CN111288826A - 一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器，包括一次高压介质腔、传热介质腔以及二次高压介质腔，所述传热介质腔包括若干个叠在一起的夹层结构，所述夹层结构的内部设有空腔，所述夹层结构设有至少一个一次腔和二次腔，所述一次腔和二次腔穿过夹层结构的侧壁，所述一次腔和二次腔的侧壁位于空腔内，若干个夹层结构的一次腔形成包含一个腔体的一次高压介质腔，若干个二次腔形成包含一个腔体的二次高压介质腔；所述传热介质腔连接有压力报警器，监测铅基低温合金材料的压力变化；传热介质腔经久使用发生泄漏以后，避免或者减少核能反应堆进行换热工作时出现的核泄漏进入供暖管网中；提高核能热量的换热效率。

Description

一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器

技术领域

本发明属于核反应堆安全及换热技术领域，涉及一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器。

背景技术

核能作为一种安全、清洁的能源，是当前较成熟的替代一次能源的方法之一，利用核能为区域供热已进行了大量的研究，与传统热源相比可以减少污染排放，且供热安全性有保障，将有效改善我国能源结构，缓解日趋严重的能源供应紧张的局面，对于保护环境、保护人民身体健康以及缓解燃煤运输压力等具有积极意义。核能供热设施包括核能热源部分和热网两部分，核能热源和热网之间通过换热器进行热量交换传输。但是换热器长时间使用后，由于腐蚀、磨损、热应力等因素容易造成换热器泄漏，给人们的人身安全带来不可挽回的危害，同时对环境的破坏和影响巨大。因此，为了保证核安全使用，常规的做法是在核能热源回路和热网回路之间增加一个中间二回路。利用中间二回路的过渡作用，阻止核放射性通过热网进入城市供暖管网。但是由于中间二回路的存在，核能供暖系统的占地面积较大，换热效率降低。现有的换热器结构不能有效的阻止热源回路中的核泄漏向热网回路扩散，因此，有必要设计一种新型的换热器，提高核能应用安全性和热能换热效率，弥补现存技术的不足。

发明内容

有鉴于此，特此提出本发明。

本发明的目的在于提供一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器，利用传热介质腔进行核能热源与热网之间的热量交换，当传热介质腔经久使用发生泄漏，通过铅基低温合金材料的压力监控和传递，实现核泄漏报警，同时，能能够避免或者减少核能反应堆进行换热工作时出现的核泄漏进入供暖管网中，提高核能热量的换热效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现的：

一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器，包括一次高压介质腔、传热介质腔以及二次高压介质腔，所述传热介质腔包括若干个叠在一起的夹层结构，所述夹层结构的内部设有空腔，所述夹层结构设有至少一个一次腔和二次腔，所述一次腔和二次腔穿过夹层结构的侧壁，所述一次腔和二次腔的侧壁与位于空腔内，若干个夹层结构的一次腔形成包含一个腔体的一次高压介质腔，若干个二次腔形成包含一个腔体的二次高压介质腔。

进一步的，所述夹层结构上下两端分别设有进出孔，所述进出孔与空腔相连通，进出孔的另一端分别与上汇集管和下汇集管相连通。

进一步的，所述上汇集管和下汇集管设有进出口；所述上汇集管的进出口位置上连接有压力报警器。

进一步的，相邻夹层结构的一次腔之间设有垫圈，相邻夹层结构的二次腔之间设有垫圈。

进一步的，还包括两个固定夹板、紧固螺栓及螺母以及上导杆和下导杆，所述固定夹板上下两端设有固定孔，所述固定夹板的侧面设有卡槽，所述上导杆和下导杆穿过固定孔，所述紧固螺栓及螺母与卡槽相匹配，所述固定夹板通过上导杆、下导杆以及紧固螺栓及螺母将若干个夹层结构紧密叠夹在一起。

进一步的，所述夹层结构的上端和下端分别设置有凹槽，用于卡位上导杆、下导杆。

进一步的，一次高压介质腔和二次高压介质腔为直筒腔，在固定夹板上与一次高压介质腔相对应的位置上设有一次高压进出口，在固定夹板上与二次高压介质腔相对应的位置上设有二次高压进出口。

进一步的，一次高压介质腔和二次高压介质腔为U型腔，所述U型腔的两段直筒管由一次腔或二次腔叠加而成，中间弧形管由固定夹板和与固定夹板相邻的夹层结构围成。

进一步的，所述夹层结构由金属板和金属盖板两部分构成，两者通过焊接方式结合在一起。

进一步的，所述金属板设有内凹腔，所述内凹腔是夹层结构的空腔的一部分。

优选的，所述金属板背对内凹腔的一面被加工成各种波纹形状，金属板边缘设有小型槽道。

优选的，所述内凹腔设置有阵列式支撑柱。

有益效果

与现有板式换热器相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明中防核泄漏换热器设有的三腔结构分别为一次高压介质腔、传热介质腔以及二次高压介质腔，核反应堆出现核泄漏时，一次高压介质有可能携带泄漏物质，一次高压介质先与传热介质进行热量交换，传热介质再与二次高压介质进行热量交换，避免泄漏物质污染终端系统，在实现快速传热的同时，降低了终端系统的风险。

2.在传热介质腔上设置有压力报警器，时刻监测铅基低温合金材料的压力变化；当由于各种原因造成夹层结构破损而引起夹层结构两侧的核反应系统出现核泄漏危险时，第一：铅基低温合金材料的压力会发生显著变化，并传递于压力报警器，压力报警器收到压力异常信号时，会启动报警动作，提示核泄漏风险，目的在于第一时间发现核泄漏危险，并及时处理抢修；第二：铅基低温合金材料对核反应有吸收中子的作用，可以避免或者减少核泄漏风险；第三：独立的夹层结构，当某个夹层结构发生破损时，能够针对这个夹层结构进行替换，方便替换安装与维修，能够尽可能的、较少的、对整个系统的运转产生负面影响。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明防核泄漏换热器整体结构示意图；

图2为本发明防核泄漏换热器爆炸图；

图3为本发明防核泄漏换热器又一整体结构示意图；

图4为本发明防核泄漏换热器又一爆炸图；

图5为本发明防核泄漏换热器的夹层结构结构示意图；

图6为本发明防核泄漏换热器的金属盖板结构示意图；

图7为本发明防核泄漏换热器的金属板结构示意图；

图8为本发明防核泄漏换热器的金属板立体结构示意图。

以下是本防核泄漏换热器中附图的标注，通过附图说明和对应的标注，可以清楚地理解本产品。

1-夹层结构；11-一次腔；12-二次腔；13-进出孔；15-上汇集管；16-下汇集管；17-压力报警器；18-固定夹板；19-固定孔；20-卡槽；21-上导杆；22-下导杆；23-紧固螺栓及螺母；24-一次高压进出口；25-二次高压进出口；26-进出口接头；27-凹槽；28-金属板；29-金属盖板；30-内凹腔；31-阵列式支撑柱。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

参照图1-2，一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器，包括一次高压介质腔、传热介质腔以及二次高压介质腔，所述传热介质腔包括若干个叠在一起的夹层结构1，所述夹层结构1的内部设有空腔，所述空腔内填充传热介质，所述传热介质腔的腔体是由若干个空腔组成，所述夹层结构1设有至少一个一次腔11和二次腔12，所述一次腔11和二次腔12穿过夹层结构1的侧壁，所述一次腔11和二次腔12的侧壁位于空腔内，若干个夹层结构1的一次腔11形成包含一个腔体的一次高压介质腔，若干个二次腔12形成包含一个腔体的二次高压介质腔，所述一次高压介质腔和二次高压介质腔为介质流通通道，相邻夹层结构1的一次腔11之间设有垫圈，相邻夹层结构1的二次腔12之间设有垫圈，所述垫圈为了密封性，防止一次高压介质和二次高压介质漏出。

所述一次高压介质腔填充一次高压介质，二次高压介质腔填充二次高压介质，传热介质腔填充传热介质，一次高压介质将热量传递给传热介质腔中的传热介质，二次高压介质腔填充二次高压介质，所述传热介质将热量传递给二次高压介质，所述一次高压介质和二次高压介质，不直接进行热量传递。

这种结构的好处在于，核反应堆出现核泄漏时，一次高压介质有可能携带泄漏物质，一次高压介质先与传热介质进行热量交换，传热介质再与二次高压介质进行热量交换，避免泄漏物质污染终端热力系统，在实现快速传热的同时，降低了终端热力系统的风险。

所述夹层结构1上下两端分别设有进出孔13，所述进出孔13与空腔相连通，同时，进出孔13的另一端分别与上汇集管15和下汇集管16相连通。所述上汇集管15和下汇集管16设有进出口。

空腔用于填充铅基低温合金材料。

铅基低温合金材料是一种低熔点、在低温环境下呈液体状态的合金材料，由铅、铟、锡配制而成，具有吸收核反应中子的作用。

优选的，所述铅基低温合金材料在空腔结构中不流通。

所述上汇集管15的进出口位置上连接有压力报警器17。

所述压力报警器17用于当一次腔11或二次腔12不慎破损造成核泄漏危险时，监测铅基低温合金材料的压力变化。

当各种原因造成一次腔或二次腔破损而引起夹层结构两侧的核反应系统出现核泄漏危险时，第一：铅基低温合金材料的压力会发生显著变化，并传递于压力报警器，压力报警器收到压力异常信号时，会启动报警动作，提示核泄漏风险，目的在于第一时间发现核泄漏危险，并及时处理抢修。第二：铅基低温合金材料对核反应有吸收中子的作用，可以避免或者减少核泄漏风险。

所述压力报警器17为采购的现成的产品。

还包括两个固定夹板18、紧固螺栓及螺母23以及上导杆21和下导杆22，所述固定夹板18上下两端设有固定孔19，所述固定夹板18的侧面设有卡槽20，所述上导杆21和下导杆22穿过固定孔19，所述紧固螺栓及螺母23与卡槽20相匹配，所述固定夹板18通过上导杆21、下导杆22以及紧固螺栓及螺母23将若干个夹层结构1紧密叠夹在一起。

所述上导杆21与下导杆22用于稳固固定夹板18和夹层结构1，以及固定夹板18和夹层结构1在同一直线上。

所述夹层结构1的上端和下端分别设置有凹槽27，用于卡位上导杆21、下导杆7，确保所有的固夹层结构1在同一直线上同时起到能够紧固夹层结构1的作用。

优选的，一次高压介质腔和二次高压介质腔为直筒腔，在固定夹板18上与一次高压介质腔相对应的位置上设有一次高压进出口24，在固定夹板18上与二次高压介质腔相对应的位置上设有二次高压进出口25。

所述一次高压进出口24和二次高压进出口25连接有进出口接头26；所述进出口接头1的设置能够方便与进出水供给设备相连接。

参照图3-4，优选的，一次高压介质腔和二次高压介质腔为U型腔，所述U型腔的两段直筒管由一次腔11或一次腔12叠加而成，中间弧形管由固定夹板18和与固定夹板18相邻的夹层结构1围成，具体的，所述固定夹板18的内侧部分凸起形成中间弧形管的壁，图中未画出，此时，这一围成中间弧形管的固定夹板18不再设有一次高压进出口24和二次高压进出口25。

实施例2

参照图5-8，所述夹层结构1由金属板28和金属盖板29两部分构成，两者通过焊接方式结合在一起。

所述金属板28设有内凹腔30，所述内凹腔30是夹层结构1的空腔的一部分。

所述金属板28上下端面分别留有进出孔，所述进出孔为进出孔13的一部分。

所述金属板28背对内凹腔30的一面被加工成各种波纹形状，以增加它的强度和导热面积，金属板28边缘设有小型槽道，用于放置垫片加以密封。

所述内凹腔30内填充铅基低温合金材料，并设置有阵列式支撑柱31。

所述阵列式支撑柱31结构包括圆柱形或者四边形。

所述金属盖板29一面被加工成各种波纹形状，以增加它的强度和导热面积，其外缘加工有小型槽道，用于放置垫片加以密封。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种核能带夹层以及压力反馈的三腔防核泄漏换热器，其特征在于：包括一次高压介质腔、传热介质腔以及二次高压介质腔，所述传热介质腔包括若干个叠在一起的夹层结构(1)，所述夹层结构(1)的内部设有空腔，所述夹层结构(1)设有至少一个一次腔(11)和二次腔(12)，所述一次腔(11)和二次腔(12)穿过夹层结构(1)的侧壁，所述一次腔(11)和二次腔(12)的侧壁位于空腔内，若干个夹层结构(1)的一次腔(11)形成包含一个腔体的一次高压介质腔，若干个二次腔(12)形成包含一个腔体的二次高压介质腔。

2.根据权利要求1所述三腔防核泄漏换热器，其特征在于：所述夹层结构(1)上下两端分别设有进出孔(13)，所述进出孔(13)与空腔相连通，进出孔(13)的另一端分别与上汇集管(15)和下汇集管(16)相连通。

3.根据权利要求2所述三腔防核泄漏换热器，其特征在于：所述上汇集管(15)和下汇集管(16)设有进出口；所述上汇集管(15)的进出口位置上连接有压力报警器(17)。

4.根据权利要求1所述三腔防核泄漏换热器，其特征在于：相邻夹层结构(1)的一次腔(11)之间设有垫圈，相邻夹层结构(1)的二次腔(12)之间设有垫圈。

5.根据权利要求1所述三腔防核泄漏换热器，其特征在于：还包括两个固定夹板(18)、紧固螺栓及螺母(23)以及上导杆(21)和下导杆(22)，所述固定夹板(18)上下两端设有固定孔(19)，所述固定夹板(18)的侧面设有卡槽(20)，所述上导杆(21)和下导杆(22)穿过固定孔(19)，所述紧固螺栓及螺母(23)与卡槽(20)相匹配，所述固定夹板(18)通过上导杆(21)、下导杆(22)以及紧固螺栓及螺母(23)将若干个夹层结构(1)紧密叠夹在一起。

6.根据权利要求2所述防核泄漏换热器，其特征在于：所述夹层结构1的上端和下端分别设置有凹槽(27)，用于卡位上导杆(21)、下导杆(22)。

7.根据权利要求2所述防核泄漏换热器，其特征在于：一次高压介质腔和二次高压介质腔为直筒腔，在固定夹板(18)上与一次高压介质腔相对应的位置上设有一次高压进出口(24)，在固定夹板(18)上与二次高压介质腔相对应的位置上设有二次高压进出口(25)。

8.根据权利要求1所述防核泄漏换热器，其特征在于：一次高压介质腔和二次高压介质腔为U型腔，所述U型腔的两段直筒管由一次腔(11)或二次腔(12)叠加而成，中间弧形管由固定夹板(18)和与固定夹板(18)相邻的夹层结构(1)围成。

9.根据权利要求8所述防核泄漏换热器，其特征在于：所述夹层结构(1)由金属板(28)和金属盖板(29)两部分构成，两者通过焊接方式结合在一起。

10.根据权利要求9所述防核泄漏换热器，其特征在于：所述金属板(28)背对内凹腔(30)的一面被加工成各种波纹形状；所述内凹腔(30)设置有阵列式支撑柱(31)。

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