CN117747144A - 用于一体式供热堆的自驱动控制机构及一体化供热堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于一体式供热堆的自驱动控制机构及一体式供热堆，自驱动控制机构包括再循环阀组，一端连接有第一支路和第二支路，第一支路与压力容器连通，第二支路与压力容器和安全壳之间的空间连通；再循环阀组的另一端设有控制阀组，控制阀组与再循环阀组之间设有控制支路；其中，再循环阀组包括第一状态和第二状态，在第一状态下，第一支路和第二支路断开，控制支路与再循环阀组断开；在第二状态下，第一支路和第二支路连通，控制支路与再循环阀组连通。上述用于一体式供热堆的自驱动控制机构一体化设计，体积小、功能多且布置方便。

Description

用于一体式供热堆的自驱动控制机构及一体化供热堆

技术领域

本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种用于一体式供热堆的自驱动控制机构及一体化供热堆。

背景技术

在全球气候变暖及“碳达峰”和“碳中和”的大背景下，急需一种核电路线可以适用于民用或工业供热中多种应用场景，如工业供汽、供暖、海水淡化、制氢等。目前大型核电站主要用途用于发电，应用场景单一，使得核电站小型化一体化成为一种趋势。

小型化一体化的小堆核电站，由于其使用场景丰富更加贴近人的生活，其安全和可靠性提出了更高的要求。必然对阀门提出了更高的要求，使得单个阀门设备需实现多个传统阀门组合实现的功能及高可靠性。

当反应堆发生坡口(LOCA)事故后，反应应力容器(RPV)内的水蒸气通过自动卸压子系统排到安全壳，蒸汽在安全壳避免冷凝，在重力的作用下流至安全壳底部，通过反应堆底部再循环阀门回流至堆芯，实现对堆芯的冷却。非能动的堆芯冷却系统简单安全可靠，不需要外部水、风、电等外部系统的支持。

目前，核电站通常做法是压力容器设置爆破阀和隔离阀(如闸阀、截止阀等类型的阀门)正常工况下维护压力容器压力边界、启堆工况下低温超压保护，事故工况下压力容器卸压及对堆芯进行冷却。爆破阀为一次动作设备，一旦爆破需要更换内件方能恢复功能，一方面成本较高，另一方面无法短时间实现事故缓解后的启堆；常规隔离阀需采用动力驱动装置进行操作，由于小堆安全壳内工况极为恶劣，传动驱动装置难以满足要求，同时常规隔离阀尺寸大，无法布置。

基于此，本申请发明人提出一种用于一体式供热堆的自驱动控制机构及一体化供热堆，以期解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的阀事故缓解能力差且布置麻烦的缺陷，提供一种用于一体式供热堆的自驱动控制机构及一体化供热堆。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特点在于，包括：

再循环阀组，一端连接有第一支路和第二支路，所述第一支路与压力容器连通，所述第二支路与压力容器和安全壳之间的空间连通；

所述再循环阀组的另一端设有控制阀组，所述控制阀组与所述再循环阀组之间设有控制支路；其中，

所述再循环阀组包括第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述第一支路和所述第二支路断开，所述控制支路与所述再循环阀组断开；

在所述第二状态下，所述第一支路和所述第二支路连通，所述控制支路与所述再循环阀组连通。

根据本发明的一个实施例，所述再循环阀组包括串联的第一阀和第二阀；

所述控制支路包括第三支路和第四支路，所述第一阀和所述第二阀之间通过所述第三支路连通，所述第四支路一端与所述第二阀连接，另一端与所述控制阀组连接，所述控制阀组基于所述第三支路和所述第四支路控制所述第一阀和所述第二阀的开关状态。

根据本发明的一个实施例，所述第一阀包括第一有杆腔、第一无杆腔、第一阀杆和第一弹性件，所述第一阀杆一端位于所述第一有杆腔内并另一端延伸至所述第一无杆腔，所述第一无杆腔与所述第一支路和所述第二支路连通，所述第一弹性件位于所述第一有杆腔内并套设于所述第一阀杆上；

所述第二阀包括第二有杆腔、第二无杆腔、第二阀杆以及第二弹性件，所述第二阀杆一端位于所述第二有杆腔并另一端延伸至所述第二无杆腔，所述第二无杆腔分别与所述第三支路和所述第四支路连通，所述第二弹性件位于所述第二有杆腔内并套设于所述第二阀杆上；其中，

所述第一支路与所述第二有杆腔背离所述第二无杆腔一侧的腔室连通。

根据本发明的一个实施例，所述第一阀杆位于所述第一无杆腔的一端设有第一封堵件，所述第一阀处于关闭状态下，所述第一封堵件封堵所述第二支路；

所述第二阀杆位于所述第二无杆腔的一端设有第二封堵件，所述第二阀处于关闭状态下，所述第二封堵件封堵所述第四支路。

根据本发明的一个实施例，所述第一弹性件为第一复位弹簧，所述第二弹性件为第二复位弹簧。

根据本发明的一个实施例，所述控制阀组包括排空电磁阀和复位电磁阀，所述排空电磁阀和所述复位电磁阀并联并与所述第四支路连通。

根据本发明的一个实施例，所述排空电磁阀和所述复位电磁阀设于所述安全壳外部。

根据本发明的一个实施例，所述复位电磁阀一端与外界介质连通；

所述复位电磁阀开启状态下，外部介质经所述第四支路和所述第三支路通至所述第一有杆腔的顶部以驱动所述第一阀杆下移关闭所述第二支路。

根据本发明的一个实施例，所述排空电磁阀一端与外界连通，所述排空电磁阀开启状态下用于经所述第四支路和所述第三支路排出所述第一有杆腔顶部的高压介质。

本发明还提供了一种一体式供热堆，包括：

压力容器和安全壳，所述安全壳设于所述压力容器外部；

如上所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，所述用于一体式供热堆的自驱动控制机构设于所述压力容器和所述安全壳之间。

本发明的积极进步效果在于：

本发明用于一体式供热堆的自驱动控制机构，再循环阀组采用介质自驱动，降低了功耗，释放了传统设计所需的动力电力资源，一体化设置的再循环阀组体积更小，使得管道及支撑布置更加简洁可靠。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明用于一体式供热堆的自驱动控制机构的结构示意图。

1、再循环阀组；11、第一阀；111、第一有杆腔；112、第一无杆腔；113、第一阀杆；114、第一弹性件；115、第一封堵件；12、第二阀；121、第二有杆腔；122、第二无杆腔；123、第二阀杆；124、第二弹性件；125、第二封堵件；

2、第一支路；

3、第二支路；

4、压力容器；

5、安全壳；

6、控制阀组；61、控制支路；62、第三支路；63、第四支路；64、排空电磁阀；65、复位电磁阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

参照图1，本发明提出一种一体式供热堆，该供热堆为小型堆，供热堆包括压力容器4和安全壳5，安全壳5设于压力容器4外部，在安全壳5和压力容器4之间还设有用于一体式供热堆的自驱动控制机构。

参照图1，用于一体式供热堆的自驱动控制机构包括再循环阀组1，再循环阀组1一端连接有第一支路2和第二支路3，第一支路2与压力容器4连通，第二支路3与压力容器4和安全壳5之间的空间连通。

再循环阀组1的另一端设有控制阀组6，控制阀组6与再循环阀组1之间设有控制支路61。其中，再循环阀组1包括第一状态和第二状态，在第一状态下，第一支路2和第二支路3断开，控制支路61与再循环阀组1断开；在第二状态下，第一支路2和第二支路3连通，控制支路61与再循环阀组1连通。

因为自驱动控制机构用于一体式供热堆，且该供热堆为小型堆，因此对于再循环阀组1的安全空间便有限。

本发明采用再循环阀组1，而非采用多个阀门组合的方式有利于减少阀门设备的数量，从而降低了阀门设备的故障点，并节约了换料大修的设备维护或维修工时。

再循环阀组1利用控制阀组6自驱动，降低了功耗，释放了传统设计的动力电力资源，且有利于减轻阀门重量和降低阀门的外形尺寸，布置更加便捷、可靠。

在一个实施方式中，再循环阀组1包括串联的第一阀11和第二阀12；控制支路61包括第三支路62和第四支路63，第一阀11和第二阀12之间通过第三支路62连通，第四支路63一端与第二阀12连接，另一端与控制阀组6连接，控制阀组6基于第三支路62和第四支路63控制第一阀11和第二阀12的开关状态。

第一阀11和第二阀12通过控制阀组6控制，简化了控制系统，使得控制逻辑简单化，无需通过增加管路以实现误操作的冗余设计。

具体地，第一阀11包括第一有杆腔111、第一无杆腔112、第一阀杆113和第一弹性件114，第一阀杆113一端位于第一有杆腔111内并另一端延伸至第一无杆腔112，第一无杆腔112与第一支路2和第二支路3连通，第一弹性件114位于第一有杆腔111内并套设于第一阀杆113上。

对于第二阀12，第二阀12包括第二有杆腔121、第二无杆腔122、第二阀杆123以及第二弹性件124，第二阀杆123一端位于第二有杆腔121并另一端延伸至第二无杆腔122，第二无杆腔122分别与第三支路62和第四支路63连通，第二弹性件124位于第二有杆腔121内并套设于第二阀杆123上；其中，第一支路2与第二有杆腔121背离第二无杆腔122一侧的腔室连通。

当接收到压力容器4低温超压保护启动及事故工况下压力容器4泄压、堆芯注入冷却剂指令后，再循环阀组1开启。待接收到启堆指令后，再循环阀组1再次关闭。在正常工况下，如果误操作或者误触发上述阀门开启指令时，第二阀12在第一支路2的背压状态下仍处于关闭状态，并维持正常工况下压力容器4的边界完整。

在一个实施方式中，第一阀杆113位于第一无杆腔112的一端设有第一封堵件115，第一阀11处于关闭状态下，第一封堵件115封堵第二支路3；第二阀杆123位于第二无杆腔122的一端设有第二封堵件125，第二阀12处于关闭状态下，第二封堵件125封堵第四支路63。

也即，第三支路62和第四支路63引入的压力源介质注入至第一阀杆113顶部的有杆腔内，推动第一弹性件114压缩并驱动第一阀杆113下移，直至压力上升至指定点a及以上时，第一封堵件115封堵第二支路3，此时第一弹性件114压缩蓄能，第一支路2和第二支路3断开。

而当第三支路62和第四支路63释放第一阀杆113顶部的有杆腔内的高压介质时，随着第一有杆腔111顶部压力降低至压力设定点b及以下时，压缩的第一弹性件114复位，第一阀11开启，第一支路2和第二支路3连通。

因为第二阀12的有杆腔的底部与第一支路2连通，故随着第一支路2的介质压力上升，第二阀12的第二有杆腔121的底部的介质压力随之上升至压力设定点c及以上时，第二阀12关闭，并压缩第二弹性件124使得第二封堵件125封堵第四支路63，此时第三支路62和第四支路63断开。随着第一支路2的介质压力下降，第二阀12的第二有杆腔121的底部的介质压力随之下降至设定点d及以下时，压缩的第二弹性件124复位，第二阀12开启，第三支路62和第四支路63连通，实现控制阀组6与再循环阀组1的连通。

在一个实施方式中，第一弹性件114为第一复位弹簧，第二弹性件124为第二复位弹簧。

在一些其他的实施方式中，第一弹性件114和第二弹性件124也可以为弹性橡胶等其他结构，在此不做限定。

在一个实施方式中，控制阀组6包括排空电磁阀64和复位电磁阀65，排空电磁阀64和复位电磁阀65并联并与第四支路63连通。

进一步地，排空电磁阀64和复位电磁阀65设于安全壳5外部。复位电磁阀65一端与外界介质连通；复位电磁阀65开启状态下，外部介质经第四支路63和第三支路62通至第一有杆腔111的顶部以驱动第一阀杆113下移关闭第二支路3。排空电磁阀64一端与外界连通，排空电磁阀64开启状态下用于经第四支路63和第三支路62排出第一有杆腔111顶部的高压介质。

再循环阀组1的工作流程如下：

启堆指令发出，复位电磁阀65接收到启堆指令后，复位电磁阀65开启，高压介质通过第三支路62和第四支路63注入第一有杆腔111的上腔，第一阀11关闭，并压缩第一弹性件114，第一支路2和第二支路3隔离；压力容器4内压力逐渐上升，使得第一支路2的压力逐渐上升，压缩第二弹性件124，第二阀杆123上移使得第三支路62与第四支路63隔离。此状态为再循环阀组1的正常工作状态。

上述为正常启堆过程中，再循环阀组1的动作流程。由于启堆过程中，压力容器4内压力存在异常情形，例如压力容器4低温超压情形。在压力容器4压力上升过程中，再循环阀组1接收到压力容器4低温超压信号时，排空电磁阀64开启，第一阀11的第一有杆腔111的上腔的压力介质释放，第一阀11的第一弹性件114复位，并开启第一阀11，第一支路2和第二支路3接通，压力容器4卸压，从而实现压力容器4的低温超压保护。

正常运行期间，如果发生压力容器4压力异常下降，导致第一支路2的压力下降，第二阀12的第二弹性件124复位，第二阀12开启，第三支路62和第四支路63接通，再循环阀组1和控制阀组6连通。

如果压力容器4压力异常下降情形解除，压力容器4压力恢复至正常情形，第二阀12重新关闭，并压缩第二弹性件124，第三支路62和第四支路63重新切断或隔离。而如果压力容器4压力异常下降情形未解除，压力容器4压力继续下降，即第一支路2随之压力继续下降，主控检测信号并判断处于事故状态，如压力容器4水位下降、安全壳5水位上升等情形，此时发出事故信号，排空电磁阀64接收该信号并开启，第三支路62通过接通的第四支路63释放第一阀11的第一有杆腔111的上腔介质压力，第一弹性件114复位，第一阀11开启，第一支路2和第二支路3接通，实现了压力容器4卸压(介质流动方向由第一支路2流向至第二支路3)或堆芯冷却剂注入(介质流动方向由第二支路3流向第一支路2)等功能。

事故缓解后，确认可重新启堆时，仅需要给出启堆指令，复位电磁阀65开启，高压介质通过第三支路62和第四支路63重新注入第一阀杆113上腔，第一阀11关闭，并压缩第一弹性件114蓄能，第一支路2和第二支路3切断，使得压力容器4可以升压进入到正常工作状态。

正常工作状态下，由于第二阀12处于关闭状态，第三支路62和第四支路63处于切断状态，此状态如误操作发出排空电磁阀64开启信号，即使排空电磁阀64完成了开启动作，第一阀杆113上腔的压力将继续保持，保持第一支路2和第二支路3仍处于切断状态，避免了再循环阀组1的误开启。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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申请实施例中的具体含义。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，包括：

再循环阀组，一端连接有第一支路和第二支路，所述第一支路与压力容器连通，所述第二支路与压力容器和安全壳之间的空间连通；

所述再循环阀组的另一端设有控制阀组，所述控制阀组与所述再循环阀组之间设有控制支路；其中，

所述再循环阀组包括第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述第一支路和所述第二支路断开，所述控制支路与所述再循环阀组断开；

在所述第二状态下，所述第一支路和所述第二支路连通，所述控制支路与所述再循环阀组连通。

2.根据权利要求1所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述再循环阀组包括串联的第一阀和第二阀；

所述控制支路包括第三支路和第四支路，所述第一阀和所述第二阀之间通过所述第三支路连通，所述第四支路一端与所述第二阀连接，另一端与所述控制阀组连接，所述控制阀组基于所述第三支路和所述第四支路控制所述第一阀和所述第二阀的开关状态。

3.根据权利要求2所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述第一阀包括第一有杆腔、第一无杆腔、第一阀杆和第一弹性件，所述第一阀杆一端位于所述第一有杆腔内并另一端延伸至所述第一无杆腔，所述第一无杆腔与所述第一支路和所述第二支路连通，所述第一弹性件位于所述第一有杆腔内并套设于所述第一阀杆上；

所述第二阀包括第二有杆腔、第二无杆腔、第二阀杆以及第二弹性件，所述第二阀杆一端位于所述第二有杆腔并另一端延伸至所述第二无杆腔，所述第二无杆腔分别与所述第三支路和所述第四支路连通，所述第二弹性件位于所述第二有杆腔内并套设于所述第二阀杆上；其中，

所述第一支路与所述第二有杆腔背离所述第二无杆腔一侧的腔室连通。

4.根据权利要求3所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述第一阀杆位于所述第一无杆腔的一端设有第一封堵件，所述第一阀处于关闭状态下，所述第一封堵件封堵所述第二支路；

所述第二阀杆位于所述第二无杆腔的一端设有第二封堵件，所述第二阀处于关闭状态下，所述第二封堵件封堵所述第四支路。

5.根据权利要求3所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述第一弹性件为第一复位弹簧，所述第二弹性件为第二复位弹簧。

6.根据权利要求3所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述控制阀组包括排空电磁阀和复位电磁阀，所述排空电磁阀和所述复位电磁阀并联并与所述第四支路连通。

7.根据权利要求6所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述排空电磁阀和所述复位电磁阀设于所述安全壳外部。

8.根据权利要求7所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述复位电磁阀一端与外界介质连通；

所述复位电磁阀开启状态下，外部介质经所述第四支路和所述第三支路通至所述第一有杆腔的顶部以驱动所述第一阀杆下移关闭所述第二支路。

9.根据权利要求7所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，其特征在于，所述排空电磁阀一端与外界连通，所述排空电磁阀开启状态下用于经所述第四支路和所述第三支路排出所述第一有杆腔顶部的高压介质。

10.一种一体式供热堆，其特征在于，包括：

压力容器和安全壳，所述安全壳设于所述压力容器外部；

如权利要求1-9任一项所述的用于一体式供热堆的自驱动控制机构，所述用于一体式供热堆的自驱动控制机构设于所述压力容器和所述安全壳之间。