一种反应堆余热导出系统的制作方法

1.本发明涉及核电技术领域，特别涉及一种反应堆余热导出系统。


背景技术：

2.随着人们对清洁能源的需求越来越大，核能作为清洁能源中的一种，近年来被越来越广泛的应用，目前，通常采用核反应堆利用核能，当反应堆中发生核反应时，通过利用核反应产生的热量实现对核能的利用。
3.由于核反应的过程中会有很强的放射性，通常在反应堆的外部设置有安全壳，通过安全壳将反应堆封闭在其中，避免核反应产生的放射性物质外泄。
4.但是，核反应在停堆后在很长一段时间会继续产生余热，长时间持续的余热可能会导致安全壳损坏，严重时甚至导致安全壳的熔毁，造成大规模的核泄漏，对人员的健康造成重大不可逆的损害。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种反应堆余热导出系统，以解决相关技术中安全壳在长时间的余热作用下损坏，导致核泄漏，严重危害人体健康的问题。
6.第一方面，提供了一种反应堆余热导出系统，其包括：安全壳，所述安全壳的内部设置有反应堆压力容器；循环回路，所述循环回路设置于所述安全壳的内部，所述循环回路与所述反应堆压力容器连通，且所述循环回路内设有可吸收所述反应堆压力容器热量的冷却剂，所述冷却剂可沿所述循环回路进行自然循环流动；热管，所述热管包括热段和与所述热段连通的冷段，所述热段插入所述循环回路中与所述冷却剂接触，所述冷段伸出所述安全壳外。
7.一些实施例中，所述冷段的外表面设置有向外凸出的翅片结构。
8.一些实施例中，所述安全壳中设置有蒸汽发生器，所述反应堆压力容器通过第一主管道与所述反应堆压力容器连通，使所述冷却剂通过所述第一主管道流向所述蒸汽发生器，所述蒸汽发生器通过第二主管道与所述反应堆压力容器连通，使所述冷却剂通过所述第二主管道流回至所述反应堆压力容器；所述蒸汽发生器可吸收所述冷却剂的热量并产生蒸汽。
9.一些实施例中，所述循环回路包括换热容器，所述热段插入所述换热容器中与冷却剂相接触，所述换热容器通过第一余热导出管与所述第一主管道相连通，所述换热容器通过第二余热导出管与所述第二主管道相连通，所述换热容器高于所述反应堆压力容器。
10.一些实施例中，所述换热容器开设有冷却剂入口与冷却剂出口，所述冷却剂出口设置于所述换热容器的底部，且所述冷却剂入口高于所述冷却剂出口；所述第一余热导出管通过所述冷却剂入口与所述换热容器相连通，所述第二余热导出管通过所述冷却剂出口与所述换热容器相连通。
11.一些实施例中，所述第一余热导出管及所述第二余热导出管上均设置有隔离阀。
12.一些实施例中，所述安全壳外设置有空冷箱，所述空冷箱具有制冷效果；所述冷段插入所述空冷箱中。
13.一些实施例中，所述空冷箱的下方开设有进风口，所述空冷箱的上方开设有出风口，所述空冷箱用于将冷空气由所述进风口吹向所述出风口。
14.一些实施例中，所述进风口的开口尺寸大于所述出风口的开口尺寸。
15.一些实施例中，所述安全壳包括贯穿管道，在所述热段与所述冷段之间设置有与所述贯穿管道形状相匹配的绝热段，所述绝热段的一端伸入所述安全壳内，另一端伸出所述安全壳外。
16.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
17.本发明实施例提供了一种反应堆余热导出系统，由于安全壳中设置有热管，热管的冷段伸出安全壳外，热管的热段伸入安全壳内的循环回路中与冷却剂接触，当反应堆中温度高于外界时，热管可高效的将冷却剂热量导出，实现余热导出的功能。并且由于热管温度低于反应堆，热管为循环回路提供了一个冷源，反应堆为循环回路提供了一个热源，循环回路在反应堆的热源及热管的冷源的作用下可驱动冷却剂形成自然循环，自然循环的冷却剂可以源源不断的将反应堆的热量通过热管导出安全壳，实现了安全壳连续的余热导出，降低了安全壳被高温损坏的风险，延长了安全壳的使用时间，减少了放射性物质的泄露风险，保证了使用人员的健康。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
19.图1为本发明实施例提供的一种反应堆余热导出系统的结构示意图。
20.图中：
21.1、安全壳；2、反应堆压力容器；
22.3、循环回路；301、换热容器；302、第一余热导出管；303、第二余热导出管；304、冷却剂入口；305、冷却剂出口；306、隔离阀；
23.4、热管；401、热段；402、冷段；403、绝热段；
24.5、蒸汽发生器；6、第一主管道；7、第二主管道；
25.8、空冷箱；801、进风口；802、出风口；
26.9、贯穿管道。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
28.本发明实施例提供了一种反应堆余热导出系统，其能解决相关技术中安全壳在长
时间的余热作用下损坏，导致核泄漏，严重危害人体健康的问题。
29.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种反应堆余热导出系统，其可以包括：安全壳1，安全壳1的内部可以设置有反应堆压力容器2；循环回路3，循环回路3可以设置于安全壳1的内部，循环回路3可以与反应堆压力容器2连通，且循环回路3内可以设有可吸收反应堆压力容器2热量的冷却剂，冷却剂可沿循环回路3进行自然循环流动；热管4，热管4可以包括热段401和与热段401连通的冷段402，热段401可以插入循环回路3中与冷却剂接触，冷段402可以伸出安全壳1外。热管4为一种快速导热元件，热管4的内部填充有工作液体，在热段401受热时，热管4内部的工作液体会蒸发，蒸发后的气体流向冷段402，同时冷段402的工作液体在毛细引力的作用下流向热段401，最终实现热管4的非能动导热，且热管4的导热效率远大于已知金属的导热效率。通过将热管4的冷段402伸出安全壳1外，而热管4的热段401插入循环回路中与冷却剂接触，由于冷却剂可在循环回路3中自然循环流动，也就是说，冷却剂在不需要外界设备能量的驱动下，就可以源源不断的将反应堆压力容器2的热量导向热管4，进而实现将反应堆的余热导出，通过热管4以及自然循环的方式实现热量的传递，传热过程不需要借助复杂的泵体或热交换器等能动设备实现，结构相对简单，能方便的用于紧凑的船舱空间，同时本方案的密封连接较少，能适应船舱的晃动环境，并能较长时间的运用于高湿高盐的海洋环境。
30.参见图1所示，在一些可选的实施例中，冷段402的外表面可以设置有向外凸出的翅片结构。也是就是说，通过外表面设置有向外凸出的翅片结构，为热管4的冷段402增加与外界环境的接触面积，以提高热管4的换热效率。在其它实施例中，也可以在热段401出设置有向外凸出的翅片结构，以提高热管4在循环回路3的换热效率。
31.参见图1所示，在一些可选的实施例中，安全壳1中可以设置有蒸汽发生器5，反应堆压力容器2可以通过第一主管道6与反应堆压力容器2连通，使冷却剂通过第一主管道6流向蒸汽发生器5，蒸汽发生器5可以通过第二主管道7与反应堆压力容器2连通，使冷却剂通过第二主管道7流回至反应堆压力容器2；蒸汽发生器5可吸收冷却剂的热量并产生蒸汽。也是就是说，冷却剂在反应堆压力容器2中吸收热量后，通过第一主管道6流向蒸汽发生器5，蒸汽发生器5利用冷却剂带来的热量产生蒸汽，热量降低后的冷却剂通过第二主管道7再流回反应堆压力容器2，实现冷却剂的一个循环。通过不断的循环，不断产生蒸汽实现对核反应能源的利用，在第一主管道6或第二主管道7上可以设置有水泵，以加快冷却剂的循环速度。
32.参见图1所示，在一些可选的实施例中，循环回路3可以包括换热容器301，热段401可以插入换热容器301中与冷却剂相接触，换热容器301可以通过第一余热导出管302与第一主管道6相连通，换热容器301可以通过第二余热导出管303与第二主管道7相连通，换热容器301可以高于反应堆压力容器2。也就是说，循环回路3在换热容器301位置实现与热管4的热交换，当热量较高的冷却剂从第一主管道6流向第一余热导出管302后，热管4的温度低于第一主管道6的温度，第一主管道6中的冷却剂由于温度高其密度相对较低，在密度差的作用下冷却剂会自然流向换热容器301，通过热管4为换热容器301中的冷却剂降温，且换热容器301位置高于反应堆压力容器2，温度降低的冷却剂在重力作用下流向第二余热导出管303，形成非能动的自然循环。
33.参见图1所示，在一些可选的实施例中，换热容器301可以开设有冷却剂入口304与
冷却剂出口305，冷却剂出口305可以设置于换热容器301的底部，且冷却剂入口304可以高于冷却剂出口305；第一余热导出管302可以通过冷却剂入口304与换热容器301相连通，第二余热导出管303可以通过冷却剂出口305与换热容器301相连通。也就是说，当冷却剂通过第一余热导出管302流向换热容器301后，由于冷却剂入口304的高度高于冷却剂出口305，冷却剂会自然的流向冷却剂出口305，进而通过第二余热导出管303流向反应堆压力容器2，促进了冷却剂在循环回路3中的自然循环。
34.参见图1所示，在一些可选的实施例中，第一余热导出管302及第二余热导出管303上均可以设置有隔离阀306。通过在管道上设置隔离阀306可以实现对循环回路3中自然循环的控制，当反应堆正常进行核反应时，隔离阀306关闭，冷却剂只流向蒸汽发生器5，继续开启蒸汽发生器5，实现反应堆能源的利用，在反应堆停堆后，其热量难以使蒸汽发生器5产生蒸汽后，再开启隔离阀306，本实施例中，在反应堆功率降低至满功率的3％下后才开启隔离阀306，通过热管4实现反应堆余热的导出，在其他实施例中可以选择其它合适的时机开启隔离阀306实现冷却剂的自然循环。
35.参见图1所示，在一些可选的实施例中，安全壳1外可以设置有空冷箱8，空冷箱8可以具有制冷效果；冷段402可以插入空冷箱8中。也就是说，通过空冷箱8为热管4的冷段402降温，使冷段402与热段401之间的温差更高，提高热管4的热传递效率。其中采用空冷箱8实现制冷，相比水冷，空冷的设备布置更灵活，不需要储存水的设备，占用的体积更少。
36.参见图1所示，在一些可选的实施例中，空冷箱8的下方可以开设有进风口801，空冷箱8的上方可以开设有出风口802，空冷箱8可以用于将冷空气由进风口801吹向出风口802。也就是说，空冷箱8可排出冷空气，且冷空气由下方的进风口801向上方的出风口802吹，由于冷空气的密度大于热空气，当冷空气由下向上吹时，空冷箱8中的热空气被向上挤出出风口802，使空冷箱8的温度一直处于低温状态，提高了空冷箱8的制冷效果，增大了热管4两端的温度差，提高了反应堆余热导出系统的换热效率。
37.参见图1所示，在一些可选的实施例中，进风口801的开口尺寸可以大于出风口802的开口尺寸。通过将进风口801的开口设置的大于出风口802的开口，可以对冷空气起一个导流的效果，使冷空气流动的更顺畅，提高了空冷箱8的制冷效果，提高反应堆余热导出系统的换热效率。
38.参见图1所示，在一些可选的实施例中，安全壳1可以包括贯穿管道9，在热段401与冷段402之间可以设置有与贯穿管道9形状相匹配的绝热段403，绝热段403的一端可以伸入安全壳1内，另一端可以伸出安全壳1外。也就是说，热管4通过安全壳1的贯穿管道9横跨安全壳1的内外，通过贯穿管道9既可以保证安全壳1的完整性，防止核辐射的泄露，同时还可以将安全壳1的内外相连通。
39.本发明实施例提供的一种反应堆余热导出系统的原理为：
40.在反应堆压力容器2停堆后，打开隔离阀306将循环回路3与反应堆压力容器2相连通，由于热管4的热段401插入循环回路3中与吸收反应堆压力容器2的冷却剂相接触，且热管4的冷段402伸出安全壳1外通过安全壳1内外的温差，使冷却剂的热量可以导至安全壳1外，其中循环回路3由于具有反应堆压力容器2作为热源，热管4作为冷源，可以驱动冷却剂在循环回路3中进行自然循环，相比通过泵或热交换器等能动形式的余热导出，本方案的预热导出采用非能动的形式，部件少且结构相对简单，可以实现在船舱等狭窄空间的放映堆
的余热导出，同时，由于其部件较少，需要的密封连接也相对较少，能够适应海上的高湿高盐的环境。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。