一种水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统的制作方法

1.本发明涉及水下装备核动力余热排出系统设计领域，具体为一种水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统。


背景技术：

2.水下装备核动力一般采用一次侧或二次侧、能动或非能动的余热排出系统设计，一般采用水作为热传导媒介，热阱换热器常常布置于耐压壳体与轻壳体之间，浸泡在海水中，余排管道穿过耐压壳体连接到热阱换热器上，该方案一方面需要有管道穿过耐压壳体，耐压壳体打孔部位需要做局部补强和水密封处理，同时在耐压壳体外还需安装热阱换热器，增大了壳体外的局部负载。本发明提出一种壳体共形的余热排出系统方案，采用热传输效能高、压降小的非能动式的热管技术，同时将外侧布置环形肋板的耐压壳体作为热阱换热器，一方面加强了反应堆舱室的结构性能，同时还满足余热排出系统热量传输的要求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高热传输效率的水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统。
4.本发明所采用的技术方案为：一种水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统，其特征在于:包括耐压壳体和安设在耐压壳体内的反应堆以及安设在反应堆内的堆内换热器，在堆内换热器的上端和下端分别连接有热侧管和回流管，所述热侧管和回流管分别伸出反应堆外，两者通过耐压壳体共形段相连，所述耐压壳体共形段贴合耐压壳体内壁从上向下布置，在耐压壳体外设有一层轻壳体，两者之间由液体填充。
5.按上述技术方案，在耐压壳体外周设有板翅式换热结构。
6.按上述技术方案，所述板翅式换热结构为在耐压壳体外周间隔设置的环形肋板，所述环形肋板向外延伸。
7.按上述技术方案，相邻环形肋板之间间隔距离为200
‑
1500
㎜
。
8.按上述技术方案，在热侧管和回流管上分别设有电磁阀，其通过壳体内设置的余热排出系统智能控制装置控制。
9.按上述技术方案，所述热侧管和回流管沿堆内换热器内周向布置有多个。
10.按上述技术方案，所述壳体共形管段为弧形管道。
11.按上述技术方案，所述堆内换热器的工作温度在100
‑
700℃，热管工质选用水、钠钾合金、导热姆、萘中的其中一种。
12.按上述技术方案，热排出系统智能控制装置用于实时监测热侧管内介质的温度和压力参数。
13.本发明的工作原理如下：反应堆正常停堆后，堆芯产生的余热将余热排出系统的堆内换热器加热，堆内换热器内热管工质气化，通过热侧管上升至壳体共形段热管，热管工质在壳体共形段通过壳体及板翅式换热结构降温并冷凝，通过重力作用下降流回堆内换热
器中，如此反复循环，将反应堆的余热导出到海水中。
14.本发明所取得的有益效果为：
15.1、该系统在反应堆停堆之后，可及时将堆芯余热导出，保障堆芯安全。2、采用部分热管段与壳体共形设计，在壳体外增设环形肋板增强换热，可减少耐压壳体开孔，增加耐压壳体强度。3、本发明基于分离式热管工作原理，系统运行采用非能动方式，不需增加工质驱动泵等动力设备，减少了系统对水下装备的应急供电需求，同时也提高的系统的可靠性，即使在紧急停堆等情况下，余热排出系统也可不在其他系统的约束下独立工作。
附图说明
16.附图1为本发明实施例提供的水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统的横剖示意图。
17.附图2为本发明实施例提供的水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统的纵剖示意图。
18.附图3为本发明实施例提供的水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统的热管布置俯视示意图。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
24.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接
相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
25.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.以下结合实施例对本技术的水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统的特征和性能作进一步的详细描述。
27.如图1
‑
3所示，本实施例提供了一种水下装备热管式耐压壳体共形余热排除系统，包括耐压壳体9和安设在耐压壳体内的反应堆11以及安设在反应堆内的堆内换热器1，在堆内换热器1的上端和下端分别连接有热侧管2和回流管6，所述热侧管2和回流管6分别伸出反应堆11外，两者通过耐压壳体共形段5相连，所述耐压壳体共形段5为弧形管道，其贴合耐压壳体9内壁从上向下布置，在耐压壳体外设有一层轻壳体10，两者之间由液体填充。其中，耐压壳体9和轻壳体10组成双壳体水下装备。轻壳体10一般不承压，耐压壳体9和轻壳体10中间由海水填充。
28.本实施例中，为了进一步提高热传导效率，在耐压壳体外周设有板翅式换热结构。所述板翅式换热结构为在耐压壳体外周间隔设置的多个环形肋板8，所述环形肋板8向外延伸。相邻环形肋板8之间间隔距离为500
㎜
。
29.本发明中提出的余热排出换热系统在堆内换热器、壳体共形段热管以及耐压壳体外均采用增加翅片换热或局部增加导热块等方法提高换热系统，提高系统的热传输效率。
30.所述热侧管2和回流管6沿堆内换热器内周向布置有多个。在热侧管2和回流管6上分别设有电磁阀4，其通过壳体内设置的余热排出系统智能控制装置7控制。
31.其中，堆内换热器1布置于反应堆11堆芯周围，通过反应堆冷却剂将堆芯余热传导至堆内换热器，加热热管工质使其气化。所述堆内换热器1的工作温度在100
‑
700℃，热管工质选用水、钠钾合金、导热姆、萘中等。反应堆11正常运行时，电磁阀4均设置于关闭状态，热管管路不导出热量，余热排出系统不工作。
32.反应堆11停堆以后，余热排出系统智能控制装置7发出指令，热管管道电磁阀4打开，堆内换热器1的气态热管介质通过热侧管2将热量导出反应堆11，气态热管介质到达壳体共形管段5时，通过耐压壳体9以及环形肋板8与海水完成热交换，经过壳体共形管段5，热管介质被冷凝，通过回流管6流回堆内换热器，通过循环加热冷却将堆芯余热导出。
33.热侧管2和回流管6上均设置有热管监测装置3，热管监测装置3可实时监测热管内介质的温度、压力等参数，余热排出系统智能控制装置7根据停堆信号以及热管监测装置3反馈的信号对电磁阀4进行阀门开度调节。
34.本发明是将装备的耐压壳体作为热阱换热器，通过热管与装备耐压壳体共形设计为热阱换热器，减少耐压壳体穿孔管道和壳体外负载，耐压壳体通过与部分热管焊接连接，在连接处通过填补导热块等增加热管与壳体之间的导热系数，同时，在耐压壳体外布置环形肋板，极大的增加了海水与壳体的换热面积，既强化了壳体换热性能，又增强了耐压壳体
强度。此外，余热排出系统启动时，反应堆已经停止功率输出，水下装备一般处于静止状态，本发明的壳体肋板采用环形布置，肋板之间的海水被壳体加热，产生密度差而上浮，在壳体内外热管工质与海水构成局部逆流换热，进一步增大了壳体的换热系数。
35.本发明提出的余热排出系统基于分离式热管工作原理，系统运行采用非能动方式，不需增加工资驱动泵等动力设备，减少了系统对水下装备的应急供电需求，同时也提高的系统的可靠性，即使在紧急停堆等情况下，余热排出系统也可不在其他系统的约束下独立工作。
36.以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。