[发明专利]一种非能动余热排出系统缓冲水箱

说明书

本发明公开了一种非能动余热排出系统缓冲水箱，其特征在于，包括冷凝换热器、海水换热器、折流隔板和箱体，所述冷凝换热器和海水换热器浸没于所述箱体中；所述折流隔板位于所述箱体中部、将冷凝换热器和海水换热器隔离，海水换热器侧形成下降通道，冷凝换热器侧形成上升通道，上升通道和下降通道在折流隔板顶部和底部相通形成循环通道。本发明设计的余热排出水箱具有高效的自然循环能力，合理设置折流隔板，将水箱内的热源和冷源隔离从而形成自然循环通道，有效的提高了水箱的自然循环流速从而显著增强了对流换热能力，相同工况下，换热能力增强。采用本发明的非能动余热排出缓冲水箱能够减少所需的换热面积和水箱容积从而降低设备的尺寸和重量。

技术领域

本发明涉及一种非能动余热排出系统缓冲水箱，属于核反应堆工程专设安全系统研究设计领域。

背景技术

余热排出系统又叫停堆冷却系统，一座以一定功率水平运行了一段时间的反应堆，在它停闭后，由裂变碎片和中子俘获产物的衰变所产生的衰变功率将缓慢下降，并长时间地持续下去。因而，核动力装置必须设置一个用来排出堆芯余热的系统。该系统必须能以一定的速率从一回路或二回路系统排出堆芯的剩余发热量以及一回路及余热排出系统流体和设备的嫌热和主泵运行施加给一回路的热量。且在全船断电时，余热排出系统只能通过自然循环带走上述热量，也就是所谓的非能动余热排出系统。在国际上，公认非能动余热排出系统是作为二代堆和三代堆得主要区别之一，极大提高了反应堆的安全性。

现有三代反应堆非能动余热排出系统所使用的缓冲水箱传热过程主要靠导热，换热效率低，从而达到相同的换热效果需要更大的传热面积，这增加了设备尺寸和重量，不利于在尺寸重量有限制的领域使用。本发明所述的高效自然循环的非能动余热排出系统缓冲水箱利用自然循环原理，在外界不输入能量的情况下改善缓冲水箱内流场，以对流代替导热，可大幅提高换热效率，并减小设备的尺寸重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够高效自然循环的船用核动力装置非能动余热排出系统缓冲水箱设计方案，能够在全船失电停堆的情况下安全高效的导出反应堆的剩余衰变热。

为了达到上述目的，本发明提供了一种非能动余热排出系统缓冲水箱，为提高余热排出效率，避免传热管破裂导致泄露的风险，同时兼顾系统设备尺寸重量，本发明采用从二次测主蒸汽管道导出热量的缓冲水箱冷却方案，包括冷凝换热器、海水换热器、折流隔板和箱体，所述冷凝换热器和海水换热器浸没于所述箱体中；所述折流隔板位于所述箱体中部、将冷凝换热器和海水换热器隔离，海水换热器侧形成下降通道，冷凝换热器侧形成上升通道，上升通道和下降通道在折流隔板顶部和底部相通形成循环通道。

所述冷凝换热器结构为C型传热管束，由于冷凝换热器管侧为来自蒸汽发生器二次侧的蒸汽，C形传热管水平段更利于蒸汽的冷凝换热。

所述C型传热管束水平段需沿船长方向布置，由于船舶在海洋条件下横摇或横倾角度远大于纵倾或纵摇，因而传热管水平段沿船长方向布置能够控制摇摆条件对自然循环的影响。

所述海水换热器为三角形排布的直管换热器，由于海水侧为单相自然循环驱动压头有限，且海水腐蚀性较强，海水换热器传热管采用镍黄铜直管，为增加换热面积将海水换热器倾斜45°布置。

所述缓冲水箱内采用淡水作为传热介质，由于非能动余热排出系统缓冲水箱采用闭式循环，为避免海水腐蚀传热管造成泄漏，水箱内采用淡水进行循环传热。

所述上升通道中的水被冷凝换热器加热后密度降低开始上升，绕过折流板顶部后被海水换热器冷却，冷却后的流体密度升高开始下降，再由折流隔板底部返回上升通道，形成自然循环。

所述缓冲水箱设于水线以下船的两舷，可利用舷侧外板与舷外海水的导热排出部分热量。

本发明所提出的缓冲水箱应用于非能动余热排出系统，余热排出过程包括一回路冷却剂自然循环、余热排出系统的蒸汽侧自然循环、余热排出缓冲水箱内冷却水自然循环和余热排出系统海水侧自然循环。