CN113764113B - 反应堆及其换热器 - Google Patents

Abstract

反应堆及其换热器。用于反应堆的换热器包括：一次侧壳体，其内限定有容纳腔，所述一次侧壳体具有与所述容纳腔连通的一次侧介质入口和一次侧介质出口；多根换热管，设置于所述容纳腔内，每根所述换热管具有第一开口端和第二开口端；二次侧介质入口联箱，与所述换热管的第一开口端连通；以及二次侧介质出口联箱，与所述换热管的第二开口端连通。在本申请实施例的换热器中，一次侧介质流动阻力小，有利于加快一次侧介质的循环速度，以及降低对驱动一次侧介质流动的泵的功率要求。

Description

反应堆及其换热器

技术领域

本申请涉及反应堆领域，更具体地涉及一种反应堆及其换热器。

背景技术

在池式反应堆的设计中，堆容器及堆堆顶盖构成包容一回路冷却介质的池体边界，换热器等主体设备均固定于堆堆顶盖处并浸泡在池内一回路冷却介质中。

换热器是隔离具有放射性的一回路介质和二回路介质的核一级设备。因此，换热器的安全及可靠性对于池式反应堆的安全性及经济性具有重要意义。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种用于反应堆的换热器，包括：

一次侧壳体，其内限定有容纳腔，所述一次侧壳体具有与所述容纳腔连通的一次侧介质入口和一次侧介质出口；

多根换热管，设置于所述容纳腔内，每根所述换热管具有第一开口端和第二开口端；

二次侧介质入口联箱，与所述换热管的第一开口端连通；以及

二次侧介质出口联箱，与所述换热管的第二开口端连通。

根据本申请的第二方面，提供了一种反应堆，其包括由堆容器和堆顶盖形成的压力容器以及设置于所述压力容器内部的堆芯、一次侧介质、本申请的第一方面所述的换热器；

所述压力容器内由冷热池隔板分隔形成位于上方的热池区域和位于下方的冷池区域；

所述换热器固定于所述堆顶盖上，且所述换热器的一次侧介质入口位于所述热池区域，所述换热器的一次侧介质出口位于所述冷池区域。

根据本申请的第三方面，提供了一种反应堆，其包括：由堆容器和堆顶盖形成的压力容器以及设置于所述压力容器内部的堆芯、一次侧介质、换热器、冷热池隔板，所述反应堆还包括：

集流板，设置于所述冷热池隔板的下方，与所述冷热池隔板、所述堆容器共同限定形成位于冷池区域和热池区域之间的集流腔，

所述换热器的一次侧介质入口位于所述热池区域；

所述换热器的一次侧介质出口位于所述集流腔，从所述一次侧介质出口流出的一次侧介质经由所述集流腔进入所述冷池区域。

附图说明

通过下文中参照附图对本申请所作的描述，本申请的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本申请有全面的理解。其中：

图1是根据本申请实施例的换热器的结构示意图；

图2是图1所示换热器的剖面图；

图3是图2所示支撑板的结构原理图；

图4是图2所示一次侧壳体顶板的结构原理图；以及

图5是根据本申请实施例的反应堆的结构原理图。

图中：

10、一次侧壳体；101、容纳腔；102、一次侧介质入口；103、一次侧介质出口；104、内侧弧形板；105、外侧弧形板；11、换热管；12、支撑板；121、支撑孔；122、液流孔；13、顶板；131、第一通孔；132、第二通孔；

20、二次侧联箱壳体；21、隔板；201、二次侧介质入口联箱；202、二次侧介质出口联箱；203、二次侧介质入口管；204、二次侧介质出口管；22、第二顶板；

30、堆容器；301、热池区域；302、集流腔；303、冷池区域；31、堆顶盖；32、堆芯；33、冷热池隔板；34、集流板；35、泵。

应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本申请本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本申请的范围。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下文的公开提供了多个不同的实施方式或例子用来实现本申请。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和方法进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。

本申请实施例的换热器适用于反应堆。对于反应堆而言，目前有回路式反应堆和池式反应堆。回路式结构就是用管路把各个独立的设备连接成回路系统；换热器位于压力容器外部。池式反应堆将堆芯、一次侧介质(或称之为一回路介质)循环泵、换热器，浸泡在一次侧介质池(即堆容器)内。通过循环泵使池内的一次侧介质在堆芯与换热器之间流动。

本申请实施例的换热器特别适合于池式反应堆，如池式铅铋反应堆。

图1是根据本申请实施例的换热器的结构示意图；图2是图1所示换热器的剖面图。如图1和图2所示，换热器可包括：一次侧壳体10、多根换热管11、二次侧介质入口联箱201以及二次侧介质出口联箱202。

一次侧壳体10内限定有容纳腔101。一次侧壳体10具有与容纳腔101连通的一次侧介质入口102和一次侧介质出口103。一次侧介质经由一次侧介质入口102流入容纳腔101，并经由一次侧介质出口103流出容纳腔101。

多根换热管11设置于容纳腔101内，每根换热管11具有第一开口端和第二开口端。二次侧介质入口联箱201与换热管11的第一开口端连通；二次侧介质出口联箱202与换热管11的第二开口端连通。二次侧介质经由二次侧介质入口联箱201流入各换热管11内，与容纳腔101内的一次侧介质换热，之后经由二次侧介质出口联箱202流出换热管11。

在本申请实施例中，一次侧介质也可称为壳程介质，其在进入换热器后，在各换热管11的管壁与一次侧壳体10的周壁共同限定的流体通道流动。一次侧介质在一次侧壳体10内流动的行程(即，一次侧介质在从一次侧介质入口102流入容纳腔101后至从一次侧介质出口103流出容纳腔101之前，在容纳腔101内流动的行程)，可称为壳程。

二次侧介质也可称为管程介质，其在进入换热器后，在各换热管11内流动。二次侧介质在换热管11内流动的行程，可称为管程。

一次侧介质和二次侧介质由换热管11的管壁分隔，一次侧介质的热量通过换热管11传递至二次侧介质。

在本申请实施例的换热器中，由于一次侧壳体10的容纳腔101内除了换热管11外，并未设置用于增加壳程的折流板，一次侧介质流动阻力小，有利于加快一次侧介质的循环速度，以及降低对驱动一次侧介质流动的泵的功率要求。

进一步地，由于本申请实施例的换热器中，未设置折流板，因此一次侧介质的壳程短，有利于加快一次侧介质的循环速度，提高换热效率。并且，由于未设置折流板，大大简化了换热器的内部结构。因此，本申请实施例的换热器还具有结构简单、拆装方便的优点。

一次侧介质入口102可设置于一次侧壳体10上部，一次侧介质出口103设置于一次侧壳体10下部。容纳腔101内的一次侧介质在壳程内自上向下流动。

在一些实施例中，一次侧壳体10可为圆柱体、六棱柱、长方体等形状。

在一些实施例中，一次侧壳体10为扇形体。一次侧壳体10由扇形的底板、扇形的顶板13、内侧弧形板104、外侧弧形板105以及两个矩形侧板围成。

对于池式反应堆而言，其堆容器与堆芯之间的设备安装通道为环形通道，因此，将换热器设计成扇形体结构，可在保证换热面积的同时大大降低了径向尺寸，使得反应堆整体尺寸更小，结构更紧凑。

当将换热器安装于压力容器内时，一次侧壳体10的内侧弧形板104面对堆芯，外侧弧形板105背向堆芯。

一次侧介质入口102设于内侧弧形板104，以便于从堆芯出来的温度较高的一次侧介质流入换热器。一次侧介质出口103设于外侧弧形板105，以使进入换热器的一次侧介质除了向下流动外还能够沿径向向外流动，以与换热管11换热后流出容纳腔101。

参见图2，由于一次侧壳体10弧形的特殊结构，为防止反应堆内的一次侧介质流入换热器的容纳腔101时波动较大，不利于反应堆压力容器内的稳定，一次侧介质入口102的数量可以为多个，多个一次侧介质入口102沿内侧弧形板104的横向间隔设置。进一步地，多个一次侧介质入口102沿内侧弧形板104的横向等间隔设置。尤其是，位于最外侧的一次侧介质入口102距离内侧弧形板104横向端的距离小于相邻两个一次侧介质入口102之间的间隔。由此，可使一次侧壳体10外部的一次侧介质均匀稳定地流入容纳腔101内部，有利于维持压力容器内的稳定。

同理，一次侧介质出口103的数量可以为多个，多个一次侧介质出口103沿扇形外侧面的横向间隔设置。进一步地，多个一次侧介质出口103沿外侧弧形板105的横向等间隔设置。位于最外侧的一次侧介质出口103距离外侧弧形板105横向端的距离小于相邻两个一次侧介质出口103之间的间隔。

在一些实施例中，一次侧壳体10的顶板13设有多个第一通孔131和多个第二通孔132，每个第一通孔131与二次侧介质入口联箱201连通；每个第二通孔132与二次侧介质出口联箱202连通。换热管11为U形管，每根换热管11的第一开口端与一个第一通孔131相接，第二开口端与一个第二通孔132相接。从而，二次侧介质入口联箱201内的二次侧介质经由第一通孔131进入换热管11，之后经由第二通孔132进入二次侧介质出口联箱202。

参见图3，顶板13的第一通孔131邻近扇形的内弧设置，顶板13的第二通孔132邻近扇形的外弧设置。

二次侧介质入口联箱201和二次侧介质出口联箱202并行地在一次侧壳体10上方与一次侧壳体10相接。

二次侧介质入口联箱201设有二次侧介质入口，其连接有二次侧介质入口管203。二次侧介质从二次侧介质入口管203流入二次侧介质入口联箱201，之后进入各换热管11。

二次侧介质出口联箱202设有二次侧介质出口，其连接有二次侧介质出口管204，从各换热管11流出的二次侧介质经由二次侧介质出口联箱202混合均匀后流出换热器。

在一些实施例中，换热器还包括：下方开口的二次侧联箱壳体20，二次侧联箱壳体20的开口与一次侧壳体10的顶板13相接，二次侧联箱壳体20内设有隔板21，以将二次侧联箱壳体20分隔形成二次侧介质入口联箱201和二次侧介质出口联箱202。在这样的实施例中，一次侧壳体10的顶板13作为二次侧联箱壳体20的底板。二次侧介质入口联箱201和二次侧介质出口联箱202共用一个侧板(即隔板21)。

在其他的实施例中，二次侧介质入口联箱201和二次侧介质出口联箱202也可以设置成相分离的形式，或者二次侧介质入口联箱201和二次侧介质出口联箱202分别具有相互独立的壳体。

二次侧介质入口管203可以设于二次侧介质入口联箱201的顶部；二次侧介质出口可以设于二次侧介质出口联箱202的顶部。

二次侧联箱壳体20的第二顶板22的周缘凸出于二次侧联箱壳体20的侧板，从而，可通过第二顶板22的周缘将换热器整体安装于反应堆的堆顶盖。

换热器还可包括：支撑板12，设置于容纳腔101内。参见图4，支撑板12设有多个供换热管11穿过的支撑孔121。支撑孔121可以与换热管11接触配合，以对换热管11进行定位和/或支撑。

支撑板12上还设有多个用于允许一次侧介质通过的液流孔122。进入容纳腔101内的一次侧介质经由液流孔122流入容纳腔101的下部，进而流出容纳腔101。

液流孔122的尺寸可以与支撑孔121的尺寸相同，也可以与支撑孔121的尺寸不同。支撑板12为多孔的薄板结构，其一方面实现换热管11的下部定位和支撑，另一方面形成一次侧介质均匀向下的流道。

参见图4，对于每一个支撑孔121而言，与其最近邻的支撑孔121之间的距离大于与其最近邻的液流孔122之间的距离。换言之，对于每一个支撑孔121，其周围具有多个液流孔122和多个支撑孔121，与其最近邻的为液流孔122，而不是支撑孔121。从而，使一次侧介质更加均匀地向下流动。

支撑板12设置于一次侧壳体10下部。一次侧介质出口103设置于一次侧壳体10的位于换热管11下方的侧壁上。

一次侧壳体10可以由具有下部开口的上部壳体和具有上部开口的下部壳体以及支撑板12组装形成。上部壳体在支撑板12的上方与支撑板12相接，下部壳体在支撑板12的下方与支撑板12相接。由此，使得本申请实施例的换热器易于组装。

基于本申请实施例的换热器，本申请还提供了一种反应堆。

图5是根据本申请实施例的反应堆的示意性结构图，图中箭头方向表示一次侧介质的流动方向。如图5所示，反应堆可包括堆容器30和堆顶盖31，堆顶盖31可通过螺栓等紧固件与堆容器30固定连接。两者密闭形成压力容器。反应堆的堆芯32位于压力容器内部。压力容器内部还设有冷却介质(即一次侧介质)，用于将堆芯32的热量通过二次侧介质向外传递。

压力容器内由冷热池隔板33分隔形成位于上方的热池区域301和位于下方的冷池区域303；冷池区域303的一次侧介质流入堆芯32携带堆芯32的热量进入热池区域301。

本申请实施例的换热器固定于堆顶盖31上。例如，换热器可通过第二顶板22吊装固定在堆顶盖31处。换热器的一次侧介质入口102位于热池区域301，换热器的一次侧介质出口103位于冷池区域303。

进一步地，反应堆还包括：集流板34，集流板34设置于冷热池隔板33的下方。集流板34与冷热池隔板33、堆容器30共同限定形成位于冷池区域303和热池区域301之间的集流腔302。

换热器的一次侧介质出口103位于集流腔302，从一次侧介质出口103流出的一次侧介质经由集流腔302进入冷池区域303。

反应堆还包括：泵35，泵35的叶轮或者说泵35的入口设置在集流腔302内，泵35的出口位于冷池区域303。集流腔302中的一次侧介质在叶轮的作用下泵送至泵35的出口，进入冷池区域303。

当换热器为扇形体时，扇形体的内侧弧形板104面对堆芯32，外侧弧形板105背对堆芯32。泵35面对一次侧介质出口103设置。

本申请的反应堆通过设置集流板34，在热池区域301和冷池区域303之间形成集流腔302，这一方面提供了泵35的泵送效率，有利于加快一次侧介质在壳程内的流动速度；另一方面使得从换热器流出的一次侧介质能够全部进入冷池区域303参与循环，提高了整体的热效率。

由此，本申请还提供了一种反应堆，其可采用常见的用于反应堆的换热器，也可采用本申请实施例的换热器。

反应堆包括：由堆容器30和堆顶盖31形成的压力容器以及设置于压力容器内部的堆芯32、一次侧介质、换热器、冷热池隔板33。反应堆还包括集流板34，设置于冷热池隔板33的下方。

集流板34与冷热池隔板33、堆容器30共同限定形成位于冷池区域303和热池区域301之间的集流腔302。

换热器的一次侧介质入口102位于热池区域301；换热器的一次侧介质出口103位于集流腔302，从一次侧介质出口103流出的一次侧介质经由集流腔302进入冷池区域303。

对于本申请实施例的反应堆而言，堆内一次侧介质的循环过程如下：由下至上经堆芯32加热后的一次侧介质在上部热池区域301进入换热器的一次侧介质入口102，并在换热器壳程内换热冷却后由一次侧介质出口103汇入集流腔302。在泵35旋转叶轮的作用下，换热后的一次侧介质由集流腔302内经泵35出口流向下部冷池区域303，并由下部返回至堆芯32。

二次侧介质的循环过程如下：二次侧介质由二回路系统通过换热器的二次侧介质入口管203进入二次侧介质入口联箱201，随后由上至下进入换热管11，在换热管11内与壳程内的一次侧介质进行热交换后，再由下至上进入二次侧介质出口联箱202，并最终经二次侧介质出口管204返回至二回路系统。

对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于反应堆的换热器，其特征在于，包括：

一次侧壳体，其内限定有容纳腔，所述一次侧壳体具有与所述容纳腔连通的一次侧介质入口和一次侧介质出口；

多根换热管，设置于所述容纳腔内，每根所述换热管具有第一开口端和第二开口端；

二次侧介质入口联箱，与所述换热管的第一开口端连通；以及

二次侧介质出口联箱，与所述换热管的第二开口端连通；

所述一次侧介质入口设置于所述一次侧壳体上部，所述一次侧介质出口设置于所述一次侧壳体下部；

所述换热器还包括：支撑板，设置于所述容纳腔内，所述支撑板设有多个供所述换热管穿过并对所述换热管进行定位和/或支撑的支撑孔；

所述支撑板上还设有多个用于允许一次侧介质通过的液流孔，进入所述容纳腔内的一次侧介质经由所述液流孔流入所述容纳腔的下部，进而流出所述容纳腔；

一次侧介质在从所述一次侧介质入口流入所述容纳腔后从所述一次侧介质出口流出所述容纳腔；

所述一次侧壳体的顶板设有多个第一通孔和多个第二通孔，所述多个第一通孔与所述二次侧介质入口联箱连通，所述多个第二通孔与所述二次侧介质出口联箱连通，

所述换热管为U形管，每根所述换热管的第一开口端与一个所述第一通孔相接，第二开口端与一个所述第二通孔相接；

所述换热器还包括：下方开口的二次侧联箱壳体，所述二次侧联箱壳体的开口与所述一次侧壳体的顶板相接，所述二次侧联箱壳体内设有隔板，以将所述二次侧联箱壳体分隔形成所述二次侧介质入口联箱和所述二次侧介质出口联箱；

所述一次侧壳体由扇形的底板、扇形的顶板、内侧弧形板、外侧弧形板以及两个矩形侧板围成；

所述一次侧介质入口设于所述一次侧壳体的内侧弧形板，所述一次侧介质出口设于所述一次侧壳体的外侧弧形板。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述二次侧介质入口联箱和所述二次侧介质出口联箱并行地在所述一次侧壳体上方与所述一次侧壳体相接。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述支撑板设置于所述一次侧壳体下部。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述一次侧介质出口设置于所述一次侧壳体的位于所述换热管下方的侧壁上。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述一次侧介质入口的数量为多个，多个所述一次侧介质入口沿所述内侧弧形板的横向间隔设置。

6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述一次侧介质出口的数量为多个，多个所述一次侧介质出口沿所述外侧弧形板的横向间隔设置。

7.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述顶板的多个第一通孔邻近所述扇形的内弧设置；

所述顶板的多个第二通孔邻近所述扇形的外弧设置。

8.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述二次侧介质入口联箱的顶部设有二次侧介质入口。

9.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述二次侧介质出口联箱的顶部设有二次侧介质出口。

10.一种反应堆，其特征在于，包括：由堆容器和堆顶盖形成的压力容器以及设置于所述压力容器内部的堆芯、一次侧介质、如权利要求1至9中任一项所述的换热器；

所述压力容器内由冷热池隔板分隔形成位于上方的热池区域和位于下方的冷池区域；

所述换热器固定于所述堆顶盖上，且所述换热器的一次侧介质入口位于所述热池区域，所述换热器的一次侧介质出口位于所述冷池区域。

11.根据权利要求10所述的反应堆，其特征在于，还包括：集流板，所述集流板设置于所述冷热池隔板的下方，与所述冷热池隔板、所述堆容器共同限定形成位于冷池区域和热池区域之间的集流腔，所述换热器的一次侧介质出口位于所述集流腔；

从所述一次侧介质出口流出的一次侧介质经由所述集流腔进入所述冷池区域。

12.根据权利要求11所述的反应堆，其特征在于，还包括：泵，所述泵的叶轮设置在所述集流腔内，所述泵的出口位于所述冷池区域。

13.根据权利要求12所述的反应堆，其特征在于，

所述一次侧介质入口面对所述反应堆的堆芯设置；

所述泵面对所述一次侧介质出口设置。