液态金属钠再生加热器及其加热方法技术

本发明专利技术公开了一种液态金属钠再生加热器及其加热方法，该再生加热器呈“八”字形，由高温钢制造，包括端盖，接管，接筒，壳管，角管，换热管及拆流板。其中高温钠由换热管内自上向下流动，温度由900℃降至500℃，低温钠由壳管内换热管外由下向上流动，温度由450℃升至850℃。本发明专利技术具有耐高温，密封性好，热应力小，流动阻力小等优点，经过校核计算适用于液态金属系统，经运行实践证明，其运行稳定，完全可以达到设计要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于回热器
，具体涉及一种液态金属回路高温钠与低温钠换热的再生加热器装置。
技术介绍
液态金属钠高温沸腾回路是对液态金属钠沸腾两相特性进行试验研究的平台。液态金属钠在常压下沸点为882°C，取设计温度为900°C。为了在试验段内获得沸腾，同时保证电磁泵，流量计等装置运行温度低于600°C，试验段前需布置预热器和再生加热器。其中再生加热器的作用是将由试验段出口的900°C高温钠所携带的热量进行回收利用。这部分热量在再生加热器内可以将沸腾支路进口 450°C的钠加热至850°C，而试验段出口 900°C的高温钠降温至500°C，从而满足电磁泵所允许的工作温度。被加热到850°C的钠再由预热器加热至接近饱和温度后方可进入试验段。再生加热器的主要原理是回收系统高温部分的热量，对系统低温部分进行加热， 从而提高系统的热效率并降低系统其它加热设备和冷却设备的运行强度，总体上降低系统的成本，使系统更加安全有效运行。例如，中国专利申请号为93114549. X公开了一种回热器装置，它具有一个由松散材料构成的，置于两同轴圆柱状栅栏之间的环形蓄热介质，一个由靠里面的热栅栏围城的热收集室和一个包在靠外面的冷栅栏为一面和壳壁为另一面之间的冷收集室。其中热收集室由坐落在热栅栏的上支圈上的陶瓷材料的锥形罩盖所封闭，距罩盖上面一段距离处设防护屏，与回热器外壁相毗邻。该设计改善了热区域中回热器运行的可靠性，提高了罩盖的强度和耐热性，且可吸收在它支圈区内的推力和分布在它周边的张力，同时可缩小结构的总体尺寸。但是，该回热器多用于水或者空气等常规流体，对于液态金属系统来说，首先是换热速度无法达到要求，其次由于液态金属钠化学性质活泼，需要非常好的密封性，因此不适宜作为液态金属系统换热器。又如，中国专利申请号20051041779. 2公开了一种多通道插入式回热器。包括换热器芯体以及与换热器芯体连为一体的集夜箱，其特点是，换热器芯体由开设小孔径的中间通道和外围通道构成，且中间通道突出于外围通道，在换热器芯体的两端自外向内分别套装有与中间通道相连通的单侧开孔的集夜箱和与外围通道相连通的双侧开孔的集夜箱。 该回热器以带有多排小孔径通道结构的换热器作为两种流体换热的主体。其优点是减小冷量损失，增加循环系统效率，同事缩小结构尺寸，降低产品成本。但是，该回热器是为二氧化碳冷却系统设计的，因此适合在高压低温下运行，对于液态金属系统的高温常压条件并不适合，不适宜作为液态金属系统换热器。为了使结构简单，制造方便，我研究小组曾将再生加热器设计成直管壳式换热器结构。但是在其校核计算中，发现一次钠进口处与出口处的热量交换对整个换热器的效率影响很大，管束中的换热效率也不高，且一次钠进口端盖处热应力较大，不适合高温液态金属系统使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供了一种即能够承受高温下液态金属换热时产生的热应力从而确保运行稳定安全，又能确保换热效率，而且尽量减小流动阻力的液态金属再生加热器。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的液态金属钠再生加热器，包括两个无孔端盖，接管、两个有孔端盖、四个接筒、两个壳管、19根换热管、十个拆流板和四个角管；再生加热器总体为“八”字形，其转角处为四个角管拼接而成；转角两侧焊接壳管，壳管另一端分别焊接开孔的端盖，端盖另一侧与接管相连，接管另一侧焊接无孔端盖密封；壳管内等边三角形布置19根换热管，换热管两侧分别与两个有孔端盖连接；两侧接管上分别接有用于一次钠进出口的接筒，壳管靠近有孔端盖一端接有用于二次钠进出口的接筒。所述再生加热器总体的转角处为四个角管拼接而成，相邻角管之间的夹角为120度。所述换热管之间以及换热管与壳管之间不同位置布置十个拆流板。所述换热管两侧分别与两个有孔端盖连接，换热管转角处弯曲成圆弧形。基于所述液态金属钠再生加热器的加热方法，系统运行时，由试验段流回的温度较高的一次钠由开口于上侧接管上的一次钠进口接筒进入由上侧无孔端盖，接管及有孔端盖围成的腔体，然后由有孔端盖上开口进入换热管，在换热管内将热量传递给换热管外的低温钠，最终汇集到下侧由无孔端盖，接管及有孔端盖围成的腔体，此时一次钠温度已降至 500°C，然后由一次钠出口接筒流出再生加热器；至于温度较低的二次钠，流经电磁泵后，由下侧开口于壳管上的二次钠入口接筒流入壳管内，在壳管内和换热管外的空间流动，期间不仅沿壳管方向流动，还有拆流板加强二次钠的搅混，在此期间二次钠吸收换热管内一次钠的热量温度升高，最后由上侧开口于壳管上的二次钠出口接筒流出再生加热器，此时二次钠温度被提升至850°C。再生加热器的结构设计为“八”字形管壳式换热器，材料为新13号高温钢(相当于铟科洛铱-800)。主要由端盖，接管，接筒，壳管，换热管，角管等焊接组成。本专利技术具有以下优点和有益效果1.再生加热器采用高温钢制造，可以在高温下工作，满足液态金属系统运行要求；2.再生加热器采用焊接连接，有很好的密封性，液态金属系统的安全运行得到保证；3.再生加热器共有19根呈三角形排列的换热管，一次钠在换热管内流动，二次钠在换热管与壳管之间流动，高温与低温钠采取逆向流动换热，提高了换热效率并且减小了热应力；4.高温钠在管内流动，低温钠在管外流动，有利于减小热量损失。总之，本装置可以有效收集试验段出口高温钠的热量用于加热低温钠，有利于降低电磁泵工作温度同时减小加热设备设计难度，且换热效率高，流动阻力小，适合装配于实验用液态金属钠回路。附图说明图1为本专利技术的液态金属钠再生加热器结构示意图；图2为本专利技术的液态金属钠再生加热器A-A面视图；其中1为无孔端盖；2为接管；3为有孔端盖；4为接筒；5为壳管；6为换热管；7 为拆流板；8为角管。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述参见图1，本专利技术的液态金属钠再生加热器包括无孔端盖(两个)，接管(两个)， 有孔端盖(两个)，接筒(四个)，壳管(两个)，换热管(19根)，拆流板(十个)，角管(四个)。再生加热器总体为“八”字形，其转角处为四个角管各相差30°拼接而成，接近圆弧；转角两侧焊接壳管，壳管另一端分别焊接开孔的端盖，端盖另一侧与接管相连，接管另一侧焊接无孔端盖密封。壳管内等边三角形布置19跟换热管，换热管两侧分别与两开孔端盖连接，转角处弯曲成圆弧形；两侧接管上分别接有一次钠进出口接筒，壳管靠近有孔端盖一端接有二次钠进出口接筒。换热管之间以及换热管与壳管之间不同位置布置十个拆流板。实施例系统运行时，由试验段流回的温度较高的一次钠由开口于上侧接管上的一次钠进口接筒进入由上侧无孔端盖，接管及有孔端盖围成的腔体，然后由有孔端盖上开口进入换热管，在换热管内将热量传递给换热管外的低温钠，最终汇集到下侧由无孔端盖，接管及有孔端盖围成的腔体，此时一次钠温度已降至500°C，然后由一次钠出口接筒流出再生加热器；至于温度较低的二次钠，流经电磁泵后，由下侧开口于壳管上的二次钠入口接筒流入壳管内，在壳管内，换热管外的空间流动，期间不仅沿壳管方向流动，还有拆流板加强二次钠的搅混，在此期间二次钠吸收换热管内一次钠的热量温度升高，最后由上侧开口于壳管上的二次钠出口接筒流出再生加热器，此时二次钠温度被提升至850°C。根据校核计算，得到再生加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．液态金属钠再生加热器，其特征在于：包括两个无孔端盖，接管、两个有孔端盖、四个接筒、两个壳管、１９根换热管、十个拆流板和四个角管；所述再生加热器总体为“八”字形，其转角处由四个角管拼接而成；转角两侧焊接壳管，壳管另一端分别焊接开孔的端盖，端盖另一侧与接管相连，接管另一侧焊接无孔端盖密封；壳管内等边三角形布置１９根换热管，换热管两侧分别与两个有孔端盖连接；两侧接管上分别接有用于一次钠进出口的接筒，壳管靠近有孔端盖一端接有用于二次钠进出口的接筒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秋穗正，田文喜，苏光辉，巫英伟，仇子铖，李亚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87