CN106128524B - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷却系统，其包括一用于存储冷却气体的储气罐、一用于放置测量器件的冷却管道和一冷却池，该储气罐通过一第一气路管道与该冷却管道相连接，该冷却管道通过一第二气路管道与该冷却池相连接，该冷却池通过一第三气路管道与该储气罐相连接；该储气罐中的冷却气体经由该冷却管道和该冷却池返回至该储气罐。采用气体冷却技术降低测量器件例如中子探测器处的温度，使得中子探测器的工作温度符合要求，进而使得中子探测器能够正常工作。而且，采用气体闭式循环的方式，减少气体损耗，及活化后带有放射性气体的泄露。

Description

冷却系统
技术领域
本发明涉及一种冷却系统，特别涉及一种用于高温反应堆的测量器件例如中子探测器的冷却系统。
背景技术
反应堆核测系统是反应堆必不可少的系统之一，通过监测中子注量率来快速得到反应堆功率水平，向操作人员提供反应堆信息，也是反应堆物理研究的重要工具之一。
2002年9月20日在日本东京召开的第四代反应堆国际研讨会上公布了6种第四代反应堆设计概念，第四代的主要特点之一就是出口温度高，温度一般都在500℃以上，这就给反应堆内中子注量率测量带来困难。目前，高灵敏的商业化气体电离中子探测器的工作温度一般最高只有250℃，很难在高温反应堆中使用。尽管自给能探测器的工作温度要高，但灵敏度低，只能在高中子注量率下测量，不能满足物理启动及低中子注量率下测量要求。
因此，有必要提供一种在高温下能够测量反应堆中子注量率的方法及系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中中子探测器在高温环境下会遭受损坏以至于无法测量的缺陷，提供一种能够使得中子探测器进行正常测量操作的冷却系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种冷却系统，其特点在于，其包括一用于存储冷却气体的储气罐、一用于放置测量器件的冷却管道和一冷却池，该储气罐通过一第一气路管道与该冷却管道相连接，该冷却管道通过一第二气路管道与该冷却池相连接，该冷却池通过一第三气路管道与该储气罐相连接；
该储气罐中的冷却气体经由该冷却管道和该冷却池返回至该储气罐。
在本方案中，采用气体冷却技术降低测量器件例如中子探测器处的温度，使得中子探测器的工作温度符合要求，进而使得中子探测器能够正常工作。而且，采用气体闭式循环的方式，减少气体损耗，及活化后带有放射性气体的泄露。
较佳地，该冷却管道为一多层管道结构，该冷却管道的最外层管道与紧邻该最外层管道的管道间填充有绝缘材料，该冷却气体通过该第一气路管道进入该冷却管道的最内层管道间，并经该最内层管道与紧邻该最内层管道的管道间出入该第二气路管道。
本方案采用多层结构的管道，中间添加绝热材料的方式来进一步降低测量器件处的温度。
较佳地，该冷却管道中与该冷却气体接触的管道上增设有翅片。增设翅片的作用是：增大与冷却气体的接触面积，提高热传递，提高冷却效果。
较佳地，该第二气路管道的外表面尤其是该第二气路管道伸入至该冷却池内的那一部分管道的外表面上增设有翅片，最大化散热面积。
较佳地，该冷却系统还包括一设置于该储气罐与该冷却池间的循环泵，该循环泵用于为该冷却气体提供动力，保证冷却气体循环流动。
较佳地，该冷却系统还包括一压力计，该压力计用于测量该储气罐中的压力。
较佳地，该冷却系统还包括一流量计，该流量计用于测量该第一气路管道中的该冷却气体的流量。
较佳地，该冷却系统还包括一第一温度计和一第二温度计，该第一温度计用于测量该冷却管道内的温度，该第二温度计用于测量该冷却池内的温度。
较佳地，该冷却系统还包括一监测控制系统，该监测控制系统用于接收该压力计、该流量计、该第一温度计和该第二温度计传输来的数据，并在该些数据中的数据异常时控制该储气罐关闭，且发出一报警信号。
较佳地，该监测控制系统用于在该第一温度计测量出的温度值大于一设定温度时控制增加该循环泵的转速和该冷却气体的流量。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
1)采用气体冷却，系统结构简单，不用担心水溶液的腐蚀和净化问题，也特别适合在无水的环境下使用。
2)采用循环气体的方式，将气体循环利用，提高了经济效益，也不用担心被活化了的带有放射性气体的处理问题。
3)采用高效隔热材料，减少热量的传导，可以降低冷却气体流量。
4)采用储气罐结构，保证气体出口压力的稳定，流量稳定，可以确保有较大的动态调节范围。
5)采用自动化监测控制系统，可以实时监测整个系统的工作状态，动态控制，使系统稳定可靠的运行在最佳状态。若出现故障，将及时给出报警信号。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的冷却系统的示意图。
图2为本发明较佳实施例的三层管道结构的冷却管道的示意图。
图3为本发明较佳实施例的三层管道结构并带翅片的冷却管道的示意图。
图4为本发明较佳实施例的四层管道结构的冷却管道的示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本实施例提供一种用于中子探测器的冷却系统100，其包括一用于存储冷却气体的储气罐1、一第一气路管道2、一用于放置该中子探测器的冷却管道3、一第二气路管道4、一冷却池5、一第三气路管道6、一循环泵7和一第四气路管道8。
其中，该储气罐1通过该第一气路管道2与该冷却管道3相连接，该冷却管道3通过该第二气路管道4与该冷却池5相连接，该冷却池5通过该第三气路管道6与该循环泵7相连接，该循环泵7通过该第四气路管道8与该储气罐1相连接。由此，该储气罐1中的冷却气体经由该冷却管道3、该冷却5池以及该循环泵7返回至该储气罐1。
该冷却管道3的具体结构见图2-4，其包括管道31、绝热材料32、气体流动空间33和探测器空间34。图2-4分别给出了几种可选的冷却结构，对于图2中的三层管道结构，气体可以从最内层进入，从内往外数，从第一层和第二层间隙出来，第二层与第三层之间填充绝热材料。
图3中该冷却管道中与该冷却气体接触的管道上增设有翅片。增设翅片的作用是：增大与冷却气体的接触面积，提高热传递，提高冷却效果。
图4中示出了四层管道结构，从内往外数，气体从第一层和第二层间隙进入，从第二层与第三层间隙出来，第三层与第四层之间填充绝热材料。
具体的冷却管道3的材料应采用中子吸收截面小的材料，比如金属锆、石墨、碳化硅等，具体尺寸由具体工程设计决定。该绝热材料32为高温下传导系数小且中子吸收截面小的材料，700℃时的导热系数<0.05W/mK，具体地如：SiO2、Al2O3的纳米微孔材料。
该第一气路管道2、该第二气路管道4、该第三气路管道6和该第四气路管道8均是气体的传输通道，采用寿命长的金属管道。其中一段为带翅盘管，最大化散热面积，放在冷却池5中冷却气体。
该冷却池5是对经过冷却管道3出来的高温气体进行冷却，采用水但不局限于水来冷却。而且，还可以在气体管路上缠绕水管，利用循环水的方式来冷却气体。
该循环泵7为冷却气体流动提供动力，保证气体循环流动，其转速受该雷雀系统包括的监测控制系统9控制。
该储气罐1为高压罐，压力小于2MPa，提供气体缓冲，保证出口压力稳定，提供稳定的气流，由该循环泵7不断补充气体。
本实施例中的测量监测仪表包括但不局限于第一温度计11、第二温度计12、压力计13和流量计14。该第一温度计11用于测量该冷却管道3内的温度，该第二温度计12用于测量该冷却池5内的温度。该压力计13用于测量该储气罐1中的压力。该流量计14用于测量该第一气路管道2中的该冷却气体的流量。
该监测控制系统9，它监测整个系统的工作状态，如温度、压力、流量等，具体的如发现探测器处温度升高，则会加大循环泵转速，提高气体流量，增加冷却效果。如发现系统故障，或温度无法降低，则给出信号通知中子测量系统，停止测量，关闭相关设备，防止损坏系统。
本发明的工作原理如下：
首先高压(<2MPa)、低温(<50℃)的冷却气体从储气罐1中引出到冷却管道3的进气口，在经过冷却孔道3时带走热量，变成高温气体，在经过冷却池5内的带翅盘管时被冷却，温度小于50℃，后由循环泵7再次压入储气罐1中，实现循环使用。同时整个管路和设备上安装有监测传感器，具体有第一温度计11、第二温度计12、压力计13和流量计14，这些传感器采集的数据送给监测控制系统9，监测控制系统9根据这些传感器信号可实时监测整个系统的运行状态，并可动态调节循环泵7的转速，实现系统稳定可靠运行。同时若监测传感器信号异常，具体的或过大或过小的超过限值，则自动关闭气路循环系统，并给出报警信号给中子测量系统，中子测量系统据此信号进行相应的动作。
综上可知，本发明采用多层结构的管道，中间添加绝热材料，采用气冷的方法来降低探测器处的温度，并利用循环泵实现气体闭式循环使用减少气体损耗，及活化后带有放射性气体的泄露。这样可实现高温反应堆在高温环境下对中子的测量要求，具有广阔的应用前景。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种冷却系统，其特征在于，其包括一用于存储冷却气体的储气罐、一用于放置测量器件的冷却管道和一冷却池，该储气罐通过一第一气路管道与该冷却管道相连接，该冷却管道通过一第二气路管道与该冷却池相连接，该冷却池通过一第三气路管道与该储气罐相连接；
该储气罐中的冷却气体经由该冷却管道和该冷却池返回至该储气罐；
该冷却管道为一多层管道结构，该冷却管道的最外层管道与紧邻该最外层管道的管道间填充有绝热材料，该冷却气体通过该第一气路管道进入该冷却管道的最内层管道间，并经该最内层管道与紧邻该最内层管道的管道间出入该第二气路管道；
所述测量器件放置于所述最内层管道中。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该冷却管道中与该冷却气体接触的管道上增设有翅片。
3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该第二气路管道的外表面上增设有翅片。
4.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该冷却系统还包括一设置于该储气罐与该冷却池间的循环泵，该循环泵用于为该冷却气体提供动力。
5.如权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，该冷却系统还包括一压力计，该压力计用于测量该储气罐中的压力。
6.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，该冷却系统还包括一流量计，该流量计用于测量该第一气路管道中的该冷却气体的流量。
7.如权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，该冷却系统还包括一第一温度计和一第二温度计，该第一温度计用于测量该冷却管道内的温度，该第二温度计用于测量该冷却池内的温度。
8.如权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，该冷却系统还包括一监测控制系统，该监测控制系统用于接收该压力计、该流量计、该第一温度计和该第二温度计传输来的数据，并在该些数据中的数据异常时控制该储气罐关闭，且发出一报警信号。
9.如权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，该监测控制系统用于在该第一温度计测量出的温度值大于一设定温度时控制增加该循环泵的转速和该冷却气体的流量。
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