一种高换热非能动安全壳冷却系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高换热非能动安全壳冷却系统，包括：安全壳，安全壳的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片，安全壳冷却系统中的液体喷淋到安全壳的外壁面和翅片形成液膜对安全壳进行冷却，空气通过空气入口后依次经过导风外廊和导风内廊，并将由液膜传递到其中的热量从空气出口排出。实施本实用新型专利技术的高换热非能动安全壳冷却系统，能够大幅提高液膜对流换热和空气对流换热的效率；有助于抑制事故后早期的安全壳压力峰值，提高了安全壳抵御极端事件的能力;显著提高换热功率，提升安全可靠性。

High heat exchange passive safety shell cooling system

The utility model discloses a high heat passive containment cooling system, including: safety shell, inner side wall and / or lateral wall of the containment is arranged on the outer wall surface of fin and fin containment cooling system of liquid spray to the containment of the liquid film formed on the containment for cooling air through the air after the entrance passes through the wind and the wind guiding veranda corridor, and will be transferred to the film by the heat discharged from the air outlet. The utility model has the advantages of high heat passive containment cooling system, can greatly improve the efficiency of liquid convection heat and air convection; contribute to the containment pressure peak early suppression after the accident, the ability to resist extreme events to improve the safety of the shell; improve heat power, improve safety and reliability.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及核电领域，尤其涉及一种高换热非能动安全壳冷却系统。
技术介绍
现有核电厂事故后依靠安全壳冷却水箱（PCCWST）内低温水对钢制安全壳外壁面实施喷淋冷却的非能动方式中，主要存在如下技术问题：1、在安全壳的顶部承载巨大贮水箱的结构，其在强地震、海嘨、龙卷风等极端事件中极易导致结构破坏并丧失安全功能。2、通过在钢制安全壳外壁面建立一层水膜，利用水膜的蒸发和对流进行热量移除的非能动方式，液膜与钢制安全壳的对流换热效率较低；液膜在钢制安全壳外表面若不能完全蒸发，将沿垂直方向下流至钢制安全壳底部，被直接排除掉，这些没有完全蒸发的液体没有完全吸收热量，从而导致了冷却水的浪费；液膜不能覆盖100%钢制安全壳外表面，如果增大喷淋流量、可以增大液膜覆盖率，但是增大喷淋流量却会导致更多的冷却水浪费。3、PCCWST水箱内的水容积仅满足短时间（例如：72小时，安全壳结构不足以承担更大负荷）的功能需求。而在极端自然灾害情况下，诸如福岛核事故情形下，在很长时间内完全丧失厂内外交流电源，当PCCWST的水箱排空之后，没有动力源驱动再循环泵向其补水。如果只依靠空气对流的方式在安全壳外壁面冷却，不足以排出堆内余热，安全壳内高压会造成安全壳破裂，会造成事故后果急剧恶化。4、当用于喷淋的顶部水箱中水用完之后，只能依靠空气入口和空气出口之前的空气流动来带走安全壳外壁面的热量，但是空气带热的能力很差，需要采用一定技术提高其换热能力。5、由于安全壳内往往在事故初期达到压力峰值，即事故初期是最需要得到有效冷却的时段，而基于实验得到的PCCS建立水膜的延迟时间长达337秒，换热的及时性不高；同时，根据西屋公司的实验，水膜建立的覆盖率、排热能力至今未得到充分的验证。由此可见，安全壳热容量和热移除是非能动压水堆核电厂进一步提升功率所面临的瓶颈问题，如果采用对原设计简单扩容的方法，例如：增大安全壳容积和表面积、增大冷却水储存箱容积等方式，已不能满足大功率条件下的功能需求，不利于电厂整体经济型和安全性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于，提供一种高换热非能动安全壳冷却系统，能够大幅提高液膜对流换热和空气对流换热的效率；有助于抑制事故后早期的安全壳压力峰值，提高了安全壳抵御极端事件的能力;显著提高换热功率，提升安全可靠性。为了解决上述技术问题，本技术的实施例提供了一种高换热非能动安全壳冷却系统，包括：安全壳，安全壳的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片；设置在安全壳外部的混凝土屏蔽层，混凝土屏蔽层和安全壳的外壁之间设有空气折流板，混凝土屏蔽层和空气折流板之间形成用以对进入混凝土屏蔽层和安全壳外壁之间的空气进行导流的导风外廊，空气折流板和安全壳外壁之间形成与导风外廊相连通的导风内廊；混凝土屏蔽层上分别开设空气入口和空气出口；以及设置在安全壳顶部上方的安全壳冷却系统，其中：安全壳冷却系统中的液体喷淋到安全壳的外壁面和翅片形成液膜对安全壳进行冷却，空气通过空气入口后依次经过导风外廊和导风内廊，并将由液膜传递到其中的热量从空气出口排出。其中，翅片设置为多片，多片翅片等距均匀地环绕布置在安全壳的外侧侧壁上。其中，多片翅片布置为垂直方向或倾斜一定的角度。其中，翅片上开设有贯通孔，以使不同翅片所形成流道之间的流体或空气可以横向流动。其中，安全壳冷却系统包括：设置在安全壳顶部上方的安全壳冷却水箱和与安全壳冷却水箱相连的喷淋管道，安全壳冷却水箱中的水可通过喷淋管道喷淋到安全壳的顶部。其中，安全壳为由不锈钢材料制成的密封罐体。本技术所提供的高换热非能动安全壳冷却系统，具有如下有益效果：第一、安全壳冷却装置中的液体喷淋到安全壳的外壁面形成液膜对安全壳进行冷却，空气通过空气入口后依次经过导风外廊和导风内廊，并将由液膜传递到其中的热量从空气出口排出。根据传统经验，翅壳式换热面相对壳式换热面的换热系数可以提高3~5倍，因此，无论是液体的对流换热还是空气的对流换热，换热能力将大大提升。在72小时后，仅依靠空气与钢制安全壳外壁面的对流换热，就可以带走安全壳内热量。第二，安全壳的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片，可以实现对液膜的导向作用，从而增大钢制安全壳外壁面液膜覆盖率，可以大大提高液膜对流换热和空气对流换热的效率；液膜覆盖率的提升和液膜换热效率的提高，有助于抑制事故后早期的安全壳压力峰值，提高安全壳抵御极端事件的能力，从而提高了核电厂的安全性和可靠性。第三、翅片可以进行导流和增强换热，在进行精确的流量设计后，可避免流体流至安全壳底部时还未被完全蒸发，即不会有流体的浪费。大大减小安全壳顶部水箱的体积，大幅提高核电厂安全壳结构的强度和稳定性。第四、由于翅片增大了传热面积、增强了换热效果，因此即便是顶部水箱的水排空、只能依靠空气带热的情况，本技术的系统依然能够提供较强的换热能力。第五、实现全程非能动技术，无需人工操作、直流电源或泵，事故后很长时间无需电源。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例高换热非能动安全壳冷却系统的结构示意图。图2是本技术实施例高换热非能动安全壳冷却系统的安全壳布置翘片的俯视结构示意图。具体实施方式本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。结合参见图1-图2所示，为本技术高换热非能动安全壳冷却系统的实施例一。本实施例中的高换热非能动安全壳冷却系统包括：钢制安全壳1，钢制安全壳1的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片11；设置在钢制安全壳1外部的混凝土屏蔽层2，混凝土屏蔽层2和钢制安全壳1的外壁之间设有空气折流板3；混凝土屏蔽层2和空气折流板3之间形成用以对进入混凝土屏蔽层2和钢制安全壳1外壁之间的空气进行导流的导风外廊3a，空气折流板2和钢制安全壳1外壁之间形成与导风外廊3a相连通的导风内廊3b；混凝土屏蔽层2上分别开设空气入口21和空气出口22；以及设置在钢制安全壳1顶部上方的安全壳冷却装置4，其中：安全壳冷却装置4中的液体喷淋到钢制安全壳1的外壁面和翅片11上形成液膜对钢制安全壳1进行冷却，空气通过空气入口21后依次经过导风外廊3a和导风内廊3b，并将由液膜传递到其中的热量从空气出口22排出。具体实施时，钢制安全壳1为由不锈钢材料制成的密封罐体。将壳体设置成钢板，能够满足非能动核电厂安全壳抑制压力、包容放射性物质等功能需求。钢制安全壳1的主要功能是为在事故后包容反应堆释放出来的质量和能量（水蒸气），并包容放射性物质、避免其向大气环境进行无法控制的排放。进一步的，钢制安全壳1的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片11，本实施例中为钢制安全壳1的外侧侧壁，翅片11设置为多片，多片翅片11等距均匀地环绕布置在钢制安全壳1的外侧侧壁上。其中：翅片11可采用多种结构形式和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高换热非能动安全壳冷却系统，其特征在于，包括：安全壳，所述安全壳的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片；设置在所述安全壳外部的混凝土屏蔽层，所述混凝土屏蔽层和所述安全壳的外壁之间设有空气折流板，所述混凝土屏蔽层和所述空气折流板之间形成用以对进入所述混凝土屏蔽层和所述安全壳外壁之间的空气进行导流的导风外廊，所述空气折流板和所述安全壳外壁之间形成与所述导风外廊相连通的导风内廊；所述混凝土屏蔽层上分别开设空气入口和空气出口；以及设置在所述安全壳顶部上方的安全壳冷却系统，其中：所述安全壳冷却系统中的液体喷淋到所述安全壳的外壁面和所述翅片上形成液膜对所述安全壳进行冷却，空气通过所述空气入口后依次经过所述导风外廊和所述导风内廊，并将由所述液膜传递到其中的热量从所述空气出口排出。

【技术特征摘要】
1.一种高换热非能动安全壳冷却系统，其特征在于，包括：安全壳，所述安全壳的内侧侧壁和/或外侧侧壁上设有翅片；设置在所述安全壳外部的混凝土屏蔽层，所述混凝土屏蔽层和所述安全壳的外壁之间设有空气折流板，所述混凝土屏蔽层和所述空气折流板之间形成用以对进入所述混凝土屏蔽层和所述安全壳外壁之间的空气进行导流的导风外廊，所述空气折流板和所述安全壳外壁之间形成与所述导风外廊相连通的导风内廊；所述混凝土屏蔽层上分别开设空气入口和空气出口；以及设置在所述安全壳顶部上方的安全壳冷却系统，其中：所述安全壳冷却系统中的液体喷淋到所述安全壳的外壁面和所述翅片上形成液膜对所述安全壳进行冷却，空气通过所述空气入口后依次经过所述导风外廊和所述导风内廊，并将由所述液膜传递到其中的热量从所述空气出口排出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨江，卢向晖，王婷，黄熙，梁任，林支康，方思远，梁活，吕逸君，沈永刚，蒋晓华，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44