CN114914004B - 一种热管反应堆用换热器及支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管反应堆用换热器及支撑结构，换热器涉及反应堆用换热器技术领域，包括高温热管和换热器壳体，所述换热器壳体的两端均安装有换热器端板；热管反应堆用换热器支撑结构，包括换热器支座和支撑底板，所述换热器端板通过换热器壳体支撑在支撑底板上。本发明能够实现高温热管与气体的热量传输，并通过支撑结构允许换热器壳体因轴向膨胀而轴向移动；在热管反应堆正常运行期间，本发明可实现将反应堆的热量通过高温热管和热管换热器传递给热动转换系统的工作介质；在事故情况下能够将热量以自然对流的方式传输到环境空气，从而带出堆芯衰变热，以非能动形式实现余热排出，确保反应堆安全。

Description

一种热管反应堆用换热器及支撑结构

技术领域

本发明涉及反应堆用换热器技术领域，具体为一种热管反应堆用换热器及支撑结构。

背景技术

热管反应堆是将热管技术与微型反应堆相结合的能量传输系统，将热管作为反应堆热量导出系统，并通过热管换热器将热量传递给二回路工质；热管反应堆热功率通常小于20MW，电功率小于10MW；其主要用于满足宇宙空间、海洋、军事基地等特殊应用场景的电力或动力需求；热管反应堆一般采用整体式固态堆芯，核燃料元件与高温热管同时安装在固体基体上；

在传统热管换热器设计中，一般由许多单根热管组成，通过热管外加短翅片方式增大换热面积；由于每根热管是独立的，需要在每根热管上分别安装翅片，同时受翅片高度影响，热管布置的间距有一定要求；这种独立翅片管形式的热管换热器，对于高温热管以及热管反应堆的制造和安装存在不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热管反应堆用换热器及支撑结构，以解决上述背景技术中提出的制造和安装存在不便的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种热管反应堆用换热器，包括高温热管和换热器壳体，所述换热器壳体的两端均安装有换热器端板，且相邻换热器端板之间固定有多组换热器传热管，所述换热器传热管的内部均水平插入高温热管，所述换热器壳体的一侧分别水平设置有正常运行进口管嘴和正常运行出口管嘴，所述换热器壳体的底端垂直方向布置有余排进口管嘴，且余排进口管嘴上安装有余排进口风门，所述换热器壳体的顶端设置多个余排出口管嘴，且余排出口管嘴上安装有余排出口风门；

所述换热器壳体的内部设置有多个折流板，所述换热器壳体的内部有多组套片板，且套片板与换热器传热管直接接触。

优选的，所述换热器壳体为圆柱形，工作时中心轴呈水平状。

优选的，所述套片板与换热器端板之间呈水平布置，所述套片板与高温热管之间呈垂直布置。

优选的，所述折流板将换热器壳体分割成多个独立的流道，气体经过多次折流之后，从正常运行的正常运行出口管嘴流出换热器。

优选的，所述换热器传热管对高温热管的径向变形有一定的限制作用。

优选的，所述余排进口管嘴与余排出口管嘴均垂直设置在换热器壳体上，所述余排进口管嘴与余排出口管嘴均呈等间距设计。

一种热管反应堆用换热器支撑结构，包括换热器支座和支撑底板，所述换热器端板通过换热器壳体支撑在支撑底板上，所述支撑底板的外侧均匀活动连接有悬挂连杆，且悬挂连杆的顶端均活动连接有顶部支架。

优选的，所述顶部支架与固定位置连接，对换热器壳体进行支撑。

优选的，所述悬挂连杆支撑在支撑底板的四周，且悬挂连杆之间呈平行设置。

优选的，所述悬挂连杆与支撑底板、悬挂连杆与顶部支架之间的连接均为可活动连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现高温热管与气体的热量传输，支撑结构允许换热器壳体因轴向膨胀而轴向移动；在热管反应堆正常运行期间，其将反应堆的热量从高温热管传输到热动转换系统的工作介质；在事故情况下能够将热量传输到环境空气，从而带出堆芯衰变热，实现余热排出，确保反应堆安全；本发明提出的换热器壳体同时具备结构紧凑、换热面积大、换热能力强、便于安装制造等特点；

2、本发明采用悬挂连杆作为支撑结构，解决高温热管在冷态和高温运行状态下的热胀冷缩问题，通过悬挂连杆实现换热器客体在轴向的整体自由位移，而为了产生这种位移所需高温热管承受的轴向力很小，从而避免高温热管的形变甚至损坏；

3、本发明一体化设计，同时满足正常运行、停堆或事故后的换热要求，避免在热管反应堆中分别设计余排换热器和主换热器，从而缩短热管的总长度，提高热管传热能力，降低热管制造难度；

4、本发明结合高温热管与整体套片式换热器结构特点，大幅增加气体介质与高温热管的换热面积，使得换热器壳体换热能力增强的同时，避免传统热管换热器中需要在高温热管上安装套片、热管之间布置干涉、热管与换热器端板之间密封、折流板设置等问题，从而便于高温热管以及热管反应堆的整体制造和安装。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明热管与换热器连接结构示意图；

图3为本发明俯视剖面结构示意图；

图4为本发明正视剖面结构示意图；

图5为本发明支撑结构示意图。

图中：1、高温热管；2、换热器端板；3、换热器壳体；4、正常运行进口管嘴；5、正常运行出口管嘴；6、余排进口管嘴；7、余排出口管嘴；8、换热器传热管；9、套片板；10、折流板；11、余排进口风门；12、余排出口风门；13、换热器支座；14、支撑底板；15、悬挂连杆；16、顶部支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明提供一种技术方案：如图1-4所示，一种热管反应堆用换热器，包括高温热管1和换热器壳体3，换热器壳体3为圆柱形，工作时中心轴呈水平状，换热器壳体3的两端均安装有换热器端板2，且相邻换热器端板2之间固定有多组换热器传热管8，换热器传热管8的内部均水平插入高温热管1，换热器传热管8对高温热管1的径向变形有一定的限制作用，从而一定程度上保证了热管的直线度；

换热器壳体3的一侧分别水平设置有正常运行进口管嘴4和正常运行出口管嘴5，换热器壳体3的底端垂直方向布置有余排进口管嘴6，且余排进口管嘴6上安装有余排进口风门11，换热器壳体3的顶端设置多个余排出口管嘴7，且余排出口管嘴7上安装有余排出口风门12，余排进口管嘴6与余排出口管嘴7均垂直设置在换热器壳体3上，余排进口管嘴6与余排出口管嘴7均呈等间距设计；

换热器壳体3的内部设置有多个折流板10，折流板10将换热器壳体3分割成多个独立的流道，气体经过多次折流之后，从正常运行的正常运行出口管嘴5流出换热器；

换热器壳体3的内部有多组套片板9，且套片板9与换热器传热管8直接接触，套片板9与换热器端板2之间呈水平布置，套片板9与高温热管1之间呈垂直布置；

余排进口风门11与余排出口风门12在正常运行时处于关闭状态，空气无法流通，在反应堆停堆或者事故情况下，余排进口风门11与余排出口风门12自动打开，此时余排进口管嘴6与余排出口管嘴7与大气环境连通，空气在换热器壳体3内受热后自然循环流动，冷空气从余排进口管嘴6进入并向上流动，在流动的过程中与套片板9进行对流换热，吸收从反应堆传递来的热量，冷空气受热后，密度减小，造成升力增加，从而形成自然对流，热空气从余排出口管嘴7流出，非能动余排不借助外力实现对反应堆事故及停堆工况下的热量导出，保证反应堆的安全；

如图5所示，一种热管反应堆用换热器支撑结构，包括换热器支座13和支撑底板14，换热器端板2通过换热器壳体3支撑在支撑底板14上，支撑底板14的外侧均匀活动连接有悬挂连杆15，且悬挂连杆15的顶端均活动连接有顶部支架16，悬挂连杆15支撑在支撑底板14的四周，且悬挂连杆15之间呈平行设置，顶部支架16与固定位置连接，对换热器壳体3进行支撑；

悬挂连杆15与支撑底板14、悬挂连杆15与顶部支架16之间的连接均为可活动连接，当高温热管1因工作温度变化而出现轴向伸缩时，会带动换热器壳体3发生轴向位移，在支撑底板14的牵引下可绕顶部支架16转动，因此在支撑底板14的支撑下，换热器壳体3可以整体沿水平方向自由移动，由于热膨胀引起的轴向伸缩量相对于悬挂连杆15的长度非常小，从而避免高温热管1发生形变或损坏。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种热管反应堆用换热器，包括高温热管(1)和换热器壳体(3)，所述换热器壳体(3)的两端均安装有换热器端板(2)，且相邻换热器端板(2)之间固定有多组换热器传热管(8)，其特征在于：所述换热器传热管(8)的内部均水平插入高温热管(1)，所述换热器壳体(3)的一侧分别水平设置有正常运行进口管嘴(4)和正常运行出口管嘴(5)，所述换热器壳体(3)的底端垂直方向布置有余排进口管嘴(6)，且余排进口管嘴(6)上安装有余排进口风门(11)，所述换热器壳体(3)的顶端设置多个余排出口管嘴(7)，且余排出口管嘴(7)上安装有余排出口风门(12)；

所述换热器壳体(3)的内部设置有多个折流板(10)，所述换热器壳体(3)的内部有多组套片板(9)，且套片板(9)与换热器传热管(8)直接接触。

2.根据权利要求1所述的一种热管反应堆用换热器，其特征在于，所述换热器壳体(3)为圆柱形，工作时中心轴呈水平状。

3.根据权利要求1所述的一种热管反应堆用换热器，其特征在于，所述套片板(9)与换热器端板(2)之间呈平行布置，所述套片板(9)与高温热管(1)之间呈垂直布置。

4.根据权利要求1所述的一种热管反应堆用换热器，其特征在于，所述折流板(10)将换热器壳体(3)分割成多个独立的流道，气体经过多次折流之后，从正常运行的正常运行出口管嘴(5)流出换热器。

5.根据权利要求1所述的一种热管反应堆用换热器，其特征在于，所述换热器传热管(8)对高温热管(1)的径向变形有一定的限制作用。

6.根据权利要求1所述的一种热管反应堆用换热器，其特征在于，所述余排进口管嘴(6)与余排出口管嘴(7)均垂直设置在换热器壳体(3)上，其中余排进口管嘴(6)设置在换热器壳体(3)底部，余排出口管嘴(7)设置在换热器壳体(3)顶部，所述余排进口管嘴(6)与余排出口管嘴(7)均呈等间距设计。

7.一种采用权利要求1所述的热管反应堆用换热器的支撑结构，包括换热器支座(13)和支撑底板(14)，所述换热器端板(2)通过换热器壳体(3)支撑在支撑底板(14)上，其特征在于：所述支撑底板(14)的外侧均匀活动连接有悬挂连杆(15)，且悬挂连杆(15)的顶端均活动连接有顶部支架(16)。

8.根据权利要求7所述的一种热管反应堆用换热器的支撑结构，其特征在于，所述顶部支架(16)与固定位置连接，对换热器壳体(3)进行支撑。

9.根据权利要求7所述的一种热管反应堆用换热器的支撑结构，其特征在于，所述悬挂连杆(15)支撑在支撑底板(14)的四周，且悬挂连杆(15)之间呈平行设置。

10.根据权利要求7或9所述的一种热管反应堆用换热器的支撑结构，其特征在于，所述悬挂连杆(15)与支撑底板(14)、悬挂连杆(15)与顶部支架(16)之间的连接均为可活动连接。