CN101174482A - 钠-空气热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于液态金属钠与空气之间进行热量交换的热交换器。它包括筒体，筒体顶端设有出口风门，底端设有进口风门。筒体内腔的上部设有膨胀罐，其顶端设有氩气进口接管，底端与钠进口管连通，其筒体与换热管管束连通，换热管管束与钠出口管连通。流动的空气从下而上经过换热管管束表面时带走热量，实现钠与空气之间的换热，具有非能动性，同时避免了钠与空气的化学反应。
Description
技术领域
本发明属于热交换器技术领域，具体涉及一种用于液态金属钠与空气之间进行热量交换的热交换器技术。
背景技术
池式钠冷快堆的事故余热排放系统具有非能动性，在事故工况下依靠自然循环带出堆芯余热。通常其所使用的换热器是一种专用的热交换器，它可以将事故余热排放系统中间回路钠的热量传递给空气，使钠降温，从而实现自然循环。热交换器的原理比较简单，是通过两种介质的逆向流动而换热。通常所使用的介质是水或空气，但关于钠与空气之间的热交换器技术在公开文献上尚无报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有非能动性的钠-空气热交换器。
本发明是这样实现的：一种钠-空气热交换器，包括筒体，筒体顶端设有出口风门，底端设有进口风门。筒体内腔的上部设有膨胀罐，膨胀罐通过支承板固定在筒体上，膨胀罐顶端设有氩气进口接管，氩气进口接管延伸至筒体外，膨胀罐底端与钠进口管连通，膨胀罐的筒体与换热管管束连通，换热管管束与钠出口连通。
如上所述的钠-空气热交换器，筒体、膨胀罐、钠出口管和钠进口管的外壁上均设有电加热器和保温层。
如上所述的钠-空气热交换器，进口风门为单段进口风门，出口风门为双段出口风门，每个进口风门之间相互成90°布置。
如上所述的钠-空气热交换器，所述的换热管管束由平整的Γ形管束组成。
使用时，钠从钠进口管进入膨胀罐，然后分流到换热管管束。上、下风门打开，流动的空气从下而上经过换热管管束表面时带走热量，实现换热，具有非能动性。同时，由于空气与钠并不接触，避免了钠与空气的化学反应。
附图说明
图1本发明提供的钠-空气热交换器的结构示意图。
图中标号1.出口风门、2.氩气进口接管、3.筒体、4.膨胀罐、5.排除器、6.定位钢带、7.下集流器、8.钠出口管、9.钠进口管、10.水泥地面、11.进口风门、12.保温层、13.电加热器、14.换热管管束、15.漏钠接管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
一种钠-空气热交换器，它包括筒体3，它固定在水泥地面10上。在筒体3的顶端设有出口风门1，底端设有进口风门11。进口风门11为单段进口风门，布置3个，相互间成90°角布置，以保证空气按管系均匀地分配。出口风门1为双段出口风门。每个风门旋转导叶板可以转动，并可在0～90度范围内固定下来。在筒体3内腔的上部设有膨胀罐4，它是有钠自由液面的立式圆柱形容器，并通过支承板固定在筒体3的内侧壁上。膨胀罐4顶端设有氩气进口接管2，氩气进口接管2延伸至筒体3外，膨胀罐4上部的氩气腔用于补偿待冷却钠因温度变化而引起的体积变化。膨胀罐4底端与钠进口管9连通，钠进口管9与独立热交换器的二次钠出口管连通。膨胀罐4的中部筒体与换热管管束14连通。换热管管束14所用的是平整的Γ形管。换热管管束14沿高度方向安装有定位钢带6，以减少管子的振动。换热管管束14以环状排列，其下端与下集流器7相通，下集流器7与钠出口管8连通，钠出口管8与独立热交换器的二次钠入口管连通。在膨胀罐4的下部筒体上连有排除器5，排除器5通过隔板固定换热管管束14。筒体3的底部不是水平的，其最低处设置漏钠接管15。为了在充钠之前加热空气，在筒体3、膨胀罐4、钠出口管6和钠进口管7的外壁上均设有电加热器13与保温层12。
某快堆所用的上述钠-空气热交换器的技术参数如表1所示。
表1 空气热交换器的技术参数
| 壳程 | 管程 | |
| A运行条件(额定冷却工况) | ||
| 介质类型 | 空气 | 金属钠 |
| 流量(kg/s) | 2.4 | 2.93 |
| 入口温度(℃) | 50 | 514 |
| 出口温度(℃) | 264 | 373 |
| 入口压力(MPa) | 大气压 | 0.6 |
| 热流量(MW) | 0.525 | 0.525 |
| B换热器参数 | ||
| 传热面积(m2) | 94.2 | |
| 设计压力(MPa) | 0.6 | |
| 设计温度(℃) | 550 | |
| 换热管尺寸(mm) | φ16×1.4 | |
| 换热管根数(根) | 522 | |
| 拉杆(根) | 18 | |
该热交换器是逆流热交换装置，其中钠在管内由上向下运动，空气在管间空隙由下向上运动。它有两个工况：当快堆正常运行时，热交换器处于备用工况状态；当快堆遭遇地震、系统供电全部中断、所有蒸汽发生器给水中断等的事故工况时，热交换器处于工作工况(冷却工况)状态。
当热交换器处于备用工况时，进口风门11全部打开，出口风门1部分关闭，留有10％的间隙。事故余热排放系统中间回路的钠在自然循环作用下，从独立热交换器沿管道进到膨胀罐4，并分流到换热管管束14，将热量传递给空气，冷却后的钠沿管道回到独立热交换器。
当热交换器处于工作工况时，进口风门11、出口风门1全部打开，这时，进口风门1如果处于“关闭”的初始状态时，将进口风门1也全部打开。风门全部打开的时间为18秒。事故余热排放系统中间回路的钠在自然循环作用下，从独立热交换器沿管道进到膨胀罐4，并分流到换热管管束14，将热量传递给空气，冷却后的钠沿管道回到独立热交换器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离发明的精神和范围。这样，假若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种钠-空气热交换器，包括筒体(3)，其特征在于：筒体(3)顶端设有出口风门(1)，底端设有进口风门(11)；筒体(3)内腔的上部设有膨胀罐(4)，膨胀罐(4)通过支承板固定在筒体(3)上，膨胀罐(4)顶端设有氩气进口接管(2)，氩气进口接管(2)延伸至筒体(3)外，膨胀罐(4)底端与钠进口管(9)连通，膨胀罐(4)的筒体与换热管管束(14)连通，换热管管束(14)与钠出口管(8)连通。
2.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述的筒体(3)、膨胀罐(4)、钠进口管(9)和钠出口管(8)的外壁上均设有电加热器(13)和保温层(12)。
3.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：换热管管束(14)的下端通过下集流器(7)与钠出口管(8)连通。
4.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述的进口风门(11)为单段进口风门。
5.根据权利要求1或4所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述的进口风门(11)设置3个，相互间成90°角布置。
6.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述的出口风门(1)为双段出口风门。
7.根据权利要求1、4、6所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述风门的旋转导叶板可以转动，并可在0～90度范围内固定下来。
8.根据权利要求5所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述风门的旋转导叶板可以转动，并可在0～90度范围内固定下来。
9.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述的换热管管束(14)由平整的Γ形管束组成。
10.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：在膨胀罐(4)的下部筒体上连有固定换热管管束(14)的排除器(5)。
11.根据权利要求1所述的钠-空气热交换器，其特征在于：所述筒体(3)的底部不是水平的，其最低处设置漏钠接管(15)。
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