海洋核动力平台堆舱冷却系统的制作方法

1.本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种海洋核动力平台堆舱冷却系统。


背景技术：

2.海洋核动力平台是核动力技术与现代船舶技术的有机结合，其核心是通过核动力装置将可控核裂变能依次转变为热能和电能，其为海洋资源开发和远海岛屿等提供能源保障；海洋核动力平台内的核反应堆在提供能源供给的同时，需确时刻关注核反应堆的安全性。
3.失水事故(lost of coolant accident，缩写为loca)是一种较为严重的安全事故，失水事故是指一回路冷却剂通过破口快速喷放至堆舱并部分闪蒸为蒸汽，导致堆舱温度和压力急剧上升，从而严重威胁到堆舱结构完整性和放射性包容能力。
4.现有堆舱内设有换热通道，换热融到与海洋热阱连通，海洋热阱内的海水流入换热通道内，在发生失水事故时，高温蒸汽通过换热通道与换热通道内的海水进行热交换，换热通道内的海水温度升高、密度降低，利用高温海水与低温海水之间的密度差所产生的驱动力，实现海水在海洋热阱与换热通道之间的循环流动，从而通过海水的流动带走堆舱内的热量，从而降低堆舱内的温度和压力。现有的这种循环方式依赖于换热通道内海水与海洋热阱内海水之间的温差，尤其是在刚发生失水事故时，换热通道内海水升温需要耗费一定的时间，此时换热通道内海水与海洋热阱内海水之间的温差较小，密度差也较小，海水的循环较为缓慢，堆舱的温度难以快速下降，导致堆舱存在核泄漏的安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明提供一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，用以解决或改善现有反应堆在出现失水事故时存在难以快速降低堆舱内的温度的问题。
6.本发明提供一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，包括：堆舱、冷却剂回路、换热通道及气泡发生装置；所述冷却剂回路设于所述堆舱内；所述换热通道设于所述堆舱内，所述堆舱上沿所述换热通道的延伸方向设有进液口与出液口，所述出液口设于所述进液口的上方；所述进液口与所述换热通道的一端连通，所述出液口与所述换热通道的另一端连通；所述换热通道内用于通入冷却流体；由所述冷却剂回路泄漏的冷却剂用于与所述冷却流体耦合传热；所述气泡发生装置的出气口与所述换热通道连通；所述气泡发生装置生成的气泡用于与所述冷却流体在所述换热通道内形成混合物，所述混合物经所述出液口排出。
7.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述换热通道包括换热管束；所述换热管束的第一端与所述进液口连通，所述换热管束的第二端与所述出液口连通。
8.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述换热通道包括：汇流管；所述汇流管的第一端与所述换热管束的第二端连通，所述汇流管的第二端沿所述换热通道的延伸方向延伸，所述汇流管的第二端与所述出液口连通；所述汇流管的内径沿所述换热通道的延伸方向逐渐减小。
9.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述气泡发生装置包括：气源与喷管；所述气源与所述喷管的一端连通，所述喷管的另一端伸入所述汇流管内，所述喷管的另一端用于沿所述换热通道的延伸方向延伸，所述喷管的另一端位于所述汇流管的第二端的下侧。
10.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述气泡发生装置还包括：控制阀；所述气源包括储气罐，所述储气罐通过所述控制阀与所述喷管连通。
11.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述气泡发生装置还包括：第一止回阀；所述第一止回阀的一端与所述控制阀连通，所述第一止回阀的另一端与所述喷管的一端连通。
12.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述气泡发生装置还包括：u型管；所述u型管的一端与所述控制阀连通，所述u型管的另一端与所述喷管的一端连通。
13.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述冷却剂回路包括冷却剂容纳腔，所述冷却剂容纳腔内的冷却剂用于与反应堆的堆芯耦合传热。
14.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述冷却剂回路还包括蒸汽发生器与主泵；所述冷却剂容纳腔设有进口与出口，所述出口依次通过所述蒸汽发生器及所述主泵与所述进口连通。
15.根据本发明提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统，所述出口与所述蒸汽发生器之间设有第一电磁阀，所述蒸汽发生器与所述主泵之间设有第二止回阀，所述主泵与所述进口之间设有第二电磁阀。
16.本发明提供的海洋核动力平台堆舱冷却系统，通过设置气泡发生装置，冷却流体通过进液口进入换热通道内，在堆舱内出现失水事故的情况下，冷却剂回路中的高温冷却剂泄漏至堆舱内，高温冷却剂的热量通过换热通道逐渐传递至冷却流体，冷却流体的温度逐渐升高且密度逐渐减小，则靠近出液口处的冷却流体与靠近进液口处的冷却流体形成密度差，基于流体之间密度差所产生的驱动力，密度较小的冷却流体向上流动，并通过出液口排出，以使得冷却流体通过换热的方式来建立密度差，从而实现冷却流体的自然循环，这种通过换热方式形成的自然循环耗时较长；本实施例通过将气泡发生装置产生的气泡注入换热通道内，气泡与换热通道内的冷却流体形成的混合物平均密度减小，以使得混合物具有向上流动的趋势，进而靠近出液口处流体的平均密度较小，靠近进液口处流体的平均密度较大，从而在出液口处流体与进液口处流体之间快速建立密度差，在由密度差所产生的驱动力的作用下，换热通道内的冷却流体实现快速流动，避免在发生失水事故时需要通过耗时较长的换热方式以建立冷却流体的密度差，实现在发生失水事故时即可快速启动换热通道内冷却流体的自然循环，提升了冷却流体与高温冷却剂的换热效率，有效降低了堆舱内的温度，在温度降低的情况下，堆舱内的压力降低，保证了堆舱的安全性与可靠性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
18.图1是本发明提供的海洋核动力平台堆舱冷却系统的结构示意图；
19.图2是本发明提供的换热通道的结构示意图；
20.附图标记：
21.1：堆舱；
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2：换热通道；
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21：换热管束；
22.22：汇流管；
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3：气泡发生装置；
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31：储气罐；
23.32：喷管；
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33：控制阀；
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34：第一止回阀；
24.4：反应堆；
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5：蒸汽发生器；
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6：主泵；
25.7：第一电磁阀；
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8：第二止回阀；
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9：第二电磁阀。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
29.下面结合图1至图2描述本发明的提供的一种海洋核动力平台堆舱冷却系统。
30.如图1所示，本实施例所示的海洋核动力平台堆舱冷却系统包括：堆舱1、冷却剂回路、换热通道2及气泡发生装置3。
31.冷却剂回路设于堆舱1内；换热通道2设于堆舱内，堆舱1上沿换热通道2的延伸方向设有进液口与出液口，出液口设于进液口的上方；进液口与换热通道2的一端连通，出液口与换热通道2的另一端连通；换热通道2内用于通入冷却流体；由冷却剂回路泄漏的冷却剂用于与冷却流体耦合传热；气泡发生装置3的出气口与换热通道2连通；气泡发生装置生成的气泡用于与冷却流体在换热通道内形成混合物，混合物经出液口排出。
32.具体地，本实施例所示的海洋核动力平台堆舱冷却系统通过设置气泡发生装置3，冷却流体通过进液口进入换热通道2内，在堆舱1内出现失水事故的情况下，冷却剂回路中的高温冷却剂泄漏至堆舱1内，高温冷却剂的热量通过换热通道2逐渐传递至冷却流体，冷却流体的温度逐渐升高且密度逐渐减小，则靠近出液口处的冷却流体与靠近进液口处的冷却流体形成密度差，基于流体之间密度差所产生的驱动力，密度较小的冷却流体向上流动，并通过出液口排出，以使得冷却流体通过换热的方式来建立密度差，从而实现冷却流体的
自然循环，这种通过换热方式形成的自然循环耗时较长；本实施例通过将气泡发生装置3产生的气泡注入换热通道2内，气泡与换热通道2内的冷却流体形成的混合物平均密度减小，以使得混合物具有向上流动的趋势，进而靠近出液口处流体的平均密度较小，靠近进液口处流体的平均密度较大，从而在出液口处流体与进液口处流体之间快速建立密度差，在由密度差所产生的驱动力的作用下，换热通道2内的冷却流体实现快速流动，避免在发生失水事故时需要通过耗时较长的换热方式以建立冷却流体的密度差，实现在发生失水事故时即可快速启动换热通道2内冷却流体的自然循环，提升了冷却流体与高温冷却剂的换热效率，有效降低了堆舱1内的温度，在温度降低的情况下，堆舱1内的压力降低，保证了堆舱1的安全性与可靠性。
33.在此应指出的是，本实施例所示的海洋核动力平台堆舱冷却系统可以应用于海洋核动力平台，海洋核动力平台用于为海洋资源的开发与远海岛屿提供能源；其中，冷却流体为海水，冷却剂为轻水；换热通道2沿海水的深度方向布置，进液口与出液口均设于海水内，且进液口所处的位置较深，出液口所处的位置较浅，即出液口位于进液口的上方，以使得密度减小的海水能够顺利向上流向出液口，从而实现深层海水通过换热通道与浅层海水之间形成自然循环；通过将气泡发生装置设于堆舱内，保证了堆舱的气密性。
34.需要说明的是，本实施例所述的换热通道2的延伸方向是指自进液口朝向出液口的方向，基于换热通道2沿海水深度方向的布置形式，可以理解的是，换热通道2的延伸方向即为自下而上的竖直方向。
35.其中，耦合传热的定义是固体壁面和两侧流体的传热，在本实施例中，海水在换热通道2内流动，轻水以及由轻水闪蒸得到的蒸汽充满堆舱1，轻水以及蒸汽的热量通过换热通道2的侧壁传递至海水，且海水与轻水和蒸汽不会接触。
36.优选地，如图1所示，本实施例所示的换热通道2包括换热管束21；换热管束21的第一端与进液口连通，换热管束21的第二端与出液口连通。
37.具体地，基于连通器的原理，换热管束21内充满海水；当发生失水事故时，冷却剂回路内的液态轻水泄漏至堆舱1内，部分液态轻水闪蒸为蒸汽，液态轻水与蒸汽形成的混合冷却剂充满堆舱1，该混合冷却剂的温度较高，混合冷却剂的热量通过换热管束21传递至换热管束21内的海水，通过设置换热管束21，增大了混合冷却剂与海水的换热面积，提升了换热效率，进而有效降低了堆舱1内的温度，在堆舱1内的温度下降的情况下，蒸汽冷凝液化，减小了堆舱1内的压力。
38.优选地，如图1和图2所示，本实施例所示的换热通道2包括：汇流管22；汇流管22的第一端与换热管束21的第二端连通，汇流管22的第二端沿换热通道2的延伸方向延伸，汇流管22的第二端与出液口连通；汇流管22的内径沿换热通道2的延伸方向逐渐减小。
39.具体地，当海水流入至汇流管22内时，位于上侧的海水密度较小，位于下侧的海水密度较大，上侧的海水与下侧的海水之间形成密度差，由密度差形成的驱动力驱动海水向上流动，沿海水的流动方向，汇流管22内供海水通过的横截面积逐渐减小，则海水在汇流管22内的流速逐渐增大，从而增强了上侧海水对下侧海水的牵引作用，提升了海水在换热通道2内的流速，进而提升了换热管束21的换热效率。
40.优选地，如图1所示，本实施例所示的气泡发生装置3包括：气源与喷管32；气源与喷管32的一端连通，气泡发生装置3的出气口形成于喷管32的另一端，喷管32的另一端伸入
汇流管22内，喷管32的另一端用于沿换热通道2的延伸方向延伸，喷管32的另一端位于汇流管22的第二端的下侧。
41.具体地，在发生失水事故时，气源将气体向喷管32输送，并在喷管32的另一端喷射出气泡，由于喷管32的另一端向上延伸，则气泡喷射的方向与海水的流动方向相同，气泡能够对海水起到一定的牵引作用，从而提升了海水的流速；与此同时，喷管32的另一端设于汇流管22内，则气泡溶入汇流管22内的海水中，减小了汇流管22内海水的平均密度，从而增大了汇流管22内海水与进液口处海水之间的密度差，提升了海水在换热通道2内的自然循环能力。
42.优选地，如图1所示，本实施例所示的气泡发生装置3还包括：控制阀33；气源包括储气罐31，储气罐31通过控制阀33与喷管32连通；控制阀33用于控制储气罐31与喷管32之间的导通或阻断。
43.具体地，本实施例所示的控制阀33优选常开型电磁阀，常开型电磁阀用于控制储气罐31与喷管32之间的导通或阻断；在冷却剂回路正常工作的过程中，常开型电磁阀处于通电状态，此时，常开型电磁阀关闭，储气罐31与喷管32之间阻断；在冷却剂回路发生泄漏时，常开型电磁阀处于断电状态，此时，常开型电磁阀开启，储气罐31与喷管32之间导通，以在喷管32的另一端形成气泡。
44.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的气泡发生装置3还包括：第一止回阀34；第一止回阀34的一端与控制阀33连通，第一止回阀34的另一端与喷管32的一端连通。
45.具体地，在储气罐31供气一端时间后，储气罐31内的压力逐渐减小，第一止回阀34能够防止海水倒灌入储气罐31内，与此同时，换热通道2内的海水已通过换热的方式逐渐建立起了密度差，因此，此时无需气泡发生装置3的辅助作用即可完成海水的自然循环。
46.在一些实施例中，本实施例所示的气泡发生装置还包括：u型管；u型管的一端与控制阀连通，u型管的另一端与喷管的一端连通。
47.具体地，在储气罐供气一端时间后，储气罐内的压力逐渐减小，u型管能够防止海水倒灌入储气罐内，其中，u型管的u型开口朝下布置；与此同时，换热通道内的海水已通过换热的方式逐渐建立起了密度差，因此，此时无需气泡发生装置的辅助作用即可完成海水的自然循环。
48.在一些实施例中，本实施例所示的气泡发生装置还包括：第一止回阀与u型管；u型管的一端与控制阀连通，u型管的另一端与第一止回阀的一端连通，第一止回阀的另一端与喷管的一端连通，其中，u型管的u型开口朝下布置。
49.具体地，具体地，在储气罐供气一端时间后，储气罐内的压力逐渐减小，在u型管与第一止回阀的共同作用下能够防止海水倒灌入储气罐内；与此同时，换热通道内的海水已通过换热的方式逐渐建立起了密度差，因此，此时无需气泡发生装置的辅助作用即可完成海水的自然循环。
50.优选地，如图1所示，本实施例所示的冷却剂回路包括冷却剂容纳腔，冷却剂容纳腔内的冷却剂用于与反应堆4的堆芯耦合传热。
51.具体地，在冷却剂回路正常工作的过程中，堆芯产生的热量用于加热轻水。
52.优选地，如图1所示，本实施例所示的冷却剂回路还包括蒸汽发生器5与主泵6；冷却剂容纳腔设有进口与出口，冷却剂容纳腔的出口依次通过蒸汽发生器5及主泵6与冷却剂
容纳腔的进口连通。
53.具体地，加热后的轻水由出口流向蒸汽发生器5，蒸汽发生器5产生的蒸汽用于推动叶轮转动以实现发电，轻水通过蒸汽发生器5后温度降低，温度降低后的轻水在主泵6的作用下回到冷却剂容纳腔内，实现轻水的循环利用。
54.优选地，如图1所示，本实施例所示的出口与蒸汽发生器之间设有第一电磁阀7，蒸汽发生器5与主泵6之间设有第二止回阀8，主泵6与进口之间设有第二电磁阀9。
55.具体地，第一电磁阀7与第二电磁阀9为常闭型电磁阀，在冷却剂回路正常工作的过程中，常闭型电磁阀处于通电状态，此时，常闭型电磁阀开启，出口与蒸汽发生器5之间导通，主泵6与进口之间导通；在冷却剂回路发生泄漏时，常闭型电磁阀处于断电状态，此时，常闭型电磁阀关闭，出口与蒸汽发生器5之间阻断，主泵6与进口之间阻断；第二止回阀8能够防止主泵6在停止工作时，轻水通过主泵6流向蒸汽发生器5。
56.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。