一种可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统技术方案

本申请公开了一种可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统，主要包括设于堆芯顶部的蒸发端换热器、对堆芯和蒸发端换热器进行围设的围管，以及空冷式换热厂房；空冷式换热厂房顶部设有换热风帽，侧壁上开设进风口，内部设冷凝端换热器；蒸发端换热器和冷凝端换热器通过管道流体连通；围管内形成允许流体流通的流道，流至堆芯的冷却水与堆芯换热升温后，沿围管流向蒸发端换热器进行换热。本申请提供的非能动空气冷却系统使用热端堆芯和冷凝端换热器间冷却工质的密度差作为自然循环驱动力，系统以大气为最终热阱，可保证反应堆在任何工况下堆芯热量的正常排出，提升反应堆的热量导出效率，同时摆脱能耗负担，提高反应堆的安全性和经济性。应堆的安全性和经济性。应堆的安全性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统


[0001]本申请涉及医用同位素生产反应堆
，尤其涉及一种可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统。

技术介绍

[0002]目前国内外多使用泳池式反应堆进行供热。基于泳池式反应堆具有一般热功率较低、运行期间整体池内低温常压，存在其固有安全性，且泳池式反应堆系统构造简单、造价低、无熔堆风险、运行维护简单等天然优势。为充分发挥泳池式反应堆的潜能，也为了安全利用核能，可以考虑使用泳池式反应堆作为生产医用同位素的反应堆型，充分利用泳池式反应堆的固有优势，以补充国内目前巨大的医用同位素生产缺口。
[0003]非能动安全的概念的提出可以有效增加核能设施的固有安全性和可靠性。一般先进非能动核电站均在传统设计的基础上，增加非能动设计理念增加多种非能动安全系统及设备，增加核电系统整体安全性。
[0004]目前核电广泛使用的余热排出系统均属于能动与非能动系统相结合，该方法可以保证在事故工况下堆芯余热排出，且一般通过冷却水池内的冷却水的升温带走堆芯的热量，再通过冷却水池与大气换热，最终热阱为大气。但值得关注的是，使用冷却水池等方式进行换热，换热效率会随冷却水池温度的上升而下降，因此电厂需保守的增加冷却水池体积，以保证事故工况下的换热能力。
[0005]参见中国专利CN201210127319.1，其公开了一种水淹式安全壳完全非能动余热导出系统，在水淹式安全壳核电站发生事故后，可以防止冷却水的蒸发，为核电站的余热排出提供完全非能动分离式最终热阱，主要采用的技术方案为：一种水淹式安全壳完全非能动余热导出系统包括分离式冷却装置、烟囱和导流板，导流板为四周封闭的框架结构，并且在导流板的下部开设若干通水孔，导流板放置于水池底部，导流板环绕安全壳并浸在冷却水中，导流板外侧区域的冷却水中放置分离式冷却装置的蒸发端，分离式冷却装置的冷凝端布置于烟囱中；导流板环绕安全壳并浸在冷却水，导流板低于水池中的冷却水液面高度；分离式冷却装置由多组分离式冷却器组成，单组分离式冷却器包括蒸发端、连箱、连接管和冷凝端，蒸发端的两端设有连箱，冷凝端的两端设有连箱，蒸发端的连箱与冷凝端的连箱之间借助于连接管连接；单组分离式冷却器的蒸发端与冷凝端由多根外围带有翘片的热管构成，热管充有一定量的工质，工质可以为水，甲醇、乙醇、丙酮或氨水。
[0006]该专利公开的技术方案采用导流板将水池分成内外两个区域，导流板外侧区域的冷却水中放置分离式冷却装置的蒸发端，分离式冷却装置的冷凝端布置于烟囱中，通过冷却液的自然循环将安全壳散发出的热量传递给分离式冷却装置，分离式冷却装置再通过烟囱将热量导出，在水淹式安全壳核电站发生事故后，可以防止冷却水的蒸发，为核电站的余热排出提供完全非能动分离式最终热阱；其主要采用了分离式冷却装置冷却水池中的冷却水，分离式冷却装置工质相变换热实现高效换热，依靠密度差自然循环驱动系统，且采用烟囱提供空气冷源，实现了水池长期非能动高效换热冷却。
[0007]该专利公开的技术方案虽然可以利用分离式冷却装置工质相变换热，依靠密度差自然循环驱动系统，但该系统主要针对水淹式安全壳核电站发生事故后，防止冷却水蒸发，为核电站的余热排出提供支持。对于正常工况下核电站的常用余热导出方式仍采用能动的余热排出方式，即利用多套冗余的安全电源与泵，在发生事故后向安全壳内注水，再有采用非能动的余热排出方式，比如第三代AP1000核电站通过冷却水的重力自流与水膜冷却进行非能动的余热排出。
[0008]还有采用空冷手段进行堆芯余热排出的，空冷可以减少核电设施对水资源的消耗，有利于核电设施打破地域限制，有利于核电设施内陆化发展。但现有的空冷技术多采用比较成熟的机力通风空冷，该方式耗电大，且一旦断电存在安全隐患。因此，现有堆芯余热导出方式及导出效率还存在进一步改进的空间，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0009]本申请提供一种用以排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统。此系统在反应堆正常和事故工况下都使用自然循环排除堆芯热量，可以解决现有技术中反应堆堆芯热量导出效率不高且依赖外部能动装置的问题。
[0010]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0011]本申请提供一种可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统，包括设置在堆芯顶部的蒸发端换热器、对所述堆芯和蒸发端换热器进行围设的围管，以及空冷式换热厂房；
[0012]所述空冷式换热厂房包括厂房本体，厂房本体的顶部设有换热风帽，厂房本体的侧壁上开设有进风口，厂房本体内设置有冷凝端换热器；蒸发端换热器和冷凝端换热器中分别设置有换热介质；所述蒸发端换热器的进口端和冷凝端换热器的出口端通过下降连接管相连，所述蒸发端换热器的出口端和冷凝端换热器的进口端通过上升连接管相连；
[0013]所述围管内形成允许流体流通的流道，流至堆芯的冷却水与堆芯换热升温后，沿围管内的流道流向蒸发端换热器进行换热。
[0014]上述技术方案进一步的，所述蒸发端换热器位于反应堆顶部形成的高温区内；所述围管包括第一围管和第二围管；所述第一围管围设在堆芯外侧，所述第一围管的一端延伸至蒸发端换热器中部形成的与堆芯对应的通道中。
[0015]进一步的，所述第二围管围设在蒸发端换热器的外侧，所述第二围管为一端封闭、另一端敞口的壳体结构，第二围管的敞口一端靠近堆芯，第一围管和第二围管流体连通，第二围管的内壁与蒸发端换热器之间形成流道。
[0016]进一步的，流至堆芯的冷却水被堆芯加热使得密度减小后，沿第一围管内的流道向上流动，到达第一围管顶部后，分流进入蒸发端换热器的顶部，经蒸发端换热器冷却后向下自然排出。
[0017]更进一步的，所述第一围管的一端伸入第二围管内，且靠近第二围管的封闭端。
[0018]进一步的，所述蒸发端换热器包括若干根平行布置于反应堆水池内的蒸发端热管，以及分别设置在蒸发端热管两端的顶部连接箱和底部连接箱；若干根所述蒸发端热管的入口与所述底部连接箱会同相连，所述底部连接箱的入口与下降连接管的出口相连。
[0019]进一步的，若干根所述蒸发端热管的出口与所述顶部连接箱会同相连，所述顶部连接箱的出口与上升连接管的入口相连。
[0020]进一步的，所述下降连接管内流通的冷却介质经蒸发端换热器升温后，沿蒸发端换热器膨胀上升，经上升连接管流入冷凝端换热器中。
[0021]进一步的，所述冷凝端换热器包括若干根布置于空冷式换热厂房内的冷凝端热管，以及分别设置在冷凝端热管两端的顶部连接箱和底部连接箱；若干根所述冷凝端热管的入口与所述顶部连接箱会同相连，所述顶部连接箱的入口与上升连接管的出口相连。
[0022]进一步的，若干根所述冷凝端热管的出口与所述底部连接箱会同相连，所述底部连接箱的出口与下降连接管的入口相连。
[0023]进一步的，所述空冷式换热厂房设置在地面上，在竖直方向上，所述空冷式换热厂房与反应堆具有垂直高度差；所述厂房本体侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统，其特征在于，包括设置在堆芯顶部的蒸发端换热器、对所述堆芯和蒸发端换热器进行围设的围管，以及空冷式换热厂房；所述空冷式换热厂房包括厂房本体，厂房本体的顶部设有换热风帽，厂房本体的侧壁上开设有进风口，厂房本体内设置有冷凝端换热器；蒸发端换热器和冷凝端换热器中分别设置有换热介质；所述蒸发端换热器的进口端和冷凝端换热器的出口端通过下降连接管相连，所述蒸发端换热器的出口端和冷凝端换热器的进口端通过上升连接管相连；所述围管内形成允许流体流通的流道，流至堆芯的冷却水与堆芯换热升温后，沿围管内的流道流向蒸发端换热器进行换热。2.根据权利要求1所述的可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统，其特征在于，所述蒸发端换热器位于反应堆顶部形成的高温区内；所述围管包括第一围管和第二围管；所述第一围管围设在堆芯外侧，所述第一围管的一端延伸至蒸发端换热器中部形成的与堆芯对应的通道中；所述第二围管围设在蒸发端换热器的外侧，所述第二围管为一端封闭、另一端敞口的壳体结构，第二围管的敞口一端靠近堆芯，第一围管和第二围管流体连通，第二围管的内壁与蒸发端换热器之间形成流道。3.根据权利要求2所述的可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统，其特征在于，流至堆芯的冷却水被堆芯加热使得密度减小后，沿第一围管内的流道向上流动，到达第一围管顶部后，分流进入蒸发端换热器的顶部，经蒸发端换热器冷却后向下自然排出；所述第一围管的一端伸入第二围管内，且靠近第二围管的封闭端。4.根据权利要求1所述的可排出泳池式反应堆堆芯热量的非能动空气冷却系统，其特征在于，所述蒸发端换热器包括若干根平行布置于反应堆水池内的蒸发端热管，以及分别设置在蒸发端热管两端的顶部连接箱和底部连接箱；若干根所述蒸发端热管的入口与所述底部连接箱会同相连，所述底部连接箱的入口与下降连接管的出口相连；若干根所述蒸发端热管的出口与所述顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国鹏，付文，张运荒，孙世妍，郑刚阳，陈思娟，王吉浦，王子冠，
申请(专利权)人：北京中子探索科技有限公司，
类型：发明
国别省市：