一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统的制作方法

1.本发明属于核技术领域，具体涉及一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统。


背景技术：

2.非能动安全壳冷却系统(passive containment cooling system，pcs)是ap1000和华龙一号堆型的安全相关系统，该系统设计的重要目标是加强事故预防和缓解的能力，提高核电厂的安全性。ap1000 pcs系统利用钢制安全壳壳体作为一个传热表面，蒸汽在安全壳内表面冷凝并加热内表面，然后通过导热将热量传递至钢安全壳。受热的钢壳外表面通过介质(水和空气)的对流换热、辐射换热和相变换热(水蒸发)等热传递机制，热量以显热和蒸发潜热的形式通过自然循环的空气通过高位排气口带出，最终实现安全壳的冷却。华龙一号堆型的pcs系统是通过换热器将安全壳内的热量带到安全壳外设置的换热水箱，随着换热水箱内水温的不断升高，换热水箱温度达到对应压力下的饱和温度，排除部分蒸汽最终进入大气。ap1000和华龙一号堆型的pcs系统可以保证核电站在事故工况72小时内将安全壳内部压力和温度控制在设计范围内，确保堆芯的冷却和安全壳的完整性。
3.华龙一号堆型的pcs系统与prs系统共用换热水箱，安全壳热量和二次侧余热最终都通过与换热水箱中的低温水热交换将热量排出，随着换热水箱中水温的不断升高，最终热量通过水箱中的水汽化排入大气带着。相比于ap1000的pcs系统，华龙一号堆型的pcs和prs系统在导出安全壳热量和二次侧余热的过程中，但由于水箱的热量排出能力相对较弱，换热水箱中的水因快速吸热温度不断升高，将逐渐降低换热水箱对安全壳的冷却功能，当换热水箱中水温与安全壳内温差较小或无温差时，pcs系统将失去安全壳的冷却功能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，它能够有效的提升非能动安全壳冷却系统的冷却性能和机组的安全性。
5.本发明的技术方案如下：一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，包括换热水箱，所述的换热水箱固定在安全壳外侧的防护结构内，所述的换热水箱内设有换热器，防护结构的顶部开有出气口，防护结构的侧面开有进气口。
6.所述的防护结构的内部除换热水箱外形成空气冷却通道。
7.所述的进气口的开口斜向向下。
8.所述的换热水箱的外侧固定连接有换热翅片。
9.所述的换热水箱为钢结构形式。
10.所述的防护结构为钢筋混凝土结构。
11.本发明的有益效果在于：
12.(1)通过非能动空气冷却实现对安全壳换热水箱的冷却，增强换热水箱与大气间的换热能力，提升换热水箱对安全壳热量导出的性能；
13.(2)换热水箱为钢结构，并布置换热翅片，有效增强非能动空气冷却换热水箱的换热性能；
14.(3)换热水箱的防护结构不仅能作为水箱的承载结构，还能抵抗外部飞射物撞击，确保安全壳非能动换热系统的安全性；
15.(4)结构底部设置进气口、顶部设置出气口的形式，有效利用“烟囱效应”提升循环空气对换热水箱的冷却性能。
附图说明
16.图1为本发明所提供的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统结构示意图。
17.图中：1安全壳，2防护结构，3换热水箱，4换热翅片，5空气冷却通道，6进气口，7出气口，8换热器。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
19.如图1所示，一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，包括：安全壳1、安全壳外挂水箱的防护结构2、换热水箱3、换热翅片4、空气冷却通道5、进气口6、出气口7和换热器8，所述的换热水箱3固定在安全壳1外侧的防护结构2内，换热水箱3内安装有换热器8，换热水箱3的外侧固定连接有换热翅片4，通过增加换热水箱的空气对流换热面积以强化换热水箱对外的换热效果，整体上提高循环空气对换热水箱的冷却性能；防护结构2的内部除换热水箱3外形成空气冷却通道5，防护结构2的顶部开有出气口7，防护结构2的侧面开有进气口6，进气口6的开口斜向向下。所述的换热水箱3为钢结构形式，在靠近安全壳1侧通过连接固定于安全壳结构上，换热水箱3可保证水箱具备良好的密封性和热传导性能，安全壳内热量通过换热器传递到钢制换热水箱。钢制换热水箱除安全壳侧外，其余侧边外围设置空气冷却通道5，从而形成空气在换热水箱表面循环冷却的通道。
20.钢制换热水箱外围设有钢筋混凝土防护结构，与安全壳结构连接形成整体。
21.钢筋混凝土防护结构的底部支撑固定钢制换热水箱的底面，作为换热水箱的承载结构之一。
22.钢筋混凝土防护结构和钢制换热水箱之间的空间形成空气冷却通道，在钢筋混凝土防护结构外侧的底部设置空气循环的进气口6，在顶部设置空气循环的出气口7。
23.底部进气口6提供循环空气的进入，循环空气通过对流换热吸收钢制换热水箱和换热翅片的散热，循环空气在冷却通道中被加热上升，由顶部的出气口7排出。
24.安全壳内热量排出时，通过换热器将安全壳内热量传递到钢制换热水箱内的冷却水，冷却水不断吸收安全壳内的热量温度逐渐升高。冷却水温度的升高导致其与钢制换热水箱结构产生温差，热量通过热传导的方式从高温的冷却水向低温的钢制换热水箱传递，钢制换热水箱的温度也逐渐升高。换热翅片均匀布置于钢制换热水箱表面，其温度也因钢制换热水箱温度的升高而升高。通过上述过程，将安全壳内的热量传递至安全壳的换热水箱。
25.随着钢制换热水箱和换热翅片温度的不断升高，空气冷却通道中的空气被加热，
空气温度升高导致密度降低，热空气上升。冷空气从钢筋混凝土防护结构底部的进气口进入，空气冷却通道底部进入的冷空气密度大，空气冷却通道中被加热的空气密度小，从而形成压差导致空气由下向上通过防护结构顶部的出气口排出。由进气口进入的冷空气在空气冷却通道中通过对流的方式不断吸收钢制换热水箱和换热翅片壁面的热量，并在上升的过程中持续被加热，最后从出气口排出将热量释放至大气。因此形成了冷却空气的自然循环，达到非能动空气冷却换热水箱的目的，高效将安全壳内的热量释放至大气环境。
26.安全壳换热水箱内冷却水通过蒸发将安全壳内的热量排放至大气的效率有限，在水箱温度升到一定限值后换热水箱的冷却性能降低，本发明设计了非能动空气冷却换热水箱的系统，提升了换热水箱的冷却性能，并且该发明还兼具防护外部飞射物和承载功能，有效保障安全壳内热量非能动导出，确保核电站的安全运行。


技术特征：
1.一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：包括换热水箱，所述的换热水箱固定在安全壳外侧的防护结构内，所述的换热水箱内设有换热器，防护结构的顶部开有出气口，防护结构的侧面开有进气口。2.如权利要求1所述的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的防护结构的内部除换热水箱外形成空气冷却通道。3.如权利要求1所述的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的进气口的开口斜向向下。4.如权利要求1所述的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的换热水箱的外侧固定连接有换热翅片。5.如权利要求1所述的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的换热水箱为钢结构形式。6.如权利要求1所述的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的防护结构为钢筋混凝土结构。7.如权利要求2所述的一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统，其特征在于：所述的防护结构为钢筋混凝土结构。

技术总结
本发明属于核技术领域，具体涉及一种应用于安全壳换热水箱的非能动空气冷却系统。包括换热水箱，所述的换热水箱固定在安全壳外侧的防护结构内，所述的换热水箱内设有换热器，防护结构的顶部开有出气口，防护结构的侧面开有进气口。本发明的有益效果在于：(1)通过非能动空气冷却实现对安全壳换热水箱的冷却，增强换热水箱与大气间的换热能力，提升换热水箱对安全壳热量导出的性能；(2)换热水箱为钢结构，并布置换热翅片，有效增强非能动空气冷却换热水箱的换热性能；(3)换热水箱的防护结构不仅能作为水箱的承载结构，还能抵抗外部飞射物撞击，确保安全壳非能动换热系统的安全性。确保安全壳非能动换热系统的安全性。确保安全壳非能动换热系统的安全性。


技术研发人员：曹舟 张福海 朱唯卓 尹峰 林学忠 马睿
受保护的技术使用者：核电运行研究（上海）有限公司
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/7/29