CN203966565U - 一种冷却系统及具有冷却系统的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷却系统即具有冷却系统的试验装置，冷却系统包括设置在反应容器外的喷淋装置和多组盘绕在反应容器内壁的冷却水盘管，多组冷却水盘管至上而下依次设置且上下对齐，每组冷却水盘管具有一个入水口和出水口，该入水口和出水口伸出反应容器，最上端的冷却水盘管中心还设置有辅助冷却盘管，辅助冷却盘管的入水口和出水口伸出反应容器。具有冷却系统的试验装置，包括反应容器和前述冷却系统，反应容器包括筒体、上封头和下封头。该冷却系统和具有冷却系统的试验装置可以在不显著增加流动阻力的前提下提升气体换热效率，从而实现高效冷却，可以应用在非能动氢复合器样机自然循环性能试验中，以及其他类似气体自然循环验证试验场合。

Description

一种冷却系统及具有冷却系统的试验装置

技术领域

本实用新型涉及核设备试验装置领域，具体地，涉及一种冷却系统及具有冷却系统的试验装置。

背景技术

目前，核电站消除整体氢燃和氢爆风险所采取的措施之一是在核岛内部安装具有自然对流循环功能的非能动氢复合器。在非能动氢复合器产品研发过程中，开展样机性能试验是产品性能指标的基础。建设一套满足样机性能试验的装置是开展性能试验必不可少的环节。开展样机的稳态和动态消氢性能试验，获得有价值的样机消氢性能数据或曲线，可为非能动氢复合器产品的研制和改进提供重要的数据支撑。

开展非能动氢复合器样机性能试验的关键是对于样机自然循环能力的模拟。由于样机置于反应容器中的易爆混合气体中，因此反应容器的容量不宜做得过大以减少实验的危险性，而样机的发热量很大，在较小的实验容器中实现针对大空间实际工作条件下的高发热量样机自然循环能力模拟，其关键技术在于反应容器中冷源的设计。在实验装置中高效冷源的合理设计，一方面可以实现自然循环能力的准确模拟，另一方面可以防止反应容器内部温度过高引发易爆混合气体的爆燃，是保证试验装置本身安全性的重要因素。

小空间高热源气体自然循环冷源设计需满足以下原则：

1）换热效率高，在有限空间里高效的将容器内的较高的热功率导出实验装置，由于气体换热能力较差，需要高效的换热结构设计；

2）流动阻力小，容器内冷源的设计在增加换热面积的同时不可显著的增加容器内气体流动阻力，影响自然循环的模拟准确度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种冷却系统和具有冷却系统的试验装置，该冷却系统和试验装置可以在不显著增加流动阻力的前提下提升气体换热效率，从而实现高效冷却，可以应用在非能动氢复合器样机自然循环性能试验中，以及其他类似气体自然循环验证试验场合。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种冷却系统，包括设置在反应容器外的喷淋装置和多组盘绕在反应容器内壁的冷却水盘管，多组冷却水盘管至上而下依次设置且上下对齐，每组冷却水盘管具有一个入水口和出水口，该入水口和出水口伸出反应容器。本方案采用在反应容器内部设置多组并联冷却水盘管冷却、反应容器外壁设置喷淋装置外部喷淋冷却相结合的方式换热冷却，多组冷却水盘管至上而下依次设置且在竖直方向上对齐，使得冷却水盘管在气体自然循环流动的迎流方向上的管道投影面积较小，带来的流动阻力较小，在不显著增加流动阻力的前提下提升气体换热效率，从而实现高效冷却。

作为本实用新型的进一步改进，上述最上端的冷却水盘管中心还设置有一组辅助冷却盘管，辅助冷却盘管的入水口和出水口伸出反应容器。由于反应容器顶部平均气温最高，本方案中设置两层盘管，可提高该位置的换热能力。

进一步，上述辅助冷却盘管的入水口和出水口从反应容器顶端伸出反应容器。

进一步，所述喷淋装置为设置在反应容器上方，便于向从上至下喷淋，对反应容器均匀降温。

进一步，所述冷却水盘管和辅助冷却盘管的管径为20×2mm，管间距为40mm，所述冷却水盘管的弯曲直径为800mm，所述辅助冷却盘管的弯曲直径400mm。前述管间距是指中心距。由于适当增加盘管的管径和外表面积可以增加换热面积，但管径越大给气流造成的阻力越大，因此本方案综合选择，在尽量不增大气流阻力的情况下，采用上述管径和管间距以增大换热效率。

进一步，所述冷却水盘管的组数为3-6组。

进一步，所述冷却水盘管的组数为4组。

具有冷却系统的试验装置，包括反应容器和冷却系统，所述反应容器包括筒体、连接在筒体两端的上封头和下封头，所述冷却系统为上述方案中的冷却系统，该冷却系统的冷却水盘管设置在上封头内，其余冷却水盘管均设置在筒体内，且自上而下依次盘绕在筒体内壁，所述喷淋装置设置在上封头上方。

进一步，所述上封头内还设置有辅助冷却盘管，上封头中的冷却水盘管环绕在该辅助冷却盘管外；所述辅助冷却盘管的入水口和出水口从上封头顶端伸出反应容器，所述冷却水盘管的入水口和出水口从反应容器侧面伸出反应容器。

进一步，所述筒体内设置有2-5组冷却水盘管。

综上，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用在反应容器内部设置多组并联冷却水盘管冷却、反应容器外壁设置喷淋装置外部喷淋冷却相结合的方式进行换热冷却，增设盘管后增加的盘管外表面积相对于反应容器筒体表面积大大增加了换热面积，可以进行有效冷却；

2、本实用新型在反应容器内部的冷却水盘管盘绕在容器内壁上，多组冷却水盘管盘自上而下排列且上下对齐，可以在不显著增加流动阻力的前提下提升气体换热效率实现高效冷却；

3、本实用新型能充分模拟大空间自然循环系统的冷源，增加试验的准确度，保证装置的安全；

4、本实用新型采用盘管换热，盘管加工工艺成熟、成本更低、加工周期更短。

5、本实用新型的盘管的管间距较大，盘管的布置方式使得气体自然循环流动的迎流方向上的管道投影面积较小，流动阻力较小，在提升了换热效率的同时不显著增加流动阻力。

附图说明

图1是本实用新型的具有冷却系统的试验装置的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-反应容器； 11-筒体； 12-上封头； 13-下封头；  2-喷淋装置； 3-冷却水盘管； 4-辅助冷却盘管。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

一种冷却系统，包括设置在反应容器1外的喷淋装置2和多组盘绕在反应容器1内壁的冷却水盘管3，多组冷却水盘管3至上而下依次设置且上下对齐，并联在反应容器1内，每组冷却水盘管3具有一个入水口和出水口，所有冷却水盘管3的入水口和出水口伸出反应容器1。所述喷淋装置2可以为喷淋水管或喷淋头，实际应用中也可以采用其他常用喷淋装置。前述的冷却水盘管3为常用的螺旋状盘管。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例的最上端的冷却水盘管3中心还设置有辅助冷却盘管4，即冷却水盘管3环绕在辅助冷却盘管4四周，辅助冷却盘管4的入水口和出水口从反应容器1顶端伸出反应容器1。由于上封头平均气温最高，采用两层盘管可提高该位置的换热能力。

此外，喷淋装置2设置在反应容器1上方，从上至下均匀向反应容器1外壁喷淋冷却水。

本实施例中，冷却水盘管3的组数为3-6组，辅助冷却盘管4的组数为1组，冷却水盘管3和辅助冷却盘管4的管径为20×2mm，管间距为40mm，该管间距是指同组盘管中相邻上下两根盘管之间的中心距，所述冷却水盘管3的弯曲直径为800mm，所述辅助冷却盘管4的弯曲直径400mm。实际应用中，根据换热需求和反应容器1的容积，前述冷却水盘管3和辅助冷却盘管4的组数、管径和管间距均可以根据需要设置。

实施例3：

如图1所示，具有冷却系统的试验装置，包括反应容器1和冷却系统。其中，反应容器1包括筒体11、连接在筒体11上端的上封头12和连接在筒体11下端的下封头13；冷却系统为实施例一中的冷却系统，该冷却系统的一组冷却水盘管3设置在上封头12内，其余冷却水盘管3均设置在筒体11内，且自上而下依次盘绕在筒体13内壁且上下对齐，冷却系统的喷淋装置2设置在上封头12上方。

实施例4：

在实施例3的基础上，本实施例中的具有冷却系统的试验装置还进行了如下设置：

1）在反应容器1的筒体11内设置3组冷却水盘管3，3组冷却水盘管3上下排列，位于筒体中上段，在不遮挡爆破窗的前提下紧密布置；实际应用中，筒体11内冷却水盘管3可以根据筒体11的高度以及换热要求设置2-5组。

2）在反应容器1的上封头12内1组冷却水盘管3和1组辅助冷却盘管4，内外排列，冷却水盘管3环绕在辅助冷却盘管4外。辅助冷却盘管4的入水口和出水口从上封头12顶端伸出反应容器1，冷却水盘管3的入水口和出水口从反应容器1侧面伸出反应容器1。

本实施例的反应容器内设置了5组盘管，试验过程中，用大流量冷却水源对5组盘管进行并联供水，并打开外部喷淋，对反应容器1外壁进行冷却，5组盘管外壁和反应容器1的内壁均作为反应容器1内气体的冷源；本实施例中，增加的5组盘管的外表面积可以在反应容器1筒体11表面积的基础上增加一倍以上的换热面积。5组盘管的布置方式使得其在气体自然循环流动的迎流方向上的管道投影面积较小，对气体的流动阻力较小，在提升了换热效率的同时不显著增加流动阻力。

上述实施例中的冷却系统和具有冷却系统的试验装置可用于非能动氢复合器样机性能试验中，是解决小空间高热源的自然循环模拟的关键技术，其实现了试验过程对原大空间对象的准确模拟，保障了装置在实验过程中的安全。该冷却系统和具有冷却系统的试验装置同样可应用于其他类似气体自然循环验证试验场合。

上述具有冷却系统的试验装置在非能动氢复合器样机性能试验中采用了试验装置进行温度监测，试验结果表明使用本实施例中的试验装置可以有效的对反应容器1中的温度实施控制，反应容器1下端气温在试验过程中上升幅度不大，反应容器1中最高温度远低于易爆混合气体的燃点温度，且气体在容器中的流动未受到换热结构的显著影响。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括设置在反应容器（1）外的喷淋装置（2）和多组盘绕在反应容器（1）内壁的冷却水盘管（3），多组冷却水盘管（3）至上而下依次设置且上下对齐，每组冷却水盘管（3）具有一个入水口和出水口，该入水口和出水口伸出反应容器（1）。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，最上端的冷却水盘管（3）中心还设置有辅助冷却盘管（4），辅助冷却盘管（4）的入水口和出水口伸出反应容器（1）。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，辅助冷却盘管（4）的入水口和出水口从反应容器（1）顶端伸出反应容器（1）。

4.根据权利要求1至3任一所述的冷却系统，其特征在于，所述喷淋装置（2）设置在反应容器（1）上方。

5.根据权利要求2或3所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却水盘管（3）和辅助冷却盘管（4）的管径为20×2mm，管间距为40mm，所述冷却水盘管（3）的弯曲直径为800mm，所述辅助冷却盘管（4）的弯曲直径400mm。

6.根据权利要求1至3任一所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却水盘管（3）的组数为3-6组。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却水盘管（3）的组数为4组。

8.具有冷却系统的试验装置，其特征在于，包括反应容器（1）和冷却系统，所述反应容器（1）包括筒体（11）、连接在筒体（11）两端的上封头（12）和下封头（13），所述冷却系统为权利要求1中所述的冷却系统，该冷却系统的一组冷却水盘管（3）设置在上封头（12）内，其余冷却水盘管（3）均设置在筒体（11）内，且自上而下依次盘绕在筒体（13）内壁，所述喷淋装置（2）设置在上封头（12）上方。

9.根据权利要求8所述的具有冷却系统的试验装置，其特征在于，所述上封头（12）内还设置有辅助冷却盘管（4），上封头（12）中的冷却水盘管（3）环绕在该辅助冷却盘管（4）外；所述辅助冷却盘管（4）的入水口和出水口从上封头（12）顶端伸出反应容器（1），所述冷却水盘管（3）的入水口和出水口从反应容器（1）侧面伸出反应容器（1）。

10.根据权利要求8或9所述的具有冷却系统的试验装置，其特征在于，所述筒体（11）内设置有2-5组冷却水盘管（3）。