[发明专利]一种强化安全壳排热的事故缓解装置

说明书

技术领域

本发明属于核电站安全设备与技术领域，特别涉及一种核电站严重事故非能动排热装置。具体地说，是在核电站出现超设计基准的严重事故时，利用具有较强传热功能的装置，及时排出热量，确保安全壳的完整性。

背景技术

安全壳是核电站发生事故时，防止放射性物质泄漏的最后一道屏障，对核电站安全具有极为重要的意义。所以，针对未来反应堆核电站，其堆芯增大、功率增加必然导致事故后安全壳内质能释放增大，及时迅速地排出壳内热量，是核电站设计中需要考虑的重要问题。要解决大破口、主蒸汽管道破裂等严重事故工况下的事故缓解问题，必须有一种能够在发生严重事故的工况下，快速直接排出安全壳内热量，保证安全壳内温度、压力不超过设计许用范围的方法，从而保持安全壳的完整性，最终保证核电站乃至周围环境的安全。

根据安全壳冷却系统的运行特点，壳内热量主要通过壳内水蒸汽凝结、钢壳壁导热和壳外液膜蒸发等物理现象的耦合作用向外部输运，从而降低安全壳的内部压力。其中，安全壳壁面及其附近的流体是热量载出的主要载体，壳壁内的高效传热对实现安全壳冷却系统功能极其重要。蒸汽的凝结方式可分为膜状凝结和珠状凝结。现有技术的钢制安全壳以及常用涂层表面均表现为亲水性质，凝结方式为膜状凝结，蒸汽凝结只能在液膜上进行。这种凝结方式换热效率低，存在安全隐患。

发明内容

相对于膜状凝结，珠状凝结是一种高效换热方式，换热直接在液珠表面和裸露壁面上进行，其换热系数比膜状凝结要高1-2个数量级，能够有效强化安全壳的排热能力。因此，一种能够实现高效珠状凝结换热的疏水或超疏水安全壳壁面具有重要的意义。

因此，本发明的目的在于提出一种核电站严重事故时增强安全壳排热性能的事故缓解装置，在核电站发生超设计基准事故的严重事故工况时，将安全壳内压力和温度降低至可接受的水平，以保持安全壳的完整性。

本发明的技术方案如下：一种强化安全壳排热的事故缓解装置，包括导热基板，其特征在于：还包括疏水性微观结构层，该疏水性微观结构层设置在导热基板的表面上，上述事故缓解装置设置在钢制安全壳的内壁面上；在发生严重事故时，执行安全保障功能。

所述的疏水性微观结构层为C、C化合物、Si、Si化合物、Zn、Zn化合物、Zn合金、Ga、Ga化合物、B、B化合物、Cu、Cu化合物、Cu合金、Al、Al化合物、Al合金、Mg、Mg化合物、Mg合金、Ag、Ag合金、Fe、Fe合金、Pb、Pb合金、Ni、Ni合金、Sn、Sn合金中的至少一种材料。

所述的疏水性微观结构层由突起、凹槽、孔洞微纳米结构中的至少一种结构组成。

所述的微纳米结构具有球型、椭球型、球冠型、柱型、管型、棱锥型、棱台型、片层型、针形中的至少一种结构。

所述的微纳米结构的高度或深度在500纳米至1000微米之间，半高宽度在20纳米至200微米之间，相邻微纳米结构间距在100纳米至500微米之间。

可选的，所述的事故缓解装置还包括设置在疏水性微观结构层表面的低表面能化学修饰层。所述的低表面能化学修饰层的材料表面能在5至100 mJ/m²。有利的，所述的低表面能化学修饰层的材料为硅氧烷或含氟化合物。

本发明的优点在于：

1）利用粗糙度放大疏水效果的原理形成疏水甚至超疏水的表面，从而在事故情况下减小或避免液膜的形成，通过高效的珠状凝结换热过程，将安全壳压力和温度降低至可接受的水平，有效保持安全壳的完整性。

2）本发明采用的装置结构简单、成本低、实施方便，且性能稳定、可靠。

3）本发明采用的装置具有疏水性表面，通过疏水性表面具有的自清洁效应，有利于保持安全壳壁面清洁及防止壁面腐蚀。

4）本发明采用非能动的装置增强安全壳内热量排出，完全不依赖于外部动力供应，提高了核电站的固有安全性。

本发明还提供了以下技术方案：

1. 一种强化安全壳排热的事故缓解装置，所述事故缓解装置设置在安全壳的内壁面上，其特征在于，所述事故缓解装置包括：

导热基板，导热基板结合到安全壳的内壁面上，以及

疏水性微观结构层，所述疏水性微观结构层设置在导热基板的表面上，其用于使事故缓解装置的表面具有疏水特性，从而在发生严重事故的情况下，当由冷却剂形成的蒸汽接触到具有疏水特性的事故缓解装置的表面时，形成珠状凝结。

2. 根据方案1所述的事故缓解装置，其特征在于，所述疏水性微观结构层由突起微纳米结构、凹槽微纳米结构、孔洞微纳米结构中的至少一种微纳米结构组成。