[發(fā)明專利]一種地下核電站安全殼潛熱式冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610784838.3
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106205751B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;鈕新強(qiáng);趙鑫;喻飛;金乾;袁博;劉爽;何杰;李成子;付文軍
• 申請（專利權(quán)）人: 長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司42104
• 代理人: 陳家安,劉琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核電技術(shù)，具體地指一種地下核電站安全殼潛熱式冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

地下核電站將核島等涉核廠房置于地下，利用地下巖體的防護(hù)、包容作用，限制潛在的放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放，提高了核電站安全性，為我國核電安全發(fā)展提供了新思路。

在核電站嚴(yán)重事故中，堆芯熔融物噴出壓力容器，迅速加熱安全殼內(nèi)大氣，同時由于高溫冷卻劑的蒸發(fā)，在安全殼內(nèi)形成高溫、高壓的大氣環(huán)境。此時，為防止安全殼完整性失效，必須及時導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量。目前安全殼熱量的導(dǎo)出都是通過換熱器內(nèi)冷卻水的升溫吸熱過程帶出安全殼熱量。但這種導(dǎo)熱方式均存在換熱效率低，特別是安全殼內(nèi)熱量排向換熱器時效率低下的問題。如中國專利：非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(申請?zhí)枺篊N201310328514.5)利用設(shè)置在堆坑內(nèi)的蒸發(fā)器導(dǎo)出安全殼內(nèi)熱量，但這種冷卻方式只在蒸發(fā)器附近有較高的冷卻效率，安全殼熱量必須先傳至蒸發(fā)器附近后才能進(jìn)一步被導(dǎo)出；中國專利：一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)及方法(申請?zhí)枺篊N201210088007.4)利用外置冷凝水箱內(nèi)的冷凝換熱器導(dǎo)出安全殼熱量，這種冷凝方式為開式循環(huán)，會不斷消耗冷凝水，且需要不斷向外界排放不凝結(jié)氣體，存在放射性物質(zhì)泄漏的風(fēng)險。中國專利：大容量完全非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(申請?zhí)枺篊N200910226276.0)利用安全殼表面冷卻水的蒸發(fā)導(dǎo)出安全殼熱量，這種冷卻方式也為開式循環(huán)，必須消耗冷卻水，同時，其換熱面積為鋼制安全殼外表面，安全殼內(nèi)熱量必須先傳至鋼制安全殼后再由外表面冷卻水導(dǎo)出，冷卻效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，結(jié)合地下核電站的特點(diǎn)，提出一種地下核電站安全殼潛熱式冷卻系統(tǒng)，既可利用冷卻水的相變潛熱，高效、迅速排出安全殼熱量，又可形成閉式循環(huán)實(shí)現(xiàn)安全殼的長期冷卻。

本發(fā)明一種地下核電站安全殼潛熱式冷卻系統(tǒng)，包括位于地面上的地面水池和位于地下巖層內(nèi)的安全殼及冷凝洞室，其特殊之處在于，所述安全殼的外層設(shè)置有巖體改造層，所述安全殼內(nèi)腔上部設(shè)置有吸氣支管，下部設(shè)置有霧化噴嘴和干冷氣分流支管，所述霧化噴嘴布置在壓力容器的側(cè)壁和底部，所述干冷氣分流支管位于霧化噴嘴下方；所述冷凝洞室內(nèi)設(shè)置冷凝熱交換器，所述冷凝熱交換器進(jìn)氣口與吸氣支管相連，排氣口與干冷氣分流支管相連。

進(jìn)一步地，所述冷凝熱交換器的進(jìn)水口與外部熱阱和地面水池連接，所述外部熱阱是冷凍水系統(tǒng)或廠用水系統(tǒng)，或兩者結(jié)合一用一備

更進(jìn)一步地，所述冷凝熱交換器的進(jìn)氣口通過數(shù)控氣泵與吸氣支管相連。數(shù)控氣泵可以將位于安全殼上部的濕熱空氣抽吸至冷凝熱交換器中冷卻分離為干冷氣和凝結(jié)水，循環(huán)使用。

更進(jìn)一步地，所述冷凝熱交換器排氣口連接第一汽水分離器進(jìn)口，所述第一汽水分離器排氣口通過干冷氣管與安全殼內(nèi)的干冷氣分流支管相連。第一汽水分離器分離出的干冷空氣進(jìn)入冷氣分流支管，分理處的少量凝結(jié)水經(jīng)第二汽水分離器最終通過霧化噴嘴噴出。

更進(jìn)一步地，所述冷凝熱交換器排水口連接第二汽水分離器進(jìn)口，所述第二汽水分離器排水口與高效過濾器的輸入端相連，所述高效過濾器輸出端通過霧化水管與安全殼內(nèi)的霧化噴嘴連接。高效過濾器有限過濾排水中顆粒性雜質(zhì)，防止堵塞霧化噴嘴。

更進(jìn)一步地，所述第一汽水分離器排水口經(jīng)過第二逆止閥與第二汽水分離器進(jìn)口相連，所述第二汽水分離器排氣口經(jīng)過第一逆止閥與第一汽水分離器進(jìn)口相連。

更進(jìn)一步地，所述高效過濾器的輸入端還與位于高效過濾器上游的霧化補(bǔ)水箱通過補(bǔ)水隔離閥相連，霧化補(bǔ)水箱可為霧化水損失提供有限補(bǔ)充，并在事故初期提供循環(huán)水。

更進(jìn)一步地，所述冷凝洞室標(biāo)高高于安全殼，為安全殼內(nèi)霧化噴嘴提供足夠壓差水頭，如高差至少為50m。

更進(jìn)一步地，所述霧化噴嘴噴出水滴直徑在0.1微米至10微米之間，使其表面積增加約49000倍，顯著提高熱交換能力。

更進(jìn)一步地，所述霧化水管穿過安全殼的部分設(shè)置為下沉段，所述下沉段的標(biāo)高低于霧化水管其他部分的標(biāo)高，為安全殼提供一定的液封，兩者標(biāo)高差至少為10cm。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明將冷卻液水霧化成微小霧粒，使冷卻液與空氣的接觸面積急劇增大，增加換熱能力，并利用小霧粒的蒸發(fā)潛熱，迅速高效地帶走安全殼內(nèi)熱量。同時利用冷凝洞室內(nèi)的冷凝熱交換器冷凝安全殼內(nèi)大氣并導(dǎo)出熱量，實(shí)現(xiàn)安全殼的長期閉式循環(huán)冷卻。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：