Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией и способ
Изобретение относится к пассивной системе охлаждения с естественной циркуляцией, расположенной в баке для пассивной конденсации. Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией содержит бак для пассивной конденсации, выполненный с возможностью размещения охлаждающей воды, и устройство для рециркуляции конденсата, расположенное внутри бака для пассивной конденсации. Устройство для рециркуляции конденсата включает в себя трубу, проходящую вверх от верхней части бака для пассивной конденсации, и множество сепараторов, расположенных внутри бака или трубы для пассивной конденсации. Технический результат – создание пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией, обеспечивающей поддержание функции охлаждения в течение длительного времени за счет естественной движущей силы без отдельного действия оператора, в том числе в случае обесточивания энергоблока. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пассивной системе охлаждения с естественной циркуляцией, расположенной в баке для пассивной конденсации, и способу охлаждения, использующему ее.
Предпосылки изобретения
Пассивные баки для конденсата используются в качестве теплопоглощающих баков для удаления тепла из реактора (физической теплоты реактора и остаточного тепла активной зоны реактора) после возникновения аварий на различных реакторах, включающих в себя интегральный реактор. Тепло реактора, в конечном счете, передается баку для пассивной конденсации через пассивную вспомогательную систему подачи воды. Соответственно, охлаждающая вода в баке для пассивной конденсации испаряется, и тепло отводится в атмосферу.
Теплообменник в пассивной вспомогательной системе подачи воды является типом с водяным охлаждением (реактор SMART в Кореи, AP1000 корпорации Вестингауз в США), типом с воздушным охлаждением (SCOR во Франции) или типом с гибридным охлаждением (IMR в Японии) с совместным водяным охлаждением и воздушным охлаждением.
Способ охлаждения теплообменника понятен со ссылкой на ссылочный документ 1.
[Ссылочный документ 1] IAEA-TECDOC-1624, Пассивные системы безопасности и естественная циркуляция на атомных электростанциях с водяным охлаждением, IAEA, 2009.
Обычно, теплообменник с водяным охлаждением является преимущественным при требовании уменьшения объема теплообменника вследствие его отличной эффективности охлаждения. Однако, охлаждающая вода внутри бака для пассивной конденсации, который получает тепло от теплообменника, постепенно испаряется и в результате выпускается после возникновения аварии. Следовательно, охлаждающая вода бака для пассивной конденсации должна периодически пополняться для долговременного охлаждения, превышая объем для хранения охлаждающей воды.
С другой стороны, теплообменник с воздушным охлаждением является преимущественным в том, что периодическое пополнение охлаждающей воды не требуется, поскольку нет бака для пассивной конденсации, но эффективность охлаждения теплообменника с воздушным охлаждением ниже эффективности охлаждения теплообменника с водяным охлаждением. Эффективность теплообменника с воздушным охлаждением зависит от эффективности теплопередачи поверхности стенки трубы, с которой воздух приведен в контакт. Поскольку эффективность теплопередачи теплообменника с воздушным охлаждением понижается при передаче тепла на наружную сторону (наружный воздух) через поверхность стенки трубы, размер и количество теплообменников должны увеличиваться.
Кроме того, эффективность теплопередачи теплообменника с гибридным охлаждением значительно уменьшается во время работы с воздушным охлаждением по сравнению с работой с водяным охлаждением, и, таким образом, относительно большой теплообменник должен использоваться вместо теплообменника с водяным охлаждением.
Для охлаждения внутренней части теплообменника пассивной вспомогательной системы подачи воды широко используется конденсационный теплообменник для конденсации пара, имеющий отличную эффективность теплопередачи. Поскольку теплообменник пассивной вспомогательной системы подачи воды обычно работает при высокой температуре и высоком давлении, расчетное давление является очень высоким. Таким образом, стабильность должна быть дополнительно принята во внимание. При увеличении размера теплообменника экономическая эффективность значительно уменьшается.
Тепло, передаваемое реактором после возникновения аварии на реакторе, не всегда является постоянным. В отличие от обычных бойлеров ядерный реактор генерирует остаточное тепло в активной зоне в течение значительного периода времени после прекращения работы активной зоны реактора. Соответственно, при прекращении работы реактора вследствие аварии или тому подобного большое количество остаточного тепла отводится из активной зоны на ранней стадии аварии, и отведенное остаточное тепло значительно уменьшается с течением времени. Следовательно, тепло, передаваемое от реактора баку для пассивной конденсации, значительно уменьшается в соответствии со временем после аварии.
Баки для пассивной конденсации известного уровня техники сконструированы с учетом аварийных характеристик этих реакторов, и обычно верхняя часть бака для пассивной конденсации является открытой атмосферному давлению. При передаче тепла баку для пассивной конденсации после возникновения аварии охлаждающая вода в баке для пассивной конденсации, который получила тепло, испаряется после нагрева, и затем ее фаза превращается в пар. Затем пар выпускается на наружную сторону через открытую часть бака для пассивной конденсации, так что тепловая нагрузка уменьшается за счет теплоты испарения.
Однако конструкция известного уровня техники имеет проблему в том, что количество охлаждающей воды в баке для пассивной конденсации постепенно уменьшается вследствие длительной работы бака для пассивной конденсации и, в конечном счете, расходуется. Кроме того, функция охлаждения может продлеваться посредством периодического пополнения охлаждающей воды. Однако, если доступ к баку для пассивной конденсации невозможен вследствие утечки радиоактивных материалов после возникновения аварии, пополнение бака для пассивной конденсации фактически имеет предел.
Раскрытие изобретения
Аспектом настоящего изобретения является создание пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией, обеспечивающей поддержания функции охлаждения в течение длительного времени посредством компенсации недостатка, связанного с потерей функции охлаждения вследствие ограничения объема бака для пассивной конденсации, и способа охлаждения, использующего ее.
Другим аспектом настоящего изобретения является создание пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией, обеспечивающей работу только за счет естественной движущей силы без отдельного действия машиниста (или оператора), даже когда возникает обесточивание энергоблока, или доступ оператора невозможен вследствие утечки радиоактивного материала, и способа охлаждения, использующего ее.
Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя бак для пассивной конденсации, выполненный с возможностью вмещения охлаждающей воды, и устройство для рециркуляции конденсата, расположенное в баке для пассивной конденсации или над баком для пассивной конденсации и выполненное с возможностью конденсации охлаждающей воды таким образом, что охлаждающая вода циркулирует внутри бака для пассивной конденсации. Устройство для рециркуляции конденсата может включать в себя трубу, проходящую вверх от верхнего участка бака для пассивной конденсации, и множество сепараторов, расположенных в баке для пассивной конденсации или трубе.
Множество сепараторов может включать в себя первый сепаратор, проходящий вниз от одной стороны внутренней стенки бака для пассивной конденсации к другой стороне с наклоном, для разделения нижнего и верхнего участков в виде первой и второй областей, соответственно.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения множество сепараторов может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, один из второго и третьего сепараторов, проходящих в продольном направлении трубы для минимизации утечки пара, поднимающегося по трубе.
В варианте осуществления второй и третий сепараторы могут быть расположены на расстоянии друг от друга. Второй сепаратор может проходить вверх от первого сепаратора. Третий сепаратор может проходить вниз от верхней внутренней стенки трубы для образования направленного вниз канала потока пара, поднимающегося по второму сепаратору.
В варианте осуществления первый сепаратор может содержать паросборную направляющую трубу. Паросборная направляющая труба может проходить в нижнюю область первого сепаратора и внутреннюю область трубы, отделенную вторым сепаратором.
В варианте осуществления длина вставки паросборной направляющей трубы в нижнюю область первого сепаратора может быть определена на основании информации, относящейся к предварительно установленному уровню воды и давлению.
В примере осуществления труба может содержать теплообменник для передачи тепла охлаждающей воды внутри трубы наружному воздуху, и теплообменник может включать в себя каналы потока наружного воздуха в виде пучка, образованные с возможностью проникновения через трубу.
В варианте осуществления над первым сепаратором может быть расположен выпускной клапан для наполнения воды и предохранительный клапан для устранения повышения давления как минимум в предварительно установленном диапазоне в баке для пассивной конденсации.
В варианте осуществления труба может содержать выпускное отверстие для наружного воздуха, образованное на его верхней стороне, и выпускное отверстие для наружного воздуха содержать конструкцию для сбора конденсата для дополнительного сбора конденсата.
Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения может дополнительно включать в себя теплообменник, установленный под первым сепаратором для получения тепла от охлаждающей воды в первой области.
В варианте осуществления теплообменник может включать в себя впускное отверстие, образованное на первом сепараторе, для обеспечения подачи охлаждающей воды из второй области, выпускное отверстие, образованное на первом сепараторе в положении, расположенном на расстоянии от впускного отверстия, для обеспечения прохождения охлаждающей воды, поданной воды через впускное отверстие, и корпус, соединяющий впускное отверстие и выпускное отверстие на задней поверхности первого сепаратора, и выполненный таким образом, что поданная охлаждающая вода испаряется посредством обмена тепла с охлаждающей водой в первой области при прохождении через корпус.
Предпочтительно, выпускное отверстие может быть расположено выше впускного отверстия над первым сепаратором.
Корпус может быть образован с наклоном вверх от впускного отверстия к выпускному отверстию.
Корпус может включать в себя множество труб, образованных в виде пучка, для увеличения площади теплообмена.
Может быть образовано множество впускных отверстий и выпускных отверстий, соответственно. Корпус может включать в себя множество первых труб, каждая из которых имеет одну сторону, соединенную с каждым из множества впускных отверстий, и другую сторону, проходящую вниз, множество вторых труб, каждая из которых имеет одну сторону, соединенную с другой стороной каждой из множества первых труб, и другую сторону, образованную в наклонном направлении, и множество третьих труб, каждая из которых имеет одну сторону, соединенную с другой стороной каждой из множества вторых труб, и другую сторону, проходящую вверх для соединения с каждым из множества выпускных отверстий.
Корпус может дополнительно включать в себя первый соединительный участок, соединяющий множество первых труб и множество вторых труб таким образом, что охлаждающая вода, поданная из каждой из множества первых труб, соединяется и затем снова распределяется во множество вторых труб, и второй соединительный участок, соединяющий множество вторых труб и множество третьих труб таким образом, что охлаждающая вода, подаваемая из каждой из множества вторых труб, соединяется и затем распределяется снова во множество третьих труб.
Может быть установлено множество первых теплообменников, и высоты впускного отверстия и выпускного отверстия каждого из теплообменников могут последовательно уменьшаться на первом сепараторе.
Устройство для рециркуляции конденсата может дополнительно включать в себя второй сепаратор, расположенный над первым сепаратором, который расположен на расстоянии от первого сепаратора, для конденсации пара, выпаренного из охлаждающей воды во второй области, и пара, образованного в теплообменнике.
Второй сепаратор может проходить вниз от одной стороны бака для пассивной конденсации к другой стороне под наклоном.
Второй сепаратор предпочтительно может содержать множество выступов, образованных на его одной поверхности с возможностью выступа для увеличения эффективности теплообмена.
Множество перегородок может быть образовано на внутренней стенке трубы, вызывая конденсацию пара, содержащегося в воздухе, поднимающемся по трубе.
Наружная стенка трубы может быть выполнена из материала, имеющего низкую скорость поглощения под действием солнечного излучения, высокую отражательную способность и высокую излучательную способность в окружающей воздух, для устранения повышения температуры внутри трубы.
Результаты изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, имеющим вышеупомянутую конструкцию, в многоступенчатом устройстве для рециркуляции конденсата пар, выпаренный из бака для пассивной конденсации, может конденсироваться после передачи тепла элементам устройства для рециркуляции конденсата на каждом этапе, и канал потока может быть образован таким образом, что конденсат циркулирует внутри бака для пассивной конденсации. Это может привести к конденсации и рециркуляции пара, выходящего из бака для пассивной конденсации. Следовательно, даже когда бак для пассивной конденсации не может быть пополнен охлаждающей водой вследствие утечки радиации после возникновения аварии на реакторе, бак для пассивной конденсации может работать с помощью естественной движущей силы для пассивного сбора конденсата и пополнения его охлаждающей водой, таким образом, постоянно поддерживая уровень охлаждающей воды без увеличения объема бака для пассивной конденсации. Следовательно, функция охлаждения бака для пассивной конденсации может поддерживаться, даже когда потребление электроэнергии прервано в течение длительного времени, и возникают различные аварии на реакторе.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением физическая теплота и остаточное тепло могут отводиться в течение длительного времени посредством поддержания работы бака для пассивной конденсации в течение длительного времени.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - концептуальный вид пассивной вспомогательной системы подачи воды в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - перспективный вид пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - перспективный вид увеличенного участка пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.4A и 4B - виды теплообменника в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.5A-5C - виды теплообменника, работающего в соответствии с уровнем охлаждающей воды в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.6 - концептуальный вид пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией и герметичного помещения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.7A-7E - концептуальные виды, последовательно иллюстрирующие способ охлаждения пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.8 - перспективный вид пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.9A и 9B - концептуальные виды, последовательно иллюстрирующие способ охлаждения пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.10 - вид пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с первым подробным вариантом осуществления;
фиг.11A и 11B - виды пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии со вторым подробным вариантом осуществления;
фиг.12A и 12B - виды пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с третьим подробным вариантом осуществления.
Подробное описание изобретения
Ниже более подробно будет дано описание пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией и способа ее охлаждения в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на сопроводительные чертежи. Для краткого описания со ссылкой на чертежи одни и те же или эквивалентные элементы будут обозначены одними и теми же ссылочными позициями, и их описание не будет повторено. Единственное представление, используемое в данном документе, может включать в себя множественное представление, если оно не будет иметь определенно другое значение из контекста.
Кроме того, охлаждающая вода относится к жидкому состоянию, но может использоваться для ссылки на пар в некоторых контекстах.
Перед описанием пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с настоящим изобретением сначала будет описана связанная пассивная вспомогательная система подачи воды.
Фиг.1 - концептуальный вид пассивной вспомогательной системы подачи воды в соответствии с настоящим изобретением. Пассивная вспомогательная система подачи воды выполнена с возможностью удаления остаточного тепла, непрерывно генерируемого в активной зоне реактора (не показано), даже после остановки работы реактора после возникновения аварии на реакторе.
Ниже, будут подробно описаны элементы пассивной вспомогательной системы подачи воды и их функции.
Пассивная вспомогательная система подачи воды включает в себя парогенератор 10, соединенный с основной паровой трубой 30 и основной трубой 40 для подачи воды, впускную соединительную трубу 31 конденсационного теплообменника, соединенную с основной паровой трубой 30, выпускную соединительную трубу 41 конденсационного теплообменника, соединенную с основной трубой 40 для подачи воды, и конденсационный теплообменник 20, соединенный с впускной соединительной трубой 31 конденсационного теплообменника и выпускной соединительной трубой 41 конденсационного теплообменника.
Парогенератор 10 соединен с реактором (не показан) для генерации пара посредством использования тепла, передаваемого реактором. Одна сторона верхнего участка парогенератора 10 соединена с основной паровой трубой 30, и одна сторона его нижнего участка соединена с основной трубой 40 для подачи воды.
То есть, парогенератор 10 получает воду через основную трубу 40 для подачи воды и подает генерируемый пар через основную паровую трубу 30. Генерируемый пар подается на турбину (не показана) для получения электроэнергии за счет вращения турбины.
Однако, поскольку наиболее важным является понижение температур реактора (не показан) и парогенератора 10, чем получение электроэнергии при возникновении аварии на реакторе, впускной клапан 32 и выпускной клапан 42 открываются для приведения в действие пассивной вспомогательной системы подачи воды.
При приведении в действие пассивной вспомогательной системы подачи воды часть пара, подаваемого через основную паровую трубу 30, подается на конденсационный теплообменник 20 через впускную соединительную трубу 31 конденсационного теплообменника.
Конденсационный теплообменник 20 расположен в баке 100 для пассивной конденсации, вмещающем охлаждающую воду. Следовательно, пар, проходящий через конденсационный теплообменник 20, передает тепло охлаждающей воде внутри бака 100 для пассивной конденсации, изменяет ее фазу в жидкое состояние и затем проходит в основную трубу 40 для подачи воды снова через выпускную соединительную трубу 41 конденсационного теплообменника.
С другой стороны, охлаждающая вода в баке 100 для пассивной конденсации испаряется за счет получения тепла через конденсационный теплообменник 20, так что тепловая нагрузка уменьшается за счет теплоты испарения. Однако, при полном испарении охлаждающей воды и выпуске бак 100 для пассивной конденсации больше не работает, таким образом, вызывая предел долговременного охлаждения.
Соответственно, устройство 200 для рециркуляции конденсата улучшает способ теплообмена бака 100 для пассивной конденсации для полного исключения проблемы, связанной с расходом охлаждающей воды в баке 100 для пассивной конденсации. Поскольку охлаждающая вода в баке 100 для пассивной конденсации может циркулировать за счет работы устройства 200 для рециркуляции конденсата, бак 100 для пассивной конденсации может осуществлять функцию рассеивания тепла в течение более длительного периода времени.
Ниже, как показано на фиг.2 и 3, будет описана более подробно пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией.
Фиг.2 - перспективный вид пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией, включающей в себя систему 200 рециркуляции конденсата в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, и фиг.3 - перспективный вид увеличенного участка пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией настоящего изобретения включает в себя бак 100 для пассивной конденсации, конденсационный теплообменник 20 и устройство 200 для рециркуляции конденсата.
Бак 100 для пассивной конденсации выполнен с возможностью вмещения охлаждающей воды. Бак 100 для пассивной конденсации предпочтительно выполнен таким образом, что его задняя поверхность является плоской для соответствия поверхности земли для надежного вмещения охлаждающей воды. Кроме того, хотя фиг.1 и 2 изображают бак 100 для пассивной конденсации в, по существу, форме прямоугольного параллелепипеда, бак 100 для пассивной конденсации может быть выполнен в различных формах, таких как цилиндрическая форма. Кроме того, бак 100 для пассивной конденсации может быть расположен на наружной стороне здания 50 защитной оболочки ядерного реактора.
Конденсационный теплообменник 20 расположен в баке 100 для пассивной конденсации для контакта с охлаждающей водой. Конкретно, конденсационный теплообменник 20 предпочтительно расположен на нижнем участке во внутренней области бака 100 для пассивной конденсации для максимального погружения в охлаждающую воду, даже если уровень охлаждающей воды изменяется. Как описано выше, конденсационный теплообменник 20 служит для передачи тепла, полученного от парогенератора 10, охлаждающей воде в баке 100 для пассивной конденсации.
Устройство 200 для рециркуляции конденсата расположено внутри бака 100 для пассивной конденсации или над баком 100 для пассивной конденсации. Устройство 200 для рециркуляции конденсата конденсирует охлаждающую воду, которая испаряется из бака 100 для пассивной конденсации, так что охлаждающая вода циркулирует внутри бака 100 для пассивной конденсации.
Устройство 200 для рециркуляции конденсата включает в себя первый сепаратор 210.
Первый сепаратор 210 проходит вниз от одной стороны внутренней стенки бака 100 для пассивной конденсации к другой стенке бака 100 для пассивной конденсации. Одна сторона первого сепаратора 210 может быть выполнена как одно целое с одной стороной внутренней стенки бака 100 для пассивной конденсации. В качестве альтернативы, первый сепаратор 210 и бак 100 для пассивной конденсации могут быть выполнены отдельно и соединены друг с другом с помощью сварки или болтового соединения. При этом, другая сторона первого сепаратора 210 не соединена с баком 100 для пассивной конденсации.
Первый сепаратор 210 может быть образован в форме пластины, имеющей заданную толщину, и большая поверхность пластины может быть расположена для обращения к нижнему и/или верхнему участку бака 100 для пассивной конденсации.
Первый сепаратор 210 может проходить вниз под заданным углом наклона. В качестве альтернативы, первый сепаратор может проходить с кривизной. В этом примере первый сепаратор 210 предпочтительно выгнут вверх.
Внутренняя область бака 100 для пассивной конденсации разделена на первую и вторую области 110 и 120 относительно первого сепаратора 210. Конкретно, первая область 110 расположена на нижнем участке, и вторая область расположена на верхнем участке относительно первого сепаратора 210.
Поскольку другая сторона первого сепаратора 210 не соединена с баком 100 для пассивной конденсации, первая и вторая области 110 и 120 не полностью отделены друг от друга и имеют участок между собой для сообщения друг с другом. Поскольку охлаждающая вода может свободно перемещаться через этот участок, повышение давления бака 100 для пассивной конденсации вследствие давления пара, генерируемого в первой области, предотвращено.
Поскольку первый сепаратор 210 расположен на верхнем участке первой области 110, охлаждающая вода, испаренная в первой области 110, герметически закрыта первым сепаратором 210. Давление пара, создаваемое благодаря пару, собранному в первой области 110, понижает уровень охлаждающей воды в первой области 110. Это будет описано подробно ниже.
Устройство 200 для рециркуляции конденсата может дополнительно включать в себя теплообменник 220 в дополнение к первому сепаратору 210. Теплообменник 220 установлен на нижнем участке первого сепаратора 210 для получения тепла от охлаждающей воды в первой области 110.
Теплообменник 220 включает в себя впускное отверстие 226, корпус 227 и выпускное отверстие 228.
Выпускное отверстие 226 образовано на первом сепараторе 210, так что охлаждающая вода из второй области 120 проходит через него в теплообменник 220. Выпускное отверстие 228 образовано на первом сепараторе 210 в положении, расположенном на расстоянии от впускного отверстия 226, так что охлаждающая вода, поданная через впускное отверстие 226, выходит через него. Корпус 227 соединяет впускное отверстие 226 и выпускное отверстие 228 на задней поверхности первого сепаратора 210.
Впускное отверстие 226 и выпускное отверстие 228 образованы в форме отверстия, проходящего через первый сепаратор 210, так что, по меньшей мере, часть корпуса 227 может вставляться в впускное отверстие 226 и выпускное отверстие 228. Кроме того, корпус 227 может быть выполнен в полой трубчатой форме, так что текучая среда может проходить в нем.
Охлаждающая вода, поданная через впускное отверстие 226, совершает теплообмен с охлаждающей водой внутри первой области 110 при прохождении по внутренней стороне корпуса 227. Конкретно, поскольку конденсационный теплообменник 20 расположен в первой области 110, охлаждающая вода в первой области 110 сначала получает тепло от конденсационного теплообменника 20. Поскольку охлаждающая вода в корпусе 227 имеет относительно низкую температуру по сравнению с охлаждающей водой в первой области 110, тепло передается от охлаждающей воды в первой области 110 охлаждающей воде в корпусе 227. Охлаждающая вода в корпусе 227, которая получила тепло, нагревается и/или испаряется и выходит через выпускное отверстие 228 вследствие явления естественной конвекции.
При этом выпускное отверстие 228 расположено выше впускного отверстия 226 на первом сепараторе 210. Кроме того, начальный уровень охлаждающей воды расположен над выпускным отверстием 228. Подробности этого будут описаны ниже.
Кроме того, корпус 227 наклонен в направлении от впускного отверстия 226 к выпускному отверстию 228, так что горячий пар, генерируемый в корпусе 227, может выпускаться только через выпускное отверстие 228, в не впускное отверстие 226. Это обусловлено тем, что охлаждающая вода в жидком состоянии и пар в газообразном состоянии могут существовать одновременно в корпусе 227, и пар с относительно высокой температурой стремится подняться вследствие явления конвекции.
То есть, охлаждающая вода во второй области 120 может перемещаться в направлении последовательно через впускное отверстие 226, корпус 227 и выпускное отверстие 228.
На фиг.4A и 4B изображен теплообменник 220 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Ниже, конструкция теплообменника 220 будет описана со ссылкой на фиг.4A и 4B.
Может быть образовано множество впускных отверстий 226 и выпускных отверстий 228 теплообменника 220, соответственно, и корпус 227 может содержать множество труб, образованных в виде пучка, для увеличения площади теплообменника.
Конкретно, корпус 227 может включать в себя множество первых труб 221, вторых труб 222 и третьих труб 223.
Одна сторона каждой из множества первых труб 221 соединена с каждым из множества впускных отверстий 226 и проходит вниз. Одна сторона каждой из множества вторых труб 222 соединена с другой стороной каждой из множества впускных первых труб 221. Одна сторона каждой из множества третьих труб 223 соединена с другой стороной каждой из множества вторых труб 222. Кроме того, другая сторона каждой из множества третьих труб 223 проходит вверх и соединена с каждым из множества выпускных отверстий 228. При этом, вторые трубы 222 образованы с наклоном от впускных отверстий 226 к выпускным отверстиям 228.
Корпус 227 может дополнительно включать в себя первый и второй соединительные участки 224 и 225, в дополнение к множеству первых труб 221, вторых труб 222 и третьих труб 223.
Первый соединительный участок 224 соединяет первые трубы 221 и вторые трубы 222, так что охлаждающая вода из множества первых труб 221 может соединяться вместе и распределяться во множество вторых труб 222. То есть, одна сторона первого соединительного участка 224 соединена с множеством первых труб 221, и другая его сторона соединена с множеством вторых труб 222.
Второй соединительный участок 225 соединяет вторые трубы 222 и третьи трубы 223, так что охлаждающая вода из вторых труб 222 может соединяться вместе и распределяться во множество третьих труб 223. То есть, одна сторона второго соединительного участка 225 соединена с множеством вторых труб 222, и другая его сторона соединена с множеством третьих труб 223.
Как показано на фиг.4B, множество штифтов 222a может быть соединено по периферии каждой из вторых труб 222 конденсационного теплообменника 220 для увеличения площади теплообмена.
Как показано на фиг.2 и 3, может быть установлено множество теплообменников 220, так что уровень воды в первой области (зоне) может поддерживаться более высоким, чем уровень воды в конденсационном теплообменнике 20.
Конкретно, множество теплообменников 220a, 220b и 220c установлены таким образом, что высоты впускного отверстия 226 и выпускного отверстия 228 каждого теплообменника 220 последовательно уменьшаются на первом сепараторе 210.
Высоты впускного отверстия 226 и выпускного отверстия 228 каждого из теплообменников 220 последовательно уменьшаются, так что, по меньшей мере, теплообменники 220 могут приводиться в действие, даже если уровень охлаждающей воды во второй области 120 изменяется.
Это будет описано более подробно со ссылкой на фиг.5.
На фиг.5 изображено три теплообменника 220a, 220b и 220c для объяснения теплообменника 220, приводимого в действие в соответствии с уровнем охлаждающей воды.
Как показано на фиг.5A, при заполнении бака 100 для пассивной конденсации достаточно большим количеством охлаждающей воды уровень охлаждающей воды во второй области 120 становится достаточно высоким. В этом случае охлаждающая вода из второй области 120 может вся подаваться в три теплообменника 220a, 220b и 220c. То есть, все три теплообменника 220a, 220b и 220c приводятся в действие.
Однако, как показано на фиг.5B или 5C, когда количество охлаждающей воды уменьшено на большее количество, чем ее начальное количество из-за испарения части охлаждающей воды в баке 100 для пассивной конденсации на наружную сторону бака 100 для пассивной конденсации, уровень охлаждающей воды во второй области 120 понижается. В этом случае охлаждающая вода из второй области 120 может подаваться в два или один теплообменник. Соответственно, только некоторые из множества теплообменников 220a, 220b и 220c приведены в действие.
То есть, высоты установки множества теплообменников 220a, 220b и 220c могут быть заданы по-разному, так что, по меньшей мере один теплообменник 220 приведен в действие независимо от уровня охлаждающей воды во второй области 120. Это может приводить к улучшенной работе устройства 200 для рециркуляции конденсата.
Устройство 200 для рециркуляции конденсата может дополнительно включать в себя второй сепаратор 230 в дополнение к первому сепаратору 210 и теплообменнику 220. Ниже, будет описан второй сепаратор 230 снова со ссылкой на фиг.2 и 3.
Второй сепаратор 230 расположен над первым сепаратором 210 на расстоянии для конденсации пара, испаренного из охлаждающей воды во второй области 120 и пара, образованного в теплообменнике 220.
Конкретно, второй сепаратор 230 проходит вниз от одной стороны внутренней стенки трубы 260 к другой стороне под наклоном. Одна сторона второго сепаратора 230 может быть выполнена как одно целое с одной стороной внутренней стенки бака 100 для пассивной конденсации. В качестве альтернативы, второй сепаратор 230 и бак 100 для пассивной конденсации могут быть выполнены отдельно и соединены друг с другом с помощью сварки или болтового соединения. С другой стороны, другая сторона второго сепаратора 230 не соединена с баком 100 для пассивной конденсации.
Подобно первому сепаратору 210 второй сепаратор 230 может быть образован в форме пластины, имеющей заданную толщину, и большая поверхность пластины может быть расположена для обращения к нижнему и/или верхнему участку бака 100 для пассивной конденсации.
Второй сепаратор 230 может проходить вниз под заданным углом наклона. В качестве альтернативы, второй сепаратор может проходить с кривизной. В этом примере второй сепаратор 230 может быть также образован выгнутым вверх.
Второй сепаратор 230 забирает тепло из окружающего горячего пара для конденсации пара. Конденсированная охлаждающая вода перемещается вниз под действием силы тяжести и соединяется снова с охлаждающей водой во второй области 120. Процесс изменения фазы будет описан подробно ниже.
Второй сепаратор 230 включает в себя множество выступов 240, выступающих от одной поверхности второго сепаратора 230 для увеличения эффективности теплообмена. Множество выступов 240 может быть расположено на верхней поверхности или нижней поверхности второго сепаратора 230 для выступа вверх или вниз. Множество выступов 240 служат для увеличения контактной площади второго сепаратора 230 с наружным воздухом, имеющим относительно низкую температуру. При этом, множество выступов 240 может быть также образовано в виде конструкции в форме штифта или пластины.
Кроме того, устройство 200 для рециркуляции конденсата может дополнительно включать в себя впускное отверстие 250 для наружного воздуха и трубу 260.
Впускное отверстие 250 для наружного воздуха образовано на другой стороне бака 100 для пассивной конденсации, вызывания подачу наружного воздуха.
Труба 260 установлен на верхнем участке бака 100 для пассивной конденсации и проходит вверх, так что воздух, подаваемый через впускное отверстие 250 для наружного воздуха, поднимается
Кроме того, как показано на фиг.6, труба 260 может быть образована проходящей вверх в линейной форме, но, в качестве альтернативы, может быть образован для соответствия форме здания 50 защитной оболочки ядерного реактора для закрепления на здании 50 защитной оболочки ядерного реактора. То есть, труба 260 может иметь заданную кривизну и быть образована в дугообразной форме. Кроме того, труба 260 может быть закреплена на расстоянии от здания защитной оболочки ядерного реактора (защитной оболочки ядерного реактора).
Кроме того, труба 260 может иметь прямоугольную или круглую форму, но не ограничивается конкретной формой.
Воздух, подаваемый через впускное отверстие 250 для наружного воздуха, получает внутреннюю теплоту бака 100 для пассивной конденсации для уменьшения плотности и проходит вверх по трубе 260 для выпуска на наружную сторону. Принимая во внимание такую конвекцию, впускное отверстие 250 для наружного воздуха расположено в положении ниже трубы 260.
Кроме того, второй сепаратор 230 расположен на тракте, по которому проходит воздух, подаваемый через впускное отверстие 250 для наружного воздуха. Температура второго сепаратора 230 становится ниже окружающего пара вследствие охлаждения воздуха, так что второй сепаратор 230 может осуществлять теплообмен с высокотемпературным паром.
Множество перегородок 261 может быть образовано на внутренней стенки трубы 260 для минимизации выхода и вызывания конденсации пара, содержащегося в воздухе, проходящем вверх. Одна сторона каждой из перегородок 261 образована на одной стороне внутренней стенки трубы 260. Кроме того, другая сторона каждой из перегородок 261 проходит вниз, так что охлаждающая вода, находящаяся на перегородке 261, может стекать во вторую область 120. С другой стороны, множество перегородок 261 образовано в шахматном порядке для увеличения канала потока пара, таким образом, эффективно вызывая конденсацию.
Наружная стенка трубы 260 предпочтительно образована из материала, имеющего низкую скорость поглощения воды, высокую отражательную способность и высокую излучательную способность для устранения повышения температуры внутри трубы 260 под действием солнечного тепла и излучения тепла из трубы 260 на наружную сторону. Конкретно, наружная стенка трубы 260 может быть покрыта материалом, имеющим цвет на основе белого.
Как показано на фиг.6, конструкция 270 для предотвращения обратного потока может быть дополнительно установлена в баке 100 для пассивной конденсации. Конструкция 270 для предотвращения обратного потока может проходить внутрь от другой стороны бака 100 для пассивной конденсации. Конструкция 270 для предотвращения обратного потока предотвращает перелив охлаждающей воды из бака 100 для пассивной конденсации на наружную сторону.
Ниже будет последовательно описан пассивный способ охлаждения с естественной циркуляцией со ссылкой на фиг.7.
Как показано на фиг.7A, когда пассивная вспомогательная система подачи воды не работает, охлаждающая вода в баке 100 для пассивной конденсации поддерживает постоянный уровень воды. При этом, начальный уровень охлаждающей воды расположен над выпускным отверстием 228.
Как показано на фиг.7B, охлаждающая вода в баке 100 для пассивной конденсации нагревается или испаряется посредством получения тепла от конденсационного теплообменника 20. Охлаждающая вода подвергается испарению как в первой области 110, так и во второй области 120. Однако, поскольку конденсационный теплообменник 20 расположен в первой области, испарение охлаждающей воды в первой области происходит более активно. Одновременно вследствие влияния первого сепаратора 210, расположенного на верхнем участке первой области 110, пар, генерируемый в первой области 110, собирается под первым сепаратором 210. Давление пара выше атмосферного давления устанавливается под первым сепаратором 210 за счет пара, собранного на верхнем участке первой области 110. Собранный пар используется для вытеснения охлаждающей воды вниз, так что уровень воды в первой области 110 ниже уровня воды во второй области 120, Когда пар работает, температура пара может понижаться, так как внутренняя энергия уменьшается.
Как показано на фиг.7C, когда некоторое количество охлаждающей воды, выпаренной из первой области 110, сталкивается с первым сепаратором 210, такая охлаждающая вода передает тепло охлаждающей воде над первым сепаратором 210 и затем конденсируется и собирается обратно в первую область 110. Кроме того, некоторое количество охлаждающей воды, выпаренной из первой области 110, обменивается теплом с охлаждающей водой в теплообменнике 220. Такая охлаждающая вода затем конденсируется и собирается обратно в первую область 110. То есть, пар в первой области 110 циркулирует с охлаждающей водой при образовании цикла A первым сепаратором 210 и теплообменником 220.
Как показано на фиг.7D, охлаждающая вода из второй области 120 проходит в теплообменник 220, как указано потоком c. Охлаждающая вода во второй области 120 испаряется посредством получения тепла от пара в первой области 110 при прохождении через внутреннюю часть теплообменника 220, как указано потоком d. Пар, генерируемый в теплообменнике 220, выпускается на верхний участок первого сепаратора 210, как указано потоком e. Пар, выпущенный на наружную сторону теплообменника 220, и пар, полученный во второй области 120, проходят вверх для передачи тепла второму сепаратору 230, конденсируются и затем циркулируют в охлаждающую воду при образовании цикла B.
Как показано на фиг.7E, наружный воздух, поданный через впускное отверстие 250 для наружного воздуха, получает тепло от второго сепаратора 230, и, таким образом, его температура увеличивается. Затем, воздух выпускается на наружную сторону через трубу 260 вследствие явления конвекции.
При этом, пар конденсируется на поверхности второго сепаратора 230 и проходит вниз по второму сепаратору 230, как указано циклом C. Конденсированная охлаждающая вода собирается обратно во второй области 120.
Когда пар поднимается до верхнего участка трубы 260 без конденсации, температура верхнего участка трубы 260 становится относительно ниже температуры нижнего участка бака 100 для пассивной конденсации, и, таким образом, пар может конденсироваться на внутренней стенке трубы 260 для сбора обратно во вторую область 120.
Хотя вариант осуществления, в котором теплообменник 220 установлен под первым сепаратором 210, уже был описан, теплообменник 220 может быть исключен или установлен над трубой.
Ниже, будет подробно описан другой вариант осуществления, в котором теплообменник 220 исключен, со ссылкой на чертежи.
фиг.8 - перспективный вид пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, фиг.9A и 9B - концептуальные виды, последовательно иллюстрирующие способ охлаждения пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.8, пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения может включать в себя бак 100 для пассивной конденсации, конденсационный теплообменник 20 и устройство для рециркуляции конденсата
Устройство для рециркуляции конденсата является устройством для конденсации пара, выпаренного из охлаждающей воды на верхнем участке бака 100 для пассивной конденсации, и рециркулирующего обратно в бак 100 для пассивной конденсации. Устройство для рециркуляции конденсата может включать в себя первый-третий сепараторы 310, 330 и 340 и паросборную направляющую трубу 320.
Подробное описание первого сепаратора 310 является таким же, что и описание первого сепаратора одного варианта осуществления настоящего изобретения или подобным описанию первого сепаратора одного варианта осуществления настоящего изобретения и не будет описан ниже.
Второй и третий сепараторы 330 и 340 могут быть установлены внутри трубы 350 и проходить в продольном направлении трубы 350 для увеличения канала потока пара, поднимающегося по трубе 350 и, в конечном счете, увеличения времени теплопередачи. Здесь, второй и третий сепараторы 330 и 340 могут быть расположены на расстоянии друг от друга.
Второй сепаратор 330 может проходить вверх от первого сепаратора 310. Более конкретно, одна сторона второго сепаратора 330 образована на первом сепараторе 310. Второй сепаратор образован в виде криволинейной поверхности для соответствия форме трубы 350 в целом и затем проходит с поддержанием заданного интервала от внутренней стенки трубы 350 внутри трубы 350.
Третий сепаратор 340 может проходить вниз от верхней внутренней стенки трубы 350 для образования направленного вниз канала потока пара, который поднялся по второму сепаратору 320.
Паросборная направляющая труба 320 образована на первом сепараторе 310, так что пар, генерируемый в первой области 110, может перемещаться во вторую область 120. При этом, паросборная направляющая труба 320 может проходить во внутреннюю область трубы 350, образованную вторым сепаратором 330.
Диаметр или ширина паросборной направляющей трубы 320 может регулироваться для соответствия диапазону расчетных давлений бака 100 для пассивной конденсации. Кроме того, предохранительный клапан или тому подобное может быть расположен внутри паросборной направляющей трубы 320.
При этом, как показано на фиг.8, пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения может дополнительно включать в себя конструкцию 101 для предотвращения обратного потока, направляющую пластину 351 для конденсата, конструкцию 352 для сбора конденсата и конструкцию 353 для предотвращения загрязнения.
Как описано выше со ссылкой на фиг.6, конструкция 101 для предотвращения обратного потока может проходить от другой стороны бака 100 для пассивной конденсации к его внутренней части. Конструкция 101 для предотвращения обратного потока может предотвращать перелив охлаждающей воды из внутренней части бака 100 для пассивной конденсации на наружную сторону.
Пластина 351 для направления конденсата установлена на внутренней стенке трубы 350, вызывания рециркуляцию конденсата, конденсированного в трубе 350, обратно во вторую область 120.
Конструкция 352 для сбора конденсата установлена рядом с выпускным отверстием для наружного воздуха, образованным на верхнем участке трубы 350 для окончательной конденсации пара, выпущенного через выпускное отверстие для наружного воздуха.
Конструкция 353 для предотвращения загрязнения может быть образована в дугообразной форме на верхнем участке конструкции 352 для сбора конденсата.
Ниже, способ охлаждения, использующий пассивную систему охлаждения с естественной циркуляцией, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения будет описан поэтапно со ссылкой на фиг.9A и 9B.
Как показано на фиг.9A, конденсационный теплообменник 20 передает тепло, полученное от парогенератора 10, охлаждающей воде бака 100 для пассивной конденсации. При этом, поскольку конденсационный теплообменник 20 расположен в первой области 110, кипение охлаждающей воды происходит в первой области 110.
Как показано на фиг.9B, полость (зона) образована под первым сепаратором 310 за счет пара охлаждающей воды в первой области 110. Здесь, полость образована только за счет выступающей ширины паросборной направляющей трубы 320 к нижнему участку первого сепаратора. Пар перемещается к верхнему участку первого сепаратора 310 по паросборной направляющей трубе 320. То есть, пар, который был выпущен на верхний участок первого сепаратора 310 по паросборной направляющей трубе 320, непосредственно повторно конденсируется, когда охлаждающая вода находится над первым сепаратором 310, и часть пара проходит в трубу 350 через зону, в которой находится охлаждающая вода, вследствие давления пара и выталкивающей силы.
При этом, давление в первой области 110 повышено вследствие образования полости, но диаметр и ширина паросборной направляющей трубы 320 могут регулироваться, или предохранительный клапан может быть установлен с учетом повышенного давления.
Пар, поднятый по паросборной направляющей трубе 320, подвергается конвективной передачи тепла за счет потока наружного воздуха между защитной оболочкой ядерного реактора и трубой 350. Поскольку пар непрерывно генерируется в баке 100 для пассивной конденсации, горячий пар располагается на верхнем участке трубы 350 вследствие тепловой нагрузки. Поскольку канал потока заблокирован на верхнем участке трубы, и горячий пар стремится проходить вверх вследствие выталкивающей силы, пар медленно проходит в обратном направлении между вторым и третьим сепараторами 330 и 340. Пар смешивается (объединяется, соединяется) с наружным воздухом, который проходит на верхний участок трубы 350 через впускное отверстие для наружного воздуха, и затем проходит вверх снова на верхней участок трубы 350. При этом, передача тепла непрерывно осуществляется вследствие разности температур между трубой 350 и третьим сепаратором 340. Кроме того, нагретый пар увеличивает скорость вследствие выталкивающей силы, и, таким образом, эффект теплопередачи повышается. При этом, вся наружная стенка трубы 350 образована пластинчатым теплообменником для увеличения площади передачи тепла как минимум в несколько раз, таким образом, повышая способность удаления тепла вследствие конвективному теплообмену.
С помощью этого многоступенчатого способа охлаждения скорость утечки пара из бака 100 для пассивной конденсации минимизирована, время теплообмена увеличено, и, в конечном счете, общее количество тепла увеличено. Соответственно, пар конденсируется максимально и затем собирается обратно в бак для пассивной конденсации.
Как описано выше, в пассивной системе охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, так как количество сепараторов внутри трубы 350 увеличивается, время, в течение которого пар остается в трубе 350, увеличивается, таким образом, увеличивая общее количество передаваемого тепла.
На данный момент вариант осуществления, в котором верхняя сторона трубы 350 открыта, был описан подробно. Ниже, другой вариант осуществления, в котором верхняя сторона трубы 350 закрыта герметично, будет конкретно описан.
Другой вариант осуществления, в котором верхняя сторона трубы уплотнена, может включать в себя первый-третий подробные варианты осуществления.
Как показано на фиг.10, пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с первым вариантом осуществления может включать в себя бак 100 для пассивной конденсации, первый и второй сепараторы 410 и 430 и паросборную направляющую трубу 420.
В этом варианте осуществления одна сторона второго сепаратора 430 может быть расположена на расстоянии от первого сепаратора 410. Второй сепаратор 430 может проходить в криволинейной форме для соответствия форме трубы 440 внутри трубы 440. Другая сторона второго сепаратора 430 может проходить до верхней стороны трубы 440 и может быть расположена на расстоянии от верхней внутренней стенки трубы 440.
При этом, паросборная направляющая труба 420 может проходить во внутреннюю область трубы 440, образованную вторым сепаратором 430.
В соответствии с этой конструкцией пар из первой области 110 проходит область между трубой и вторым сепаратором 430 по паросборной направляющей трубе 420. Пар проходит на верхнюю сторону трубы 440 вследствие естественной конвекции, вызванной разностью температур из-за температуры окружающего воздуха. В данном варианте осуществления, поскольку верхняя сторона трубы 440 закрыта, пар, который достигает верхней стороны трубы 440, проходит вниз по второму сепаратору 430.
Теплообменник 450 может быть установлен в трубе 440 для увеличения эффективности теплообмена.
Фиг.11A и 11B - виды пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии со вторым подробным вариантом осуществления. Во втором подробном варианте осуществления элементы за исключением теплообменника 450 могут быть такими же или подобными элементам первого подробного варианта осуществления.
Как показано на фиг.11A, теплообменник 450 может быть установлен на верхней стороне трубы 440 пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией. Теплообменник 450 расположен в направлении толщины трубы 440 и может включать в себя каналы потока наружного воздуха.
Как показано на фиг.11B, теплообменник 450 включает в себя множество каналов 451 и 452 потока наружного воздуха, проходящих через второй сепаратор 430.
Множество каналов 451 и 452 потока наружного воздуха могут быть расположены с возможностью чередования. Более конкретно, каналы 451 потока наружного воздуха, расположенные в первом ряду канала 440, и каналы 452 потока наружного воздуха, расположенные во втором ряду, выполнены с возможностью чередования. Затем, расположение каналов потока наружного воздуха в третьем ряду является таким же, что и расположение каналов потока наружного воздуха в первом ряду, и расположение каналов потока наружного воздуха в четвертом ряду является таким же, что и расположение каналов потока наружного воздуха третьего ряда, так что постоянно повторяется одна и та же схема.
Каналы потока наружного воздуха, расположенные в рядах с нечетным номером, включающих в себя первый и третий ряды, могут быть выполнены таким образом, что наружный воздух проходит в них в первом направлении, и каналы потока наружного воздуха, расположенные в рядах с четным номером, включающих в себя второй и четвертый ряды, могут быть выполнены таким образом, что наружный воздух проходит в них во втором направлении.
По существу, пар может проходить по трубе 440 между такими каналами потока наружного воздуха. То есть, передача тепла между паром в трубе 440 и наружным воздухом может быть дополнительно обеспечена через каналы 451 и 452 потока наружного воздуха.
Фиг.12A и 12B - виды пассивной системы охлаждения с естественной циркуляцией в соответствии с третьим подробным вариантом осуществления. В третьем подробном варианте осуществления элементы за исключением теплообменника могут быть такими же или подобными элементам первого подробного варианта осуществления.
В третьем подробном варианте осуществления множество теплообменников 450a, 450b и 450c установлено в трубе 440. Множество теплообменников 450a, 450b и 450c может быть расположено на заданном расстоянии друг от друга.
Другими словами, в третьем подробном варианте осуществления горячий пар может собираться в самом верхнем конце трубы 440 вследствие гидростатического эффекта. Канал потока наружного воздуха защитной оболочки ядерного реактора образован посредством расположения набора теплообменников, которые перпендикулярны к потоку воздуха, в самом верхнем конце с возможностью проникновения (шахматное расположение). Однако, канал потока наружного воздуха изолирован от каналов потока внутри трубы 440. Наружный воздух проходит вверх через набор теплообменников, расположенных в шахматном порядке, для охлаждения воздуха в самом верхнем конце. Можно ожидать, что конвективный теплообмен увеличивается вследствие эффекта дымовой трубы.
Движущая сила, обусловленная паром, непрерывно генерируемым в баке 100 для пассивной конденсации, может ускорять утечку пара (отток). Следовательно, теплообменники могут быть расположены на множестве ступеней во внутреннем канале потока для увеличения падения давления, чтобы минимизировать утечку пара, и одновременно выполнять функцию теплообменника для увеличения времени теплопередачи и увеличения коэффициента теплопередачи.
Вышеупомянутая пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией и способ не ограничиваются конфигурацией и способом вариантов осуществления, описанных выше, и варианты осуществления могут быть выполнены таким образом, что все или некоторые варианты осуществления селективно объединяются таким образом, что возможны различные модификации.
Промышленная применимость
Изобретение может использоваться в области систем охлаждения, расположенных в пассивных баках для конденсата.
1. Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией, содержащая
бак для пассивной конденсации, выполненный с возможностью размещения в нем охлаждающей воды; и
устройство для рециркуляции конденсата, расположенное в баке для пассивной конденсации или над ним и выполненное с возможностью такой конденсации охлаждающей воды, что охлаждающая вода циркулирует внутри бака для пассивной конденсации,
причем устройство для рециркуляции конденсата содержит
трубу, проходящую вверх от верхнего участка бака для пассивной конденсации, и
множество сепараторов, расположенных в баке для пассивной конденсации или трубе.
2. Система по п.1, в которой множество сепараторов содержит первый сепаратор, проходящий вниз от одной стороны внутренней стенки бака для пассивной конденсации к другой стороне под наклоном, для разделения нижнего и верхнего участков в виде первой и второй областей, соответственно.
3. Система по п.2, в которой множество сепараторов дополнительно содержит второй и/или третий сепараторы, проходящие в продольном направлении трубы для минимизации утечки пара, поднимающегося по трубе.
4. Система по п.3, в которой второй и третий сепараторы отстоят друг от друга, причем второй сепаратор проходит вверх от первого сепаратора, а третий сепаратор проходит вниз от верхней внутренней стенки трубы для образования направленного вниз канала потока пара, поднимающегося по второму сепаратору.
5. Система по п.3, в которой первый сепаратор имеет паросборную направляющую трубу, и причем паросборная направляющая труба проходит в нижнюю область первого сепаратора и внутреннюю область трубы, отделенную вторым сепаратором.
6. Система по п.5, в которой введенная в нижнюю область первого сепаратора длина паросборной направляющей трубы определена на основании информации, относящейся к предварительно установленному уровню воды и давлению.
7. Система по п.1, в которой имеющаяся в ней труба содержит теплообменник для передачи тепла охлаждающей воды внутри трубы наружному воздуху, причем теплообменник включает в себя каналы потока наружного воздуха в виде пучка, проходящего через трубу.
8. Система по п.2, в которой над первым сепаратором расположены выпускной клапан для наполнения воды и предохранительный клапан для удерживания повышения давления в баке для пассивной конденсации в заданном диапазоне или выше него.
9. Система по п.1, в которой труба имеет выпускное отверстие для наружного воздуха, образованное на ее верхней стороне, причем выпускное отверстие для наружного воздуха содержит конструкцию для сбора конденсата для дополнительного сбора конденсата.
10. Система по п.2, дополнительно содержащая теплообменник, установленный под первым сепаратором, для получения тепла от охлаждающей воды в первой области.
11. Система по п.10, в которой теплообменник содержит
впускное отверстие, образованное на первом сепараторе для обеспечения введения охлаждающей воды из второй области;
выпускное отверстие, образованное на первом сепараторе в положении, отстоящем от впускного отверстия, для обеспечения выхода через него охлаждающей воды, поданной через впускное отверстие; и
корпус, соединяющий впускное отверстие и выпускное отверстие на задней поверхности первого сепаратора и выполненный таким образом, что поданная охлаждающая вода испаряется посредством теплообмена с охлаждающей водой в первой области при прохождении через корпус.
12. Система по п.11, в которой выпускное отверстие расположено выше впускного отверстия над первым сепаратором.
13. Система по п.11, в которой корпус образован с наклоном вверх от впускного отверстия к выпускному отверстию.
14. Система по п.11, в которой корпус содержит множество труб, образованных в виде пучка, для увеличения площади теплообмена.
15. Система по п.14, в которой, соответственно, образовано множество впускных отверстий и выпускных отверстий,
причем корпус содержит
множество первых труб, каждая из которых имеет одну сторону, соединенную с каждым из множества впускных отверстий, и другую сторону, проходящую вниз;
множество вторых труб, каждая из которых имеет одну сторону, соединенную с другой стороной каждой из множества первых труб, и другую сторону, образованную в наклонном направлении; и
множество третьих труб, каждая из которых имеет одну сторону, соединенную с другой стороной каждой из множества вторых труб, и другую сторону, проходящую вверх для соединения с каждым из множества выпускных отверстий.
16. Система по п.15, в которой корпус дополнительно содержит
первый соединительный участок, соединяющий множество первых труб и множество вторых труб таким образом, что охлаждающая вода, поданная из каждой из множества первых труб, соединяется и затем распределяется снова во множество вторых труб; и
второй соединительный участок, соединяющий множество вторых труб и множество третьих труб таким образом, что охлаждающая вода, поданная из каждой из множества вторых труб, соединяется и затем распределяется снова во множество третьих труб.
17. Система по п.10, в которой установлено множество первых теплообменников, причем высоты впускного отверстия и выпускного отверстия каждого из первых теплообменников последовательно уменьшаются на первом сепараторе.
18. Система по п.10, в которой устройство для рециркуляции конденсата дополнительно содержит второй сепаратор, расположенный над первым сепаратором на расстоянии от него, для конденсации пара, выпаренного из охлаждающей воды во второй области, и пара, образованного в теплообменнике.
19. Система по п.18, в которой второй сепаратор проходит вниз от одной стороны бака для пассивной конденсации к другой стороне под наклоном.
20. Система по п.19, в которой второй сепаратор имеет множество выступов, образованных выступающими на одной его поверхности, для увеличения эффективности теплообмена.
21. Система по п.1, в которой на внутренней стенки трубы образовано множество перегородок, чтобы вызвать конденсацию пара, содержащегося в воздухе, поднимающемся по трубе, и предотвратить утечки пара.
22. Система по п.1, в которой наружная стенка трубы образована из материала, имеющего низкую скорость поглощения под действием солнечного излучения, высокую отражательную способность и высокую излучательную способность в окружающий воздух, для устранения повышения температуры внутри трубы.
23. Пассивная система охлаждения с естественной циркуляцией, содержащая
бак для пассивной конденсации, выполненный с возможностью размещения в нем охлаждающей воды;
конденсационный теплообменник, расположенный в баке для пассивной конденсации для контакта с охлаждающей водой и выполненный с возможностью передачи тепла, переданного от парогенератора, охлаждающей воде; и
устройства для рециркуляции конденсата, расположенное в баке для пассивной конденсации или над ним и выполненное с возможностью такой конденсации охлаждающей воды, что охлаждающая вода циркулирует внутри бака для пассивной конденсации,
причем устройство для рециркуляции конденсата содержит
первый сепаратор, проходящий вниз под наклоном от одной стороны внутренней стенки бака для пассивной конденсации к другой стороне и разделяющий нижний и верхний участки в виде первой и второй областей, соответственно, и
при этом конденсационный теплообменник расположен в первой области для передачи тепла охлаждающей воде, наливаемой в первую область.
