专利名称：全自然循环空气冷却塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换设备，具体为一种常压核供热堆所用的全自然循环空气冷却塔。
背景技术：
随着世界经济的快速发展，水资源的缺乏已经引起世人的广泛关注，利用取之不尽的海水资源作为赖以生存的人类水资源的补充是一个可取途径。为此，多年来世界各国就开始了利用核能进行海水淡化的研究和探索，但是至今仍未能实现广泛的商业应用，其主要原因是必须建在人口密集地区的反应堆的安全性问题和为保证安全而必须付出高昂的建造和运行成本以及采用特殊材料的昂贵的海水淡化设施，使淡水生产价格不能与市场竞争，制约了其发展。目前，采用铝合金代替昂贵的铜管或钛管的具有一定规模的低温多效蒸馏海水淡化装置已研制成功，如果与之配套的安全可靠的低造价的核供热堆能成功应用，将使核供热海水淡化的生产成本具有较大的市场竞争力，从而得到广泛的商业应用。
常压堆是使用成熟技术设计的燃料组件、在低温下将裂变能转换为热能的反应堆。该种形式的反应堆采用池壳式布置，在低温、常压下运行，设备简化、系统简单、运行方便，具有良好的固有安全性，在任何情况下都不会发生堆芯熔化的严重事故，满足不需要厂外干预的要求，建造费用和运行成本低，占地面积小，可以建在沿海地区、城市附近，作为海水淡化、区域供热的热源。由于全部采用核动力领域内的成熟技术，不需要进行预先研究和技术开发，因此，可直接用于商业应用。
核反应堆的一个突出特点是在停堆后反应堆功率不能立即降为零，仍有长时间衰变余热释放。如果停堆后余热不能及时导出，会严重影响堆的安全。同时，基于常压堆的特点，需要设计全自然循环空气冷却塔作为常压堆的余热冷却系统，以便在事故和停堆工况下导出堆芯余热，从而保证反应堆安全停堆。
目前，冷却塔在火力发电站和核电站均有较为广泛的应用。传统冷却塔多用于冷却较高温度的水或蒸汽，且采用强制循环及加入喷淋装置，其设备复杂，且造价高。而对于冷却温度在100℃左右的水(如常压堆、工业锅炉等)，采用常规的冷却塔设计将不能满足工业实际应用要求。其原因主要表现在两个方面一是常规空冷塔的传热管多布置在塔体的底部，空气侧循环动力是通过风机等动力设备来提高风速，通过喷淋增大空气湿度增强换热，水侧循环只能通过泵来提供动压头，这种设计结构的缺点是既增加了设备从而增加了成本，也不能满足常压堆所要求的非能动特性要求；二是对于常温常压堆来讲，由于水的温度较低，采用传统的冷却塔设计结构会造成冷却塔内传热面积太大及冷却塔体积过大，从而造成所需费用过高，无法达到商业运营的成本要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可适用于低温常压反应堆，结构简单、成本低的全自然循环空气冷却塔。该空气冷却塔的结构特征有效地增大了水侧的自然循环能力，保证以足够快的速度带出一回路衰变热，同时提高了空气侧合理的自然循环能力以保证长时间地把热量带到大气中。全自然循环主要包括两个方面的含义一是空冷器工作时，水侧循环采用全自然循环方式；二是空冷器工作时，空气侧的循环也采用全自然循环方式(即自然对流)。
本发明的技术方案如下全自然循环空气冷却塔，包括塔体和设置在塔体内的传热管，塔体上部设有烟囱，塔体内还设有与常压堆二回路热管段相连接的上升管，上升管的顶端设有膨胀箱，膨胀箱连接传热管，传热管下部连接一个水箱，水箱下部与常压堆二回路冷管段相连接，上升管外侧包有保温层，传热管外侧设有肋片。
本发明中在上升管外侧包有保温层，用以减少热量的传递；传热管外侧设有肋片，用以强化传热。利用上升管与传热管间较高的温差所造成的高密度差，从而增加提升力，有利于增大二回路的自然循环能力。
本发明中在传热管与常压堆二回路冷管段之间设置一水箱，其主要有三个方面的作用(1)可以增加事故时二回路的热容量；(2)增大了水侧自然循环驱动压头；(3)提高了常压堆的经济性。在瞬变过程开始时，较高温度的传热管出口水进入水箱后，由于水箱水容量大且温度较低，经过混合后可以保证进入二回路冷管段的温度较低，增大了事故初始阶段导出余热的能力，同时较大的温差使得自然循环能力得以有效地增强。另外，水箱的存在有效地减小了进入二回路冷管段的水温波动，因此，也更有效地保证了二回路水侧保持相对稳定的自然循环。
本发明中，充分利用衰变热和水侧自然循环流量随着冷却时间推移的变化规律，通过设计可以采用了相对较小的传热面积，即较少的传热管根数，降低了成本，提高了常压堆的经济性。
本发明中，较小的传热面积(即较少的传热管根数)将使得传热管内出口水温较高，换热管内外侧温差增大，从而换热得以强化。另外，传热管外侧设有肋片，在保证空气侧有较大流量的情况下，可以增强换热，增大了空气带出的热量。
图1为全自然循环空气冷却塔的结构示意图。
图中1.烟囱 2.膨胀箱 3.上升管 4.传热管 5.水箱 6、7、8.隔离阀 9.保温层 10.热管段 11.调节阀 12.冷管段
具体实施例方式
如图1所示，一种全自然循环空气冷却塔，包括塔体和设置在塔体内的与常压堆二回路热管段10相连接的上升管3，上升管3竖直布置，且外侧包有保温层9，该保温层9一般可使用保温棉。上升管3的顶端设有膨胀箱2，膨胀箱2连接竖直布置的传热管4。膨胀箱2的主要作用是将水更均匀的分配到传热管4中，另外，在膨胀箱2的上部留有氮气稳压空间，保证在任何工况下二回路压力均超过一回路压力，根据具体要求可以通过充放氮气的方法调节压力，以消除压力波动，使装置能稳定运行，同时也可以及时缓解压力瞬变。膨胀箱2上还设有本领域通用的水位测量装置，测量水位、检测泄漏，以防止自然循环中断。水位测量装置可以采用具有智能判断、分析功能的电接点水位计，该型水位计常用于各类水容器水位的测量；或者采用测量精度高、稳定性好及安装调试方便的液位计，它通过测量液体压力的方法来测量液位。传热管4下部连接一个水箱5，水箱5下部再与常压堆二回路冷管段12相连接，水箱5的设置可以增加二回路的热容量，并增加驱动压头。传热管4外侧设有肋片，以强化传热。塔体上部设有烟囱1，用来增加空气侧热驱动力，以增大空气流量。
在上升管3与常压堆二回路热管段10的连接管上设有气动调节阀11，气动调节阀11是通过调节气信号来调节阀门开度，从而调节自然循环流量，此阀门在失去气源时(事故工况)处于常开状态，是一个非能动装置，具有失效安全特性。另外，在水箱5与常压堆二回路冷管段12的连接管上设置了隔离阀7，从而保证了在事故工况下仍能有效地建立自然循环。
权利要求
1.一种全自然循环空气冷却塔，包括塔体和设置在塔体内的传热管(4)，塔体上部设有烟囱(1)，其特征在于塔体内设有与常压堆二回路热管段(10)相连接的上升管(3)，上升管(3)的顶端设有膨胀箱(2)，膨胀箱(2)连接传热管(4)，传热管(4)下部连接一个水箱(5)，水箱(5)下部与常压堆二回路冷管段(12)相连接，上升管(3)外侧包有保温层(9)，传热管(4)外侧设有肋片。
2.如权利要求1所述的一种全自然循环空气冷却塔，其特征在于所说的膨胀箱(2)的上部留有氮气稳压空间。
3.如权利要求2所述的一种全自然循环空气冷却塔，其特征在于所说的膨胀箱(2)上设有水位测量装置。
4.如权利要求1所述的一种全自然循环空气冷却塔，其特征在于上升管(3)与传热管(4)均竖直布置。
5.如权利要求1或4所述的一种全自然循环空气冷却塔，其特征在于在上升管(3)与常压堆二回路热管段(10)的连接管上设有气动调节阀(11)。
6.如权利要求1或4所述的一种全自然循环空气冷却塔，其特征在于在水箱(5)与常压堆二回路冷管段(12)的连接管上设有隔离阀(7)。
全文摘要
本发明涉及一种热交换设备，具体为一种常压核供热堆所用的全自然循环空气冷却塔。该全自然循环空气冷却塔包括塔体和设置在塔体内的传热管，塔体上部设有烟囱，塔体内还设有与常压堆二回路热管段相连接的上升管，上升管的顶端设有膨胀箱，膨胀箱连接传热管，传热管下部连接一个水箱，水箱下部与常压堆二回路冷管段相连接，上升管外侧包有保温层，传热管外侧设有肋片。本发明的结构特征有效地增大了水侧的自然循环能力，保证以足够快的速度带出一回路衰变热，同时提高了空气侧合理的自然循环能力以保证长时间地把热量带到大气中。
文档编号F28C1/00GK1815121SQ200510004990
公开日2006年8月9日 申请日期2005年2月1日 优先权日2005年2月1日
发明者俞尔浚, 林诚格, 张浚 申请人:北京北大青鸟新能源科技有限公司