非能動安全殼冷卻系統技術綜述

摘 要：隨著核電技術的發展，核電站的安全問題越來越受重視。而安全殼作為核電廠專設安全設施，可保護核反應堆免于外部事故的危害，事故后作為核反應堆放射性包容的最后一道安全屏障，可保護環境及公眾免于過量輻射。反應堆事故停堆后，大量蒸汽釋放到安全殼內，引起安全殼溫度及壓力迅速升高。為了保持安全殼的完整性和密封性，必須及時將安全殼熱量導出。非能動安全殼冷卻系統擔當著提供最終熱阱的角色，保障著事故工況下安全殼的完整性。因此，在未來的核電站設計中，對非能動安全殼冷卻系統的相關開發甚為重要。文章主要對非能動安全殼冷卻系統的國內外專利申請情況、主要涉及國內外專利申請人分布、國內外申請量的發展趨勢等進行了統計分析。

關鍵詞：非能動安全殼冷卻余熱；安全噴淋技術；核電站

1 背景技術

安全殼是核電站反應堆的重要部分。當反應堆發生失水事故或主蒸汽管道破裂事故后，大量的放射性蒸汽釋放到安全殼內，安全殼內溫度和壓力迅速升高。為了防止由于安全殼超高溫高壓而產生的放射性泄漏，必須及時地將安全殼內剩余熱量導出，以保證安全殼的完整性和密封性。在新一代反應堆中，提出了非能動安全殼冷卻方法。

目前，技術上比較成熟的非能動安全殼冷卻系統采用安全噴淋系統為主，結合輔助冷卻方式的反應堆非能動安全殼冷卻系統，下面就介紹采用安全噴淋冷卻系統為主的反應堆非能動安全殼冷卻系統的原理及其關鍵技術。

2 非能動安全殼冷卻的安全噴淋技術

2.1 非能動安全殼冷卻系統

圖1為非能動安全殼冷卻系統的示意圖。安全噴淋系統是非能動安全殼冷卻系統的主要冷卻技術，噴淋是安全殼熱量排出的重要手段。非能動安全噴淋裝置大致也分成兩種，一種是將噴淋裝置安裝在安全殼內部，該噴淋裝置在安全殼外的若干個蓄壓水箱，蓄壓水箱的出水管連接至集管，集管通過安全殼貫穿件與安全殼內的噴淋環管連接，在安全殼外的集管上設有電動隔離閥，安全殼內的集管上設有止回閥，安全噴淋裝置主體安裝在安全殼內部，會對安全殼造成一定的貫穿，從而會影響安全殼的密封安全性；另一種是將整個安全噴淋裝置安裝在安全殼外部，這樣可以減少對安全殼的貫穿，提高安全殼的安全密封性能。

2.2 非能動安全殼冷卻系統中的冷卻輔助冷卻技術

在事故工況下，為了實現對安全殼的長期冷卻，主要采用空氣冷卻輔助系統進行。一般的空氣冷卻輔助系統由安全殼外部的屏蔽廠房、空氣導流板及安全殼外壁共同形成，其中空氣導流板在非能動安全殼冷卻系統中尤其重要。

3 非能動安全殼冷卻系統的專利分布情況分析

3.1 專利申請量分析

在VEN數據庫中，使用非能動安全殼冷卻技術領域的主要關鍵詞和分類號，統計非能動安全殼冷卻技術領域的申請量隨時間的變化，并用圖2列出了近幾年的專利申請量變化。

從圖2中可以明顯看出，非能動安全殼冷卻系統領域在2011年之后申請量有著大幅度提升。經過分析，2011年之后申請量增加的主要原因是由于日本福島核事故的影響。

3.2 專利申請人分析

在VEN數據庫中利用“（or Passive，natural）and（or containment，safe+ shell）and（or cooling，spray+，sprinkle+，residual heat，remain+ heat）”進行檢索，并用MEMS命令統計PA申請人字段，統計非能動安全殼冷卻技術領域全球專利申請的申請人分布情況，其分布如表1所示。表數據表明，申請量排名前幾位的重要申請人多集中在美國、日本和中國。

3.3 專利申請區域分布

在VEN數據庫中利用“（or Passive，natural）and（or containment，safe+shell）and（or cooling，spray+，sprinkle+，residual heat，remain+ heat）”進行檢索，并用MEMS 命令統計PA申請人字段，統計非能動安全殼冷卻技術領域全球專利申請的申請人分布情況，如圖3所示。

圖3中所顯示的為非能動安全殼冷卻技術領域全球主要專利區域分布示意圖。全球非能動安全殼冷卻技術領域，主要的申請人主要集中在美國、中國和日本。美國作為老牌的核電技術強國，且其在專利以及知識產權保護制度相對完善成熟的環境下，其核電技術的申請量歷來都是居于前茅；日本在上世紀90年代初伴隨其國內核電站大批量的建設，通過引入技術、消化技術、發展技術三個階段，比如日本的東芝株式會社高價控股的美國傳統核電制造商——美國西屋電氣等，進一步促進了日本在核電技術方面的發展，使日本儼然成為當下核電技術的新興力量。

4 結束語

本文主要對非能動安全殼冷卻系統領域的專利申請進行了初步分析，主要從其研究現狀、相關原理及關鍵技術、相關專利分析三個部分闡述了非能動安全殼冷卻技術的特點。通過上文分析可知，非能動安全殼冷卻技術是從上個世紀80年代產生的一種新的反應堆安全設計理念，能夠在嚴重事故時保持安全殼的完整性，從而減小發生放射性泄漏到環境中的事故概率，大大提高了反應堆運行安全性。因此，在第四代核反應堆研究設計中會更加重視非能動安全殼冷卻技術的研發。作為本技術領域的專利審查員，應該時刻關注本領域技術的發展動向，孜孜不倦地加強對本領域知識的學習和積累。以便無限地接近本領域技術人員，提高自己的專利審查業務能力。

作者簡介：華艷（1987，8-），籍貫：四川廣安，單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心。