率层8可以为环氧树脂材料。当然，也可以采用类似具有高发射率的其它涂层材料或涂漆，还可以采用黑色阳极氧化等表面处理方式得到，如隔热板可采用铝合金材料制成，其经过褐色阳极氧化处理后，发射率可由0.2左右提高至0.92左右，可明显提高对安全壳1与隔热板之间的空气的对流换热效率。

在一些实施方式中，空气入口5设于屏蔽厂房1的底部或下部，空气入口5可以为多个，多个空气入口5可沿屏蔽厂房1周向设置，空气出口6设于屏蔽壳厂房1的顶部或上部。大气环境中的空气进入空气流道3后，由下向上流通，并带走安全壳的热量，实现对安全壳的非能动冷却降温。

本实施例的非能动安全壳空气冷却系统，不仅可在一定程度上削弱安全壳和屏蔽厂房之间的辐射换热，防止屏蔽厂房温升过高，从而确保屏蔽厂房的结构完整性，还可以利用安全壳与隔热件之间的辐射换热，将安全壳内的一部分热量传递给隔热件，隔热件在接收到辐射热量后再对空气进行对流换热加热，从而安全壳和隔热板形成了对空气流道内的空气的双壁面换热加热，增加了对空气的换热面积，从而可提高空气带热能力，同时，与现有技术相比，设置隔热板件后屏蔽厂房可以作为热阱吸热，实现空气和屏蔽厂房对安全壳热量的多元化导出，从而确保安全壳内的温度、压力处于较低值，提高安全壳的安全性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，包括屏蔽厂房(1)、安全壳(2)、以及隔热件(4)，

所述屏蔽厂房包围在所述安全壳外，在两者之间形成空气流道(3)，所述屏蔽厂房上设有空气入口(5)和空气出口(6)，所述空气流道通过所述空气入口、所述空气出口与外部大气环境连通；

所述隔热件设于所述空气流道内，并沿屏蔽厂房周向分布，所述隔热件的内壁和外壁分别与所述安全壳、所述屏蔽厂房相对，以削弱安全壳与屏蔽厂房之间的辐射换热，并提高所述空气流道中的空气的带热能力；

所述隔热件包括隔热板、低发射率层(7)、以及高发射率层(8)，所述低发射率层设于所述隔热板的外壁上，所述高发射率层设于所述隔热板的内壁上。

2.根据权利要求1所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述隔热板为环状，其罩设在所述安全壳外，且所述隔热板的侧面顶部与所述屏蔽厂房的内壁连接。

3.根据权利要求2所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述隔热板与所述屏蔽厂房的距离小于隔热板与所述安全壳的距离。

4.根据权利要求2所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述隔热板为多个，多个隔热板由内向外依次设置在所述隔热件与所述屏蔽厂房之间，且各隔热板之间留有空隙。

5.根据权利要求2所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述隔热板包括多个板单元，多个板单元依次连接，并在所述安全壳外部呈周向分布。

6.根据权利要求5所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述板单元采用铝合金或钢材料制成，其表面呈平板状或波纹板状或瓦楞板状。

7.根据权利要求2所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述隔热板上设有翅片(9)，

所述翅片的数量为多个，各个翅片的一端与隔热板相连，其另一端向外沿竖向方向延伸凸出于所述隔热板。

8.根据权利要求1所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述低发射率层的发射率低于0.3；所述高发射率层的发射率为0.6-1.0。

9.根据权利要求8所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述高发射率层为环氧树脂材料制成，所述低发射率为金属-树脂复合涂层材料制成。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的非能动安全壳空气冷却系统，其特征在于，所述空气入口设于所述屏蔽厂房的底部，所述空气出口设于所述屏蔽厂房的顶部。

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