[发明专利]热交换器、热交换器操作方法、热交换器的用途及核设施

说明书

一种用于两种流体之间交换热量的热交换器、利用液态金属和气体的该交换器的用途、以及至利用液态金属冷却的快中子核反应堆的应用。本发明涉及用于第一流体(N₂)和第二流体(Na)之间的热量交换的热交换器(1)。根据本发明，热交换器的结构能够往复在与纵向端部(2b)相对的给定的纵向端部(2a)处供应和回收回收该初级流体，纵向端部(2b)供应和回收次级流体。通过该可能性，这允许交换器中两种流体的路径之间的物理分离，特别是具有用于流体中的一者的限制的通路和流体中的另一者的未限制的通路，所述流体的一者为例如钠(Na)，而流体中的另一者为例如氮气(N₂)。

技术领域

本发明涉及两种流体之间的热交换器。

本发明更具体地涉及新型的紧凑且具有高的热功率的热交换器的制造。

本发明因此涉及包括压力之下的排管式堆容器(calandria)中的一个或多个板式交换器模块的热交换器。

根据本发明的两种流体之间的交换器的主要用途是其利用液态金属和气体的用途。它可以有利地涉及液态钠和氮气。

根据本发明的交换器所针对的主要应用是来自利用液态金属(例如液态钠)冷却的快中子反应堆(称为钠快反应堆(Sodium Fast Reactor，SFR))的第二循环的液态金属(例如液态钠)与作为来自第三循环的气体的氮气之间的热量交换，并且该反应堆形成了所谓的第四代反应堆系中的一部分。

尽管关于该主要应用进行了描述，但是根据本发明的热交换器还可以实施在需要两种流体(例如液体和气体)之间交换的任何其它的应用中，优选当需要有紧凑且高的热功率的交换器时。

在本发明的上下文中，“初级流体”应当被理解成表达热术语中的通常意义，也就是热流体，该热流体将其热量传递至作为冷流体的次级流体。

另一方面，在本发明的上下文中，“次级流体”应当被理解成表达热术语中的通常意义，也就是冷流体，热量从初级流体传递到冷流体。

在主要的应用中，初级流体是在SFR反应堆的热转换循环的所谓的次级回路中循环的钠，而次级流体是在所述循环的第三回路中循环的氮气。

背景技术

现有所谓的板式热交换器提供了显著优于现有所谓的管式热交换器，尤其是其热性能水平及其通过表面面积与热交换体积的有利的高比例的紧凑性。紧凑的板式交换器用在多种工业领域中。

已知的管式交换器例如是管和排管式交换器，其中笔直的或以U形弯曲的或以线圈形式的管束被固定到穿通的板上并布置在称为排管式堆容器的密封的封闭件的内部。在这些管和排管式交换器中，一种流体在管内部循环，而另一种流体在排管式堆容器内部循环。这些管和排管式交换器呈现出庞大的体积，从而是不紧凑的。

文献已经包含了制造热交换器的描述，所述热交换器包括在压力下布置在排管式堆容器中的紧凑的板式交换器模块。

此处可以引证专利FR 2733823，其公开了在由密封的封闭件组成的压力之下的排管式堆容器中，带有波纹的板束的安装，所述波纹使得所述板在高于其固有的机械强度可能允许的压力下操作。这种交换器的实现高度地取决于用来制造波纹板束的技术，并且其局限于单个的板束，具有限制交换器的整体热功率的伴随缺点。

紧凑的板式交换器当前在核领域中没有实施并且没有核工程规范包括它们。