【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核电，尤其是涉及一种非能动余热排出热交换器强化换热装置。
技术介绍
1、由于核电的特殊性，一旦发生放射性泄漏将对当地造成长期污染，因此在核电的发展过程中始终将安全性置于重要地位。工程安全设计思想的安全性过分依赖设备的可靠性和运行人员对事故的判断，不能从根本上杜绝严重事故的发生。有鉴于此，科学家们又提出了非能动安全设计思想。
2、余热排出系统是核电站安全二级辅助系统，该系统在停堆后投入使用，用于排出堆芯余热以确保整个核电站的安全。第三代核反应堆广泛采用非能动余热排出系统(prhrs)。非能动余热排出系统的重要设备是热交换器，在反应堆冷却剂丧失时采用自然循环导出堆芯余热。非能动余热排出热交换器的换热性能直接影响换热效率、建造经济性以及反应堆的安全性，因此提升非能动余热排出热交换器的换热性能能够为未来核电站领域研究提供重要支撑。
技术实现思路
1、本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
2、非能动技术是指充分利用自然界固有的特性，如采用加压气体、重力、自然循环以及对流等自然驱动力来实现核电站安全功能，不使用泵、风机或柴油发电机等能动部件，可以在没有交流电源、设备冷却水、厂用水以及供暖、通风与空调等支持系统的条件下保证核电站设计的安全功能。
3、以ap1000核电厂为例，非能动余热排出热交换器布置在换料水箱(安全壳内置换料水箱，irwst)内，换料水箱水作为非能动余热排出的热阱。事故情况下，隔离主冷却剂系统与非能动余
4、非能动余热排出系统运行初期，即反应堆刚停堆不久，堆芯衰变功率还很高。此时换料水箱初始水温为室温，单相自然对流是换料水箱内的主要换热机理。在自然对流换热阶段，换热管管壁附近的流体被加热，流体的温度升高、密度减小，从而在换料水箱内形成密度差，热流体在浮力驱动下向上流动，进而驱使换料水箱中的水形成自然循环。
5、专利技术人发现，在换料水箱内，非换热区的漩涡运动会损失一部分动能，降低循环主流体的流速，进而降低自然对流换热系数，影响换热性能。此外，换料水箱内流体之间的搅浑使换热管周围流体的温度降低，从而降低自然对流的驱动力，影响总换热量。
6、另一方面，在换热管内高温流体加热下，换热管管壁温度迅速上升，而换料水箱内流体主流的升温速度要缓慢得多。尽管主流欠热度很大，但当贴壁薄层内的流体达到饱和温度后，换热管管壁外壁面上即开始产生汽泡。汽泡不能脱离管壁进入流体的主流区，大量汽泡附着在管壁上使换热管的换热能力严重削弱。
7、目前国内外研究者已对非能动余热排出热交换器换热性能开展了大量研究。前对非能动余热排出热交换器换热性能提升方式主要有优化换热管表面结构和优化换热管外流道组织两种策略。
8、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种简单低成本的非能动余热排出热交换器强化换热装置，属于优化换热管外流道组织的策略，可以有效提高非能动余热排出热交换器的换热性能，尤其是在单相换热阶段可以起到更好的换热效果。
9、本专利技术实施例的非能动余热排出热交换器强化换热装置包括：换热管束，所述换热管束包括若干换热管，所述换热管束布置在安全壳内置换料水箱中，所述换热管与冷却剂系统连通且两者之间连接有隔离阀门，所述隔离阀门打开后，冷却剂依靠自然循环将热量传输至所述换热管，所述换热管与所述换料水箱中的水换热；套筒，所述套筒位于所述换料水箱内并套设所述换热管束，所述套筒的内壁面与所述换热管束之间具有间隔。
10、本专利技术实施例提供的非能动余热排出热交换器强化换热装置通过在换热管束周围增加套筒作为简单的流道组织结构，将换热管附近的水与换料水箱内其他区域的水分割开来，大大增加了换热管附近流体与套筒外流体之间的密度差，提高了换料水箱内自然循环的驱动力，形成了类似于“烟囱”的流道结构。“烟囱”的抽吸效应提高了换热管附近流体的流速和湍流强度，减小了非换热区的漩涡运动造成的动能损失，削弱了换热管周围流体与非换热区流体之间的搅浑，提升了换热系数，进而有效强化了非能动余热排出热交换器的换热性能。此外，由于换热管附近流体的流速和湍流强度增强，有效避免汽泡附着在换热管的管壁上造成换热管的换热能力削弱。
11、本专利技术实施例提供的非能动余热排出热交换器强化换热装置对于非能动余热排出系统初始运行阶段作用显著，因为在初始运行阶段往往堆芯衰变功率较高，需要通过非能动余热排出热交换器载出的热量较大，此时换热管外处于单相自然对流换热状态，本专利技术提出的强化换热装置提升了换热管外单相自然对流换热系数，有利于提高堆芯安全。
12、在一些实施例中，所述套筒的内壁面上设有螺旋式的导流条。
13、在一些实施例中，所述套筒的内壁面上设有螺旋式的导流槽。
14、在一些实施例中，所述套筒具有在上下方向上相对的两个开口，所述套筒的内径从上至下逐渐增大，以使所述套筒的上端开口尺寸小于下端开口尺寸。
15、在一些实施例中，所述套筒的长度和内径之间的比值大于等于2.5小于等于4。
16、在一些实施例中，所述套筒的内径与所述换热管束的最大外径之间的比值大于等于1.3小于等于2.0。
17、在一些实施例中，所述换热管束在其延伸方向上包括依次相连的第一连接段、换热段和第二连接段，所述第一连接段与所述第二连接段的延伸方向均与所述换热段的连接方向具有一定的夹角，所述套筒套设所述换热段，所述套筒的侧壁上设有用于避让所述第一连接段的第一避让开口和用于避让所述第二连接段的第二避让开口。
18、在一些实施例中，所述套筒的轴向沿竖直方向延伸。
19、在一些实施例中，非能动余热排出热交换器强化换热装置包括支撑架，所述支撑架位于所述换料水箱内并与所述换料水箱相连，所述套筒安装在所述支撑架上。
20、在一些实施例中，非能动余热排出热交换器强化换热装置包括连接支架，所述套筒的内壁面通过连接支架与所述换热管束相连。
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1.一种非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的内壁面上设有螺旋式的导流条。
3.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的内壁面上设有螺旋式的导流槽。
4.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒具有在上下方向上相对的两个开口，所述套筒的内径从上至下逐渐增大，以使所述套筒的上端开口尺寸小于下端开口尺寸。
5.根据权利要求1或4所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的长度和内径之间的比值大于等于2.5小于等于4。
6.根据权利要求1或4所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的内径与所述换热管束的最大外径之间的比值大于等于1.2小于等于2.0。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述换热管束在其延伸方向上包括依次相连的第一连接段、换热段和第二连接段
8.根据权利要求1-4中任一项所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的轴向沿竖直方向延伸。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，包括支撑架，所述支撑架位于所述换料水箱内并与所述换料水箱相连，所述套筒安装在所述支撑架上。
10.根据权利要求9所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，包括连接支架，所述套筒的内壁面通过连接支架与所述换热管束相连。
...【技术特征摘要】
1.一种非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的内壁面上设有螺旋式的导流条。
3.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的内壁面上设有螺旋式的导流槽。
4.根据权利要求1所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒具有在上下方向上相对的两个开口，所述套筒的内径从上至下逐渐增大，以使所述套筒的上端开口尺寸小于下端开口尺寸。
5.根据权利要求1或4所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的长度和内径之间的比值大于等于2.5小于等于4。
6.根据权利要求1或4所述的非能动余热排出热交换器强化换热装置，其特征在于，所述套筒的内径与所述换热管束的最大外径之间的比值大于等于1.2小于等于2.0。
【专利技术属性】
技术研发人员：杨福明，杜连越，范普成，郑琳，费立凯，苑皓伟，王虎升，彭旻扬，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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