CN113689964A - 一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型核反应堆主热‑余热一体式换热器，其内部包括三个流体区：壳侧一回路冷却剂区、管侧主热传输二回路区和管侧余热排出回路冷却剂区；一回路冷却剂自上而下流经壳侧，二回路冷却剂和余热排出回路冷却剂自上而下流经管侧，管束分内、外同心圆区域，内部管束通过余热排出回路冷却剂，外部管束通过二回路冷却剂；本发明的二回路和余热排出回路冷却剂同时在紧凑空间内与一回路冷却剂换热，提高了换热效能；壳侧冷却剂与管侧冷却剂逆流换热，有利于降低压降和局部热应力；二回路和余热排出回路同向流动，有利于抑制流致振动；本发明结构紧凑、体积小、换热效能高，适用于各类小型核反应堆主换热器和余热排出系统换热器的一体化设计。

Description

一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器
技术领域
本发明属于先进核能开发技术领域，具体涉及一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器。
背景技术
为匹配小型核反应堆具有体积小、重量轻、成本低等优势，亟待开发相应的小型核反应堆主热和余热换热器，确保反应堆在正常停堆和事故工况下有效导出衰变热，同时具有足够小的体积适应反应堆内部狭窄的空间。然而通常这两类换热器相互独立工作，对减小体积提出了较大挑战。综上，需要对小型核反应堆的主热和余热换热器进行紧凑一体化设计，既不能占用太大体积，也应保证换热强度，并尽量减少热应力。因此，研发适用于小型核反应堆的主热-余热一体式换热器，是反应堆工程的必要环节，有助于推动我国自主掌握小型核反应堆设计技术的进程。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器，为反应堆和余排系统的设计提供设备基础。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器，包括换热器外壳9，固定连接在换热器外壳9底部和顶部的下封头12和上封头14，位于换热器外壳9内底部中心和下封头12中心处的余热排出系统换热器入口套筒13，位于上封头14中心的余热排出系统换热器出口套筒15，位于换热器外壳9内的管束8，两边的管由上管板10和下管板11固定，中间的管由上管板10和余热排出系统换热器入口套筒13固定；
换热器内有三个流体区：壳侧一回路冷却剂区A、管侧主热传输二回路冷却剂区B和管侧余热排出回路冷却剂区C；壳侧一回路冷却剂区A是由位于换热器外壳9内侧与余热排出系统换热器入口套筒13外侧、管束8外侧区域构成的一回路冷却剂流动空间；管侧主热传输二回路冷却剂区B是由位于换热器外壳9与余热排出系统换热器入口套筒13之间的管束8内侧、位于下封头12的环形二回路冷却剂入口腔室和位于上封头14的环形二回路冷却剂出口腔室构成的二回路冷却剂流动空间；管侧余热排出回路冷却剂区C由余热排出系统换热器入口套筒13内侧、余热排出系统换热器出口套筒15内侧和与其连接的管束8内侧构成的余热排出回路冷却剂流动空间；
壳侧一回路冷却剂区A位于管束8所在区域上部和下部的换热器外壳9同一侧分别开设有一回路冷却剂并联入口窗1和一回路冷却剂并联出口窗2，壳侧一回路冷却剂区A位于壳侧一回路冷却剂并联入口窗1下部横向设置有壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7；管侧主热传输二回路冷却剂区B位于下封头12和上封头14的对侧分别开设有二回路冷却剂入口3和二回路冷却剂出口4；余热排出系统换热器入口套筒13的底部和余热排出系统换热器出口套筒15的顶部分别设置余热排出回路冷却剂入口5和余热排出回路冷却剂出口6；
一回路冷却剂进入一回路冷却剂并联入口窗1后，经过壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7后放热，最后在一回路冷却剂并联出口窗2汇集并流出；二回路冷却剂进入二回路冷却剂入口3后，经过下管板11分配流量，后在管侧吸热，最后在二回路冷却剂出口4汇集并流出；余热排出回路冷却剂进入余热排出回路冷却剂入口5经过余热排出换热器入口套筒13进入管束8吸热，最后在余热排出系统换热器出口套筒15汇集并由余热排出回路冷却剂出口6流出。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
二回路和余热排出回路同时在紧凑空间内与一回路冷却剂换热，提高了换热效能。
壳侧一回路冷却剂、二回路冷却剂与管侧冷却剂逆流换热，有利于降低压降和局部热应力。
二回路冷却剂和余热排出回路冷却剂同向流动，有利于抑制流致振动。
主热传输与余热传输一体化设计有利于核反应堆小型化。
附图说明
图1是本发明一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器示意图。
图2为图1沿D-D向的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，以小型氟盐冷却高温堆为例，对本发明作详细的说明：
如图1和图2所示，本发明小型核反应堆主热-余热一体式换热器，包括一回路冷却剂并联入口窗1、一回路冷却剂并联出口窗2、二回路冷却剂入口3、二回路冷却剂出口4、余热排出回路冷却剂入口5、余热排出回路冷却剂出口6、壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7、管束8、换热器外壳9、上管板10、下管板11、下封头12、余热排出系统换热器入口套筒13、上封头14和余热排出系统换热器出口套筒15。
所述小型核反应堆主热-余热一体式换热器，其管束8采用三角形排布，一部分管由上管板10和下管板11固定，另一部分管由上管板10和余排换热器入口套筒13固定。
换热器内有三个流体区：壳侧一回路冷却剂区A、管侧主热传输二回路冷却剂区B和管侧余热排出回路冷却剂区C；壳侧一回路冷却剂区A是由位于换热器外壳9内侧与余热排出系统换热器入口套筒13外侧、管束8外侧区域构成的一回路冷却剂流动空间；管侧主热传输二回路冷却剂区B是由位于换热器外壳9与余热排出系统换热器入口套筒13之间的管束8内侧、位于下封头12的环形二回路冷却剂入口腔室和位于上封头14的环形二回路冷却剂出口腔室构成的二回路冷却剂流动空间；管侧余热排出回路冷却剂区C由余热排出系统换热器入口套筒13内侧、余热排出系统换热器出口套筒15内侧和与其连接的管束8内侧构成的余热排出回路冷却剂流动空间。
壳侧一回路冷却剂区A位于管束8所在区域上部和下部的换热器外壳9同一侧分别开设有一回路冷却剂并联入口窗1和一回路冷却剂并联出口窗2，壳侧一回路冷却剂区A位于壳侧一回路冷却剂并联入口窗1下部横向设置有壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7；管侧主热传输二回路冷却剂区B位于下封头12和上封头14的对侧分别开设有二回路冷却剂入口3和二回路冷却剂出口4；余热排出系统换热器入口套筒13的底部和余热排出系统换热器出口套筒15的顶部分别设置余热排出回路冷却剂入口5和余热排出回路冷却剂出口6。
如图1所示，一回路冷却剂进入一回路冷却剂并联入口窗1后，经过壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7后放热，最后在一回路冷却剂并联出口窗2汇集并流出；二回路冷却剂进入二回路冷却剂入口3后，经过下管板11分配流量，后在管侧吸热，最后在二回路冷却剂出口4汇集并流出；余热排出回路冷却剂进入余热排出回路冷却剂入口5经过余热排出换热器入口套筒13进入管束8吸热，最后在余热排出系统换热器出口套筒15汇集并由余热排出回路冷却剂出口6流出。
管束8的数量和尺寸取决于具体工况，此处管束8数目和尺寸未定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (2)

1.一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器，其特征在于：包括换热器外壳(9)，固定连接在换热器外壳(9)底部和顶部的下封头(12)和上封头(14)，位于换热器外壳(9)内部中心和下封头(12)中心处的余热排出系统换热器入口套筒(13)，位于上封头(14)中心的余热排出系统换热器出口套筒(15)，位于换热器外壳(9)内的管束(8)，中间的管由上管板(10)和余热排出系统换热器入口套筒(13)固定，四周的管由上管板(10)和下管板(11)固定；
换热器内有三个流体区：壳侧一回路冷却剂区(A)、管侧主热传输二回路冷却剂区(B)和管侧余热排出回路冷却剂区(C)；壳侧一回路冷却剂区(A)是由位于换热器外壳(9)内侧与余热排出系统换热器入口套筒(13)外侧、管束(8)外侧区域构成的一回路冷却剂流动空间；管侧主热传输二回路冷却剂区(B)是由位于换热器外壳(9)与余热排出系统换热器入口套筒(13)之间的管束(8)内侧、位于下封头(12)的环形二回路冷却剂入口腔室和位于上封头(14)的环形二回路冷却剂出口腔室构成的二回路冷却剂流动空间；管侧余热排出回路冷却剂区(C)由余热排出系统换热器入口套筒(13)内侧、余热排出系统换热器出口套筒(15)内侧和与其连接的管束(8)内侧构成的余热排出回路冷却剂流动空间；
壳侧一回路冷却剂区(A)位于管束(8)所在区域上部和下部的换热器外壳(9)同一侧分别开设有一回路冷却剂并联入口窗(1)和一回路冷却剂并联出口窗(2)，壳侧一回路冷却剂区(A)位于壳侧一回路冷却剂并联入口窗(1)下部横向设置有壳侧一回路冷却剂流量分配孔板(7)；管侧主热传输二回路冷却剂区(B)位于下封头(12)和上封头(14)的对侧分别开设有二回路冷却剂入口(3)和二回路冷却剂出口(4)；余热排出系统换热器入口套筒(13)的底部和余热排出系统换热器出口套筒(15)的顶部分别设置余热排出回路冷却剂入口(5)和余热排出回路冷却剂出口(6)；
一回路冷却剂进入一回路冷却剂并联入口窗(1)后，经过壳侧一回路冷却剂流量分配孔板(7)后放热，最后在一回路冷却剂并联出口窗(2)汇集并流出；二回路冷却剂进入二回路冷却剂入口(3)后，经过下管板(11)分配流量，后在管侧吸热，最后在二回路冷却剂出口(4)汇集并流出；余热排出回路冷却剂进入余热排出回路冷却剂入口(5)经过余热排出换热器入口套筒(13)进入管束(8)吸热，最后在余热排出系统换热器出口套筒(15)汇集并由余热排出回路冷却剂出口(6)流出。
2.根据权利要求1所述的一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器，其特征在于：所述管束(8)采用三角形排布。
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