一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，该系统包括蒸发器，所述蒸发器浸入乏燃料水池的水中；冷凝器，所述冷凝器设置在乏燃料水池外，所述冷凝器包括若干冷凝单元，若干冷凝单元并联布置；所述蒸发器与所述冷凝器之间通过蒸汽总管和冷凝液总管连通，形成封闭的循环热管换热回路；所述蒸汽总管和所述冷凝液总管均与所述蒸发器的上部连通。本发明专利技术的乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统采用降膜蒸发的方法，可避免蒸发器干烧，冷凝器采用辐射状布置，增大换热效率。增大换热效率。增大换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统


[0001]本专利技术属于核电厂乏燃料水池冷却
，具体地说，涉及一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统。

技术介绍

[0002]目前，在先进压水堆核电厂中，乏燃料自核反应堆芯卸出后仍然具有较大的剩余衰变功率，被暂时贮存在乏燃料贮存水池中冷却，利用外部冷却系统将乏燃料的剩余衰变热导出，并通过水对放射性进行隔离。
[0003]核电站乏燃料池冷却系统均为能动冷却系统，通过电动泵抽出乏燃料池内的高温水流，经过热交换器的冷却后输送回乏池内实现换热。水泵由厂外电源提供动力，在丧失厂外电源的情况下，则依靠应急柴油发电机提供电力。
[0004]然而，在一些换热条件极端恶劣、特殊事故、不可抗力等场合，如炎热天气、地震灾害、核电站应急电源切断等情况下，而核电乏燃料水池仍然需要持续冷却，否则，乏燃料池内水温将持续上升，以致沸腾蒸发，乏燃料棒有可能裸露，暴露在空气中的乏燃料组件温度会逐步升高，威胁乏燃料安全。尤其是在日本福岛核泄漏事件后，乏燃料的安全贮存受到更加广泛的关注。因此，就需要一种非能动乏燃料水池余热导出换热方式，亦即在环境温度不高于31℃，相对湿度不高于81％的条件下，如何将乏燃料衰变功率为3.2MW-12.5MW，亦即水池衰变热体积功率1-10kW/m3功率的热量通过非能动换热方式将热量导出至环境中，并确保乏燃料水池水温控制在45-81℃范围之内。
[0005]因此，如何设计出一种能够具有增强热管换热器与乏燃料组件间的换热性能，保证热管换热工艺可行性，采用热管非能动冷却性能，提高乏燃料池的安全性等有益效果的换热系统成为亟待解决的问题。
[0006]申请号为CN201520881510.4的中国专利公开了一种核电厂乏燃料水池非能动热管冷却系统，其包括蒸发器、气体上升管、冷凝器、液体下降管和冷却介质；所述蒸发器浸入乏燃料水池的水中，冷凝器设于乏燃料水池所在厂房外部，蒸发器、气体上升管、冷凝器、液体下降管依次连接而形成闭式冷却回路；冷却介质收容在闭式冷却回路中并存在气液两种状态，其由液态和气态的密度差驱动而在闭式冷却回路中进行非能动循环，通过蒸发和冷凝对乏燃料水池进行持续冷却。但是，在该专利中，蒸发器上部联箱的顶部与气体上升管相连，下部联箱的侧下部与液体下降管相连，由于液柱静压对蒸发温度的影响，使得自由液面以上蒸发管的壁面发生干烧的不利局面。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种避免干烧、降膜蒸发、增大换热效率的乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0010]一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，包括：
[0011]蒸发器，所述蒸发器浸入乏燃料水池的水中；
[0012]冷凝器，所述冷凝器设置在乏燃料水池外；
[0013]所述蒸发器与所述冷凝器之间通过蒸汽总管和冷凝液总管连通，形成封闭的循环热管换热回路；
[0014]所述蒸汽总管和所述冷凝液总管均与所述蒸发器的上部连通。
[0015]上述方案中，蒸发器和冷凝器组成的封闭的循环热管换热回路，具有增强热管换热器与乏燃料组件间的换热性能，保证热管换热工艺可行性，采用热管非能动冷却性能，提高乏燃料池的安全性的优点。
[0016]进一步的，
[0017]所述蒸发器包括多个依次连通的蒸发片，所述蒸发片具有蒸发腔，每个所述蒸发片上端的侧壁上设有蒸汽连通口，蒸发腔通过蒸汽连通口形成蒸汽收集通道，所述蒸汽收集通道内设有与所述冷凝液总管连通的喷淋管，所述喷淋管的管壁上设有布液孔；
[0018]优选的，所述喷淋管自所述蒸汽收集通道的一端水平贯穿至所述蒸汽收集通道的另一端。
[0019]进一步的，
[0020]每个所述蒸发片的侧壁至少在蒸汽收集通道处向外凸出形成凸包，所述布液孔设于所述喷淋管位于所述凸包处，所述凸包与所述侧壁形成使冷凝液沿所述蒸发片侧壁降膜蒸发的围堰结构。
[0021]进一步的，
[0022]所述蒸汽收集通道与所述蒸汽总管连通。
[0023]上述方案中，蒸发器采用上部进液、顶管喷淋、降膜蒸发的相变换热方式，在蒸发器内部上端设置一根水平喷淋管，管壁下端开若干布液孔，并采用围堰溢流方式将冷凝液均匀分布于换热器内壁面，形成极薄液膜，液膜受热蒸发，其蒸汽在蒸发器上部收集从而进入蒸汽总管，保证汽液迅速分离；该设计既保证了降膜蒸发高效换热，也可以有效克服由于蒸发器底部液体有较大的静压差导致饱和温度提升，防止蒸发器底部不沸腾，而蒸发器顶部干烧的不利局面发生。
[0024]进一步的，
[0025]在所述冷凝液总管与所述蒸发器的连通处设有防止蒸汽反串的下弯弯头。
[0026]上述方案中，在所述冷凝液总管与所述蒸发器的连通处设置下弯弯头，防止蒸发器内的蒸汽反串进入冷凝液总管，在冷凝液总管中形成汽包，影响装置正常运行。
[0027]进一步的，
[0028]所述冷凝器包括若干冷凝单元，每个所述冷凝单元包括多个依次连通的冷凝片，所述冷凝片具有冷凝腔，每个所述冷凝片上、下两端的侧壁上分别设有蒸汽连通口和冷凝液连通口，冷凝腔通过蒸汽连通口和冷凝液连通口形成蒸汽分散通道和冷凝液收集通道，所述蒸汽分散通道与所述蒸汽总管连通，所述冷凝液收集通道与所述冷凝液总管连通；
[0029]优选的，所述蒸汽分散通道与所述蒸汽总管之间设有蒸汽分布管；
[0030]优选的，所述冷凝液收集通道与所述冷凝液总管之间设有冷凝液收集管；
[0031]优选的，所述冷凝液收集管设置在所述冷凝单元下端；
[0032]优选的，所述换热片的侧壁至少在所述蒸汽分散通道和冷凝液收集通道处向外凸出形成凸包。
[0033]上述方案中，冷凝单元包括多个冷凝单元，冷凝单元包括多个冷凝片，使蒸汽在冷凝片内竖壁上凝结成液态水，在重力的驱动下，下降至冷凝液收集管，增大了冷凝器的非能动热量导出量。
[0034]进一步的，
[0035]若干冷凝单元呈辐射状分散并联布置；
[0036]进一步的，所述冷凝液收集管在冷凝液流动方向与水平面之间具有向下的坡度，若干冷凝液收集管呈圆锥面辐射状分散分布；
[0037]优选的，所述坡度不小于10
°
；
[0038]优选的，所述冷凝器收集管与所述冷凝液总管通过冷凝液集合管连通；
[0039]优选的，若干蒸汽分布管呈辐射状分散分布，在一水平面上或同一圆锥曲面上。
[0040]上述方案中，冷凝单元的一端指向中心，呈辐射状并联布置，使得蒸汽和冷凝液管路阻力均等，有利于蒸汽流量均布。
[0041]进一步的，
[0042]若干冷凝单元平行并联布置；
[0043]优选的，所述冷凝器收集管竖直布置，依次汇集与所述冷凝液总管连通；
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，其特征在于，包括：蒸发器，所述蒸发器浸入乏燃料水池的水中；冷凝器，所述冷凝器设置在乏燃料水池外；所述蒸发器与所述冷凝器之间通过蒸汽总管和冷凝液总管连通，形成封闭的循环热管换热回路；所述蒸汽总管和所述冷凝液总管均与所述蒸发器的上部连通。2.根据权利要求1所述的一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，其特征在于，所述蒸发器包括多个依次连通的蒸发片，所述蒸发片具有蒸发腔，每个所述蒸发片上端的侧壁上设有蒸汽连通口，蒸发腔通过蒸汽连通口形成蒸汽收集通道，所述蒸汽收集通道内设有与所述冷凝液总管连通的喷淋管，所述喷淋管的管壁上设有布液孔；优选的，所述喷淋管自所述蒸汽收集通道的一端水平贯穿至所述蒸汽收集通道的另一端。3.根据权利要求2所述的一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，其特征在于，每个所述蒸发片的侧壁至少在蒸汽收集通道处向外凸出形成凸包，所述布液孔设于所述喷淋管位于所述凸包处，所述凸包与所述侧壁形成使冷凝液沿所述蒸发片侧壁降膜蒸发的围堰结构。4.根据权利要求3所述的一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，其特征在于，所述蒸汽收集通道与所述蒸汽总管连通。5.根据权利要求4所述的一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，其特征在于，所述冷凝液总管与所述喷淋管的连通端设有防止蒸汽反串的下弯弯头。6.根据权利要求1至5任一所述的一种乏燃料水池非能动余热导出热管换热系统，其特征在于，所述冷凝器包括若干冷凝单元，每个所述冷凝单元包括多个依次连通的冷凝片，所述冷凝片具有冷凝腔，每个所述冷凝片上、下两端的侧壁上分别设有蒸汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢涛，陈学，罗彦，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：