本實(shí)用新型涉及一種冷卻系統(tǒng),具體地說,涉及一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前壓水堆核電站中,乏燃料水池中的水由泵驅(qū)動(dòng)循環(huán),通過管線流出,經(jīng)過熱交換器冷卻后再流回乏燃料水池,帶出乏燃料水池的衰變熱。這種冷卻方式,需要有電源才能保證泵的正常運(yùn)行。在事故工況下,全廠失電,泵不能工作,原有冷卻手段失效。隨后,乏燃料水池將會(huì)沸騰、蒸干,乏燃料裸露,乏燃料包殼燒毀,致使放射性泄漏。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于,提供一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng),包括依次設(shè)置的熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和至少一個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié),所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)均包括內(nèi)設(shè)冷卻水的水池,所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)的水池內(nèi)設(shè)置有乏燃料組件;所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)通過傳熱裝置將乏燃料的熱量傳遞至熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)后向外放熱。
進(jìn)一步地,所述傳熱裝置設(shè)置在熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和各熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)之間,包括至少一組用于進(jìn)行換熱的分離式熱管組件,所述的熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)的末端設(shè)置有至少一組向外放熱的抗重力熱管管束。
進(jìn)一步地,當(dāng)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)為兩個(gè)以上時(shí),各個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)并聯(lián)設(shè)置。
進(jìn)一步地,所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)之間還連接有至少一個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié),熱量中間傳遞環(huán)節(jié)包括內(nèi)設(shè)冷卻水的水池,所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)的熱量通過傳熱裝置依次傳遞至各熱量中間傳遞環(huán)節(jié)和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)后向外放熱。
進(jìn)一步地,所述傳熱裝置依次設(shè)置在熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)、熱量中間傳遞環(huán)節(jié)、熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)之間,包括至少一組用于相鄰兩環(huán)節(jié)之間進(jìn)行換熱的分離式熱管組件,所述的熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)的末端設(shè)置有至少一組向外放熱的抗重力熱管管束。
進(jìn)一步地,當(dāng)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)為兩個(gè)以上時(shí),各熱量中間傳遞環(huán)節(jié)串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。
進(jìn)一步地,所述分離式熱管組件包括位于前一環(huán)節(jié)水池內(nèi)的蒸發(fā)段、位于后一環(huán)節(jié)水池內(nèi)的冷凝段、上升管、下降管及循環(huán)工質(zhì),所述冷凝段所述上升管兩端分別穿過或跨過相鄰水池側(cè)壁連通蒸發(fā)段和冷凝段的上部,所述下降管兩端穿過相鄰水池側(cè)壁分別連通蒸發(fā)段和冷凝段的下部;所述循環(huán)工質(zhì)在所述蒸發(fā)段、所述上升管、所述冷凝段、所述下降管形成的循環(huán)通道內(nèi)流動(dòng)。
進(jìn)一步地,在豎直方向上,所述分離式熱管組件的蒸發(fā)段的位置低于其冷凝段位置。
進(jìn)一步地,所述抗重力熱管管束的蒸發(fā)段位于水池內(nèi),冷凝段位于水池外,包括多根平行設(shè)置且穿過水池的熱管,所述熱管包括管殼、吸液芯及工質(zhì),所述熱管內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境,所述吸液芯由毛細(xì)多孔材料制成。
進(jìn)一步地,所述抗重力熱管管束在豎直方向上,其蒸發(fā)段的位置高于冷凝段位置。
相比現(xiàn)有技術(shù),本實(shí)用新型所述的用于核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng),具有以下有益效果:
本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)將乏燃料衰變熱通過分離式熱管、水池和抗重力熱管長(zhǎng)距離非能動(dòng)導(dǎo)出到海水、河水或湖水等理想熱阱中,實(shí)現(xiàn)了事故工況下乏燃料水池的長(zhǎng)期安全可控,保護(hù)了核電站的安全。
另外,本實(shí)用新型的冷卻系統(tǒng)無需人工干預(yù),自動(dòng)啟動(dòng),降低了人員的輻照風(fēng)險(xiǎn)和誤操作風(fēng)險(xiǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,高效可靠,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性和安全性的統(tǒng)一。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)實(shí)施例示意主視圖;
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)實(shí)施例軸測(cè)示意圖。
圖中所示:1-熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié);10-第一水池;11-乏燃料組件;12-第一分離式熱管組件;121-第一蒸發(fā)段;122-第一下降管;123-第一冷凝段;124-第一上升管;2-熱量中間傳遞環(huán)節(jié);20-第二水池;21-第二分離式熱管組件;211-第二蒸發(fā)段;212-第二下降管;213-第二冷凝段;214-第二上升管;3-熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié);30-第三水池;31-抗重力熱管管束;311-第三蒸發(fā)段;312-第三冷凝段。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
如圖1-2所示一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng),包括依次設(shè)置的熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1、一個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2和一個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3,熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1、一個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2和一個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3分別包括內(nèi)裝冷卻水的第一水池10、第二水池20、第三水池30,所述第一水池10內(nèi)設(shè)置有乏燃料組件11,乏燃料組件11被第一水池10內(nèi)的冷卻水淹沒,
所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1和熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2之間設(shè)置有至少一組第一分離式熱管組件12,所述第一分離式熱管組件12的數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,如乏燃料的熱功率、分離式熱管的散熱能力及乏燃料水池內(nèi)的空間等進(jìn)行合理設(shè)置。
所述第一分離式熱管組件12包括第一蒸發(fā)段121、第一上升管124、第一冷凝段123、第一下降管122及循環(huán)工質(zhì),其內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境。第一上升管124兩端分別連通蒸發(fā)段第一121和第一冷凝段123的上部,第一下降管122兩端分別連通第一蒸發(fā)段121和第一冷凝段123的下部。循環(huán)工質(zhì)在第一蒸發(fā)段121、第一上升管124、第一冷凝段123、第一下降管122形成的循環(huán)通道內(nèi)流動(dòng)。在豎直方向上,所述第一分離式熱管組件12的第一蒸發(fā)段121的位置低于第一冷凝段123位置。
所述第一分離式熱管組件12的第一蒸發(fā)段121設(shè)置在第一水池10靠近池壁和池底的位置,第一分離式熱管組件12的第一冷凝段123設(shè)置在熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2的第二水池20內(nèi)。第一分離式熱管組件12的第一下降管122穿過第一水池10和第二水池20的側(cè)壁,且不影響其密封。第一分離式熱管組件12的第一上升管124穿過第一水池10和第二水池20,且不影響其密封??梢岳斫獾?,根據(jù)實(shí)際情況,第一分離式熱管組件12的上升管124也可以不穿過而是跨過第一水池10和第二水池20連通蒸發(fā)段第一121和第一冷凝段123的上部。
所述熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2和所述熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3之間至少設(shè)置有一組第二分離式熱管組件21,具體數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,如分離式熱管的散熱能力及水池內(nèi)的空間等進(jìn)行合理設(shè)置。
所述第二分離式熱管組件21的結(jié)構(gòu)和連接方式與所述第一分離式熱管組件12相同,包括第二蒸發(fā)段211、第二上升管214、第二冷凝段213、第二下降管212及循環(huán)工質(zhì),其內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境。
所述第二分離式熱管組件21的第二蒸發(fā)段211設(shè)置在第二水池20內(nèi),第二分離式熱管組件21的第二冷凝段213設(shè)置在所述熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3的第三水池30內(nèi)。第二分離式熱管組件21的第二下降管212穿過第二水池20和第三水池30,且不影響其密封。所述第二分離式熱管組件21的第二上升管214穿過第二水池20和第三水池30,且不影響其密封??梢岳斫獾模鶕?jù)實(shí)際情況,第二分離式熱管組件21的第二上升管214也可以不穿過而是跨過第二水池20和第三水池30。
所述的熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3的末端設(shè)置有至少一組向外放熱的抗重力熱管管束31。所述抗重力熱管管束31的第三蒸發(fā)段311設(shè)置在第三水池30內(nèi),抗重力熱管管束31的第三冷凝段312設(shè)置在海水中??怪亓峁芄苁?1的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。
所述抗重力熱管管束31包括多根平行設(shè)置且穿過第三水池30的熱管,熱管包括管殼、吸液芯及工質(zhì),熱管內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境,吸液芯由毛細(xì)多孔材料制成??怪亓峁芄苁?1在豎直方向上,第三蒸發(fā)段311的位置高于第三冷凝段312位置。
本實(shí)施例的工作原理及過程具體如下:
在原有冷卻系統(tǒng)正常工作時(shí),第一水池10的溫度低于第一分離式熱管12的啟動(dòng)溫度,第一分離式熱管12內(nèi)的工質(zhì)不發(fā)生相變,沒有熱量傳遞,該核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)不工作。
在事故工況下,第一水池10失冷,水溫升高,當(dāng)溫度達(dá)到第一分離式熱管12的啟動(dòng)溫度時(shí),第一分離式熱管12的第一蒸發(fā)段121吸熱,其內(nèi)部的工質(zhì)沸騰汽化,蒸汽通過第一上升管124進(jìn)入第一冷凝段123,向第二水池20放熱,蒸汽冷凝,通過第一下降管122回到第一蒸發(fā)段121,如此循環(huán)不止,完成熱量的持續(xù)導(dǎo)出。由于蒸汽密度小而冷凝液密度大,且第一冷凝段位置高于第一蒸發(fā)段位置,在密度差和位差的作用下可實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的循環(huán)流動(dòng),實(shí)現(xiàn)熱量從第一水池10到第二水池20的持續(xù)導(dǎo)出。
第二水池20中的水被加熱,溫度升高,當(dāng)溫度達(dá)到第二分離式熱管21的啟動(dòng)溫度時(shí),第二分離式熱管21的第二蒸發(fā)段211吸熱,其內(nèi)部的工質(zhì)沸騰汽化,蒸汽通過第二上升管214進(jìn)入第二冷凝段213,向第三水池30放熱,蒸汽冷凝,通過第二下降管212回到第二蒸發(fā)段211,如此循環(huán)不止,完成熱量的持續(xù)導(dǎo)出。
此時(shí)第三水池30中的水被加熱,溫度升高,當(dāng)溫度達(dá)到抗重力熱管31的啟動(dòng)溫度時(shí),抗重力熱管31的第三蒸發(fā)段311吸熱,其內(nèi)部的工質(zhì)沸騰汽化,蒸汽通過蒸汽腔進(jìn)入第三冷凝段312,向海水放熱,蒸汽冷凝,通過吸液芯的毛細(xì)力作用回到第三蒸發(fā)段311,如此循環(huán)不止,完成熱量的持續(xù)導(dǎo)出。除海水外,河水、湖水等可自然循環(huán)或流動(dòng)的水源也可作為冷源。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于:本實(shí)施例的熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3之間并沒有熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2,所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1的熱量通過第一分離式熱管組件12直接傳遞至熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3后向海水中放熱,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。
實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3的數(shù)量為兩個(gè)以上,各個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3并列設(shè)置,各個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3與熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2之間分別通過若干第二分離式熱管組件21進(jìn)行傳熱,通過并列設(shè)置多個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3,可以起到加快換熱效率的目的。
實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2的數(shù)量為兩個(gè)以上,各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2并列設(shè)置,各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2通過至少第一分離式熱管組件11和至少第二分離式熱管組件21分別與熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3進(jìn)行換熱,通過并列設(shè)置多個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2,可以起到加快換熱效率的目的。
實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例4的區(qū)別在于:各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2串聯(lián)設(shè)置,各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2之間通過至少一組分離式熱管組件依次進(jìn)行換熱,可以起到長(zhǎng)距離換熱的目的。
以上實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思和特點(diǎn),并不能限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡跟本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾,均應(yīng)屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的涵蓋范圍。