非能动安全壳冷却系统技术综述

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摘 要：随着核电技术的发展，核电站的安全问题越来越受重视。而安全壳作为核电厂专设安全设施，可保护核反应堆免于外部事故的危害，事故后作为核反应堆放射性包容的最后一道安全屏障，可保护环境及公众免于过量辐射。反应堆事故停堆后，大量蒸汽释放到安全壳内，引起安全壳温度及压力迅速升高。为了保持安全壳的完整性和密封性，必须及时将安全壳热量导出。非能动安全壳冷却系统担当着提供最终热阱的角色，保障着事故工况下安全壳的完整性。因此，在未来的核电站设计中，对非能动安全壳冷却系统的相关开发甚为重要。文章主要对非能动安全壳冷却系统的国内外专利申请情况、主要涉及国内外专利申请人分布、国内外申请量的发展趋势等进行了统计分析。

关键词：非能动安全壳冷却余热；安全喷淋技术；核电站

1 背景技术

安全壳是核电站反应堆的重要部分。当反应堆发生失水事故或主蒸汽管道破裂事故后，大量的放射性蒸汽释放到安全壳内，安全壳内温度和压力迅速升高。为了防止由于安全壳超高温高压而产生的放射性泄漏，必须及时地将安全壳内剩余热量导出，以保证安全壳的完整性和密封性。在新一代反应堆中，提出了非能动安全壳冷却方法。

目前，技术上比较成熟的非能动安全壳冷却系统采用安全喷淋系统为主，结合辅助冷却方式的反应堆非能动安全壳冷却系统，下面就介绍采用安全喷淋冷却系统为主的反应堆非能动安全壳冷却系统的原理及其关键技术。

2 非能动安全壳冷却的安全喷淋技术

2.1 非能动安全壳冷却系统

图1为非能动安全壳冷却系统的示意图。安全喷淋系统是非能动安全壳冷却系统的主要冷却技术，喷淋是安全壳热量排出的重要手段。非能动安全喷淋装置大致也分成芍郑一种是将喷淋装置安装在安全壳内部，该喷淋装置在安全壳外的若干个蓄压水箱，蓄压水箱的出水管连接至集管，集管通过安全壳贯穿件与安全壳内的喷淋环管连接，在安全壳外的集管上设有电动隔离阀，安全壳内的集管上设有止回阀，安全喷淋装置主体安装在安全壳内部，会对安全壳造成一定的贯穿，从而会影响安全壳的密封安全性；另一种是将整个安全喷淋装置安装在安全壳外部，这样可以减少对安全壳的贯穿，提高安全壳的安全密封性能。

2.2 非能动安全壳冷却系统中的冷却辅助冷却技术

在事故工况下，为了实现对安全壳的长期冷却，主要采用空气冷却辅助系统进行。一般的空气冷却辅助系统由安全壳外部的屏蔽厂房、空气导流板及安全壳外壁共同形成，其中空气导流板在非能动安全壳冷却系统中尤其重要。

3 非能动安全壳冷却系统的专利分布情况分析

3.1 专利申请量分析

在VEN数据库中，使用非能动安全壳冷却技术领域的主要关键词和分类号，统计非能动安全壳冷却技术领域的申请量随时间的变化，并用图2列出了近几年的专利申请量变化。

从图2中可以明显看出，非能动安全壳冷却系统领域在2011年之后申请量有着大幅度提升。经过分析，2011年之后申请量增加的主要原因是由于日本福岛核事故的影响。

3.2 专利申请人分析

在VEN数据库中利用“（or Passive，natural）and（or containment，safe+ shell）and（or cooling，spray+，sprinkle+，residual heat，remain+ heat）”进行检索，并用MEMS命令统计PA申请人字段，统计非能动安全壳冷却技术领域全球专利申请的申请人分布情况，其分布如表1所示。表数据表明，申请量排名前几位的重要申请人多集中在美国、日本和中国。

3.3 专利申请区域分布

在VEN数据库中利用“（or Passive，natural）and（or containment，safe+shell）and（or cooling，spray+，sprinkle+，residual heat，remain+ heat）”进行检索，并用MEMS 命令统计PA申请人字段，统计非能动安全壳冷却技术领域全球专利申请的申请人分布情况，如图3所示。

图3中所显示的为非能动安全壳冷却技术领域全球主要专利区域分布示意图。全球非能动安全壳冷却技术领域，主要的申请人主要集中在美国、中国和日本。美国作为老牌的核电技术强国，且其在专利以及知识产权保护制度相对完善成熟的环境下，其核电技术的申请量历来都是居于前茅；日本在上世纪90年代初伴随其国内核电站大批量的建设，通过引入技术、消化技术、发展技术三个阶段，比如日本的东芝株式会社高价控股的美国传统核电制造商――美国西屋电气等，进一步促进了日本在核电技术方面的发展，使日本俨然成为当下核电技术的新兴力量。

4 结束语

本文主要对非能动安全壳冷却系统领域的专利申请进行了初步分析，主要从其研究现状、相关原理及关键技术、相关专利分析三个部分阐述了非能动安全壳冷却技术的特点。通过上文分析可知，非能动安全壳冷却技术是从上个世纪80年代产生的一种新的反应堆安全设计理念，能够在严重事故时保持安全壳的完整性，从而减小发生放射性泄漏到环境中的事故概率，大大提高了反应堆运行安全性。因此，在第四代核反应堆研究设计中会更加重视非能动安全壳冷却技术的研发。作为本技术领域的专利审查员，应该时刻关注本领域技术的发展动向，孜孜不倦地加强对本领域知识的学习和积累。以便无限地接近本领域技术人员，提高自己的专利审查业务能力。

作者简介：华艳（1987，8-），籍贯：四川广安，单位：国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心。