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导出 安全壳内热量的系统和方法

阅读：740发布：2024-02-02

专利汇可以提供导出安全壳内热量的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及导出安全壳内热量的系统和方法，系统包括冷源、换热装置、输入管以及输出管。冷源设置在安全壳外提供制冷剂；输入管连接在冷源和换热装置之间，将冷源的冷却剂向换热装置输送。换热装置设置在安全壳内，让流经的制冷剂吸收安全壳内部的热量。输出管一端与换热装置连接，另一端伸出安全壳，将流过换热装置的冷却剂向安全壳外输送。系统在安全壳内布置换热装置，布置灵活，占用安全壳内空间少；系统设备少，仅由相应的管道、换热装置、及冷源组成，成本低。安全壳内换热装置冷凝下来的水，可以收集直接注入再循环水收集坑，降低安全壳内地坑再循环过滤器堵塞概率。系统可以在能动和非能动情况下都能正常的运转，持续导出安全壳内热量。，下面是导出安全壳内热量的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种导出安全壳（5）内热量的系统，其特征在于，包括冷源（1）、换热装置（2）、输入管（3）以及输出管（4）；
所述冷源（1）设置在所述安全壳（5）外提供制冷剂；
所述输入管（3）连接在所述冷源（1）和所述换热装置（2）之间，将所述冷源（1）的冷却剂向所述换热装置（2）输送；
所述换热装置（2）设置在安全壳（5）内，让流经的所述制冷剂吸收所述安全壳（5）内部的热量；
所述输出管（4）一端与所述换热装置（2）连接，另一端伸出所述安全壳（5），将流过所述换热装置（2）的冷却剂向所述安全壳（5）外输送。
2.根据权利要求1所述的导出安全壳（5）内热量的系统，其特征在于，所述系统还包括将所述冷源（1）的冷却剂向所述换热装置（2）输送的冷却泵（11），所述冷源（1）包括核动力装置的设备冷却水，所述冷却泵（11）为核动力装置的核级设备冷却水泵。
3.根据权利要求2所述的导出安全壳（5）内热量的系统，其特征在于，所述冷源（1）还包括存储有冷却剂的冷却箱（12），所述冷却箱（12）内的冷却剂的液面不低于所述换热装置（2）与所述输入管（3）对应连接的接口的高度位置；
所述冷却箱（12）上设有与所述输入管（3）连接的出口（121），供所述冷却箱（12）内的冷却剂流到所述换热装置（2）；
所述冷却箱（12）的上端设有与所述输出管（4）连接的入口（122），供流过所述换热装置（2）的冷却剂回流到所述冷却箱（12）内。
4.根据权利要求3所述的导出安全壳（5）内热量的系统，其特征在于，所述输入管（3）包括输入主管（31）、以及分别与所述输入主管（31）连接的第一输入支管（32）、第二输入支管（33），所述第一输入支管（32）与所述冷却泵（11）连接，所述第二输入支管（33）与所述出口（121）连接；
所述输出管（4）包括输出主管（41）、以及分别与所述输出主管（41）连接的第一输出支管（42）、第二输出支管（43），所述第一输出支管（42）与所述冷却泵（11）连接，所述第二输出支管（43）与所述冷却箱（12）的入口（122）连接。
5.根据权利要求4所述的导出安全壳（5）内热量的系统，其特征在于，所述第一输入支管（32）、第二输入支管（33）、第一输出支管（42）、第二输出支管（43）上分别设有控制对应管道开关的控制阀（6）。
6.根据权利要求1至5任一项所述的导出安全壳（5）内热量的系统，其特征在于，所述换热装置（2）位于所述安全壳（5）内的上部空间。
7.一种导出安全壳（5）内热量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述安全壳（5）内设置用于交换热量的换热装置（2）；
冷源（1）从所述安全壳（5）外向所述换热装置（2）输送制冷剂，让流经所述换热装置（2）的所述制冷剂吸收所述安全壳（5）内部的热量；
将流过所述换热装置（2）的冷却剂向所述安全壳（5）外输送。
8.根据权利要求7所述的导出安全壳（5）内热量的方法，其特征在于，所述冷源（1）包括用于将冷却剂向所述换热装置（2）输送的冷却泵（11），所述方法还包括：
启动所述冷却泵（11），让所述冷却泵（11）向所述换热装置（2）输送制冷剂。
9.根据权利要求8所述的导出安全壳（5）内热量的方法，其特征在于，所述输入管（3）包括输入主管（31）、以及分别与所述输入主管（31）连接的第一输入支管（32），所述第一输入支管（32）与所述冷却泵（11）连接；
所述输出管（4）包括输出主管（41）、以及与所述输出主管（41）连接的第一输出支管（42），所述第一输出支管（42）与所述冷却泵（11）连接；
所述第一输入支管（32）、第一输出支管（42）中至少一个上设有控制对应管道开关的控制阀（6），控制冷却剂在所述冷却泵（11）、换热装置（2）之间流通。
10.根据权利要求9所述的导出安全壳（5）内热量的方法，其特征在于，所述冷源（1）还包括存储有冷却剂的冷却箱（12），所述冷却箱（12）内的冷却剂的液面不低于所述换热装置（2）的高度位置；
所述冷却箱（12）上设有与所述输入管（3）连接的出口（121），所述冷却箱（12）的上端设有与所述输出管（4）连接的入口（122）；所述方法还包括：
让所述冷却箱（12）内的冷却剂由所述输入管（3）流到所述换热装置（2）；
流过所述换热装置（2）的冷却剂回流到所述冷却箱（12）内。
11.根据权利要求10所述的导出安全壳（5）内热量的方法，其特征在于，所述输入管（3）还包括与所述输入主管（31）连接的第二输入支管（33），所述第二输入支管（33）与所述出口（121）连接；
所述输出管（4）还包括与所述输出主管（41）连接的第二输出支管（43），所述第二输出支管（43）与所述冷却箱（12）的入口（122）连接；
所述第二输入支管（33）、第二输出支管（43）中至少一个上设有控制对应管道开关的控制阀（6），控制冷却剂在所述冷却箱（12）、换热装置（2）之间流通。

说明书全文

导出安全壳内热量的系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及核动力装置安全壳热量导出的技术领域，更具体地说，涉及一种导出安全壳内热量的系统和方法。

背景技术

[0002] 为防止放射性物质释放到环境中，核动力装置一般设计有能承受一定压力与温度的安全壳。当核动力装置发生一回路冷却剂丧失等质能释放事故时，安全壳内的温度与压力会升高，为防止安全壳超温超压，安全壳超过设计温度或压力时，其密封功能会受到影响，放射性物质有可能会释放到环境中，所以需要设计一套安全壳热量导出系统，将按壳内的热量导出至安全壳外，防止安全壳超温超压，避免放射性物质泄漏到环境中。

[0003] 相关技术中的安全壳热量导出技术主要有以下几种：

[0004] 1、如图2所示，一般压水堆核电站的安全壳热量导出系统主要设备有地坑再循环过滤器1’、地坑再循环水泵2’、再循环热交换器3’、设备冷却水系统4’以及相应的管道组成。

[0005] 在安全壳5’内发生质能释放后，高温的水经地坑再循环过滤器1’过滤，经地坑再循环水泵2’增压后，进入再循环热交换器3’，再循环热交换器3’将热量导出到设备冷却水系统4’，最终，热量通过设备冷却水系统4’，进入海水热阱中，经冷却之后的水，再通过喷淋方式进入安全壳5’。本方案的部件多，结构较复杂。

[0006] 2、如图3所示，也有一些堆型的安全壳热量导出方式是通过一个钢制安全壳5”，安全壳5”作为一个传热面，通过热传导机理，将热量带至安全壳5”外。安全壳5”的侧壁设计成两层，在钢制安全壳5”的夹层中，设有空气的流道，通过自然循环，安全壳5”的热量最终传导至大气中。本方案的安全壳5”设计难度大，提升了安全壳5”与安全壳5”贯穿件制造成本。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的导出安全壳内热量的系统和方法。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种导出安全壳内热量的系统，包括冷源、换热装置、输入管以及输出管；

[0009] 所述冷源设置在所述安全壳外提供制冷剂；

[0010] 所述输入管连接在所述冷源和所述换热装置之间，将所述冷源的冷却剂向所述换热装置输送；

[0011] 所述换热装置设置在安全壳内，让流经的所述制冷剂吸收所述安全壳内部的热量；

[0012] 所述输出管一端与所述换热装置连接，另一端伸出所述安全壳，将流过所述换热装置的冷却剂向所述安全壳外输送。

[0013] 优选地，所述系统还包括用于将所述冷源的冷却剂向所述换热装置输送的冷却泵，所述冷源包括核动力装置的设备冷却水，所述冷却泵为核动力装置的核级设备冷却水泵。

[0014] 优选地，所述冷源还包括存储有冷却剂的冷却箱，所述冷却箱内的冷却剂的液面不低于所述换热装置与所述输入管对应连接的接口的高度位置；

[0015] 所述冷却箱上设有与所述输入管连接的出口，供所述冷却箱内的冷却剂流到所述换热装置；

[0016] 所述冷却箱的上端设有与所述输出管连接的入口，供流过所述换热装置的冷却剂回流到所述冷却箱内。

[0017] 优选地，所述输入管包括输入主管、以及分别与所述输入主管连接的第一输入支管、第二输入支管，所述第一输入支管与所述冷却泵连接，所述第二输入支管与所述出口连接；

[0018] 所述输出管包括输出主管、以及分别与所述输出主管连接的第一输出支管、第二输出支管，所述第一输出支管与所述冷却泵连接，所述第二输出支管与所述冷却箱的入口连接。

[0019] 优选地，所述第一输入支管、第二输入支管、第一输出支管、第二输出支管上分别设有控制对应管道开关的控制阀。

[0020] 优选地，所述换热装置位于所述安全壳内的上部空间。

[0021] 本发明还构造一种导出安全壳内热量的方法，包括以下步骤：

[0022] 在所述安全壳内设置用于交换热量的换热装置；

[0023] 冷源从所述安全壳外向所述换热装置输送制冷剂，让流经所述换热装置的所述制冷剂吸收所述安全壳内部的热量；

[0024] 将流过所述换热装置的冷却剂向所述安全壳外输送。

[0025] 优选地，所述冷源包括用于将冷却剂向所述换热装置输送的冷却泵，所述方法还包括：

[0026] 启动所述冷却泵，让所述冷却泵向所述换热装置输送制冷剂。

[0027] 优选地，所述输入管包括输入主管、以及分别与所述输入主管连接的第一输入支管，所述第一输入支管与所述冷却泵连接；

[0028] 所述输出管包括输出主管、以及与所述输出主管连接的第一输出支管，所述第一输出支管与所述冷却泵连接；

[0029] 所述第一输入支管、第一输出支管中至少一个上设有控制对应管道开关的控制阀，控制冷却剂在所述冷却泵、换热装置之间流通。

[0030] 优选地，所述冷源还包括存储有冷却剂的冷却箱，所述冷却箱内的冷却剂的液面不低于所述换热装置的高度位置；

[0031] 所述冷却箱上设有与所述输入管连接的出口，所述冷却箱的上端设有与所述输出管连接的入口；所述方法还包括：

[0032] 让所述冷却箱内的冷却剂由所述输入管流到所述换热装置；

[0033] 流过所述换热装置的冷却剂回流到所述冷却箱内。

[0034] 优选地，所述输入管还包括与所述输入主管连接的第二输入支管，所述第二输入支管与所述出口连接；

[0035] 所述输出管还包括与所述输出主管连接的第二输出支管，所述第二输出支管与所述冷却箱的入口连接；

[0036] 所述第二输入支管、第二输出支管中至少一个上设有控制对应管道开关的控制阀，控制冷却剂在所述冷却箱、换热装置之间流通。

[0037] 实施本发明的导出安全壳内热量的系统和方法，具有以下有益效果：系统在安全壳内布置换热装置，布置灵活，占用安全壳内空间少；整个导出系统设备少，仅由相应的管道、换热装置、及冷源组成，系统主要设备为换热装置，设备少，成本低。

[0038] 在对安全壳内的热量导出时，安全壳内换热装置冷凝下来的水，可以通过收集装置收集，直接注入再循环水收集坑，可以降低安全壳内地坑再循环过滤器堵塞概率。

[0039] 进一步地，系统可以在能动和非能动情况下都能正常的运转，持续的导出安全壳内的热量，不受停电的影响，缓解事故进一步恶化。附图说明

[0040] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0041] 图1是本发明实施例中的导出安全壳内热量的系统的结构示意图；

[0042] 图2是背景技术中第一种导热方式的结构示意图；

[0043] 图3是背景技术中第二种导热方式的结构示意图。

具体实施方式

[0044] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0045] 如图1所示，本发明一个优选实施例中的导出安全壳5内热量的系统包括冷源1、换热装置2、输入管3以及输出管4。

[0046] 冷源1设置在安全壳5外提供制冷剂；输入管3连接在冷源1和换热装置2之间，将冷源1的冷却剂向换热装置2输送；换热装置2设置在安全壳5内，让流经的制冷剂吸收安全壳5内部的热量；输出管4一端与换热装置2连接，另一端伸出安全壳5，将流过换热装置2的冷却剂向安全壳5外输送。

[0047] 系统可利用核动力装置现有的核级设备冷却水泵的设备冷却水作为冷源1的冷却剂，在安全壳5内部上部空间设置一系列若干换热器作为换热装置2。用设备冷却水做冷却剂时，通过强迫循环换热，将安全壳5内的热量带出至安全壳5外，解决了现有能动安全壳5热量导出系统需单独设置泵，单独设置换热器的问题，简化了系统配置。

[0048] 系统还包括用于将冷冷源1的却剂向换热装置2输送的冷却泵11，优选地，冷源1包括核动力装置的设备冷却水，冷却泵11则为核动力装置现有核级设备冷却水泵，作为安全壳5热量导出系统冷源1动力，不用新增能动设备，在有电的情况下，采用能动的手段进行导热。核动力装置的设备冷却水存储在水箱中，水箱放置在海水中，让海水作为冷阱，对水箱中的核动力装置的设备冷却水进行冷却。

[0049] 进一步地，冷源1还包括存储有冷却剂的冷却箱12，冷却箱12内的冷却剂的液面不低于换热装置2与输入管3对应连接的输入接口的高度位置。冷却箱12上设有与输入管3连接的出口121，供冷却箱12内的冷却剂在自身重力和大气压力的情况下能流到换热装置2。冷却箱12的上端设有与输出管4连接的入口122，供流过换热装置2的冷却剂回流到冷却箱
12内。

[0050] 优选地，冷却箱12内的冷却剂的液面高度位于换热装置2的输入接口、以及换热装置2与输出管4连接的输出接口之间，避免冷却箱12内的冷却剂过量流进换热装置2后换热装置2充满，影响蒸汽的产生和余热的排出。

[0051] 当全厂断电，设备冷却水系统不可用时，通过安全壳5外冷却箱12往换热器中注水，让冷却箱12对换热装置2采用非能动手段进行导热。换热器中的水在安全壳5内的换热器中汽化，再由输出管4流到冷却箱12中，形成自然循环，导出安全壳5内热量，解决了现有的安全壳5热量通过能动导出技术在全厂断电条件下不可用的缺陷。

[0052] 当发生全厂断电的严重事故时，采用非能动手段，导出安全壳5内热量，减缓严重事故进程，降低对环境的危害。

[0053] 以上能动和非能动两种冷却方式可以同时设置，也可单独设置。此系统在有电源和无电源供应的时候均可用，且工艺流程简单，不需要设置专用的安全壳5热量导出泵，充分利用了核动力装置中已有的设备冷却水泵，安全壳5内换热器体积小，布置灵活，能克服钢制安全壳5热量导出系统制造成本高，制造难度大的缺点。

[0054] 系统在安全壳内布置换热装置2，布置灵活，占用安全壳5内空间少；整个导出系统设备少，仅由相应的管道、换热装置2、及冷源1组成，冷却箱12布置在安全壳5外，降低了对安全壳5内布置空间的要求，有利于减小安全壳5尺寸，节约投资成本，适宜船用。

[0055] 优选地，输入管3包括输入主管31、以及分别与输入主管31连接的第一输入支管32、第二输入支管33，第一输入支管32与冷却泵11连接，第二输入支管33与出口121连接。

[0056] 输出管4包括输出主管41、以及分别与输出主管41连接的第一输出支管42、第二输出支管43，第一输出支管42与冷却泵11连接，第二输出支管43与冷却箱12的入口122连接。

[0057] 冷却泵11和冷却箱12并联设置，可分别提供制冷剂对安全壳5内进行降温。进一步地，为了使各支路的开关可控，第一输入支管32、第二输入支管33、第一输出支管42、第二输出支管43上分别设有控制对应管道开关的控制阀6。当然，在输入主管31和输出主管41上，也可分别设置总的控制阀6。

[0058] 当核动力装置发生一回路冷却剂丧失等质能释放事故时，如果交流电源不丧失，核动力装置的设备冷却水泵仍在运转，打开系统的冷却水泵(即冷却泵11)对应的控制阀，设备冷却水进入安全壳5内的换热装置2，安全壳5内换热器的传热管直接裸露在安全壳5内，安全壳5内的高温气体热量通过换热器传热管壁，进入设备冷却水中，热量通过设备冷却水带出至安全壳5外，并最终进入环境。

[0059] 如果发生安全壳5内质能释放事故，叠加全厂断电严重事故，设备冷却水泵不能运行，则关闭冷却水泵对应的控制阀，开启冷却箱12对应的控制阀，安全壳5外冷却水箱12中的水进入安全壳5内换热装置2，在换热器内吸热，在自然循环驱动力作用下，热水(或汽)进入安全壳5外冷却水箱12中，进行冷却，通过自然循环，将安全壳5内热量导出至安全壳5外冷却水箱12中。

[0060] 本发明一个优选实施例中的系统导出安全壳5内热量的方法包括以下步骤：

[0061] 在安全壳5内设置用于交换热量的换热装置2；

[0062] 冷源1从安全壳5外向换热装置2输送制冷剂，让流经换热装置2的制冷剂吸收安全壳5内部的热量；

[0063] 将流过换热装置2的冷却剂向安全壳5外输送。

[0064] 当有电的情况下，可采用能动方式导热。启动冷却泵11，让冷却泵11向换热装置2输送制冷剂。通过控制第一输入支管32、第一输出支管42上的控制阀6的开关，控制冷却剂在冷却泵11、换热装置2之间流通，从而实现在有电情况下的导热。

[0065] 当停电的情况下，可采用非能动方式导热。让冷却箱12内的冷却剂在自身重力和大气压力的情况下能由输入管3流到换热装置2。换热装置2中的冷却剂在安全壳5内的换热器中汽化，使流过换热装置2的冷却剂回流到冷却箱12内。

[0066] 进一步地，通过控制第二输入支管33、第二输出支管43上的控制阀6的开关，控制制冷剂在冷却箱12、换热装置2之间的流通，从而实现在停电情况下的导热。

[0067] 本发明具有以下优点：

[0068] 1、在安全壳5内仅在安全壳5上部空间布置一定数量的换热器，布置灵活，占用安全壳5内空间少。

[0069] 2、整个系统设备少，仅由相应的管道、控制阀6、换热器组成，系统主要设备为换热器，设备少，成本低。

[0070] 3、整个系统充分利用了核动力装置的现有的设备，不新增能动设备。

[0071] 4、安全壳5内换热器冷凝下来的水，可以通过收集装置收集，直接注入再循环水收集坑，可以降低安全壳5内地坑再循环过滤器堵塞概率。

[0072] 5、本系统采用能动与非能动相结合的设计理念，在有交流电源供应的情况下，采用能动换热方式，长期导出安全壳5内热量，确保安全壳5不超温超压，在发生全厂断电严重事故情况下，依靠一定的水作为冷源1，在一定时间内导出安全壳5内热量，缓解事故进一步恶化。

[0073] 可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

[0074] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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