福岛核事故的关键在于全厂断电和应急冷却的丧失,失去了把余热导出去的可能,而造成这样致命打击的主要原因就是地震及其随后引发的海啸。从而引发了学界对于核电站在全厂断电极端恶劣条件下,如何保证核安全问题的研究和思考。核电站主控室可居留空调系统的主要功能是提供一个安全环境,使主控室的操作人员能在电厂正常运行期间保持反应堆和辅助系统在控制之下,在异常情况下能够安全停堆,有利于避免或缓解事故后果,从而保护操作人员和电厂的安全。因此,如何确保核电站在断电事故下主控室的可居留性,尤其是采用非能动技术保证主控室的通风制冷需求,成为核安全相关课题研究的关键。本文以核电站出现紧急事故而导致全厂断电为背景,为确保主控室的可居留性,提出了几种非能动制冷技术方案,即冰蓄冷制冷、涡旋管制冷、节流制冷及膨胀制冷。通过对不同制冷系统的工作原理及运行分析,比较了几种方案的可行性和优缺点,并对节流制冷和膨胀制冷方案通过搭建性能试验台进行了实验验证,最后确定以高压空气推动膨胀机的膨胀制冷方式最为可行。为了研究膨胀制冷的效果,本文设计并搭建了压缩空气膨胀制冷性能试验台,虽然膨胀机制冷效果非常好,但膨胀机排气中出现了带油问题。为此文中专门研制了一款新型无油清洁膨胀机,该膨胀机采用了一系列的无油处理技术,如无油轴承、LGM润滑梯度材料等。对无油膨胀机制冷系统进行了实验研究,实验结果表明:利用新型无油膨胀机对高压空气进行等熵膨胀,空气的温度降低了很多而且降温速率快,总制冷量达到了3937W,满足全厂断电情况下主控室3000W的需求量,同时降温后的清洁空气可以直接送入室内供给人员呼吸,确保了主控室断电事故下72小时的可居留性。