CN117476259A - 一种能力可调节的正压余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核能排热技术领域，具体提供一种能力可调节的正压余热排出系统，旨在解决现有非能动余热排出系统在长久未使用时会产生非凝结气体，造成非能动余热排出系统形成气堵，阻止自然循环建立，进而影响换热效率的问题。为此目的，本发明的余热排出系统包括换热蒸汽循环组件、冷凝回水组件和正压供水组件；换热蒸汽循环组件和冷凝回水组件连接；正压供水组件分别和换热蒸汽循环组件和冷凝回水组件连接，以便正压供水组件所产生的蒸汽充满换热蒸汽循环组件和冷凝回水组件以形成正压。本发明余热排出系统的内部压力大于外部空气压力，空气不会进入余热排出系统，因此不产生非凝结气体，避免余热排出系统形成气堵，建立自然循环，进而提高换热效率。

Description

一种能力可调节的正压余热排出系统

技术领域

本发明涉及核能排热技术领域，具体提供一种能力可调节的正压余热排出系统。

背景技术

非能动余热排出系统在核能反应堆中起到将余热排出的作用，非能动余热排出系统在长久未使用时会产生非凝结气体，造成非能动余热排出系统形成气堵，阻止自然循环的建立，进而影响换热效率。

相应地，本领域需要一种新的余热排出系统和核能反应堆来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有非能动余热排出系统在长久未使用时会产生非凝结气体，造成非能动余热排出系统形成气堵，阻止自然循环建立，进而影响换热效率的问题。

在第一方面，本发明提供一种余热排出系统，所述余热排出系统包括换热蒸汽循环组件、冷凝回水组件和正压供水组件；所述换热蒸汽循环组件和所述冷凝回水组件连接；所述正压供水组件分别和所述换热蒸汽循环组件、所述冷凝回水组件连接，以便所述正压供水组件所产生的蒸汽充满所述换热蒸汽循环组件和所述冷凝回水组件以形成正压。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述余热排出系统还包括控制器。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述正压供水组件包括水箱、加热器、注水管路、排气管路、第一阀和第二阀；所述加热器设置于所述水箱内并和所述控制器连接；所述注水管路分别和所述水箱、所述冷凝回水组件连接，以便在所述余热排出系统使用时所述水箱内的水进入所述冷凝回水组件后在进入所述换热蒸汽循环组件；所述排气管路分别和所述水箱、所述换热蒸汽循环组件连接，以便在所述余热排出系统备用时所述水箱所产生的蒸汽充满所述换热蒸汽循环组件和所述冷凝回水组件以产生正压；所述第一阀安装于所述注水管路并和所述控制器连接；所述第二阀安装于所述排气管路并和所述控制器连接。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述热蒸汽循环组件包括换热器、蒸汽管路和第三阀；所述换热器设置于核能反应堆的内部；所述蒸汽管路分别和所述换热器、所述冷凝回水组件连接；所述第三阀安装于所述蒸汽管路并和所述控制器连接。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述冷凝回水组件形包括第一水池、冷凝器和回水管路；所述冷凝器位于所述第一水池的内部并和所述蒸汽管路连接；所述回水管路分别和所述冷凝器、所述换热器连接。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述冷凝器和所述换热器具有高度差。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述余热排出系统还包括具有伸缩功能的第一调节管；所述第一调节管安装于所述回水管路中且位于所述冷凝器之后，以便调整所述冷凝器的高度。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述余热排出系统还包括具有伸缩功能的第二调节管；所述第二调节管安装于所述蒸汽管路中且位于所述冷凝器之前，以便调整所述冷凝器的高度。

在上述余热排出系统的优选技术方案中，所述余热排出系统还包括第二水池、连接管和第四阀；所述连接管分别和所述第二水池、所述第一水池连接，用于所述第二水池内的水进入所述第一水池以便所述冷凝器降温；所述第四阀安装于所述连接管并和所述控制器连接。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的余热排出系统的正压供水组件产生的蒸汽充满换热蒸汽循环组件和冷凝回水组件，使得余热排出系统维持在一定的压力范围内，该压力大于余热排出系统的外部空气压力，使得余热排出系统的内部压力为正压并一直保持，这样空气不会进入余热排出系统，因此余热排出系统的内部不会产生非凝结气体，避免余热排出系统形成气堵，建立自然循环，进而提高换热效率。

进一步地，本发明的余热排出系统还包括具有伸缩功能的第二调节管。其中，第二调节管安装于蒸汽管路中且位于和冷凝器之前，以便调整冷凝器的高度。通过设置具有伸缩功能的第二调节管可以调整冷凝器的高度，进一步提高自然循环能力。

又进一步地，本发明的余热排出系统还包括具有伸缩功能的第一调节管，第一调节管安装于回水管路中且位于冷凝器之后，以便调整冷凝器的高度。通过设置具有伸缩功能的第一调节管可以调整冷凝器的高度，进一步提高自然循环能力。

更进一步地，余热排出系统还包括第二水池、连接管和第四阀。其中，连接管分别和第二水池、第一水池连接，第二水池的水进入第一水池以便冷凝器降温，第四阀安装于连接管并和控制器连接。在余热排出系统使用时控制器控制第四阀打开第二水池内的水流入第一水池，以保证冷凝器的降温效率。

在第二方面，本发明提供一种核能反应堆，所述核能反应堆包括第一方面所述的余热排出系统。

本技术方案的核能反应堆包括本发明任一技术方案的余热排出系统，因而其具有本发明任一技术方案的余热排出系统的全部技术效果。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明一种余热排出系统的主视图。

图中标记列表：

1、换热器；2、回水管路；3、第一调节管；4、第二水池；5、第四阀；6、第一水池；7、冷凝器；8、第二调节管；9、第三阀；10、加热器；11、水箱；12、第一阀；13、注水管路；14、蒸汽管路；15、第二阀；16、排气管路；17、连接管；

100、正压供水组件；200、换热蒸汽循环组件；300、冷凝回水组件。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的余热排出系统和核能反应堆的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

非能动余热排出系统在核能反应堆中起到将余热排出的作用，非能动余热排出系统在长久未使用时会产生非凝结气体，造成非能动余热排出系统形成气堵，阻止自然循环建立，进而影响换热效率。

为了解决上述问题，本申请提供了一种余热排出系统，该余热排出系统一般包括换热蒸汽循环组件200、冷凝回水组件300和正压供水组件100。其中，换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300连接，正压供水组件100分别和换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300连接，以便正压供水组件100的蒸汽充满换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300以产生正压。

本申请的技术方案通过正压供水组件100产生的蒸汽充满换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300，余热排出系统维持在一定的压力范围内，该压力大于余热排出系统的外部空气压力，使得余热排出系统的内部压力为正压并一直保持，这样空气不会进入余热排出系统，因此余热排出系统的内部不会产生非凝结气体，避免余热排出系统形成气堵，建立自然循环，进而提高换热效率。

下面结合图1对本申请的一种余热排出系统进行描述。

参阅图1，本申请的第一方面提供了一种余热排出系统，该余热排出系统包括换热蒸汽循环组件200、冷凝回水组件300和正压供水组件100。其中，换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300连接，正压供水组件100分别和换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300连接，以便正压供水组件100的蒸汽充满换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300以产生正压。

如此，正压供水组件100产生的蒸汽充满换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300，使得余热排出系统维持在一定的压力范围内，该压力大于余热排出系统的外部空气压力，使得余热排出系统的内部压力为正压并一直保持，这样空气不会进入余热排出系统，因此余热排出系统的内部不会产生非凝结气体，避免余热排出系统形成气堵，建立自然循环，进而提高换热效率。

在上述余热排出系统的优选实施方式中，余热排出系统还包括控制器(图中未示出)。通过设置控制器使得余热排出系统实现自动控制。其中，控制器可以是单独的一个控制器，也可以是核能反应堆中的控制器，控制器内存储有控制程序，该控制程序是现有的控制程序。

参阅图1、在上述余热排出系统的优选实施方式中，正压供水组件100一般包括水箱11、加热器10、注水管路13、排气管路16、第一阀12和第二阀15。其中，加热器10设置于水箱11内并和控制器连接，注水管路13分别和水箱11、冷凝回水组件300连接，以便在余热排出系统使用时水箱11的水进入冷凝回水组件300后在进入换热蒸汽循环组件200。排气管路16分别和水箱11、换热蒸汽循环组件200连接，以便在余热排出系统备用时水箱11的蒸汽充满换热蒸汽循环组件200和冷凝回水组件300以产生正压，第一阀12安装于注水管路13并和控制器连接，第二阀15安装于排气管路16并和控制器连接。在余热排出系统备用时加热器10将水箱11内的水加热产生蒸汽，蒸汽经过第二阀15分为两路，一路蒸汽进入蒸汽管路14、换热器1、回到注水管路13，另一路蒸汽进入第二调节管8、冷凝器7、第一调节管3、回水管路2和注水管路13内，余热排出系统维持在一定的压力范围内，该压力大于余热排出系统的外部空气压力，使得余热排出系统的内部压力为正压并一直保持，这样空气不会进入余热排出系统，因此余热排出系统的内部不会产生非凝结气体，避免余热排出系统形成气堵，建立自然循环，进而提高换热效率。

具体地，注水管路13的一端和水箱11的出水口连接，以便水箱11内的水进入回水管路2的一部分在进入换热器1进行换热。第一阀12为电控阀，其和控制器通过线路信号连接，也可是无线信号连接，只要能够接收控制器的控制指令即可。排气管路16的一端和水箱11的出气端连接，以便水箱11内的蒸汽排出。第二阀15为电控阀，其和控制器通过线路信号连接，也可是无线信号连接，只要能够接收控制器的控制指令即可。换热器1和控制器通过线路信号连接，也可是无线信号连接，只要能够接收控制器的控制指令即可。

在本实施例中，在加热器10加热产生蒸汽时控制器控制第二阀15处于开启状态使得蒸汽管路14、换热器1、第二调节管8、冷凝器7、第一调节管3、注水管路13和回水管路2内充满压力。

作为一种可能的实施方式，水箱11上还安装有压力传感器，用于获取水箱11内的压力值，该压力传感器和控制器连接，以便控制器根据压力值控制加热器10的加热温度，便于控制压力。

参阅图1、在上述余热排出系统的优选实施方式中，换热蒸汽循环组件200一般包括换热器1、蒸汽管路14和第三阀9。其中，换热器1设置于核能反应堆的内部，蒸汽管路14分别和换热器1、冷凝回水组件300连接，第三阀9安装于蒸汽管路14并和控制器连接。通过设置换热器1将核能反应堆的余热排出，换热后的水经过蒸汽管路14进入冷凝器7进行降温。

具体地，换热器1的一端和回水管路2的一端连接，以便水箱11内的水经过回水管路2的一段进入换热器1，被冷凝器7降温的水同样进入换热器1，以实现循环。蒸汽管路14的一端和换热器1的另一端连接，蒸汽管路14中连接第二调节管8，蒸汽管路14的另一端连接冷凝器7，被换热器1换热的水经蒸汽管路14和第二调节管8进入冷凝器7降温以便换热器1继续使用。第三阀9为电控阀，其和控制器通过线路信号连接，也可是无线信号连接，只要能够接收控制器的控制指令即可。

继续参阅图1、在上述余热排出系统的优选实施方式中，冷凝回水组件300一般包括第一水池6、冷凝器7和回水管路2。其中，冷凝器7位于第一水池6的内部并和蒸汽管路14连接，回水管路2分别和冷凝器7、换热器1连接。通过将冷凝器7设置在第一水池6内可为冷凝器7降温，进而流经冷凝器7的水可以冷却，蒸汽凝结成水，以便水进入换热器1为核能反应堆降温将余热排出。

具体地，第一水池6为矩形或圆筒形状，第一水池6的底面开有通孔，回水管路2的一端插于通孔并密封连接，避免第一水池6内的水泄漏，回水管路2的一端和冷凝器7连接，使得冷凝器7和换热器1连接。

作为一种可能的实施方式，第一水池6的内部设有水位传感器，用于获取第一水池6内的水位，该水位传感器和和控制器通过线路信号连接，也可是无线信号连接，只要能够接收控制器的控制指令即可。

进一步地，冷凝器7和换热器1具有高度差，将冷凝器7的安装高度设置成高于换热器1的安装高度，以提高自然循环能力，自然循环能力是非能动余热排出系统热工参数的重要影响因素。因此热工实验时，调节高度差非常关键。

继续参阅图1、在上述余热排出系统的优选实施方式中，余热排出系统还包括具有伸缩功能的第二调节管8。其中，第二调节管8安装于蒸汽管路14中且位于冷凝器7之前，以便调整冷凝器7的高度。通过设置具有伸缩功能的第二调节管8可以调整冷凝器7的高度，进一步提高自然循环能力。本实施方式中的前、后是以蒸汽的流动方向定义的前、后。

具体地，第二调节管8的一端和蒸汽管路14连接，第二调节管8的另一端经蒸汽管路14和冷凝器7的入口端连接，或者，第二调节管8的另一端直接和冷凝器7的入口端连接，这样在换热器1出来的水经过蒸汽管路14和第二调节管8进入冷凝器7。

在本实施例中，第二调节管8具有多个弯折以增加第二调节管8的长度，用于增加水流路程。其中，第二调节管8为柔性管或波纹管或带有多个弯折的塑料管，具体可根据需求而定。

再继续参阅图1、在上述余热排出系统的优选实施方式中，余热排出系统还包括具有伸缩功能的第一调节管3，第一调节管3安装于回水管路2中且位于冷凝器7之后，以便调整冷凝器7的高度。通过设置具有伸缩功能的第一调节管3可以调整冷凝器7的高度，进一步提高自然循环能力。本实施方式中的前、后是以蒸汽的流动方向定义的前、后。

具体地，第一调节管3的一端和回水管路2连接，第一调节管3的另一端经回水管路2和冷凝器7的出口端连接，或者，第一调节管3的另一端直接和冷凝器7的出口端连接，这样在冷凝器7出来的水经过第一调节管3和回水管路2进入换热器1内继续换热使用。

在本实施例中，第一调节管3具有多个弯折以增加第一调节管3的长度，用于增加水流路程。其中，第一调节管3为柔性管或波纹管或带有多个弯折的塑料管，具体可根据需求而定。

再继续参阅图1、在上述余热排出系统的优选实施方式中，余热排出系统还包括第二水池4、连接管17和第四阀5。其中，连接管17分别和第二水池4、第一水池6连接，第二水池4的水进入第一水池6以便冷凝器7降温，第四阀5安装于连接管17并和控制器连接。在余热排出系统使用时控制器控制第四阀5打开第二水池4内的水流入第一水池6，以保证冷凝器7降温效率。

具体地，连接管17的一端和第二水池4的侧面下部连接，连接管17的另一端和第一水池6的侧面上部连接，便于第二水池4内的水进入第一水池6。第四阀5为电控阀，其和控制器通过线路信号连接，也可是无线信号连接，只要能够接收控制器的控制指令即可。

一、余热排出系统备用时：

1、第一水池6内部不含水，第二水池4内部充满水；

2、利用抽真空装置将余热排出系统内部的非凝结气体排出，避免影响换热以及自然循环的建立。

3、控制器控制第二阀15和加热器10开启，加热器10将水箱11内的水加热产生蒸汽，蒸汽充满余热排出系统，余热排出系统内的压力大于外部空气压力，从而可以阻止外部空气进入系统，因此余热排出系统不会产生非凝结气体，避免余热排出系统形成气堵，建立自然循环，进而提高换热效率。

二、余热排出系统投入使用时：

1、控制器控制第四阀5开启，第二水池4内部的水进入第一水池6，第一水池6内部的水位传感器检测到水位到达预设值时，控制器控制第四阀5关闭，此时水位传感器处于关闭状态，不在对水位进行检测，以避免冷凝器7在需要降温时为第一水池6补水。

2、控制器同步控制第二阀15和加热器10关闭，同时还控制第一阀12开启，这样水箱11内的水进入换热器1将核能反应堆的余热排出，水在经过蒸汽管路14和第二调节管8进入冷凝器7降温后在经过第一调节管3和回水管路2进入换热器1继续使用，以完成换热自循环。其中，第二阀15关闭可避免水进入蒸汽管路14的水回流水箱11内。

3、余热排出系统投入使用前期：冷凝器7完全浸泡在第一水池6的水中，水作为最终冷源，带走水中大量的余热。

4、余热排出系统投入使用中期，第一水池6内的水被蒸发，部分冷凝器7暴露在空气中，空气与水共同作为冷源，带走水中量的余热。

5、余热排出系统投入使用后期，第一水池6内的水被蒸干，冷凝器7完全暴露在空气中，空气作为冷源，带走水中少量的余热。

在第二方面本发明提供一种核能反应堆，包括第一方面的余热排出系统。本技术方案的核能反应堆包括如本发明任一技术方案的余热排出系统，因而其具有本发明任一技术方案的余热排出系统的全部技术效果。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种余热排出系统，其特征在于：所述余热排出系统包括换热蒸汽循环组件、冷凝回水组件和正压供水组件；

所述换热蒸汽循环组件和所述冷凝回水组件连接；

所述正压供水组件分别和所述换热蒸汽循环组件、所述冷凝回水组件连接，以便所述正压供水组件所产生的蒸汽充满所述换热蒸汽循环组件和所述冷凝回水组件以形成正压。

2.根据权利要求1所述的余热排出系统，其特征在于，所述余热排出系统还包括控制器。

3.根据权利要求2所述的余热排出系统，其特征在于，所述正压供水组件包括水箱、加热器、注水管路、排气管路、第一阀和第二阀；

所述加热器设置于所述水箱内并和所述控制器连接；

所述注水管路分别和所述水箱、所述冷凝回水组件连接，以便在所述余热排出系统使用时所述水箱内的水进入所述冷凝回水组件后在进入所述换热蒸汽循环组件；

所述排气管路分别和所述水箱、所述换热蒸汽循环组件连接，以便在所述余热排出系统备用时所述水箱所产生的蒸汽充满所述换热蒸汽循环组件和所述冷凝回水组件以产生正压；

所述第一阀安装于所述注水管路并和所述控制器连接；

所述第二阀安装于所述排气管路并和所述控制器连接。

4.根据权利要求2所述的余热排出系统，其特征在于，所述热蒸汽循环组件包括换热器、蒸汽管路和第三阀；

所述换热器设置于核能反应堆的内部；

所述蒸汽管路分别和所述换热器、所述冷凝回水组件连接；

所述第三阀安装于所述蒸汽管路并和所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的余热排出系统，其特征在于，所述冷凝回水组件形包括第一水池、冷凝器和回水管路；

所述冷凝器位于所述第一水池的内部并和所述蒸汽管路连接；

所述回水管路分别和所述冷凝器、所述换热器连接。

6.根据权利要求5所述的余热排出系统，其特征在于，所述冷凝器和所述换热器具有高度差。

7.根据权利要求5所述的余热排出系统，其特征在于，所述余热排出系统还包括具有伸缩功能的第一调节管；

所述第一调节管安装于所述回水管路中且位于所述冷凝器之后，以便调整所述冷凝器的高度。

8.根据权利要求5所述的余热排出系统，其特征在于，所述余热排出系统还包括具有伸缩功能的第二调节管；

所述第二调节管安装于所述蒸汽管路中且位于所述冷凝器之前，以便调整所述冷凝器的高度。

9.根据权利要求5所述的余热排出系统，其特征在于，所述余热排出系统还包括第二水池、连接管和第四阀；

所述连接管分别和所述第二水池、所述第一水池连接，用于所述第二水池内的水进入所述第一水池以便所述冷凝器降温；

所述第四阀安装于所述连接管并和所述控制器连接。

10.一种核能反应堆，其特征在于，所述核能反应堆包括上述权利要求1-9中任一项所述余热排出系统。