一种用于卧式堆的非能动热量导出系统的制作方法

1.本发明属于反应堆余热导出技术领域，具体涉及一种用于卧式堆的非能动热量导出系统。


背景技术：

2.第四代反应堆中，超高温反应堆和气冷快堆均属于气冷堆，作为一种高温气体冷却反应堆，具有高温堆的技术优势，可提高循环热效率，为工业应用提供高温工艺热，经济性较好。安全性上，当前气体冷却剂发展前景较好的是惰性气体氦气和超临界二氧化碳，均具有化学惰性小，与材料相容性好的特点，且气体冷却剂始终为单相气相，没有两相沸腾临界现象。
3.21世纪以来，核电的发展一方面提高机组容量以提高经济性，另一方面是安全标准提高，特别是第三代核电，按照目前最高安全标准设计，设备制造工艺难度极大并由此带来普遍建设延期，造成了当前核电建设成本飙升，且建设周期、成本回收周期大大延长。在此背景下，小型模块化堆以较低的成本，快速建设与部署的特点，以及特有的安全设计理念和应用领域，在各国掀起了研究热潮。
4.一般认为电功率为300mwe以下的反应堆为小型模块化堆，微型反应堆是小型模块化堆的一种，电功率在数百到数千kwe。相比传统大容量核电机组，微型反应堆在安全性上具有功率小，余热导出快，以及其他设计上的固有安全性；造价低，尺寸小重量轻，可以通过车辆等工具快速部署，根据需求模块化组成小电网，提供电力热能及淡水，对于远离电网的内陆社区、基地、自然灾害地区，海上科考与资源开发平台等用户具有吸引力。
5.微堆同样存在停堆后衰变余热需要导出的问题，特别是当微堆需要能够运行在偏远、干旱，缺少冷却水的内陆、高原时。


技术实现要素：

6.本发明的目的是微型反应堆中的卧式堆提供一种热量导出系统，能够采用简单的非能动的方式对停堆情况下的卧式堆的余热予以安全的导出，特别是能够适合在偏远、干旱，缺少冷却水的内陆、高原等使用环境中的卧式堆上。
7.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于卧式堆的非能动热量导出系统，设置在卧式的堆芯的压力容器的外围，包括水平设置的两端密封的圆筒状的壳体，在所述壳体内设有能够通过空气的环形腔，依靠所述环形腔内非能动的空气流动将所述压力容器散发的热量带出所述壳体之外。
8.进一步，在所述壳体的顶部设有第一空气出口，在所述壳体的底部设有第一空气入口，所述空气通过所述第一空气入口进入所述环形腔，并在所述环形腔内被所述压力容器散发的热量加热后由所述第一空气出口流出所述壳体之外；所述第一空气入口和所述第一空气出口均为长条缝隙，且与所述壳体的轴线平行。
9.进一步，在所述壳体内部，设有内结构层，所述内结构层为水平设置的圆筒状结
构，位于所述壳体和所述压力容器之间；所述环形腔为双环腔形式，包括内环腔和外环腔；所述内环腔是指所述内结构层和所述压力容器之间的环形空间；所述外环腔是指所述壳体和所述内结构层之间的环形空间。
10.进一步，所述内环腔的宽度为100-300mm，所述内环腔的宽度是指所述内结构层和所述压力容器之间的间隔；所述外环腔的宽度为100-300m，所述外环腔的宽度是指所述壳体和所述内结构层之间的间隔。
11.进一步，从所述第一空气入口进入的空气中的一部分在所述外环腔内被加热后由所述第一空气出口流出所述壳体之外。
12.进一步，所述内结构层的顶部设有与所述第一空气出口相对的第二空气出口，所述内结构层的底部设有与所述第一空气入口相对的第二空气入口；从所述第一空气入口进入的空气中的一部分通过所述第二空气入口进入所述内环腔，在所述内环腔内被加热后通过所述第二空气出口由所述第一空气出口流出所述壳体之外；所述第二空气入口和所述第二空气出口均为长条缝隙，且与所述壳体的轴线平行。
13.进一步，所述第一空气入口、所述第一空气出口、所述第二空气入口和所述第二空气出口的宽度能够根据换热量的多少进行调节，调节范围为100-300mm。
14.进一步，所述壳体包括外保温层和辐射屏蔽层，所述外保温层为圆筒状的结构，所述辐射屏蔽层设置在所述外保温层的内表面；所述外保温层用于将所述压力容器排出到所述壳体之外的温度控制在70℃以内；所述辐射屏蔽层用于屏蔽所述堆芯产生的放射性射线；所述外保温层的材料使用超低热导率材料，所述超低热导材料的热导率低于0.15w/(k*m)。
15.进一步，在所述壳体的两端设有侧保温层，所述侧保温层的材料与所述外保温层的材料一致；所述侧保温层的内表面也设置所述辐射屏蔽层。
16.进一步，所述内结构层为不锈钢材质，所述内结构层的外表面设置支撑结构，所述支撑结构用于对所述外保温层进行支撑；所述内结构层的厚度要求能承受所述外保温层的支撑载荷，并能正向促进所述壳体内外的换热。
17.本发明的有益效果在于：
18.1.完全的非能动结构，能灵活的适用于各种工况的环境。
19.2.整体结构简单，不需要附加的冷却设备，从整体上增强卧式堆的安全性、可靠性。
20.3.可以在停堆工况下对压力容器1整体冷却，保持构件温度不超过设计温度，确保了对结构的完整性，有利于提高卧式堆的安全水平和固有安全性。
21.4.外保温层6和侧保温层10将控制壳体的外边界温度，减少辐射散热，保护外保温层6外的构筑物和设备仪表。
22.5.双环腔形式的环形腔既在一定程度上增强了对流换热，同时又有效的降低了外保温层6外壁面的温度，保证了系统的性能。
附图说明
23.图1是本发明具体实施方式中所述的一种用于卧式堆的非能动热量导出系统的轴向剖视示意图；
24.图2是本发明具体实施方式中所述的一种用于卧式堆的非能动热量导出系统的换热原理示意图(内环腔2和外环腔4中的箭头代表空气流动方向)；
25.图3是本发明具体实施方式中所述的一种用于卧式堆的非能动热量导出系统的径向剖视示意图；
26.图中：1-压力容器，2-内环腔，3-内结构层，4-外环腔，5-辐射屏蔽层，6-外保温层，7-第一空气入口，8-第一空气出口，9-堆芯，10-侧保温层，11-第二空气入口，12-第二空气出口。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
28.如图1和图3所示，本发明提供的一种用于卧式堆的非能动热量导出系统，设置在卧式的堆芯9的压力容器1的外围，包括水平设置的两端密封的圆筒状的壳体，在壳体内设有能够通过空气的环形腔，依靠环形腔内非能动的空气流动将压力容器1散发的热量带出壳体之外。
29.在壳体的顶部设有第一空气出口8，在壳体的底部设有第一空气入口7，空气通过第一空气入口7进入环形腔，并在环形腔内被压力容器1散发的热量加热后由第一空气出口8流出壳体之外，带走压力容器1散出的热量；第一空气入口7和第一空气出口8均为长条缝隙，且与壳体的轴线平行。
30.在壳体内部，设有内结构层3，内结构层3为水平设置的圆筒状结构，位于壳体和压力容器1之间；环形腔为双环腔形式，包括内环腔2和外环腔4；内环腔2是指内结构层3和压力容器1之间的环形空间；外环腔4是指壳体和内结构层3之间的环形空间。
31.内环腔2的宽度为100-300mm，内环腔2的宽度是指内结构层3和压力容器1之间的间隔；外环腔4的宽度为100-300m，外环腔4的宽度是指壳体和内结构层3之间的间隔；内环腔2和外环腔4是冷空气主要的换热通道，其宽度对流动换热有重要影响。
32.如图2所示，从第一空气入口7进入的空气中的一部分在外环腔4内被加热后由第一空气出口8流出壳体之外。
33.内结构层3的顶部设有与第一空气出口8相对的第二空气出口12，内结构层3的底部设有与第一空气入口7相对的第二空气入口11；如图2所示，从第一空气入口7进入的空气中的一部分通过第二空气入口11进入内环腔2，在内环腔2内被加热后通过第二空气出口12由第一空气出口8流出壳体之外；第二空气入口11和第二空气出口12均为长条缝隙，且与壳体的轴线平行。
34.第一空气入口7、第一空气出口8、第二空气入口11和第二空气出口12的宽度能够根据换热量的多少进行调节，调节范围为100-300mm。
35.壳体包括外保温层6和辐射屏蔽层5，外保温层6为圆筒状的结构，辐射屏蔽层5设置在外保温层6的内表面；外保温层6用于将压力容器1排出到壳体之外的温度控制在70℃以内(也就是到达外保温层6外表面的温度小于等于70℃)，减少辐射散热，减少对外部混凝土都构筑物及设备仪表的影响；辐射屏蔽层5用于屏蔽堆芯9产生的放射性射线；外保温层6的材料使用超低热导率材料，同时材料需要具有辐射稳定性，超低热导材料的热导率低于0.15w/(k*m)。
36.在壳体的两端设有侧保温层10，侧保温层10的材料与外保温层6的材料一致；侧保温层10的内表面也设置辐射屏蔽层5。
37.内结构层3为不锈钢材质，内结构层3的外表面通过焊接设置支撑结构，支撑结构用于对外保温层6进行支撑；内结构层3的厚度要求能有效的承受外保温层6的支撑载荷，并能正向促进壳体内外的换热。
38.本发明提供的一种用于卧式堆的非能动热量导出系统的实际应用：
39.本发明所公开的用于卧式堆的非能动热量导出系统由于是非能动形式的，运行原理简单，事故不需要动力便可启动运行。系统是常开的，反应堆正常运行时，其按设计的正常运行温度，处于运行状态。当卧式堆正常停堆(非停堆换料)和事故停堆时，系统运行状态不改变，不同的是，系统开始导出结构显热和堆芯衰变热，此时温度不超过系统的设计温度。此时冷空气的路径与正常运行时相同，从底部的第一空气入口7进入，沿着内环腔2和外环腔4，开始被加热，形成密度差，产生浮力，最终从上部的第一空气出口8流出。
40.进一步，随着事故的进展，衰变热不断的降低，在非能动热量导出系统的作用下，压力容器1温度呈波段性降低。
41.进一步，在衰变热足够低的情况下，整个系统都将进入到一个相对低温的状态并保持相对稳定。
42.本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。