TW202135096A - 用於熱管反應器的區塊式熱交換器 - Google Patents

用於熱管反應器的區塊式熱交換器 Download PDF

Info

Publication number
TW202135096A
TW202135096A TW109146948A TW109146948A TW202135096A TW 202135096 A TW202135096 A TW 202135096A TW 109146948 A TW109146948 A TW 109146948A TW 109146948 A TW109146948 A TW 109146948A TW 202135096 A TW202135096 A TW 202135096A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
heat exchanger
heat
channels
block
auxiliary
Prior art date
Application number
TW109146948A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI764487B (zh
Inventor
柯林頓 Ｂ 阿姆斯壯
亞瑟 雅菲特
瓦克 尤里 Ｊ 凡
馬修 Ｒ 海塞爾
Original Assignee
美商西屋電器公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商西屋電器公司 filed Critical 美商西屋電器公司
Publication of TW202135096A publication Critical patent/TW202135096A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI764487B publication Critical patent/TWI764487B/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0008—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
    • F28D7/0025—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being flat tubes or arrays of tubes
    • F28D7/0033—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being flat tubes or arrays of tubes the conduits for one medium or the conduits for both media being bent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0275—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple branch pipes
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/28—Selection of specific coolants ; Additions to the reactor coolants, e.g. against moderator corrosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

本發明揭露一種用於具有複數個從反應器爐心延伸的熱管之熱管反應器的區塊(Block)式熱交換器。該熱交換器包括複數個主通道，每個主通道用於經由該等熱管之一者接受從該爐心傳遞的熱量。該等主通道在一或多個材料的區塊內延伸。該熱交換器亦包括複數個界定在該區塊內的輔助通道，用於透過該熱交換器將所述輔助熱傳遞介質的流動從一入口傳遞到一出口。該區塊係利用下列之一或兩者形成：複數個結合一起的平板，每個平板界定該等複數個主通道及/或該等複數個輔助通道之一或多者的至少一部分；及/或一利用積層製程形成的單元材料。

Description

用於熱管反應器的區塊式熱交換器
本發明整體上係有關熱交換器，且更特別是，係有關特別適合於透過多個熱管將熱量從一主要熱源傳遞到一第二介質之區塊式熱交換器。
超臨界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide，sCO2 )是二氧化碳的液態，在此狀態下保持在臨界溫度和臨界壓力或以上。二氧化碳通常在標準溫度和壓力下在空氣中呈現氣態，或者在冷凍時呈現稱為乾冰的固體。如果溫度和壓力兩者從標準溫度和壓力增加到等於或高於二氧化碳的臨界點，則可採用介於氣體和液體之間的特性。更特別是，二氧化碳在超過其臨界溫度(304.25 K、31.10°C、87.98°F)和臨界壓力(72.9 atm、7.39 MPa、1,071 psi)則呈現超臨界流體，像似氣體般膨脹填充其容器，但具有類似液體的密度。
sCO2 是化學穩定、可靠、低成本、無毒、不易燃且易獲得，使其成為工作流體的理想選用物。此外，由於其優異的熱穩定性和不易燃性，可從高溫源直接進行熱交換，允許有較高的工作流體溫度及提高循環效率。不像雙相流(Two-phase flow)，sCO2 的單相性質免除水到蒸汽轉變所需相變的熱輸入，從而亦免除相關的熱衰竭和腐蝕。儘管可實現實質較高的效率和較低的成本費用，但使用sCO2 仍有材料選擇和設計問題。發電組件中的材料必須顯現抗高溫、氧化和潛變(Creep)所造成損壞的能力。滿足這些特性和性能目標的選用物材料包括發電中使用的合金，諸如用於渦輪機械組件的鎳基高溫合金和用於管道的奧氏體不銹鋼(Austenitic stainless steel)。sCO2 布雷登循環(Brayton loop)中的組件會遭受腐蝕和侵蝕，特別是發生在渦輪機械和復熱式熱交換器(Recuperative heat exchanger)組件中的腐蝕及在管道中的晶間腐蝕(Intergranular corrosion)和點蝕(Pitting)。
此前，尚未想到可行的主要熱交換器設計和製造路徑將sCO2 二次循環整合到一熱管反應器。多數設計都採用區塊式熱交換器，其在沿著熱管的路徑在熱交換器的任一端都帶有殼管式集管座。雖然熱管間的空間有限，但此類型的設計需要保護熱管不受到敞開集管座中高壓sCO2 的影響。由於將腔室和套管連接或焊接到熱交換器部上的可用空間有限，且sCO2 通道在熱交換器區塊內的剩餘空間，即使不是不可能，要將保護性熱管套管整合到集管座腔室和熱交換器區塊部中變得很困難。熱管周圍較厚保護材料亦會實質降低熱交換器的傳熱能力。因此，本發明之一目的是要提供一種整合區塊式熱交換器設計，實質使熱管反應器的熱量輸出有效傳遞到sCO2 的次級側並採用最小維護進行操作。
在本發明的一態樣中，通過一連同具有複數個從反應器爐心延伸的熱管之熱管反應器一起使用的整合區塊式熱交換器，以實現這些及其他目的。該熱交換器包含：複數個主通道，每個主通道構成接受經由該等複數個熱管之對應一者而從該爐心傳遞的熱量，該等複數個主通道係界定在一或多個材料的區塊內，每個主通道係在沿著所述熱交換器的縱軸之一第一方向，從該熱交換器的一第一端延伸到所述熱交換器的一第二端；及複數個輔助通道，其係界定在該區塊內，每個輔助通道構成透過該熱交換器將所述輔助熱傳遞介質的流動從所述熱交換器的一入口傳遞到一出口，每個輔助通道包含：一第一部件，其從所述入口延伸到該等主通道的相鄰至少一者；一第二部件，其沿著該等主通道之至少一者延伸、處於該等主通道之一者的熱交換鄰近處且與其隔開；及一第三部件，其從所述第二部件延伸至所述出口，其中該第一部件和該第二部件之每一者係相對於所述第二部件以非零角度設置，而且其中該區塊包含下列之一或兩者：複數個結合一起的平板，其中每個平板係界定該等複數個主通道及/或該等複數個輔助通道之一或多者的至少一部分；及/或一利用積層製程(Additive manufacturing process)形成的單元材料。
每個輔助通道的該第二部件可包含複數個分離子通道，每個子通道圍繞該等主通道之至少一者隔開，並在該輔助通道的所述第一部件和所述第三部件之間延伸。
該區塊可包含該等複數個結合一起的平板。
該等複數個平板可在其結合一起之前或結合一起時配置成堆疊。
該等複數個平板可經由下列之一或多者結合一起：擴散結合(Diffusion bonding)、銅焊(Brazing)或熱均壓成型(Hot isostatic pressing)。
該等複數個主通道及/或該等複數個輔助通道之一或多者的一部分可經由下列之一或多者形成：機製、雷射切割、化學蝕刻、放電加工、電化學加工、及/或衝壓(Stamping)。
該區塊可包含一利用積層製程形成的單元材料。
該入口及/或該出口之至少一者可包含一環形集管座腔，該環形集管座腔構成將所述輔助熱傳遞介質的流動傳遞到該等複數個輔助通道之每個輔助通道，或從其傳遞所述輔助熱傳遞介質的流動。
該環形集管座腔可僅沿著該熱交換器的環形之一部分延伸。
該環形集管座腔可沿著該熱交換器的整個環形延伸。
該入口和該出口之至少一者可包含一整合式集管座。
該整合式集管座可為一具凸緣之集管座。
該等複數個輔助通道可經由多個平板離開該區塊。
該等複數個輔助通道可經由一單平板離開該區塊。
在本發明的另一態樣中，一核反應器包含：一爐心；一區塊式熱交換器，如本說明書所述；及複數個熱管，每個熱管從該爐心延伸到該熱交換器的一對應主通道，其中每個熱管構成將熱量從該爐心傳遞到該熱交換器的所述對應主通道。
從以下實施方式和文後申請專利範圍、連同有關全部形成本說明書之一部分的附圖將變得更明白本發明的這些及其他目的、特性、和特徵、以及結構和部件組合的相關元件之操作方法和功能、及製造經濟性，其中相同的參考編號表示在各個圖式中的對應部件。然而，應明確瞭解，附圖僅是為了示意說明和描述之目的，而不旨在界定本發明的限制。
本發明的實施例提供能夠將sCO2 二級循環整合到一熱管反應器中的區塊式熱交換器配置。該區塊式熱交換器通常利用材料區塊(任何適當形狀)形成(在本說明書中通常稱為「區塊(Block)」)，該區塊包含用於來自反應器的熱管之通道、以及用於其中界定/形成sCO2 之較小通道。該等較小通道在入口和出口之間延伸，並圍繞該等熱管定位並沿著該等熱管延伸。該區塊的中心熱交換器部分係利用薄板狀金屬墊片(Shim)或平板(Plate)組成，其包含用於多個熱管通道和多個sCO2 通道兩者的通孔。該等墊片或平板可為例如但不限於通過機製、雷射切割、化學蝕刻、放電加工(Electrical Discharge Machining，EDM)、電化學加工(Electro-Chemical Machining，ECM)、衝壓或其他金屬製造方法製成。該區塊的多個端部亦可利用類似其中含有通孔和通道的墊片製成，例如，通過雷射切割、機製、EDM、ECM或化學蝕刻等方法產生，以在垂直於所述熱管的方向上形成sCO2 流通路徑，供sCO2 通道收集在區塊外圍上的集管座中。所述熱交換器的整個平板部分使用例如擴散結合、銅焊或熱均壓成型的方式結合成一單區塊。該等熱交換器集管座可為在所述區塊內經單個墊片所切割/形成的內部腔室、狹槽或通道；或者是附接到主熱交換器區塊外部的腔室。
或者，本說明書描述的區塊式熱交換器可使用各種積層製造技術全部或分批生產，包括大規模粉床熔融成型(Powder bed fusion)、定向能量沉積(Directed energy deposition)、黏合劑噴塗(Binder jetting)、超聲(Ultrasonic)、摩擦攪拌及/或混合積層製造。如本說明書的使用，用語「及/或」應表示由此用語所分開的多項之一或兩者(即是，包括A及/或B的可僅包括A、僅包括B或包括A和B兩者。
圖1示意說明根據本發明之一示例實施例之熱管核反應器2之一部分的局部示意性透視圖，所述熱管核反應器具有一反應器爐心4和複數個熱管6，每個熱管6從爐心4延伸到一區塊式熱交換器10。熱交換器10通常形成為單或多個材料的區塊(如圖1所示的圓柱形區塊)，並包括複數個界定其中的主通道12，該等主通道大致在沿著熱交換器10的縱軸A之一第一方向中延伸。多個主通道12之每一者大體上形成為一管狀構件，所述管狀構件構成透過熱交換器10傳遞主熱傳遞介質的流動。在如圖1所示的示例性實施例中，每個熱管6從爐心4延伸到一對應主通道12。每個熱管6構成將熱量從爐心6傳遞到熱交換器10的該對應主通道12。熱交換器10亦包括複數個界定在材料區塊中的較小輔助通道14，每個輔助通道14構成在一環形入口集管座16和一環形出口集管座18之間傳遞二次熱傳遞介質(例如，sCO2 )。在圖1所示的示例中，每個輔助通道14沿著一第一部件20從入口集管座16延伸到相鄰一對應主通道12，其中輔助通道14然後從第一部件20轉移到一第二部件22，所述第二部件沿著主通道12設置在該熱交換器10的一熱交換部分。多個輔助通道14之每一者的第二部件22係處於所述對應主通道12的熱交換鄰近處且與其隔開。從本說明書討論的示例中將明白，每個輔助通道14的第二部件22可包含一沿著主通道12延伸的單個通道，或者可為複數個(即是，兩或多個)圍繞主通道12定位的子通道。在熱交換器10的熱交換部分的下端，每個輔助通道14從第二部件22轉移到一第三部件24，所述第三部件從主通道12附近延伸到出口集管座18。在圖1所示的示例中，輔助通道14的第二部件22大體上沿著縱軸A垂直定位，而輔助通道14的第一部件20和第三部件24大體上垂直(即是，通常成90°)於軸A定位，然而，應明白，在不悖離本發明的範疇之情況下，輔助通道14的第一部件20和第三部件24可相對於第二部件22以任何非零角度定向。
請即重新參考圖1，環形入口集管座16和出口集管座18可完全圍繞熱交換器10延伸，如圖1所示出口集管座18的示意說明，或者可僅部分圍繞所述熱交換器10延伸，如圖1所示入口集管座16的示意說明。環形集管座16和18可如分離組件形成，並可經由任何適當方式(例如，但不限於機製或通過焊接)附接到該熱交換器10；或者，可經由任何適當方式而與熱交換器10整合形成。
圖2示意說明根據本發明之一第二實施例的另一熱交換器10，所述熱交換器包括一整合式入口集管座16和出口集管座18，而不是圖1所示的環形入口集管座16和出口集管座18。在所有其他態樣中，圖2所示的熱交換器10係相同於圖1所示的熱交換器10。
圖3顯示圖2所示熱交換器10的出口集管座18之一部分的局部分解圖，其顯示輔助通道14的第三部件24，其從相鄰主通道12延伸到出口集管座18，且輔助通道14的第二部件22穿過該等區塊段部26的多個層，該等層在本說明書中亦稱為墊片或平板。儘管圖3所示的上段部28和下段部30顯示為熱交換部件的厚部分，但是所述上段部28和下段部30之每一者可最好為利用多個結合一起的平板層26組成。該等輔助通道14之每一者可通過任何適當機製程序或通過化學或雷射蝕刻形成。從這觀點來看，應明白，在此示例中，每個輔助通道14的第二部件22是由複數個圍繞於對應主通道12所環形隔開的小導管或子通道組成。
圖4顯示類似於圖3的配置，但圖4所示的配置可介接諸如圖1所示的環形集管座16和18，而不是如圖2和3所示的整合式集管座16和18。
圖5和圖6顯示類似於圖3和圖4所示的配置，但輔助通道14的第三部件24僅界定及延伸在該等平板26的一層，而不是穿過如圖3的配置所示的多個分層。注意，在此示例中，所述收容輔助通道14的第三部件24之層26係更厚於平板26的其他層，以容納足夠體積的輔助熱傳遞介質。
雖然本說明書所述的熱交換器裝置特別適合於介接一熱管反應器與sCO2 二次循環，但是應明白，所述配置可應用於主流體將橫穿主通道12且第二流體將橫穿輔助通道14的其他應用。各種墊片(即是，平板或區塊段部)製造和結合選項可實現多種設計功能選項，包括熱交換器尺寸、長度、主通道尺寸、輔助通道尺寸、形狀和路徑，及集管座尺寸、形狀和位置。或者，或此外，該熱交換器可採取一類似分層方法，利用各種積層成型製造技術來製造，包括粉床熔融成型、黏合劑噴印、定向能量沉積或混合積層成型製造。所述分層方法可實現製程中的自動化，諸如雷射切割、電腦數值控制(Computer Numerical Control，CNC)機製、成型製程和平板疊置及操作自動化製程(Handling automation process)，從而實現核反應器的自動化製造。
雖然本說明書已詳細描述本發明的多個特定實施例，但是熟習該項技藝者將明白，可根據本發明的整合教示對這些細節進行各種修改和替代。因此，所揭露的多個特定實施例僅是說明性，並未限制本發明的範疇，本發明的範疇是文後申請專利範圍及其任何與全部等同形式的整個範圍。
2:熱管核反應器 4:爐心 6:熱管 10:區塊式熱交換器 12:主通道 14:輔助通道 16:入口集管座 18:出口集管座 20:第一部件 22:第二部件 24:第三部件 26:區塊段部 28:上段部 30:下段部 A:縱軸
從以下連同參考附圖的較佳實施例描述可更瞭解本發明，其中： ［圖1］為根據本發明之一示例性實施例的熱管反應器和區塊式熱交換器之一部分的局部示意性透視圖，其具有一附接至多個區塊的敞開環形集管座腔，且所述熱交換器的外圍部分顯示為部分透明，因此可目視到內部通道和管狀部開口； ［圖2］為類似於圖1所示，根據本發明之另一示例性實施例之另一區塊式熱交換器的視圖，其具有一整合式集管座和凸緣； ［圖3］為圖2所示熱交換器的一集管座區域的局部分解圖； ［圖4］為類似於圖3所示配置的一集管座區域的局部分解圖，而此配置構成介接如圖1所示的環形集管座而不是如圖2所示的整合式集管座； ［圖5］為類似於圖1和圖2所示，根據本發明之又另一示例性實施例之又另一區塊式熱交換器的視圖，其中二次流體透過一單區塊層進入及離開所述熱交換器；及 ［圖6］為圖5所示熱交換器之一集管座區域的局部分解圖。
2:熱管核反應器
4:爐心
6:熱管
10:區塊式熱交換器
12:主通道
14:輔助通道
16:入口集管座
18:出口集管座
20:第一部件
22:第二部件
24:第三部件
A:縱軸

Claims (15)

  1. 一種連同具有複數個從反應器爐心延伸的熱管之熱管反應器一起使用的整合區塊式熱交換器，該熱交換器包含： 複數個主通道，每個主通道構成經由該等複數個熱管之對應一者接受從該爐心傳遞的熱量，該等複數個主通道係界定在一或多個材料的區塊內，每個主通道沿著所述熱交換器的縱軸之一第一方向，從該熱交換器的一第一端延伸到所述熱交換器的一第二端；及 複數個輔助通道，其係界定在該區塊內，每個輔助通道構成透過該熱交換器將所述輔助熱傳遞介質的流動從該熱交換器的一入口傳遞到一出口，每個輔助通道包含： 一第一部件，其從該入口延伸到該等主通道的相鄰至少一者； 一第二部件，其沿著該等主通道之至少一者延伸、處於該等主通道之一者的熱交換鄰近處且與其隔開；及 一第三部件，其從該第二部件延伸到所述出口， 其中該第一部件和該第二部件之每一者係相對於所述第二部件以非零角度設置，而且 其中該區塊包含下列之一或兩者： 複數個結合一起的平板，每個平板界定該等複數個主通道及/或該等複數個輔助通道之一或多者的至少一部分；及/或 一單元材料係利用一積層製程形成。
  2. 如請求項1所述之一整合區塊式熱交換器，其中每個輔助通道的所述第二部件包含複數個分離子通道，每個子通道圍繞該等主通道之至少一者隔開，並在該輔助通道的所述第一通道和所述第三通道之間延伸。
  3. 如請求項1所述之一整合區塊式熱交換器，其中該區塊包含該等複數個結合一起的平板。
  4. 如請求項3所述之一整合區塊式熱交換器，其中該等複數個平板可在其結合一起之前或結合一起時配置成堆疊。
  5. 如請求項3所述之一整合區塊式熱交換器，其中該等複數個平板經由下列之一或多者結合一起：擴散結合、銅焊或熱均壓成型。
  6. 如請求項3所述之一整合區塊式熱交換器，其中該等複數個主通道及/或該等複數個輔助通道之一或多者的該部分經由下列之一或多者形成：機製、雷射切割、化學蝕刻、放電加工、電化學加工及/或衝壓。
  7. 如請求項1所述之一整合區塊式熱交換器，其中該區塊包含利用所述積層製程形成的單元材料。
  8. 如請求項1所述之一整合區塊式熱交換器，其中該入口及/或該出口之至少一者包含一環形集管座腔，所述環形集管座腔構成將所述輔助熱傳遞介質的流動傳遞到該等複數個輔助通道的每個輔助通道，或從其傳遞所述輔助熱傳遞介質的流動。
  9. 如請求項8所述之一整合區塊式熱交換器，其中該環形集管座腔僅沿著該熱交換器的環形之一部分延伸。
  10. 如請求項8所述之一整合區塊式熱交換器，其中該環形集管座腔沿著該熱交換器的整個環形延伸。
  11. 如請求項1所述之一整合區塊式熱交換器，其中該入口和該出口之至少一者包含一整合式集管座。
  12. 如請求項11所述之一整合區塊式熱交換器，其中該整合式集管座是一具凸緣之集管座。
  13. 如請求項3所述之一整合區塊式熱交換器，其中該等複數個輔助通道經由多個平板離開該區塊。
  14. 如請求項3所述之一整合區塊式熱交換器，其中該等複數個附助通道經由一單平板離開該區塊。
  15. 一種核反應器，其包含： 一爐心； 一區塊式熱交換器，其包含： 複數個主通道，每個主通道構成經由該等複數個熱管之對應一者接受從該爐心傳遞的熱量，該等複數個主通道係界定在一或多個材料的區塊內，每個主通道沿著所述熱交換器的縱軸之一第一方向，從該熱交換器的一第一端延伸到所述熱交換器的一第二端；及 複數個輔助通道，其係界定在該區塊內，每個輔助通道構成透過該熱交換器將所述輔助熱傳遞介質的流動從該熱交換器的一入口傳遞到一出口，每個輔助通道包含： 一第一部件，其從該入口延伸到該等主通道的相鄰至少一者； 一第二部件，其沿著該等主通道之至少一者延伸、處於 該等主通道之一者的熱交換鄰近處且與其隔開；及 一第三部件，其從該第二部件延伸到所述出口，其中該第一部件和該第二部件之每一者係相對於所述第二部件以非零角度設置，而且 其中該區塊包含下列之一或兩者： 複數個結合一起的平板，每個平板界定該等複數個主通道及/或該等複數個輔助通道之一或多者的至少一部分；及/或 一單元材料係利用一積層製程形成；及 複數個熱管，每個熱管從該爐心延伸到該熱交換器的一對應主通道， 其中每個熱管構成將熱量從該爐心傳遞到該熱交換器的所述對應主通道。
TW109146948A 2019-12-30 2020-12-30 用於熱管反應器的區塊式熱交換器 TWI764487B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/729,684 2019-12-30
US16/729,684 US11300359B2 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Block style heat exchanger for heat pipe reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202135096A true TW202135096A (zh) 2021-09-16
TWI764487B TWI764487B (zh) 2022-05-11

Family

ID=74206220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109146948A TWI764487B (zh) 2019-12-30 2020-12-30 用於熱管反應器的區塊式熱交換器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11300359B2 (zh)
EP (1) EP4085227A1 (zh)
JP (1) JP2023509930A (zh)
KR (1) KR20220123253A (zh)
CA (1) CA3163449A1 (zh)
TW (1) TWI764487B (zh)
WO (1) WO2021138310A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11300359B2 (en) 2019-12-30 2022-04-12 Westinghouse Electric Company Llc Block style heat exchanger for heat pipe reactor
AU2022339868A1 (en) * 2021-09-02 2024-03-07 Conocophillips Company Formed plate core-in-shell and multi-pass exchangers
KR20230089605A (ko) * 2021-12-13 2023-06-21 삼성전자주식회사 열 교환기 및 이를 포함하는 열 교환 시스템
US20230264289A1 (en) * 2022-02-23 2023-08-24 Goodrich Corporation Methods, systems, and apparatus for component manufacturing

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1965553A (en) * 1933-04-22 1934-07-03 Fedders Mfg Co Inc Beverage cooler
IL114613A (en) 1995-07-16 1999-09-22 Tat Ind Ltd Parallel flow condenser heat exchanger
WO2014176069A2 (en) 2013-04-25 2014-10-30 Los Alamos National Security, Llc Mobile heat pipe cooled fast reactor system
KR101503266B1 (ko) 2013-07-18 2015-03-18 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 중성자 흡수체 및 냉각재를 포함한 하이브리드 히트파이프에 의한 원자력 발전소 설비 냉각용 잔열제거 시스템
US20170089643A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Westinghouse Electric Company, Llc. Heat Exchanger
US11041677B2 (en) * 2016-01-04 2021-06-22 Raytheon Technologies Corporation Heat exchanger for cooling medium temperature reduction
US11112183B2 (en) * 2016-01-14 2021-09-07 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger channels
SI3225948T1 (sl) 2016-03-31 2019-11-29 Alfa Laval Corp Ab Toplotni izmenjevalnik
US11530878B2 (en) * 2016-04-07 2022-12-20 Hamilton Sundstrand Corporation Spiral tube heat exchanger
US10910116B2 (en) 2017-03-16 2021-02-02 Battelle Energy Alliance, Llc Nuclear reactors including heat exchangers and heat pipes extending from a core of the nuclear reactor into the heat exchanger and related methods
WO2019067819A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 Westinghouse Electric Company Llc PLATE-TYPE NUCLEAR MICRO REACTOR
EP3489603B1 (de) * 2017-11-28 2021-06-16 Promix Solutions AG Wärmetauscher
US11371780B2 (en) 2018-06-26 2022-06-28 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger with integral features
US11543187B2 (en) * 2019-09-06 2023-01-03 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger with build powder in barrier channels
US11300359B2 (en) 2019-12-30 2022-04-12 Westinghouse Electric Company Llc Block style heat exchanger for heat pipe reactor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023509930A (ja) 2023-03-10
CA3163449A1 (en) 2021-07-08
EP4085227A1 (en) 2022-11-09
US11300359B2 (en) 2022-04-12
US20210199383A1 (en) 2021-07-01
WO2021138310A1 (en) 2021-07-08
TWI764487B (zh) 2022-05-11
KR20220123253A (ko) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI764487B (zh) 用於熱管反應器的區塊式熱交換器
JP4033402B2 (ja) 熱交換器
JP6554036B2 (ja) マニホールドを含む熱交換器
KR20190056983A (ko) 곡선형 벽 열교환기
US20170089643A1 (en) Heat Exchanger
JP5671013B2 (ja) 熱交換器のプレート束を製造する方法及びプレート式熱交換器
JP2016517950A (ja) 少なくとも２つの流体流れ回路を有する熱交換器モジュールを製作する方法
JP2012533723A (ja) 熱交換器及びその製造方法
EP2707601B1 (en) Compact compression system with integral heat exchangers
JP2008286437A (ja) 熱交換器
EP2199723B1 (en) Heat exchanger
US20180292137A1 (en) Heat exchangers
JP2021500527A (ja) セルのスタックを有する熱交換器
US11209219B1 (en) Circumferential flow foam heat exchanger
CN114683013A (zh) 一种铝合金微通道热交换器的加工方法
RU2350450C2 (ru) Способ изготовления пластинчатого теплообменника
JP4105902B2 (ja) 液体金属冷却炉用熱交換器および液体金属冷却炉用熱交換器の製造方法
JP4097997B2 (ja) 原子炉用熱交換器および原子炉用熱交換器の製造方法
JP5540409B2 (ja) 連結式耐圧熱交換器とその製造方法
JP7416854B2 (ja) スタッドにより形成された少なくとも１つの流体供給分配ゾーンを組み込んだチャネルを備えるプレートを有するタイプの熱交換器モジュール
EP3812685B1 (en) Centre body in spiral heat exchanger
US20200103178A1 (en) Counter-flow heat exchanger
CN116182600A (zh) 一种潜航器的布雷顿循环一体式换热器及换热方法
CN117288012A (zh) 一种微通道结构的高效热管换热器
JP2011237055A (ja) 多管式熱交換器の製造方法、および、多管式熱交換器