[发明专利]压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置及方法

权利要求书

1.一种压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置，其特征在于：包括非能动启动电磁阀(110)，非能动启动电磁阀(110)一端连接二回路蒸汽管道(105)，另一端连接常开电动截止阀(111)，非能动启动电磁阀(110)的电磁线圈的供电电源与压水堆一回路主循环泵的电源并联；常开电动截止阀(111)的另一侧分成两个支路，两个支路分别连接二位四通液压控制阀(112)的下部蒸汽支路(119)和上部蒸汽支路(120)；高位常压大容积水池(109)位于二位四通液压控制阀(112)的正上方，高位常压大容积水池(109)通过支撑柱(121)连接二位四通液压控制阀(112)中的活塞杆(122)，二位四通液压控制阀(112)底部通过弹簧(123)连接活塞杆(122)；弹簧(123)处于压缩状态，其对活塞杆(122)的弹力作用竖直向上，高位常压大容积水池(109)的总重力通过支撑柱(121)竖直向下作用于活塞杆(122)，因而活塞杆(122)能够在高位常压大容积水池(109)总重力和弹簧(123)弹力的共同作用下移动位置，活塞杆(122)的位置决定蒸汽支路的开启状态；最初高位常压大容积水池(109)的总重力最大，弹簧(123)处于最大压缩状态，活塞杆(122)处于最低位置，下部蒸汽支路(119)处于关闭状态，上部蒸汽支路(120)处于完全开启状态，当高位常压大容积水池(109)的总重力由于水的蒸发而减小，为保证活塞杆(122)平衡，弹簧(123)的弹力也相应减小，其压缩程度减小，活塞杆(122)向上移动，这时下部蒸汽支路(119)逐渐开启，上部蒸汽支路(120)的流通面积逐渐减小，随着高位常压大容积水池(109)的总重力的不断减小，活塞杆(122)在净作用力下逐渐上移，最终将导致下部蒸汽支路(119)完全开启，上部蒸汽支路(120)完全关闭，这时由于高位常压大容积水池(109)的总重力不再变化，活塞杆(122) 保持平衡状态静止不动；高位常压大容积水池(109)中有水冷凝汽器(108)，水冷凝汽器(108)的入口连接二位四通液压控制阀(112) 的上部蒸汽支路(120)，水冷凝汽器(108)的出口连接二回路回水管(117)；二位四通液压控制阀(112)的下部蒸汽支路(119)与空冷凝汽器(113)入口连接，空冷凝汽器(113)位于内安全壳(116)和外安全壳(114)之间，空气流(115)由下至上流过空冷凝汽器(113)，空冷凝汽器(113)的出口连接二回路回水管(117)。

2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置，其特征在于：所述高位常压大容积水池(109)中的水量能够完全吸收停堆一小时内的热量，且一小时之内水不会发生蒸发。

3.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置，其特征在于：所述空冷凝汽器(113)的设计传热能力为反应堆额定功率的1.4％，待堆芯剩余发热水平低于1.4％之后，空冷凝汽器(113)发挥主要作用。

4.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置，其特征在于：所述非能动启动电磁阀(110)的阀芯表面进行表面强化或镀制陶瓷涂层，避免表面磨损或扩散咬合现象。

5.利用如权利要求1-4任一项所述的一种压水堆核电站完全非能动堆芯余热安全冷却装置冷却堆芯余热的方法，其特征在于：具体如下：

当反应堆处于正常运行状态时，一回路主循环泵电源供电，由于非能动启动电磁阀(110)的电磁线圈的供电电源与压水堆一回路主循环泵的电源并联，因而非能动启动电磁阀(110)的开关状态取决于压水堆一回路的运行状态，所以非能动启动电磁阀(110)的阀芯依靠磁力的作用保持在其上限位置，非能动启动电磁阀(110)呈自然关闭状态，这时完全非能动堆芯余热安全冷却装置处于备用状态；当压水堆发生事故导致一回路停闭时，主循环泵断电，于是非能动启动电磁阀(110)的电磁线圈亦断电，磁力消失导致非能动启动电磁阀(110)的阀芯受重力作用下降，非能动启动电磁阀(110)被打开，完全非能动堆芯余热安全冷却装置被自然启动；这时，蒸汽发生器(104)产生的蒸汽先通过非能动启动电磁阀(110)，再通过常开电动 截止阀(111)，接着分别通过两个支路连接二位四通液压控制阀(112)的下部蒸汽支路(119)和上部蒸汽支路(120)，由于完全非能动堆芯余热安全冷却装置投入运行初期，高位常压大容积水池(109)内充满水，水和水箱的总重力最大，总重力和二位四通液压控制阀(112)底部的弹簧(123)弹力同时作用于活塞杆(122)，活塞杆(122)处于最低位置，导致下部蒸汽支路(119)完全关闭，上部蒸汽支路(120)完全开启，因此所有蒸汽通过上部蒸汽支路(120)流向水冷凝汽器(108)，释放热量后形成冷凝水通过二回路回水管(117)返回蒸汽发生器(104)，相应的，高位常压大容积水池(109)中的水吸收蒸汽释放的热量后升温至逐渐蒸发，当高位常压大容积水池(109)内的水逐渐蒸发减少时，其总重力逐渐减小，活塞杆(122)在弹簧(123)弹力和高位常压大容积水池(109)总重力的净作用力下逐渐往上移动，这时，通往空冷凝汽器(113)的下部蒸汽支路(119)开启，通往水冷凝汽器(108)的上部蒸汽支路(120)流通截面变小，因此，有部分蒸汽通过下部蒸汽支路(119)在空冷凝汽器(113)中被冷凝，放出热量后形成的水亦通过二回路回水管(117)返回蒸汽发生器(104)；随着高位常压大容积水池(109)内的水逐渐减少，活塞杆(122)不断上移，最终导致通往水冷凝汽器(108)的上部蒸汽支路(120)闭合，所有的蒸汽被送往空冷凝汽器(113)进行冷凝，堆芯余热直接传入大气，由此保证对堆芯余热无限时的自然安全冷却。