[發明專利]設計極高溫反應器用的同軸雙管式熱氣管道的方法

有效

• 申請號: 200980121718.3
• 申請日: 2009-03-03
• 公開（公告）號: CN102119293A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 宋基男;金容完;張種和;李元載
• 申請（專利權）人: 韓國原子力研究院
• 主分類號: F16L53/00
• 分類號: F16L53/00
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 梁興龍;王維玉

技術領域

本發明總體上涉及一種設計極高溫反應器用的同軸雙管式熱氣管道的方法，更具體而言，涉及一種設計能夠最小化流體流動造成的流致振動的極高溫反應器用的同軸雙管式熱氣管道的方法。

背景技術

在世界各地的許多國家中，包括韓國，正在研究使用極高溫反應器(VHTR)的極高溫度熱量來制氫。在核氫系統中，如韓國制氫研究規劃，使用從VHTR獲得的極高溫(約950℃)氦氣和碘硫熱化學工藝來分解水而產生作為清潔能源的氫氣的想法正在被考慮。

氦氣因為是惰性氣體而在正常操作中使傳輸到核氫系統主回路的放射性最小，并且由于不會發生與氣態相變以及水-金屬反應相關的問題，因而也改善了系統的穩定性。此外，由于可以進行布雷頓循環(Brayton?cycle)，所以氦氣可以提高熱效率和經濟效率。在設計布雷頓循環時，可以基于在主回路和副回路之間提供連接的中間熱交換器(IHX)進行間接式熱交換。

下面參照圖1簡要說明核氫系統100。核氫系統100需要至少兩個熱氣管道(HGD)10和40以及一個IHX?30。具體而言，核氫系統100需要一個位于VHTR?20與IHX?30之間的主HGD?10和一個位于IHX?30與SO₃分解器(圖未示)之間的副HGD?40。這里，對于主HGD?10，諸如圖2所示的同軸雙管結構在熱膨脹和結構強度方面具有優勢，并被認為是很?好的候選者。在副HGD?40的情況下，由于在IHX?30和制氫裝置之間相當大的距離，熱膨脹成為重要設計因素，因此可以使用除了同軸雙管結構之外的單管結構。

這種核氫系統100被設計為在這樣的方式下操作，即在VHTR?20產生的極高溫(約950℃)氦氣22流到主HGD?10中央的襯管1，其是VHTR20和IHX?30之間的氣體移動通道，由IHX?30的熱交換冷卻的低溫(約490℃)氦氣32流到襯管1的外殼(即第一絕緣體2和內管3)與HGD壓力管5之間的環形部4，然后流回到VHTR?20(參見圖2)。

圖3是同軸雙管式主HGD?10的詳細截面圖。同軸雙管式主HGD?10被構造成使得襯管1、第一絕緣體2、內管3、HGD壓力管5和第二絕緣體6依該順序同軸配置。第二絕緣體6的外部由空氣7冷卻。如上所述，在VHTR?20產生的極高溫氦氣22流到襯管1的內部空間，由IHX?30的熱交換冷卻的低溫氦氣32沿與極高溫氦氣22相反的方向流到內管3與HGD壓力管5之間的環形部4。

在圖3中，示出了構成主HGD?10的各部件的直徑，配置如下：

D₁＝襯管1的內徑；

D₂＝襯管1的外徑＝第一絕緣體2的內徑；

D₃＝第一絕緣體2的外徑＝內管3的內徑；

D₄＝內管3的外徑＝環形部4的內徑；

D₅＝環形部4的外徑＝HGD壓力管5的內徑；

D₆＝HGD壓力管5的外徑＝第二絕緣體6的內徑；和

D₇＝第二絕緣體6的外徑＝主HGD?10的外徑。

此外，對應于D₁～D₇的各部分的溫度由T₁～T₇表示，T₀代表極高溫氦氣22在襯管1中央處的溫度。

具有上述同軸雙管結構的主HGD?10在極高溫中壓(7.0MPa)條件下使用很長一段時間，并經歷極高溫(950℃)氦氣和低溫(490℃)氦氣的流動、溫度和壓力循環等導致的熱膨脹。因此，主HGD?10必須被設計為能夠承受這些條件的結構。特別是，在圖3所示的主HGD?10的同軸雙?管結構中，重要的是設計極高溫氦氣22在其中流動的襯管1、包圍襯管1的內管3和低溫氦氣32在其中流動的環形部4。主HGD?10的主要部分的尺寸，即各管的內(或外)徑和厚度，設計如下。

首先，從將要設計的電廠數據預測VHTR?20的輸出和氦氣平均流速，將得到的結果應用于熱輸出用式1和連續方程用式2，再從算出的流動截面積A求得襯管1的內徑D₁。

[式1]