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申请/专利权人：上海核工程研究设计院股份有限公司

摘要：本发明提供一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，其包括：蒸发热管、冷凝管和连接管；所述蒸发热管设置在乏燃料池内，并位于所述乏燃料池内的液位以下；所述冷凝管设置在所述乏燃料池的外部，位于放射性废物厂房屋顶上方；所述连接管设置在所述乏燃料池内，且垂直向上穿出所述乏燃料池，沿所述放射性废物厂房向西延伸穿出所述放射性废物厂房，然后沿所述放射性废物厂房的外墙壁朝南延伸与所述冷凝管连接。本发明提供的长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，热管蒸发段，冷凝段均采用了组合件，减少连接管的数量以简化布置。

主权项：1.一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，其特征在于，包括：蒸发热管、冷凝管和连接管；所述蒸发热管设置在乏燃料池内，并位于所述乏燃料池内的液位以下；所述冷凝管设置在所述乏燃料池的外部，位于放射性废物厂房屋顶上方；所述连接管设置在所述乏燃料池内，且垂直向上穿出所述乏燃料池，沿所述放射性废物厂房向西延伸穿出所述放射性废物厂房，然后沿所述放射性废物厂房的外墙壁朝南延伸与所述冷凝管连接；其中，所述蒸发热管分别以23根和13根两种数量为一组；所述蒸发热管靠近所述乏燃料池的内壁单排布置，23根一组的蒸发热管横向长度为3m，13根一组的蒸发热管横向长度为1.8m；所述冷凝管组合件分别以72根、48根、40根和27根的数量为一组，每组冷凝管的长度均为20m；所述蒸发热管的内径为65mm，所述蒸发热管的外径为76mm；每组所述蒸发热管的两端通过联箱组合连接，所述蒸发热管的中心间距为120mm；所述联箱的封口的另一端与所述连接管连接,所述联箱的管道的内径为95mm，外径为100mm，所述联箱的封口一端预留50mm的距离；所述冷凝管的安装区域的平面尺寸为20×60m；所述冷凝管分为7层设置，与所述蒸发热管相匹配。

全文数据：一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构技术领域[0001]本发明针对大型分离式热管的布置，尤其涉及一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构。背景技术[0002]我国引进的AP1000核电站及后续自主研发的CAP1400、CAP1700大型先进压水堆核电站属于第三代核电技术，采用了大量先进非能动安全技术，能够保证严重事故后72小时内不需要人为干预。但严重事故后仅72小时不需要人为干预是不够的，需要考虑乏燃料水池及安全壳的长期非能动冷却。[0003]乏燃料水池事故后长期冷却时的热源温度一般在50〜90°C，而空气温度一般在-40〜50°C，但是需要冷却的热量很大，这是一个小温差大传热量问题。这种运行工况下使用热管换热器是一个可行的选择。由于热管换热器最终热阱为大气，为增加向空气散热的冷凝端的对流换热系数，可以考虑采用翅片强化换热。[0004]由于乏燃料池与最终热阱厂外大气之间有一定的距离，因此采用蒸发段和冷凝段分开布置的分离式热管换热器更为合宜。基于乏燃料池内贮存格架的布置和总的热负荷，单根热管的换热能力无法满足要求，整个热管冷却系统需要包含多根蒸发管和多根冷凝管。因其数量众多，考虑使用组合件，以减少蒸发段和冷凝段之间连接管的数量。此外，由于乏燃料池内布置了众多乏燃料贮存格架，对热管蒸发段的布置提出了要求，乏燃料池所在厂房的结构尺寸，对热管的连接管走向提出了要求，厂房外冷凝段的布置空间尺寸，也对冷凝管的根数与排布方式提出了技术要求。[0005]因此，本文基于乏燃料池内格架布置及厂房的结构尺寸，提出一种合理的热管布置方式，并通过组合件尽量减少连接管的数量。发明内容[0006]本发明针对现有技术的不足，提出一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构。[0007]本发明提供的一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，其包括：蒸发热管、冷凝管和连接管;所述蒸发热管设置在乏燃料池内，并位于所述乏燃料池内的液位以下;所述冷凝管设置在所述乏燃料池的外部，位于放射性废物厂房屋顶上方;所述连接管设置在所述乏燃料池内，且垂直向上穿出所述乏燃料池，沿所述放射性废物厂房向西延伸穿出所述放射性废物厂房，然后沿所述放射性废物厂房的外墙壁朝南延伸与所述冷凝管连接;其中，所述蒸发热管分别以23根和13根两种数量为一组;所述蒸发热管靠近所述乏燃料池的内壁单排布置，23根一组的蒸发热管横向长度为3m，13根一组的蒸发热管横向长度为1.8m;所述冷凝管组合件分别以72根、48根、40根和27根的数量为一组，每组冷凝管的长度均为20m。[0008]优选地，所述蒸发热管的内径为65mm，所述蒸发热管的外径为76mm。[0009]优选地，每组所述蒸发热管的两端通过联箱组合连接，所述蒸发热管的中心间距为120mm〇[0010]优选地，所述联箱的管道的内径为95mm，外径为100mm，所述联箱的封口一端预留50mm的距离，所述联箱的封口的另一端与所述连接管连接。[0011]优选地，所述冷凝管的安装区域的平面尺寸为20X60m;所述冷凝管分为7层设置，与所述蒸发热管相匹配。[0012]优选地，最下层的冷凝管距离所述放射性废物厂房的房顶5m，每层冷凝管之间的距离为300mm。[0013]优选地，所述冷凝管的内径为65mm，所述冷凝管的外径为76mm，所述冷凝管的的两端通过联箱组合连接，所述冷凝管的中心间距为300mm。[0014]优选地，所述联箱的管道的内径为95mm，外径为100mm，所述联箱的封口的一端预留150mm的距离，所述联箱的封口的另一端与所述连接管相连。[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0016]1、本发明提供的长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，热管蒸发段，冷凝段均采用了组合件，减少连接管的数量以简化布置。分离式热管的布置方式不影响乏燃料池内贮存格架的数量及操作空间，可为乏池冷却系统的设计提供支持。附图说明[0017]图1为符合本发明优选实施例的长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构的整体布置示意图。[0018]图2为符合本发明优选实施例的乏燃料池内蒸发热管布置俯视图。[0019]图3为符合本发明优选实施例的乏燃料池内蒸发热管三维结构示意图。[0020]图4为符合本发明优选实施例的蒸发热管组合件三维结构示意图；[0021]图5为符合本发明优选实施例的放射性废物厂房外冷凝管分层布置示意图；[0022]图6为符合本发明优选实施例的冷凝管组合件三维结构示意图；[0023]图7为符合本发明优选实施例的连接管布置示意图。[0024]其中：1.乏燃料池，2.闸门，3.回水管，4.23根组蒸发热管，5.13根组蒸发热管，6.辅助厂房外墙壁，7.冷凝管，8.连接管，9.连接管穿墙位置，10.空余区域。具体实施方式[0025]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0026]如图1所示，本发明一实施例提供的长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，分离式热管换热器主要由蒸发热管4，5、冷凝管7和连接管8组成，蒸发热管布置于乏燃料池1内液位以下，同时需要避开闸门2和回水管3区域。乏燃料池的热负荷为9.5MW，所需的7.6m蒸发热管数量为200根，5m蒸发热管数量为252根，冷凝管数量为1149根。[0027]如图2-3所示，蒸发热管采用23根和13根两种组合件。蒸发热管靠近乏燃料池内壁单排布置，除空余区域10以外，其余区域均为上下两层布置，上层热管高为7.6m，下层热管高为5m。考虑上下连接管的位置，23根蒸发热管组合件横向长度为3m，13根蒸发热管组合件横向长度为1.8m。空余区域10只在下层布置了4个13根蒸发热管组合件。7.6m蒸发热管总数为200根，5m蒸发热管总数为252根。[0028]如图4所示，蒸发热管内径为65mm，外径为76mm，两端通过联箱进行组合连接，热管中心间距为120mm。联箱管道的内径为95mm，外径为IOOmm，联箱封口一端预留50mm长，另一端与连接管相连。整个组合件内形成介质同侧进，同侧出的U型结构。蒸发热管组合件有13根和23根两种组合形式，长度有7.6m和5m两种。[0029]考虑将冷凝管平均分配，得到相对应的冷凝管及组合件数量如下表所示。冷凝管总数为1149根。[0032]如图5所示，冷凝段布置于放射性废物厂房屋顶上方，根据厂房的结构尺寸，允许安装冷凝段的区域平面尺寸为20X60m。根据冷凝管总数量以及冷凝管不同组合形式，需将冷凝管分为7层进行布置。具体布置的层数和大致位置如下表所示。考虑到自然对流通风量的要求，最下层冷凝管距离厂房房顶约5m，每层冷凝管之间的距离为300mm。[0033][0034]如图6所示，冷凝管内径为65mm，外径为76mm，两端通过联箱进行组合连接，冷凝管中心间距为300mm。联箱管道的内径为95mm，外径为100mm，联箱封口一端预留150mm长，另一端与连接管相连。整个组合件内形成介质同侧进，同侧出的U型结构。冷凝管组合件有72根、48根、40根和27根4种组合形式，冷凝管组合件的长度均为20m。[0035]如图7所示，连接管在乏燃料池内垂直向上布置，穿出乏池后沿厂房西向布置并穿出辅助厂房，之后沿着辅助厂房外墙壁朝南布置，连接至冷凝段。[0036]本实施例根据乏燃料池特定工况的热负荷以及乏燃料格架布置情况，核算出乏池内可以安装的蒸发热管数量以及相应冷凝管的数量。[0037]考虑乏燃料池的结构，避开闸门和回水管区域，确定合理的蒸发管组合方式，通过上下联箱将一定数量的热管连接，形成单排整体结构。上下联箱同一侧封口，另一侧与连接管连接，形成U型结构。[0038]由于热管蒸发段长度过长对其冷却性能有一定影响，为充分利用乏燃料池内的空间，基于蒸发段的结构尺寸，考虑将蒸发段靠近池壁并采用上下两层叠加布置的方式。在乏池西南角的空余区域，考虑到上层热管支撑生根困难，此处热管只考虑布置于下层。[0039]为充分利用乏燃料池内的空间，考虑采用不同蒸发管数量以及不同长度的多种组合件。冷凝段设计需与之相匹配，因此也存在不同的冷凝管数量组合，均通过联箱连接，形成多种组合件。冷凝管组合件的上下联箱同为同侧封口，形成U型结构。[0040]冷凝管布置于辅助厂房外的放射性废物厂房屋顶上方，考虑到自然对流通风量的要求，最下一层冷凝管距离房顶应有一定的距离。每层冷凝管之间等间距布置。[0041]连接管在乏燃料池内垂直向上布置，穿出乏池后沿厂房西向布置并穿出辅助厂房，之后沿着辅助厂房外墙壁朝南布置，连接至冷凝段。[0042]与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：[0043]1、本实施例提供的长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，热管蒸发段，冷凝段均采用了组合件，减少连接管的数量以简化布置。分离式热管的布置方式不影响乏燃料池内贮存格架的数量及操作空间，可为乏池冷却系统的设计提供支持。[0044]本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。[0045]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

权利要求：1.一种长期非能动冷却乏燃料池的分离式热管换热器结构，其特征在于，包括:蒸发热管、冷凝管和连接管;所述蒸发热管设置在乏燃料池内，并位于所述乏燃料池内的液位以下;所述冷凝管设置在所述乏燃料池的外部，位于放射性废物厂房屋顶上方;所述连接管设置在所述乏燃料池内，且垂直向上穿出所述乏燃料池，沿所述放射性废物厂房向西延伸穿出所述放射性废物厂房，然后沿所述放射性废物厂房的外墙壁朝南延伸与所述冷凝管连接;其中，所述蒸发热管分别以23根和13根两种数量为一组;所述蒸发热管靠近所述乏燃料池的内壁单排布置，23根一组的蒸发热管横向长度为3m，13根一组的蒸发热管横向长度为1.8m;所述冷凝管组合件分别以72根、48根、40根和27根的数量为一组，每组冷凝管的长度均为20m。2.如权利要求1所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，所述蒸发热管的内径为65mm，所述蒸发热管的外径为76mm。3.如权利要求2所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，每组所述蒸发热管的两端通过联箱组合连接，所述蒸发热管的中心间距为120_。4.如权利要求3所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，所述联箱的管道的内径为95mm，外径为100mm，所述联箱的封口一端预留50mm的距离，所述联箱的封口的另一端与所述连接管连接。5.如权利要求1所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，所述冷凝管的安装区域的平面尺寸为20X60m;所述冷凝管分为7层设置，与所述蒸发热管相匹配。6.如权利要求5所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，最下层的冷凝管距离所述放射性废物厂房的房顶5m，每层冷凝管之间的距离为300mm。7.如权利要求5所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，所述冷凝管的内径为65_，所述冷凝管的外径为76_，所述冷凝管的的两端通过联箱组合连接，所述冷凝管的中心间距为300mm。8.如权利要求7所述的乏燃料池内非能动冷却分离式热管布置结构，其特征在于，所述联箱的管道的内径为95mm，外径为100mm，所述联箱的封口的一端预留150mm的距离，所述联箱的封口的另一端与所述连接管相连。

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