CN111341469A - 一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射*** - Google Patents
一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN111341469A CN111341469A CN202010158681.XA CN202010158681A CN111341469A CN 111341469 A CN111341469 A CN 111341469A CN 202010158681 A CN202010158681 A CN 202010158681A CN 111341469 A CN111341469 A CN 111341469A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spray
- cooling
- water
- pressure vessel
- nozzle array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 84
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 23
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 14
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
- G21C15/12—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from pressure vessel; from containment vessel
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/24—Promoting flow of the coolant
- G21C15/243—Promoting flow of the coolant for liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，属于核电设备技术领域，***由防护墙体、压力容器、喷雾喷嘴阵列架、喷雾积水管、喷雾水泵、喷嘴连接组成，本发明依靠浸没在冷却水中的喷雾喷嘴阵列对核电站严重事故下压力容器外部喷射冷却工质，由喷雾产生的巨大强制对流冲击可以有效突破单一浸没式沸腾下形成的气泡层，本发明突破了单一浸没式沸腾或单一喷雾冷却中所产生的沸腾危机，达到强化传热的目的，可在核事故下实现压力容器的快速有效冷却，达到持压力容器完整性与增强核设施安全性的目的。
Description
技术领域
本发明属于核电设备技术领域，涉及一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，具体的说是涉及一种可实现压力容器的快速冷却，以防止压力容器内部的核反应堆融穿罐体导致核物质泄漏严重事故的喷射***。
背景技术
核能发电作为一种高效、相对清洁的新型能源，在优化能源结构、缓解能源压力以及潜在的大规模应用的前景方面都具有不可替代的作用，是未来能源发展的主流方向。中国作为一个能源消耗大国，已把核电纳入到重点发展的能源种类中，在核电利用及发展过程中，必须始终将核能安全作为前提条件。
以我国广泛使用的压水堆核电站为例，当事故发生时，堆芯内失去冷却介质开始升温、过热，燃料元件由于冷却不足而发生融化，堆芯熔融物落入压力容器下腔室，堆芯熔融物的温度可达1400K，并能持续30分钟之久。压力容器在如此高温下能导致其下腔室发生蠕变失效。如不采取有效冷却措施，将会有熔融物融穿压力容器并导致核物质泄漏和堆外蒸汽***。
为有效防止由压力容器融穿而导致的严重事故，国际上广泛采用图1所示的压力容器外部冷却的措施。该措施采用堆腔注水的方法浸没压力容器，通过压力容器下封头及筒体外壁表面沸腾冷却的方式将反应堆内部的热导出，实现熔融物在压力容器内部的滞留而不发生泄露的危险。
然而浸没式沸腾的传热能力有限，原因在于浸没式沸腾在面对极高热流密度时(大于100 W/cm2)极易产生沸腾危机，其产生原因在于设备表面产生的气泡过大，在换热表面上方形成了一个气泡层，阻碍了冷却水对热面的冷却，导致换热面温度急剧上升，压力容器依然有被融穿的危险。国内外对强化浸没式沸腾展开了多种研究，其中纳米流体，微结构换热表面改进是强化浸没式沸腾冷却的研究热点。因此，对于浸没式沸腾的强化研究国内外还处在通过改进冷却介质物性与改善换热表面的被动强化阶段，而对其中的主动的强化传热方面研究甚少。目前浸没式沸腾的临界热流密度CHF(设备在安全温度区间内传热能力极限)仍小于200 W/cm2，对于浸没式沸腾的主动式强化传热研究亟待开展。
喷雾冷却是近年来兴起的一种主动强化散热手段，它是利用喷嘴将工质雾化成无数个小液滴，液滴高速冲撞换热面达到高热流散热目的，喷雾冷却的CHF能够达到103 W/cm2，目前喷雾冷却并没有应用至压力容器外部冷却中，原因在于压力容器外部冷却中不仅热流密度大，而且排热总量也十分巨大，而喷雾工质流量往往较少，且液膜上方被导热系数极低的气体所包裹，导致喷雾冷却的传热总量和后续热质传输能力受到限制。为了解决单一浸没式沸腾或单一喷雾冷却中所产生沸腾危机的缺陷，达到强化传热，维持压力容器完整性与增强核设施安全性的目的，提出一种浸没式喷射冷却方式来实现核能应用中的压力容器外部冷却显得十分必要。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提出一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，通过依靠浸没在冷却水中的喷雾喷嘴阵列对核电站严重事故下压力容器外部喷射冷却工质，通过喷雾产生的巨大强制对流冲击可以有效突破单一浸没式沸腾下形成的气泡层，换热面上方充足的工质保证了用于冷却的工质量，可解决单一浸没式沸腾或单一喷雾冷却中所产生的沸腾危机，达到强化传热，可达到维持压力容器完整性与增强核设施安全性的目的。
本发明的技术方案：一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，包括由防护墙体构成的堆水腔，设置在堆水腔内的冷却水介质，以及悬置在堆水腔中的压力容器；其特征在于：所述压力容器底部与堆水腔底面之间设有间隙，所述间隙处设有喷雾喷嘴阵列架，所述喷雾喷嘴阵列架上设有若干个喷嘴，所述堆水腔底部一侧设有冷却水入口，所述冷却水入口与所述喷雾喷嘴阵列架之间连接设有喷雾积水管，所述喷雾积水管上设有喷雾水泵，喷雾积水管依靠喷雾水泵抽取冷却水入口处的冷却工质，将冷却工质输送至喷嘴后喷射出喷雾流体，实现对所述压力容器底部冷却。
所述喷雾喷嘴阵列架为弧形架，喷雾喷嘴阵列架与喷雾积水管连通，喷雾喷嘴阵列架的弧度与压力容器底部弧度相同。
所述喷嘴间隔均匀设置在喷雾喷嘴阵列架上，喷嘴与喷雾喷嘴阵列架连通，喷嘴中射出的喷雾流体均朝向压力容器底部弧面的弧心方向。
所述喷雾水泵设置在堆水腔的外部。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，***由防护墙体、压力容器、喷雾喷嘴阵列架、喷雾积水管、喷雾水泵、喷嘴连接组成，本发明依靠浸没在冷却水中的喷雾喷嘴阵列对核电站严重事故下压力容器外部喷射冷却工质，由喷雾产生的巨大强制对流冲击可以有效突破单一浸没式沸腾下形成的气泡层，与传统的单一喷雾冷却相比，本发明包裹换热面的不再是导热系数极低的气体，取而代之的是一层宏观尺度的液层，换热面上方充足的工质保证了用于冷却的工质量，而液态工质的导热系数要远远大于气体或真空，故总体热量输运能力得到与传统喷雾冷却相比将会得到显著加强。本发明突破了单一浸没式沸腾或单一喷雾冷却中所产生的沸腾危机，达到强化传热的目的，可在核事故下实现压力容器的快速有效冷却，达到持压力容器完整性与增强核设施安全性的目的。
附图说明
图1 为传统压力容器外部冷却***结构示意图。。
图2 为本发明***结构示意图。
图3 本发明中***局部放大结构示意图。
图中：压力容器1、冷却水液面2、堆芯高温熔融物3、防护墙体4、喷雾喷嘴阵列架5、喷雾积水管6、喷雾水泵7、冷却水入口8、喷嘴9、喷雾流体10、冷却水介质11、热量12。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图2-3所示，一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，包括由防护墙体4构成的堆水腔，设置在堆水腔内的冷却水介质11，以及悬置在堆水腔中的压力容器1；压力容器1底部与堆水腔底面之间设有间隙，间隙处设有喷雾喷嘴阵列架5，喷雾喷嘴阵列架5上设有若干个喷嘴9，堆水腔底部一侧设有冷却水入口8，冷却水入口8与喷雾喷嘴阵列架5之间连接设有喷雾积水管6，喷雾积水管6上设有喷雾水泵7，喷雾积水管6依靠喷雾水泵7抽取冷却水入口8处的冷却工质，将冷却工质输送至喷嘴9后喷射出喷雾流体10，实现对压力容器1底部冷却。
如图2-3所示，一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，喷雾喷嘴阵列架5为弧形架，喷雾喷嘴阵列架5与喷雾积水管6连通，喷雾喷嘴阵列架5的弧度与压力容器1底部弧度相同；喷嘴9间隔均匀设置在喷雾喷嘴阵列架5上，喷嘴9与喷雾喷嘴阵列架5连通，喷嘴中射出的喷雾流体10均朝向压力容器1底部弧面的弧心方向；喷雾水泵7设置在堆水腔的外部。
如图2-3所示，一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***的工作原理如下：压力容器1悬空放置在防护墙体4中，核事故下堆芯高温熔融物3将会掉入压力容器1的下部，此时冷却水入口8将在压力容器1和防护墙体4的间隙处注满冷却水，使冷却水达到冷却水液面2处，喷雾积水管6与喷雾水泵7相连，喷雾积水管6进口与冷却水入口8相连，喷雾积水管6出口与喷雾喷嘴阵列架5的入口相连，喷雾喷嘴阵列架上的喷嘴9与喷雾喷嘴阵列架5的出口处相连，喷雾积水管6依靠喷雾水泵7抽取冷却水入口8处的冷却工质，从而将冷却工质输送至喷雾喷嘴阵列架上的喷嘴9形成喷射出的喷雾流体10到达压力容器1的下部。
Claims (4)
1.一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，包括由防护墙体(4)构成的堆水腔，设置在堆水腔内的冷却水介质(11)，以及悬置在堆水腔中的压力容器(1)；其特征在于：所述压力容器(1)底部与堆水腔底面之间设有间隙，所述间隙处设有喷雾喷嘴阵列架(5)，所述喷雾喷嘴阵列架(5)上设有若干个喷嘴(9)，所述堆水腔底部一侧设有冷却水入口(8)，所述冷却水入口(8)与所述喷雾喷嘴阵列架(5)之间连接设有喷雾积水管(6)，所述喷雾积水管(6)上设有喷雾水泵(7)，喷雾积水管(6)依靠喷雾水泵(7)抽取冷却水入口(8)处的冷却工质，将冷却工质输送至喷嘴(9)后喷射出喷雾流体(10)，实现对所述压力容器(1)底部冷却。
2.根据权利要求1所述的一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，其特征在于：所述喷雾喷嘴阵列架(5)为弧形架，喷雾喷嘴阵列架(5)与喷雾积水管(6)连通，喷雾喷嘴阵列架(5)的弧度与压力容器(1)底部弧度相同。
3.根据权利要求1所述的一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，其特征在于：所述喷嘴(9)间隔均匀设置在喷雾喷嘴阵列架(5)上，喷嘴(9)与喷雾喷嘴阵列架(5)连通，喷嘴中射出的喷雾流体(10)均朝向压力容器(1)底部弧面的弧心方向。
4.根据权利要求1所述的一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射***，其特征在于：所述喷雾水泵(7)设置在堆水腔的外部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010158681.XA CN111341469A (zh) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | 一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010158681.XA CN111341469A (zh) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | 一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射*** |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111341469A true CN111341469A (zh) | 2020-06-26 |
Family
ID=71186122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010158681.XA Pending CN111341469A (zh) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | 一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111341469A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112201371A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-08 | 中国核电工程有限公司 | 一种采用喷淋冷却的反应堆堆内熔融物滞留*** |
| CN113299413A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-24 | 中国核动力研究设计院 | 一种堆腔纳米流体非能动注入冷却*** |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003240888A (ja) * | 2002-02-18 | 2003-08-27 | Toshiba Corp | 原子炉格納容器冷却設備 |
| CN106128526A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-16 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 一种椭球式地下核电站安全壳*** |
| RU2695128C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2019-07-22 | Владимир Дмитриевич Локтионов | Способ охлаждения корпуса ядерного реактора при тяжелой аварии и устройство для его осуществления |
-
2020
- 2020-03-09 CN CN202010158681.XA patent/CN111341469A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003240888A (ja) * | 2002-02-18 | 2003-08-27 | Toshiba Corp | 原子炉格納容器冷却設備 |
| CN106128526A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-16 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 一种椭球式地下核电站安全壳*** |
| RU2695128C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2019-07-22 | Владимир Дмитриевич Локтионов | Способ охлаждения корпуса ядерного реактора при тяжелой аварии и устройство для его осуществления |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112201371A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-08 | 中国核电工程有限公司 | 一种采用喷淋冷却的反应堆堆内熔融物滞留*** |
| CN113299413A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-24 | 中国核动力研究设计院 | 一种堆腔纳米流体非能动注入冷却*** |
| CN113299413B (zh) * | 2021-05-25 | 2022-03-01 | 中国核动力研究设计院 | 一种堆腔纳米流体非能动注入冷却*** |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102169733B (zh) | 一种核电站非能动与能动相结合的专设安全*** | |
| CN107293341B (zh) | 池式反应堆 | |
| CN202887746U (zh) | 一种核电站能动与非能动结合的堆芯剩余热量排出*** | |
| CN111341469A (zh) | 一种应用于核电站压力容器冷却的浸没式喷射*** | |
| CN102163469A (zh) | 一种核电站非能动专设安全*** | |
| CN112201371B (zh) | 一种采用喷淋冷却的反应堆堆内熔融物滞留*** | |
| CN204242601U (zh) | 非能动安全冷却*** | |
| CN105047235A (zh) | 核反应堆严重事故状态下熔融物堆内滞留非能动冷却*** | |
| GB2520215A (en) | Water flooding system for cooling nuclear power plant reactor cavity | |
| CN110459333A (zh) | 一种带有内部冷却管的双层坩埚堆芯熔融物捕集装置 | |
| CN104103325A (zh) | 一种长期非能动安全壳热量导出*** | |
| CN202887747U (zh) | 一种能动与非能动相结合的堆腔注水冷却*** | |
| CN114141396B (zh) | 一种堆芯熔融物冷却收集装置 | |
| CN106338575B (zh) | 一种液态金属净化实验装置 | |
| CN105551541A (zh) | 一种堆芯熔融物分组捕集和冷却*** | |
| CN207866030U (zh) | 换热装置及换热*** | |
| CN106642039B (zh) | 一种多用途板式蒸汽发生器 | |
| CN103295657A (zh) | 核反应堆余热排出*** | |
| CN115240880B (zh) | 一种可实现持续排热的非能动余热排出***及方法 | |
| CN207337942U (zh) | 用于核动力***的安注箱 | |
| CN214624452U (zh) | 一种基于双层管道技术的新型反应堆 | |
| CN202549318U (zh) | 核反应堆余热排出*** | |
| CN112599257B (zh) | 一种船用毛细力驱动的安全壳热量导出*** | |
| CN114220570A (zh) | 海洋核动力平台余热排出*** | |
| CN211455310U (zh) | 安全壳冷却*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200626 |