乏燃料水池非能動補水及熱量導出系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核電廠的安全系統(tǒng)，尤其涉及一種乏燃料水池非能動補水及熱量導出系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]核電的使用是人類在能源利用史上的一個重大突破，利用原子核的裂變反應，核燃料能夠產(chǎn)生其他所有傳統(tǒng)化石能源所無法比擬的高能量輸出，并且，這些高能量輸出往往只需要耗費少量的核燃料。這種低投入高產(chǎn)出的特性，使得人類日益重視對核能的利用，并不斷加大在核能領域的研究開發(fā)，時至今日，核能已經(jīng)成為世界上許多國家的重要能源組成部分。
[0003]然而，核電在具有極高利用價值的同時，其所可能帶來的危害也令人們談核色變。在使用核電的過程中，如果保護不當而致使出現(xiàn)核泄漏等重大事故，將會對核電廠周邊的環(huán)境乃至全人類帶來及其嚴重的核污染災害，因此，如何在對核能的開發(fā)利用過程中保證其安全性，是一個極其重要的研究課題。
[0004]乏燃料是指在反應堆內(nèi)進行一定時間的裂變反應之后，達到了設計燃耗而被卸載出反應堆的核燃料。由于被卸載后的乏燃料仍會在相當長的時間內(nèi)繼續(xù)產(chǎn)生衰變熱，因此現(xiàn)有的壓水堆核電廠通常會將乏燃料組件儲存在乏燃料水池內(nèi)并利用乏燃料水池的冷卻系統(tǒng)對乏燃料進行冷卻，將其產(chǎn)生的熱量排出至最終熱阱(大氣、江河、大海等)，被冷卻后的乏燃料可以進行溶解等后處理，以提取尚有利用價值的核素。然而，現(xiàn)有技術中的乏燃料水池冷卻系統(tǒng)一般依靠能動設備運轉(zhuǎn)，而能動設備則需要依賴于核電廠的主電源或應急電源啟動，當核電廠出現(xiàn)事故而導致全面斷電時，能動設備得不到電源供應而無法啟動冷卻系統(tǒng)，乏燃料產(chǎn)生的熱量就會得不到釋放，從而導致乏燃料水池內(nèi)的溫度持續(xù)升高，冷卻劑沸騰并蒸發(fā)，在乏燃料廠房內(nèi)充斥高溫氣體，對事故處理造成阻礙，同時，冷卻劑的蒸發(fā)(或其他原因失水)導致液位下降，乏燃料組件因裸露出冷卻劑之外而失去冷卻，甚至發(fā)生破損，增加了放射性物質(zhì)釋放的危險。
[0005]因此，急需一種非能動的乏燃料水池補水及熱量導出系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種非能動的乏燃料水池補水及熱量導出系統(tǒng)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種乏燃料水池非能動補水及熱量導出系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括冷卻水池、回路熱管系統(tǒng)及噴淋系統(tǒng)，所述冷卻水池設置在所述乏燃料水池的上方，所述回路熱管系統(tǒng)呈封閉的回路結(jié)構且一端設置在所述乏燃料水池內(nèi)，另一端設置在所述冷卻水池內(nèi)，所述回路熱管系統(tǒng)內(nèi)具有冷凝介質(zhì)，所述噴淋系統(tǒng)設置于所述乏燃料水池及冷卻水池之間并與所述冷卻水池連通，所述噴淋系統(tǒng)包括向所述乏燃料水池內(nèi)補充冷卻劑的噴水口及連通或隔斷所述冷卻水池與噴水口的噴淋啟動閥門。
[0008]與現(xiàn)有技術相比，由于本發(fā)明在所述乏燃料水池及冷卻水池之間設置了所述回路熱管系統(tǒng)，利用所述回路熱管系統(tǒng)內(nèi)冷凝劑的循環(huán)往復及形態(tài)變化來將所述乏燃料水池內(nèi)乏燃料產(chǎn)生的熱量傳導到所述冷卻水池內(nèi)，該過程中冷凝劑的循環(huán)藉由其自身形態(tài)的改變而實現(xiàn)，無需依賴外界電力，實現(xiàn)了非能動的熱量導出；所述回路熱管系統(tǒng)的特殊毛細結(jié)構則令熱傳導的效率較高。由于所述回路熱管系統(tǒng)是封閉的回路結(jié)構，因此在熱量傳導的過程中不會導致乏燃料廠房與外界連通。同時，通過設置與所述冷卻水池連通的所述噴淋系統(tǒng)，可以在所述乏燃料水池內(nèi)液位較低而乏燃料組件裸露時將所述冷卻水池內(nèi)的冷卻劑噴灑到所述乏燃料水池內(nèi)，對乏燃料組件進行有效冷卻，防止乏燃料組件的破損，提高了乏燃料水池的安全性。
[0009]較佳地，所述回路熱管系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、冷凝器、上升通道及下降通道，所述蒸發(fā)器設置于所述乏燃料水池內(nèi)，所述冷凝器設置于所述冷卻水池內(nèi)，所述蒸發(fā)器的輸出端通過所述上升通道與所述冷凝器的輸入端連通，所述冷凝器的輸出端通過所述下降通道與所述蒸發(fā)器的輸入端連通。冷凝劑在蒸發(fā)器中吸收乏燃料水池內(nèi)的熱量并被汽化，氣態(tài)冷凝劑沿所述上升通道進入所述冷凝器內(nèi)并將熱量傳遞給所述冷卻水池內(nèi)的冷卻劑，冷凝劑被重新液化后通過所述下降通道再次流入所述蒸發(fā)器器內(nèi)，開始下一循環(huán)的熱量傳導。
[0010]具體地，所述回路熱管系統(tǒng)還包括連通或隔斷所述蒸發(fā)器與冷凝器的啟動閥門。所述啟動閥門的作用是連通或隔斷所述回路熱管系統(tǒng)的熱量傳輸回路，以啟動或停止所述乏燃料水池與冷卻水池之間的熱量傳導。
[0011]更具體地，所述啟動閥門設置于所述下降通道。將所述啟動閥門設置在所述下降通道，可以將液態(tài)冷凝劑隔絕在所述蒸發(fā)器之外而安全地停止回路熱管系統(tǒng)的導熱循環(huán)，避讓將熱量傳遞到乏燃料廠房的內(nèi)部空間或高溫氣態(tài)冷凝劑堆積造成的安全隱患。
[0012]較佳地，所述噴淋系統(tǒng)還包括懸置于所述乏燃料水池上方的噴淋管線，所述噴淋管線與所述冷卻水池連通且多個所述噴水口分別開設于所述噴淋管線，所述噴淋啟動閥門設置于所述噴淋管線。設置所述噴淋管線并在其上開設多個所述噴水口的目的是為了將所述冷卻水池內(nèi)的冷卻劑更均勻地噴灑到所述乏燃料水池，使乏燃料水池內(nèi)的冷卻劑被更快、更均勻地冷卻，有效阻止冷卻劑蒸發(fā)。
[0013]具體地，所述噴淋管線上形成有多個喇叭狀的噴淋頭，所述噴水口開設于所述噴淋頭。噴淋頭的設計是為了增大噴淋面積。
[0014]較佳地，所述噴淋啟動閥門為壓力控制閥。所述乏燃料水池內(nèi)溫度過高并使冷卻劑蒸發(fā)，乏燃料廠房內(nèi)由于高壓氣體的充斥，壓力不斷升高，當達到一定值時，壓力控制閥被打開，噴淋系統(tǒng)啟動；將噴淋啟動閥門設置為壓力控制閥可以實現(xiàn)閥門的自動開啟而無需借助外界電力啟動，實現(xiàn)了非能動的補水。
[0015]較佳地，所述乏燃料水池設置在乏燃料廠房內(nèi)，所述冷卻水池設置在所述乏燃料廠房外，并位于所述乏燃料廠房的房頂。將所述冷卻水池設置在所述乏燃料廠房外可以避免冷卻水池內(nèi)的冷卻劑受熱蒸發(fā)后形成高溫蒸汽并充斥在乏燃料廠房內(nèi)，并且通過與外界環(huán)境的直接接觸，更容易將冷卻劑的熱量帶走。
[0016]具體地，所述冷卻水池內(nèi)設有與大氣連通并在冷卻水池的冷卻劑蒸干后對所述回路熱管系統(tǒng)的另一端起到風冷作用的冷卻風道。當發(fā)生事故時間較長且非能動的乏燃料水池補水及熱量導出系統(tǒng)長時間工作后，所述冷卻水池內(nèi)的冷卻劑被蒸干，則無法繼續(xù)通過液體接觸來散發(fā)回路熱管系統(tǒng)中的熱量，因此需要設置所述冷卻風道，產(chǎn)生冷風對流來對回路熱管系統(tǒng)進行冷卻。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明非能動的乏燃料水池補水及熱量導出系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合給出的說明書附圖對本發(fā)明的較佳實施例作出描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明乏燃料水池非能動補水及熱量導出系統(tǒng)I包括冷卻水池10、回路熱管系統(tǒng)11及噴淋系統(tǒng)12，所述冷卻水池10設置在所述乏燃料水池2的上方，所述回路熱管系統(tǒng)11呈封閉的回路結(jié)構且一端設置在所述乏燃料水池2內(nèi)，另一端設置在所述冷卻水池10內(nèi)，所述回路熱管系統(tǒng)11內(nèi)具有冷凝介質(zhì)，所述噴淋系統(tǒng)12設置于所述乏燃料水池2及冷卻水池10之間并與所述冷卻水池10連通，所述噴淋系統(tǒng)12包括向所述乏燃料水池2內(nèi)補充冷卻劑的噴水口 120及連通或隔斷所述冷卻水池10與噴水口 120的噴淋啟動閥門121。
[0020]所述乏燃料水池2用于儲存并冷卻乏燃料組件3，因此所述乏燃料水池2內(nèi)注滿冷卻劑(水)，冷卻劑淹沒所述乏燃料組件3以避免乏燃料組件3的裸露并保證充分冷卻。所述乏燃料水池2設置在乏燃料廠房4內(nèi)。為了避免外界因素的干擾并杜絕乏燃料組件3意外破損后對外界產(chǎn)生放射性污染，所述乏燃料廠房4應該與外界環(huán)境隔離設置。
[0021]具體地，所述回路熱管系統(tǒng)11包括蒸發(fā)器110、冷凝器111、啟動閥門112、上升通道及113下降通道114。所述蒸發(fā)器110設置于所述乏燃料水池2內(nèi)并與所述乏燃料水池2內(nèi)的冷卻劑保持充分接觸，所述冷凝器111設置于所述冷卻水池10內(nèi)并與所述冷卻水池10內(nèi)的冷卻劑(水)保持充分接觸，所述蒸發(fā)器110的輸出端通過所述上升通道113與所述冷凝器111的輸入端連通，所述冷凝器111的輸出端通過所述下降通道114與所述蒸發(fā)器110的輸入端連通。所述上升通道113及下降通道114均為設置在所述蒸發(fā)器110與冷凝器111之間的管路。所述啟動閥門112設置在所述下降通道114上并位于所述乏燃料廠房4的內(nèi)部，且所述啟動閥門112位于所述乏燃料水池2的上方。所述啟動閥門112為常閉狀態(tài)并依靠系統(tǒng)內(nèi)置的電源(電池盒等)開啟，也可以設置為與核電廠的主電源或應急電源成“非”門邏輯電路，即當主電源或應急電源供電正常時，所述啟動閥門112關閉，所述回路熱管系統(tǒng)11被隔斷而不工作，所述乏燃料水池2依靠常規(guī)的冷卻系統(tǒng)進行冷卻，當核電廠出現(xiàn)事故而導致主電源或應急電源中斷時，所述啟動閥門112被開啟，所述回路熱管系統(tǒng)11連通并開始對所述乏燃料水池2進行應急冷卻。當然，所述啟動閥門112也可以同時具有手動操作的功能，即可以被手動開啟。
[0022]所述回路熱管系統(tǒng)11的工作原理是:冷凝劑在蒸發(fā)器110中吸收乏燃料水池2內(nèi)的熱量并被汽化，氣態(tài)冷凝劑沿所述上升通道113進入所述冷凝器111內(nèi)并將熱量傳遞給所述冷卻水池10內(nèi)的冷卻劑，冷凝劑被重新液化后通過所述下降通道114再次流入所述蒸發(fā)器110器內(nèi)，開始下一循環(huán)的熱量傳導。由于所述回路熱管系統(tǒng)11是封閉的回路結(jié)構，因此在熱量傳導的過程中不會導致乏燃料廠房4與外界連通。
[0023]所述啟動閥門112