CN208173250U - 高温气体冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温气体冷却装置，其包括壳体、换热罩以及分别用于输送冷却介质的第一盘管和第二盘管，所述壳体具有一腔体，所述壳体分别设有与所述腔体连通并供气体进入的炉管及与所述腔体连通并供气体排出的排气口，所述换热罩设置于所述腔体内，所述第一盘管盘绕并呈热接触地固定于所述换热罩，所述第二盘管呈热接触地盘绕于所述炉管外。本实用新型提供的高温气体冷却装置能够实现多级冷却，具有换热面积大、冷却效果优良等优点。

Description

高温气体冷却装置

技术领域

本实用新型涉及核电工程技术领域，尤其涉及一种高温气体冷却装置。

背景技术

众所周知，LOCA(Loss Of Coolant Accident)是核电厂在运行过程中最为严重的事故之一。该事故的发生主要是由于反应堆一回路冷却剂流失，导致堆芯温度急剧上升，同时反应堆内压力迅速下降，引发安注系统向堆内注水，以冷却快速升温的堆芯。在LOCA工况下(以锆合金为例)，当核燃料包壳温度超过600℃时，由于外部压力的下降导致燃料包壳发生肿胀、破裂；当温度升高至850℃以上时，燃料包壳合金会发生剧烈的锆水反应，包壳外部氧化膜厚度迅速增加，同时反应释放出氢气。当对堆芯进行注水时，相当于对锆合金包壳进行淬火，会导致包壳变脆甚至破裂，可引发放射性裂变产物泄漏。

针对LOCA工况，往往对核燃料包壳进行反应堆外模拟技术试验，从而获得核燃料包壳的性能。其中，高温氧化试验更是测试核燃料包壳性能的一项重要试验，试验时，利用高温水蒸气作为氧化气氛与核燃料包壳发生氧化反应，进而分析和得出核燃料包壳的相关特性。其中，试验过程中的水蒸气最高温度高达1600℃，因此在试验结束时需要对高温水蒸气进行迅速冷却。然而，试验过程中现有的冷却装置都为单级冷却装置，整体换热面积小，冷却效果速度慢，不适用于高达1600℃的水蒸气的冷却，无法满足高温氧化试验的要求。

因此，急需要一种能够实现多级冷却、换热面积大、冷却效果优良的高温气体冷却装置来克服上述的缺陷。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于提供一种能够实现多级冷却、换热面积大、冷却效果优良的高温气体冷却装置

本实用新型提供的一种高温气体冷却装置，其包括壳体、换热罩以及分别用于输送冷却介质的第一盘管和第二盘管，所述壳体具有一腔体，所述壳体分别设有与所述腔体连通并供气体进入的炉管及与所述腔体连通并供气体排出的排气口，所述换热罩设置于所述腔体内，所述第一盘管盘绕并呈热接触地固定于所述换热罩，所述第二盘管呈热接触地盘绕于所述炉管外。

较佳的，所述换热罩呈圆锥筒状结构。

较佳的，所述换热罩呈层叠设置形成塔状结构。

较佳的，相邻两所述换热罩之间具有一定间隙。

较佳的，所述第一盘管呈圆锥筒状地螺旋盘绕于每一所述换热罩的下侧。

较佳的，所述第二盘管螺旋地盘绕于所述炉管的外侧。

较佳的，所述壳体还设有入料接口，所述换热罩的中间设有一内环孔，所述入料接口、内环孔和炉管三者的中心轴同轴，以供工件插入。

较佳的，所述换热罩顶部的内环孔上设有用于屏蔽热辐射的热辐射隔离层。

较佳的，所述热辐射隔离层包括多个呈环状结构的隔离片，多个所述隔离片从上而下呈间隔地排列并连接在一起。

较佳的，所述壳体外还设有用于冷却的水冷夹套。

较佳的，所述高温气体冷却装置还包括防爆阀，所述防爆阀设置于所述壳体的上端且与所述腔体连通。

较佳的，所述高温气体冷却装置还包括用于检测所述壳体内部温度的热电偶，所述热电偶设置于所述壳体的上端且伸入所述腔体内。

与现有技术相比，本实用新型提供的高温气体冷却装置，通过在所述腔体内设置换热罩，并在所述换热罩上盘绕地设置第一盘管，又在所述炉管外盘绕地设置第二盘管，由于第一盘管及第二盘管内不断通入冷却介质，从而利用热交换原理迅速对腔体内和炉管内的高温气体进行冷却，高温气体依次经过炉管和腔体后即形成多级冷却，有效增大换热面积，提高冷却速度且冷却效果优良。

附图说明

图1为本实用新型的高温气体冷却装置在主视方向上的局部剖面图。

图2为本实用新型的高温气体冷却装置中的换热罩在主视方向上的剖面图。

图3为本实用新型的高温气体冷却装置中的换热罩在俯视方向上的平面结构示意图。

图4为本实用新型的高温气体冷却装置中的热辐射隔离层在主视方向上的平面结构示意图。

图5为本实用新型的高温气体冷却装置中的热辐射隔离层在俯视方向上的平面结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，展示了本实用新型的高温气体冷却装置100，适用于对核燃料包壳性能试验，其包括壳体1、换热罩3、第一盘管4及第二盘管5；壳体1具有一腔体11，壳体1上分别设有与腔体11连通并供气体进入的炉管2及与腔体11连通并供气体热排出的排气口12，较优的是，炉管2设于腔体11的下方且两者的连接处通过密封圈进行密封，排气口12开设于腔体11的一侧，高温气体上升至腔体11内并从一侧的排气口12排出，当然，排气口12也可根据需要设于腔体11的其他位置，故不限于此；换热罩3设置于腔体11内，换热罩3与腔体11连接时可通过焊接等方式进行连接，不以此为限；第一盘管4盘绕并呈热接触地固定于换热罩3，第二盘管5呈热接触地盘绕于炉管2外，第一盘管4及第二盘管5与外部的冷却液循环装置(图未示)连通从而不断通入冷却介质，以使从炉管2进入的高温气体冷却后从排气口12排出。

请参阅图1至图3，由于核燃料包壳需要进入到炉管2内与高温气体进行高温氧化试验，壳体1还设有入料接口6，换热罩3的中间设有一内环孔31，入料接口6、内环孔31和炉管2三者的中心轴同轴，以供核燃料包壳插入，较优的是，入料接口6、内环孔31和炉管2三者的中心轴与垂线重合，从而利用重力作用使核燃料包壳依次通过入料接口6和内环孔31，最终进入到炉管2内，简化了入料装置，入料接口6为法兰接口。为了避免壳体1外壁的高温造成安全事故，壳体1外还设有用于冷却的水冷夹套8，水冷夹套8内不断通入冷却介质以降低壳体1外壁温度，使壳体1的外壁保持在温度50℃以下，从而避免烫伤，这样的结构不仅可以辅助冷却高温气体，更可以避免壳体1上各接口处的密封圈(图未示)因高温而失效，较优的是，壳体1是采用304不锈钢材质制成，以避免壳体1生锈。

请参阅图1，由于腔体11内的压力较大，为了防止装置内部超压而造成安全事故，本实用新型的高温气体冷却装置100还包括防爆阀9，防爆阀9设置于壳体1的上端且与腔体11连通，较优的是，防爆阀9通过螺纹连接的方式与壳体1连接且防爆阀9的开启压力为0.2MPa，以提高装置的密封性和安全性。为了实时监测装置的内部温度，本实用新型的高温气体冷却装置100还包括用于检测壳体1内部温度的热电偶10，热电偶10采用法兰连接的方式设置于壳体1的上端且伸入腔体11内，试验者可时刻通过热电偶10了解装置内的温度情况，并作出适当的调整，可以理解的是，热电偶10的数量以及测温点的位置可根据实际情况进行调整，故不限于此，较优的是，热电偶10选用分度号为K的热电偶，以确保测量的准确性。本实用新型的高温气体冷却装置100还包括控制器(图未示)，控制器分别与热电偶10、水冷夹套8以及冷却液循环装置电连接，控制器根据热电偶10反馈的数据实时调控装置内冷却液的流动速度以及流量大小，从而实现对高温气体冷却效果的调节和控制。更为具体的，如下：

请参阅图1至图3，换热罩3呈圆锥筒状结构，由于换热罩3呈圆锥筒状增大了换热罩3和高温气体的热交换面积，从而大幅度地增强换热罩3的冷却效果；具体地，换热罩3的数量设置为多个且换热罩3呈层叠设置形成塔状结构，相邻两换热罩3之间具有一定间隙且间隙相等，以确保高温气体与换热罩3的表面充分接触，从而提高冷却效果，可以理解的是，换热罩3可以根据实际情况对其数量、结构以及在腔体11内的位置进行调整，以达到更优的冷却效果，较优的是，换热罩3采用紫铜薄板制成以提高热传导效果。第一盘管4呈圆锥筒状地螺旋盘绕于每一换热罩3的下侧，以使第一盘管4能够呈均匀且紧密的分布于换热罩3，间接实现第一盘管4内的冷却介质与换热罩3之间充分接触，不仅提高了换热罩3的冷却性能，而且使换热罩3和第一盘管4之间的连接更为紧凑，减小了装置的整体体积，较优的是，第一盘管4采用紫铜材料制成以提高导热性能，第一盘管4通过焊接的方式与换热罩3连接，以加强连接的稳定性，从而提高热传导性能；第二盘管5螺旋地盘绕于炉管2的外侧，以使第二盘管5能够呈均匀且紧密的分布于炉管2的外壁，间接实现第二盘管5内的冷却介质与炉管2之间充分接触，不仅提高炉管2的冷却性能，而且利用第二盘管5和炉管2两者连接的紧凑性减小了装置的整体体积，较优的是，第二盘管5采用紫铜材料制成以提高导热性能，第二盘管5通过焊接的方式与炉管2连接，以加强连接的稳定性，从而提高热传导性能。

请参阅图1至图5，换热罩3顶部的内环孔31上设有用于屏蔽热辐射的热辐射隔离层7，不仅能避免内环孔31下方的热辐射与内环孔31上方的入料接口6、热电偶10和防爆阀9等零部件直接接触以达到保护的目的，而且能避免各零部件与壳体1连接处的密封圈因热辐射而失效，提高整体装置的密封性能，与此同时，热辐射隔离层7能够将上升的高温气体导向位于一侧的排气口12以有效辅助高温气体的流动。较优的是，热辐射隔离层7包括多个呈环状结构的隔离片71，隔离片71呈水平设置，多个隔离片71从上而下呈间隔地排列并通过螺杆72连接在一起，隔离片71采用多层叠加的结构能够有效增强热辐射隔离层7的隔离能力，更优的是，相邻两隔离片71之间的间隔相等。由于核燃料包壳需要通过热辐射隔离层7进入到炉管2内，隔离片71的内径大于核燃料包壳的外径且隔离片71与用于夹持核燃料包壳的夹头(图未示)之间存在间隙，从而使夹头在热辐射隔离层7内停留或做垂直运动而不受影响。隔离片71采用310S不锈钢或者其它耐高温非金属材料制成，不以此为限。

结合图1至图5所示，对本实用新型高温气体冷却装置100的进行高温氧化试验时以及试验后的工作过程做一详细说明：

试验时，关闭排气口12，核燃料包壳通过夹头从上方的入料接口6进入，核燃料包壳依次通过入料接口6、热辐射隔离层7，最后通过炉管2进入到高温炉内，通入高温气体，使高温气体与核燃料包壳在高温炉内进行高温水蒸气氧化试验。试验完毕后，第一盘管4、第二盘管5以及水冷夹套8中通入冷却液，高温气体沿着A的方向通过炉管2进入到腔体11内，依次经过第一盘管4、第二盘管5以及水冷夹套8等多级冷却，最后，冷却后的水蒸气通过开启的排气口12沿着B的方向排出。试验的过程中，控制器根据热电偶10的反馈数据实时调节第一盘管4、第二盘管5及水冷夹套8内冷却液的流速，以调整装置的冷却效率。

本实用新型提供的高温气体冷却装置100，通过在所述腔体11内设置换热罩3，并在所述换热罩3上盘绕地设置第一盘管4，又在所述炉管2外盘绕地设置第二盘管5，由于第一盘管4及第二盘管5内不断通入冷却介质，从而利用热交换原理迅速对腔体11内和炉管2内的高温气体进行冷却，高温气体依次经过炉管2和腔体11后即形成多级冷却，有效增大换热面积，提高冷却速度且冷却效果优良。

理所当然的，本高温气体冷却装置100还可以运用在核电站中除高温氧化试验中的其他试验的冷却，也可运用在其他需要冷却高温气体的技术领域中，不以核电站领域为限。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的最佳实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种高温气体冷却装置，其特征在于：包括壳体、换热罩以及分别用于输送冷却介质的第一盘管和第二盘管，所述壳体具有一腔体，所述壳体分别设有与所述腔体连通并供气体进入的炉管及与所述腔体连通并供气体排出的排气口，所述换热罩设置于所述腔体内，所述第一盘管盘绕并呈热接触地固定于所述换热罩，所述第二盘管呈热接触地盘绕于所述炉管外。

2.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述换热罩呈圆锥筒状结构。

3.根据权利要求2所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述换热罩呈层叠设置形成塔状结构。

4.根据权利要求3所述的高温气体冷却装置，其特征在于：相邻两所述换热罩之间具有一定间隙。

5.根据权利要求2所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述第一盘管呈圆锥筒状地螺旋盘绕于每一所述换热罩的下侧。

6.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述第二盘管螺旋地盘绕于所述炉管的外侧。

7.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述壳体还设有入料接口，所述换热罩的中间设有一内环孔，所述入料接口、内环孔和炉管三者的中心轴同轴，以供工件插入。

8.根据权利要求7所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述换热罩顶部的内环孔上设有用于屏蔽热辐射的热辐射隔离层。

9.根据权利要求8所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述热辐射隔离层包括多个呈环状结构的隔离片，多个所述隔离片从上而下呈间隔地排列并连接在一起。

10.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述壳体外还设有用于冷却的水冷夹套。

11.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述高温气体冷却装置还包括防爆阀，所述防爆阀设置于所述壳体的上端且与所述腔体连通。

12.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于：所述高温气体冷却装置还包括用于检测所述壳体内部温度的热电偶，所述热电偶设置于所述壳体的上端且伸入所述腔体内。