[发明专利]一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器

说明书

本发明公开了一种小型核反应堆主热‑余热一体式换热器，其内部包括三个流体区：壳侧一回路冷却剂区、管侧主热传输二回路区和管侧余热排出回路冷却剂区；一回路冷却剂自上而下流经壳侧，二回路冷却剂和余热排出回路冷却剂自上而下流经管侧，管束分内、外同心圆区域，内部管束通过余热排出回路冷却剂，外部管束通过二回路冷却剂；本发明的二回路和余热排出回路冷却剂同时在紧凑空间内与一回路冷却剂换热，提高了换热效能；壳侧冷却剂与管侧冷却剂逆流换热，有利于降低压降和局部热应力；二回路和余热排出回路同向流动，有利于抑制流致振动；本发明结构紧凑、体积小、换热效能高，适用于各类小型核反应堆主换热器和余热排出系统换热器的一体化设计。

技术领域

本发明属于先进核能开发技术领域，具体涉及一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器。

背景技术

为匹配小型核反应堆具有体积小、重量轻、成本低等优势，亟待开发相应的小型核反应堆主热和余热换热器，确保反应堆在正常停堆和事故工况下有效导出衰变热，同时具有足够小的体积适应反应堆内部狭窄的空间。然而通常这两类换热器相互独立工作，对减小体积提出了较大挑战。综上，需要对小型核反应堆的主热和余热换热器进行紧凑一体化设计，既不能占用太大体积，也应保证换热强度，并尽量减少热应力。因此，研发适用于小型核反应堆的主热-余热一体式换热器，是反应堆工程的必要环节，有助于推动我国自主掌握小型核反应堆设计技术的进程。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器，为反应堆和余排系统的设计提供设备基础。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型核反应堆主热-余热一体式换热器，包括换热器外壳9，固定连接在换热器外壳9底部和顶部的下封头12和上封头14，位于换热器外壳9内底部中心和下封头12中心处的余热排出系统换热器入口套筒13，位于上封头14中心的余热排出系统换热器出口套筒15，位于换热器外壳9内的管束8，两边的管由上管板10和下管板11固定，中间的管由上管板10和余热排出系统换热器入口套筒13固定；

换热器内有三个流体区：壳侧一回路冷却剂区A、管侧主热传输二回路冷却剂区B和管侧余热排出回路冷却剂区C；壳侧一回路冷却剂区A是由位于换热器外壳9内侧与余热排出系统换热器入口套筒13外侧、管束8外侧区域构成的一回路冷却剂流动空间；管侧主热传输二回路冷却剂区B是由位于换热器外壳9与余热排出系统换热器入口套筒13之间的管束8内侧、位于下封头12的环形二回路冷却剂入口腔室和位于上封头14的环形二回路冷却剂出口腔室构成的二回路冷却剂流动空间；管侧余热排出回路冷却剂区C由余热排出系统换热器入口套筒13内侧、余热排出系统换热器出口套筒15内侧和与其连接的管束8内侧构成的余热排出回路冷却剂流动空间；

壳侧一回路冷却剂区A位于管束8所在区域上部和下部的换热器外壳9同一侧分别开设有一回路冷却剂并联入口窗1和一回路冷却剂并联出口窗2，壳侧一回路冷却剂区A位于壳侧一回路冷却剂并联入口窗1下部横向设置有壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7；管侧主热传输二回路冷却剂区B位于下封头12和上封头14的对侧分别开设有二回路冷却剂入口3和二回路冷却剂出口4；余热排出系统换热器入口套筒13的底部和余热排出系统换热器出口套筒15的顶部分别设置余热排出回路冷却剂入口5和余热排出回路冷却剂出口6；

一回路冷却剂进入一回路冷却剂并联入口窗1后，经过壳侧一回路冷却剂流量分配孔板7后放热，最后在一回路冷却剂并联出口窗2汇集并流出；二回路冷却剂进入二回路冷却剂入口3后，经过下管板11分配流量，后在管侧吸热，最后在二回路冷却剂出口4汇集并流出；余热排出回路冷却剂进入余热排出回路冷却剂入口5经过余热排出换热器入口套筒13进入管束8吸热，最后在余热排出系统换热器出口套筒15汇集并由余热排出回路冷却剂出口6流出。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

二回路和余热排出回路同时在紧凑空间内与一回路冷却剂换热，提高了换热效能。