一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的PCS释热水箱

本发明涉及的是非能动安全壳热量导出系统(pcs)的高效换热设备，具体是指一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱。

背景技术：

1、在发生主蒸汽管道破裂事故(mslb)、反应堆失水事故(loca)等事故时，堆内会释放出大量蒸汽，使壳内的温度和压力不断升高，如果不能及时控制，将会严重威胁安全壳的完整性。pcs主要由安全壳内置集管式换热器与外部高位释热水箱以及连接二者的管线与阀门组成。发生事故时，pcs换热器内的水吸收了蒸汽冷凝释放出来的汽化潜热后温度升高，通过热管段向上流动到释热水箱，再经冷管段重新回到换热器内，通过建立自然循环带走安全壳的热量。华龙一号的pcs系统可以保证事故后的72小时内反应堆的安全性，如果72小时后，反应堆的事故仍然没有得到控制，释热水箱中的水将被蒸干，为此需要进一步增强pcs长期运行的能力。

2、在已有的设计应用中，有若干专利考虑了提升pcs系统长期运行的能力。专利cn201420152864.0设计了风力强化装置以及液态水收集和蒸发过滤装置，增强了高温水回收过程中的冷却效果，提高了冷却水源长期维持的能力。但该设计中的风力强化装置依靠太阳能电池板和风机，其工作效率会受到气温、湿度等不可控因素的影响。专利cn202110246374.1利用水箱内高流速的水蒸气达到对空气的引射效果，加强了水箱的换热能力。但该设计并没有充分利用空气槽道的整个空间，换热的能力有待加强。此外，目前已有的设计基本没有考虑辐射换热在系统换热中的作用，然而在部分工况下热辐射不容忽视。

3、因此，为了pcs系统能够长期高效地运行，有必要设计一种释热水箱，既能建立非能动的自然循环，将释热水箱内的热量导出，又能考虑热辐射的影响，充分利用流道的空间，进一步强化换热能力。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs非能动释热水箱，以高效导出事故工况下释热水箱中热量，充分保障事故工况下pcs的长期高效运行。

2、本发明的目的是这样实现的：包括外层混凝土壳体、内层钢制释热水箱和中间的流体通道组成，内层释热水箱的进出口管线分别与pcs换热器的进出口管线相连接，各流道通过两侧的壁面将外层混凝土壳体与内层释热水箱之间的空气间隙分隔开来，排气管线从内层水箱的气空间经过流体通道和外层壳体到达外界。

3、本发明还包括以下结构特征：

4、所述的流道通过渐缩段进入外层混凝土壳体的底部，从底部的中间向两边分散开来，各流道之间利用两侧的壁面相互隔开，在外层混凝土壳体的顶部汇总后通过渐扩段穿过壳体顶面，渐缩段和渐扩段与外界大气相通。渐缩段与渐扩段外侧均装设过滤网孔结构，在其与并联流道的连接处采用圆角设计。

5、所述流道的内壁面与内层释热水箱的外表面为一体，内壁面采用发射率高、导热性能较好的涂层材料，壁面上布置了非连续的纵向排列的导流翼。

6、所述流道的侧壁面优选不锈钢板，对底部流道的侧壁面进行加厚并设置支撑柱，侧壁面采用发射率高的涂层材料。

7、所述流道的外壁面与外层混凝土壳体的内表面为一体，优选不锈钢板，外壁面采用发射率高的涂层材料。

8、所述流道的各壁面采用的涂层材料，包括但不限于碳化硅、碳化硼、氧化钴等高辐射涂层材料。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在流道中设计了导流翼结构，扩展了流道内的换热面积，从而提高主流流体温度，一方面避免流道中出现明显热分层现象，另一方面增大主流流动的驱动力。非连续导流翼交错布置，破坏表面边界层的同时增强了流体扰动，有利于流道整体换热能力的提升。与连续导流翼相比，非连续导流翼的重量更轻，也更便于加工和布置。

10、本发明在流道内壁面设置发射率高、导热性能良好的涂层材料，外壁面及侧壁面设置发射率高的涂层材料，从热辐射角度强化了流道内的自然循环能力，进而提升流道的换热能力。

11、本发明在流道进、出口分别设置渐缩段与渐扩段，在不破坏原有结构情况下，同时将其进出口与流道连接处采用圆角设计，一定程度增强了流道内的自然循环能力与整体换热能力。

12、本发明结构设计充分保证了释热水箱本体及混凝土壳体的完整性，未对原有结构的强度及功能产生不利影响，通过对于流道的合理优化及改进进一步增强其自然循环与换热能力，有利于pcs系统的长期高效运行。

技术特征：

1.一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：包括外层混凝土壳体、内层钢制狮热水箱和中间的并联流体通道，内层释热水箱的进出口管线分别与pcs换热器的进、出口管线相连接，且在内壁面上布置了非连续导流翼，各流道通过两侧的壁面将外层混凝土壳体与内层释热水箱之间的空气间隙分隔开来，排气管线从内层水箱的气空间经过流体通道和外层壳体，与外界大气相通。

2.根据权利要求1所述的一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：流道通过渐缩段进入外层混凝土壳体的底部，从底部的中间向两边分散开来，各流道之间利用两侧的壁面相互隔开，在外层混凝土壳体的顶部汇总后通过渐扩段穿过壳体顶面，渐缩段和渐扩段与外界大气相通。

3.根据权利要求1所述的一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：流道的内壁面与内层释热水箱的外表面为一体，内壁面采用发射率高、导热性能较好的涂层材料。

4.根据权利要求1所述的一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：流道的外壁面与外层混凝土壳体的内表面为一体，为不锈钢板，外壁面采用发射率高的涂层材料。

5.根据权利要求1所述的一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：所述流道的侧壁面优选不锈钢板，对底部流道的侧壁面进行加厚并设置支撑柱，侧壁面采用发射率高的涂层材料。

6.根据权利要求1所述的一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：渐缩段与渐扩段的外侧均装设过滤网孔结构，在其与并联流道的连接处采用圆角设计。

7.根据权利要求3、4或5所述的一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的pcs释热水箱，其特征在于：流道的各壁面采用的涂层材料，包括碳化硅、碳化硼或氧化钴。

技术总结
本发明提供一种采用高辐射涂层和非连续导流翼的PCS释热水箱，主要包括内层钢制释热水箱、外层混凝土壳体以及中间的流道，流道由流道入口、流道出口、流道入口渐缩段、流道出口渐扩段及流道相对于释热水箱外表面的内壁面、外壁面和侧壁面组成。通过采取非连续导流翼、流道进出口处设置渐缩渐扩段、流道壁面上布置发射率高的涂层材料等方法，将释热水箱内的热量以更高的效率导出，以达到长期运行PCS系统的目的。

技术研发人员：边浩志,刘鑫棪,肖家禹,郭泽华,张同禹,吴桐雨,孟兆明,刘丰,丁铭,孙中宁
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13