CN111081397A - 一种一体化核反应堆一回路换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一体化核反应堆一回路换热器，属于核反应堆技术领域。包括外筒体、中间筒体、内筒体、螺旋折流板和堆芯，内筒体、中间筒体和外筒体依次安装在环形底板和环形顶板之间，堆芯置于内筒体中，内筒体与中间筒体之间的空腔中设有换热管，堆芯中的换热介质与换热管中的换热介质构成一体化核反应堆的一回路，螺旋折流板焊接在内筒体的外壁上。本发明的一回路换热器消除了小换热器之间不能被利用的死区，增加了换热管的布管区域面积，提高了反应堆的效率；螺旋折流板抑制壳程流体的污垢累积沉淀，提高换热器使用寿命。换热器增加了换热管的有效长度，在提高反应堆的换热效率的同时降低设备造价。

Description

一种一体化核反应堆一回路换热器

技术领域

本发明涉及一种一体化核反应堆一回路换热器，当反应堆用于供热时，一回路为换热器；当反应堆直接用于发电时，一回路为可以蒸发器，属于核反应堆技术领域。

背景技术

一体化核反应堆，将换热器、燃料组件、控制棒等部件均集成在反应堆压力容器内，由压力容器组成一回路压力边界的主体。换热器是联系并且隔离反应堆冷却剂回路和二回路的换热设备。以往设计的换热器，如核动力工程第24卷第2期200MW低温核供热堆采用的分体式U型管换热器，核动力工程第11卷第6期5MWTHR主换热器采用分体式直管换热器，原子能科学技术第33卷第1期多用途重水研究堆主换热器采用套管式结构以及高温气冷堆采用螺旋管式蒸发器，其结构如图1和图2所示，其中图1和图2中，a是压力容器，b是换热器，c二回路管口，d是堆芯。从图中可以看出，已有的分体式U型管换热器除了直管式方案皆存在不易在役检查、制造比较困难、无法有效防止管流振动等缺点，目前已有的直管式换热器换热效率低。因此，必须对换热器进行结构重新设计，解决以往方案不能实现的在役检查、管流振动、换热效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种一体化核反应堆一回路换热器，以使换热器可以实现在役检查，有效防止管流振动，为一体化核反应堆提供更优、更安全的换热器。

本发明提出的一体化核反应堆一回路换热器，包括环形底板、环形顶板、外筒体、中间筒体、内筒体、螺旋折流板和堆芯，所述的内筒体、中间筒体和外筒体依次由内到外同轴安装在环形底板和环形顶板之间；所述的堆芯置于内筒体中，所述的内筒体与中间筒体之间的空腔中设有换热管，堆芯中的换热介质与换热管中的换热介质构成一体化核反应堆的一回路；所述的螺旋折流板沿内筒体的外壁螺旋形上升盘绕焊接在内筒体的外壁上，螺旋折流板中的换热介质与内筒体和中间筒体之间空腔中的换热介质相互连通；所述的中间筒体和外筒体之间的空腔为一体化核反应堆的二回路，外筒体的上部设有二回路入口管和二回路出口管；所述的外筒体与压力容器筒体通过环形顶板和环形底板连为一体，将核反应堆中的压力容器边界作为换热器外筒体的边界，换热器即反应堆压力容器的一部分。

本发明提出的一体化核反应堆一回路换热器，其优点是：

1、本发明的一体化核反应堆一回路换热器，将类似5MW THR、200MW低温核供热堆等已有核反应堆型中的多台小换热器用一台环形换热器取代，消除了小换热器之间不能被利用的死区，增加了换热管的布管区域面积，提高了反应堆的供热效率。

2、本发明的一体化核反应堆一回路换热器，将核反应堆中的压力容器边界作为换热器外筒体的边界，换热器即反应堆压力容器的一部分，不需要其他支撑和定位，换热器的二回路出、入口直接在外壁伸出，避免了5MW THR、200MW低温核供热堆等已有核反应堆主换热器依靠二回路出、入口支撑的问题，更能够保证二回路出、入口的位置精度，同时避免了主换热器重量对二回路出、入口造成的额外载荷，为核反应堆的建造节约了空间和材料，降低设备成本。

3、本发明的一回路换热器，其中换热器中的环形顶板和环形底板的数量比5MWTHR及多用途重水研究堆中的直管式或套管式换热器减少一半，减少了总的材料和环形顶板及环形底板的加工成本。同时，主换热器中省去了直管式或套管式换热器中的二回路腔室，将二回路出、入口设置在外壁，因此，与已有的直管式或套管式换热器中将二回路出、入口设置在顶部或设置在二回路腔室侧壁的结构，节省了一定高度，增加了换热管的有效长度，在提高核供热堆的供热效率的同时，又节约了一半以上的造价。

4、本发明的一体化核反应堆一回路换热器，在二次侧内筒外盘绕螺旋折流板，对换热器管束形成连续支撑，减少了由于流体诱发的振动；螺旋折流板为连续曲面，使中间回路水呈螺旋柱塞流动，不存在流动死区，同时传热能力提高；螺旋折流板结构能够有效抑制壳程流体的污垢累积沉淀，提高主换热器使用寿命。相对于已有换热器结构简单，减小了流阻。一回路换热器

5、本发明的一体化核反应堆一回路换热器，能够实现换热器的在役检查，在换热管出现问题时，能进行堵管检修。而类似5MW THR、200MW低温核供热堆等已有的核反应堆小换热器，不易实现在役检查和堵管检修。

附图说明

图1是已有的200MW核供热堆及换热器结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明提出的一体化核反应堆一回路换热器的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是螺旋折流板的安装示意图。

图1和图2中，a是压力容器，b是换热器，c二回路管口，d是堆芯。

图3和图4中，1是环形底板，2是外筒体，3是中间筒体，4是二回路出口管，5是二回路入口管，6是换热管，7是内筒体，8是螺旋折流板，9是环形顶板，10是堆芯。

图5中，11是管孔。

具体实施方式

本发明提出的一种一体化核反应堆一回路换热器，其结构如图3和图4所示，包括环形底板1、环形顶板9、外筒体2、中间筒体3、内筒体7、螺旋折流板8和堆芯10，所述的内筒体7、中间筒体3和外筒体2依次由内到外同轴安装在环形底板1和环形顶板9之间；所述的堆芯10置于内筒体7中，所述的内筒体7与中间筒体3之间的空腔中设有换热管6，堆芯10中的换热介质与换热管6中的换热介质构成一体化核反应堆的一回路；所述的螺旋折流板8沿内筒体7的外壁螺旋形上升盘绕焊接在内筒体7的外壁上，如图3中所示，螺旋折流板8中的换热介质与内筒体7和中间筒体3之间空腔中的换热介质相互连通；所述的中间筒体3和外筒体2之间的空腔为一体化核反应堆的二回路，外筒体2的上部设有二回路入口管5和二回路出口管4；所述的外筒体2与压力容器筒体通过环形顶板9和环形底板1连为一体，将核反应堆中的压力容器边界作为换热器外筒体的边界，换热器即反应堆压力容器的一部分。

以下结合附图，详细介绍本发明提出的一体化核反应堆一回路换热器的工作原理和工作过程：

总体结构上：一回路换热器采用环形管束式结构，共一台，作为压力容器的中间段，其外筒体2与压力容器共用一段壳体；环形管束位于中间筒体3和内筒体7之间的环形空间；换热器外筒体2、中间筒体3、内筒体7的上端均与环形顶板9焊接；其中内筒体7和外筒体2是承压筒体，两承压筒体下端与环形底板1焊接；螺旋折流板8盘绕焊接在内筒体7的外壁；环形顶板9、环形底板1和螺旋折流板8上加工有与换热管6同数量的管孔，管孔沿环形区域均布；换热管6穿过环形顶板9、螺旋折流板8和环形底板1上的管孔，与环形顶板9和环形底板1焊接；二回路入口管5与主换热器外筒体2焊接，二回路出口管4与中间筒体3(非承压筒体)焊接；二回路出、入口管分别接入二回路系统。

流道设计上：主换热器采用单直管传热面，仅有一个环形顶板和一个环形底板，传热有两条流道，换热管6内的管内流道(一回路水)和换热管6外，螺旋折流板8上的管外流道(中间回路水)；二回路沿绕螺旋折流板上升，管内流道与管外流道进行逆流换热。

结构和制造装配上：换热器采用单直管结构，换热管与环形顶板和环形底板的连接方式是强度焊+强度胀，装配以及胀接焊接顺序可以由制造单位自行确定。

Claims (1)

1.一种一体化核反应堆一回路换热器，其特征在于包括环形底板、环形顶板、外筒体、中间筒体、内筒体、螺旋折流板和堆芯，所述的内筒体、中间筒体和外筒体依次由内到外同轴安装在环形底板和环形顶板之间；所述的堆芯置于内筒体中，所述的内筒体与中间筒体之间的空腔中设有换热管，堆芯中的换热介质与换热管中的换热介质构成一体化核反应堆的一回路；所述的螺旋折流板沿内筒体的外壁螺旋形上升盘绕焊接在内筒体的外壁上，螺旋折流板中的换热介质与内筒体和中间筒体之间空腔中的换热介质相互连通；所述的中间筒体和外筒体之间的空腔为一体化核反应堆的二回路，外筒体的上部设有二回路入口管和二回路出口管；所述的外筒体与压力容器筒体通过环形顶板和环形底板连为一体，将核反应堆中的压力容器边界作为换热器外筒体的边界，换热器即反应堆压力容器的一部分。

Images