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      非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置的制作方法

      文檔序號:69054閱讀:1212來源:國知局
      專利名稱:非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實用新型屬于核能換熱設(shè)備領(lǐng)域,特別涉及利用鉛鉍流體傳熱的一種非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置。具體說,在ADS次臨界反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量,由該裝置帶出熱量,以保證ADS反應(yīng)堆安全運行,實現(xiàn)新能源的正常發(fā)電。
      背景技術(shù)
      ADS (accelerate driven system,加速器驅(qū)動系統(tǒng))是最有前景的嬗變技術(shù)之一。 它由中能強流質(zhì)子加速器、外源中子產(chǎn)生靶和次臨界反應(yīng)堆構(gòu)成,是一種高效的核廢物嬗變爐。ADS的基本原理如下由加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束轟擊在次臨界堆中的重金屬靶件,引起散裂反應(yīng),再通過核內(nèi)級聯(lián)和核外級聯(lián)產(chǎn)生中子,散裂中子靶為次臨界堆提供外源中子。
      在ADS中利用液態(tài)鉛鉍合金(PbBi)作為散裂靶兼冷卻劑,除了具有很好的中子學(xué)性能之外,還具有優(yōu)良的抗輻照性能、傳熱性能和安全特性,可以提高靶系統(tǒng)的壽命和次臨界反應(yīng)堆的安全性。由于ADS堆芯冷卻劑采用的是鉛鉍合金這種特殊的材料,因此,有必要設(shè)計一種鉛鉍換熱裝置將熱量有效導(dǎo)出。
      現(xiàn)階段國內(nèi)ADS正處于起步階段,研究大都集中于ADS反應(yīng)堆堆芯中的中子物理研究,鉛鉍換熱及其裝置剛剛起步。目前,由于還沒用建成ADS反應(yīng)堆,國外也僅僅在實驗回路上開展研究工作。1998年,法國、意大利、西班牙決定成立一個歐洲實驗加速器驅(qū)動系統(tǒng)(XADS)的研發(fā)平臺。為了滿足技術(shù)研發(fā)的需要,參與者已經(jīng)擴大到歐盟多數(shù)國家。意大利投入了很大力量,設(shè)計一臺80麗的XADS。瑞典皇家理工學(xué)院(KTH)也承擔(dān)了歐盟XADS 計劃的一部分,建造了試驗設(shè)備,來測試鉛鉍冷卻反應(yīng)堆的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱工水力特性。所有實驗中采取的換熱主要是最簡單套管式換熱,意大利對U型管式換熱進行了簡單研究。但所有研究都基于強迫循環(huán)換熱,需要動力支持,且鉛鉍泵的制造也是一種復(fù)雜的工藝。兩側(cè)換熱流由密度差自然循環(huán)驅(qū)動的鉛鉍換熱裝置省略了鉛鉍泵這一環(huán)節(jié),不需要動力源,更好更安全地實現(xiàn)熱量的有效傳遞。

      發(fā)明內(nèi)容
      本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中換熱主要是最簡單套管式換熱,但所有研究都基于強迫循環(huán)換熱,需要動力支持的不足而提供一種非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置,其特征在于,所述換熱裝置是一種在雙側(cè)實現(xiàn)自然循環(huán)傳熱的裝置,包括圓環(huán)形和方環(huán)形兩種自然循環(huán)傳熱回路結(jié)構(gòu);鉛鉍換熱裝置的基本回路結(jié)構(gòu)如下由鉛鉍合金加熱器I、鉛鉍合金上充下泄泵7、鉛鉍合金貯存池6和鉛鉍合金換熱裝置3的一次側(cè)鉛鉍合金流體通道 10構(gòu)成一回路,氬氣貯存池8接在一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10和鉛鉍合金加熱器I的公共通道上,鉛鉍合金貯存池6與一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10和鉛鉍合金上充下泄泵7連接; 由鉛鉍合金換熱裝置3的二次側(cè)流體通道9、二回路冷卻器2和二回路流體上充下泄泵5構(gòu)成二回路,二回路冷卻劑貯存池4與二次側(cè)流體通道9和二回路流體上充下泄泵5連接。
      所述鉛鉍合金換熱裝置為圓環(huán)形自然循環(huán)傳熱回路的結(jié)構(gòu)是換熱裝置外環(huán)管12內(nèi)支撐相互連接的4個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)環(huán)管11 ;內(nèi)環(huán)管11內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道 10,內(nèi)環(huán)管11外圈與外環(huán)管12內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道9 ;鉛鉍合金換熱裝置兩端分別為下聯(lián)箱13和上聯(lián)箱14。
      所述鉛鉍合金換熱裝置為方環(huán)形自然循環(huán)傳熱回路的結(jié)構(gòu)是在方環(huán)形的外環(huán)管 12內(nèi)支撐一個方環(huán)形的內(nèi)環(huán)管11,內(nèi)環(huán)管11內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10,內(nèi)環(huán)管外圈與外環(huán)管12內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道9 ;鉛鉍合金換熱裝置兩端分別為下聯(lián)箱13和上聯(lián)箱14。
      本實用新型的突出優(yōu)點是該裝置簡單易行,省去復(fù)雜的鉛鉍泵,無需動力源,具有節(jié)能安全和可靠性高的特點。符合當(dāng)前節(jié)能減排政策,容易進行市場推廣。ADS是為了新能源可選擇先進技術(shù)之一,非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置也必然有重要應(yīng)用前景。


      圖I是自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置布置回路示意圖。
      圖2是一種圓環(huán)形非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置俯視圖。
      圖3是一種方環(huán)形非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置示俯視圖。
      圖4是圓環(huán)形和方環(huán)形鉛鉍合金換熱裝置的剖面?zhèn)纫晥D,其中a為圖2的A-A剖面圖;b為圖2的B-B剖面圖;c為圖3的C-C剖面圖。
      具體實施方式
      本實用新型提供一種非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置。下面結(jié)合附圖予以說明。
      圖I是自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置布置回路示意圖。圖中,由鉛鉍合金加熱器I、鉛鉍合金上充下泄泵7、鉛鉍合金貯存池6和鉛鉍合金換熱裝置3的一次側(cè)鉛鉍合金流體通道 10構(gòu)成一回路,氬氣貯存池8接在一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10和鉛鉍合金加熱器I的公共通道上,鉛鉍合金貯存池6與一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10和鉛鉍合金上充下泄泵7連接; 由鉛鉍合金換熱裝置3的二次側(cè)流體通道9、二回路冷卻器2和二回路流體上充下泄泵5構(gòu)成二回路,二回路冷卻劑貯存池4與二次側(cè)流體通道9和二回路流體上充下泄泵5連接。
      本裝置工作原理是來自ADS堆芯產(chǎn)生熱量,經(jīng)過下聯(lián)箱13,由載熱液體鉛鉍合金流入非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置3的一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10,將熱量傳給換熱管道內(nèi)環(huán)管11,由于在ADS堆芯受熱,其在內(nèi)環(huán)管一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10入口溫度為 400°C,出口溫度為300°C,內(nèi)環(huán)管11與二次側(cè)流體通道9內(nèi)的二回路冷卻劑(如低壓沸騰水的入口溫度為20°C,出口溫度為100°C )進行熱量交換,受到冷卻的液體鉛鉍合金流出至上聯(lián)箱14,具有較低溫度的液體鉛鉍合金流入鉛鉍合金加熱器1,繼續(xù)吸收堆芯熱量,由此實現(xiàn)熱量的導(dǎo)出,完成一個循環(huán)。其中,一次側(cè)鉛鉍合金要實現(xiàn)自然循環(huán),需要加入氬氣進行拉抬,以提升其自然循環(huán)能力。鉛鉍共晶合金LBE的熔點雖然比鈉稍高,但其化學(xué)活性比較弱,具有傳熱性能和安全特性。二次側(cè)的冷卻劑應(yīng)能將一回路鉛鉍合金冷卻到所需的水平。在340°C高溫下連續(xù)工作,熱分解率低,與LBE不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),自燃點遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過運行溫度。因此冷卻劑選擇為沸騰水、甘油和氫化三聯(lián)苯;采取逆流式換熱,即鉛鉍合金流動和二次側(cè)工質(zhì)采取反向流動,如圖4(a、b、c)所示。
      啟動時或維修時,鉛鉍合金上充下泄泵7將鉛鉍合金貯存池6中的鉛鉍合金泵入或泵出回路,鉛鉍合金流經(jīng)鉛鉍合金加熱器1,到達(dá)鉛鉍合金換熱裝置3,充滿整個回路后鉛鉍合金上充下泄泵7停運。二回路流體上充下泄泵5將二回路冷卻劑貯存池4中的二回路冷卻劑泵入鉛鉍合金換熱裝置3,然后進入一個自身回路的換熱器2直至充滿整個回路后,二回路流體上充下泄泵5停運。
      圖2是一種圓環(huán)形非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置俯視圖。圖中,換熱裝置外環(huán)管 12內(nèi)支撐相互連接的4個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)環(huán)管11 ;內(nèi)環(huán)管11內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10,內(nèi)環(huán)管11外圈與外環(huán)管12內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道9 ;鉛鉍合金換熱裝置兩端分別為下聯(lián)箱13和上聯(lián)箱14。
      圖3是一種方環(huán)形非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置俯視圖。在方環(huán)形的外環(huán)管12 內(nèi)支撐一個方環(huán)形的內(nèi)環(huán)管11,內(nèi)環(huán)管11內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10,內(nèi)環(huán)管外圈與外環(huán)管12內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道9 ;鉛鉍合金換熱裝置兩端分別為下聯(lián)箱13和上聯(lián)箱14。上述圓環(huán)形和方環(huán)形兩種自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置所采取的自然循環(huán)流動方式相同,結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定區(qū)別。圖3所代表的方環(huán)形結(jié)構(gòu),由于矩形造成回流的作用,促使換熱增加,更均勻更好地帶走堆芯所產(chǎn)生的熱量。無論是圖2的圓環(huán)形,還是圖3的方環(huán)形結(jié)構(gòu), 基本流動換熱方式為進入流入非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置3的一次側(cè)鉛鉍合金流體通道10,液體鉛鉍合金把熱量傳給內(nèi)環(huán)管11 ;進而傳給進入二次側(cè)管道9的流動工質(zhì)(如低壓沸騰水),流動工質(zhì)由于被加熱產(chǎn)生密度差,靠自然循環(huán)流出二次側(cè)管道9。在流動工質(zhì)外的外環(huán)管12還要向環(huán)境散發(fā)熱量。由此,實現(xiàn)熱量的輸運過程。
      鉛鉍合金換熱裝置內(nèi)單元環(huán)管的內(nèi)環(huán)管小圓直徑為5mm-20mm,外環(huán)管直徑為 30mm-100mm,長度約lm_3m。所述鉛秘合金換熱裝置由招合金、奧氏體鋼或陶瓷等材料組成。
      權(quán)利要求
      1.一種非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置,其特征在于,所述換熱裝置是一種在雙側(cè)實現(xiàn)自然循環(huán)傳熱的裝置,包括圓環(huán)形和方環(huán)形兩種自然循環(huán)傳熱回路結(jié)構(gòu);鉛鉍換熱裝置的基本回路結(jié)構(gòu)如下由鉛鉍合金加熱器(I)、鉛鉍合金上充下泄泵(7)、鉛鉍合金貯存池(6) 和鉛鉍合金換熱裝置(3)的一次側(cè)鉛鉍合金流體通道(10)構(gòu)成一回路,氬氣貯存池(8)接在一次側(cè)鉛鉍合金流體通道(10)和鉛鉍合金加熱器(I)的公共通道上,鉛鉍合金貯存池(6)與一次側(cè)鉛鉍合金流體通道(10)和鉛鉍合金上充下泄泵(7)連接;由鉛鉍合金換熱裝置(3)的二次側(cè)流體通道(9)、二回路冷卻器(2)和二回路流體上充下泄泵(5)構(gòu)成二回路,二回路冷卻劑貯存池⑷與二次側(cè)流體通道(9)和二回路流體上充下泄泵(5)連接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求
      I所述非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置,其特征在于,所述鉛鉍合金換熱裝置為圓環(huán)形自然循環(huán)傳熱回路的結(jié)構(gòu)是換熱裝置外環(huán)管(12)內(nèi)支撐相互連接的4個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)環(huán)管(11);內(nèi)環(huán)管(11)內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道(10),內(nèi)環(huán)管(11) 外圈與外環(huán)管(12)內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道(9 ;鉛鉍合金換熱裝置兩端分別為下聯(lián)箱(13)和上聯(lián)箱(14)。
      3.根據(jù)權(quán)利要求
      I所述非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置,其特征在于,所述鉛鉍合金換熱裝置為方環(huán)形自然循環(huán)傳熱回路的結(jié)構(gòu)是在方環(huán)形的外環(huán)管(12)內(nèi)支撐一個方環(huán)形的內(nèi)環(huán)管(11),內(nèi)環(huán)管(11)內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道(10),內(nèi)環(huán)管外圈與外環(huán)管(12) 內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道(9 ;鉛鉍合金換熱裝置兩端分別為下聯(lián)箱(13)和上聯(lián)箱(14)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求
      I所述非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置,其特征在于,所述鉛鉍合金換熱裝置由鋁合金、奧氏體鋼或陶瓷等材料組成。
      5.根據(jù)權(quán)利要求
      I所述非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置,其特征在于,鉛鉍合金換熱裝置內(nèi)環(huán)管的內(nèi)直徑為5mm-20mm,夕卜環(huán)管內(nèi)直徑為30mm-100mm,壁厚均為3_6mm、長度為 lm_3m0
      專利摘要
      本實用新型公開了屬于核能換熱設(shè)備領(lǐng)域的涉及利用鉛鉍流體傳熱的一種非能動自然循環(huán)鉛鉍換熱裝置。具體說包括圓環(huán)形和方環(huán)形兩種自然循環(huán)傳熱回路結(jié)構(gòu),是一種在雙側(cè)實現(xiàn)自然循環(huán)傳熱的裝置;內(nèi)環(huán)管內(nèi)圈為一次側(cè)鉛鉍合金流體通道,內(nèi)環(huán)管外圈與外環(huán)管內(nèi)壁之間為二次側(cè)流體通道;由鉛鉍合金加熱器、鉛鉍合金上充下泄泵、鉛鉍合金貯存池和一次側(cè)鉛鉍合金流體通道構(gòu)成一回路,由二次側(cè)流體通道、二回路冷卻器和二回路流體上充下泄泵構(gòu)成二回路;在ADS加速器驅(qū)動系統(tǒng)次臨界反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量,內(nèi)環(huán)管內(nèi)鉛鉍合金流與外環(huán)管內(nèi)冷卻劑熱交換,兩側(cè)換熱流體由于密度差的驅(qū)動形成自然循環(huán),具有高效節(jié)能和安全可靠的非能動特點,簡單易行,容易推廣。
      文檔編號G21C1/03GKCN202352354SQ201120502918
      公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月6日
      發(fā)明者劉夢影, 吳宜燦, 周濤, 李精精, 柏云清, 蘇子威, 鄒文重 申請人:華北電力大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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