CN218849088U - 一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统 - Google Patents
一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，涉及核电站安全技术领域，解决了现有热管冷却乏燃料池整体结构复杂的问题，简化了结构，具体方案如下：包括乏燃料池，所述乏燃料池内部的四周固定设有隔板，隔板与乏燃料池的内壁之间固定设有若干竖向设置的热管，隔板的高度低于乏燃料池的高度，隔板的下部开设有若干隔板孔，若干所述热管的顶端出口均延伸出乏燃料池并置于烟囱的下端内部，热管内含有换热工质，所述热管位于水位以上的管身外壁上沿其环向及轴向固定设有翅片。
Description
技术领域
本实用新型涉及核电站安全技术领域，尤其是一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统。
背景技术
第三代核电技术AP1000采用了非能动设计理念，广泛采用重力、温差和压缩气体膨胀等自然力来驱动系统运行，不需要依赖泵、交流电源和1E级应急柴油发电机组等，在发生严重事故后72小时内可不依赖外界操作而保证核电站的安全。在严重事故72小时后，乏燃料池和安全壳等部件内仍然持续不断地释放热量，此类部件的余热有效排出是核电站长期安全面临的挑战。
发明人发现，现有的乏燃料池余热导出系统，采用了热管冷却乏燃料池(CN103377732A--一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统)，热管工作介质相变换热实现低温差换热，依靠密度差自然循环驱动系统，但其热管自身换热效率低，需要设置冷凝端装置来作为辅助，同时利用下降管将冷凝端装置与热管回水端连接，整体结构复杂，使用成本高且不便于后期维修。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，在隔板与乏燃料池内壁之间设置了若干上端外壁带有翅片的热管，热管内含有换热工质，利用翅片提高热管与空气的换热效率，取消了冷凝终端，简化了结构，解决了现有热管冷却乏燃料池整体结构复杂的问题。
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本实用新型的实施例提供了一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，包括乏燃料池，所述乏燃料池内部的四周固定设有隔板，隔板与乏燃料池的内壁之间固定设有若干竖向设置的热管，隔板的高度低于乏燃料池的高度，隔板的下部开设有若干隔板孔，若干所述热管的顶端出口均延伸出乏燃料池并置于烟囱的下端内部，热管内含有换热工质，所述热管位于水位以上的管身外壁上沿其环向及轴向固定设有翅片。
作为进一步的实现方式，所述翅片为沿热管轴向螺旋设置的螺旋状结构。
作为进一步的实现方式，所述翅片的内部与热管的内部连通。
作为进一步的实现方式，所述翅片具有斜向上的角度。
作为进一步的实现方式，所述角度为75°-85°。
作为进一步的实现方式，所述热管位于水位以上的长度不小于位于水位以下的长度。
作为进一步的实现方式，所述热管上翅片区域的长度不小于热管位于水位以上管身长度的1/2。
作为进一步的实现方式，所述隔板与乏燃料池之间设有多层热管，每层均沿乏燃料池的周向间隔设有若干热管。
作为进一步的实现方式，所述隔板的高度为乏燃料池高度的1/3～4/5。
作为进一步的实现方式，所述乏燃料池内设有乏燃料组，乏燃料组被隔板包围。
上述本实用新型的有益效果如下：
1)本实用新型在隔板与乏燃料池内壁之间设置了若干上端外壁带有翅片的热管，热管内含有换热工质，利用翅片增大了热管与空气的接触面积，进而提高热管与空气的换热效率，取消了冷凝终端，简化了结构。
2)本实用新型翅片与热管内部连通，大大增加了换热工质与外界空气的接触面积，有效提高了换热工质的换热效率。
3)本实用新型翅片具有斜向上的角度，在提高换热效率的同时，不影响冷凝后工质的回流，工质可沿热管管壁直接向下回流，而不会进入翅片内。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统的立面结构示意图；
图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统的平面结构示意图；
图3是本实用新型根据一个或多个实施方式的热管的结构示意图；
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1、乏燃料组件；2、隔板孔；3、乏燃料池；4、热管；5、翅片；6、隔板；7、烟囱。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所介绍的，现有的乏燃料池余热导出系统，采用了热管冷却乏燃料池，热管工作介质相变换热实现低温差换热，依靠密度差自然循环驱动系统，但其热管自身换热效率低，需要设置冷凝端装置来作为辅助，同时利用下降管将冷凝端装置与热管回水端连接，整体结构复杂，使用成本高且不便于后期维修的问题，为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统。
实施例1
本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，包括，乏燃料池3、乏燃料组件1、隔板6、热管4和烟囱7。
如图2所示，乏燃料组件1设置在乏燃料池3内，在乏燃料池3内部的四周固定设置有隔板6，乏燃料组件1被隔板6包围，隔板6可通过钢结构等进行固定，隔板6与乏燃料池3的内壁之间具有用于安装热管4的空间，隔板6的高度为乏燃料池3高度的1/3～4/5(例如：1/3或4/5)，同时在隔板6的下部开设若干个隔板孔2，以为水的流动提供通道。
在隔板6的外侧与乏燃料池3内壁之间分多层固定布置热管4，每层均沿乏燃料池3的周向间隔设有若干热管4，这些热管4分成若干组，所有的热管4均竖向设置；
每组热管4的顶端出口均延伸出乏燃料池3并置于空气中，热管4内含有换热工质，换热工质在热管4内发生相变，实现换热。
具体的，换热工质在热管4的底部吸热蒸发，向上运动至热管4的上部冷凝变为液态，沿着热管4的壁面再流回热管4的底部，进行循环，冷凝过程中，换热工质的热量通过热管4的壁面向空气中传递，实现散热。
为提高气相工质的冷凝效果，在热管4位于水位以上的管身外壁上沿其环向及轴向固定设有翅片5，翅片5为沿热管4轴向螺旋设置的螺旋状结构，翅片5的内部与热管4的内部连通，以增大换热工质与热管4、热管4与空气的接触面积。
可以理解的是，翅片5可以看做是热管4外壁向外凸出的结构，采用一体成型的方式形成的结构。
翅片5为环向设置，并且与热管4的轴向方向具有设定倾角，具体的，翅片5具有斜向上的角度，与热管4的轴线之间形成夹角，以便于冷凝后的工质回流。
本实施例中，翅片5的螺距为15-30mm，翅片高度10-20mm，翅片宽度5-10mm，翅片的倾斜角为75°-85°。
每一根热管4位于水位以上的长度不小于水位以下的长度，热管4上翅片区域的长度不小于热管4位于水位以上管身长度的1/2。
为便于热管4上端换热后的热量排出，在热管4上端的外周设有烟囱7，烟囱7将热量导出至厂房外的大气中。
每组热管4均设置在烟囱7的下部内，换热后的空气可以从烟囱7的下部自由地通过烟囱7，烟囱也可以称为空冷塔。
上述多根热管4的数量在500～2000根，具体可根据乏燃料衰变热的功率确定，使多根热管4携带的乏燃料产生的热量能够满足乏燃料冷却的要求。
具体的工作原理为：
通过隔板6将乏燃料池3内部分为内外两个区域，乏燃料池3内部区域的水首先获得乏燃料组件1释放的余热，温度升高，向上运动，从隔板6上方进入乏燃料池3的外部区域；
热管4布置于乏燃料池3的外部区域，该外部区域的水被冷却，向下流动，并通过隔板孔2进入内部区域，这样内外区域一起形成自然循环，将乏燃料释放的热量带到热管4。
热管4内的换热介质吸收热量后蒸发向上运动并在上升过程中与外界空气进行换热，换热介质被烟囱7中的空气冷却凝结转换为液态，液相工作介质密度大，在重力的作用下，沿着热管4的壁面再流回热管4的底部，进行循环，构成余热导出回路。通过这个循环，热量传递到烟囱7中的空气，空气受热向上运行，形成对流，常温空气从底部持续进入烟囱7，乏燃料池3的热量最终传递到环境空气中。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，包括乏燃料池，所述乏燃料池内部的四周固定设有隔板，隔板与乏燃料池的内壁之间固定设有若干竖向设置的热管，隔板的高度低于乏燃料池的高度，隔板的下部开设有若干隔板孔，其特征在于，若干所述热管的顶端出口均延伸出乏燃料池并置于烟囱的下端内部，热管内含有换热工质，所述热管位于水位以上的管身外壁上沿其环向及轴向固定设有翅片。
2.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述翅片为沿热管轴向螺旋设置的螺旋状结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述翅片的内部与热管的内部连通。
4.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述翅片具有斜向上的角度。
5.根据权利要求4所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述角度为75°-85°。
6.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述热管位于水位以上的长度不小于位于水位以下的长度。
7.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述热管上翅片区域的长度不小于热管位于水位以上管身长度的1/2。
8.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述隔板与乏燃料池之间设有多层热管，每层均沿乏燃料池的周向间隔设有若干热管。
9.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述隔板的高度为乏燃料池高度的1/3～4/5。
10.根据权利要求1所述的一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统，其特征在于，所述乏燃料池内设有乏燃料组，乏燃料组被隔板包围。
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