[實用新型]一種用于超臨界水堆余熱排出的自然循環換熱器

有效

• 申請號: 201220419407.4
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN202770265U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 周濤;陳娟;侯周森;劉夢影;程萬旭
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00;G21C15/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本實用新型屬于核電站安全技術領域，特別涉及一種用于超臨界水反應堆余熱排出的自然循環的換熱器。

背景技術

超臨界水堆是六種第四代未來堆型中唯一的水冷反應堆。它采用一次直流循環設計，選取超臨界水作為堆芯冷卻劑，不發生相變。反應堆堆芯出口參數：25MPa，500℃，熱效率可達到45%。單機熱功率可達到1700MW以上。

對于采用一次直流循環設計的超臨界水堆而言，堆芯冷卻劑回路與汽輪機、給水加熱器等常規循環回路直接相連通，運行中將存在更多的潛在風險，必須堅持和確保安全第一的原則。確保超臨界水反應堆安全的主要問題之一就是要在任何情況下保證核燃料釋熱的疏導。在正常運行工況下，超臨界水堆核裂變和裂變產物衰變產生的熱量由主冷卻劑通過一次直流循環直接帶走；而當反應堆停堆時，雖然以裂變為機制的核功率很快消失，但是由于裂變而產生的裂變碎片以及它們的衰變物在放射性衰變過程中釋放的熱量還存在，同樣需要及時導出。除了失水事故以外，所有基準事故引起的緊急停堆工況下，均可以利用余熱排出系統導出堆芯余熱。

非能動技術正在逐漸引入商業運行的核反應堆余熱排出系統。以三代AP1000核電技術為例，利用非能動自然循環實現余熱排出，不需要操作員的行動來緩解事故，減少了事故發生后由于人為操作錯誤而導致事件升級的可能性。非能動自然循環利用自然力驅動，提高了系統運行的可靠性，而不需要采用循環泵、柴油機等能動設備，減少了因電源故障或者機械故障而引起的系統運行失敗。現階段，國際上尚未建成超臨界水堆示范電站。國內外針對超臨界水堆的研究也尚處于概念設計階段，多集中于堆芯內部結構設計、中子物理特性分析和熱工特性分析等領域。而針對超臨界水堆余熱排出換熱系統包括余熱排出換熱器設計，還沒有進行相關研究。超臨界水堆類似于日本福島核電站采用一次直流循環，一旦發生事故且放射性泄漏進入冷卻劑循環回路，將被帶入汽輪機、給水加熱器等設備。此時，若利用原一次循環回路將堆芯熱量導出，將會使放射性物質擴散至核反應堆安全殼外部，危及周圍環境的安全。此外，超臨界水堆冷卻劑流量大，進出口溫升大。可見，有效地隔離放射性物質、及時地導出堆芯余熱等關鍵安全問題，均為超臨界水堆余熱排出系統設計提出較大難題。

發明內容

本實用新型的目的是為避免事故工況下超臨界水堆堆芯內部放射性物質泄漏、確保發生事故后堆芯余熱第一時間導出，從而提供了一種用于超臨界水反應堆余熱排出的自然循環的換熱器。

本實用新型采用的技術方案為：

該換熱器的主體結構由上至下由頂部端蓋、殼體和下封頭組成；

在殼體的上部設置平行布置的上隔板和下隔板；上隔板與頂部端蓋之間構成頂部腔室；上隔板、下隔板和殼體之間構成上部腔室；在下隔板的下方設置多個均勻布置的與上部腔室連通的筒體，筒體的外壁與殼體、下隔板之間構成冷流體水下降通道，筒體的下壁與下封頭之間構成下部腔室；在每個筒體內設置一個貫穿筒體與上部腔室、連通頂部腔室和下部腔室的內筒體，筒體與內筒體之間構成熱流體超臨界水環形通道；

在頂部端蓋上，設置與頂部腔室連通的冷流體水出口；在殼體上設置與上部腔室連通的熱流體超臨界水入口，在殼體的下隔板下方設置與冷流體水下降通道連通的冷流體水入口；在每個筒體上，設置一個連通外界與筒體內部的熱流體超臨界水出口。

所述筒體為圓柱體或方柱體，數量為4-12個；內筒體的形狀與筒體相同。

所述熱流體超臨界水入口通入超臨界水，在熱流體超臨界水環形通道內流動，由熱流體超臨界水出口流出，構成一次側循環；冷流體水入口通入冷流水，在冷流體水下降通道、下部腔室、由內筒體構成的冷流體水上升通道以及頂部腔室內流動，由冷流體水出口流出，構成二次側循環。

所述一次側循環和二次側循環均為自然循環，并于循環回路中引入氦氣以增強自然循環驅動。

所述筒體和內筒體之間的間隙為10-20mm。

所述頂部端蓋與殼體之間、殼體與下封頭之間均采用法蘭連接。

本實用新型的有益效果為：

該換熱器在雙側利用流體自身的密度差實現自然循環傳熱的裝置。一次側循環和二次側循環均采用直管流動，減小了阻力并增強了自然循環能力。且為了增強一次側循環與二次側循環之間的換熱效果，采用先順流后逆流的綜合換熱方式。

換熱器布置于安全殼內部，超臨界壓力一側發生泄漏時將放射性物質限制在安全殼內，安全可靠。

附圖說明

圖1是本實用新型所述換熱器的側視剖面圖。

圖2是換熱器橫截面及內外筒體均為圓形時的A-A截面俯視圖。