CN215730885U - 余热排出装置及水下动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了余热排出装置及水下动力装置，余热排出装置包括支撑容器、多个入口管道、多个出口管道以及余热排出开关；支撑容器用于围设于反应堆的堆芯容器的外围，支撑容器与堆芯容器之间间隔设置形成冷却空间；入口管道设置在支撑容器上并连通冷却空间，入口管道用于引导冷却剂进入冷却空间；出口管道设置在支撑容器上并连通冷却空间，出口管道用于引导冷却剂流出冷却空间；入口管道和出口管道分别设有余热排出开关；支撑容器固定连接上堆芯容器。本实用新型在反应堆正常的热量排出途径受到损坏的情况下，无需外部能动动力，仅依自然循环，即可通过冷却剂的流动传热来有效导出反应堆堆芯和一次侧的热量，从而实现反应堆的降温和降压。

Description

余热排出装置及水下动力装置

技术领域

本实用新型涉及核电厂系统设备和安全技术领域，尤其涉及余热排出装置及水下动力装置。

背景技术

现有的非能动二次侧余热排出系统的主要设备包括如图1所示的：安全壳30、非能动二次侧余热排出系统换热器31、安全壳外冷却水池32、回水管道33、补水箱34、主给水管道35、主泵36、蒸汽发生器37、堆芯38、稳压器39、主蒸汽通道40、去汽通道41和阀门。换热器31位于安全壳外冷却水池32中，安全壳外冷却水池32为罐式容器，位于安全壳外标高相对较高的位置，内装冷却水。补水箱34为罐式容器，其中装有冷却水，连接于换热器31的回水管道33和去汽通道41，用于给非能动二次侧余热排出系统补水。

核电厂发生事故之后，正常的热量排出系统等不能正常工作，此时需要应急余热排出系统启动以排出堆芯余热。

非能动二次侧应急余热排出系统的入口连接于蒸汽发生器37的蒸汽侧，出口连接于蒸汽发生器37的给水侧，因此非能动二次侧应急余热排出系统与蒸汽发生器37衔接配合，形成自然循环回路为该回路的热阱，非能动二次侧应急余热排出系统换热器31为该回路的冷阱，可以移出反应堆一次侧的堆芯38余热。将堆芯38余热导出至安全壳外冷却水池32，安全壳外冷却水池32内冷却水吸热升温并蒸发。

但现有该种非能动二次侧应急余热排出系统具有以下缺陷，1)需要较高的冷热源位差以实现自然循环。现有产品中，往往采用在回路较高位置串联换热器的形式，以形成自然循环，该自然循环的动力，取决于热源(换热器)和冷源(蒸汽发生器)的相对高位差，如果高差太小，则无法形成自然循环。对于淹没式紧凑型反应堆，往往所能布置的高位差很有限，而本实用新型能有效解决该问题。2)需要换热器。现有产品中，往往采用回路换热器的形式，需要安装换热器作为传热界面。换热器采用细管，直径较小，壁厚较薄，因此在高温高压条件下容易破裂，可靠性不是很高；换热器需要较大换热器，因此制造成本较高。3)冷热源的位置固定、不能变化。基于回路换热器的自然循环冷却系统，往往需要热源位于低位，冷源位于高位，且两者的相对位置不能变化，如果变化则自然循环减低甚至不能建立，从而导致功能无法实现。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷，提供余热排出装置及水下动力装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种余热排出装置，所述余热排出装置包括支撑容器、多个入口管道、多个出口管道以及余热排出开关；

所述支撑容器用于围设于反应堆的堆芯容器的外围，所述支撑容器与所述堆芯容器之间间隔设置形成冷却空间；

所述入口管道设置在所述支撑容器上并连通所述冷却空间，所述入口管道用于引导冷却剂进入所述冷却空间；

所述出口管道设置在所述支撑容器上并连通所述冷却空间，所述出口管道用于引导冷却剂流出所述冷却空间；

所述入口管道和所述出口管道分别设有所述余热排出开关；

所述支撑容器固定连接上堆芯容器。

优选地，在本实用新型所述的余热排出装置中，所述支撑容器在周向上的内壁面与所述堆芯容器在周向上的外壁面之间间隔设置形成所述冷却空间。

优选地，在本实用新型所述的余热排出装置中，所述冷却空间为环形腔体。

优选地，在本实用新型所述的余热排出装置中，所述支撑容器的内壁面设有保温层。

优选地，在本实用新型所述的余热排出装置中，多个所述入口管道在所述支撑容器的轴向和/或周向上间隔设置；

和/或，多个所述出口管道在所述支撑容器的轴向和/或周向上间隔设置。

本实用新型的余热排出装置，通过设计支撑容器围设在反应堆的堆芯容器外围，令支撑容器与堆芯容器之间间隔设置形成冷却空间，并且设计有与冷却空间连通的入口管道和出口管道，从而可以基于自然循环进行非能动的流动和传热，在反应堆正常的热量排出途径受到损坏的情况下，无需任何外部能动动力，仅依靠自然循环，冷却剂即可通过入口管道、冷却空间以及出口管道有效地将反应堆的卧式堆芯容器的余热排出，从而实现反应堆的降温和降压，并维持反应堆的完整性。

本实用新型还提出了一种水下动力装置，包括堆芯容器和上述任一项所述的余热排出装置，所述支撑容器围设于所述堆芯容器的外围。

优选地，在本实用新型所述的水下动力装置中，所述水下动力装置还包括舱壁；

所述支撑容器固定连接在所述舱壁内部，所述入口管道和所述出口管道设置在所述舱壁和所述支撑容器的侧壁上并连通所述冷却空间。

优选地，在本实用新型所述的水下动力装置中，所述水下动力装置还包括支撑壁；

所述支撑壁与所述支撑容器的侧壁和所述舱壁内部固定连接。

优选地，在本实用新型所述的水下动力装置中，所述支撑壁、所述舱壁和所述支撑容器在周向上的外壁面三者之间共同围设形成容置空间；

所述水下动力装置还包括至少一主换热器，所述主换热器固定在所述容置空间内。

优选地，在本实用新型所述的水下动力装置中，所述水下动力装置还包括一次侧热管道和一次侧冷管道；

所述一次侧热管道的第一端穿过所述支撑容器和所述堆芯容器连接至所述堆芯容器第一端内部；

所述一次侧热管道的第二端穿过所述支撑壁连接至所述主换热器的第一端；

所述一次侧冷管道的第一端穿过所述支撑容器和所述堆芯容器连接至所述堆芯容器第二端内部；

所述一次侧冷管道的第二端穿过所述支撑壁连接至所述主换热器的第二端。

本实用新型的水下动力装置通过采用上述的余热排出装置，由于设计有与冷却空间连通的入口管道和出口管道，因此即使水下动力装置发生旋转移动，自然循环依然可以建立，冷却剂依然可以通过入口管道、冷却空间以及出口管道有效地将反应堆的卧式堆芯容器的余热排出，保证反应堆的正常运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有非能动二次侧余热排出系统的示意图；

图2是本实用新型水下动力装置的轴向截面示意图；

图3是本实用新型水下动力装置的周向截面示意图；

图4是本实用新型水下动力装置的坐标轴示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

以下描述中，需要理解的是，文中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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

当反应堆发生意外紧急情况时，反应堆正常的热量排出途径受到损坏，例如通过主换热器9带走热量、通过正常余热排出系统带走热量，该种途径无法正常地排出反应堆一次侧和堆芯1的热量，反应堆一次侧会出现高温高压的状态，那么堆芯1可能进一步升温从而导致燃料损坏，此时就需要本实用新型的应急余热排出装置发挥作用带走反应堆一次侧和堆芯1热量，所以反应堆会设置应急余热排出装置用于上述紧急情况下的热量排出。

本应急余热排出装置不依赖电源动力和类似主泵的能动部件，仅依靠自然的驱动力，可以自然地排出热量，确保反应堆堆芯1保持冷却的状态，具有较高的系统可靠性。

在本实施例中，如图2和3所示，本实用新型公开了一种余热排出装置，可用于反应堆的堆芯容器2的余热排出。该余热排出装置包括支撑容器3、多个入口管道6、多个出口管道7以及余热排出开关8。其中，支撑容器3用于围设于反应堆的堆芯容器2的外围，支撑容器3与堆芯容器2之间间隔设置形成冷却空间12；入口管道6设置在支撑容器3上并连通冷却空间12，入口管道6用于引导冷却剂14进入冷却空间12；出口管道7设置在支撑容器3上并连通冷却空间12，出口管道7用于引导冷却剂14流出冷却空间12；入口管道6和出口管道7分别设有余热排出开关8；支撑容器3固定连接上堆芯容器2。

本实施例通过设计支撑容器围设在反应堆的堆芯容器外围，令支撑容器与堆芯容器之间间隔设置形成冷却空间，并且设计有与冷却空间连通的入口管道和出口管道，从而可以基于自然循环进行非能动的流动和传热，在反应堆正常的热量排出途径受到损坏的情况下，无需任何外部能动动力，仅依靠自然循环，冷却剂即可通过入口管道、冷却空间以及出口管道有效地将反应堆的卧式堆芯容器的余热排出，从而实现反应堆的降温和降压，并维持反应堆的完整性。

其中，该反应堆是一种淹没式反应堆，优选为紧凑型。堆芯容器2是包容反应堆堆芯1和一次侧冷却介质的卧式的封闭容器，支撑容器3是支撑堆芯容器2的结构，且优选为卧式，本余热排出装置有效考虑了淹没式反应堆的布置特点，能够显著提高核电厂的安全性。

冷却剂14为外部水，例如海水，海水作为二次侧冷却水，传热阻力小，传热效率高，并且不用提前储存冷却水，因此可以简化系统配置，减小系统重量。

支撑容器3在周向上的内壁面与堆芯容器2在周向上的外壁面之间间隔设置形成冷却空间12。优选地，该冷却空间12为360°环绕堆芯容器2的环形腔体。在传统的自然循环系统中，往往采用换热器作为传热界面，换热器系统设备复杂、占用空间、造价昂贵，且换热管直径较小、壁厚较薄，因此可靠性不高。但本余热排出装置中，不需要换热器，依靠堆芯容器壁面作为换热界面，节省系统设备和空间。且，完整地，堆芯容器2在其轴向上的第一端21和第二端22设置在支撑容器3上，例如堆芯容器2和支撑容器3均为金属材质的容器，两者可通过焊接固定连接。

为了在反应堆正常运行时实现堆反应堆的保温，减少散热损失，使反应堆产生的热量能有效地用来发电，支撑容器3的内壁面设有保温层，例如热障材料的保温层。

为了增强非能动的流动和传热，多个入口管道6在支撑容器3的轴向和/或周向上间隔设置；和/或，多个出口管道7在支撑容器3的轴向和/或周向上间隔设置，优选为均匀间隔设置，令各个位置、角度都有布置，而布置的角度、间距、数量均可优化，在此不再赘述。

并且，入口管道6和出口管道7在支撑容器3的周向上相对设置，入口管道6、冷却空间12和出口管道7可形成自然循环流道，冷却剂14自下而上流动。在传统的自然循环系统中，需要热源和冷源具有一定的相对高位差，以获得自然循环的驱动力。但本余热排出装置中，不需要冷热源相对高位差，因此可以节省布置空间。

该余热排出开关8为常闭开关时，冷却空间12内是完全封闭的空间，当反应堆正常运行时，冷却空间12为真空或充有不凝性气体的封闭空间。在一些实施例中，该不凝性气体可以为空气、氢、氮、润滑油蒸气等。

为了可以根据反应堆冷却剂温度高参数进行指示控制，该余热排出装置还包括控制装置，控制装置用于根据获取到的堆芯容器2内的冷却剂温度控制余热排出开关8开启。

为了达到非能动效果，余热排出开关8为入口管道6或出口管道7中的温度达到预设值时可自动熔断而开启的非能动装置，并不需要控制装置。其中，该余热排出开关8为高可靠性的爆破阀，反应堆正常运行时不启用该爆破阀，不受该爆破阀的影响。

本实用新型还公开了一种水下动力装置，该水下核动力装置为水下核动力装置，特别是海下，通常具有如下特点：①为卧式、圆筒形状，以便于装置在水下进行推进；②水下核动力装置的布置空间往往很有限，承重能力也优先，以便于提升装置机动性能；③有时候装置无法保持正位，可能会旋转。

当反应堆发生意外紧急情况时，反应堆正常的热量排出途径受到损坏，例如通过主换热器9带走热量、通过正常余热排出系统带走热量，该种途径无法正常地排出反应堆一次侧和堆芯1的热量，反应堆一次侧会出现高温高压的状态，那么堆芯1可能进一步升温从而导致燃料损坏，此时就需要本实用新型的应急余热排出装置发挥作用带走反应堆一次侧和堆芯1热量，所以反应堆会设置应急余热排出装置用于上述紧急情况下的热量排出。

本应急余热排出装置不依赖电源动力和类似主泵的能动部件，仅依靠自然的驱动力，可以自然地排出热量，确保反应堆堆芯1保持冷却的状态，具有较高的系统可靠性。

因此，如图2和3所示，该水下动力装置包括堆芯容器2和上述的余热排出装置，在此不再赘述，支撑容器3围设于堆芯容器2的外围。其中，堆芯容器2为卧式。

本水下动力装置通过采用上述的余热排出装置，由于设计有与冷却空间连通的入口管道和出口管道，因此即使水下动力装置发生旋转移动，自然循环依然可以建立，冷却剂依然可以通过入口管道、冷却空间以及出口管道有效地将反应堆的卧式堆芯容器的余热排出，保证反应堆的正常运行。

本水下动力装置还包括舱壁5，该舱壁5为卧式和圆筒状。支撑容器3固定连接在舱壁5内部，入口管道6和出口管道7设置在舱壁5和支撑容器3的侧壁上并连通冷却空间12。

为了将支撑容器3固定在舱壁5内并合理地利用舱壁5的空间，本水下动力装置还包括支撑壁4，支撑壁4与支撑容器3的侧壁和舱壁5内部固定连接。且，支撑壁4、舱壁5和支撑容器3在周向上的外壁面三者之间界形成容置空间13。而水下动力装置还包括至少一主换热器9，主换热器9固定在容置空间13内，例如焊接在舱壁5上或支撑容器3的侧壁上。在一些实施例中，主换热器9为蒸汽发生器。

水下动力装置还包括一次侧热管道10和一次侧冷管道11。相应地，一次侧热管道10的第一端101穿过支撑容器3和堆芯容器2连接至堆芯容器2第一端21内部；一次侧热管道10的第二端102穿过支撑壁4连接至主换热器9的第一端91；一次侧冷管道11的第一端111穿过支撑容器3和堆芯容器2连接至堆芯容器2第二端22内部；一次侧冷管道11的第二端112穿过支撑壁4连接至主换热器9的第二端92。

其中，为了防止泄露，一次侧热管道10与支撑容器3之间为密封贯穿；一次侧热管道10与堆芯容器2之间为密封贯穿；一次侧冷管道11与支撑容器3之间为密封贯穿；一次侧冷管道11与堆芯容器2之间为密封贯穿。例如可通过密封垫片进行贯穿口的密封。又例如，一次侧热管道10和一次侧冷管道11可以为分段式，支撑容器3和堆芯容器2可以分别与第一管道和第二管道焊接，第一管道和第二管道之间通过对中法兰密封，并固定连接。

在本实施例中，水下动力装置正常运行时，余热排出装置不启用，余热排出开关8处于关闭状态，冷却空间12为真空或者充有不凝性气体，入口管道6和出口管道7内没有流体流动。

水下动力装置发生事故时，即在发生反应堆正常的热量排出途径受到损坏的情况下，控制装置将触发余热排出开关8开启。

余热排出开关8开启之后，形成了一个冷却剂流道：入口管道6→冷却空间12→出口管道7。由于冷却空间12中的冷却剂14被堆芯容器2壁面进行加热，因此在该流道内冷却剂14温度升高形成上升流动，即入口管道6→冷却空间12→出口管道7→外界冷却剂14→入口管道6形成一个自然循环回路流道，该自然循环流道中，入口管道6→冷却空间12→出口管道7为“加热通道”，外界冷却剂14为“冷通道”。冷却剂14不断通过入口管道6进入冷却空间12，然后不断通过出口管道7流出，同时，堆芯容器2的热量被不断带走，即一次侧冷却剂的热量被不断带走。

本实用新型的余热排出装置启动之后，事故情况下堆芯1余热排出的路径为：堆芯燃料→一次侧冷却剂→堆芯容器2壁面→冷却空间12→冷却剂14。如果水下动力装置绕其自身轴向如图4所示的X轴或Y轴发生旋转等运动时，由于在轴向不同位置和周向不同角度均布置了入口管道6和出口管道7，入口管道6始终可以吸收冷却剂14，因此仍然可以形成有效的冷却剂流道：入口管道6→冷却空间12→出口管道7。在此需要说明的是，由于水下动力装置的摆放方向存在不同，因此可能会绕X轴或Y轴发生旋转。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种余热排出装置，其特征在于，包括支撑容器(3)、多个入口管道(6)、多个出口管道(7)以及余热排出开关(8)；

所述支撑容器(3)用于围设于反应堆的堆芯容器(2)的外围，所述支撑容器(3)与所述堆芯容器(2)之间间隔设置形成冷却空间(12)；

所述入口管道(6)设置在所述支撑容器(3)上并连通所述冷却空间(12)，所述入口管道(6)用于引导冷却剂(14)进入所述冷却空间(12)；

所述出口管道(7)设置在所述支撑容器(3)上并连通所述冷却空间(12)，所述出口管道(7)用于引导冷却剂(14)流出所述冷却空间(12)；

所述入口管道(6)和所述出口管道(7)分别设有所述余热排出开关(8)；

所述支撑容器(3)与堆芯容器(2)固定连接。

2.根据权利要求1所述的余热排出装置，其特征在于，所述支撑容器(3)在周向上的内壁面与所述堆芯容器(2)在周向上的外壁面之间间隔设置形成所述冷却空间(12)。

3.根据权利要求1所述的余热排出装置，其特征在于，所述冷却空间(12)为环形腔体。

4.根据权利要求1所述的余热排出装置，其特征在于，所述支撑容器(3)的内壁面设有保温层。

5.根据权利要求1所述的余热排出装置，其特征在于，多个所述入口管道(6)在所述支撑容器(3)的轴向和/或周向上间隔设置；

和/或，多个所述出口管道(7)在所述支撑容器(3)的轴向和/或周向上间隔设置。

6.一种水下动力装置，其特征在于，包括堆芯容器(2)和权利要求1-5任一项所述的余热排出装置，所述支撑容器(3)围设于所述堆芯容器(2)的外围。

7.根据权利要求6所述的水下动力装置，其特征在于，所述水下动力装置还包括舱壁(5)；

所述支撑容器(3)固定连接在所述舱壁(5)内部，所述入口管道(6)和所述出口管道(7)设置在所述舱壁(5)和所述支撑容器(3)的侧壁上并连通所述冷却空间(12)。

8.根据权利要求7所述的水下动力装置，其特征在于，所述水下动力装置还包括支撑壁(4)；

所述支撑壁(4)与所述支撑容器(3)的侧壁和所述舱壁(5)内部固定连接。

9.根据权利要求8所述的水下动力装置，其特征在于，所述支撑壁(4)、所述舱壁(5)和所述支撑容器(3)在周向上的外壁面三者之间共同围设形成容置空间(13)；

所述水下动力装置还包括至少一主换热器(9)，所述主换热器(9)固定在所述容置空间(13)内。

10.根据权利要求9所述的水下动力装置，其特征在于，所述水下动力装置还包括一次侧热管道(10)和一次侧冷管道(11)；

所述一次侧热管道(10)的第一端(101)穿过所述支撑容器(3)和所述堆芯容器(2)连接至所述堆芯容器(2)第一端(21)内部；

所述一次侧热管道(10)的第二端(102)穿过所述支撑壁(4)连接至所述主换热器(9)的第一端(91)；

所述一次侧冷管道(11)的第一端(111)穿过所述支撑容器(3)和所述堆芯容器(2)连接至所述堆芯容器(2)第二端(22)内部；

所述一次侧冷管道(11)的第二端(112)穿过所述支撑壁(4)连接至所述主换热器(9)的第二端(92)。

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