一种用于海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统

技术领域

本申请涉及海上核电安全设施领域，特别涉及一种用于海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统。

背景技术

目前海洋核动力平台是一种搭载核反应堆的新型能源载体，对于深海资源的开发具有重要意义；由于深海核动力平台远离大陆且海况恶劣，在核动力装置发生事故后，难以进行有效的应急支援，需要利用深海充足的冷却水，带出堆芯余热，对安全壳进行冷却，保证安全壳的有效性。

在一些相关技术中，商用核电厂以及船用核动力装置，一般会设置非能动余热导出系统，导出堆芯余热，其冷却换热器的冷却水一般为有限的水源，即固定容积的水箱等，但是在使用一段时间后水源被消耗，需要外部的备用能源支持从深海补充冷却水，补充冷却水的这一过程往往是水箱中的冷却水被消耗完后才补充，通常时间较长，导致冷却水无法持续的通入，以使堆芯余热不能够及时的导出，不适用于堆芯的长期冷却。

在另一些相关技术中，当发生冷却剂管道破口和主蒸汽管道破口等事故后，安全壳内压强增高，为防止安全壳超压失效，热量导出分为两种，一种为通过动力泵驱动的喷淋系统对安全壳进行喷淋冷却，此方式为利用备用能源进行动能手段进行导热，消耗能源，不利于长时间导热使用；另一种为通过安全壳内的蒸汽冷凝与安全壳外的空气自然对流冷却，但是其导热效率较低，导致安全壳内压强一直处于高压状态，也不适用于深海核动力装置安全壳的长期冷却。

在其他相关技术中，在设计基准事故以及严重事故下，需要长时间维持安全壳的完整性。

发明内容

本申请实施例提供一种用于海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统，以解决相关技术中导热系统的冷却水不能够持续补入的问题。

提供了一种用于海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统，其包括：

冷却箱体，其用于设置在安全壳本体上；

压载水舱，其与外界冷源连通；所述压载水舱与所述冷却箱体连通，所述压载水舱内的液位高于所述冷却箱体内的液位，并用于向所述冷却箱体补入冷却水。

一些实施例中，所述压载水舱和所述冷却箱体之间设有第一连接管，所述第一连接管上设有第一阀门。

一些实施例中，所述压载水舱为封闭式的箱体，其上设有用于控制压载水舱与外界冷源通断的第六阀门。

一些实施例中，所述压载水舱为半开放式的箱体。

一些实施例中，所述半开放式的箱体上设有滤网。

一些实施例中，还包括：

换热器，其设置在所述冷却箱体内，所述换热器用于将安全壳本体内堆芯的余热导入所述冷却箱体内；

卸压排气件，其与所述冷却箱体连通，并用于排出蒸汽。

一些实施例中，所述冷却箱体呈包围式连接在安全壳本体的四周，以使所述冷却箱体内的冷却水形成用于吸收安全壳本体内的热量的屏蔽层。

一些实施例中，所述冷却箱体为包围在安全壳本体外的壁体，所述壁体与安全壳本体之间形成用于放置冷却水的空间。

一些实施例中，所述冷却箱体上还设有防熔穿组件，所述防熔穿组件用于向安全壳本体内通入冷却水，并淹没所述安全壳本体内的反应堆压力容器。

一些实施例中，所述防熔穿组件包括第二阀门，所述第二阀门用于控制冷却水进入安全壳本体的内部。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种用于海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统，由于相连通的压载水舱和冷却水箱的设置，压载水舱与外界的冷源连通，其中压载水舱的液位始终高于冷却箱体的液位，在深海重力液位的压差作用下，压载水舱内的冷却水始终持续的通入冷却水箱中，实现非动能注水，保证冷却水箱具有充足的冷却水，因此，实现了冷却水持续补入的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的安全壳屏蔽冷却系统的结构示意图。

图中：1、冷却箱体；2、压载水舱；3、安全壳本体；4、第一阀门；5、换热器；51、第三阀门；52、蒸汽入口管道；53、第四阀门；54、冷凝回路管道；6、卸压排气件；61、第五阀门；62、卸压排气管道；7、防熔穿组件；71、第二阀门；8、第六阀门；9、主机舱；10、堆舱；11、反应堆压力容器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种用于海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统，以解决相关技术中导热系统的冷却水不能够持续补入的问题。

请参阅图1，一种海洋核动力平台的安全壳屏蔽冷却系统，包括冷却箱体1和压载水舱2，冷却箱体1用于设置在安全壳本体3上，压载水舱2和外界冷源连通，即与外部海水联通，使压载水舱2内始终充满冰冷的海水；

压载水舱2与冷却箱体1连通，使冷却箱体1内也具有冰冷的海水，这时冰冷的海水作为冷却水进入到冷却箱体1中；

压载水舱2内的液位高于冷却箱体1内的液位，这样的设置使冷却箱体1和压载水舱2始终存在液位高度差，压载水舱2内的压强高于冷却箱体1内的压强，因此在压强差的作用下，压载水舱2内的冰冷的海水会一直向冷却箱体1内补入。

以上的方式，一方面，充分利用了深海处的冷海水作为冷却水使用，充分利用了环境优势，并且克服了深海冷却水不易补充的问题，另一方面，利用压强差产生动力进行补充冷却水，实现非动能补充，不需要消耗能源进行，并且此种方式只要存在压强差就可以保证持续的补入冷却水，相比较利用备用能源补入的方式，更为适合深海的工作环境；相比较原来具有固定容积的水箱里存入固定量的冷却剂的形式，冷却剂实时补入，更为方便，能够稳定的通入冷却水，保证堆芯余热及时的导出，适用于堆芯的长期冷却。

在一些优选的实施例中，为了控制压载水舱2冷却箱体1之间的连通和断开，以及匹配核动力平台，进行了以下的设计：

安全壳本体3和冷却箱体1位于堆舱10的内部，堆舱10上设有主机舱9，压载水舱2设置在堆舱10和主机舱9的外侧，与深海冷源接触，在压载水舱2和冷却箱体1之间设有第一连接管和第一阀门4，第一连接管连通压载水舱2和冷却箱体1，进行传输冷却水，第一阀门4设置在第一连接管上，控制压载水舱2和冷却箱体1之间的连通和断开；

当冷却箱体1的液位下降到一定位置时，第一阀门4开启，冷却水通入冷却箱体1，直到冷却箱体1补满，就关闭第一阀门4。

在一些优选的实施例中，压载水舱2的结构形式也有以下的几种方案：

第一种，压载水舱2为封闭式的箱体，并且压载水舱2上设有第六阀门8，第六阀门8可控制海水进入到压载水舱2中；

第二种，压载水舱2为半开放式的箱体，此方式不设有阀门，但考虑到半开放式的箱体其大面积和海水接触，以及海水中的杂质的影响，增设了滤网。

在一些优选的实施例中，为了便于利用深海的海水进行持续性导热，设置了以下的结构：

换热器5设置在冷却箱体1内，换热器5用于将安全壳本体3内堆芯的余热导入冷却箱体1内并进行热交换；其中堆芯的余热进入到冷却箱体1内，与冷却箱体1内的冰冷的海水进行热交换，热量被海水吸收，而冰冷的海水的冷量被换热器5送入安全壳本体3内的堆芯处，热量被海水吸收会将冷却箱体1内的海水加热成为高压蒸汽；

卸压排气件6与冷却箱体1连通，卸压排气件6包括第五阀门61和卸压排气管道62，当冷却箱体1内的压强达到一定值时，第五阀门61开启，高压蒸汽从卸压排气管道62排出，从而实现导出热量。

另外，由于海水的持续补入，使热交换可以持续的进行，保证堆芯余热以及安全壳本体3内的堆芯热量的长期稳定导出，且冷却水充足。

其中换热器5的热交换结构和安全壳本体3内部的结构，具体如下：

反应堆压力容器11，反应堆压力容器11内设有堆芯，反应堆压力容器11上还连接有反应堆压力容器11的热量导出装置，热量导出装置在本实施例中采用循环冷却剂的形式，热量导出装置为蒸汽发生器；

即与换热器5连接的蒸汽入口管道52和蒸汽入口管道52上的第三阀门51，与换热器5连接的冷凝回路管道54和第四阀门53，蒸汽发生器内的冷却剂吸收反应堆压力容器11处的热量变为蒸汽，从蒸汽入口管道52进入到换热器5内，与冷的海水进行热交换，在换热器5中冷凝，重新成为冷却剂，冷凝而成的冷却剂从冷凝回路管道54流回至蒸汽发生器内，从而实现循环冷却剂，进行导出堆芯的余热。

在一些优选的实施中，在设计基准事故以及严重事故下，需要长时间维持安全壳本体3的完整性，避免安全壳本体3超压失效，进行了以下的设置：

全厂断电工况(SBO)工况下，丧失电源需要借助非动能冷却导热，导出堆芯的余热，即换热器5和蒸汽发生器配合，按照上述的方式蒸汽发生器内的冷却剂吸收堆芯的余热成为蒸汽，蒸汽将热量送至换热器5，使热量和冷却箱体1中的冷却水进行热交换，使蒸汽在换热器5处冷凝，并重新回到汽发生器内；另外海水热交换吸热成为高压蒸汽从卸压排气件6处排出，在压载水舱2的作用下持续补入海水进行热交换，从而实现了持续的散热。

基准事故可为冷却剂管道破口(LOCA)/主蒸汽管道破口(MSLB)等事故，此种情况下换热器5不能够进行换热，使安全壳本体3整体成为一个热源；

冷却箱体1呈包围式连接在安全壳本体3的四周，以使冷却箱体1内的冷却水形成屏蔽层并吸收安全壳本体3内的热量；

具体的原理为，安全壳本体3内的热量从其外壁散发，再传递至包围在其四周的冷却箱体1内的冷的海水中，海水吸热成为高压蒸汽从卸压排气件6处排出，另外在压载水舱2的作用下持续补入海水进行热交换，从而实现了在事故下的持续散热，保持安全壳本体3的有效性。

另外由于冷却箱体1包围的形式使海水形成一层包围在安全壳本体3外的屏蔽层，可降低安全壳本体3外铅等屏蔽材料用量。

进一步的，冷却箱体1呈包围式连接的形式有两种，结构如下：

第一种，冷却箱体1为完整的箱体，箱体的壁和安全壳本体3的外壁连接；

第二种，冷却箱体1为包围在安全壳本体3外的壁体，壁体与安全壳本体3之间形成用于放置冷却水的空间，此种方式使冷却水即海水直接和安全壳本体3外壁接触，增大接触面积，加快热量的导出，实现安全壳降温降压，为优选的方式。

在一些优选的实施例中，在发生严重事故后，向安全壳本体3内注水，淹没并冷却反应堆压力容器11，防止其被熔穿，因此增设了防熔穿组件7。

防熔穿组件7包括第二阀门71，第二阀门71和冷却箱体1连通连接，用于控制冷却箱体1内的冷却水进入到安全壳本体3内；

当发生严重事故后，第二阀门71开启海水进入到安全壳本体3内，将反应堆压力容器11淹没，同时海水吸收热量产生蒸汽，并配合上述的冷却箱体1和压载水舱2等的导热方式，进行导热；并且持续的冷的海水通入淹没，实现了冷却作用；

具体的开启操作为，根据事故进程，适时开启第二阀门71，并根据安全壳本体3的压力，以及冷却箱体1、压载水舱2内的水位，通过调整第一阀门4以及第六阀门8的开启和关闭，根据深海核动力平台中堆舱10处于深水处的特点，利用重力产生的压差，实现向安全壳本体3内进行非能动注水，直至达到规定的水位，以反应堆压力容器11，实现堆芯熔融物的包容。

因此避免安全壳本体3被融穿，保证其稳定性。

本申请的原理：

(1)冷却箱体1和压载水舱2始终存在液位高度差，压载水舱2内的压强高于冷却箱体1内的压强，因此在压强差的作用下，压载水舱2内的冰冷的海水会一直向冷却箱体1内补入。

(2)本屏蔽冷却系统多种安全功能集成，冷却剂管道破口(LOCA)/主蒸汽管道破口(MSLB)等事故下，使冷却箱体1内的冷却水形成屏蔽层并吸收安全壳本体3内的热量，海水吸热成为高压蒸汽从卸压排气件6处排出，另外在压载水舱2的作用下持续补入海水进行热交换，从而实现了在事故下的持续散热。

(3)全厂断电工况(SBO)工况下，蒸汽发生器内的冷却剂吸收堆芯的余热成为蒸汽，蒸汽将热量送至换热器5，使热量和冷却箱体1中的冷却水进行热交换，使蒸汽在换热器5处冷凝，并重新回到汽发生器内；另外海水热交换吸热成为高压蒸汽从卸压排气件6处排出，在压载水舱2的作用下持续补入海水进行热交换，从而实现了在事故下的持续散热。

(4)严重事故后，可实现安全壳本体3内注水，淹没反应堆压力容器11，为实现冷却，包容堆芯熔融物创造条件；在发生事故后，根据事故进程，通过不同阀门的配合，保证安全壳本体1及冷却箱体1获取足够的冷却水源。

应道理解的是以上的设置：不依赖能动设备，且突破了传统非能动系统的容量限制，充分利用海水资源，适用于远海或深海处，难以进行有效抢救的工作环境，并且提高了安全性和稳定性；另外以上的阀门可以通过远程进行控制，其中卸压排气件6的第五阀门61，可在压力到达设定值时，自动的开启。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。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申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“”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。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。