[发明专利]一种采用喷射技术的长期高效非能动安全壳冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种核安全装置，具体地说是安全壳冷却系统。

背景技术

随着核能技术的不断发展与成熟，核能应用在人类生存和发展中发挥着越来越重要的作用。为了充分利用这一清洁高效能源以缓解环境压力，我国目前正在积极发展陆地核电站，浮动核电站，核动力破冰船等技术。

在核能技术更新过程中，核安全始终位于首要地位。通常，核能系统具有三道安全屏障：核燃料芯块与包壳、一回路承压边界以及核电厂安全壳。安全壳作为与外界隔绝的最后一道安全屏障，其在福岛核事故后越来越受到研究人员的关注。在传统核电站设计中，事故条件下需要能动系统来导出安全壳内余热，这增加了事故缓解过程对电力、柴油等能源的依赖性。

为了解决上述问题，人们在第三代核电技术中大力发展了非能动安全壳冷却系统。其中一种典型结构由安全壳内置换热器，安全壳外置换热水箱以及连接换热器与水箱的冷热管线组成。系统发生破口事故时，大量高温蒸汽喷放进入安全壳气空间并在安全壳内置换热器外表面凝结放热。非能动热量导出系统的热管段被加热后，在冷热管段的重位差驱动下系统形成自然循环以持续导出安全壳内热量，确保温度压力处于安全限值以内。

但是，上述系统在运行过程中水箱水会被持续加热蒸发，水箱存水只能维持系统运行72小时，并且相关研究表明非能动安全壳换热器的管外换热系数远远低于管内换热系数，蒸汽凝结效率低阻碍了安全壳内热量的导出(Jeon,B.G.,NO,H.C.,2014.Thermal-hydraulic evaluation of passive containment cooling system of improved APR+during LOCAs.Nuclear Engineering and Design 278,190-198)。

发明内容

本发明的目的在于提供使非能动安全壳热量导出系统能够长期高效的运行，进而确保核电站最后一道屏障长期完整性的一种采用喷射技术的长期高效非能动安全壳冷却系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种采用喷射技术的长期高效非能动安全壳冷却系统，其特征是：包括安全壳、设置于安全壳内部的安全壳内之换热器、设置于安全壳外部的安全壳外置换热水箱、上管段、下管段，下管段一端连通安全壳外置换热水箱底部的第一排热系统入口，另一端伸入安全壳里并连通安全壳内置换热器入口，上管段一端连通安全壳外置换热水箱底部的第一排热系统出口，另一端伸入安全壳里并连通安全壳内置换热器出口；

安全壳外置换热水箱的气空间里设置气空间空冷器，所述气空间空冷器包括设置于安全壳外置换热水箱的气空间里的管束换热器，安全壳外置换热水箱的侧壁分别设置隔水室、蒸汽-空气喷射装置，隔水室里安装入口管线，入口管线连接下降段，下降段连接位于安全壳外置换热水箱的水空间里的上升段，入口管线与蒸汽-空气喷射装置分别连通外界空气，管束换热器的入口连通上升段，管束换热器的出口连通蒸汽-空气喷射装置。

本发明还可以包括：

1、安全壳外置换热水箱的水空间里设置水空间空冷器，水空间空冷器包括折流板、水空间换热器，单个折流板为开口的环形结构，折流板与折流板之间采用嵌套的方式设置，相邻两个折流板的开口位置相反，形成环形流动通道，水空间换热器设置在相邻的两个折流板之间，第一排热系统入口位于水空间空冷器的中心位置，第一排热系统出口位于水空间空冷器外侧。

2、所述蒸汽-空气喷射装置包括依次相连的渐扩管、喷射装置入口封头、渐缩段、喉部、渐扩段，渐扩管连通管束换热器，喷射装置入口封头里设置渐缩管，渐缩管一端伸入至渐缩段，另一端伸出至喷射装置入口封头外部的安全壳外置换热水箱的气空间里。

3、所述蒸汽-空气喷射装置包括依次相连的渐缩段、喉部、渐扩段，管束换热器的出口伸入至渐缩段里，渐缩段与安全壳外置换热水箱的气空间相通。

4、所述安全壳内之换热器包括入口联箱、小盘管光管、出口联箱，小盘管光管分别连通入口联箱和出口联箱，入口联箱上设置安全壳内置换热器入口，出口联箱上设置安全壳内置换热器出口。

5、安全壳内置换热器侧面设置引流板，引流板与安全壳内壁形成上宽下窄的漏斗形气体流动通道；折流板开口的截面从底部至顶部依次增大。

本发明的优势在于：

1)非能动安全壳冷却系统分为两级排热系统，第一级排热系统利用自然循环将安全壳内的热量排入安全壳外置换热水箱，第二级排热系统利用蒸汽-空气喷射装置将换热水箱中的热量排入外界环境。