本實(shí)用新型涉及一種冷卻系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前壓水堆核電站中，乏燃料水池中的水由泵驅(qū)動(dòng)循環(huán)，通過(guò)管線流出，經(jīng)過(guò)熱交換器冷卻后再流回乏燃料水池，帶出乏燃料水池的衰變熱。這種冷卻方式，需要有電源才能保證泵的正常運(yùn)行。在事故工況下，全廠失電，泵不能工作，原有冷卻手段失效。隨后，乏燃料水池將會(huì)沸騰、蒸干，乏燃料裸露，乏燃料包殼燒毀，致使放射性泄漏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和至少一個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)，所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)均包括內(nèi)設(shè)冷卻水的水池，所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)的水池內(nèi)設(shè)置有乏燃料組件；所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)通過(guò)傳熱裝置將乏燃料的熱量傳遞至熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)后向外放熱。

進(jìn)一步地，所述傳熱裝置設(shè)置在熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和各熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)之間，包括至少一組用于進(jìn)行換熱的分離式熱管組件，所述的熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)的末端設(shè)置有至少一組向外放熱的抗重力熱管管束。

進(jìn)一步地，當(dāng)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)為兩個(gè)以上時(shí)，各個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)并聯(lián)設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)之間還連接有至少一個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)，熱量中間傳遞環(huán)節(jié)包括內(nèi)設(shè)冷卻水的水池，所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)的熱量通過(guò)傳熱裝置依次傳遞至各熱量中間傳遞環(huán)節(jié)和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)后向外放熱。

進(jìn)一步地，所述傳熱裝置依次設(shè)置在熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)、熱量中間傳遞環(huán)節(jié)、熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)之間，包括至少一組用于相鄰兩環(huán)節(jié)之間進(jìn)行換熱的分離式熱管組件，所述的熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)的末端設(shè)置有至少一組向外放熱的抗重力熱管管束。

進(jìn)一步地，當(dāng)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)為兩個(gè)以上時(shí)，各熱量中間傳遞環(huán)節(jié)串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述分離式熱管組件包括位于前一環(huán)節(jié)水池內(nèi)的蒸發(fā)段、位于后一環(huán)節(jié)水池內(nèi)的冷凝段、上升管、下降管及循環(huán)工質(zhì)，所述冷凝段所述上升管兩端分別穿過(guò)或跨過(guò)相鄰水池側(cè)壁連通蒸發(fā)段和冷凝段的上部，所述下降管兩端穿過(guò)相鄰水池側(cè)壁分別連通蒸發(fā)段和冷凝段的下部；所述循環(huán)工質(zhì)在所述蒸發(fā)段、所述上升管、所述冷凝段、所述下降管形成的循環(huán)通道內(nèi)流動(dòng)。

進(jìn)一步地，在豎直方向上，所述分離式熱管組件的蒸發(fā)段的位置低于其冷凝段位置。

進(jìn)一步地，所述抗重力熱管管束的蒸發(fā)段位于水池內(nèi)，冷凝段位于水池外，包括多根平行設(shè)置且穿過(guò)水池的熱管，所述熱管包括管殼、吸液芯及工質(zhì)，所述熱管內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境，所述吸液芯由毛細(xì)多孔材料制成。

進(jìn)一步地，所述抗重力熱管管束在豎直方向上，其蒸發(fā)段的位置高于冷凝段位置。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述的用于核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)，具有以下有益效果：

本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)將乏燃料衰變熱通過(guò)分離式熱管、水池和抗重力熱管長(zhǎng)距離非能動(dòng)導(dǎo)出到海水、河水或湖水等理想熱阱中，實(shí)現(xiàn)了事故工況下乏燃料水池的長(zhǎng)期安全可控，保護(hù)了核電站的安全。

另外，本實(shí)用新型的冷卻系統(tǒng)無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)啟動(dòng)，降低了人員的輻照風(fēng)險(xiǎn)和誤操作風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效可靠，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性和安全性的統(tǒng)一。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)實(shí)施例示意主視圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)實(shí)施例軸測(cè)示意圖。

圖中所示：1-熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)；10-第一水池；11-乏燃料組件；12-第一分離式熱管組件；121-第一蒸發(fā)段；122-第一下降管；123-第一冷凝段；124-第一上升管；2-熱量中間傳遞環(huán)節(jié)；20-第二水池；21-第二分離式熱管組件；211-第二蒸發(fā)段；212-第二下降管；213-第二冷凝段；214-第二上升管；3-熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)；30-第三水池；31-抗重力熱管管束；311-第三蒸發(fā)段；312-第三冷凝段。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1-2所示一種核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1、一個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2和一個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3，熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1、一個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2和一個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3分別包括內(nèi)裝冷卻水的第一水池10、第二水池20、第三水池30，所述第一水池10內(nèi)設(shè)置有乏燃料組件11，乏燃料組件11被第一水池10內(nèi)的冷卻水淹沒(méi)，

所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1和熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2之間設(shè)置有至少一組第一分離式熱管組件12，所述第一分離式熱管組件12的數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，如乏燃料的熱功率、分離式熱管的散熱能力及乏燃料水池內(nèi)的空間等進(jìn)行合理設(shè)置。

所述第一分離式熱管組件12包括第一蒸發(fā)段121、第一上升管124、第一冷凝段123、第一下降管122及循環(huán)工質(zhì)，其內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境。第一上升管124兩端分別連通蒸發(fā)段第一121和第一冷凝段123的上部，第一下降管122兩端分別連通第一蒸發(fā)段121和第一冷凝段123的下部。循環(huán)工質(zhì)在第一蒸發(fā)段121、第一上升管124、第一冷凝段123、第一下降管122形成的循環(huán)通道內(nèi)流動(dòng)。在豎直方向上，所述第一分離式熱管組件12的第一蒸發(fā)段121的位置低于第一冷凝段123位置。

所述第一分離式熱管組件12的第一蒸發(fā)段121設(shè)置在第一水池10靠近池壁和池底的位置，第一分離式熱管組件12的第一冷凝段123設(shè)置在熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2的第二水池20內(nèi)。第一分離式熱管組件12的第一下降管122穿過(guò)第一水池10和第二水池20的側(cè)壁，且不影響其密封。第一分離式熱管組件12的第一上升管124穿過(guò)第一水池10和第二水池20，且不影響其密封?？梢岳斫獾模鶕?jù)實(shí)際情況，第一分離式熱管組件12的上升管124也可以不穿過(guò)而是跨過(guò)第一水池10和第二水池20連通蒸發(fā)段第一121和第一冷凝段123的上部。

所述熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2和所述熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3之間至少設(shè)置有一組第二分離式熱管組件21，具體數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，如分離式熱管的散熱能力及水池內(nèi)的空間等進(jìn)行合理設(shè)置。

所述第二分離式熱管組件21的結(jié)構(gòu)和連接方式與所述第一分離式熱管組件12相同，包括第二蒸發(fā)段211、第二上升管214、第二冷凝段213、第二下降管212及循環(huán)工質(zhì)，其內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境。

所述第二分離式熱管組件21的第二蒸發(fā)段211設(shè)置在第二水池20內(nèi)，第二分離式熱管組件21的第二冷凝段213設(shè)置在所述熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3的第三水池30內(nèi)。第二分離式熱管組件21的第二下降管212穿過(guò)第二水池20和第三水池30，且不影響其密封。所述第二分離式熱管組件21的第二上升管214穿過(guò)第二水池20和第三水池30，且不影響其密封?？梢岳斫獾?，根據(jù)實(shí)際情況，第二分離式熱管組件21的第二上升管214也可以不穿過(guò)而是跨過(guò)第二水池20和第三水池30。

所述的熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3的末端設(shè)置有至少一組向外放熱的抗重力熱管管束31。所述抗重力熱管管束31的第三蒸發(fā)段311設(shè)置在第三水池30內(nèi)，抗重力熱管管束31的第三冷凝段312設(shè)置在海水中?？怪亓峁芄苁?1的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。

所述抗重力熱管管束31包括多根平行設(shè)置且穿過(guò)第三水池30的熱管，熱管包括管殼、吸液芯及工質(zhì)，熱管內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境，吸液芯由毛細(xì)多孔材料制成?？怪亓峁芄苁?1在豎直方向上，第三蒸發(fā)段311的位置高于第三冷凝段312位置。

本實(shí)施例的工作原理及過(guò)程具體如下：

在原有冷卻系統(tǒng)正常工作時(shí)，第一水池10的溫度低于第一分離式熱管12的啟動(dòng)溫度，第一分離式熱管12內(nèi)的工質(zhì)不發(fā)生相變，沒(méi)有熱量傳遞，該核電站乏燃料水池多級(jí)長(zhǎng)距離非能動(dòng)熱管冷卻系統(tǒng)不工作。

在事故工況下，第一水池10失冷，水溫升高，當(dāng)溫度達(dá)到第一分離式熱管12的啟動(dòng)溫度時(shí)，第一分離式熱管12的第一蒸發(fā)段121吸熱，其內(nèi)部的工質(zhì)沸騰汽化，蒸汽通過(guò)第一上升管124進(jìn)入第一冷凝段123，向第二水池20放熱，蒸汽冷凝，通過(guò)第一下降管122回到第一蒸發(fā)段121，如此循環(huán)不止，完成熱量的持續(xù)導(dǎo)出。由于蒸汽密度小而冷凝液密度大，且第一冷凝段位置高于第一蒸發(fā)段位置，在密度差和位差的作用下可實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱量從第一水池10到第二水池20的持續(xù)導(dǎo)出。

第二水池20中的水被加熱，溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到第二分離式熱管21的啟動(dòng)溫度時(shí)，第二分離式熱管21的第二蒸發(fā)段211吸熱，其內(nèi)部的工質(zhì)沸騰汽化，蒸汽通過(guò)第二上升管214進(jìn)入第二冷凝段213，向第三水池30放熱，蒸汽冷凝，通過(guò)第二下降管212回到第二蒸發(fā)段211，如此循環(huán)不止，完成熱量的持續(xù)導(dǎo)出。

此時(shí)第三水池30中的水被加熱，溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到抗重力熱管31的啟動(dòng)溫度時(shí)，抗重力熱管31的第三蒸發(fā)段311吸熱，其內(nèi)部的工質(zhì)沸騰汽化，蒸汽通過(guò)蒸汽腔進(jìn)入第三冷凝段312，向海水放熱，蒸汽冷凝，通過(guò)吸液芯的毛細(xì)力作用回到第三蒸發(fā)段311，如此循環(huán)不止，完成熱量的持續(xù)導(dǎo)出。除海水外，河水、湖水等可自然循環(huán)或流動(dòng)的水源也可作為冷源。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：本實(shí)施例的熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3之間并沒(méi)有熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2，所述熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1的熱量通過(guò)第一分離式熱管組件12直接傳遞至熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3后向海水中放熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：所述熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3的數(shù)量為兩個(gè)以上，各個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3并列設(shè)置，各個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3與熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2之間分別通過(guò)若干第二分離式熱管組件21進(jìn)行傳熱，通過(guò)并列設(shè)置多個(gè)熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3，可以起到加快換熱效率的目的。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：所述熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2的數(shù)量為兩個(gè)以上，各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2并列設(shè)置，各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2通過(guò)至少第一分離式熱管組件11和至少第二分離式熱管組件21分別與熱量初始導(dǎo)出環(huán)節(jié)1和熱量最終導(dǎo)出環(huán)節(jié)3進(jìn)行換熱，通過(guò)并列設(shè)置多個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2，可以起到加快換熱效率的目的。

實(shí)施例5

本實(shí)施例與實(shí)施例4的區(qū)別在于：各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2串聯(lián)設(shè)置，各個(gè)熱量中間傳遞環(huán)節(jié)2之間通過(guò)至少一組分離式熱管組件依次進(jìn)行換熱，可以起到長(zhǎng)距離換熱的目的。

以上實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思和特點(diǎn)，并不能限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡跟本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的涵蓋范圍。