專利名稱:雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及反應堆設計技術，具體涉及一種雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法及裝置。
背景技術：
從上世紀八十年代開始，美國、日本、法國、德國、俄羅斯等國家開展了非能動技術的研究，其中以非能動安全先進核電廠AP1000第三代核電機組為代表。無論從安全性還是經濟性考慮，采用非能動安全殼熱量導出系統來提高核電廠的安全水平是大勢所趨，采用非能動安全殼熱量導出系統，保證在超設計基準事故情況下安全殼的長期排熱，可以維持安全殼的完整性，緩解嚴重事故的后果。使反應堆達到或具有三代核電站的安全水平。設置非能動安全殼熱量導出系統可以滿足我國核安全法規HAF102 (2004)《核動力廠設計安全 規定》中規定的嚴重事故下保持安全殼完整性和安全殼排熱的要求，滿足EUR和URD中關于要保證超設計基準事故下安全殼的長期冷卻的要求。
國內外第三代核電站安全殼采用兩大類技術來保證核電站第三道屏障(安全殼)的完整性，防止大量放射性物質外泄。一種是內部金屬安全殼，外部為預應力混凝土安全殼，此技術方案用在AP1000的建造中，事故后為了使安全殼降溫降壓，頂置水箱對內部金屬安全殼進行噴淋達到降溫目的；另一種是雙層混凝土安全殼，為了使安全殼冷卻具有非能動冷卻功能，需要在內部采用換熱器和外部水箱進行連接，依靠自然循環的方式進行換熱。
這些系統的流程通常是，內部換熱器(安全殼內的換熱器)受到安全殼內高溫氣體(最高150°C )的加熱，換熱器內的工質受熱膨脹向上流動，進入安全殼外冷卻水箱(或淹沒在冷卻水箱中的外部換熱器冷卻)，冷卻后低溫、密度較高的工質沿下降管從安全殼外部水箱(或淹沒在冷卻水箱中的外部換熱器)向下流動進入內部換熱器，整個過程依靠自然循環完成熱量導出功能。經定量數值計算表明，外部水箱溫度對換熱系統的功率影響明顯，外部水箱溫度越低，安全殼導熱系統功率越高，見圖I的系統循環流量和換熱功率隨外部水箱溫度的變化關系。因此，在工程實踐中，需要通過降低外部換熱水箱溫度來提高安全殼導熱系統的換熱能力。

發明內容
本發明的目的是為了提高雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力，而提出相應的強化換熱方法及裝置。
本發明的技術方案如下一種雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，所述的安全殼非能動熱量導出系統包括設置在安全殼內部的換熱器組，以及通過上升管和下降管與所述的換熱器組相連接的設置在安全殼外的換熱水箱，該強化換熱方法通過增設換熱結構，利用空氣自然冷卻的方式對安全殼外部的所述上升管或換熱水箱中的工質進行降溫處理，使得下降管入口溫度有所降低，從而提高安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，其中，該方法所述的換熱結構包括設置在安全殼外部的所述上升管上的換熱器，通過空氣對所述換熱器進行自然冷卻，經空氣冷卻后的工質再進入所述換熱水箱。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，其中，該方法所述的換熱結構包括設計成彎曲盤旋狀的所述上升管，彎曲盤旋狀的上升管設置在空氣導流罩中，冷空氣從空氣導流罩的下端進入，對上升管內的工質進行冷卻后，從空氣導流罩的上端排出，經空氣冷卻后的工質再進入所述換熱水箱。進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，其中，該方法所述的換熱結構包括設置在所述換熱水箱外壁的若干翅片，通過若干翅片強化所述換熱水箱與安全殼外界空氣的換熱，從而降低換熱水箱中工質的溫度。
一種雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，所述的安全殼非能動熱量導出系統包括設置在安全殼內部的換熱器組，以及通過上升管和下降管與所述的換熱器組相連接的設置在安全殼外的換熱水箱，該強化換熱裝置包括利用空氣自然冷卻的方式對安全殼外部的所述上升管或換熱水箱中的工質進行降溫處理的換熱結構。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，其中，所述的換熱結構包括設置在安全殼外部的所述上升管上的換熱器，所述換熱器與所述換熱水箱連接。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，其中，所述的換熱結構包括彎曲盤旋狀的所述上升管，彎曲盤旋狀的上升管設置在空氣導流罩中。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，其中，所述的換熱結構包括設置在所述換熱水箱外壁的若干翅片。
本發明的有益效果如下本發明通過對安全殼非能動熱量導出系統的安全殼外高溫上升管道或換熱水箱進行冷卻降溫處理，從而降低了其內部換熱工質的溫度。經定量數值計算表明外部水箱的工質溫度對換熱系統的功率影響明顯，其越低，安全殼導熱系統功率越高，因此，本發明有效地提高了安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力。


圖I為安全殼導熱系統循環流量和換熱功率隨外部水箱溫度的變化關系示意圖；
圖2為具體實施例中在上升管上設置換熱器的裝置結構示意圖；
圖3為具體實施例中將上升管設計成彎曲盤旋狀的裝置結構示意圖；
圖4為具體實施例中在換熱水箱外壁設置翅片的裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
安全殼非能動熱量導出系統(PCS系統)采用非能動技術，發生全廠斷電時，在沒有操縱員干預的情況下，系統自動投入運行，利用自然循環實現安全殼的長期冷卻功能。如圖2所示，系統通常包括設置在安全殼內部的換熱器組1，以及通過上升管4和下降管5與所述的換熱器組I相連接的設置在安全殼外的換熱水箱2，換熱水箱2內設有汽水分離器3。換熱水箱2的高度高于換熱器組I的高度，換熱器內的工質受熱膨脹向上流動，進入安全殼外換熱水箱2中的汽水分離器3，冷卻后低溫、密度較高的工質沿下降管從安全殼外部換熱水箱中的汽水分離器向下流動進入內部換熱器，整個過程依靠自然循環完成熱量導出功能。
經定量數值計算表明外部換熱水箱溫度對換熱系統的功率影響明顯，其越低，安全殼導熱系統功率越高。因此，本發明所提供的該強化換熱方法通過增設換熱結構，利用空氣自然冷卻的方式對安全殼外部的所述上升管或換熱水箱中的工質進行降溫處理，從而提 高安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力。
實施例I
如圖2所示，本實施例在安全殼外部的上升管4上設置換熱器6，通過空氣對所述換熱器6進行自然冷卻，經空氣冷卻后的工質再進入所述換熱水箱2。該實施例在安全殼外部增加一個由空氣進行自然冷卻的換熱器6，這樣就把安全殼內的熱量一部分導入到殼外空氣中，實現了對工質進行降溫處理的目的，整個過程仍然依靠自然循環，無須外部動力電源。
實施例2
如圖3所示，本實施例對上升管4的結構進行改進設計，由原來的直管形式改變為彎曲盤旋狀的上升管，彎曲盤旋狀的上升管4設置在空氣導流罩7中，空氣導流罩7的上下端均設有開口，引導空氣自然流動，冷空氣從空氣導流罩的下端進入，對上升管4內的工質進行冷卻后，從空氣導流罩7的上端排出，經空氣冷卻后的工質再進入所述換熱水箱2。彎曲盤旋狀的上升管相比傳統的直管來說增加了管件的整體長度，工質在上升管內得到了充分的冷卻降溫處理，從而提高了安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力。
實施例3
如圖4所示，本實施例在換熱水箱2的外壁設置若干散熱翅片8，通過這些翅片8增加所述換熱水箱與空氣的換熱，從而降低換熱水箱2中工質的溫度。由于外部換熱水箱2置于空氣環境中，通過增加外部換熱水箱與空氣的強化換熱也是降低水箱內工質溫度的有力措施，從而提高系統換熱功率。在水箱外部焊接的翅片8可以水平布置、垂直布置或者進行異形布置，這在技術上沒有特殊的要求，以便于工程實施、平時維護為目的予以增設。另夕卜，通過對外部換熱水箱增加其它冷卻裝置，或者將外部換熱水箱置于利于通風換熱的布置空間，其目的依然是通過降低外部水箱溫度來提高整個系統的換熱能力，這些輔助措施可以對本實施例的實現效果進行加強。
對于具體的強化換熱實現方案，采用不同外部空氣冷卻器的型式，以及上升管進入水箱的不同方式，只要以降低外部水箱和上升管的工質溫度為目的，均可視為有效的技術方案。另外，本發明所提及的上述具體實施例還可以進行任意的組合，即通過兩種或兩種以上的具體技術手段來實現強化換熱的效果。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求
及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，所述的安全殼非能動熱量導出系統包括設置在安全殼內部的換熱器組(I)，以及通過上升管(4)和下降管(5)與所述的換熱器組(I)相連接的設置在安全殼外的換熱水箱(2)，其特征在于該強化換熱方法通過增設換熱結構，利用空氣自然冷卻的方式對安全殼外部的所述上升管(4)或換熱水箱(2)中的工質進行降溫處理，使得下降管(5)入口溫度有所降低，從而提高安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力。
2.如權利要求
I所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，其特征在于該方法所述的換熱結構包括設置在安全殼外部的所述上升管(4)上的換熱器(6)，通過空氣對所述換熱器(6)進行自然冷卻，經空氣冷卻后的工質再進入所述換熱水箱(2)。
3.如權利要求
I所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，其特征在于該方法所述的換熱結構包括設計成彎曲盤旋狀的所述上升管(4)，彎曲盤旋狀的上升管(4)設置在空氣導流罩(7)中，冷空氣從空氣導流罩(7)的下端進入，對上升管(4)內的工質進行冷卻后，從空氣導流罩(7)的上端排出，經空氣冷卻后的工質再進入所述換熱水箱⑵。
4.如權利要求
1-3中任意一項所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法，其特征在于該方法所述的換熱結構包括設置在所述換熱水箱(2)外壁的若干翅片(8)，通過若干翅片(8)強化所述換熱水箱(2)與安全殼外界空氣的換熱，從而降低換熱水箱⑵中工質的溫度。
5.一種雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，所述的安全殼非能動熱量導出系統包括設置在安全殼內部的換熱器組(I)，以及通過上升管(4)和下降管(5)與所述的換熱器組(I)相連接的設置在安全殼外的換熱水箱(2)，其特征在于該強化換熱裝置包括利用空氣自然冷卻的方式對安全殼外部的所述上升管(4)或換熱水箱(2)中的工質進行降溫處理的換熱結構。
6.如權利要求
5所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，其特征在于所述的換熱結構包括設置在安全殼外部的所述上升管(4)上的換熱器(6)，所述換熱器(6)與所述換熱水箱(2)連接。
7.如權利要求
5所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，其特征在于所述的換熱結構包括彎曲盤旋狀的所述上升管(4)，彎曲盤旋狀的上升管(4)設置在空氣導流罩(7)中。
8.如權利要求
5-7任意一項所述的雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱裝置，其特征在于所述的換熱結構包括設置在所述換熱水箱(2)外壁的若干翅片(8)。
專利摘要
本發明涉及反應堆設計技術，具體涉及一種雙層混凝土安全殼非能動熱量導出系統強化換熱方法及裝置。該方法通過增設換熱結構，利用空氣自然冷卻的方式對安全殼非能動熱量導出系統的安全殼外部上升管或換熱水箱中的工質進行降溫處理，從而降低該系統下降管入口工質溫度，達到提高安全殼非能動熱量導出系統的換熱能力的目的。本發明依靠空氣的自然冷卻對工質進行降溫，具備非能動特征，實現方便。
文檔編號G21C15/18GKCN102637464SQ201210090809
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日
發明者李軍, 王志剛, 王曉江, 邢繼 申請人:中國核電工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan