[發明專利]一種基于水冷器的非能動余熱排出系統

有效

• 申請號: 202011301040.1
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112382420B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 向清安;鄧堅;盧慶;江光明;劉兆東;高穎賢;邱志方;鄧純銳;劉余;張明;武小莉;陳寶文;黨高健
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C15/22;G21C15/243
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 張超

本發明公開了一種基于水冷器的非能動余熱排出系統，通過采用環繞反應堆壓力容器緊湊布置的環形水冷器，帶出堆芯余熱，并將循環排熱水箱分割為熱區和冷區，熱區和冷區的頂部雙向連通，底部設置單向流向裝置，以限制冷流體只能從熱區流向冷區，有利于水蒸氣通過其頂部的排氣管排出，并增強循環排熱水箱與環形水冷器之間的自然循環能力；將水冷管內的熱流體作為上升段，圓環形下降腔內的冷流體為下降段，依靠冷熱流體的位差和密度差形成自然循環流動，循環排熱水箱熱區內形成的水蒸氣通過其頂部的排氣管排出，實現堆芯正常停堆或事故停堆后，更安全、更可靠地排出堆芯內的剩余熱量，并保證燃料包殼、壓力容器、反應堆腔室壁面的溫度不超過允許溫度。

技術領域

本發明涉及核工業冷卻系統技術領域，具體涉及一種基于水冷器的非能動余熱排出系統。

背景技術

核反應堆停堆后，由于堆芯內的剩余裂變和裂變產物的衰變，堆芯內會有剩余發熱并且持續相當長的時間。堆芯的熱量會導致堆芯燃料和堆芯冷卻劑溫度升高，導致燃料元件破損甚至熔化，從而造成放射性物質大量向外釋放，發生核安全事故。因此，需要設置安全級的余熱排出系統將堆芯內剩余的熱量帶到最終熱阱。與壓水堆不同，液體金屬冷卻反應堆采用低熔點的金屬作為冷卻劑，比如鈉鉀合金、鉛鉍合金等，這些液體金屬冷卻劑具有比熱容和熱導率大、熔點低沸點高的特點，因此，液體金屬冷卻反應堆具有導熱性能好、熱效率高、功率大，同時，金屬冷卻反應堆設計緊湊且體積小、自然循環能力大且噪音小，被視為第四代先進核能系統的優選堆型之一。

在堆芯剩余熱量被水冷壁帶出至最終熱阱(如大氣)的過程中，現有的液體金屬冷卻反應堆的余熱排出系統采用基于水冷器的能動循環冷卻方式，需要動力電源驅動泵，即使采用冗余設計，一旦喪失能力電源，能動系統將失效；采用基于水冷器的非能動余熱排出系統，其所采用空冷器與空水冷卻塔，系統復雜且建造成本高，不適應反應堆小型化、緊密布置等要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有的液體金屬冷卻反應堆系統復雜且建造成本高，不適應反應堆小型化、緊密布置等要求。本發明提供了一種基于水冷器的非能動余熱排出系統，以適應反應堆小型化、緊密布置等要求，從而實現堆芯正常停堆或事故停堆后，更安全、更可靠地排出堆芯內的剩余熱量，并保證燃料包殼、壓力容器、反應堆腔室壁面的溫度不超過允許溫度。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于水冷器的非能動余熱排出系統，包括至少兩個余熱排出子系統和一個補水箱，所有所述余熱排出子系統均連接至補水箱；

其中，每一所述余熱排出子系統包括環形水冷器、上部環形聯箱、下部環形聯箱和循環排熱裝置；所述環形水冷器位于反應堆腔室內且環繞在反應堆壓力容器的周圍；所述環形水冷器的頂部與所述上部環形聯箱連通，所述環形水冷器的底部與所述下部環形聯箱連通；所述循環排熱裝置連通于所述環形水冷器、所述上部環形聯箱和所述補水箱，所述循環排熱裝置的頂部設置有排氣管，用于排出水蒸氣；

在正常停堆或事故停堆后，停堆信號觸發打開所述余熱排出子系統中循環排熱裝置與冷卻器連接的電動閥，所述循環排熱裝置通過重力向環形水冷器注水，所述環形水冷器中的空氣被驅動到循環排熱裝置中，并通過循環排熱裝置頂部的排氣管排出，形成循環流動回路。

進一步地，所述循環排熱裝置包括循環排熱水箱和隔板；

所述隔板用于將所述循環排熱水箱分隔成熱區和冷區；所述冷區和所述熱區的頂部雙向連通；所述冷區和所述熱區的底部設置有單向流向裝置，用于將熱區的熱流體流向冷區；

所述循環排熱水箱的冷區通過出水管道的電動閥與環形水冷器的頂部連接，所述循環排熱水箱的熱區通過上升熱管道的電動閥與上部環形聯箱連接；

所述循環排熱水箱的底部高于所述環形水冷器的頂部。

進一步地，所述環形水冷器氣包括圓環形下降腔和水冷管；