CN114023470B - 非能动换热系统和反应堆系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的非能动换热系统，当第一换热介质供给装置内的液位低于最上方的第一入口时，与该第一入口相邻且位于该第一入口下方的第一入口处的阀门导通，其余阀门关闭，且根据连通器原理，第一换热介质无法经最上方的第一入口流回，仅通过与阀门被导通的第一入口回流。以此类推，随着液位逐渐降低，位于液位下方的阀门逐一打开，可适应不同液位时，第一换热介质的自然循环流动，无需通过增加设计余量的方式保证液位始终高于最上方的第一入口，降低了非能动换热系统的重量，缩减了建造成本。进一步，本发明提供的反应堆系统，由于具备如上所述的非能动换热系统，因此，同样可取得与如上所述相同的优势。

Description

非能动换热系统和反应堆系统

技术领域

本发明涉及反应堆安全装置技术领域，尤其涉及一种非能动换热系统和反应堆系统。

背景技术

核电厂普遍采用在高处布置冷却水池，同时设置与冷却水池连接的换热装置，通过非能动的方式持续对反应堆或事故后的安全壳进行冷却，具有无能动部件、可靠性高的优势。

冷却水池内的冷却水自冷却水池的底部流出到换热装置内，经过换热装置换热后经冷却水池的侧壁流回冷却水池。在冷却过程中，冷却水池内的水不断蒸发，冷却水池内的液位持续降低。目前的冷却水池只设置有一个进水口，根据连通器的原理，一旦水位降低至换热装置的出水口与冷却水池的进水口的连接位置以下，冷却水将停止循环流动，非能动冷却系统的冷却能力会大幅下降，冷却能力难以满足实际需求。在冷却水没有得到及时补充期间需要启动非能动冷却系统时，会面临冷却能力不足的问题。

为解决上述问题，传统核电厂非能动安全系统设计时采用提供更多的设计余量的方式，使冷却水池的高度和容量大幅增加以满足水位不低于冷却水池进水口，而且还需要及时监控补充冷却水池内的水装量，这些因素均会增加成本，降低复杂情况下的系统可用性。

发明内容

本发明提供一种非能动换热系统和反应堆系统，用以解决现有技术中的为使水位不低于冷却水池的进水口，增加更多设计余量，以及及时监控补充冷却水池的水装量导致的成本增加的缺陷，实现随第一换热介质的液位不断下降，多个阀门可依次导通对应高度的第一入口，保证第一换热介质持续自然流动的效果。

本发明提供一种非能动换热系统，包括：

第一换热介质供给装置，用于储存第一换热介质，所述第一换热介质供给装置内部中空且顶部敞开，所述第一换热介质供给装置的底部设置有第一出口，所述第一换热介质供给装置的侧壁设置有至少两个第一入口，多个所述第一入口沿所述第一换热介质供给装置的高度方向分布；

换热循环管路，所述换热循环管路一端设置有第二入口，另一端设置有多个第二出口，所述第二入口与所述第一出口连通，多个所述第二出口与多个所述第一入口一一对应连接；

位于最上方的所述第一入口以下的所述第一入口与所述换热循环管路的所述第二出口之间均设置有阀门，所述第一换热介质供给装置内的液位低于所述阀门的触发端，对应的所述阀门导通，所述阀门的触发端向上至少延伸到与所述阀门相邻的所述第一入口平齐的位置。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热循环管路包括换热器，所述换热器连通在所述第二入口与所述第二出口之间。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热循环管路还包括第一介质供给管路和多个第一介质回流管路，所述第一介质供给管路连通所述第一出口和所述换热器，多个所述第一介质回流管路一端与所述换热器连通，另一端与多个所述第一入口一一对应连接。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热器上还连接有供第二换热介质流动的第二介质供给管路和第二介质回流管路。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热器为管壳式换热器，所述管壳式换热器的壳程供所述第一换热介质流动，所述管壳式换热器的管程供所述第二换热介质流动。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热器直立设置。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热器的筒体外侧靠近位于顶部的管箱的位置设置有一个第三出口，所述第一介质回流管路包括一根主回流管路，所述主回流管路的一端与所述第三出口连通，另一端并联有多根第一子回流管路，多根所述第一子回流管路分别与位于所述第三出口上方的多个所述第一入口一一对应连接。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述换热器的筒体外侧位于所述第三出口的下方还设置有多个第四出口，多个所述第四出口均通过第二子回流管路与位于所述第三出口下方的多个所述第一入口一一对应连接。

根据本发明提供的一种非能动换热系统，所述阀门为浮式阀，所述浮式阀包括阀门本体和浮动触发装置，所述浮动触发装置与位于所对应的所述阀门本体上方且相邻的所述第一入口平齐，所述第一换热介质供给装置内的水位低于所述浮动触发装置，所述浮动触发装置控制所对应的所述阀门本体导通。

本发明还提供一种反应堆系统，包括反应堆和以上任一项所述的非能动换热系统，所述非能动换热系统用于冷却所述反应堆。

本发明提供的非能动换热系统，第一换热介质供给装置的侧壁上设置有多个沿高度方向分布的第一入口。换热循环管路一端设置有第二入口，一端设置有多个第二出口。第二入口与第一换热介质供给装置的第一出口连通，多个第二出口与多个第一入口一一对应连接。在位于最上方的第一入口下方的第一入口与换热循环管路的第二出口之间设置有阀门。在换热过程中，位于最上方的第一入口常开，多个阀门常关。当第一换热介质供给装置内的液位高于最上方的第一入口时，多个阀门处于关闭状态，第一换热介质经最上方的第一入口流回第一换热介质供给装置内。当第一换热介质供给装置内的液位低于最上方的第一入口时，与该第一入口相邻且位于该第一入口下方的第一入口处的阀门导通，其余阀门关闭，且根据连通器原理，第一换热介质无法经最上方的第一入口流回，仅通过与阀门被导通的第一入口回流。以此类推，随着液位逐渐降低，位于下方的阀门逐一打开，可适应不同液位时，第一换热介质的自然循环流动，无需通过增加设计余量的方式保证液位始终高于最上方的第一入口，降低了非能动换热系统的重量，缩减了建造成本。

进一步，本发明提供的反应堆系统，由于具备如上所述的非能动换热系统，因此，同样可取得与如上所述相同的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。

图1是本发明提供的非能动换热系统的连接结构示意图；

附图标记：

1：冷却水池； 2：换热器； 201：上管箱；

202：下管箱； 203：筒体； 3：第一介质供给管路；

4：第一介质回流管路； 401：主回流管路； 402：第一子回流管路；

403：第二子回流管路； 5：第二介质供给管路； 6：第二介质回流管路；

7：阀门本体； 8：浮动触发装置。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作出创造性劳动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。

下面结合图1描述本发明的非能动换热系统。

本发明提供一种非能动换热系统，包括第一换热介质供给装置和换热循环管路，第一换热介质供给装置用于为换热循环管路提供第一换热介质。

本发明提供的非能动换热系统可以用于对任何需要换热的介质进行换热，可以对换热介质进行冷却或者升温，例如可用于冷却对反应堆进行冷却后升温的高温工质。本发明提供的非能动换热系统主要用于冷却对反应堆进行冷却后升温的高温工质，以下也将以冷却上述高温工质为例对非能动换热系统的结构进行说明。

其中，第一换热介质可以为水，对应的，第一换热介质供给装置可以为水池或者水箱等顶部开口、内部中空的装置。第二换热介质可以为对反应堆外壳进行冷却后升温的高温工质。

以第一换热介质供给装置为冷却水池1为例，冷却水池1可以为顶部敞开，内部中空的圆柱体形结构，内部的中空部也可以为圆柱体形。在冷却水池1的底部设置有第一出口，冷却水池1的外侧壁设置有多个第一入口，多个第一入口沿水池的高度方向分布，且多个第一入口可以位于同一母线上。

换热循环管路用于对高温工质进行冷却，换热循环管路一端设置有第二入口，一端设置有多个第二出口。换热循环管路的第二入口和冷却水池1的第一出口相连通，多个第二出口与冷却水池1上的多个第一入口一一对应连接。

其中，除最上方的第一入口以外，其余的第一入口与对应的第二出口之间均设置有阀门，阀门的触发端向上延伸，一直延伸到与该阀门对应的第一入口相邻的第一入口平齐的位置，或者可以稍高于该位置。

为了方便说明，以下将以第一入口设置四个为例对本发明提供的非能动换热系统的工作原理以及所取得的优势进行说明，数量为四个仅仅是示例性的，并不对第一入口的数量形成限制，换句话说，第一入口的数量可以为两个、三个、五个或者更多个。

此处，对四个第一入口进行编号，由上至下依次为一号入口、二号入口、三号入口和四号入口。

其中一号入口直接与第二出口连通，二号入口、三号入口和四号入口与对应的第二出口之间均设置有阀门。在工作过程中，冷却水在重力的作下通过第一出口和第二入口将冷却水压入换热循环管路内，在压差的作用下，冷却水经其中一个第二出口以及与该第二出口对应连接的第一入口流回冷却水池1。冷却水在换热循环管路内流动的过程中对高温工质完成换热，对高温工质进行冷却。

在冷却水池1内的水位高于一号入口时，与二号入口、三号入口以及四号入口对应的阀门处于关闭状态，在压差的作用下，冷却水经一号入口流回冷却水池1。

当冷却水池1内的水位降到一号入口以下，二号入口以上的位置时，与二号入口对应连接的阀门的触发端被触发，使二号入口处的阀门导通，三号入口、四号入口处的阀门依然处于关闭状态，同时，依据连通器的原理，冷却水无法到达一号入口的高度进行回流，此时，仅可通过导通的二号入口回流。

当冷却水池1内的水位降到二号入口以下，三号入口以上的位置时，与三号入口对应连接的阀门的触发端被触发，使三号入口处的阀门导通，此时，二号入口和三号入口处的阀门处于导通状态，四号入口处的阀门处于关闭状态。依据连通器的原理，冷却水无法到达二号入口及以上的高度进行回流，此时，仅可通过三号入口进行回流。

同理，当冷却水池1内的水位降到三号入口以下，四号入口以上的位置时，冷却水仅可通过四号入口进行回流。原理与上述原理相同，此处不再赘述。

本发明提供的非能动换热系统可随液位的变化针对性的打开相应高度处的第一入口对应的阀门，保证水位降低之后依然可以自然循环流动。无需在设计时额外增加水池高度和容量，降低了非能动换热系统的总重量，同时也缩减了建造成本。

在本发明的一个实施例中，上述的换热循环管路可以包括换热器2，换热器2设置在第二入口与第二出口之间。冷却水和高温工质均流经换热器2，冷却水在换热器2内完成对高温工质的降温。

在进一步的实施例中，换热循环管路还包括第一介质供给管路3和多个第一介质回流管路4。第一介质供给管路3一端与冷却水池1的第一出口连通，另一端与换热器2连通，用于使冷却水池1内的冷却水流入换热器2内。第一介质回流管路4一端与换热器2连通，另一端设置有多个第二出口，多个第二出口用于与冷却水池1的多个第一入水口一一对应连通，冷却水经换热器2换热后经第一介质回流管路4流回冷却水池1。

在进一步的实施例中，换热器2上还设置有供第二换热介质，即高温工质流动的第二介质供给管路5和第二介质回流管路6。高温工质经第二介质供给管路5流入换热器2内，与换热器2内的冷却水进行热交换，被降温的高温工质变为低温工质，经第二介质回流管路6回流。

在可选的实施例中，上述的换热器2可以为管壳式换热器2。上述的冷却水可以在管壳式换热器2的壳程流动，高温工质可以在管壳式换热器2的管程中流动。即第一介质供给管路3和第一介质回流管路4均与换热器2的筒体203连通，第二介质供给管路5和第二介质回流管路6与换热器2两端的管箱连通。

上述的换热器2可以直立设置。

在本发明的一个实施例中，上述的管壳式换热器2可以包括筒体203和位于筒体203两端的上管箱201和下管箱202。在筒体203靠近上管箱201的位置可以设置第三出口。第一介质回流管路4可以包括一根主回流管路401，主回流管路401的一端与第三出口连通，另一端并联有多根第一子回流管路402，第一子回流管路402的数量与位于第三开口上方的第一入口的数量相同，多根第一子回流管路402与位于第三开口上方的多个第一入口一一对应连接。

以上述四个第一入口的情况为例，第一子回流管路402可以包括两根，分别与一号入口和二号入口连通。

在进一步的实施例中，上述的换热器2的筒体203外侧位于第三出口的下方还设置有多个第四出口，多个第四出口可以与位于第三出口下方的多个第一入口一一对应平齐设置，在相对的第四出口与第一入口之间通过第二子回流管路403连通。

以上述四个第一入口的情况为例，两个第二子回流管路403分别与换热器2上的第四出口连通，另一端分别与三号入口和四号入口连通。

在本发明的一个实施例中，上述的换热器2的下管箱202上设置有第三入口，在换热器2的上管箱201上设置有第五出口，高温工质通过第二介质供给管路5输送到第三入口处，经第三入口进入下管箱202，然后进入换热器2的换热管，之后进入上管箱201，经第五出口和第二介质回流管路6回流。

在本发明的一个实施例中，上述的阀门为浮式阀，浮式阀包括阀门本体7和浮动触发装置8。以上述第一入口为四个的情况为例，三个阀门的阀门本体7分别连接在二号入口、三号入口和四号入口位置。位于二号入口处的阀门的浮动触发装置8位于与一号入口平齐的位置，位于三号入口处的阀门的浮动触发装置8位于与二号入口平齐的位置，位于四号入口处的阀门的浮动触发装置8位于与三号入口平齐的位置。

以二号入口处的阀门为例，当水位降低至一号入口与二号入口之间时，与二号入口连接的阀门的浮动触发装置8被触发，使二号入口处的阀门本体7导通。位于三号入口、四号入口处的阀门的原理与位于二号入口处的阀门的原理相同，此处不再赘述。

在本发明的另一方面还提供了一种反应堆系统，包括反应堆和上述的非能动换热系统，非能动换热系统的换热器2可通入冷却反应堆后升温的高温工质和冷却水，冷却水对高温工质进行降温，降温后的高温工质成为低温工质继续对反应堆进行循环降温。由于本发明提供的反应堆系统具有如上所述的非能动换热系统，因此，具有如上所述相同的优势。

当然，本申请提供的非能动换热系统不仅仅只能用于对反应堆进行降温，还可以对其他需要降温或者升温的装置进行换热。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种非能动换热系统，其特征在于，包括：

第一换热介质供给装置，用于储存第一换热介质，所述第一换热介质供给装置内部中空且顶部敞开，所述第一换热介质供给装置的底部设置有第一出口，所述第一换热介质供给装置的侧壁设置有至少两个第一入口，多个所述第一入口沿所述第一换热介质供给装置的高度方向分布；

换热循环管路，所述换热循环管路一端设置有第二入口，另一端设置有多个第二出口，所述第二入口与所述第一出口连通，多个所述第二出口与多个所述第一入口一一对应连接；

位于最上方的所述第一入口以下的所述第一入口与所述换热循环管路的所述第二出口之间均设置有阀门，所述第一换热介质供给装置内的液位低于所述阀门的触发端，对应的所述阀门导通，所述阀门的触发端向上至少延伸到与所述阀门相邻的所述第一入口平齐的位置。

2.根据权利要求1所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热循环管路包括换热器，所述换热器连通在所述第二入口与所述第二出口之间。

3.根据权利要求2所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热循环管路还包括第一介质供给管路和多个第一介质回流管路，所述第一介质供给管路连通所述第一出口和所述换热器，多个所述第一介质回流管路一端与所述换热器连通，另一端与多个所述第一入口一一对应连接。

4.根据权利要求3所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热器上还连接有供第二换热介质流动的第二介质供给管路和第二介质回流管路。

5.根据权利要求4所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热器为管壳式换热器，所述管壳式换热器的壳程供所述第一换热介质流动，所述管壳式换热器的管程供所述第二换热介质流动。

6.根据权利要求5所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热器直立设置。

7.根据权利要求6所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热器的筒体外侧靠近位于顶部的管箱的位置设置有一个第三出口，所述第一介质回流管路包括一根主回流管路，所述主回流管路的一端与所述第三出口连通，另一端并联有多根第一子回流管路，多根所述第一子回流管路分别与位于所述第三出口上方的多个所述第一入口一一对应连接。

8.根据权利要求7所述的非能动换热系统，其特征在于，所述换热器的筒体外侧位于所述第三出口的下方还设置有多个第四出口，多个所述第四出口均通过第二子回流管路与位于所述第三出口下方的多个所述第一入口一一对应连接。

9.根据权利要求1所述的非能动换热系统，其特征在于，所述阀门为浮式阀，所述浮式阀包括阀门本体和浮动触发装置，所述浮动触发装置与位于所对应的所述阀门本体上方且相邻的所述第一入口平齐，所述第一换热介质供给装置内的水位低于所述浮动触发装置，所述浮动触发装置控制所对应的所述阀门本体导通。

10.一种反应堆系统，其特征在于，包括反应堆和如权利要求1至9任一项所述的非能动换热系统，所述非能动换热系统用于冷却所述反应堆。