阅读说明：本技术 冷却系统 (Cooling system ) 是由 刘兴民 郭春秋 柯国土 阎昌琪 徐浚修 岳芷廷 邹佳讯 尹皓 张焱 李杨柳 宋仕 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明的实施例提供了一种冷却系统,包括引风装置以及至少一组冷却回路,其中,所述引风装置设置于池式反应堆水池外的上方位置,用于提高空气的流速；所述冷却回路包括第一换热器、第二换热器、第一管路、第二管路和阀门。本发明提供的冷却系统中的冷却回路采用分离式热管原理,不需要依赖任何能动设备和人为干预,即可实现池式反应堆水池内衰变热的非能动导出,具有高度的安全性。(The embodiment of the invention provides a cooling system, which comprises an air inducing device and at least one group of cooling loops, wherein the air inducing device is arranged at the upper position outside a pool of a pool type reactor and used for improving the flow velocity of air; the cooling circuit includes a first heat exchanger, a second heat exchanger, a first conduit, a second conduit, and a valve. The cooling loop in the cooling system provided by the invention adopts a separated heat pipe principle, can realize the passive derivation of decay heat in the pool type reactor pool without depending on any active equipment and human intervention, and has high safety.)

冷却系统

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，特别是用于排出池式反应堆余热的冷却系统。

背景技术

现有的池式反应堆水池的排热系统主要是利用系统中工质的非相变传热，这种冷却循环存在水池热源与外部空气温差小而使热量传输效率低的问题，另外现有的排热系统需要依赖能动设备，在事故情况下便无法导出堆芯的余热，人为干预又存在不安全的隐患。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种冷却系统，由此例如能够高效、安全的导出池式反应堆余热。

根据本发明的实施例，提供了一种冷却系统，所述冷却系统包括引风装置以及至少一组冷却回路，其中，所述引风装置设置于池式反应堆水池外的上方位置，用于提高空气的流速；所述冷却回路包括第一换热器、第二换热器、第一管路、第二管路和阀门，其中，所述第一管路连接所述第一换热器的出口和所述第二换热器的入口，所述第二管路连接所述第二换热器的出口和所述第一换热器的入口，用于形成工质的循环通道；所述第一换热器淹没于所述池式反应堆水池内的水中并高于反应堆，所述第一换热器与池水直接接触，用于吸收池式反应堆水池中池水的热量而使回路中的工质蒸发；所述第二换热器放置在所述引风装置内，在所述引风装置内流动的空气的作用下，用于回路中蒸发的工质的冷凝；所述阀门设置在所述第二管道上，用于停堆期间或者事故工况下自动开启，使得所述工质在所述冷却系统中循环。

根据本发明的实施例，所述阀门放置于池式反应堆水池外。

根据本发明的实施例，所述第一换热器的入口位于下端，所述第一换热器的出口位于上端。

根据本发明的实施例，所述第一换热器为单管程管式换热器。

根据本发明的实施例，所述第二换热器的入口位于上端，所述第二换热器的出口位于下端。

根据本发明的实施例，所述引风装置的上、下两端分别设有出口及入口，所述引风装置通过所述出口及所述入口连通大气。

根据本发明的实施例，所述冷却回路中的工质为水。

根据本发明的实施例，所述冷却系统设置在负压下运行。

根据本发明的实施例，所述第一换热器为多个，所述多个第一换热器并联设置，并共用所述工质进入的入口以及所述工质流出的出口。

根据本发明的实施例，所述第二换热器为多个，所述多个第二换热器并联设置，并共用所述工质进入的入口以及所述工质流出的出口。

根据本发明的实施例的技术方案，例如，能够利用工质在冷却回路中相变循环获得高效导出池式反应堆余热的效果。

附图说明

图1是本发明的实施例的冷却系统的结构示意图。

图2是本发明的实施例的冷却系统在运行时循环工质、空气及池水的流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1至2所示，根据本发明的实施例的冷却系统100包括引风装置130以及至少一组冷却回路140，其中，所述引风装置130设置于池式反应堆水池110外的上方位置，用于提高空气的流速。引风装置可以是引风塔。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，通过在所述池式反应堆水池110外的上方位置设置所述引风装置130，可以引导空气有组织的运动，并加快空气的流动速度。

图1、2示出了本发明的实施例的冷却系统100包括两组冷却回路140，但是在本发明的一些实施例中，所述冷却系统100可以包括一组或者除两组外的多组冷却回路140，例如，多组冷却回路140沿所述池式反应堆水池110的四周相间隔地设置。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，通过设置多组冷却回路140，可使各组冷却回路140之间的工作相互独立，这样即使部分冷却回路140失效，其他冷却回路140仍可以可靠地工作，从而提高系统的可靠性。

如图1至2所示，所述冷却回路140包括第一换热器141、第二换热器142、第一管路143、第二管路144和阀门145。

其中，所述第一换热器141和所述第二换热器42可以是热管，采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，使用传热效率高的热管，通过很小的截面积就可将大量热量进行远距离的传输且无需外加动力。另外，在本发明的一些实施例中，所述第一换热器141为单管程管式换热器。所述单管程管式换热器池水侧为开放式的结构，池水直接与热管接触，热量通过热管导入冷却回路。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，池水流经所述单管程管式换热器的外表面，即与热管不锈钢壳体进行对流换热，热量传递给热管的工质，传热效率高。

进一步的，如图1至2所示，所述第一管路143连接所述第一换热器141的出口和所述第二换热器142的入口，所述第二管路144连接所述第二换热器142的出口和所述第一换热器141的入口，用于形成工质的循环通道。在本发明的实施例中，所述第一换热器141的入口位于下端，所述第一换热器141的出口位于上端。所述第二换热器142的入口位于上端，所述第二换热器142的出口位于下端。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，通过调整所述第一换热器141、所述第二换热器142的入口和出口放置方式，可以实现工质在所述第一换热器141内吸收池水的热量后蒸发而向上运动，工质达到所述第二换热器142内放出热量后冷凝而向下运动，由此形成工质的循环回路。

进一步的，如图1至2所示，所述第一换热器141淹没于所述池式反应堆水池110内的水中并高于反应堆120，所述第一换热器141与池水直接接触，用于吸收所述池式反应堆水池110中池水的热量而使回路中的工质蒸发；所述第二换热器142放置在所述引风装置130内，在所述引风装置130内流动的空气的作用下，用于回路中蒸发的工质的冷凝。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，依靠工质在所述第一换热器141和所述第二换热器142内的相变来传递热量，可以实现热源与冷源温差小的情况下的高效传输。

进一步的，如图1至2所示，所述阀门145设置在所述第二管道144上，用于停堆期间或者事故工况下自动开启，使得所述工质在所述冷却系统100中循环。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，通过设置自动开启的所述阀门145，避免了人员干预开启带来的不安全隐患。在本发明的实施例中，所述阀门145放置于所述池式反应堆水池110外。采用根据本发明的实施例的冷却系统100，例如，把所述阀门145放置于所述池式反应堆水池110外，能够方便的对阀门进行操作。

在本发明的一些实施例中，所述第一换热器141可以是分离式热管的蒸发段，所述第一管路143可以是分离式热管的蒸汽上升管，所述第二换热器142可以是分离式热管的冷凝段，所述第二管路可以是分离式热管的冷凝回流管。另外，分离式热管蒸发段中的热管的入口可以位于下端，出口可以位于上端；分离式热管冷凝段中的热管的入口可以位于上端，出口可以位于下端。蒸发段和冷凝段是互相独立的两个部分，蒸汽上升管和冷凝回流管将蒸发段和冷凝段连接成整体的循环回路。

具体的，工质在蒸发段内吸收池水的热量而蒸发，产生相变，工质变为气体会使密度降低而通过蒸汽上升管到达冷凝段，在冷凝段中，工质将热量交换给外部流动的空气而冷凝成密度大的液相，在气体和液相密度差以及蒸发段和冷凝段之间高度差的作用下，冷凝液通过冷凝回流管返回蒸发段，完成一个冷却循环。

如图1至2所示，所述引风装置130的上、下两端分别设有出口131及入口132，所述引风装置130通过所述出口131及所述入口132连通大气。在所述冷却系统100运行时，所述引风装置130的下端及上端分别设置所述入口132、所述出口131，以便所述引风装置130中被加热而上升的空气通过所述出口131进入大气环境，同时常温空气通过所述入口132进入所述引风装置130，形成有效的空气流动，从而将所述第二换热器142中的热量带走至大气环境。在本发明的一些实施例中，例如，引风塔的上端和下端可以分别设置出口和入口，常温空气通过入口进入引风塔，冷凝段放置在引风塔中，在冷却系统运行时，到达冷凝段热管内的气态工质与引风塔中的空气对流换热而冷凝成液相，从而将冷凝段热管中的热量传递给外界的大气。根据本发明实施例的冷却系统100，可以实现所述第二换热器142与所述引风装置130内流动的空气的高效对流换热。

本发明的一些实施例中，所述冷却回路140中的工质为水。所述冷却系统100设置在负压下运行。目前设计的池式反应堆进出口温度分别为68℃和98℃，在这种情况下热管的工作温度一般在60～90℃之间，在此温度区间内常用的工质可以是水，同时需要系统在负压下运行以使水产生相变，例如，热管中工质水的饱和温度为52℃，对应的饱和压力为0.015MPa。

本发明的一些实施例中，所述第一换热器141为多个，所述多个第一换热器141并联设置，并共用所述工质进入的入口以及所述工质流出的出口。所述第二换热器142为多个，所述多个第二换热器142并联设置，并共用所述工质进入的入口以及所述工质流出的出口。例如，多根分离式热管的蒸发段共用一个工质进入的入口和工质流出的出口，组成蒸发段换热面，同理冷凝也可组成冷凝段换热面，并且分离式热管的蒸发段和冷凝段互不影响。根据本发明的实施例的冷却系统100，可以根据实际需求改变合适的换热面积。

本发明实施例的冷却系统100中的所述冷却回路140可以以分离式热管为组成部分，例如，所述第一换热器141可以是分离式热管的蒸发段，所述第一管路143可以是分离式热管的蒸汽上升管，所述第二换热器142可以是分离式热管的冷凝段，所述第二换热器142可以是分离式热管的冷凝回流管，蒸发段和冷凝段是互相独立的两个部分。

本发明实施例的冷却系统100中的冷却回路140的工作原理同样可以是分离式热管的基本工作原理，即工质在所述第一换热器141吸收池水的热量后蒸发产生相变，工质密度降低通过所述第一管路143到达所述第二换热器142，在所述第二换热器142中，工质将热量交换给所述引风装置130内的空气后冷凝成密度较大的液相，在重力的作用下，冷凝液通过所述第二管路144重新返回所述第一换热器141，完成自然冷却循环。

进一步的，如图2所示，在所述冷却系统100运行时，所述第二换热器142释放出的热量加热所述引风装置130内的空气，被加热的空气上升并经所述出口131释放到大气环境，同时常温空气通过所述引风装置130的所述入口132进入所述引风装置130内，形成有组织的空气自然对流，将所述第二换热器142中的热量带走至大气环境，从而依靠空气将所述反应堆120的衰变热持续长期的排出到大气环境中。所述池式反应堆水池110上部的池水由于所述第一换热器141的冷却，密度变大，因此往下沉，而下部的池水吸收了所述反应堆120的衰变热，温度上升，密度变小，从而往上流动，因此，所述池式反应堆水池110内的池水也形成自然循环。

在本发明的一些实施例中，所述冷却回路140采用水作为工质，大气作为冷源，在所述池式反应堆水池110中放置所述第一换热器141，所述第一换热器141内部的水吸收池水的热量后蒸发为气体，气体运动到水池外的所述第二换热器142后将热量交换给所述引风装置130中的空气从而带出反应堆堆芯余热。在本发明的一些实施例中，所述冷却系统100基于相变的原理，提高了传热系数，同时减小了所述第一换热器141、所述第二换热器141和所述引风装置130的尺寸。在本发明的另外一些实施例中，所述冷却系统100在负压状态下运行，例如，可以对所述第一换热器141和所述第二换热器142进行抽真空处理，然后通过所述第一换热器141的入口把预定量的工质水灌注进去，再进行密封处理，以此形成负压状态，达到工质水在较低的温度下相变。

根据本发明的实施例，利用所述冷却回路140内工质的相变传热解决了水池热源与空气冷源温差小而使热量传输效率低的问题，另外所述冷却回路140还设置有停堆期间或者事故工况下自动开启的所述阀门145，解决了依赖能动设备和人为干预存在的不安全的隐患问题，具有传热效率高和固有的安全性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。