本实用新型涉及核反应堆安全设施领域，具体涉及一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统。
背景技术：
随着对社会的发展，人们已经不再满足于陆地上的资源开发，开始了海洋资源的开采。但是海上资源的开采、岛屿的开发、人员居住、环境改善都需求源源不断的能源供给。
搭载小型压水堆的船舶作为海洋上的新兴能源载体，能够为海上石油的开采和岛屿开发提供能源供给。除了海上定点供能，它还能用于大功率船舶供能以及海水淡化供水，对海洋资源的开发意义重大。随着它逐渐投入应用，人们也越来越重视其性能指标中的安全性。
陆上核电站采用能动余热排出系统，其相对于海洋环境来说，要求相对稳定的环境，拥有较高性能的主管道，其排出余热或事故余热的能源来自于陆上其他功能设施，该能源的用量限制少，种类多。
海洋环境相对陆地环境较恶劣、且海中排热系统孤立无援，使得备用能源限制多，种类少，因此一旦发生全船失电(包含应急能源耗尽、失效等等)事故后，其主泵停运，反应堆压力容器冷却剂流速下降，堆芯产生的热量在反应堆压力容器冷却剂系统内大量堆积，导致压水堆温度升高。当温度达到压水堆承受温度极限值，就会发生事故。因此亟须开发一种适用于海洋环境的船用压水堆的余热排出系统。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，通过设置换热器和水箱非能动排出压水堆中的余热，提高搭载小型反应堆船舶的安全性能且结构简单，便于修理及维护。
为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，其包括：
反应堆压力容器；
安全壳，所述反应堆压力容器设于所述安全壳内；
至少一个排热子系统，其包括：
-设于安全壳内的蒸汽发生器，其包括换热部分和蒸汽发生部分，且所述蒸汽发生部分内部分腔体充有冷凝水，所述换热部分和所述反应堆压力容器通过主冷却剂管路形成换热循环，所述主冷却剂管路内填充有主冷却剂，所述换热部分位于反应堆压力容器上方；
-设于安全壳外且在船内的冷凝器，其包括蒸汽入口、冷凝水出口，所述蒸汽入口通过蒸汽管路与所述蒸汽发生部分未填充冷凝水的区域相联通，所述冷凝水出口通过凝水管路与所述蒸汽发生部分相联通，所述冷凝器位于蒸汽发生部分上方，同时；
-设于船内并且设于安全壳外的水箱，其同冷凝器通过冷却水回路循环换热来降低冷凝器的温度。
在上述技术方案的基础上，所述换热部分包括第一部分和第二部分，所述主冷却剂管路包括分别和所述第一部分和第二部分相连接的主冷却剂热管段和主冷却剂冷管段。
在上述技术方案的基础上，所述冷却水回路包含热管路和冷管路，所述热管路、冷管路一端与冷凝器连接，另一端同水箱连接。
在上述技术方案的基础上，所述水箱内设有挡板，所述挡板将所述水箱分为第一部分和第二部分，且所述第一部分和第二部分在所述挡板的上下端均连通，且所述热管路在水箱的入水口朝向所述挡板。
在上述技术方案的基础上，所述水箱上方开口并在开口处设有除湿装置。
在上述技术方案的基础上，所述凝水管路末端设有止回阀。
在上述技术方案的基础上，所述蒸汽管路和凝水管路均设有隔离阀。
在上述技术方案的基础上，所述隔离阀可通过远程信息进行开启和关闭。
在上述技术方案的基础上，所述热管路和冷管路均设有隔离阀。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统避免在一次侧设置备用排热系统，不需要在主管道上开孔，避免了管道应力的增加，从而减少了主冷却剂泄露风险，同时缓解了安全壳内空间紧张问题；
(2)本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统通过设备位差和介质密度差使得本系统内的介质非能动的循环，反应堆内积压的余热得以跟随介质排出。
(3)本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统中的冷凝器结构型式为立式单管程换热器，壳侧无挡流板，结构简单，换热管内外阻力较小。
(4)本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统中设置水箱后，该系统运行不受吃水深度的影响，能用于大部分水面舰船。
(5)本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统中水箱设置了挡板和开口，挡板加速了水箱中水的循环，间接减缓了水箱内部热分层，水箱能吸收更多的热量；开口将水箱中的水同大气连接使得热量能够更加直接的释放到大气中。
(6)本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统中水箱设置了开口，且加高开口并设置除湿装置，其能够避免蒸汽带走液态水源，减少了不断向水箱添加水的需求。
附图说明
图1为本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统的结构示意图。
图中：1-反应堆压力容器，11-主冷却剂热管段，12-主冷却剂冷管段，2-蒸汽发生器，20-换热部分，21-蒸汽发生部分，22-冷凝水， 23-蒸汽管路，24-凝水管路，25-蒸汽出口，26-冷凝水入口，27-蒸汽入口，28-冷凝水出口，3-冷凝器，31-热管路，32-冷管路，4-水箱， 41-挡板，42-开口，43-第一部分，44-第二部分，51-电磁阀，52-手动阀，53-止回阀，54-隔离阀，55-控制阀，56-蒸汽阀，57-给水阀，6- 安全壳。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。
参见图1所示，本实用新型实施例提供一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其包括反应堆压力容器1和至少一个排热子系统。排热子系统包括设于安全壳6内的蒸汽发生器2 和设于船内安全壳6外的冷凝器3和水箱4。
蒸汽发生器2包含换热部分20和蒸汽发生部分21，其换热部分 20与上述的反应堆压力容器1通过主冷却剂管路形成换热循环，且换热部分20位于反应堆压力容器1上方：换热部分20含有第一部分和第二部分，主冷却剂管路含有主冷却剂热管段11和主冷却剂冷管段12，主冷却剂热管段11和主冷却剂冷管段12的一端分别同换热部分20的第一部分和第二部分连接，另一端与反应堆压力容器1连接；在事故发生后，反应堆压力容器1内余热堆积，加热主冷却剂。主冷却剂因吸热温度上升密度下降从而上浮，换热部分20位于反应堆压力容器1上方，带着堆积余热的主冷却剂沿着主冷却剂热管段 11流动到换热部分20，在换热部分20传递热量给蒸汽发生部分21 后，主冷却剂释放热量温度下降密度增加而下沉，沿着主冷却剂冷管段12回到反应堆压力容器1。
蒸汽发生部分21和冷凝器3通过蒸汽管路23、凝水管路24形成换热循环，冷凝器3结构优选立式单管程换热器，其结构简单，内外阻力小。冷凝器3包含有蒸汽入口27和冷凝水出口28，蒸汽发生部分21含有蒸汽出口25和冷凝水入口26，蒸汽入口27与所述蒸汽发生部分21中未填充冷凝水22的区域通过蒸汽管路23相连通，该连通位置为蒸汽出口25；冷凝水出口28通过凝水管路24与所述蒸汽发生部分21相联通，该位置为冷凝水入口26。当事故发生后，蒸汽发生部分21内的凝水吸收换热部分20内主冷却剂携带的热量后，转化为蒸汽上升，由于冷凝器3位于蒸汽发生部分21上方，蒸汽沿着蒸汽管路23穿过安全壳6进入冷凝器3，在冷凝器3中蒸汽释放热量转化为冷凝水22沿着凝水管路24穿过安全壳6回到蒸汽发生部分21。
冷却水回路循环于冷凝器3和水箱4之间，包括热管路31和冷管路32，热管路31和冷管路32的一端与冷凝器3连接，另一端与水箱4连接。事故发生后，蒸汽在冷凝器3中转化为冷凝水22，其放出的热量被冷却水回路中的水吸收，冷却水回路的水因密度下降上浮从热管路31流入水箱4中，带动水箱4中的水从冷管路32进入冷凝器3。
在压水堆核动力装置正常运行时，本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统处于备用状态：在蒸汽管路23和凝水管路24上设有电磁阀51，并由压水堆核动力装置的电力系统供电，处于供电状态的电磁阀51为关闭状态。压水堆核动力船发生全船失电、应急能源耗尽或失效后，电磁阀51因失去电力系统的供电开启，本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统开启。电磁阀51上优选并联手动阀52，当系统发生其他事故需要手动启动本实用新型一种换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统时，可以通过手动阀52开启。手动阀52和电磁阀51因并联设置，只需要手动阀52和电磁阀51任一开启本系统即能够运行。
并联设置的手动阀52和电磁阀51优选设置于凝水管路24上。如果并联设置的手动阀52和电磁阀51设置于蒸汽管路23，冷凝水 22将进入蒸汽发生部分21，冷凝水22吸收主冷却剂吸热部的主冷却剂的热量，冷凝水22持续吸热转化为蒸汽进入蒸汽管路23而被阀门阻止，在蒸汽管路23中蒸汽堆积造成将造成本系统内部压力过大，造成安全隐患；并联设置的手动阀52和电磁阀51设置于凝水管路 24上能够阻止冷凝水22进入蒸汽发生部分21，减少安全隐患。
凝水管路24末端优选设置止回阀53，冷凝水22吸收热量转换为蒸汽后蒸汽发生部分21内部压力上升，冷凝水22以及蒸汽由于止回阀53无法逆流从凝水管路24进入冷凝器3，防止凝水管路24由于逆流而损坏。
蒸汽管路23和凝水管路24优选均设置隔离阀54，冷却水回路包含的热管路31和冷管路32优选均设置控制阀55：本船用压水堆二次侧非能动余热排除系统中的管路或者设备发生泄露事故时，可以通过关闭隔离阀54或控制阀55来隔离受污染物质的。在事故发生后，上述隔离阀54或控制阀55所在的位置可能已经不适宜人员进入或对隔离阀54进行操作，隔离阀54及控制阀55优选可由远程操作进行开启和关闭，进一步，隔离阀54优选使用电动阀，控制阀55优选使用球阀。
蒸汽管路23中位于安全壳6内的部分优选设置蒸汽阀56，当蒸汽过多造成压力过大时可以通过蒸汽阀56放出部分蒸汽减小压力。凝水管路24中位于安全壳6内的部分优选设置给水阀57，给水阀57 通过放出或者输入冷凝水22控制凝水管路24中冷凝水22的多少。
水箱4中优选设置挡板41，挡板41将水箱4中的水分割为上下端相联通的第一部分43和第二部分44。挡板设置于热管路在水箱的入水口方向：被加热的水从热管路31进入水箱4将被挡板41阻挡，从而形成冷热的温度不同、密度不同的第一部分43和第二部分44，导致第一部分43和第二部分44相互对流，使得整体温度更加均匀，加速了水箱4内部流动的传热，即较快的吸收了通过各个循环传导过来的余热。在船体摇摆带动水箱4摇摆时，挡板41还能够吸收水箱 4中水的动能，降低水的晃动程度，从而降低热管路和冷管路在水箱上的接口暴露于空气中使得冷凝器3吸入空气的风险。水箱4优选设置开口42，使得水箱4中的水暴露于大气中，能够通过蒸发水箱4 中的水将热量散发至大气中。进一步的，加高开口位置并设置除湿装置，减少水箱中水分的流失，减少向水箱添加水的需求。
本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。