CN115116633B - 高温气冷堆氦气分流装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种高温气冷堆氦气分流装置，该装置包括筒体、换热单元和分流管。筒体内具有高温气体，筒体的一个侧面开设通孔，通孔为多个且分为多个沿第一方向间隔布置的孔组，孔组包括至少一个通孔，孔组中通孔数量大于1时，孔组中的多个通孔的中心在同一圆上，且沿第一方向，孔组中的通孔数量递增；高温气体可与换热介质进行热交换；分流管为多个且分为多个管组，管组包括至少一个分流管，多个管组与多个孔组一一对应，每个管组中，分流管的一端与通孔一一对应连通，分流管的另一端与换热单元连通。本发明的实施例高温气冷堆氦气分流装置能够实现将蒸汽发生器内的高温氦气均匀地分布到多个换热单元中。

Description

高温气冷堆氦气分流装置

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，具体地，涉及一种高温气冷堆氦气分流装置。

背景技术

高温气冷堆(HTR-PM)是国际上公认的具有先进技术特征的新型核反应堆，高温气冷堆核电站具有固有安全性、发电效率高、用途广泛等特点，在国际上受到广泛的重视，也是具有第四代核能系统主要特征的新型核反应堆堆型。

高温气冷堆包括蒸汽发生器，蒸汽发生器内设有多个换热单元，堆芯加热后的高温氦气进入蒸汽发生器后再分别进入多个换热单元，然而，相关技术中，高温氦气在进入换热单元时流量分配不均。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种高温气冷堆氦气分流装置，该氦气分流筒能够实现将蒸汽发生器内的高温氦气均匀地分布到多个换热单元中。

本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置包括：筒体，所述筒体内设有腔室，所述腔室内具有高温气体，所述高温气体沿第一方向充入所述腔室内，所述筒体在第二方向上的一个侧面开设通孔，所述第二方向与所述第一方向正交，所述通孔与所述腔室连通，所述通孔为多个且分为多个沿所述第一方向间隔布置的孔组，所述孔组包括至少一个所述通孔，所述孔组中通孔数量大于1时，所述孔组中的多个所述通孔的中心在同一圆上，且沿所述第一方向，所述孔组中的通孔数量递增；换热单元，所述换热单元位于所述筒体下方，所述换热单元内设有换热介质，所述高温气体可与所述换热介质进行热交换；分流管，所述分流管为多个且分为多个管组，所述管组包括至少一个所述分流管，多个所述管组与多个所述孔组一一对应，每个所述管组中，所述分流管的一端与所述通孔一一对应连通，所述分流管的另一端与所述换热单元连通。

本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置，高温气体沿第一方向充入腔室内，在腔室内，高温气体靠近其充入的位置的流量小于高温气体远离其充入的位置的流量，筒体上的多个孔组沿第一方向间隔布置，且从高温气体充入的位置起每个孔组内的通孔的数量递增，每个通孔都对应设置一根分流管，分流管的一端与通孔连通，分流管的另一端与换热单元相连，由此，高温气体在腔室内可均衡地分散到每个通孔内并且通过分流管与换热单元进行换热，提升了高温氦气在本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置内的换热效率和运行可靠性。

在一些实施例中，高温气冷堆氦气分流装置还包括：壳体；保温层，所述保温层设在所述壳体内，所述筒体、换热单元和分流管均设在所述保温层内，所述保温层的侧壁上设有入口和出口，所述入口和所述出口沿所述第一方向相对设置，所述入口与所述腔室连通，所述高温气体从所述入口充入所述腔室，所述出口处设有管板；连接管，所述连接管设在所述保温层的内壁面和所述筒体的外壁面之间，所述连接管的一端与所述换热单元相连，所述连接管的另一端与所述管板相连，所述管板对所述连接管的另一端进行汇集。

在一些实施例中，高温气冷堆氦气分流装置还包括热气导管，所述热气导管设在所述入口处，所述热气导管的一端与所述筒体的外壁面相连且与所述腔室连通，所述热气导管的另一端沿所述第一方向延伸，所述热气导管的一端的直径大于所述热气导管的另一端的直径，所述高温气体通过所述热气导管充入所述腔室内。

在一些实施例中，所述换热单元为多个且分为多个换热组，所述换热组包括至少一个换热单元，多个所述换热组与多个所述孔组一一对应，每个所述管组中，所述分流管的另一端与所述换热单元一一对应相连。

在一些实施例中，所述换热单元包括中心柱和换热管，所述中心柱沿所述第二方向延伸，所述换热管沿所述中心柱的延伸方向缠绕在所述中心柱的外壁面上，所述换热管的端部与所述连接管的一端连通，所述换热介质置于所述换热管内。

在一些实施例中，高温气冷堆氦气分流装置还包括连接杆，所述连接杆设有至少两个，至少两个所述连接杆围绕所述分流管的另一端的周向间隔布置，所述连接杆的一端与所述分流管相连，所述连接杆的另一端沿所述第二方向延伸至所述中心柱的顶面，所述高温气体沿着所述分流管从相邻的两根所述连接杆之间喷出。

在一些实施例中，所述中心柱在所述第二方向上邻近所述筒体的侧面的至少部分朝向远离所述筒体的方向凸出。

在一些实施例中，所述孔组中的所述通孔的数量为奇数，所述孔组中所述通孔的数量大于1时，第一外端的所述通孔和中间所述通孔的中心连线与第二外端的所述通孔和中间所述通孔的中心连线构成第一夹角，且所述第一夹角大于120度小于160度。

在一些实施例中，所述换热组中的所述换热单元的数量为奇数，所述换热组中所述换热单元的数量大于1时，第一外端的所述换热单元和中间所述换热单元的中心连线与第二外端的所述换热单元和中间所述换热单元的中心连线构成第二夹角，且所述第二夹角大于 120度小于160度。

在一些实施例中，所述管组中的所述分流管的数量为奇数，所述管组中的所述分流管与所述孔组中的所述通孔一一对应，所述分流管的壁厚为2mm～5mm。

附图说明

图1是根据本发明实施例高温气冷堆氦气分流装置的主视图。

图2是根据本发明实施例高温气冷堆氦气分流装置的俯视图。

图3是根据本发明实施例高温气冷堆氦气分流装置中分流管和中心柱的连接示意图。

图4是根据本发明实施例高温气冷堆氦气分流装置中换热组的分布示意图。

附图标记：1、筒体；11、腔室；12、第一孔组；13、第二孔组；14、第三孔组；15、第四孔组；151、第一最外端；152、第二最外端；16、第五孔组；161、第三最外端；162、第四最外端；17、通孔；21、第一换热组；22、第二换热组；23、第三换热组；24、第四换热组；25、第五换热组；26、换热单元；261、中心柱；262、换热管；3、管组；31、第一管组；32、第二管组；33、第三管组；34、第四管组；35、第五管组；36、分流管；4、壳体；5、保温层；51、入口；52、出口；521、管板；6、连接管；7、热气导管；8、连接杆；81、窗口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-4所示，根据本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置包括筒体1、换热单元26和分流管36。筒体1内设有腔室11，腔室11内具有高温气体，高温气体沿第一方向充入腔室11内，筒体1在第二方向上的一个侧面开设通孔17，第二方向与第一方向正交，通孔17与腔室11连通，通孔17为多个且分为多个沿第一方向间隔布置的孔组，孔组包括至少一个通孔17，孔组中通孔17数量大于1时，孔组中的多个通孔17的中心在同一圆上，且沿第一方向，孔组中的通孔17数量递增。换热单元26位于筒体1下方，换热单元26内设有换热介质，高温气体可与换热介质进行热交换。

具体地，如图2所示，多个孔组分为第一孔组12、第二孔组13、第三孔组14、第四孔组15和第五孔组16，所述第一孔组12、第二孔组13、第三孔组14、第四孔组15和第五孔组16沿第一方向间隔布置，且相邻孔组之间的间距为400mm，通孔17的孔径为 180～250mm，每个孔组内的相邻的通孔17之间的间距为290mm。

如图1所示，分流管36为多个且分为多个管组3，管组3包括至少一个分流管36，多个管组3与多个孔组一一对应，每个管组3中，分流管36的一端与通孔17一一对应连通，分流管36的另一端与换热单元26连通。具体地，如图1所示，多个管组3分为第一管组 31、第二管组32、第三管组33、第四管组34和第五管组35，分流管36为弯管，分流管 36不仅起到用来传导高温氦气的作用，还起到支撑筒体1的作用。

本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置，如图1和图2所示，高温气体沿第一方向充入腔室11内，在腔室11内，高温气体靠近其充入的位置的流量小于高温气体远离其充入的位置的流量，筒体1上的多个孔组沿第一方向间隔布置，且从高温气体充入的位置起每个孔组内的通孔17的数量递增，每个通孔17都对应设置一根分流管36，分流管36的一端与通孔17连通，分流管36的另一端与换热单元26相连，由此，高温气体在腔室11 内可均衡地分散到每个通孔17内并且通过分流管36与换热单元26进行换热，提升了高温氦气在本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置内的换热效率和运行可靠性。高温氦气换热后再次进入高温气冷堆的堆芯内参与反应，由此，还保证了高温气冷堆的连续运作，提高了高温气冷堆的工作效率。

在一些实施例中，如图1所示，高温气冷堆氦气分流装置还包括壳体4、保温层5和连接管6。保温层5设在壳体4内，筒体1、换热单元26和分流管36均设在保温层5内，保温层5的侧壁上设有入口51和出口52，入口51和出口52沿第一方向相对设置，入口51 与腔室11连通，高温气体从入口51充入腔室11，出口52处设有管板521。连接管6设在保温层5的内壁面和筒体1的外壁面之间，连接管6的一端与换热单元26相连，连接管6 的另一端与管板521相连，管板521对连接管6的另一端进行汇集。

具体地，如图1和图2所示，高温氦气从入口51进入并通过分流管36与换热单元26进行换热，连接管6设在保温层5和壳体4之间，且连接管6的一端与换热单元26相连，连接管6的另一端汇集在管板521处，可以减小高温氦气对连接管6的冲击，降低流致振动。

在一些实施例中，如图1所示，高温气冷堆氦气分流装置还包括热气导管7，热气导管 7设在入口51处，热气导管7的一端与筒体1的外壁面相连且与腔室11连通，热气导管7的另一端沿第一方向延伸，热气导管7的一端的直径大于热气导管7的另一端的直径，高温气体通过热气导管7充入腔室11内。

具体地，如图1所示，高温氦气通过热气导管7进入筒体1内，由于热气导管7靠近筒体1的一端的直径大于热气导管7远离筒体1的一端的直径，导致高温氦气充入筒体1 内时，贴近于热气导管7位置的高温氦气的流量小于远离热气导管7的位置的流量，由此，靠近热气导管7的孔组中的通孔17数量小于远离热气导管7的孔组中的通孔17数量，以使筒体1内的高温氦气可均衡地进入通孔17内并实现高温氦气的定向输送，减小高温氦气对连接管6的冲击，从而降低流致振动。

在一些实施例中，换热单元26为多个且分为多个换热组，换热组包括至少一个换热单元26，多个换热组与多个孔组一一对应，每个管组3中，分流管36的另一端与换热单元26一一对应相连。

具体地，如图4所示，多个换热组包括第一换热组21、第二换热组22、第三换热组23、第四换热组24和第五换热组25，第一换热组21、第二换热组22、第三换热组23、第四换热组24和第五换热组25沿第一方向从入口51到出口52依次间隔布置。

在一些实施例中，如图1-4所示，换热单元26包括中心柱261和换热管262，中心柱261沿第二方向延伸，换热管262沿中心柱261的延伸方向缠绕在中心柱261的外壁面上，换热管262的端部与连接管6的一端连通，换热介质置于换热管262内。

具体地，如图3和图4所示，换热管262缠绕在中心柱261上，以使中心柱261为换热管262提供安装位置，换热管262内具有换热介质，高温氦气在换热管262外流动并与换热管262接触以实现高温氦气与换热介质换热，由此，降低了出口52处管板521的热应力和流致振动，提升了高温气冷堆蒸汽发生器运行可靠性。

在一些实施例中，如图3所示，高温气冷堆氦气分流装置还包括连接杆8，连接杆8设有至少两个，至少两个连接杆8围绕分流管36的另一端的周向间隔布置，连接杆8的一端与分流管36相连，连接杆8的另一端沿第二方向延伸至中心柱261的顶面，高温气体沿着分流管36从相邻的两根连接杆8之间喷出。

具体地，如图3所示，相邻的连接杆8之间形成窗口81，高温氦气进入分流管36后再从窗口81进入换热单元26内部进行换热，由此，提升了高温氦气在本发明实施例的高温气冷堆氦气分流装置内的换热效率。

在一些实施例中，中心柱261在第二方向上邻近筒体1的侧面的至少部分朝向远离筒体1的方向凸出。

具体地，如图3所示，高温氦气从窗口81内喷出时，高温氦气先冲击到中心柱261的凸面上再从凸面出向外发散，由此，高温氦气可以更快速的与缠绕在中心柱261上的换热管262接触并换热，提升了高温氦气的换热效率。

在一些实施例中，孔组中的通孔17的数量为奇数，孔组中通孔17的数量大于1时，第一外端的通孔17和中间通孔17的中心连线与第二外端的通孔17和中间通孔17的中心连线构成第一夹角(未示出)，且第一夹角大于120度小于160度。

具体地，如图2所示，第一孔组12包括一个通孔17，编号为1-1。第二孔组13包括三个通孔17，编号分别为2-1、2-2和2-3，通孔2-1和通孔2-2的中心连线与通孔2-3和通孔2-2的中心连线呈150°角。第三孔组14包括五个通孔17，编号分别为3-1、3-2、 3-3、3-4、3-5，通孔3-1和通孔3-3的中心连线与通孔3-5和通孔3-3的中心连线呈150°角。同理，第四孔组15也包括五个通孔17，第一最外端151的通孔17和中间通孔17的中心连线与第二最外端152的通孔17和中间通孔17的中心连线呈150°角。第五孔组16 也包括五个通孔17，第三最外端161的通孔17和中间通孔17的中心连线与第四最外端162 的通孔17和中间通孔17的中心连线呈150°角。

在一些实施例中，换热组中的换热单元26的数量为奇数，换热组中换热单元26的数量大于1时，第一外端的换热单元26和中间换热单元26的中心连线与第二外端的换热单元26和中间换热单元26的中心连线构成第二夹角(未示出)，且第二夹角大于120度小于160度。

具体地，如图4所示，第一换热组21包括一个换热单元26，编号为C1，换热单元C1与第一孔组12中的通孔1-1对应设置。第二换热组22包括三个换热单元26，三个换热单元26的编号分别为：B1、C2、D1，换热单元B1、换热单元C2和换热单元D1分别与第二孔组13中的通孔2-1、通孔2-2和通孔2-3一一对应，且换热单元B1和换热单元C2的中心连线与换热单元D1和换热单元C2的中心连线构成的夹角呈150°。

如图4所示，第三换热组23、第四换热组24和第五换热组25各包括五个换热单元26，同理，第三换热组23中的五个换热单元26、第四换热组24中的五个换热单元26和第五换热组25中的五个单元分别与第三孔组14中的五个通孔17、第四孔组15中的五个通孔 17和第五孔组16中的五个通孔17一一对应。

如图2和图4所示，第三换热组23中的第一外端的换热单元26和中间的换热单元26的中心连线与第三换热组23中的第二外端的换热单元26和中间的换热单元26的中心连线呈150°，同理，第四换热组24中的第一外端的换热单元26和中间的换热单元26的中心连线与第四换热组24中的第二外端的换热单元26和中间的换热单元26的中心连线呈 150°，第五换热组25中的第一外端的换热单元26和中间的换热单元26的中心连线与第五换热组25中的第二外端的换热单元26和中间的换热单元26的中心连线呈150°。

在一些实施例中，管组3中的分流管36的数量为奇数，管组3中的分流管36与孔组中的通孔17一一对应，分流管36的壁厚为2mm～5mm。

具体地，如图1所示，分流管36的一端与通孔17连通，分流管36的另一端与换热单元26相连，以使分流管36内的高温氦气与换热单元26进行换热，由此，减小了各换热单元26出口52管蒸汽温度差，降低了蒸汽发生器出口52处管板521的热应力。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高温气冷堆氦气分流装置，其特征在于，包括：

筒体(1)，所述筒体(1)内设有腔室(11)，所述腔室(11)内具有高温气体，所述高温气体沿第一方向充入所述腔室(11)内，所述筒体(1)在第二方向上的一个侧面开设通孔(17)，所述第二方向与所述第一方向正交，所述通孔(17)与所述腔室(11)连通，所述通孔(17)为多个且分为多个沿所述第一方向间隔布置的孔组，所述孔组包括至少一个所述通孔(17)，所述孔组中通孔(17)数量大于1时，所述孔组中的多个所述通孔(17)的中心在同一圆上，且沿所述第一方向，所述孔组中的通孔(17)数量递增；

换热单元(26)，所述换热单元(26)位于所述筒体(1)下方，所述换热单元(26)内设有换热介质，所述高温气体可与所述换热介质进行热交换；

分流管(36)，所述分流管(36)为多个且分为多个管组(3)，所述管组(3)包括至少一个所述分流管(36)，多个所述管组(3)与多个所述孔组一一对应，每个所述管组(3)中，所述分流管(36)的一端与所述通孔(17)一一对应连通，所述分流管(36)的另一端与所述换热单元(26)连通；

壳体(4)；

保温层(5)，所述保温层(5)设在所述壳体(4)内，所述筒体(1)、换热单元(26)和分流管(36)均设在所述保温层(5)内，所述保温层(5)的侧壁上设有入口(51)和出口(52)，所述入口(51)和所述出口(52)沿所述第一方向相对设置，所述入口(51)与所述腔室(11)连通，所述高温气体从所述入口(51)充入所述腔室(11)，所述出口(52)处设有管板(521)；

连接管(6)，所述连接管(6)设在所述保温层(5)的内壁面和所述筒体(1)的外壁面之间，所述连接管(6)的一端与所述换热单元(26)相连，所述连接管(6)的另一端与所述管板(521)相连，所述管板(521)对所述连接管(6)的另一端进行汇集；

所述换热单元(26)为多个且分为多个换热组，所述换热组包括至少一个换热单元(26)，多个所述换热组与多个所述孔组一一对应，每个所述管组(3)中，所述分流管(36)的另一端与所述换热单元(26)一一对应相连；

所述换热单元(26)包括中心柱(261)和换热管(262)，所述中心柱(261)沿所述第二方向延伸，所述换热管(262)沿所述中心柱(261)的延伸方向缠绕在所述中心柱(261)的外壁面上，所述换热管(262)的端部与所述连接管(6)的一端连通，所述换热介质置于所述换热管(262)内；

连接杆(8)，所述连接杆(8)设有至少两个，至少两个所述连接杆(8)围绕所述分流管(36)的另一端的周向间隔布置，所述连接杆(8)的一端与所述分流管(36)相连，所述连接杆(8)的另一端沿所述第二方向延伸至所述中心柱(261)的顶面，所述高温气体沿着所述分流管(36)从相邻的两根所述连接杆(8)之间喷出。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆氦气分流装置，其特征在于，还包括热气导管(7)，所述热气导管(7)设在所述入口(51)处，所述热气导管(7)的一端与所述筒体(1)的外壁面相连且与所述腔室(11)连通，所述热气导管(7)的另一端沿所述第一方向延伸，所述热气导管(7)的一端的直径大于所述热气导管(7)的另一端的直径，所述高温气体通过所述热气导管(7)充入所述腔室(11)内。

3.根据权利要求1所述的高温气冷堆氦气分流装置，其特征在于，所述中心柱(261)在所述第二方向上邻近所述筒体(1)的侧面的至少部分朝向远离所述筒体(1)的方向凸出。

4.根据权利要求1所述的高温气冷堆氦气分流装置，其特征在于，所述孔组中的所述通孔(17)的数量为奇数，所述孔组中所述通孔(17)的数量大于1时，第一外端的所述通孔(17)和中间所述通孔(17)的中心连线与第二外端的所述通孔(17)和中间所述通孔(17)的中心连线构成第一夹角，且所述第一夹角大于120度小于160度。

5.根据权利要求4所述的高温气冷堆氦气分流装置，其特征在于，所述换热组中的所述换热单元(26)的数量为奇数，所述换热组中所述换热单元(26)的数量大于1时，第一外端的所述换热单元(26)和中间所述换热单元(26)的中心连线与第二外端的所述换热单元(26)和中间所述换热单元(26)的中心连线构成第二夹角，且所述第二夹角大于120度小于160度。

6.根据权利要求5所述的高温气冷堆氦气分流装置，其特征在于，所述管组(3)中的所述分流管(36)的数量为奇数，所述管组(3)中的所述分流管(36)与所述孔组中的所述通孔(17)一一对应，所述分流管(36)的壁厚为2mm～5mm。