一种小型模块化非能动空冷器散热装置的制作方法

本发明涉及核设施散热装置，具体涉及一种小型模块化非能动空冷器散热装置。

背景技术：

1、非能动余热排出系统是当前先进核设施的重要系统之一，其最终冷阱均为大气环境，大部分是设置安全水池通过水池蒸发将热量传递到环境大气，部分是直接用空冷器与大气换热，但换热系数较低。

2、现有能动的工业级空冷塔规模庞大，多为单独构筑物，系统复杂，造价较高，核设施余热排出系统所需冷源负荷较小，无法采用工业级空冷塔。对于现有小型的空冷装置，多为能动系统，需在空冷器底部或顶部设置风机来增大空气流速，增加了电能的消耗，无法满足非能动散热的要求。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有小型的空冷装置需在空冷器底部或顶部设置风机而增加电能消耗的缺陷，从而提供一种小型模块化非能动空冷器散热装置。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种小型模块化非能动空冷器散热装置，所述装置用于核设施非能动余热导出，包括：

4、烟囱结构，底部为冷空气入口，顶部为热空气出口；

5、自力式空冷器，设置在烟囱结构内部，所述自力式空冷器具有至少一个分别与冷空气入口和热空气出口相连通的竖向风道，所述竖向风道能够形成烟囱效应以加快流经竖向风道的空气流速；所述自力式空冷器与核设施余热排出系统进行介质交互，以使得外界冷空气自动进入烟囱结构并与自力式空冷器内部介质进行热交换后排出。

6、进一步优化技术方案，所述自力式空冷器包括：

7、至少两排热源入口总管，分别与热介质入口管道相连通；

8、至少两排热源出口总管，分别与热介质出口管道相连通；

9、至少两排换热管，分别与上下对应的一排热源入口总管和热源出口总管相连通；所述换热管与所述烟囱结构之间以及相邻的两排所述换热管之间分别形成竖向风道。

10、进一步优化技术方案，所述换热管为光管，相邻的两排光管之间设置有连接部件。

11、进一步优化技术方案，所述换热管为轴向翅片管，轴向翅片管包括翅片基管以及若干沿翅片基管周向布置的翅片；相邻两翅片基管之间的翅片以及烟囱结构内侧壁与邻近烟囱结构的翅片基管上的翅片之间分别形成竖向风道。

12、进一步优化技术方案，相邻的两个所述轴向翅片管关于两者轴心连线的中心线相互对称；每一轴向翅片管上的任意两个相邻翅片与相邻的另一轴向翅片管上的两个对称翅片之间形成竖向风道。

13、进一步优化技术方案，相邻的两个所述翅片基管的对称翅片之间具有间距。

14、进一步优化技术方案，所述换热管内部的介质流向与竖向风道的空气流向相反。

15、进一步优化技术方案，所述自力式空冷器的四周与烟囱结构间密封，以使冷空气只能通过竖向风道进行热量传输的流动。

16、进一步优化技术方案，所述烟囱结构的热空气出口设置有无动力风帽，所述无动力风帽适于在室外横向风作用下自动转动以加大烟囱结构的抽吸力。

17、进一步优化技术方案，所述烟囱结构的底部为开式结构，以使冷空气从自力式空冷器底部进入，并且自力式空冷器周围的烟囱结构底部设置有支撑结构，保证烟囱结构的稳定性。

18、进一步优化技术方案，所述装置根据核设施所需的余热排放需求进行多模块组合。

19、进一步优化技术方案，所述烟囱结构依托于核设施厂房结构布设。

20、本发明技术方案，具有如下优点：

21、1.本发明提供的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，可应用于核电、核化工、核反应堆等核设施领域，主要采用非能动的方式，将核电、核化工、核反应堆等设施运行或事故工况下产生的余热导至大气环境。本发明依托核设施厂房自身结构布设，不依赖安全级电源，依靠烟囱效应或其他无动力装置增大流过空冷器的空气流速，实现非能动散热功能。

22、本发明能够对核设施余热排出系统输入的介质进行降温，在降温过程中，自力式空冷器换热管周围空气被加热，气流沿自力式空冷器自身带有的竖向风道有组织地向上流动，能够以较小的几何体积形成烟囱效应，且烟囱结构内部的空气向上流动，烟囱结构的底部冷空气入口不断自动抽吸外界冷空气，烟囱结构内部的烟囱通道同样形成烟囱效应，本发明采用两重烟囱效应，进而以非能动的方式将来自热源的热量导入大气环境，不依赖外部电源和冷源。

23、2.本发明提供的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，烟囱结构的热空气出口设置有无动力风帽，烟囱顶部无动力风帽利用自然风力与烟囱结构内外温度差造成的空气热对流，推动涡轮旋转，将室外任何平行方向的空气流动，加速并转变为由下而上垂直的空气流动，带动烟囱通道内空气由下而向上流动，进而加大烟囱抽吸力，进一步提高了烟囱内空气流速，提高装置散热能力。

24、3.本发明提供的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，烟囱结构可在厂房顶部建造，或利用厂房内垂直通道(管道竖井等)建造，显著降低工程投资。

25、4.本发明提供的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，能够利用装置内自力式空冷器本身的烟囱效应进行换热，同时装置自身的烟囱结构和无动力风帽，可进一步增强装置的换热能力，以非能动的方式将核设施余热排出系统传递至空冷器中的热量导入大气环境。

26、5.本发明提供的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，换热管为轴向翅片管，相邻两翅片基管之间的翅片以及烟囱结构内侧壁与邻近烟囱结构的翅片基管上的翅片之间分别形成竖向风道，划分为更多个小的竖向风道，进而更进一步加大空气的流速。

技术特征：

1.一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述装置用于核设施非能动余热导出，包括：

2.根据权利要求1所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述自力式空冷器(1)包括：

3.根据权利要求2所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述换热管(13)为光管，相邻的两排光管之间设置有连接部件。

4.根据权利要求2所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述换热管(13)为轴向翅片管，轴向翅片管包括翅片基管以及若干沿翅片基管周向布置的翅片(14)；相邻两翅片基管之间的翅片(14)以及烟囱结构(6)内侧壁与邻近烟囱结构(6)的翅片基管上的翅片之间分别形成竖向风道(8)。

5.根据权利要求4所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，相邻的两个所述轴向翅片管关于两者轴心连线的中心线相互对称；每一轴向翅片管上的任意两个相邻翅片与相邻的另一轴向翅片管上的两个对称翅片之间形成竖向风道(8)。

6.根据权利要求5所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，相邻的两个所述翅片基管的对称翅片之间具有间距。

7.根据权利要求1所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述自力式空冷器(1)的四周与烟囱结构(6)间密封，以使冷空气只能通过竖向风道(8)进行热量传输的流动。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述烟囱结构(6)的热空气出口设置有无动力风帽(7)，所述无动力风帽(7)适于在室外横向风作用下自动转动以加大烟囱结构(6)的抽吸力。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述烟囱结构(6)的底部为开式结构，以使冷空气从自力式空冷器(1)底部进入，并且自力式空冷器(1)周围的烟囱结构(6)底部设置有支撑结构(62)，保证整个装置的稳定性。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述装置根据核设施所需的余热排放需求进行多模块组合。

11.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种小型模块化非能动空冷器散热装置，其特征在于，所述烟囱结构(6)依托于核设施厂房结构布设。

技术总结
本发明公开了一种小型模块化非能动空冷器散热装置，包括：烟囱结构，底部为冷空气入口，顶部为热空气出口；自力式空冷器，设置在烟囱结构内部，所述自力式空冷器具有至少一个分别与冷空气入口和热空气出口相连通的竖向风道，所述竖向风道能够形成烟囱效应以加快流经竖向风道的空气流速；所述自力式空冷器与核设施余热排出系统进行介质交互，以使得外界冷空气自动进入烟囱结构并与自力式空冷器内部介质进行热交换后排出。本发明能够利用装置内自力式空冷器本身的烟囱效应进行换热，同时装置自身的烟囱结构和无动力风帽，可进一步增强装置的换热能力，以非能动的方式将核设施余热排出系统传递至空冷器中的热量导入大气环境，不依赖外部电源和冷源。

技术研发人员：程红燕,吕军,刘建辉,王亚雄,王昱焜,刘帅
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16