CN110729059A - 一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器 - Google Patents
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Abstract
一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，属于核动力装置散热技术领域。本发明主要利用热管密闭空间内两次简单相变吸收电子元件产生的热量，结合导热、自然对流、受迫对流多种传热方式，将热量高效稳定地排出二次屏蔽水箱。该温度控制器主要由冷凝支管(1)、翅片(2)、上联箱管(3)、上升管(4)、下降管(5)、分汽器(6)、集液器(7)、导流风道(8)、循环风机(9)、冷凝段壳体(10)、连接弯管(11)、下联箱管(12)、气化支管(13)组成。本发明以热管为主要导热元件有效解决了传统盘管换热装置主动循环、工作不稳定的问题，充分保障了核反应堆的正常运行以及水屏蔽层内温度的相对稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，属于核动力装置散热技术领域。
背景技术
现如今，核能的开发速度变得十分迅猛，越来越多的核动力装置用在各个领域。对于船用动力装置，核反应堆具有一些其他装置不可比拟的优势，比如隐蔽性好、续航能力强、功率大等。但是由于核反应堆具有潜在的放射性，因此必须具备防护屏蔽层，用以保护全体船员、周围环境免受放射性的危害。在反应堆屏蔽冷却系统中，通常使用铅层-屏蔽水-铅层(二次屏蔽水箱)的一环套一环的结构，里外的铅层与二次屏蔽水层将对从堆芯泄露出来的中子与辐射降低至允许的水平，并且带走堆芯的热量。这就会导致水屏蔽层的温度逐渐升高，产生过冷沸腾或饱和沸腾，从而减弱对核辐射屏蔽的作用。因此，研制一种二次屏蔽水箱温度控制器变得越来越迫切。
目前在大多数二次屏蔽水箱中，都是采用提前布置好的盘管进行冷却水循环将热量带走。但随着科技的发展和自动化的提高，二次屏蔽水箱的内部结构会越来越复杂，这就给盘管散热装置的设计、安装和检修带来很多问题。同时该散热装置为主动循环，与安全装置非能动化有一定差距。本发明采用热管作为传热装置，热管是一种在密闭空间内通过两次简单相变，实现被动热量传递的高效导热元件，弥补了盘管散热装置主动循环的缺陷。由于热管间相对独立，即使在单根热管失效时，也不会影响其他热管的正常工作，工作可靠性较高。此外，热管结构简单，安装维修十分方便。因此，该热管式非能动温度控制器实现了高效稳定的散热，有效保障了核反应堆的正常运行以及水屏蔽层内温度的相对稳定。
发明内容
本发明提供一种由异型热管和空气冷却系统组成的二次屏蔽水箱温度控制器，其中包括冷凝支管(1)、翅片(2)、上联箱管(3)、上升管(4)、下降管(5)、分汽器(6)、集液器(7)、导流风道(8)、循环风机(9)、冷凝段壳体(10)、连接弯管(11)、下联箱管(12)、气化支管(13)。
上联箱管(3)将上升管(4)、下降管(5)和带翅片(2)的冷凝支管(1)连接在一起组成冷凝段，冷凝支管(1)安装时处于倾斜状态，有利于冷凝液汇集，冷凝支管(1)外布置有翅片(2)，用于强化与空气的热交换，冷凝段外布置有导流风道(8)和循环风机(9)，当空气自然对流可以满足散热要求时，风机关闭。下联箱管(12)将各气化支管(13)连接在一起组成了蒸发段，气化支管(13)并联布置，可以单层布置，也可以多层布置。管内可以是光滑壁面，也可以布置多孔材料以均匀液膜、强化气化过程。冷凝段和蒸发段通过连接弯管(11)相连。本发明提供单管和双管两种方案，单管方案是上升管(4)和下降管(5)采用套管形式布置，可以减少屏蔽隔板的开孔数量，双管方案是上升管(4)和下降管(5)分别布置。
二次屏蔽水箱吸收核反应堆产生的热量使屏蔽水层升温，气化支管(13)吸收屏蔽水层热量，通过下联箱管(12)和上升管(4)将热量传递到冷凝段，位于上联箱管(3)中的分汽器(6)将上升管中的蒸汽分配到各冷凝支管(1)，蒸汽在冷凝支管(1)中放出热量并通过翅片(2)将热量散发到周围，最后通过循环风机(9)将热量通过导流风道(8)导出到外界环境中。蒸汽在冷凝支管(1)中凝结成液体，在重力作用下汇集到集液器(7)中并通过下降管(5)重新回到蒸发段。
附图说明
图1是双管方案中冷凝段的详细结构图。
图1中标号的名称为：1、冷凝支管；2、翅片；3、上联箱管；4、上升管；5、下降管；6、分汽器；7、集液器。
图2是双管方案中蒸发段的详细结构图。
图2中的标号名称为：12、下联箱管；13、气化支管。
图3左侧为本发明双管方案下的原理图，右侧为本发明单管方案下的原理图。
图3中的标号名称为：8、导流风道；9、循环风机；10、冷凝段壳体；11、连接弯管。
具体实施方案
如图3所示，本发明所述的一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器主要由冷凝支管(1)、翅片(2)、上联箱管(3)、上升管(4)、下降管(5)、分汽器(6)、集液器(7)、导流风道(8)、循环风机(9)、冷凝段壳体(10)、连接弯管(11)、下联箱管(12)、气化支管(13)组成。
其中上联箱管(3)将上升管(4)、下降管(5)和带翅片(2)的冷凝支管(1)连接在一起组成冷凝段，冷凝支管(1)安装时处于倾斜状态，有利于冷凝液汇集，冷凝支管(1)外布置有翅片(2)，用于强化与空气的热交换，冷凝段外布置有导流风道(8)和循环风机(9)，当空气自然对流可以满足散热要求时，风机关闭。下联箱管(12)将各气化支管(13)连接在一起组成了蒸发段，气化支管(13)并联布置，可以单层布置，也可以多层布置。管内可以是光滑壁面，也可以布置多孔材料以均匀液膜、强化气化过程。冷凝段和蒸发段通过连接弯管(11)相连。
本发明工作原理如下：二次屏蔽水箱吸收核反应堆产生的热量使屏蔽水层升温，气化支管(13)吸收屏蔽水层热量，通过下联箱管(12)和上升管(4)将热量传递到冷凝段，位于上联箱管(3)中的分汽器(6)将上升管中的蒸汽分配到各冷凝支管(1)，蒸汽在冷凝支管(1)中放出热量并通过翅片(2)将热量散发到周围，最后通过循环风机(9)将热量通过导流风道(8)导出到外界环境中。蒸汽在冷凝支管(1)中凝结成液体，在重力作用下汇集到集液器(7)中并通过下降管(5)重新回到蒸发段。
本发明利用热管密闭空间内两次简单相变将二次屏蔽水层的热量快速导出，配合空气冷却系统将热量高效、稳定的排出二次屏蔽水箱，有效解决了传统盘管换热装置主动循环、工作不稳定的问题。本发明以热管为主要导热元件，有效保障了核反应堆的正常运行以及水屏蔽层内温度的相对稳定。
Claims (6)
1.一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，其特征在于：
由冷凝支管(1)、翅片(2)、上联箱管(3)、上升管(4)、下降管(5)、分汽器(6)、集液器(7)、导流风道(8)、循环风机(9)、冷凝段壳体(10)、连接弯管(11)、下联箱管(12)、气化支管(13)组成；
上联箱管(3)将上升管(4)、下降管(5)和带翅片(2)的冷凝支管(1)连接在一起组成冷凝段，下联箱管(12)将各气化支管(13)连接在一起组成了蒸发段，气化支管(13)并联布置，可以单层布置，也可以多层布置，冷凝段和蒸发段通过连接弯管(11)相连。
2.根据权利要求1所述的一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，其特征在于包括以下过程：
二次屏蔽水箱吸收核反应堆产生的热量使屏蔽水层升温，气化支管(13)吸收屏蔽水层热量，通过下联箱管(12)和上升管(4)将热量传递到冷凝段，位于上联箱管(3)中的分汽器(6)将上升管中的蒸汽分配到各冷凝支管(1)，蒸汽在冷凝支管(1)中放出热量并通过翅片(2)将热量散发到周围，最后通过循环风机(9)将热量通过导流风道(8)导出到外界环境中。
3.根据权利要求1所述的一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，其特征在于包括以下过程：
本发明冷凝段的冷凝支管(1)安装时处于倾斜状态，有利于冷凝液汇集，冷凝支管(1)外布置有翅片(2)，用于强化与空气的热交换。
4.根据权利要求1所述的一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，其特征在于包括以下过程：
本发明蒸发段气化支管管内可以是光滑壁面，也可以布置多孔材料以均匀液膜、强化气化过程。
5.根据权利要求1所述的一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，其特征在于包括以下过程：
本发明提供单管和双管两种方案，单管方案是上升管(4)和下降管(5)采用套管形式布置，可以减少屏蔽隔板的开孔数量，双管方案是上升管(4)和下降管(5)分别布置。
6.根据权利要求1所述的一种应用热管作为导热元件的二次屏蔽水箱热管式非能动温度控制器，其特征在于包括以下过程：
本发明在冷凝段外布置有导流风道(8)和循环风机(9)，当空气自然对流可以满足散热要求时，风机关闭。
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