[发明专利]被动自然循环冷却系统和方法

说明书

一种根据本发明的被动自然循环冷却系统，该被动自然循环冷却系统可包括：被动冷凝储箱，该被动冷凝储箱形成为将冷却水接纳在其中；以及冷凝水再循环装置，该冷凝水再循环装置设置在被动冷凝储箱的内部部分或上部部分处，并且冷凝冷却水，以使得冷却水在被动冷凝储箱内部循环。该冷凝水再循环装置可包括导管和多个分隔器，该导管从被动冷凝储箱的上部部分向上延伸，而该多个分隔器设置在该被动冷凝储箱或导管内部。

技术领域

本发明涉及一种被动自然循环冷却系统以及使用该被动自然循环冷却系统的冷却方法，该被动自然循环冷却系统设置在被动冷凝储箱中。

背景技术

被动冷凝储箱用作散热器，以在包括一体反应器的各种反应器中出现事故的情形下去除反应器的热量(反应器的显热和反应器芯部的余热)。反应器的热量最终通过被动辅助给水系统传递至被动冷凝储箱。因此，被动冷凝储箱中的冷却水蒸发，且热量排放至环境。

被动辅助给水系统中的热交换器是水冷却型(韩国的SMART反应器、美国Westinghouse公司的AP1000)、空气冷却型(法国的SCOR)或以混合的方式具有水冷却和空气冷却的混合冷却型(日本的IMR)。

参照参考文献1来理解热交换器的冷却方法。

[参考文献1]IAEA-TECDOC-1624，水冷却核动力设备中的被动安全系统和自然循环，IAEA，2009

通常，水冷却热交换器的有利之处在于，借助该水冷却热交换器的优良冷却效率来减小该热交换器的容量。然而，在发生事故的情形下，被动冷凝储箱内部接收来自热交换器的热量的冷却水逐渐地蒸发并最终耗尽。因此，对于超出冷却水存储容量的长期冷却，被动冷凝储箱内部的冷却水必须定期地重新填注。

另一方面，空气冷却热交换器的有利之处在于，由于不存在被动冷凝储箱，而无需对冷却水进行定期重新填注，但空气冷却热交换器的冷却效率低于水冷却热交换器的冷却效率。空气冷却热交换器的效率取决于空气与之接触的管道壁表面的热传递效率。由于空气冷却热交换器在通过管道的壁表面将热量传递至外部(外部空气)的同时热传递效率降低，因而热交换器的尺寸和数量应增大。

此外，混合冷却型热交换器的热传递性能在以空气冷却方式操作时、与以水冷却方式相比显著地降低，且由此须使用相对较大的热交换器来替代水冷却热交换器。

为了冷却被动辅助给水系统的热交换器的内部，广泛地采用具有优良热传递效率的蒸汽冷凝型冷凝热交换器。由于被动辅助给水系统的热交换器通常在高温和高压下操作，因而设计压力极高。因此，须进一步考虑稳定性。当热交换器的尺寸增大时，经济效益显著地下降。

在反应器发生事故的情形下从反应器传递热量并非总是恒定的。不同于常用的锅炉，在反应器芯部关闭之后的相当长时间段，核反应器在芯部中产生余热。因此，当反应器由于事故或类似情况而关闭时，大量余热在事故的早期阶段从芯部排放出，且所排放的余热根据时间流逝而显著地减小。因此，从反应器传递至被动冷凝储箱的热量根据事故发生后的时间流逝而显著地减少。

相关技术的被动冷凝储箱考虑这些反应器的事故特征而设计，并且该被动冷凝储箱的上部部分向大气压力开通。当热量在发生事故情形下传递至被动冷凝储箱时，该被动冷凝储箱中已接收热量的冷却水在升温之后蒸发且然后该冷却水的相态改变为蒸汽。蒸汽然后通过被动冷凝储箱的开口部分排放至外部，以使得热负载由于气化热量而减小。

然而，相关技术结构具有如下问题：由于被动冷凝储箱的长期操作，该被动冷凝储箱中的冷却水逐渐减少且最终耗尽。此外，可通过定期地重新填注冷却水来延长冷却功能。然而，如果向被动冷凝储箱的通入口由于在发生事故的情形下放射性材料泄漏而失效，则被动冷凝储箱的重新填注实际上具有限制。

发明内容