[發(fā)明專利]一種強化安全殼排熱的事故緩解裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310747485.6
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103730170A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙維;王燊;楊林;劉璐;田春來;周姍
• 申請（專利權(quán)）人: 國家核電技術(shù)有限公司;國核華清（北京）核電技術(shù)研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄧雪萌;李婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核電站安全設(shè)備與技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種核電站嚴重事故非能動排熱裝置。具體地說，是在核電站出現(xiàn)超設(shè)計基準的嚴重事故時，利用具有較強傳熱功能的裝置，及時排出熱量，確保安全殼的完整性。

背景技術(shù)

安全殼是核電站發(fā)生事故時，防止放射性物質(zhì)泄漏的最后一道屏障，對核電站安全具有極為重要的意義。所以，針對未來反應(yīng)堆核電站，其堆芯增大、功率增加必然導(dǎo)致事故后安全殼內(nèi)質(zhì)能釋放增大，及時迅速地排出殼內(nèi)熱量，是核電站設(shè)計中需要考慮的重要問題。要解決大破口、主蒸汽管道破裂等嚴重事故工況下的事故緩解問題，必須有一種能夠在發(fā)生嚴重事故的工況下，快速直接排出安全殼內(nèi)熱量，保證安全殼內(nèi)溫度、壓力不超過設(shè)計許用范圍的方法，從而保持安全殼的完整性，最終保證核電站乃至周圍環(huán)境的安全。

根據(jù)安全殼冷卻系統(tǒng)的運行特點，殼內(nèi)熱量主要通過殼內(nèi)水蒸汽凝結(jié)、鋼殼壁導(dǎo)熱和殼外液膜蒸發(fā)等物理現(xiàn)象的耦合作用向外部輸運，從而降低安全殼的內(nèi)部壓力。其中，安全殼壁面及其附近的流體是熱量載出的主要載體，殼壁內(nèi)的高效傳熱對實現(xiàn)安全殼冷卻系統(tǒng)功能極其重要。蒸汽的凝結(jié)方式可分為膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)。現(xiàn)有技術(shù)的鋼制安全殼以及常用涂層表面均表現(xiàn)為親水性質(zhì)，凝結(jié)方式為膜狀凝結(jié)，蒸汽凝結(jié)只能在液膜上進行。這種凝結(jié)方式換熱效率低，存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

相對于膜狀凝結(jié)，珠狀凝結(jié)是一種高效換熱方式，換熱直接在液珠表面和裸露壁面上進行，其換熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)要高1-2個數(shù)量級，能夠有效強化安全殼的排熱能力。因此，一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效珠狀凝結(jié)換熱的疏水或超疏水安全殼壁面具有重要的意義。

因此，本發(fā)明的目的在于提出一種核電站嚴重事故時增強安全殼排熱性能的事故緩解裝置，在核電站發(fā)生超設(shè)計基準事故的嚴重事故工況時，將安全殼內(nèi)壓力和溫度降低至可接受的水平，以保持安全殼的完整性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種強化安全殼排熱的事故緩解裝置，包括導(dǎo)熱基板，其特征在于：還包括疏水性微觀結(jié)構(gòu)層，該疏水性微觀結(jié)構(gòu)層設(shè)置在導(dǎo)熱基板的表面上，上述事故緩解裝置設(shè)置在鋼制安全殼的內(nèi)壁面上；在發(fā)生嚴重事故時，執(zhí)行安全保障功能。

所述的疏水性微觀結(jié)構(gòu)層為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合金中的至少一種材料。

所述的疏水性微觀結(jié)構(gòu)層由突起、凹槽、孔洞微納米結(jié)構(gòu)中的至少一種結(jié)構(gòu)組成。

所述的微納米結(jié)構(gòu)具有球型、橢球型、球冠型、柱型、管型、棱錐型、棱臺型、片層型、針形中的至少一種結(jié)構(gòu)。

所述的微納米結(jié)構(gòu)的高度或深度在500納米至1000微米之間，半高寬度在20納米至200微米之間，相鄰微納米結(jié)構(gòu)間距在100納米至500微米之間。

可選的，所述的事故緩解裝置還包括設(shè)置在疏水性微觀結(jié)構(gòu)層表面的低表面能化學(xué)修飾層。所述的低表面能化學(xué)修飾層的材料表面能在5至100?mJ/m²。有利的，所述的低表面能化學(xué)修飾層的材料為硅氧烷或含氟化合物。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

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，從而在事故情況下減小或避免液膜的形成，通過高效的珠狀凝結(jié)換熱過程，將安全殼壓力和溫度降低至可接受的水平，有效保持安全殼的完整性。

2）本發(fā)明采用的裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實施方便，且性能穩(wěn)定、可靠。

3）本發(fā)明采用的裝置具有疏水性表面，通過疏水性表面具有的自清潔效應(yīng)，有利于保持安全殼壁面清潔及防止壁面腐蝕。

4）本發(fā)明采用非能動的裝置增強安全殼內(nèi)熱量排出，完全不依賴于外部動力供應(yīng)，提高了核電站的固有安全性。

本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案：

1.?一種強化安全殼排熱的事故緩解裝置，所述事故緩解裝置設(shè)置在安全殼的內(nèi)壁面上，其特征在于，所述事故緩解裝置包括：

導(dǎo)熱基板，導(dǎo)熱基板結(jié)合到安全殼的內(nèi)壁面上，以及

疏水性微觀結(jié)構(gòu)層，所述疏水性微觀結(jié)構(gòu)層設(shè)置在導(dǎo)熱基板的表面上，其用于使事故緩解裝置的表面具有疏水特性，從而在發(fā)生嚴重事故的情況下，當由冷卻劑形成的蒸汽接觸到具有疏水特性的事故緩解裝置的表面時，形成珠狀凝結(jié)。

2.?根據(jù)方案1所述的事故緩解裝置，其特征在于，所述疏水性微觀結(jié)構(gòu)層由突起微納米結(jié)構(gòu)、凹槽微納米結(jié)構(gòu)、孔洞微納米結(jié)構(gòu)中的至少一種微納米結(jié)構(gòu)組成。