一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114220573A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202111287423.2(22)申请日2021.11.02(71)申请人中国核电工程有限公司地址100840北京市海淀区西三环北路117号(72)发明人杨长江孙燕宇郑云涛董建华(74)专利代理机构北京天悦专利代理事务所(普通合伙)11311代理人任晓航屈献庄(51)Int.Cl.G21C15/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统(57)摘要本发明公开了一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统(PCS)，包括：PCS水箱，PCS水箱箱体下部连接有PCS系统循环管道，PCS系统循环管道包括PCS系统下降管道和PCS系统上升管道；PCS水箱内设有汽水分离器，汽水分离器下端与PCS系统上升管道连通；PCS水箱在汽水分离器一侧的箱体上部设有排气通道，排气通道上方设有排气装置，另一侧的箱体上部设有进气装置。本发明解决了现有非能动安全壳热量排出系统在长期运行阶段，壳外水箱温度达到饱和状态，系统运行性能降低的矛盾，通过壳外水箱表面的二次蒸发冷却水箱，降低其长期运行时壳外水箱温度，改善系统运行特性，达到增强非能动安全壳热量排出系统性能的目的。CN114220573ACN114220573A权利要求书1/1页1.一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统，其特征在于，包括：PCS水箱，所述PCS水箱箱体下部连接有PCS系统循环管道，所述PCS系统循环管道包括PCS系统下降管道和PCS系统上升管道；所述PCS水箱内设有汽水分离器，所述汽水分离器下端与所述PCS系统上升管道连通；所述PCS水箱在所述汽水分离器一侧的箱体上部设有排气通道，所述排气通道上方设有排气装置，另一侧的箱体上部设有进气装置；当PCS运行时，水从所述PCS系统下降管道流出所述PCS水箱，进入安全壳内的PCS热交换器，被壳内空气加热后通过所述PCS系统上升管道流回所述PCS水箱；当所述PCS水箱温度较低时，PCS回路为单相水循环，当所述PCS水箱温度升高到一定程度，在所述PCS系统上升管道内的水将超过大气压力所对应的饱和温度，随着在所述PCS系统上升管道内向上流体，压力降低，一部分水将闪蒸为蒸汽，并通过所述汽水分离器排出，水蒸汽溢出水面后，进入所述排气通道，并通过所述排气装置排入大气环境。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由于水蒸汽密度低，蒸汽通过所述排气通道排放时，形成烟囱效应，并将空气从所述进气装置吸入所述PCS水箱，空气在所述PCS水箱水表面掠过，促进表面蒸发，带走蒸发产生的蒸汽，并通过所述排气通道和所述排气装置排出。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过合理设置所述排气通道的高度和流通面积，达到增强烟囱效应的作用；所述排气通道的高度越高，即所述PCS水箱与所述排气装置的排气口之间的高度差越大，其烟囱效应越强，气体的流动速度越大，从而使所述进气口吸入更多的空气，用以降低所述PCS水箱内上部空间的空气湿度，提升蒸发速率。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述进气口和所述排气口的流通面积及所述排气口的高度，根据PCS系统总功率水平、所述PCS水箱所需达到的冷却温度、所述PCS水箱面积的综合考虑，并基于自然循环伯努利方程、水面蒸发扩散方程计算得出，并考虑工程可实施性的因素。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述PCS水箱箱体上部按照一定的面积比例设置多个进气口或者设置进气流量分配通道，同时与排气口处于所述PCS水箱箱体的两端。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排气通道设置在所述汽水分离器的正上位置，保证通过所述汽水分离器排出的饱和蒸汽能够直接进入所述排气通道，而不需要在所述PCS水箱内上部流动。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PCS系统下降管道和所述PCS系统上升管道之间设有适当的距离，以有利于从所述PCS系统上升管道流入所述PCS水箱内的高温水能充分流动到水箱表面各个区域而得到充分冷却。8.根据权利要求1‑7任一项所述的系统，其特征在于，所述PCS水箱结构设计应考虑箱体深度与面积的合理分配。2CN114220573A说明书1/5页一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统技术领域[0001]本发明涉及非能动系统领域，具体涉及一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统。背景技术[0002]非能动系统指不依靠外部动力源，仅靠重力、蓄压势能等自然特性来实现其功能的系统。由于不需要外部动力源支持，不会因为动力源的失效而丧失其功能，因而非能动系统一般认为具