阅读说明：本技术 地下核电站多级往复式非能动冷却系统 (Multistage reciprocating passive cooling system of underground nuclear power station ) 是由 钮新强 张涛 喻飞 苏毅 金乾 张顺 陈玉梅 李成子 邹尤 吴超 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及地下核电站技术领域,公开了一种地下核电站多级往复式非能动冷却系统,包括位于山体内的地下热源,还包括位于山体外N个不同高程的冷却水池,每个冷却水池均通过注入管与地下热源相连,沿山体由上至下,第一个、第三个…第N个冷却水池与地下热源相连的注入管上均设有控制阀。本发明地下核电站多级往复式非能动冷却系统,大幅延长非能动冷却系统的有效运行时间,提高安全性。(The invention relates to the technical field of underground nuclear power stations, and discloses a multistage reciprocating passive cooling system of an underground nuclear power station, which comprises an underground heat source positioned in a mountain body and N cooling water pools positioned outside the mountain body and having different elevations, wherein each cooling water pool is connected with the underground heat source through an injection pipe, and control valves are arranged on the injection pipes, which are connected with the underground heat source, of the first and third … Nth cooling water pools from top to bottom along the mountain body. The multistage reciprocating passive cooling system of the underground nuclear power station greatly prolongs the effective operation time of the passive cooling system and improves the safety.)

地下核电站多级往复式非能动冷却系统

技术领域

本发明涉及地下核电站技术领域，具体涉及一种地下核电站多级往复式非能动冷却系统。

背景技术

地下核电站将核岛等涉核厂房置于地下，利用地下岩体的防护、包容作用，限制潜在的放射性物质向环境释放，提高了核电站安全性，为我国核电安全发展提供了新思路。

其中，非能动冷却系统的设计是第三代核电的一大突出优点，该类系统设计简单、无需复杂的外部能源驱动，可靠性高，且设备投入比能动系统要节省很多，因此逐渐成为未来核电发展的设计先进理念。但因地面电站的布置条件制约，地面电站非能动冷却系统的投运时长通常受制于投入的冷却水量，而冷却水量过大时会造成安全壳布置的不稳定，因此现有技术中非能动冷却系统的投运时间均不长。

中国发明专利申请(公开日：2014年11月05日、公开号：CN104134474A)公开了一种非能动冷却系统，利用安全壳外设置的冷凝水池作为最终热阱导出安全壳内热量，但该水池需高于安全壳一定高程，且容量有限，系统投入运行时间短。

中国发明专利申请(公开日：2014年01月22日、公开号：CN103531256A)公开了一种压水堆预应力混凝土安全壳非能动冷却系统，在安全壳顶部设置贮水箱，通过水箱内水冷却安全壳，尽管通过混凝土安全壳替代了钢制安全壳以支撑更大的冷却水箱，但该方案同样存在冷却水量小，系统运行时间短的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种地下核电站多级往复式非能动冷却系统，大幅延长非能动冷却系统的有效运行时间，提高安全性。

为实现上述目的，本发明所设计的地下核电站多级往复式非能动冷却系统，包括位于山体内的地下热源，其特征在于：还包括位于所述山体外N个不同高程的冷却水池，每个所述冷却水池均通过注入管与所述地下热源相连，沿所述山体由上至下，第一个、第三个…第N个所述冷却水池与所述地下热源相连的注入管上均设有控制阀。

优选地，沿所述山体由上至下，从第三个所述冷却水池起，奇数位的冷却水池连接的所述注入管均与第一个所述冷却水池连接的注入管连通，从第四个所述冷却水池起，偶数位的冷却水池连接的所述注入管均与第二个所述冷却水池连接的注入管连通，上述所述注入管的连通点位的高程依次降低且均低于与所述注入管连通的冷却水池的高程，通过所述注入管之间的连通，大幅度降低了工程成本。

优选地，沿所述山体由上至下，第一个所述冷却水池连接的注入管上的控制阀位于所有连通点位之上，方便控制对所述注入管开闭的单独控制。

优选地，沿所述山体由上至下，相邻的两个所述冷却水池之间的高程差依次递减，尽可能延长冷却水的冷却持续时间。

优选地，相邻两个所述冷却水池之间的最小高程差不小于10米，以维持足够的注入压力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、利用地下核电站布置特点，在山体不同高程设置多级冷却水池，通过冷却水池之间的高程差推动非能动冷却系统运行，并使冷却水在多个冷却水池之间往复运动，从而大幅延长非能动冷却系统的有效运行时间，同等冷却水量的条件下，冷却时间至少延长3倍，提高安全性；

2、整个系统可非能动运行，无需外界能源推动，简单可靠；

3、通过注入管之间的连通，大幅度降低了工程成本。

附图说明

图1为本发明地下核电站多级往复式非能动冷却系统一种实施例的结构示意图。

图中各部件标号如下：

山体1、地下热源2、第一级冷却水池31、第二级冷却水池32、第三级冷却水池33、第四级冷却水池34、第一级注入管41、第二级注入管42、第三级注入管43、第四级注入管44、第一级控制阀51、第三级控制阀53、第四级控制阀54。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种地下核电站多级往复式非能动冷却系统，包括位于山体1内的地下热源2，还包括位于山体1外N个不同高程的冷却水池，每个冷却水池均通过注入管与地下热源2相连，沿山体1由上至下，第一个、第三个…第N个冷却水池与地下热源2相连的注入管上均设有控制阀，其中，沿山体1由上至下，相邻的两个冷却水池之间的高程差依次递减，且相邻两个冷却水池之间的最小高程差不小于10米。

本实施例中地下热源2为地下核电站的潜在热源，如地下核电站的安全壳、蒸汽发生器二次侧、余热排出系统热阱等。

本实施例使用时，先关闭所有控制阀，当需要对地下热源2进行冷却时，先打开第一个冷却水池连接的注入管上的控制阀，在中立作用下，第一个冷却水池内的冷却水沿沿注入管流入地下热源2，冷却水在地下热源2处完成热交换后，冷却水温度升高，由于第一个冷却水池和第二个冷却水池之间的高位差压差作用，第一个冷却水池内的冷却水会源源不断地通过与其连接的注入管进入地下热源2，然后经与第二个冷却水池连接的注入管流向第二个冷却水池，在此过程中，持续地将地下热源2中的热量带出地下。

当第一个冷却水池和第二个冷却水池内水压平衡后，打开与第三个冷却水池连接的注入管上的控制阀，同样地，冷却水在第二个冷却水池和第三个冷却水池之间的高位差压差作用下，通过与第二个冷却水池连接的注入管进入地下热源2，然后经与第三个冷却水池连接的注入管流向第三个冷却水池，在此过程中，持续地将地下热源2中的热量带出地下。

以此类推，通过不断打开与后续冷却水池连接的注入管上的控制阀，冷却水会在经过地下热源2后由上一个冷却水池进入下一冷却水池，持续地将地下热源2中的热量带出地下，使冷却水在多个冷却水池之间往复运动，从而大幅延长非能动冷却系统的有效运行时间。

在另一个实施例中，如图1所示，地下核电站多级往复式非能动冷却系统，包括位于山体1内的地下热源2，还包括位于山体1外四个不同高程的冷却水池，即沿山体1由上至下的第一级冷却水池31、第二级冷却水池32、第三级冷却水池33和第四级冷却水池34，且相邻的两个冷却水池之间的高程差依次递减，相邻两个冷却水池之间的最小高程差不小于10米，四个冷却水池分别通过第一级注入管41、第二级注入管42、第三级注入管43和第四级注入管44与地下热源2相连，同时，第一级注入管41上设有第一级控制阀51，第三级注入管43上设有第三级控制阀53，第四级注入管44上设有第四级控制阀54。

另外，本实施例中，第三级注入管43与第一级注入管41连通，连通点位的高程低于第三级冷却水池33的高程，且位于第一级控制阀51的下方，第四注入管44与第二级注入管42连通，连通点位的高程低于第四级冷却水池34的高程，且第四注入管44的连通点位的高程低于第三注入管43的连通点位的高程。

本实施例中地下热源2为地下核电站的潜在热源，如地下核电站的安全壳、蒸汽发生器二次侧、余热排出系统热阱等。

本实施例使用时，第三级控制阀53和第四级控制阀54保持关闭，开启第一级控制阀51，在重力作用下，第一级冷却水池31内的冷却水沿第一级注入管41流入地下热源2，冷却水在地下热源2处完成热交换，使冷却水温度升高，在第一级冷却水池31和第二级冷却水池32之间的高位差压差作用下，第一级冷却水池31内的冷却水会源源不断地通过第一级注入管41进入地下热源2，然后经第二级注入管42进入第二级冷却水池32，在此过程中，持续地将地下热源2中的热量带出地下。

当第一级冷却水池31和第二级冷却水池32内水压平衡后，打开第三级控制阀53，第二级冷却水池32内的冷却水在第二冷却水池32与第三级冷却水池33之间高位差压差作用下，冷却水经过第二级注入管42进入地下热源2，然后依次经第一注入管41和第三注入管43进入第三冷却水池33，在此过程中，持续地将地下热源2中的热量带出地下。

当第二级冷却水池32和第三级冷却水池33内水压平衡后，打开第四级控制阀54，第三级冷却水池33内的冷却水在第三冷却水池33与第四级冷却水池34之间高位差压差作用下，冷却水依次经过第三级注入管42和第一级注入管41进入地下热源2，然后依次经第二注入管42和第四注入管44进入第四冷却水池34，在此过程中，持续地将地下热源2中的热量带出地下。

整个实施例工作中，冷却水通过多级冷却水池间的高程差降低，在地下热源2中多次往复，持续冷却，同等量冷却水的情况下，其冷却持续时间延长3倍。

本发明地下核电站多级往复式非能动冷却系统，利用地下核电站布置特点，在山体1不同高程设置多级冷却水池，通过冷却水池之间的高程差推动非能动冷却系统运行，并使冷却水在多个冷却水池之间往复运动，从而大幅延长非能动冷却系统的有效运行时间，同等冷却水量的条件下，冷却时间至少延长3倍，提高安全性；整个系统可非能动运行，无需外界能源推动，简单可靠；而且通过注入管之间的连通，大幅度降低了工程成本。