CN110783005B - 一种非能动导热装置及二次侧非能动冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非能动导热装置，包括U形管、辅助单元，所述U形管的一端伸入换热水箱中，另一端与外部连通，U形管的内部放有密封介质，所述辅助单元包括集热箱、蒸汽管路、排空管路、以及第一控制部件和第二控制部件，蒸汽管路的两端分别与换热水箱、集热箱连通，蒸汽管路在正常工况时为关闭状态，第一控制部件用于在事故工况时控制打开蒸汽管路；排空管路的两端分别与U形管、集热箱连通，排空管路在常态下为关闭状态，第二控制部件用于在事故工况时控制打开所述排空管路。本发明还公开一种包括上述导热装置的二次侧非能动冷却***。本发明装置可以自动导出换热水箱内的高温蒸汽，提高二次侧非能动冷却***的安全性和稳定性。

Description

一种非能动导热装置及二次侧非能动冷却***

技术领域

本发明属于核工业技术领域，具体涉及一种非能动导热装置及二次侧非能动冷却***。

背景技术

在核岛厂房全厂断电叠加辅助给水汽动泵丧失或者在丧失全部给水的工况下，启动PRS***，通过PRS***中的蒸发器将一回路热量导出至换热水箱内的换热器中，换热水箱内的冷却水再与换热器进行换热，导出换热器的热量，同时，换热水箱中冷却水的温度逐渐升高转换为高温蒸汽，会使换热水箱内的气压升高，为避免换热水箱内的气压及温度过高而损坏换热水箱及波及其它设备，需要及时将高温蒸汽导出。

目前，二次侧非能动冷却***(即PRS***)中，换热水箱和导热箱通过U形水封管连通，在U形水封管的水平段(位于换热水箱内侧的部分)的顶部设有与换热水箱内部连通的补水孔，以保持U形水封管内的水位在正常工况下与换热水箱内的水位一致，确保U形水封管的水封有效，以使U形水封管将换热水箱与导热箱隔离。在事故发生时，只能等换热水箱的气压升高到足够大时，通过换热水箱内产生的高温蒸汽将U形水封管内的水冲出溢流至导热箱，才能将U形水封管打通，使换热水箱内的高温蒸汽通过U形水封管进入导热箱，以实现U形水封管的导热功能，高温蒸汽最终通过导热箱上部的排放管扩散至大气环境。

这种换热水箱导热方式，虽然可以实现导热目的，且启动过程不需人工干预，可实现完全的非能动操作，但是存在以下不足：

(1)在事故工况初期，U形水封管内的水封的排空主要靠换热水箱内集聚的蒸汽压力对水封自内而外的冲击力和水封内的存水受热蒸发作用，这种排空U形水封管内的密封用水的排空过程比较缓慢，难以及时实现换热水箱与外界环境的连通，换热水箱的高温蒸汽无法及时释放，容易对换热水箱及其他设备造成巨大的负面冲击。

(2)由于U形水封管的密封效果与U形水封管的竖直段的高度相关，水封高度越高密封效果越好，但是水封高度越高会进一步减缓事故工况时排出U形水封管中密封用水的速度，因而现有的二次侧非能动冷却***中的U形水封管的水封高度一般只在300mm左右，无法根据设计所需自由提升水封高度，进而可能影响密封效果。

(3)U形水封管与外界大气环境直接连通，在正常待机阶段，若外界大气压发生异常波动(如台风时)时，会对U形水封管内的水封造成冲击，容易使外界大气环境中的不利离子(主要是氯离子)，通过U形水封管进入到换热水箱内，不仅会影响换热水箱内的水质，还会对换热水箱内的金属材质的设备(如换热器)造成腐蚀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种非能动导热装置及二次侧非能动冷却***，可以自动快速排出U形管中的密封用水，以便于及时排出换热水箱内的高温蒸汽，进而可提高二次侧非能动冷却***的安全性和稳定性。

根据本发明的一个方面，提供一种非能动导热装置，其技术方案为：

一种非能动导热装置，包括U形管、辅助单元，

所述U形管，其一端伸入换热水箱中，另一端与外部连通，U形管的内部放有密封介质，用于将所述换热水箱与外部环境隔离，

所述辅助单元包括集热箱、蒸汽管路、排空管路、以及第一控制部件和第二控制部件，

所述蒸汽管路的两端分别与所述换热水箱、所述集热箱连通，蒸汽管路在常态下为关闭状态，

所述第一控制部件用于在事故工况时控制打开所述蒸汽管路；

所述排空管路的一端与所述U形管的内部连通，另一端与集热箱的内部连通，排空管路在常态下为关闭状态，

所述第二控制部件用于在所述集热箱内的温度达到事故工况的温度时控制打开所述排空管路，以导出U形管中的密封介质。

优选的，所述第一控制部件包括常闭的第一自动阀，所述第一自动阀处于所述换热水箱内，并设于蒸汽管路与换热水箱连通的一端，用于在换热水箱内的温度达到第一预设温度时自动开启，

所述第二控制部件包括常闭的第二自动阀，所述第二自动阀处于所述集热箱内，并设于排空管路与集热箱连通的一端，用于在集热箱内的温度达到第二预设温度时自动开启。

优选的，所述第一自动阀包括第一熔断闭式喷头，所述第一熔断闭式喷头处于所述换热水箱内的高水位以上位置，

所述第一预设温度即为第一熔断闭式喷头的熔断温度，所述第一熔断闭式喷头的熔断温度为68℃；

所述排空管路包括第一排空管路，所述第一排空管路的起始端与所述U形管的底部连通，其末端与所述集热箱的内部连通，

所述第二自动阀包括第二熔断闭式喷头，所述第二熔断闭式喷头设于第一排空管路的末端，

所述第二预设温度即为第二熔断闭式喷头的熔断温度，所述第二熔断闭式喷头的熔断温度为68℃。

优选的，所述U形管的数量为多个，且多个所述U形管的底部之间通过连通管路连通，

所述U形管包括水平段和两个竖直段，两个竖直段分别与所述水平段的两端连通，

所述U形管的水平段，穿设于所述换热水箱的侧壁上；

所述U形管的竖直段的顶端，与所述换热水箱的高水位相齐平；

所述U形管内放置的密封介质为水。

优选的，所述排空管路还包括第二排空管路，

所述第二排空管路的起始端，与所述U形管的水平段的顶部连通，并伸入到U形管的内部，所述第二排空管路的末端，与所述集热箱连通，并伸入到集热箱的内部，

所述第二排空管路的最高处的位置低于所述换热水箱的低水位；

所述第二自动阀还包括第三熔断闭式喷头，所述第三熔断闭式喷头设于第二排空管路的末端，第三熔断闭式喷头的熔断温度为68℃。

优选的，所述辅助单元还包括补充管路，用于将换热水箱中的水导入到所述U形管，

所述补充管路的起始端，与所述换热水箱连通，所述补充管路的起始端位置设有进水篦子，且所述进水篦子的位置低于换热水箱的低水位；

所述补充管路的末端，与所述U形管的底部连通；

所述补充管路上设有常开的高温熔断阀，且所述高温熔断阀处于所述集热箱的内部，高温熔断阀的熔断温度为68℃。

优选的，所述辅助单元还包括泄空管路，所述泄空管路的一端与所述U形管连通，其一端与外部环境连通，泄空管路上设有常闭的第三隔断阀。

优选的，所述集热箱的底部设有排放管，所述排放管具有U形段，所述U形段的靠近集热箱的一端设有导气管。

本发明提供的非能动导热装置，通过设置蒸汽管路、排空管路、集热箱等辅助设施，在事故工况时，自动将U形管的密封用水排出，使换热水箱内的高温蒸汽可以及时排出，实现了对换热水箱的非能动导热；在正常工况时，可以自动向U形管补充密封用水，使换热水箱与外界大气环境隔离；加快了U形管内的水的排出速度，使U形管的水封高度可以大幅增加，进一步提高了密封效果和抵抗外部气压波动(如台风)对水封的冲击的能力，有效降低了外部大气环境中有害物质进入换热水箱的概率。

根据本发明的另一个方面，还提供一种二次侧非能动冷却***，其技术方案为：

一种二次侧非能动冷却***，包括换热水箱、导热箱，还包括以上所述的非能动导热装置，所述U形管的一端伸入所述换热水箱内部，另一端伸入所述导热箱内。

优选的，所述导热箱设有顶盖，所述顶盖上设有T形排气管，所述T形排气管的底部与所述U形管伸入到导热箱的一端的顶部为错位布置。

本发明提供的二次侧非能动冷却***，在事故工况时，能够非能动自动打通U形管，快速实现换热水箱与外界环境的连通，及时将换热水箱内的高温蒸汽排出，实现导热目的，减少换热水箱在密闭状态下受到高温蒸汽的负面冲击，进一步提高了二次侧非能动冷却***的稳定性和可靠性。在正常工况时，可以阻隔外界大气环境中的物质进入换热水箱，避免换热水箱内的冷却水被污染而导致换热水箱及放置在其内部的换热设备被腐蚀等不良情况，延迟换热水箱及二次侧非能动冷却***的使用寿命，并可以自动向U形管内补充密封用水，以维持密封效果。

附图说明

图1为本发明实施例1中的非能动导热装置的结构示意图；

图2为图1中的A处的局部放大图；

图3为图2中的B-B剖视图；

图4为本发明实施例1中的非能动导热装置的俯视图；

图5为图4中的C处的局部放大图；

图6为本发明实施例2中的换热水箱的顶部结构示意图；

图7为本发明实施例2中的二次侧非能动冷却***的工艺流程图。

图中：1-U形管；11-竖直段；12-水平段；2-换热水箱；21-换热器；22-设备间；23-高水位；24-低水位；25-盖板结构；3-导热箱；31-排液管；32-排气管；41-第一熔断闭式喷头；42-第二熔断闭式喷头；43-第三熔断闭式喷头；44-防护网罩；51-第一隔断阀；52-第二隔断阀；53-第三隔断阀；6-高温熔断阀；7-进水篦子；8-集热箱；81-排放管；82-导气管；83-滤网。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本发明的保护范围。

针对现有技术中换热水箱中难以及时打通导热通道，无法及时将热量导出的问题，本发明提供了一种非能动导热装置，包括U形管、辅助单元，

所述U形管，其一端伸入换热水箱中，另一端与外部连通，U形管的内部放有密封介质，用于将所述换热水箱与外部环境隔离，

所述辅助单元包括集热箱、蒸汽管路、排空管路、以及第一控制部件和第二控制部件，

所述蒸汽管路的两端分别与所述换热水箱、所述集热箱连通，蒸汽管路在正常工况时为关闭状态，

所述第一控制部件用于在事故工况时控制打开所述蒸汽管路；

所述排空管路的一端与所述U形管的内部连通，另一端与集热箱的内部连通，排空管路在常态下为关闭状态，

所述第二控制部件用于在所述集热箱内的温度达到事故工况的温度时控制打开所述排空管路，以导出U形管中的密封介质。

相应地，本发明还提供了一种二次侧非能动冷却***，包括换热水箱、导热箱，还包括以上所述的非能动导热装置，所述U形管的一端伸入所述换热水箱内部，另一端伸入所述导热箱内。

实施例1

如图1-图5所示，本实施例公开一种非能动导热装置，包括U形管1、辅助单元，其中：

U形管1，其一端伸入换热水箱2中，另一端与外部连通，U形管1的内部放有密封介质，用于将换热水箱2与外部环境隔离；

辅助单元，包括集热箱8、蒸汽管路、排空管路、以及第一控制部件和第二控制部件，其中，蒸汽管路的两端分别与换热水箱2、集热箱8连通，蒸汽管路在正常工况时(即常态下)为关闭状态，第一控制部件用于在事故工况时控制打开蒸汽管路；排空管路的一端与U形管1的内部连通，另一端与集热箱8的内部连通，排空管路在正常工况时为关闭状态，第二控制部件用于在集热箱8内的温度达到事故工况的温度时控制打开排空管路，以导出U形管1中的密封介质。

进一步的，U形管1包括水平段12和两个竖直段11，两个竖直段11分别与水平段12的两端连通。

具体的，如图2所示，U形管的水平段12穿设于换热水箱2的侧壁上，使U形管1的两个竖直段分别处于换热水箱2的内部和外部；在U形管1的两个竖直段中，处于换热水箱2内部的竖直段的顶端与换热水箱2的高水位23(也叫溢流水位)相齐平，这样可以在换热水箱2内的水位达到高水位以上时，多余的水可以通过U形管1溢流排出，使换热水箱2内的水维持在高水位及以下位置。本实施例中，换热水箱2的高水位23优选为11.10m。

U形管1内放置的密封介质可以为水，也可以为油等其它任意可以实现密封的液态流体。本实施例中，密封介质优选为水，这样可以直接将换热水箱2中的水导入到U形管1中，作为密封用水，操作方便，成本低；另外，即使发生意外而导致U形管1中的密封介质倒流至换热水箱2，也不会对换热水箱2内的冷却水造成污染和对换热水箱2及内部的设备造成腐蚀等不良影响。

U形管1的数量为一个或多个，本实施例的U形管优选为多个，多个U形管1可以加快将换热水箱2中的含有高热量的高温蒸汽导出的速度，加快导热效率，且可以避免在一部分U形管1发生故障或损坏时出现高温蒸汽无法顺利导出的情况，进一步提高非能动导热装置的稳定性和可靠性。

在实际操作过程中，U形管1的数量主要取决于换热水箱2内设置的换热器21的数量以及反应堆堆芯功率的大小。因此，本实施例中的U形管1的数量进一步优选为三个，即三个U形管1为一组。本实施例中的U形管1的管径优选为DN600，当然也可以根据实际情况选择其它的管径尺寸，本实施例不作进一步限定。

多个U形管1的底部之间设有连通管路，更准确地说，是设于U形管的水平段11的底部，通过连通管路使多个U形管1的内部空间连为一体，以便多个U形管1内的水封高度保持一致，这样可以确保在任何工况下，多个U形管1能够保持要实现的功能完全一致，即同时执行密封或导热功能。对应地，本实施例中，连通管路的数量优选为两个，即两个连通管路分别设置三个U形管之间。

进一步的，所述第一控制部件包括常闭的第一自动阀，用于在换热水箱2内的温度达到第一预设温度时自动开启。第一预设温度可以根据实际情况进行设定。本实施例中，第一预设温度为65-70℃，优选为68℃。

进一步的，所述第一自动阀包括第一熔断闭式喷头，第一熔断闭式喷头设置于换热水箱2内的高水位23以上位置。

具体的，如图2所示，蒸汽管路的一端(即蒸汽管路的起始端)与换热水箱2连通，且蒸汽管路的起始端处于换热水箱2的内部，蒸汽管路的另一端(即蒸汽管路的末端)与集热箱8连通。第一熔断闭式喷头41设于蒸汽管路与换热水箱1连通的一端，且处于换热水箱1内。第一熔断闭式喷头41的位置处于换热水箱2内的高水位以上位置，本实施例中，优选为设于换热水箱2的高水位23之上的450mm位置处。

在正常工况时，蒸汽管路为关闭状态，即第一熔断闭式喷头41为关闭状态。在事故工况时，换热水箱2内的温度上升，当温度达到第一熔断闭式喷头41的熔断温度时，第一熔断闭式喷头41自动开启，设此时换热水箱2内的温度为第一预设温度，也就是说，第一预设温度即为第一熔断闭式喷头41的熔断温度。第一熔断闭式喷头41的熔断温度一般为70℃，在实际操作中，考虑到70℃是一个汽化剧烈的临界温度，因此，本实施例中第一熔断闭式喷头41的熔断温度优选为68℃。

本实施例中，第一熔断闭式喷头41优选为具有遇到高温会自动***的玻璃球的可导汽的闭式(即正常情况下，为关闭状态)喷头，其原理为：喷头中的玻璃球内设有醚类液体，醚类液体受热后容易气化膨胀，当玻璃球内的压力超过玻璃球的承受范围时，玻璃球破碎，从而使第一熔断闭式喷头41打开。

第一熔断闭式喷头41的数量为一个或多个，优选为多个，多个第一熔断闭式喷头41可以在事故工况时更快速的将换热水箱2内的高温蒸汽导入到集热箱8中，使集热箱8内部的温度快速上升至所需温度(即第二预设温度)。本实施例中，第一熔断闭式喷头41更进一步优选为四个，即四个第一熔断闭式喷头41为一组，并列设置于蒸汽管路的起始端。本实施例中，在第一熔断闭式喷头41外面设有防护网罩44，以防止第一熔断闭式喷头41被意外撞碎，并可在蒸汽管路开启时，拦截第一熔断闭式喷头41中的玻璃球破碎产生的碎片，避免碎片掉入换热水箱。

其中，第二预设温度可以根据实际情况进行设定。本实施例中，第二预设温度为65-70℃，优选为68℃。

本实施例中的蒸汽管路的工作过程：在事故工况时，换热水箱2内的温度急剧升高并产生大量的高温蒸汽，当换热水箱2的温度达到68℃(即第一预设温度)时，第一熔断闭式喷头41自动开启。由于此时的换热水箱2内存在大量的高温蒸汽，导致换热水箱2内的压力与集热箱8内的压力存在较大压差，从而使换热水箱2内的高温蒸汽通过蒸汽管路进入到集热箱8内，进入到集热箱8的高温蒸汽可以使集热箱8内的温度快速上升。

进一步的，第二控制部件包括常闭的第二自动阀，第二自动阀处于集热箱内，并设于排空管路与集热箱连通的一端，用于在集热箱8内的温度达到第二预设温度时自动开启。

进一步的，排空管路包括第一排空管路，第一排空管路的起始端与U形管1的底部连通，其末端与集热箱的内部连通；第二自动阀包括第二熔断闭式喷头，第二熔断闭式喷头设于第一排空管路的末端。

具体的，排空管路包括第一排空管路，其中：第一排空管路的一端(即第一排空管路的起始端)与U形管1的底部连通；其另一端(即第一排空管路的末端)伸入到集热箱8的内部，与集热箱8的内部连通。

具体的，第一排空管路的末端上设有第二熔断闭式喷头42，当集热箱8的温度达到第二熔断闭式喷头42的熔断温度时，第二熔断闭式喷头42自动打开，设此时的集热箱内的温度为第二预设温度，也就是说，第二预设温度即为第二熔断闭式喷头的熔断温度。第二熔断闭式喷头42的熔断温度一般为70℃，在实际操作中，考虑到70℃是一个汽化剧烈的临界温度，因此，本实施例中的第二熔断闭式喷头42的熔断温度优选为68℃。

在事故工况时，蒸汽管路自动开启，将换热水箱2内的高温蒸汽导入到集热箱8，使当集热箱8的温度快速上升，当温度达到第二熔断闭式喷头42的熔断温度(68℃)时，第二熔断闭式喷头42自动打开，U形管1中的密封介质(本实施例中为水)通过第一排空管路排出到集热箱8内，使换热水箱2与外界大气环境连通，换热水箱2内的高温蒸汽通过U形管1排出，从而实现对换热水箱2的导热目的。第一排空管路的数量可以为一个或多个，本实施例中优选为两个。

本实施例中，第二熔断闭式喷头42优选为具有遇到高温会自动***的玻璃球的闭式喷头，第二熔断闭式喷头42的工作原理与第一熔断闭式喷头41的工作原理相同，这里就不再赘述。

第二熔断闭式喷头42的数量可以为一个，也可以为多个，优选为多个，多个第二熔断闭式喷头42并列设于集热箱的内部，可以在事故工况时提高U形管1内的密封用水的排出速度，本实施例的第二熔断闭式喷头42的数量进一步优选为两个。

进一步的，所述排空管路还包括第二排空管路，第二排空管路的起始端，与U形管的水平段11的顶部连通，并伸入到U形管1内部；第二排空管路的末端，与集热箱8连通，并伸入到集热箱8的内部；所述第二自动阀还包括第三熔断闭式喷头，所述第三熔断闭式喷头设于第二排空管路的末端。

具体的，如图3所示，第二排空管路的一端(即第二排空管路的起始端)与U形管的水平段11的顶部连通，并伸入到U形管的水平段11的内部的靠近水平段底部的内壁的位置，但与水平段底部的内壁不接触(即相隔一定的距离)，以便能够尽可能多的将U形管1内的密封用水排干净。

本实施例中，第二排空管的起始端与U形管的水平段11的底部的内壁的距离优选为50mm。第二排空管路的最高处的高度应低于U形管所在的换热水箱的低水位24的高度，本实施例的换热水箱的低水位优选为10.75m，也就是说第二排空管路的最高处的高度低于10.75m。

第二排空管路上还设有第二隔断阀52，用于在正常工况的第二熔断闭式喷头意外破损而导致第二排空管路打通的情况下关闭第二排空管路。第二隔断阀52为常开状态，第二隔断阀的操作方式优选为手动。

第二排空管路的另一端(即第二排空管路的末端)处于集热箱8的内部，第二排空管的末端设有第三熔断闭式喷头43，当集热箱8的温度达到第三熔断闭式喷头43的熔断温度时，第三熔断闭式喷头43自动打开，使U形管1中的密封介质还可以通过第二排空管路排出到集热箱8内，使换热水箱2与外界大气环境连通，换热水箱2内的高温蒸汽通过U形管1排出，从而实现对换热水箱2的导热目的，提高导热效率，还能在第一排空管路出现故障时，使排空管路仍能保持对U形管1内的密封用水的排出功能。第二排空管路的数量可以为一个或多个，本实施例中优选为两个。

第三熔断闭式喷头43优选为具有遇到高温会自动***的玻璃球的闭式喷头，第三熔断闭式喷头43的工作原理与第一熔断闭式喷头41相同，这里就不再赘述。本实施例中,第三熔断闭式喷头43的熔断温度优选为68℃。

第三熔断闭式喷头43的数量为一个或多个，优选为多个，多个第三熔断闭式喷头43并列设于集热箱8的内部，可以在事故工况时提高U形管1内的密封用水的排出速度，本实施例的第三熔断闭式喷头43的数量进一步优选为两个。

本实施例中，排空管路采用双重结构设计，即设置第一排空管路和第二排空管路，其中：第一排空管路布置在U形管1的底部，主要依靠重力作用将U形管1中的密封介质(即水)排出，并可以确保在第一排空管路开启后将U形管1中的密封用水全部排出；第二排空管路布置在U形管的水平段11的顶部，主要依靠虹吸作用将U形管1中的密封用水排出。双重管路设计，既可以加快U形管1内的密封用水的排出速度，还能在第一排空管路发生阻塞等异常情况时，使排空管路仍能保持对U形管1内的密封用水的排出功能。

本实施例中，在正常工况时，U形管1用于放置的密封用水，对换热水箱2进行密封，使换热水箱2与外界大气环境隔离，以阻隔外界大气环境中的污染物质(如铝离子)通过U形1管进入换热水箱2，污染换热水箱2内的冷却水和腐蚀换热水箱2及其内部的其它设备。在事故工况时，通过蒸汽管路和排空管路的协同作用，自动将U形管1内的密封用水排出，使换热水箱2与外部大气环境连通，使换热水箱2内的高温蒸汽畅通无阻的排出到大气环境中，实现对换热水箱2的非能动导热的目的。

具体的，集热箱8为一个近似密闭容器，用于容纳换热水箱2导出到集热箱8的高温蒸汽，集热箱8的外部设有保温层，以便减少集热箱8中的热量损耗。

集热箱8的数量可以为一个或多个，本实施例优选为两个。在实际操作中，当采用一个换热水箱2和两个集热箱8连通时，可以将两个蒸汽管路的起始端合并，使两个蒸汽管路的起始端为一个公共管路段，其末端仍然保持两个管路，分别与两个独立且密闭的集热箱8连通，即换热水箱2的高温蒸汽通过一组(共四个)第一熔断闭式喷头41进入蒸汽管路，在蒸汽管路中途分为两个支管路，通过两个支管路分别进入到两个独立的集热箱8内。

进一步的，集热箱8的底部设有排放管81，排放管81具有U形段，U形段的靠近集热箱8的一端设有导气管82。

具体的，排放管81的一端与集热箱8的底部连通，其另一端用于与外界大气环境或其它设备的排水管(如二次侧非能动冷却***中的导热箱3的排液管31)连通，以便将集热箱8中的冷凝液(由高温蒸汽冷凝产生)排出。排放管81上设有U形段，冷凝液在U形段内可以形成液封，使集热箱8和外界大气环境隔离，阻断集热箱8中的高温蒸汽经集热箱8底部的排放管81大量排出，而影响集热箱8的集热效果。在排放管81与集热箱8的连通处设有滤网83，以防止集热箱内的第二熔断闭式喷头42、第三熔断闭式喷头43等开启时产生的碎片进入排放管81而造成堵塞。

在U形段上靠近集热箱8的一端的较高位置(至少要高于U形段上的另一端的最高位置的高度)设有导气管82，更准确的说，导气管设于U形段上靠近集热箱8的一端的处于竖直段(即竖直放置的部分)的较高位置处。导气管82的末端与大气环境或其它设备的排气管(如二次侧非能动冷却***中的导热箱3)连通，可以对进入集热箱8底部的排放管81的气液进行分离，使其中的气体从导气管82排出。导气管82的末端的管口优选为朝上设置，以防止排放管81中的冷凝液从导气管82排出。导气管82可以在事故工况时，使集热箱8与外界大气环境维持压差，从而保证换热水箱2内的蒸汽可以持续不断的导入到集热箱8中。

进一步的，所述辅助单元还包括补充管路，用于将换热水箱2中的水导入到U形管1内。

具体的，补充管路的一端(即补充管路的起始端)与换热水箱2连通，并伸入到换热水箱2内。补充管路的起始端位置设有进水篦子，进水篦子7的位置低于换热水箱2的低水位24，以便将换热水箱2中的水导入到U形管1中，以补充U形管1中密封用水，使U形管1保持良好的密封效果。进水篦子7上设有开孔，开孔的方向优选为朝下设置。本实施例中的开孔的孔径优选为30mm。进水篦子7上的开孔的数量可以为一个，也可以为多个，优选为多个。本实施例中，进水篦子7的开孔数量为五个。

补充管路的另一端(即补充管路的末端)与U形管1的底部连通，优选为与U形管1的水平段的底部连通，且补充管路的一部分处于集热箱8内(即补充管路经过集热箱)。补充管路上设有高温熔断阀6，且高温熔断阀6处于集热箱8的内部。高温熔断阀6为常开状态，在正常工况时，通过补充管路，可以使U形管1内的水位与换热水箱2内的水位自动保持一致，以维持对换热水箱2的密封效果。在事故工况时，当集热箱8内的温度达到高温熔断阀6的熔断温度时，高温熔断阀6自动熔断，高温熔断阀变为关闭状态，使补充管路关闭，从而阻断换热水箱2向U形管1进行持续补水。本实施例中，高温熔断阀6的熔断温度优选为68℃。

补充管路上还设有第一隔断阀51，第一隔断阀51优选为设于高温熔断阀6的上游(即设于靠近补充管路的起始端的补充管路上)，用于在需要主动关闭补充管路时(比如检修及清洗时)使用。第一隔断阀51为常开状态，第一隔断阀51的操作方式为优选为手动。

补充管路的数量为一个或多个，优选为多个，多套补充管路可以提高补水效率和可靠性。本实施例中，补充管路进一步优选为两个。

进一步的，所述辅助单元还包括泄空管路，用于在需要检修或其它需要排出U形管1内的密封用水时使用。

具体的，泄空管路的一端(即泄空管路的起始端)与U形管1的底部连通，优选为与U形管的水平段12的底部连通，泄空管路的另一端(即泄空管路的末端)与外界大气环境或其它设备(如二次侧非能动冷却***中的导热箱3的排液管31)连通。泄空管路的数量可以为一个或多个，本实施例优选为三个，即每一个U形管分别设置一个泄空管路。

泄空管路上设有第三隔断阀53，第三隔断阀53为常闭状态，第三隔断阀53的操作方式优选为手动。当需要检修或其它需要排出U形管1内的密封用水时，将第三隔断阀53打开。

本实施例中的非能动导热装置主要用于二次侧非能动冷却***中的换热水箱2上，以将换热水箱2内产生的高温蒸汽导出，实现及时导热的效果。当然，本实施例中的非能动导热装置也可以用于其它领域，本实施例不作进一步限定。

本实施例中公开的非能动导热装置，与现有技术相比，为U形管增设了配套的辅助设施，如蒸汽管路、排空管路、集热箱等，在事故工况时可以自动将U形管的密封用水排出，实现对换热水箱的非能动导热，在正常工况时可以自动向U形管补充密封用水，使换热水箱与外界大气环境隔离。

本实施例中公开的非能动导热装置产生的有益效果，具体体现在以下几个方面：

(1)U形管：通过设置连通管路，将多个U形管连为一体，使多个U形管内的水封水位在任何状态下均保持统一，以便多个U形管能够始终保持同时执行密封或导热功能，提高了稳定性和可靠性。

(2)蒸汽管路，通过设置第一熔断闭式喷头，在事故工况时，可以自动打通蒸汽管路，使换热水箱内的高温蒸汽自动导入到集热箱，在高温蒸汽的作用下，集热箱内的温度得以快速提升。

(3)排空管路：通过设置第二熔断闭式喷头和第三熔断闭式喷头，在事故工况时，可以自动打通第一排空管路和第二排空管，并分别利用重力作用和虹吸作用使U形管内的密封用水自动排出。排空管路采用双重结构设计，即设置第一排空管路和第二排空管路，不仅可以提高U形管内的密封用水的排出速度，还可以大大提高排空管路的可靠性，使U形管的水封高度可以大幅度增加，从而进一步提高了U形管的密封效果和正常工况下抵抗外部气压波动对水封的冲击能力，有效减少外部大气环境中有害物质进入换热水箱的概率。

(4)补充管路：通过设置高温熔断阀，在事故工况时，高温熔断阀可以自动关闭，阻断换热水箱向U形管内补水；在正常工况时，高温熔断阀保持打开状态，使换热水箱内的水能够自动补充到U形管中，保持并有效提高U形管的密封效果。

(5)集热箱：通过设置具有保温功能的集热箱，在事故工况时，可以在快速的打通蒸汽管路、排空管路的同时快速的关闭补充管路，实现联动，提高工作效率。通过设置排放管和导气管，实现气液的分离排放，可始终维持换热水箱与集热箱之间的正压差，以便在事故工况时换热水箱内的高温蒸汽能够持续不断地导入到集热箱内，保障并提高了集热箱的集热功能的可靠性。

(6)泄空管路：通过设置第三隔断阀，使对U形管进行检修及清洗等操作更便捷。

实施例2

如图1-图6所示，本实施例公开一种二次侧非能动冷却***，即PRS***,包括换热水箱2、导热箱3，还包括实施例1中的非能动导热装置(简称导热装置)，非能动导热装置中的U形管的一端伸入换热水箱2内部，另一端伸入导热箱3内。

具体的，换热水箱2为密闭的混凝土结构，用于放置冷却水。换热水箱2的内壁设有钢敷面，以提高密封和抗腐蚀等能力。换热水箱2的顶部的中央区域设有预制的混凝土盖板结构25，盖板结构25与换热水箱2的顶部密封连接。本实施例，盖板结构25的尺寸优选为12970*5400mm。

在换热水箱2的顶部的侧边区域设有人孔，用于对换热水箱2的内部进行检修时的人员通道。本实施例中，换热水箱的顶部的标高为42.05m(以反应堆厂房地面为0m计，下同)。人孔的数量优选为两个，当然也可以是其它数量，本实施例不作进一步限定。在人孔处设有与人孔相适应并具有良好的密封性能的孔盖，防止外界大气环境中的污染物质(如氯离子)通过人孔进入换热水箱2内。

换热水箱2的底部设有凹部，用于放置换热器21。凹部的底面标高为30m，凹部的深度根据需要放置换热器21的高度进行确定，本实施例的凹部的深度优选为9.05m。换热器21的数量根据实际需求进行选择，可以为一个，也可以为多个，优选为多个，多个换热器21可以提高二次侧非能动冷却***的换热速度。本实施例中，换热器21的数量进一步优选为三个。

换热水箱2上设有放空管，放空管的位置高度取决于换热水箱2的设计高度等因素，本实施例中的放空管优选为设于换热水箱2的凹部的底面上(即标高为30m处的换热水箱2的底面上)。本实施例的放空管的管径优选为DN100。在换热水箱2的凹部(优选设于换热水箱2的中间位置)的底部与放空管的同等高度处，还设有第一循环管，用于与换热水箱循环处理***的入口连通。本实施例的第一循环管的管径优选为DN100。

换热水箱2上还设有第二循环管，用于与换热水箱循环处理***的出口连通。第二循环管的位置高度取决于换热水箱2内设置的换热器21的高度，本实施例中，第二循环管优选为设于标高为39.05m处的换热器2的底面上，第二循环管的管径优选为DN100。

换热水箱2上还设有第一补水管，用于初次向换热水箱2内通入冷却水，还用于在换热水箱2由于蒸发或排污导致的冷却水水位下降时向换热水箱2进行补水。本实施例中，第一补水管优选为设于与第二循环管同等的高度处，即第一补水管设于标高为39.05m处的换热水箱2的底面上，第一补水管的管径优选为DN80。

换热水箱2的侧壁上还设有第二补水管，第二补水管与高位水源***的补水管连通。第二补水管处于换热水箱2的高水位23以上的位置，本实施例中，第二补水管优选为设于标高为41.5m处的换热水箱2的侧壁上，第二补水管的管径优选为DN100。

本实施例中，换热水箱2的数量可以是一个，也可以是多个，具体的可以根据实际情况进行确定，本实施例不作进一步限定。

具体的，导热箱3通过实施例1中所述的导热装置与换热水箱2连通。导热箱3的数量可以是一个，也可以是多个，优选为多个，也就是说，设置多套实施例1所述的导热装置，多套导热装置可以进一步提高对换热水箱2的导热效果，还能在部分导热装置发生故障时，依然保持导热功能，提高对换热水箱2进导热的稳定性和可靠性。本实施例中，优选为两个导热箱3对应一个换热水箱2，即一个换热水箱2上设置两套导热装置，且两个导热箱3优选为对称的布置在换热水箱2的对角方向。

在实际操作过程中，从减少建设难度及节省成本等因素考虑，采用将导热箱3和换热水箱2共用一面侧墙(记为共用侧墙)，两个导热箱3优选设于换热水箱2的内部，且分别位于换热水箱2的对角位置，在导热箱3的下方设置设备间22，方便存放管道设备及对蒸汽管路、补充管路等进行检修。此时，U形管的水平段11优选为穿设于共用侧壁上，使两个竖直段分别处于换热水箱2的内部和导热箱3的内部，也就是说，本实施例中的导热装置中的U形管1的出口(即处于导热箱内的竖直段的顶端管口)处于导热箱3内。

进一步的，导热箱3设有顶盖，顶盖上设有T形排气管32，T形排气管32的底部与U形管1的顶端为错位布置。

具体的，导热箱3的顶部设有具有排气管32的顶盖，排气管32的形状优选为T形，当然，也可以是其它的能够满足导热箱排气及防止外部大气压异常波动时(如台风)对U形管内的密封水起到保护作用的形状，本实施例不做进一步限定。T形排气管32的入口，即T形排气管32的底部开口；T形排气管32的出口，即T形排气管32的顶部开口。本实施例中，T形排气管32的管径优选为DN600，T形排气管32的数量优选为三个。

本实施例中，T形管排气管32的入口与U形管1的出口优选为错位布置，即T形管排气管32的入口与U形管1的出口不正对。错位布置可以使从U形管1导出的高温蒸汽在导热箱3内进行气液分离，使高温蒸汽中的气体通过T形排气管32排出到大气环境，使其中的液体冷凝后留在导热箱3内。

在正常工况时，U形管1检修及清洗等过程中从U形管1排出的密封用水或污水通过泄空管路排出到导热箱3。在事故工况时，从U形管1排出的密封用水及溢流水进入到导热箱3中；换热水箱2内产生的高温蒸汽经U形管1导出后，高温蒸汽会发生冷凝，冷凝液留在导热箱3内，气体从导热箱3顶部排出。因此，本实施例中，在导热箱上还设有排液管31，具体如下：

进一步的，排液管31设于导热箱3的底部，在正常工况时，用于将导热箱3中的冷凝液(主要在事故工况产生)、从U形管1排出的污水(如清洗U形管时产生)、密封用水(如检修过程产生)和溢流水(如异常工况产生)排出，最终通向核岛厂房的雨水管。

本实施例中的二次侧非能动冷却***,每一个换热水箱2与两个导热箱3连通，单个导热箱3通过三个并列(三个为一组)设置的U形管1与换热水箱2连通。单个U形管1注满水后的容积大约为1.2立方米，在换热水箱2处于低水位(本实施例优选为10.75m)时，U形管的存水容积约为0.97立方米。

在单个导热箱3内：设置有两个独立的补充管路，用以在正常工况时向三个U形管补充密封用水；设置两个独立的第一排空管路、两个独立第二排空管路，用以在事故工况时导出三个U形管内的密封用水；设置两个具有公共管路段的蒸汽管路、两个集热箱8，通过蒸汽管路、集热箱8、以及排空管路的配合联动，快速的将三个U形管1内的密封用水排出；设置三个独立的泄空管路，用以在进行检修或清洗时导出三个U形管内的密封用水。

如图7所示，本实施例中换热水箱的导热工艺流程，具体如下：

(1)注水阶段

在换热水箱内的水位达到进水篦子7的高度(低于10.75m)时，换热水箱2内的水通过补充管路(PRS1005、PRS1006)向U形管1充水，通过连通管路(PRS1007、PRS1008、PRS1009)使三个U形管内的水位保持一致，直至三个U形管1内的液面均与换热水箱2内的液面齐平。当换热水箱2内的水位处于高水位23时，U形管1内的水封高度达到最高，U形管1被充满；当换热水箱2内的水位处于低水位24时，U形管1内的水封高度最小，为355mm。

(2-1)正常工况-正常补水阶段

U形管1位于导热箱3内的一端因常年敞口在大气环境中，导致U形管1内的密封用水会因蒸发作用而慢慢减少，同时，换热水箱2内的水通过补充管路(PRS1005、PRS1006)进行等量补充，即U形管1内的水位始终与换热水箱2内的水位齐平。U形管1内的水封对换热水箱2起密封作用，阻止外界大气环境中的污染物质进入换热水箱2而污染换热水箱2内的水质。当水箱内的水位到达低水位24时，U形管1中的水封高度最小为355mm，仍具备良好的密封效果。

(2-2)正常工况-检修及清洗阶段

正常工况时，由于U形管1内的密封用水不流动，也不能进入换热水箱2内参与换热水箱2内的水体的循环净化处理，导致U形管1内的水质会逐渐变差，需要对其水体进行更新，更新的办法为定期(如每间隔一个月)向换热水箱2充水，直至换热水箱2内的水位达到高水位23，使换热水箱2内的水通过U形管1的竖直段的顶端进入U形管1，并挤出原有的密封用水。在实际操作过程中，一般需要过量充水不少于7立方米，才能达到使六根U形管1内的水全部进行更新。

当U形管1底部沉积有腐蚀性污染物质(如铁锈)时，先通过手动关闭补充管路上的第一隔断阀51；然后，手动打开泄空管路(PRS1009、PRS1010、PRS1011)上的第三隔断阀53，将U形管1内的水全部排出，以去除沉积的污染物质；再关闭第三隔断阀53，同时，再次打开补充管路上的第一隔断阀51，以向U形管1补充密封用水。

(3)事故工况阶段

在发生事故工况时，PRS***的换热水箱2内的水体以及U形管1内的水体开始受到换热器21的持续加热作用，水温逐步升高，并产生大量的高温蒸汽，使换热水箱2内外存在较大的压力差。高温蒸汽的导出过程主要分为以下两种：

(3-1)克服U形管1的水封阻力，从U形管1的密封水中溢出。

在事故工况初期，因换热水箱2为一密闭容器，换热水箱2的内部压力逐渐增大，部分高温蒸汽开始克服U形管1的水封阻力(约0.7m水柱压力)，从U形管1的密封用水中溢出，进入到导热箱3，最后，经过导热箱3的顶部的导气管32扩散至外界大气环境。

(3-2)排空U形管1的密封用水，从U形管1导出，按照时间先后，主要分为以下几个阶段：

A，开启蒸汽管路：当换热水箱2内水面上方的蒸汽温度超过68℃时，第一熔断闭式喷头41内的醚类物质受热膨胀，使第一熔断闭式喷头41内的玻璃球破碎，第一熔断闭式喷头41被打开，蒸汽管路被打通，在换热水箱内外压差的作用下，使换热水箱2内的高温蒸汽通过第一熔断闭式喷头41进入蒸汽管路的公共管路段(PRS1013)，再分别通过与公共管路段连通的两个分支管路(PRS1014、PRS1015)进入两个独立的集热箱8。

B，集热箱被加热：高温蒸汽进入集热箱8后，使集热箱8内的温度快速升高。同时，集热箱8内的部分高温蒸汽发生冷凝，并通过底部的排液管81排出，气体通过导气管82排入到导热箱3。

C，断开补充管路：当集热箱8内的温度达到68℃时，高温熔断阀内的醚类物质受热膨胀，使高温熔断阀6内的玻璃球(柱)自动破碎，高温熔断阀6关闭，补充管路(PRS1005、PRS1006)被关闭，阻断了换热水箱2向U形管1进行持续补水。

D，开启放空管路：当集热箱8内的温度达到68℃时，第二熔断闭式喷头42和第三熔断闭式喷头43内的醚类物质受热膨胀，使第二熔断闭式喷头42和第三熔断闭式喷头43内的玻璃球自动破碎，第二熔断闭式喷头42和第三熔断闭式喷头43都被打开，第一放空管路(PRS1003、PRS1004)以及第二放空管路(PRS1001、PRS1002)都被打通。U形管1内的密封用水，有一部分在重力作用下通过第一放空管路排出到集热箱8内，同时，还有一部分在虹吸作用下通过第二排空管路排出到集热箱8内，直至U形管1内的密封用水全被被排空。

E,导热过程：当U形管1内的密封用水全被被排空后，U形管1被打通，使换热水箱2与导热箱3连通，换热水箱2内的高温蒸汽通过U形管1可以源源不断地被导出到导热箱3，再通过导热箱3顶部的排气管32扩散至外部大气环境中，从而实现导热目的。

本实施例中公开的二次侧非能动冷却***，主要可以实现以下有益效果：

在事故工况时，能够非能动自动打通U形管，快速实现换热水箱与外界环境的连通，及时将换热水箱内的高温蒸汽排出，实现导热目的，减少换热水箱在密闭状态下受到高温蒸汽的负面冲击，进一步提高了二次侧非能动冷却***的稳定性和可靠性。

在正常工况时，可以阻隔外界大气环境中的物质进入换热水箱，避免换热水箱内的冷却水被污染而导致换热水箱及放置在其内部的换热设备(如换热器)被腐蚀等不良情况，延迟换热水箱及二次侧非能动冷却***的使用寿命，并可以自动向U形管内补充密封用水，以维持密封效果。

***采用一对多式设计，如一个换热水箱对两个导热箱、一个导热箱设置一组(三个)U形管等等，大大的提高了***的工作效率和可靠性。

通过将U形管设置在导热箱内，不会影响***导热功能顺利启动并实施，不仅可以避免雨水和空气中灰尘等物质渗入U形管，还可以提高正常工况下抵抗外部气压波动对水封的冲击能力，有效减少外部大气环境中有害物质进入换热水箱的概率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非能动导热装置，其特征在于，包括U形管(1)、辅助单元，

所述U形管，其一端伸入换热水箱(2)中，另一端与外部连通，U形管的内部放有密封介质，用于将所述换热水箱与外部环境隔离，

所述辅助单元包括集热箱(8)、蒸汽管路、排空管路、以及第一控制部件和第二控制部件，

所述蒸汽管路的两端分别与所述换热水箱、所述集热箱连通，蒸汽管路在常态下为关闭状态，

所述第一控制部件用于在事故工况时控制打开所述蒸汽管路；

所述排空管路的一端与所述U形管的内部连通，另一端与集热箱的内部连通，排空管路在常态下为关闭状态，

所述第二控制部件用于在所述集热箱内的温度达到事故工况的温度时控制打开所述排空管路，以导出U形管中的密封介质。

2.根据权利要求1所述的非能动导热装置，其特征在于，

所述第一控制部件包括常闭的第一自动阀，所述第一自动阀处于所述换热水箱内，并设于蒸汽管路与换热水箱连通的一端，用于在换热水箱内的温度达到第一预设温度时自动开启，

所述第二控制部件包括常闭的第二自动阀，所述第二自动阀处于所述集热箱内，并设于排空管路与集热箱连通的一端，用于在集热箱内的温度达到第二预设温度时自动开启。

3.根据权利要求2所述的非能动导热装置，其特征在于，

所述第一自动阀包括第一熔断闭式喷头，所述第一熔断闭式喷头处于所述换热水箱内的高水位以上位置，

所述第一预设温度即为第一熔断闭式喷头的熔断温度，所述第一熔断闭式喷头的熔断温度为68℃；

所述排空管路包括第一排空管路，所述第一排空管路的起始端与所述U形管的底部连通，第一排空管路的末端与所述集热箱的内部连通，

所述第二自动阀包括第二熔断闭式喷头，所述第二熔断闭式喷头设于第一排空管路的末端，

所述第二预设温度即为第二熔断闭式喷头的熔断温度，所述第二熔断闭式喷头的熔断温度为68℃。

4.根据权利要求3所述的非能动导热装置，其特征在于，所述U形管的数量为多个，且多个所述U形管的底部之间通过连通管路连通，

所述U形管包括水平段和两个竖直段，两个竖直段分别与所述水平段的两端连通，

所述U形管的水平段，穿设于所述换热水箱的侧壁上；

所述U形管的竖直段的顶端，与所述换热水箱的高水位相齐平；

所述U形管内放置的密封介质为水。

5.根据权利要求4所述的非能动导热装置，其特征在于，所述排空管路还包括第二排空管路，

所述第二排空管路的起始端，与所述U形管的水平段的顶部连通，并伸入到U形管的内部，所述第二排空管路的末端，与所述集热箱连通，并伸入到集热箱的内部，

所述第二排空管路的最高处的位置低于所述换热水箱的低水位；

所述第二自动阀还包括第三熔断闭式喷头，所述第三熔断闭式喷头设于第二排空管路的末端，第三熔断闭式喷头的熔断温度为68℃。

6.根据权利要求1-5任一项所述的非能动导热装置，其特征在于，所述辅助单元还包括补充管路，用于将换热水箱中的水导入到所述U形管，

所述补充管路的起始端，与所述换热水箱连通，所述补充管路的起始端位置设有进水篦子(7)，且所述进水篦子的位置低于换热水箱的低水位；

所述补充管路的末端，与所述U形管的底部连通；

所述补充管路上设有常开的高温熔断阀(6)，且所述高温熔断阀处于所述集热箱的内部，高温熔断阀的熔断温度为68℃。

7.根据权利要求6所述的非能动导热装置，其特征在于，所述辅助单元还包括泄空管路，所述泄空管路的一端与所述U形管连通，其一端与外部环境连通，

泄空管路上设有常闭的第三隔断阀(53)。

8.根据权利要求6所述的非能动导热装置，其特征在于，

所述集热箱的底部设有排放管(81)，所述排放管具有U形段，所述U形段的靠近集热箱的一端设有导气管(82)。

9.一种二次侧非能动冷却***，包括换热水箱、导热箱(3)，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的非能动导热装置，

所述U形管的一端伸入所述换热水箱内部，另一端伸入所述导热箱内。

10.根据权利要求9所述的二次侧非能动冷却***，其特征在于，所述导热箱设有顶盖，所述顶盖上设有T形排气管(32)，所述T形排气管的底部与所述U形管伸入到导热箱的一端的顶部为错位布置。

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