一种乏燃料水池冷却及供热系统的制作方法

1.本实用新型涉及冷却与供热技术领域，尤其涉及一种乏燃料水池冷却及供热系统。


背景技术：

2.乏燃料又称辐照核燃料，是经过辐射照射且使用过的燃料，通常由核电站的核反应堆产生，产生后的乏燃料储存于乏燃料水池中。通过乏燃料水池的冷却系统将乏燃料中的热量带出，保持乏燃料水池中的水温稳定。
3.在现有技术中，通过乏燃料水池的冷却系统将乏燃料中的热量吸收并排出，从而保持乏燃料水池中温度的稳定，一般是通过冷却水将乏燃料中的热量带出，将带有热量的冷却水经换热冷却后，将热量最终排放至大海或是其它区域(大气)完成对乏燃料水池的冷却处理，这样会导致对于乏燃料水池中的能源利用效率较低。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例的目的在于提供一种乏燃料水池冷却及供热系统，以解决对于乏燃料水池中能源利用效率较低的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型实施例提供一种乏燃料水池冷却及供热系统，包括：乏燃料水池、第一冷却回路和第一供热回路；所述乏燃料水池包括储存乏燃料的腔体和侧壁，所述侧壁设置有第一开孔；所述第一冷却回路包括第一取水管道、第一热交换器、第一排水管道、第一冷却水进水管道和第一冷却水出水管道；所述第一取水管道的第一端穿过所述第一开孔连通所述乏燃料水池，所述第一取水管道的第二端连接所述第一热交换器的第一端，所述第一热交换器的第二端与所述第一排水管道的第一端连接，所述第一排水管道的第二端设置于所述乏燃料水池的腔体内部；所述第一冷却水进水管道的第一端连接冷却水池，所述第一冷却水进水管道的第二端连接所述第一热交换器的第三端，所述第一冷却水出水管道的第一端连接所述第一热交换器的第四端，所述第一冷却水出水管道的第二端连接处理池；所述第一供热回路包括热泵单元和供热单元；所述热泵单元的第一端连接所述第一取水管道的第一位置，所述热泵单元的第二端连接所述第一排水管道的第二位置，所述热泵单元的第三端连接所述供热单元的第一端，所述供热单元的第二端连接所述热泵单元的第四端。
6.根据本实用新型的技术方案，所述系统包括：乏燃料水池、第一冷却回路和第一供热回路；所述乏燃料水池包括储存乏燃料的腔体和侧壁，所述侧壁设置有第一开孔；所述第一冷却回路包括第一取水管道、第一热交换器、第一排水管道、第一冷却水进水管道和第一冷却水出水管道；所述第一取水管道的第一端穿过所述第一开孔连通所述乏燃料水池，所述第一取水管道的第二端连接所述第一热交换器的第一端，所述第一热交换器的第二端与所述第一排水管道的第一端连接，所述第一排水管道的第二端设置于所述乏燃料水池的腔体内部；所述第一冷却水进水管道的第一端连接冷却水池，所述第一冷却水进水管道的第
二端连接所述第一热交换器的第三端，所述第一冷却水出水管道的第一端连接所述第一热交换器的第四端，所述第一冷却水出水管道的第二端连接处理池；所述第一供热回路包括热泵单元和供热单元；所述热泵单元的第一端连接所述第一取水管道的第一位置，所述热泵单元的第二端连接所述第一排水管道的第二位置，所述热泵单元的第三端连接所述供热单元的第一端，所述供热单元的第二端连接所述热泵单元的第四端。乏燃料水池冷却及供热系统将水池中的乏燃料通过第一取水管道运输至第一热交换器中，与第一热交换器连接的第一冷却水进水管道和第一冷却水出水管道输送冷却水将乏燃料中的热量带走，而热量减少的乏燃料通过第一排水管道输送回至乏燃料水池中，对于乏燃料的冷却操作为供热操作的安全基础，在安全温度下，水池中的乏燃料进入第一供热回路中的热泵单元，热泵单元对乏燃料进行供热流程的优化处理并将乏燃料输送至供热单元，供用户利用热量后的乏燃料通过水泵的作用重新输送回至乏燃料水池中，乏燃料水池冷却及供热系统可以同时对乏燃料水池进行冷却和回收利用采暖，提高了对于乏燃料水池中的能源利用效率。
7.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其他特征将通过一下的说明书而变得容易理解。
附图说明
8.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
9.图1是本公开提供的一种乏燃料水池冷却及供热系统的结构图；
10.图2是本公开提供的一种乏燃料水池冷却及供热系统的另一种结构图；
11.图3是本公开提供的一种乏燃料水池冷却及供热系统的一种结构示意图。
具体实施方式
12.以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
13.请参见图1，图1是本公开提供的一种乏燃料水池冷却及供热系统的结构图，如图1所示，所述乏燃料水池冷却及供热系统包括：乏燃料水池1、第一冷却回路2和第一供热回路3；所述乏燃料水池1包括储存乏燃料的腔体11和侧壁12，所述侧壁12设置有第一开孔；所述第一冷却回路2包括第一取水管道21、第一热交换器22、第一排水管道23、第一冷却水进水管道24和第一冷却水出水管道25；所述第一取水管道21的第一端穿过所述第一开孔连通所述乏燃料水池1，所述第一取水管道21的第二端连接所述第一热交换器22的第一端，所述第一热交换器22的第二端与所述第一排水管道23的第一端连接，所述第一排水管道23的第二端设置于所述乏燃料水池的腔体11内部；所述第一冷却水进水管道24的第一端连接冷却水池，所述第一冷却水进水管道24的第二端连接所述第一热交换器22的第三端，所述第一冷却水出水管道25的第一端连接所述第一热交换器22的第四端，所述第一冷却水出水管道25的第二端连接处理池；所述第一供热回路3包括热泵单元31和供热单元32；所述热泵单元31的第一端连接所述第一取水管道21的第一位置，所述热泵单元31的第二端连接所述第一排
水管道23的第二位置，所述热泵单元31的第三端连接所述供热单元32的第一端，所述供热单元32的第二端连接所述热泵单元31的第四端。
14.本实施例中，上述乏燃料水池1用于储存乏燃料，上述乏燃料水池1中的乏燃料通过上述第一冷却回路2回到上述乏燃料水池1中，当然，上述乏燃料水池1中的乏燃料也可以通过上述第一冷却回路2和上述第一供热回路3再回到上述乏燃料水池1中。
15.另外，上述乏燃料水池1包括腔体11和侧壁12，上述第一取水管道21的第一端穿过上述侧壁12的第一开孔，通过该结构的设置可以从上述乏燃料水池1中取出一定量的乏燃料至上述第一取水管道21中，其中，第一开孔的设置可以是设置于侧壁12的中心位置，通过此设置方式可以提高取出乏燃料的效率。
16.将取出的乏燃料通过上述第一取水管道21输送至上述第一热交换器22中，同时，上述第一冷却水进水管道24的第一端连接冷却水池，上述第一冷却水进水管道24的第二端连接上述第一热交换器22的第三端，上述第一冷却水出水管道25的第一端连接上述第一热交换器22的第四端，通过将冷却水池中的冷却水引入至上述第一热交换器22中，带走上述第一热交换器22中乏燃料的热量，并通过上述第一冷却水出水管道25排出，完成对乏燃料的冷却处理。
17.另外，通过冷却水处理之后的乏燃料进入上述第一排水管道23中，由上述第一排水管道23的引导流回至上述腔体11中，其中，上述第一排水管道23的第二端可以是以一定高度设置于乏燃料水池1的腔体11，此高度的确定可以是以实际乏燃料水池1的情况确定，例如：上述第一排水管道23的第二端以低于上述乏燃料水池1中液面的高度设置。通过该结构的设置，可以使得冷却之后的乏燃料再次回到上述乏燃料水池1。
18.上述供热回路3包括热泵单元31和供热单元32，其中，热泵单元31的第一端和第二端分别连接于第一取水管道21和第一排水管道23，热泵单元31的第三端和第四端分别连接于供热单元32的第一端和第二端。上述热泵单元31和上述供热单元32可以是都包括热交换器部件，通过上述热泵单元31中的热交换器部件将乏燃料水池中的热量传输至上述供热单元32的热交换器部件中，再通过上述供热单元32中的热交换器部件将热量传输至用户供暖设备之中。
19.需要说明的是，上述热泵单元31可以是当作上述供热单元32的辅助优化装置，其中上述热泵单元31可以是一种充分利用热能的高效节能装置，以逆循环方法迫使热量从低温部件流向高温部件，从而获得较大的供热量，通过该结构的设置可以有效地将乏燃料中的热量得以利用，减少热量的损失。
20.其中，上述热泵单元31中可以设置蒸发器和压缩机，将乏燃料以液体和气体相互转换的方式达到热量充分利用的效果，同样的，在上述热泵单元31中可以设置其它用于辅助上述供热单元32的部件，将含更多热量的乏燃料输送至上述供热单元32中，另外，在上述供热单元32中，若热量未达到用户的使用标准，即乏燃料水池中的热量不足，可以是增设多热源加热器，用于热源补给，以此满足用户的使用需求。
21.需要说明的是，上述多热源加热器可以是在上述供热单元32设置的电加热器，蒸汽加热器、热水加热器，燃气加热器或者燃油加热器，具体加热器的设置以乏燃料水池冷却及供热系统的具体需求而定，对此本实用新型实施例不作限定。
22.应理解，上述冷却过程和供热过程可以是同时进行，为了保持冷却、供热两个功能
的正常运行，可以是在主管道或是分支管道设置阀门，通过阀门的控制来维持冷却过程和供热过程的正常运行。
23.该实施方案中，上述乏燃料水池中的乏燃料通过侧壁12上的第一开孔进入到上述第一冷却回路中的上述第一取水管道21，上述第一取水管道21与上述第一热交换器22连接，取出的乏燃料进入上述第一热交换器22中，上述第一热交换器22的两个端口分别连接有上述第一冷却水进水管道24和上述第一冷却水出水管道25，冷却水通过上述第一冷却水进水管道24进入到上述第一热交换器22中，带走处于上述第一热交换器22中乏燃料的热量，并通过上述第一冷却水出水管道25排出，冷却之后的乏燃料通过上述第一排水管道23流回至上述乏燃料水池1，同时，冷却至设定温度的乏燃料可以进入至上述第一供热回路3，通过上述热泵单元31为上述供热单元32提供辅助功能，乏燃料进入上述供热单元32的加热器将其中的热量提升到用户的需求设定，供用户使用后的乏燃料通过上述第一排水管道23回至上述乏燃料水池1。通过该结构的设置，将乏燃料水池1中的乏燃料做冷却和供热处理，提高了对于乏燃料水池中的能源利用效率。
24.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述热泵单元31包括：蒸发器311和压缩机312，所述蒸发器311的第一端连接所述第一取水管道21的第一位置，所述蒸发器11的第二端连接所述第一排水管道23的第二位置，所述蒸发器311的第三端连接所述压缩机312的第一端，所述压缩机312的第二端连接所述供热单元32的第一端，所述供热单元32的第二端连接所述蒸发器311的第四端。
25.上述蒸发器311和上述压缩机312为上述热泵单元中的部件，上述蒸发器311与上述压缩机312连接，上述蒸发器311将乏燃料从液态蒸发为气态，上述压缩机312将气态的乏燃料压缩成液态，从而使得液态状态的乏燃料进入供热单元。
26.该实施方案中，上述蒸发器311的第一端连接上述第一取水管道21的第一位置，上述蒸发器11的第二端连接上述第一排水管道23的第二位置，即从上述第一取水管道进入热泵单元的乏燃料首先进入到上述蒸发器311中，上述蒸发器311液态的乏燃料转化为气态，气态形态下的乏燃料通过管道进入到上述压缩机312中，通过上述压缩机312的压缩过程将气态形态下的乏燃料转化为液态形态，其中，通过上述蒸发器311和上述压缩机312处理的乏燃料可以是含有比进入上述热泵单元之前更多的热量，通过上述压缩机312处理的液态形态下的乏燃料从而进入供热单元中，通过供热单元将乏燃料的热量供给用户使用。通过该结构的设置，以逆循环方法迫使热量从低温部件流向高温部件，从而获得较大的供热量，从而可以有效地将乏燃料中的热量得以利用，减少热量的损失，进而提高了对于乏燃料水池中的能源利用效率。
27.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述热泵单元31还包括：节流装置313，所述节流装置313的第一端连接所述供热单元32的第二端，所述节流装置313的第二端连接所述蒸发器311的第四端。
28.上述节流装置313设置于上述热泵单元中，且上述节流装置313的第一端连接上述供热单元32的第二端，上述节流装置313的第二端连接上述蒸发器311的第四端，乏燃料进入上述供热单元供用户使用之后，乏燃料在管道中的运动过程中，流经管道内设置的上述节流装置313时，其流束将会在上述节流装置313处形成局部的缩径状态，从而使乏燃料的流速增大，压力相对降低，乏燃料的流量相对越大，那么在节流装置上下游所产生的压差也
会越大，因此，可通过节流测量装置的压差，经一定转换来相对衡量流经节流装置内流体流量的大小。通过该结构的设置，用上述节流装置313来具体测定管道内连续流动的乏燃料的流量，通过收集到的数据进行乏燃料水池冷却及供热系统的设定，从而提高系统的稳定运行，进而提高了对于乏燃料水池中的能源利用效率。
29.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述供热单元32包括：冷凝器321和加热器322，所述冷凝器321的第一端连接所述热泵单元31的第三端，所述冷凝器321的第二端连接所述热泵单元31的第四端，所述冷凝器321的第三端连接所述加热器322的第一端，所述加热器322的第二端连接用户供暖设备的第一端，所述冷凝器321的第四端连接用户供暖设备的第二端。
30.上述冷凝器321和上述加热器322为上述供热单元32中的部件，其中，上述冷凝器321可作为热交换器，实际上是将乏燃料中的热量转移到上述冷凝器321中，上述加热器322的设置是为了满足用户的供热需求，在提供给用户之前通过上述加热器322的加热过程，乏燃料会将更多的热量带至用户的供热设备中。
31.该实施方案中，乏燃料通过上述热泵单元32进入到上述冷凝器321中，乏燃料在上述冷凝器321中再次进行热交换，再将热交换之后的乏燃料传输至上述加热器322中，将乏燃料加热至用户的使用需求标准，通过上述冷凝器321和上述加热器322的设置，将更多热量的乏燃料带至用户的供热设备之中，满足用户的供热需求，提高了对于乏燃料水池中的能源利用效率。
32.需要说明的是，若上述加热器322的加热过程之后，所能提供的热量仍未达到用户的需求标准，可在上述加热器322之后的管道中添加设置其它形式的加热器，以此来满足用户的供热需求。
33.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述供热单元还包括：循环泵323，所述循环泵323设置于所述冷凝器321和用户供暖设备之间的管道之内。
34.该实施方案中，上述循环泵323的设置将供用户使用之后的乏燃料成功输送回至上述冷凝器321中，再通过上述热泵单元31和上述第一排水管道23回到上述乏燃料水池1中，通过上述循环泵323的设置，提高了乏燃料水池冷却及供热系统正常运行的可行性。
35.其中，若上述循环泵323的动力不足以推动乏燃料的输送，可以是在对应的管道设置多个泵来满足乏燃料的正常输送，对于泵设置的数量和位置可以是以乏燃料水池冷却及供热系统的实际需求而定，对此本实用新型实施例不作限定。
36.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述乏燃料水池冷却及供热系统还包括：第一冷却泵211，所述第一冷却泵211设置于所述第一取水管道21之内。
37.该实施方案中，上述第一冷却泵211的设置将获取的乏燃料推送至上述第一热交换器22或是上述第一供热回路3中，为乏燃料水池冷却及供热系统的正常运行提供了可行性，另一方面，除上述第一冷却泵211的设置之外，还可以是设置多个冷却泵，减小了因为一个冷却泵故障导致冷却回路非正常运行的可能性，也提高了乏燃料水池冷却及供热系统的安全性。
38.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述第一取水管道设置有至少一个控制阀门212。
39.该实施方案中，上述控制阀门212的设置提高了对于乏燃料水池冷却及供热系统
中回路的控制操作性，减小了乏燃料进入非目标管道的可能性，同时也提高了乏燃料水池冷却及供热系统的安全性，提高了乏燃料水池冷却及供热系统的正常运行可行性。
40.需要说明的是，在上述乏燃料水池冷却及供热系统中的其它管道可以是添加设置对应的控制阀门，以此来控制系统中的回路开闭，对于控制阀门的位置和数量可以是对上述乏燃料水池冷却及供热系统的实际需求而定，对此本实用新型实施例不作限定。
41.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述乏燃料水池冷却及供热系统还包括：流量计231和流量孔板232，从所述第一排水管道23的第一端至第二端依次设置所述流量计231和所述流量孔板232，所述流量计231设置于所述第一排水管道23之内，所述流量孔板232设置于所述第一排水管道23之内。
42.该实施方式中，上述流量计231可以是用来测量上述第一冷却回路2的流量，上述流量孔板232可以是用来作为流量测量部件来测量流量，或是作为节流部件来限定流量，其中，上述流量孔板232也可以是起到降低管道内压力的作用。通过上述流量计213和上述流量孔板232的设置可以实时检测到上述第一冷却回路2的流量，另一方面也可以限定管道内乏燃料的流量和降低管道内的压力，依据测量的信息可以对乏燃料的流量进行调节，从而提高乏燃料水池冷却及供热系统的安全性。
43.作为一种可选的实施方式，如图1所示，所述乏燃料水池冷却及供热系统还包括：虹吸破坏器233，所述虹吸破坏器233设置于所述第一排水管道23的第二端。
44.该实施方式中，在上述第一排水管道23的第二端设置有上述虹吸破坏器233，上述第一排水管道23的第二端以一定高度设置于上述乏燃料水池1的内部，高度的设置可以是低于乏燃料水池液面的高度。上述虹吸破坏器233可以利用液面高度差的作用力，将液体充满一根倒u形的管状结构后，用开口较高的一端设置于乏燃料水池中，乏燃料水池中的溶液会持续通过虹吸管道向更低的位置流出。上述虹吸破坏器233的设置防止上述第一排水管道23中出现乏燃料回流的状况，且设置于上述乏燃料水池1的液面上方，从而提高了乏燃料水池冷却及供热系统的正常运行。
45.作为一种可选的实施方式，如图2所示，所述乏燃料水池冷却即供热系统还包括：第二冷却回路4，所述第二冷却回路4包括第二取水管道41、第二热交换器42、第二排水管道43、第二冷却水进水管道44和第二冷却水出水管道45；所述第二取水管道41的第一端连接于所述第一取水管道21的第三位置，所述第二取水管道41的第二端连接所述第二热交换器42的第一端，所述第二热交换器42的第二端与所述第二排水管道43的第一端连接，所述第二排水管道43的第二端连接于所述第一排水管道23的第四位置；所述第二冷却水进水管道44的第一端连接冷却水池，所述第二冷却水进水管道44的第二端连接所述第二热交换器43的第三端，所述第二冷却水出水管道45的第一端连接所述第二热交换器43的第四端，所述第二冷却水出水管道45的第二端连接处理池；所述第二取水管道41的第五位置接入所述第一取水管道21和所述热泵单元31连通的管道，所述第二排水管道43的第六位置接入所述第一排水管道23与所述热泵单元31连通的管道。
46.上述第二冷却回路4的设置可以是与上述第一冷却回路2并列运行，且上述第二冷却回路4的设置方式也是与上述第一冷却回路2并列设置，通过将上述第二取水管道的第一端连接与上述第一取水管道的第三位置，即从乏燃料水池1取出的乏燃料分流到上述第一取水管道和上述第二取水管道之中。
47.以上述乏燃料水池冷却及供热系统包括上述第一冷却回路2、上述第一供热回路3和上述第二冷却回路4为例，在不同的工况下，上述乏燃料水池冷却及供热系统对应不同的工作方式。
48.在上述乏燃料水池需要冷却且功率运行到维修冷停堆工况下，乏燃料水池冷却及供热系统仅需要运行一列冷却回路就可以带走乏燃料中的热负荷，正常运行期间，乏燃料水池中的热负荷较小，投运上述第一冷却回路2或是上述第二冷却回路4即可完成堆乏燃料的冷却处理，使得乏燃料水池中的温度在限定范围之内，另外，在此冷却过程中，上述第一供热回路3不参与工作。
49.在上述乏燃料水池需要冷却且机组换料停堆工况下，因乏燃料水池中增加了部件或一个堆芯的燃料，导致在乏燃料水池中热负荷较大，此时乏燃料水池冷却及供热系统需要同时运行两列的冷却回路，即上述第一冷却回路2和上述第二冷却回路4，此时可以导出乏燃料水池中的热负荷，维持乏燃料水池温度在限定温度之内，另外，在此冷却过程中，上述第一供热回路3不参与工作。
50.在上述乏燃料水池在正常运行供热回路的工况下，乏燃料水池冷却及供热系统可以是投运上述第一冷却回路2和上述第一供热回路3，当然，可以是根据乏燃料水池温度限制和用户的热需求更改投运的冷却回路。
51.在该实施方式中，通过添加上述第二冷却回路4于上述乏燃料水池冷却及供热系统中，提高了系统的冷却能力，从而提高了上述乏燃料水池冷却及供热系统的安全性，另一方面，多个冷却回路的设置提高了系统正常运行的可行性，减小了因一个冷却回路故障而导致整个系统无法正常运行的可能性，进而提高了对于乏燃料的资源有效利用。
52.需要说明的是，上述第二冷却回路4中可以是设置有冷却泵、流量计和流量孔板，具体的设置位置和设置数量可以参考上述第一冷却回路2，也可以是根据乏燃料水池冷却及供热系统的实际设置位置而定，对此本实用新型实施例不做限定。
53.另外，上述第二冷却回路4中也可以是设置若干个阀门开口，乏燃料水池冷却及供热系统的正常运行以及多个工况对应的模式转换需要通过多个阀门开口控制，在上述第二冷却回路4中阀门开口的设置位置可以是根据乏燃料水池冷却及供热系统的实际设置位置而定，对此本实用新型实施例不作限定。
54.请参见图3，图3为本实用新型的结构示意图，从乏燃料水池中取出的乏燃料通过泵组的作用输送至热交换器中，在热交换器中可以是通过冷却水的处理带走乏燃料中的热量，最后回至乏燃料水池中，完成对乏燃料的冷却处理。若用户需要进行供热流程，则从乏燃料水池中取出的乏燃料通过泵组的作用输送至热交换器中，其中，蒸发器也可以是作为热交换器，将液态的乏燃料变为气态，再通过压缩机的作用将气态变为液态，并输送至下一个热交换器中，其中，冷凝器也可以是作为热交换器，通过热交换的乏燃料再通过加热装置使得温度满足用户需求，待用户利用完乏燃料中的热能，通过循环泵和节流装置的作用使得乏燃料重新回到乏燃料水池中。
55.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和代替。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。