CN110111915A - 一种适用于小型堆的抑压冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于抑压冷却系统技术领域，尤其涉及一种适用于小型堆的抑压冷却系统，安全壳上部为钢制半球形穹顶，下部为圆柱体，上、下部之间用钢板隔离；圆柱体内设有环形水箱，环形水箱外圆边与圆柱体内壁密封连接，环形水箱内圆下凹形成的桶状空间，环形水箱外表面与钢板下表面之间空间共同构成干井；环形水箱内表面与圆柱体底面之间空间共同构成湿井；压力容器置于桶状空间中，环形水箱外表面设置多处冷却箱，冷却箱内装有冰，在干井压力变大后冷却箱打开上盖板对干井进行降温，在冰融化完后，冷却箱底部阀门打开，湿井中冷却水注入干井淹没压力容器底部进行降温，避免堆芯融化。
Description
技术领域
本发明属于抑压冷却系统技术领域，尤其涉及一种适用于小型堆的抑压冷却系统。
背景技术
近些年核电事业的快速发展，小型反应堆因为其良好的安全设计理念、结构简化、能满足中小型电网的供电、城市供热、工业工艺供热和海水淡化等特殊领域应用要求的优势，得到广泛关注。同时，其安全性也被人们重视。抑压冷却技术是最早商用于大型沸水堆的反应堆安全技术，但由于小型堆相比于大型沸水堆具有安全壳容积小，失水事故发生后压力温度会更迅速变化的特点，大型沸水堆上的抑压技术不适用于小型堆；国内外小型堆抑压技术的研究是一个热点问题，但是目前并没有完成商业化。如何提供一种适用于小型堆的抑压冷却系统，使得在小型堆发生失水事故的情况下为小型堆提供前期迅速降温减压和中后期长期冷却，成为目前小型堆抑压技术发展所要解决的重要问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种适用于小型堆的抑压冷却系统，安全壳上部为钢制半球形穹顶，下部为圆柱体，上、下部之间用钢板隔离；圆柱体内设有环形水箱，环形水箱外圆边与圆柱体内壁密封连接，环形水箱内圆下凹形成的桶状空间，环形水箱外表面与钢板下表面之间空间共同构成干井；环形水箱内表面与圆柱体底面之间空间共同构成湿井；压力容器置于桶状空间中，环形水箱外表面设置多处冷却箱，冷却箱内有冰，在干井压力变大后冷却箱打开上盖板对干井进行降温，在冰融化完后，冷却箱底部阀门打开，湿井中冷却水注入干井淹没压力容器底部进行降温，避免堆芯融化。
所述冷却箱上盖板设有T型凹槽，T型凹槽交叉处设有圆形转盘，圆形转盘上三个孔分别通过三根连杆与T型凹槽三处末端的三个插销连接，三个插销顶住上盖板不与冷却箱箱体分开；圆形转盘通过扳手型开关与扇形盒连接，扳手型开关一端与圆形转盘固定，扳手型开关另一端为分叉，分叉的一边构成扇形盒一侧的直边，分叉的另一边构成扇形盒的内圆弧边，扳手型开关在扇形盒内外气压差的推动下绕圆形转盘旋转，从而带动三个插销运动使得上盖板通过释放弹簧打开。
所述冷却箱的底部设有阀门，阀门为对开式挡板，正常状态时挡板承受上方的重力并保持挡板关闭，当一侧压力过大时，挡板向另一侧打开。
所述冷却箱内壁装有保温材料，来减少冰的散热；顶部和四壁保温材料采用气凝胶毡，内层的底部采用球形气凝胶颗粒。
所述钢制穹顶外表面沿径向有凹槽，用于增大散热面积的同时避免下雨和清洗时的积水。
所述穹顶内部分空间为掺有部分酒精的水，其作为相变工质用来将下部圆柱体内热量导出。
所述干井内充满氮气。
本发明的有益效果：
1采用冰作为失水事故前期的制冷剂，可以迅速达到降温减压的效果，冰的保存与事故发生时冷却箱的开启均采用非能动手段，消除了能动手段可能存在的关键阀门故障导致系统失效的风险。
2隔离干井与湿井的阀门位于冷却箱底部，当冰消耗完，无需其它能动手段或者信号，阀门自动打开，连通干井湿井，使水注入干井，淹没压力容器。
3水淹没压力容器后，吸收热量蒸发，在钢板上将热量传递给穹顶空间内的工质后，冷凝回流，通过自然循环，可以使压力容器保持被淹没的状态，防止堆芯融化。
4穹顶材质为钢制，表面有沿半径的凹槽，增大了表面积，提高了向大气传递热量的效率，凹槽为径向，下雨时不会留有积水，清洗时水可以沿凹槽留下，降低了了保养难度。
5穹顶空间有一半空间装有水与乙醇的混合溶液作为相变工质，另一半为气体空间，穹顶空间与干井之间用钢板隔离，提高了传热效果，传入穹顶空间的热量被工质吸收，工质通过蒸发冷凝等自然过程将热量传入钢制穹顶，最终将热量传递给大气。利用自然循环的原理，事故发生时无需操作员干预，无需其他启动信号或者能动手段，即可实现对安全壳的长期冷却。
附图说明
图1为本发明的抑压冷却系统正面剖视图。
图2为本发明的抑压冷却系统立体剖视图。
图3为本发明的冷却箱立体图。
图4为本发明的冷却箱上盖板立体图。
图5为本发明的冷却箱扳手型开关立体图。
图6为本发明的冷却箱扳手型开关关闭状态图。
图7为本发明的冷却箱扳手型开关打开状态图。
图8为本发明的冷却箱插销立体图。
图9为本发明的冷却箱连杆立体图。
图10为本发明的冷却箱内部结构示意图。
图11为本发明的冷却箱底部阀门关闭状态下的正面剖视图。
图12为本发明的冷却箱底部阀门打开状态下的侧视图。
图13为本发明的冷却箱仰视图。
其中，1-冷却箱，2-湿井，3-压力容器，4-钢板，5-穹顶空间，6-干井，7-穹顶，8-安全壳，9-环形水箱，10-连杆，11-扳手型开关，12-扇形盒，13-T型凹槽，14-扇形盒，15-圆形转盘，16-连杆，17-插销，18-冰，19-气凝胶毡，20-球形气凝胶颗粒，21-阀门
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1、2所示，本发明提出了一种适用于小型堆的抑压冷却系统，安全壳上部为半球形穹顶，下部为圆柱体，上下部之间用钢板隔离；圆柱体内设有环形水箱，环形水箱外圆边与圆柱体内壁密封连接，环形水箱内圆下凹形成的桶状空间，环形水箱上表面与钢板下表面之间共同构成干井；环形水箱下表面与圆柱体底面之间共同构成湿井；压力容器置于桶状空间内，环形水箱上表面设置多处冷却箱，冷却箱内有冰，在干井压力变大后冷却箱打开上盖板对干井进行降温，在冰融化完后，冷却箱底部阀门打开，湿井中冷却水注入干井淹没压力容器底部进行降温，避免堆芯融化。
如图3～9所示，所述上盖板设有T型凹槽，T型凹槽交叉处设有圆形转盘，圆形转盘上三个孔分别通过三根连杆与T型凹槽三处末端的三个插销连接，三个插销顶住上盖板不与冷却箱箱体分开；圆形转盘通过扳手型开关与扇形盒连接，扳手型开关一端与圆形转盘固定，扳手型开关另一端为分叉，分叉的一边构成扇形盒一侧的直边，分叉的另一边构成扇形盒的内圆弧边，扳手型开关在扇形盒内外气压差的推动下绕圆形转盘旋转，从而带动三个插销运动使得上盖板通过释放弹簧打开。
如图10～11所示，所述冷却箱内壁装有保温材料，来减少冰的散热；顶部和四壁保温材料采用气凝胶毡，内层的底部采用球形气凝胶颗粒。
如图12～13所示，所述冷却箱的底部设有阀门，阀门为对开式挡板，正常状态时挡板承受上方的重力并保持挡板关闭，当一侧压力过大时，挡板向另一侧打开。
所述钢制穹顶外表面沿径向有凹槽，用于增大散热面积的同时避免下雨和清洗时的积水。所述穹顶内部分空间为用水和乙醇作的相变工质。所述干井内充满氮气。
当失水事故发生导致干井内部压力温度升高，在压差作用下，扳手型开关被压入扇形盒内部，带动冷却箱的开关打开上盖板，使冰与高温气体接触。
压力容器的下半部分被湿井环绕，冷却箱放置在环形水箱的上部的水平面和下部的水平面上，上下水平面各放置4个，以压力容器为对称轴呈中心对称分布。当失水事故发生，干井内会产生大量高温蒸汽或者汽水混合物，使干井内温度压力都迅速上升，在压差驱动下扳手型开关被压入扇形盒内部，带动冷却箱的插销收缩，冷却箱上盖板与箱体连接的轴装有弹簧，弹簧收缩打开上盖板，冰与高温蒸汽或者汽水混合物接触，迅速融化，同时降低干井内的温度和压强，当冰融化完，在压差作用下，冷却箱底部的阀门打开，连通干井和湿井，湿井中的冷却水注入干井，湿淹没压力容器底部进行降温，避免堆芯融化。水吸热蒸发，与干井内的高温高压蒸汽以及汽水混合物接触钢板，将热量传递给穹顶空间内的水和乙醇组成的工质，最终穹顶空间内的工质通过蒸发，冷凝等自然过程将热量传递给穹顶，最终热量传递给大气，实现长期冷却。
对于位于湿井壁上面的冷却箱，事故未发生时，底部阀门的上表面受通道中球状气凝胶颗粒的重力、冰的部分重力，下表面和湿井内的水面有一段距离，承受大气压，此时压差不能使底部阀门打开；当事故发生后，冷却箱打开，冰融化为冰水混合物，此时阀门上部承受冰水混合物的重力和干井充满的高温高压气体混合物施加的压力，下部仍为大气压，此时压强差使底部阀门向下打开。
对于湿井壁下部的冷却箱，事故未发生时底部阀门上部受压力，压力的来源为球状气凝胶颗粒的重力、冰的部分重力以及上下表面的压力。当事故发生时，湿井壁上面的冷却箱的底部阀门先打开，高温高压的混合气体从湿井壁上部通入湿井内的冷却水中，混合气体与冷却水的混合过程中会给冷却箱底部阀门的下侧施加很大的冲击力，破坏了下部冷却箱底部阀门的受力平衡，使其从下往上打开，从而连通干井和湿井空间，使冷却水从湿井壁下部的冷却箱的底部阀门中流出，淹没反应堆的底部。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种适用于小型堆的抑压冷却系统，其特征在于，安全壳上部为钢制半球形穹顶，下部为圆柱体，上、下部之间用钢板隔离；圆柱体内设有环形水箱，环形水箱外圆边与圆柱体内壁密封连接，环形水箱内圆下凹形成的桶状空间，环形水箱外表面与钢板下表面之间空间共同构成干井；环形水箱内表面与圆柱体底面之间空间共同构成湿井；压力容器置于桶状空间中，环形水箱外表面设置多处冷却箱，冷却箱内有冰，在干井压力变大后冷却箱打开上盖板对干井进行降温，在冰融化完后，冷却箱底部阀门打开，湿井中冷却水注入干井淹没压力容器底部进行降温，避免堆芯融化。
2.根据权利要求1所述抑压冷却系统，其特征在于，所述冷却箱上盖板设有T型凹槽，T型凹槽交叉处设有圆形转盘，圆形转盘上三个孔分别通过三根连杆与T型凹槽三处末端的三个插销连接，三个插销顶住上盖板不与冷却箱箱体分开；圆形转盘通过扳手型开关与扇形盒连接，扳手型开关一端与圆形转盘固定，扳手型开关另一端为分叉，分叉的一边构成扇形盒一侧的直边，分叉的另一边构成扇形盒的内圆弧边，扳手型开关在扇形盒内外气压差的推动下绕圆形转盘旋转，从而带动三个插销运动使得上盖板通过释放弹簧打开。
3.根据权利要求1或2所述抑压冷却系统，其特征在于，所述冷却箱的底部设有阀门，阀门为对开式挡板，正常状态时挡板承受上方的重力而保持挡板关闭，当干井压力过大时，挡板向下打开。
4.根据权利要求3所述抑压冷却系统，其特征在于，所述冷却箱用内层对冰进行包裹，内层的顶部和四壁采用气凝胶毡，内层的底部采用球形气凝胶颗粒。
5.根据权利要求1或2或4任一所述抑压冷却系统，其特征在于，所述穹顶采用钢制以增强传热效率，外表面沿径向有凹槽，用于增大散热面积的同时避免下雨和清洗时的积水。
6.根据权利要求1或2或4任一所述抑压冷却系统，其特征在于，所述穹顶内部分空间为用水和乙醇的混合溶液作的相变工质。
7.根据权利要求1或2或4任一所述抑压冷却系统，其特征在于，所述干井内充满氮气。
8.根据权利要求3所述抑压冷却系统，其特征在于，所述穹顶采用钢制以增强传热效率，外表面沿径向有凹槽，用于增大散热面积的同时避免下雨和清洗时的积水。
9.根据权利要求3所述抑压冷却系统，其特征在于，所述穹顶内部分空间为用水和乙醇的混合溶液作的相变工质。
10.根据权利要求3所述抑压冷却系统，其特征在于，所述干井内充满氮气。
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