一种冷却板、双重屏障熔融物包容防护系统的制作方法

本发明涉及核电事故缓解领域，具体涉及一种冷却板、双重屏障熔融物包容防护系统。

背景技术：

通过分析核泄漏事故的发展和处理过程可以发现，将带有放射性的堆芯熔融物滞留在安全壳内，可以保证核反应堆安全屏障的完整性，极大地缓解核反应堆严重事故的进一步发展和恶化。

为了更安全可靠的将带有放射性的堆芯熔融物滞留在安全壳内，需要一种能动和非能动冷却相结合的双重屏障熔融物包容防护系统，可以在核反应堆发生堆芯熔化事故的条件下，通过外部注水冷却压力容器，实现堆芯熔融物的堆内滞留。在熔融物堆内滞留失败的条件下，通过熔融物扩展收集器收集高温熔融物，通过外部注水冷却熔融物收集冷却器的冷却板，实现堆芯熔融物在安全壳内滞留。

已有的熔融物堆内滞留主要有以下三类：

1.一类是采用非能动的反应堆压力容器外部冷却，基于密度差进行自然循环冷却压力容器下封头。

2.另一类是兼有能动与非能动的反应堆压力容器外部冷却，其非能动系列是由高位水箱提供冷却水源，利用重力注入冷却压力容器下封头。其能动系列是由泵驱动，通过强迫循环方式冷却压力容器下封头。

3.第三类也是兼有能动与非能动的反应堆压力容器外部冷却，其非能动系列是通过自然循环方式冷却压力容器下封头，其能动系列仅用于给非能动系列补水以保持自然循环的淹没液位。

已有的核反应堆堆芯熔融物安全壳内滞留主要有以下两类：

1.一类是采用类似坩埚类型的熔融物收集器，在坩埚内堆放牺牲性材料。在事故条件下，收集高温熔融物，通过牺牲性材料改善熔融物的流动性等物性，通过坩埚型收集器外部流道对熔融物进行冷却。

2.另一类是采用熔融物引出流道和扩展冷却池的收集冷却器。在事故条件下，将熔融物通过引出流道引到扩展冷却池进行收集和冷却。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冷却板、能动和非能动冷却结合的双重屏障熔融物包容防护系统，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种冷却板，包括接触熔融物的热触层和接触冷却剂的冷接层组成，热触层和冷接层之间还设置有耐热的中间层，热触层的表面上沿长度方向铺设有一层牺牲材料层，冷接层的表面上设置有多个沿着长度方向设置的第一扰流凸起，中间层起到耐高温及导热作用，冷接层起到传热作用。

牺牲材料层的材料组份包括mgal2o4、al2o3、fe3o4。

一种双重屏障熔融物包容防护系统，包括熔融物堆内滞留装置、熔融物安全壳内滞留装置和冷却系统，

所述熔融物安全壳滞留装置，包括套设在压力容器外并向下延伸的熔融物延展腔、套设在熔融物延展腔外的第一冷却腔，熔融物延展腔由如前所述的冷却板制备而成的第一容器包围在压力容器外围合而成，第一冷却腔由如前所述的冷却板制备而成的第二容器沿着第一容器外周保持适当的间隙绕行围合围成；

所述熔融物堆内滞留装置包括压力容器、第二冷却腔，第二冷却腔由套设在压力容器外的保温层和压力容器的外壁围合而成，保温层和熔融物延展腔具有间隙，；

冷却系统包括相连的冷却源装置和冷却水回路，第一冷却腔和第二冷却腔均通过冷却水回路和冷却源装置相连，冷却水回路中设置有切换装置，切换装置和保温层相连且能随着保温层的掉落切换连通渠道，当仅启动熔融物堆内滞留装置时，保温层未脱落，切换装置能使得冷却源装置通过冷却水回路和第二冷却腔相连用于将冷却剂注入至第二冷却腔内，当保温层脱落，启动熔融物安全壳内滞留方式，切换装置能使得冷却源装置通过冷却水回路和第一冷却腔相连用于将冷却剂注入至第一冷却腔内。

熔融物延展腔沿熔融物流向具有至少一个用于缓冲熔融物流速的第一弯曲段缓冲区、至少一个用于延长流道且缩小流道的第二弯曲段缓速区和一位于熔融物延展腔底部的装载区，第一弯曲段缓冲区和第二弯曲段缓速区二者弯度朝向为反向设置，第一容器的底部为球面型。

冷却水回路包括第一冷却管道、第二冷却管道、带有容纳腔的安全壳，第一冷却管道设置在冷却源装置和第一冷却腔之间，第二冷却管道设置在冷却源装置和第二冷却腔之间，安全壳内上部设置有冷凝器，安全壳底部和第一冷却腔、第二冷却腔均相连，安全壳和第一冷却腔的连接处设置有第一浮球阀，安全壳和第二冷却腔的连接处设置有第二浮球阀。本发明中第一浮球阀铰接设置在第一冷却腔的排出口处，第二浮球阀铰接设置在第二冷却腔的排出口处。

第一冷却腔上开设有第一出口和至少一个第二出口，第一出口为第一冷却腔底部最低处开设的竖直出口，第二个出口为第一冷却腔底部沿倾斜方向开设的倾斜出口，第一冷却管道和第一冷却腔通过第一出口和至少一个第二出口相连。

第二冷却腔上开设有第三出口和至少一个第四出口，第三出口为第二冷却腔底部竖直开口，第四出口为第二冷却腔底部的倾斜开口，第二冷却管道和第二冷却腔通过第三出口和至少一个第四出口相连。

冷却源装置包括：

能动注水冷却系统，包括能动注水泵，能动注水泵通过连接管道和第一冷却管道相连；

和/或非能动高位水箱注水冷却装置，包括高位水箱，高位水箱通过连接管道和第一冷却管道相连；

和/或非能动自然循环注水冷却装置，包括冷却水收集池，冷却水收集池通过连接管道和第一冷却管道相连；

当三者共存时，非能动高位水箱注水冷却装置设置在安全壳内，非能动自然循环注水冷却装置固定连接设置在安全壳下部，能动注水冷却系统设置在安全壳内。在实施时可以同时采用其中的两种或者三种。

高位水箱和连接管道之间还设置有电动截止阀、冷却水收集池和连接管道之间还设置有单向流动结构、能动注水泵和水源之间还设置有断电关闭电动截止阀。

压力容器底部外还包覆有一预防护层，所述预防护层的材质为碳酸钡。

切换装置包括为通管的第一管和封闭的第二管，第一管和第二管呈并联连接形成翻板结构，第一管和第二管的交叉处吊设有重物，保温层未熔化掉落时，重物通过连接线和保温层相连，使得第一管和第二冷却通道连通，当保温层熔化掉落时，重物在重力作用下掉落，使得翻板结构翻转，第一管和第一冷却通道连通。

本发明中设置第一冷却管道引入冷却剂，相比池式或者空间式注入方式，管道注入的速率更快，在发生事故条件下，可快速通过第一冷却管道注入第一冷却腔中。根据现有的在建在役电厂的情况，多数条件下，熔池对收集冷却板的传热，会导致热量出现局部峰值的现象。因此，一般推荐进行收集冷却板冷却管道底部出口和收集冷却板冷却管道倾斜出口的组合设置，收集冷却板冷却管道倾斜出口在收集冷却板冷却管道上开口为圆管开口，在冷却通道围板上开口为环形开口，中间采用平滑过渡结构，收集冷却板冷却管道倾斜出口的流通横截面积为收集冷却板冷却管道底部出口流通横截面积的1.0倍～2.5倍。

本发明通过将滞留部设置成第一弯曲段缓冲区、第二弯曲段缓速区和装载区，能够有效增大冷却板与高温熔融物的接触面积，防止局部热量集中，提升高温熔融物的冷却效果，同时本发明在熔融物收集和延展的同时即可对熔融物进行冷却，缩短高温熔融物最终冷却时间，并能有效缓冲高温熔融物掉落时对熔融物收集器的冲击，有效防止高温熔融物掉落造成的收集器损坏。具体的：能够有效增大第一冷却腔与高温熔融物的接触面积，提升高温熔融物的冷却效果；在熔融物收集和延展的同时即可对熔融物进行冷却，缩短高温熔融物最终冷却时间；反向设置的第二弯曲段缓冲区，一方面能够延展熔融物的流道收集更多的熔融物，并增大冷却面积，另一方面还能够防止熔融物直接掉落至底部装载区；装载区用于掉落熔融物、及中途没被冷却的熔融物的最终收集以及冷却。在实施时，由水平设置和竖直设置的多个支撑结构对熔融物延展腔进行支撑稳固。本发明中当第二弯曲段缓速区为2个以上时，相邻第二弯曲段缓速区之间的弯曲方向相反设置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、冷却板采用多层复合结构，具有高潜热吸收能力、中子吸收能力提升、流动性提升等效果，可以快速降低高温熔融物温度、有效减少衰变余热以及提升熔融物扩展能力，

2、熔融物安全壳滞留装置熔融物安全壳内滞留装置设有熔融物延展空间，并对熔融物延展空间的内部结构进行针对性分区改进，能够有效增大第一冷却腔与高温熔融物的接触面积，提升高温熔融物的冷却效果，同时本发明在熔融物收集和延展的同时即可对熔融物进行冷却，缩短高温熔融物最终冷却时间。本发明的冷却板制备而成的第一容器与压力容器直筒段在设置时可以较好的贴合，配合缩短的高温熔融物最终冷却时间，可以提高对高温熔融物的收集比例，减少泄漏到安全壳地面标高上方空间的放射性气溶胶，降低放射性泄漏风险。本发明无需设置狭窄的熔融物引出通道，在下封头整体掉落的极限情况下，依然可以进行有效的熔融物收集、扩展和冷却。本发明兼顾了坩埚型和扩展型两个类型熔融物收集冷却系统的优点。

3、本发明冷却部分采用管道式注入，相比池式或者空间式注入，注入速率快，在发生事故条件下，可以较为快速的冷却，防止在冷却剂液位还未淹没第一容器或压力容器时即发生热熔穿失效。第一冷却腔和第二冷却腔采用多角度布置的冷却口，可针对局部热量集中位置进行针对性布置，在熔融物收集冷却板的局部位置形成针对性的射流冷却。由于射流口冷却剂温度低、流速快而且扰动大，因此可以显著强化局部冷却能力，缓解对热聚焦效应。

4、熔融物安全壳内滞留装置和熔融物堆内滞留装置独自或两者之间均能实现能动注水冷却、非能动注水冷却及长期自然循环冷却三种模式并存模式。

5、本发明的压力容器外部冷却部分通过多连通管道的布置，形成由冷却剂驱动压力决定冷却剂流向的冷却管道连接结构，可以实现熔融物堆内滞留装置和熔融物安全壳内滞留装置之间的能动注水冷却、非能动高位水箱注入冷却及长期非能动自然循环冷却三种模式并存。

6、两个系统共同构成双重屏障熔融物包容系统，用于事故条件下核电设施带放射性的熔融物在安全壳内滞留，可以在多重极端事故条件下保障核设施的安全性，防止放射性泄漏。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明的冷却板的结构示意图。

图3为切换装置的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1.熔融物、2.压力容器、3.保温层、4.水平出口、5.第三出口、6.第四出口、7.预防护层、8.第二冷却管道、9.第一弯曲段缓冲区、10.第二弯曲段缓速区、11.装载区、12.第一冷却腔、13.第二冷却腔、14.连接铰链、15.切换装置、16.支撑结构、17.安全壳、18.冷凝器、19.高位水箱、20.第一出口、21.第二出口、22.33.26连接管道、23.能动注水泵、24断电关闭电动截止阀、25.能动取水管、27.第一冷却管道、28.单向流动结构、29.冷却水收集池、30.过滤器、31.第二浮球阀、32.第一浮球阀、33.第一扰流凸起、34.电动截止阀、35、第一管，36、第二管，37、重物。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、2、3所示，一种冷却板，包括接触熔融物1的热触层和接触冷却剂的冷接层组成，热触层和冷接层之间还设置有耐热的中间层，热触层的表面上沿长度方向铺设有一层牺牲材料层，冷接层的表面上设置有多个沿着长度方向设置的第一扰流凸起33，中间层起到耐高温及导热作用，冷接层起到传热作用。

牺牲材料层的料组份包括mgal2o4、al2o3、fe3o4。

中间层可以采用导热系数优良以及耐高温的钨板，钨板厚度10～50mm。收集冷却板的冷接层，即与冷却水相接触的表面，为导热系数良好的不锈钢或16mnd5钢以降低成本，冷接层厚度20～100mm。

实施例2

一种双重屏障熔融物包容防护系统，包括熔融物堆内滞留装置、熔融物安全壳内滞留装置和冷却系统，

所述熔融物安全壳滞留装置，包括套设在压力容器2外并向下延伸的熔融物延展腔、套设在熔融物延展腔外的第一冷却腔12，熔融物延展腔由如前所述的冷却板制备而成的第一容器包围在压力容器2外围合而成，第一冷却腔12由如前所述的冷却板制备而成的第二容器沿着第一容器外周保持适当的间隙绕行围合围成；

所述熔融物堆内滞留装置包括压力容器2、第二冷却腔13，第二冷却腔13由套设在压力容器2外的保温层3和压力容器2的外壁围合而成，保温层3和熔融物延展腔具有间隙；

冷却系统包括相连的冷却源装置和冷却水回路，第一冷却腔12和第二冷却腔13均通过冷却水回路和冷却源装置相连，冷却水回路中设置有切换装置15，切换装置15和保温层3相连且能随着保温层3的掉落切换连通渠道，当仅启动熔融物堆内滞留装置时，保温层3未脱落，切换装置15能使得冷却源装置通过冷却水回路和第二冷却腔13相连用于将冷却剂注入至第二冷却腔13内，当保温层3脱落，启动熔融物安全壳内滞留方式，切换装置15能使得冷却源装置通过冷却水回路和第一冷却腔12相连用于将冷却剂注入至第一冷却腔12内。

熔融物延展腔沿熔融物1流向具有至少一个用于缓冲熔融物1流速的第一弯曲段缓冲区9、至少一个用于延长流道且缩小流道的第二弯曲段缓速区10和一位于熔融物延展腔底部的装载区11，第一弯曲段缓冲区9和第二弯曲段缓速区10二者弯度朝向为反向设置，第一容器的底部为球面型。

冷却水回路包括第一冷却管道27、第二冷却管道8、带有容纳腔的安全壳17，第一冷却管道27设置在冷却源装置和第一冷却腔12之间，第二冷却管道8设置在冷却源装置和第二冷却腔13之间，安全壳17内上部设置有冷凝器18，安全壳17底部和第一冷却腔12、第二冷却腔13均相连，安全壳17和第一冷却腔12的连接处设置有第一浮球阀32，安全壳17和第二冷却腔13的连接处设置有第二浮球阀31。具体的，第二浮球阀31通过连接铰链14设置在安全壳17和第二冷却腔13的连接处，可封堵住安全壳17和第二冷却腔13连接处的第二冷却腔13开口。同样第一浮球阀32可封堵住安全壳17和第一冷却腔12连接处的第一冷却腔12开口。第二冷却管道8的具体设置为：在第一容器的壁上开设通孔，将第二冷却管道8穿过通孔伸入到熔融物延展腔内和压力容器2连通。

第一冷却腔12上开设有第一出口20和至少一个第二出口21，第一出口20为第一冷却腔12底部最低处开设的竖直出口，第二个出口为第一冷却腔12底部沿倾斜方向开设的倾斜出口，第一冷却管道27和第一冷却腔12通过第一出口20和至少一个第二出口21相连。

第二冷却腔13上开设有第三出口5和至少一个第四出口6，第三出口5为第二冷却腔13底部竖直开口，第四出口6为第二冷却腔13底部的倾斜开口，第二冷却管道8和第二冷却腔13通过第三出口5和至少一个第四出口6相连。第二冷却腔13上还可以开设有水平出口4，第三出口5、至少一个第四出口6和一水平出口4三者可同时存在。实施时，可根据实际的开设口位置和数量，设置第二冷却管道8的连接口，使之与不同的开设口可对应连接。

冷却源装置包括：

能动注水冷却系统，包括能动注水泵23，能动注水泵23通过连接管道22和第一冷却管道27相连；

和/或非能动高位水箱注水冷却装置，包括高位水箱19，高位水箱19通过连接管道33和第一冷却管道27相连；

和/或非能动自然循环注水冷却装置，包括冷却水收集池29，冷却水收集池29通过连接管道26和第一冷却管道27相连；

当三者共存时，非能动高位水箱注水冷却装置设置在安全壳17内，非能动自然循环注水冷却装置固定连接设置在安全壳17下方，能动注水冷却系统设置在非能动自然循环注水冷却装置下方。在实施时可以同时采用其中的两种或者三种。

高位水箱19和连接管道之间还设置有电动截止阀34、冷却水收集池29和连接管道之间还设置有单向流动结构28、能动注水泵23和水源之间还设置有断电关闭电动截止阀24。单向流动结构28可以是单向阀。

压力容器2底部外还包覆有一预防护层7，所述预防护层7的材质为碳酸钡。

核反应压力容器2绕其底部固定设置有预防护层7，对由冷却板围成的第一容器进行初步防护。预防护层7的构成材料可以为baco3材质。在熔融物1压力容器2内滞留不成功的条件下，熔融物1会泄漏出来，与第一冷却腔12内的水相接触，造成局部蒸汽振荡。破坏保温层3。高温熔融物1与baco3相接触，会造成baco3分解为bao和co2，并吸取一定热量，初步形成熔融物1外表面硬壳，对由冷却板围成的第一容器进行初步防护。

第一容器的上部和压力容器2以及保温层3均不直接接触，间距≥50mm。

切换装置15包括为通管的第一管35和封闭的第二管36，第一管35和第二管36呈并联连接形成翻板结构，第一管35和第二管36的交叉处吊设有重物37，保温层3未熔化掉落时，重物37通过连接线和保温层3相连，使得第一管35和第二冷却管道8连通，当保温层3熔化掉落时，重物37在重力作用下掉落，使得翻板结构翻转，第一管35和第一冷却通道连通。

本发明中在实施时还包括用于支撑作用的支撑结构16，支撑结构16固定于混凝土地基，用于支撑第一冷却腔12和熔融物延展腔。

具体实施是：

在发生严重事故的条件下，首先启动熔融物堆内滞留装置。具体启动方式：在核设施发生事故条件下，先启动能动注水冷却系统，此时断电关闭电动截止阀34处于全开状态，由能动取水管25从内置换料水箱或者消防水取水，能动注水泵23提供驱动压头，将冷却水注入连接管道22再进入第二冷却管道8，经由第三出口5和至少一个第四出口6注入保温层3和压力容器2构成的第二冷却腔13道，由于驱动压头存在，可以顶开第二浮球阀31，经由第二冷却腔13的顶部排放口排出到安全壳17，形成持续流动，对压力容器2下封头外表面进行外部冷却。

若丧失供电无法启动能动注水冷却系统的条件下，则启动非能动高位水箱注水冷却系统。在丧失供电的条件下，电动截止阀34会自动打开。由于高位水箱19与第二冷却管道8之间存在高度差，在重力作用下高位水箱19内的水会经由全开状态的电动截止阀34注入第二冷却管道8。经由第三出口5和至少一个第四出口6，注入保温层3和压力容器2构成的第二冷却腔13内，由于高度差导致的驱动压头存在，可以顶开第二浮球阀31，经由第二冷却腔13的顶部排放口排出到安全壳17，形成持续流动，对压力容器2下封头外表面进行外部冷却。

因此，当非能动高位水箱注水冷却系统的冷却剂注入结束时，非能动高位水箱注水冷却系统的冷却剂驱动压力会低于冷却水收集池29由高度形成的冷却剂驱动压力，此时压力容器2与保温层3之间的第一冷却腔12、冷却水收集池29、连接管道26等已经充满了水。此时，冷却水从冷却水收集池29底部通过连接管道26、单向流动结构28流入第二冷却管道8，经由第三出口5和至少第四出口6，注入保温层3和压力容器2构成的第一冷却腔12，由于密度差导致的浮力存在，可以使得第二浮球阀31打开，第一冷却腔12内的水和水蒸气通过第一冷却腔12的顶部排放口排出到安全壳17，排出的水蒸汽会被安全壳17内嵌冷凝器18冷凝，冷凝水会重新落到安全壳17底部。冷凝水和从第一冷却腔12的顶部排放口排出的水汇合后，经由过滤器30过滤后，流入冷却水收集池29，冷却水收集池29内的水依靠重力注入第二冷却管道8，形成长期自然循环。实现压力容器2下封头外壁面及压力容器2筒体的长期冷却，使熔融物1滞留于压力容器2下封头内，保持压力容器2的完整性。

能动注水冷却系统、非能动高位水箱注水冷却系统和非能动自然循环注水冷却系统之间能够因冷却剂驱动压头的不同，而实现自动切换。

三个装置之间具体切换方式如下：在核设施发生事故条件下，在能动注水冷却系统有效的条件下，首先启动能动注水冷却系统，由于能动注水冷却系统的冷却剂驱动压力最高，所以压力容器2下封头的外部冷却由能动注水冷却系统实现，而且由于单向流动结构28和电动截止阀34的存在，能动注入的冷却剂不会直接流失到非能动高位水箱注水冷却系统的高位水箱19和非能动自然循环注水冷却系统的冷却水收集池29。

当能动注水冷却系统失效的条件下，即在丧失供电的条件下，电动截止阀34会自动打开。由于高位水箱19的冷却剂驱动压力高于冷却水收集池29的，因此，压力容器2下封头的外部冷却由非能动高位水箱注水冷却系统实现。而且，由于单向流动结构28的存在，非能动高位水箱19注入的冷却剂不会直接流失到非能动自然循环注水冷却系统的冷却水收集池29。由于断电关闭电动截止阀34会处于断电关闭状态，非能动高位水箱19注入的冷却剂不会直接流失到能动注水冷却系统。

当能动注水冷却系统失效，且非能动高位水箱注水冷却系统的冷却剂注入结束时，由于高度差，冷却水收集池29内收集的冷却剂会通过第二冷却管道8注入冷却压力容器2下封头，并形成长期自然循环冷却。同样的，由于断电关闭电动截止阀34会处于断电关闭状态，自然循环冷却的冷却剂不会直接流失到能动注水冷却系统。

在极端工况下，熔融物1压力容器2内滞留不成功的条件下，自动切换到熔融物安全壳内滞留装置，两个系统共同构成双重屏障熔融物1包容系统，用于事故条件下核电设施带放射性的熔融物1在安全壳17内滞留，可以在多重极端事故条件下保障核设施的安全性，防止放射性泄漏。熔融物堆内滞留装置和熔融物安全壳内滞留装置之间的自动切换如下：

熔融物堆内滞留装置和熔融物安全壳内滞留装置通过切换装置15实现自动切换。

在发生严重事故的条件下，首先启动熔融物堆内滞留装置。在极端工况下，熔融物1压力容器2内滞留不成功的条件下，熔融物1会泄漏出来，与第一冷却腔12内的水相接触，造成局部蒸汽振荡。破坏保温层3。保温层3的破坏，会导致连接于此的切换装置15中重物37连接线失去支撑。在重力作用下，重物37自然下坠，使得盖板结构翻动从而实现冷却剂注入渠道的切换。最终，使得冷却源装置与第一冷却管道27相连接，并关闭冷却源装置与第二冷却管道8的连接。同时，由于没有冷却剂持续注入，在连接铰链14的作用下，第二浮球阀31会重新落下，阻止冷却剂回流到保温层3和压力容器2构成的第一冷却腔12内。由此，熔融物堆内滞留装置会自动切换到熔融物安全壳内滞留装置。

当切换到熔融物安全壳内滞留装置时，熔融物安全壳内滞留装置具体启动过程是：

在需要启动熔融物安全壳内滞留子系统的熔融物1冷却部分的条件下，首先启动能动注水冷却系统，此时断电关闭电动截止阀34处于全开状态，由能动取水管25从内置换料水箱或者消防水取水，能动注水泵23提供驱动压头，将冷却水注入第一冷却管道27，经由第一出口20和至少第二出口21，注入第二冷却腔13，由于驱动压头存在，冷却水可以顶开第一浮球阀32，经由第二冷却腔13的顶部排放口排出到安全壳17，形成持续流动，对熔融物延展腔进行外部冷却。

如果丧失供电无法启动能动注水冷却系统的条件下，则启动非能动高位水箱注水冷却系统。在丧失供电的条件下，电动截止阀34会自动打开。由于高位水箱19与第二冷却管道8之间存在高度差，在重力作用下高位水箱19内的水会经由高位水箱19注水管、全开状态的电动截止阀34注入第一冷却管道27，经由第一出口20和至少第二出口21，注入第二冷却腔13，由于高度差导致的驱动压头存在，可以顶开第一浮球阀32，经由第二冷却腔13的顶部排放口排出到安全壳17，形成持续流动，对压力容器2下封头外表面进行外部冷却。

非能动自然循环冷却装置的实现为：非能动高位水箱注水冷却系统运行过程中，高位水箱19的水对第一容器进行外部冷却后，所产生的水和水蒸气通过第一冷却腔12的顶部排放口排出到安全壳17。排出的水蒸汽会被安全壳17内嵌冷凝器18冷凝，冷凝水会重新落到安全壳17底部。冷凝水和从第一冷却腔12顶部排放口排出的水汇合后，经由过滤器30过滤后，流入冷却水收集池29，从冷却水收集池29底部通过连接管道26、单向流动结构28流入第一冷却管道27。

因此，当非能动高位水箱注水冷却系统的冷却剂注入结束时，非能动高位水箱注水冷却系统的冷却剂驱动压力会低于冷却水收集池29由高度形成的冷却剂驱动压力，此时第二冷却腔13、冷却水收集池29、连接管道等已经充满了水。此时，冷却水从冷却水收集池29底部通过连接管道、单向流动结构28流入第一冷却管道27，经由第一出口20和至少第二出口21，注入第一冷却腔12，由于密度差导致的浮力存在，可以使得第一浮球阀32打开，第一冷却腔12内的水和水蒸气通过第一冷却腔12的顶部排放口排出到安全壳17，排出的水蒸汽会被安全壳17内嵌冷凝器18冷凝，冷凝水会重新落到安全壳17底部。冷凝水和从第一冷却腔12的顶部排放口排出的水汇合后，经由过滤器30过滤后，流入冷却水收集池29，冷却水收集池29内的水依靠重力注入第一冷却管道27，形成长期自然循环。实现收集冷却板及压力容器2筒体的长期冷却，使熔融物1滞留于收集冷却板内，保持安全壳17的完整性。

在需要启动熔融物安全壳内滞留子系统时，由于冷却剂驱动压头不同，三个系统之间会实现自动切换。

三个系统之间具体切换方式如下：在能动注水冷却系统有效的条件下，首先启动能动注水冷却系统，由于能动注水冷却系统的冷却剂驱动压力最高，所以第一容器的外部冷却由能动注水冷却系统实现，而且由于单向流动结构28和电动截止阀34的存在，能动注入的冷却剂不会直接流失到非能动高位水箱注水冷却系统的高位水箱19和非能动自然循环注水冷却系统的冷却水收集池29。

当能动注水冷却系统失效的条件下，即在丧失供电的条件下，电动截止阀34会自动打开。由于高位水箱19的冷却剂驱动压力高于冷却水收集池29的，因此，收集冷却板的外部冷却由非能动高位水箱注水冷却系统实现。而且，由于单向流动结构28的存在，非能动高位水箱19注入的冷却剂不会直接流失到非能动自然循环注水冷却系统的冷却水收集池29。由于断电关闭电动截止阀34会处于断电关闭状态，非能动高位水箱19注入的冷却剂不会直接流失到能动注水冷却系统。

当能动注水冷却系统失效，且非能动高位水箱注水冷却系统的冷却剂注入结束时，由于高度差，冷却水收集池29内收集的冷却剂会通过第一冷却管道27注入第一冷却腔12，并形成长期自然循环冷却。同样的，由于断电关闭电动截止阀34会处于断电关闭状态，自然循环冷却的冷却剂不会直接流失到能动注水冷却系统。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。