[发明专利]一种超临界双螺旋自然循环系统和方法

说明书

本发明提供了一种超临界双螺旋自然循环系统和方法，该循环系统包括顺次连接的预热段、工作段、可视化窗口、冷却段、稳压段和供水段，形成循环回路。该系统在工作段采用双螺旋结构，并在双螺旋结构之后安装可视化窗口，通过控制双螺旋通道的流量，避免了换热恶化的出现，可以观测不同流量状态下管道内流体的运动状态。

技术领域

本发明涉及能源发电和机械设备领域，特别涉及一种用于核电工业、利用自然循环实现核工业冷却的自然循环系统和方法。

背景技术

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展、能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。核电以其独有的优势也受到了世界各国的重视与欢迎，其中反应堆是核电站的关键设计。

超临界水冷反应堆是国际上选中的六种四代堆中唯一的水冷堆。国际上广泛认为其具有热效率高、系统紧凑、系统简化、经济性好、可模块化设计等优点，能实现小体积内的大功率输出，设备表现出了非常好的潜在经济性。

在核电站出现事故，特别是厂用电丧失时，造成堆芯内衰变余热无法正常导出，导致堆芯熔融、核物质泄漏。非能动余热排出系统无需外力推动，在事故情况下，依靠自然循环完成堆芯热量的导出，保证核电安全。第三代先进非能动压水堆技术AP1000安全性能比二代核电站高100倍，其特征之一是安全系统多处采用非能动自然循环原理。非能动的自然循环研究是实现新概念反应堆的重要途径。通用公司的SBWR反应堆以及瑞典的PIUS堆等均采用自然循环特性确保反应堆安全。

现阶段国内外对超临界水自然循环研究处于起步阶段。印 度的巴巴原子研究中心采用两个加热器，两个冷却段，工作段内径为13.8mm，采用44个经过校准的K-型热电偶，用来测量流体、加热表面以及二次侧流体的进出口温度。清华大学工程物理系建造的超临界自然循环试验回路正是为我国973计划项目“超临界水堆关键科学问题的基础研究”而建造的，其自然循环回路类似巴巴原子研究中心，为具有两个冷凝器的不锈钢环路。华北电力大学核热工安全与标准化研究所团队搭建的自然循环实验装置，由主回路、冷却系统、数据储存系统等组成，工作压力在25Mpa以下。

以上与自然循环相关的诸多装置中，加热段都采用单通道直管。由于核反应堆的堆芯通道是由许多子通道组成的，每个通道有自己不同的水力特性，通道与通道之间，通道与外回路之间总是存在不同程度的相互影响与耦合关系。例如，各通道入口流量与总流量之间有相互相影响，两相区与单相区压降有相互影响等。因此在燃料组件中应用单通道的换热设备，不能很好的完成换热工作。而加热段采用直管，占用的体积较大，同时换热系数较小，换热效率较低，容易发生传热恶化现象。而且现有的诸多装置中，对于加热板多采用不锈钢、镍铬合金等材料，热传导率较小，导致换热效率较低。

由于上述问题的存在，本发明人对现有的自然循环系统进行研究和分析，对现今的核电工业的换热设备进行观察和试验，研究出一种结构简单、换热效果好、安全系数高、操作简单，并且有利于实验数据观察的自然循环系统和方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过主管道顺次相连将预热段、工作段、冷却段、稳压段和供水段构成闭环回路。在工作段采用双螺旋结构，并在双螺旋结构之后安装可视化窗口，通过控制双螺旋通道的流量，可以观测不同流量状态下管道内流体的运动状态，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种超临界双螺旋自然循环系统，该循环系统包括顺次连接的预热段8、工作段6、可视化窗口5a、冷却段4、稳压段和供水段，形成循环回路。

其中，所述预热段8用于加热回路中流经其的工质，使其达到设定的温度；所述工质为去离子水；

所述工作段6继续加热流出预热段8的工质，使其达到工作温度并形成超临界状态；