專利名稱:一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及強(qiáng)化換熱技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，用于大型核電反應(yīng)堆壓力容器下球形封頭外強(qiáng)化沸騰換熱。
背景技術(shù)：
大型核電反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時可能導(dǎo)致堆芯熔化，將熔融物冷卻和持留在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)是緩解事故的關(guān)鍵措施。通過向反應(yīng)堆腔室充水，使壓力容器底部半球形封頭淹沒，在壓力容器外部進(jìn)行池內(nèi)沸騰冷卻，是緩解嚴(yán)重事故的一項重要措施。利用壓力容器外側(cè)水的沸騰換熱和非能動自然循環(huán)流動，將半球形封頭內(nèi)熔融物的衰變熱帶走，從而保持壓力容器的完整性，可避免和延緩后續(xù)后果更為嚴(yán)重的事故進(jìn)程的發(fā)生以及核泄漏造成的大量放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放。目前大型核電反應(yīng)堆的壓力容器下球形封頭的外表面，普遍采用普通光滑表面，即目前基本還沒有采用強(qiáng)化換熱措施，這主要是由于大型核電 反應(yīng)堆壓力容器設(shè)備為超大型設(shè)備，如1000MW機(jī)組的反應(yīng)堆壓力容器筒體內(nèi)徑達(dá)4m，壓力容器重量達(dá)400余噸，因此對如此超大型壓力容器下球形封頭的外表面設(shè)置強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)的制造難度較大，所采用的強(qiáng)化換熱措施還有可能對壓力容器的強(qiáng)度和安全性造成不良影響，即使采用目前研究較多的多孔涂層、凸起等強(qiáng)化換熱措施，在運(yùn)輸和安裝過程中比較易于被損壞，而且在長周期運(yùn)行過程中的可靠性、有效性也難于可控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種易于制造、安裝、維護(hù)并可顯著強(qiáng)化沸騰換熱和提高沸騰換熱臨界熱流密度的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
該構(gòu)件包括附壁孔板組件和固定組件。所述附壁孔板組件安裝在反應(yīng)堆壓力容器外壁上且由固定組件支撐固定；附壁孔板組件由相互連接為一體的多個附壁孔板單元組成；附壁孔板單元為孔板結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置多個陣列布置的板孔，起到強(qiáng)化沸騰換熱和提高臨界熱流密度的功效；在附壁孔板單元的內(nèi)側(cè)設(shè)置有多個陣列布置的附壁支件，使附壁孔板單元的內(nèi)壁除附壁支件外的部分，與反應(yīng)堆壓力容器的外壁形成間隙C ；
附壁孔板單元由孔板和連接加強(qiáng)邊板組成，連接加強(qiáng)邊板設(shè)置在孔板的邊緣處。
所述附壁孔板組件的內(nèi)壁貼附在反應(yīng)堆壓力容器下部的外壁上，所述附壁孔板組件的內(nèi)壁的形狀與所貼附的反應(yīng)堆壓力容器下部的外壁形狀相對應(yīng)，為半球形面，或者為球臺球形面，或者為半球形與圓柱形的組合面，或者為球臺球形與圓柱形的組合面。
所述孔板的板厚不超過8mm，采用壓制或焊接成型。
所述孔板的板厚優(yōu)選為l_3mm。
所述板孔的當(dāng)量直徑不超過20mm,所述當(dāng)量直徑為4S/L,其中S為孔的面積,L孔的周長；板孔的開孔率不低于30%，板孔的開孔率為附壁孔板組件上所有板孔的面積之和與附壁孔板組件內(nèi)壁面積之比。[0011]所述板孔的當(dāng)量直徑優(yōu)選為2-10mm ;板孔的開孔率優(yōu)選為為40%_65%。
所述固定組件為支在安全殼的底部的連接桿式支架；或者為安裝在安全殼的側(cè)部的吊架或支架；或者為安裝在反應(yīng)堆壓力容器外壁上的吊架。
所述板孔和附壁支件為四邊形均勻陣列布置、三角形均勻陣列布置或者六邊形均勻陣列布置。
所述間隙C不超過6mm。
所述板孔分為當(dāng)量直徑不同的大板孔和小板孔。
所述板孔為圓孔、包括三角形孔、矩形孔在內(nèi)的多邊形孔、階梯孔、錐形孔、花瓣形孔、翻邊孔、百葉窗結(jié)構(gòu)孔或上述各種孔的組合孔形式。所述附壁支件為丁胞形凸起、肋形凸起、波紋形凸起或柱狀凸起。
所述附壁孔板組件覆蓋反應(yīng)堆壓力容器的下封頭和與下封頭相連接的部分圓柱筒體的外壁；或覆蓋反應(yīng)堆壓力容器的部分下封頭和與下封頭相連接的部分圓柱筒體的外壁；或只覆蓋反應(yīng)堆壓力容器的部分下封頭。
所述附壁孔板單元為由經(jīng)緯線分割的單元，以便于制造、安裝、檢修、維修和檢測；各個附壁孔板單元之間的連接方式為螺栓連接、焊接、鉚接中的一種或者幾種。
所述孔板的內(nèi)側(cè)設(shè)置微多孔層或者粗糙表面。
本發(fā)明還提供了一種基于前面任意一項的強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，所述附壁孔板組件的外壁設(shè)置窄縫流道外蓋板，且附壁孔板組件的外壁與窄縫流道外蓋板的內(nèi)壁間形成一窄縫流道；窄縫流道外蓋板為光滑板結(jié)構(gòu)、百葉窗式板結(jié)構(gòu)、凹凸板結(jié)構(gòu)或波紋板結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果為
(I)可以顯著強(qiáng)化沸騰換熱過程和提高臨界熱流密度，從而可以顯著提高安全性。
(2)由于附壁孔板組件只是貼附在壓力容器的外表面，制造、安裝和檢修等比較方便，制造和安裝質(zhì)量有保證，強(qiáng)化換熱和提高臨界熱流密度的性能穩(wěn)定和長期可靠。而現(xiàn)有對壓力容器外壁進(jìn)行改性的強(qiáng)化換熱技術(shù)(如多孔涂層、凸起等)，則其制造、安裝和檢修等比較麻煩，也易于損壞，而且在長周期運(yùn)行過程中也可能失效(如脫落、裂紋等)，更為嚴(yán)重的是失效后不僅難于監(jiān)測而且難于修復(fù)。
(3)由于附壁孔板組件只是貼附在壓力容器的外表面，不會對壓力容器的強(qiáng)度產(chǎn)生任何不良影響。而現(xiàn)有對壓力容器外壁進(jìn)行改性的強(qiáng)化換熱技術(shù)(如多孔涂層、凸起等)，則可能對壓力容器的強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響，特別是長期運(yùn)行可能由于應(yīng)力集中等原因產(chǎn)生裂紋等嚴(yán)重缺陷，以及由于某些原因產(chǎn)生影響強(qiáng)度的嚴(yán)重缺陷也難于檢測。
(4)由于在壓力容器的外表面覆蓋了附壁孔板組件，相當(dāng)于在壓力容器的外表面增加了保溫層，可有效減少壓力容器的外表面的散熱損失，具有一定的節(jié)能效果。


圖I是本發(fā)明的第一實施例提供的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的第一實施例提供的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的原理結(jié)構(gòu)示意圖。[0029]圖3是本發(fā)明的第一實施例提供的附壁孔板組件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明的第一實施例提供的附壁孔板組件的三維剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的第一實施例提供的附壁孔板組件的三維剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的第一實施例提供的附壁孔板單元的三維剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明的第一實施例提供的孔板的三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明的第一實施例提供的孔板的三維局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明的第一實施例提供的孔板的開孔布置示意圖。
圖10是圖9的孔板的開孔布置的二維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是圖9的孔板的開孔布置的二維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是本發(fā)明的第一實施例提供的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的另一種固定組件及安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是本發(fā)明的第一實施例提供的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的又一種固定組件及安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14是本發(fā)明的第一實施例提供的另一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是本發(fā)明的第一實施例提供的又一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16是本發(fā)明的第一實施例提供的再一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖17是本發(fā)明的第一實施例提供的再一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖18是本發(fā)明的第一實施例提供的一種孔板二維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19是本發(fā)明的第一實施例提供的又一種孔板二維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20是本發(fā)明的第一實施例提供的再一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖21是本發(fā)明的第一實施例提供的再一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖22是本發(fā)明的第一實施例提供的再一種孔板三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖23是本發(fā)明的第一實施例提供的另一種孔板二維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖24是本發(fā)明的第一實施例提供的附壁孔板單元的另一種開孔布置示意圖。
圖25是本發(fā)明的第二實施例提供的附壁孔板組件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號
I-附壁孔板組件；2_固定組件；3_反應(yīng)堆壓力容器；4_安全殼；5_堆芯熔融物；6_沸騰蒸汽泡；7_窄縫流道外蓋板；10-附壁孔板單元；11_板孔；12-附壁支件；13_孔板；14-連接加強(qiáng)邊板；15_孔板的內(nèi)側(cè)；16_孔板的外側(cè)；111-小板孔；112_大板孔；31_下封頭；32_圓柱殼體。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
第一實施例
如圖I至圖3所示，強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件包括附壁孔板組件I和固定組件2。附壁孔板組件I安裝在反應(yīng)堆壓力容器3外壁上且由固定組件2支撐固定，附壁孔板組件I的內(nèi)壁可與在嚴(yán)重事故下產(chǎn)生高熱流密度的反應(yīng)堆壓力容器3的部分的外壁貼附；附壁孔板組件I包括相互連接為一體的多個附壁孔板單元10，附壁孔板單元10為孔板結(jié)構(gòu)，在附壁孔板單元10上設(shè)置有多個陣列布置的板孔11 ;在附壁孔板單元內(nèi)側(cè)15設(shè)置有多個陣列布置的附壁支件12使得附壁孔板組件I的內(nèi)壁與反應(yīng)堆壓力容器3的外壁貼附時支在反應(yīng)堆壓力容器3的外壁上，而使得孔板13內(nèi)壁除附壁支件12外與反應(yīng)堆壓力容器3的外壁形成一定的間隙C。
該強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的工作原理如圖2所示。當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時堆芯發(fā)生融化，堆芯熔融物5落入反應(yīng)堆壓力容器3的下部的球形封頭內(nèi)，此時通過向反應(yīng)堆安全殼4內(nèi)充水使得壓力容器底部半球形封頭淹沒，來對壓力容器外壁進(jìn)行池內(nèi)沸騰冷卻。只要堆芯熔融時的壓力容器外壁的熱流通量沒有超過沸騰換熱臨界熱流密度(簡稱CHF)，反應(yīng)器的外壁面就可以以核態(tài)沸騰換熱的方式得到充分的冷卻，從而保證容器的完整性及阻止核廢料的泄漏。在反應(yīng)堆壓力容器3的外壁安裝的附壁孔板組件1，可以顯著提高其CHF從而顯著提高其安全性，主要表現(xiàn)在(I)可以在附壁孔板組件I上設(shè)置的多個陣列布置的板孔11處形成穩(wěn)定的強(qiáng)烈蒸汽噴射，從而在近壁處形成較強(qiáng)的多縱向渦流并對水形成卷吸，在強(qiáng)化沸騰換熱的同時還可明顯延緩模態(tài)沸騰的產(chǎn)生而提高沸騰換熱臨界熱流；
(2)由于附壁孔板單元內(nèi)側(cè)15除附壁支件12外與反應(yīng)堆壓力容器3的外壁形成一定的間隙C，以及在在附壁孔板組件I上設(shè)置的多個陣列布置的板孔11，明顯增強(qiáng)了反應(yīng)堆壓力容器3外壁的潤濕性，尤其在高熱流沸騰換熱條件下使得換熱表面不易干涸，顯著提聞沸騰換熱臨界熱流；
(3)由于附壁孔板單元內(nèi)側(cè)15除附壁支件12外與反應(yīng)堆壓力容器3的外壁形成一定的間隙C，可以形成穩(wěn)定的氣泡核心并強(qiáng)迫使所產(chǎn)生的蒸汽及時通過多個陣列布置的板孔噴射排走，在強(qiáng)化沸騰換熱的同時還可明顯提高沸騰換熱臨界熱流，從而可以顯著提高安全性。
為了便于理解，下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述本實施例所述構(gòu)件的各部分結(jié)構(gòu)。
附壁孔板組件I :
在嚴(yán)重事故下堆芯熔融物5由壓力容器的下封頭31承接，根據(jù)現(xiàn)有理論分析可能產(chǎn)生高熱密度的為反應(yīng)堆壓力容器3下封頭的中部和上部。因此，附壁孔板組件I可以是覆蓋反應(yīng)堆壓力容器3的下封頭31和與下封頭相連接的部分圓柱筒體32的外壁，如圖4所示；也可以是覆蓋反應(yīng)堆壓力容器3的部分下封頭31和與下封頭相連接的部分圓柱筒體32的外壁，如圖5所示；還可以是只覆蓋反應(yīng)堆壓力容器3的部分下封頭31。
由于附壁孔板組件I的內(nèi)壁貼附在反應(yīng)堆壓力容器3下部的外壁上，因此附壁孔板組件I的內(nèi)壁的形狀與所貼附的反應(yīng)堆壓力容器3下部的外壁形狀相對應(yīng)。目前反應(yīng)堆壓力容器3的下封頭31采用球形封頭(即半球形，外形可為標(biāo)準(zhǔn)半球形或者近似半球形)，因此，附壁孔板組件I的內(nèi)壁可為半球形面(標(biāo)準(zhǔn)半球形或者近似半球形)或者球臺球形面或者半球形與圓柱形的組合面或者球臺球形與圓柱形的組合面。具體地，如果附壁孔板組件I覆蓋全部反應(yīng)堆壓力容器3的下封頭31的外壁，則附壁孔板組件I的內(nèi)壁面可以是半球形面(如圖4所示)，如果附壁孔板組件I覆蓋部分反應(yīng)堆壓力容器3的下封頭31的外壁，則附壁孔板組件I的內(nèi)壁面可以是球臺球形面(如圖5所示)。所述的球臺球形面是兩個平面將球面分割為三部分，其中間的部分為球臺球形面。另外，如果附壁孔板組件I覆蓋全部反應(yīng)堆壓力容器3的下封頭31和與下封頭相連接的部分圓柱筒體32的外壁，則附壁孔板組件I的內(nèi)壁面可以是半球形與圓柱形的組合面，如果附壁孔板組件I覆蓋部分反應(yīng)堆壓力容器3的下封頭31和與下封頭相連接的部分圓柱筒體32的外壁，則附壁孔板組件I的內(nèi)壁面可以是球臺球形與圓柱形的組合面。
在圖1，圖3和圖4中，為了便于制造、安裝、檢修、維修和檢測，將附壁孔板組件I按經(jīng)緯線分割為多個附壁孔板單元10，多個附壁孔板單元10相互之間的連接方式可以是螺栓連接、焊接、鉚接中的一種或者幾種。具體地，組成附壁孔板組件I的附壁孔板單元10為經(jīng)緯線分割球形單元，也就是，附壁孔板單元10的外邊緣為按經(jīng)緯線分割的球形輪廓。
附壁孔板單元10為孔板結(jié)構(gòu)，在附壁孔板單元10上設(shè)置有多個陣列布置的板孔11。一般附壁孔板單元的板厚不超過8_，推薦板厚1_3_，可采用壓制成型和焊接成型中的一種或兩種。在附壁孔板單元10上設(shè)置有多個陣列布置的板孔11，可以先開孔后成型也可以先成型后開孔；開孔方法可以采用鉆孔、沖孔、等離子切割等；板孔11當(dāng)量直徑一般不超過20mm，推薦板孔當(dāng)量直徑2-10mm，當(dāng)量直徑為4S/L，其中S為孔的面積，L孔的周長；陣列布置的板孔11的開孔率不低于30%，推薦開孔率為40%-65%，板孔的開孔率定義為附壁孔板組件I上所有開孔的面積之和與附壁孔板組件I內(nèi)壁面積之比。
附壁孔板單元10由孔板13和連接加強(qiáng)邊板14組成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中，孔板13為主要功能件，起到強(qiáng)化沸騰換熱和提高臨界熱流密度的功效，而在孔板13邊緣設(shè)置的連接加強(qiáng)邊板14主要是為了便于連接和加強(qiáng)附壁孔板單元10的強(qiáng)度?？装?3和連接加強(qiáng)邊板14為一體式結(jié)構(gòu)，可以采用模壓成型、焊接等方法制造。
圖7和圖8是孔板13的三維剖視局部結(jié)構(gòu)示意圖，其中從圖7可以看到孔板的外側(cè)16的三維局部結(jié)構(gòu)，從圖8可以看到孔板的內(nèi)側(cè)15的局部三維結(jié)構(gòu)。從圖7和圖8可以看出，本實施例的孔板13設(shè)置了陣列布置的大板孔111和小板孔112的兩種不同直徑的板孔11，同時在孔板13的內(nèi)側(cè)還設(shè)置了陣列布置的附壁支件12。當(dāng)孔板13內(nèi)壁貼附在反應(yīng)堆壓力容器3的外壁上時，附壁支件12支撐在反應(yīng)堆壓力容器3的外壁上，而孔板13內(nèi)壁除附壁支件12外與反應(yīng)堆壓力容器3的外壁形成一定的間隙?？装?3上設(shè)置的板孔11，可以采用鉆孔、沖孔、等離子切割等方法制造。在孔板13的內(nèi)側(cè)設(shè)置的附壁支件12，可以采用從孔板外側(cè)壓坑而使得孔板內(nèi)側(cè)形成丁胞形凸起的方法制造，即本實施例的附壁支件12為丁胞形凸起結(jié)構(gòu)。
圖9提供了一種孔板13上設(shè)置的板孔11和附壁支件12的陣列布置方式，為四邊形布置結(jié)構(gòu)，圖10和圖11為圖9所示陣列布置的截面剖視結(jié)構(gòu)圖。在圖9、圖10和圖11中，A為陣列中心矩，D為大板孔111的直徑，d為小板孔112的直徑，C為附壁支件12的凸起高度也是附壁孔板單元內(nèi)側(cè)與反應(yīng)堆壓力容器的外壁的間隙。該孔板的孔隙率近似為
(D2+d2)/4A2。該四邊形為等邊四邊形即正方形，也可以是非等邊四邊形。
具體地,本實施例中，D=6mm, d=4mm, A=IOmm,則其孔隙率近似為41%。一般間隙C不超過6mm,推薦間隙C的范圍為0.本實施例的間隙C為Imm ;附壁孔板單元10由厚度2mm的薄壁板模壓成型，一般板厚不超過8mm，推薦板厚l_3mm，在滿足強(qiáng)度的條件下盡量采用薄壁板成型，采用薄壁板成型不僅制造更容易而且強(qiáng)化換熱性能更優(yōu)。此外，本實施例的多個附壁孔板單元10的連接是在相鄰的連接加強(qiáng)邊板處采用螺栓連接為一體，這樣便于安裝和維修等工作。
為了更進(jìn)一步增加孔板的內(nèi)側(cè)15的潤濕性以進(jìn)一步強(qiáng)化沸騰換熱和提高臨界熱流密度，本實施例可以在孔板的內(nèi)側(cè)15設(shè)置微多孔層或者粗糙表面。在孔板的內(nèi)側(cè)15設(shè)置微多孔層，如燒結(jié)金屬顆粒微多孔涂層、燒結(jié)金屬泡沫微多孔涂層、腐蝕微多孔層、噴砂粗糙表面、加工粗糙表面等，可以增強(qiáng)孔板的內(nèi)側(cè)15的潤濕性，更有利于液體進(jìn)入孔板的內(nèi)側(cè)15與反應(yīng)堆壓力容器的外壁的間隙中，從而可以進(jìn)一步強(qiáng)化沸騰換熱和提高臨界熱流密度。
固定組件2:
在本實施例的圖I中，固定組件2為連接桿式支架，支在安全殼4的底部并將附壁孔板組件I支撐固定在反應(yīng)堆壓力容器3外壁上。
固定組件2可以為機(jī)械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中使用的各種固定組件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)其將附壁孔板組件I支撐固定在反應(yīng)堆壓力容器3外壁上的功能即可。例如，圖12示出了一種可用于本實施例的另外一種結(jié)構(gòu)的固定組件2。在圖12中，固定組件2為固定在安裝反應(yīng)堆壓力容器3的安全殼底部側(cè)壁上的固定側(cè)壁吊架，或者固定組件2為固定在安裝反應(yīng)堆壓力 容器3的安全殼底部側(cè)壁上的固定側(cè)壁支架(未給出圖例)。上述兩種支架/吊架結(jié)構(gòu)的固定組件2，即圖I所示的連接桿式支架的和圖12中的固定側(cè)壁吊架或支架，不與反應(yīng)堆壓力容器3直接連接(如焊接、螺栓連接等)，不會對反應(yīng)堆壓力容器3的強(qiáng)度等有不利影響，也便于安裝和維護(hù)。
圖13是示出了又一種固定組件及安裝結(jié)構(gòu)示意圖，該固定組件2為安裝在反應(yīng)堆壓力容器3的外壁上的吊架，盡管在在反應(yīng)堆壓力容器3的外壁上安裝吊架可能對反應(yīng)堆壓力容器的強(qiáng)度有一定的影響，但通過一定的安全措施在保證安全的條件下也可以實現(xiàn)將附壁孔板組件I支撐固定在反應(yīng)堆壓力容器3外壁上的功能。
板孔11:
在圖I中，板孔11為圓孔，也可以是其它結(jié)構(gòu)的異形孔，如圖14示出了一種方形孔(倒圓)的異形孔和圓形孔的組合，其中圓形孔還包括大圓形孔和小圓形孔，其開孔率約為45%，圖15示出了一種階梯孔的異形孔，圖16示出了一種長條孔的異形孔，其開孔率約為50%，圖17，出了一種長條孔(倒圓)的異形孔和圓形孔的組合，其開孔率約為57%，圖18示出了一種百葉窗結(jié)構(gòu)的異形孔，圖19示出了一種錐形結(jié)構(gòu)的異形孔，此外還可以為三角形孔、多邊形孔、花瓣形孔、翻邊孔等結(jié)構(gòu)的異形孔(實施例中未給出實施圖例)或者是上述各種孔的組合形式，只要能實現(xiàn)蒸汽噴射等功能的通孔結(jié)構(gòu)即可。
附壁支件12
在圖I和圖14中，附壁支件12為丁胞形凸起，也可以是肋形凸起(如圖20所示)或者波紋形凸起(如圖17、圖21、圖22所示)，還可以是柱狀凸起(如圖23所示)，只要能實現(xiàn)將附壁孔板組件的內(nèi)壁支在反應(yīng)堆壓力容器的外壁上并使得孔板內(nèi)壁與反應(yīng)堆壓力容器的外壁形成一定的間隙即可。在圖7、圖14至圖22所示附壁支件為壓制成型的結(jié)構(gòu)，也可以是焊接、鉚接等方法成型的結(jié)構(gòu)，如圖23所示的為焊接柱銷結(jié)構(gòu)，前者結(jié)構(gòu)更為簡單適合于間隙C相對較小的場合，而后者結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜適合于間隙C相對較大的場合。此外，還可以將壓制成型的孔板的附壁支件處開孔以增加開孔率，或者將開孔處壓制成型以形成孔形凸起作為孔板的附壁支件(如圖14所示)。
上述實施例的板孔11為四邊形陣列布置，也可以是三角形布置(如圖23所示)或者六邊形(未給出圖例)等其它布置方式。上述實施例的板孔為均勻陣列布置，也可以根據(jù)熱流的不同為非均勻布置，但均勻陣列布置更便于制造。上述實施例設(shè)置了兩種或者三規(guī)格的板孔，也可以為一種或者三種以上的多種規(guī)格的板孔，但設(shè)置兩種或者三規(guī)格的板孔可以兼顧便于制造和優(yōu)良的強(qiáng)化換熱性能。
第二實施例
如圖25所示，強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件包括附壁孔板組件I和固定組件2，以及窄縫流道外蓋板7。與第一實施例不同的是，本實施例在附壁孔板組件I的外側(cè)設(shè)置窄縫流道外蓋板7，并使得附壁孔板組件I的外側(cè)與窄縫流道外蓋板7的內(nèi)側(cè)形成一窄縫流道。
為了使一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)更加清晰，附圖25中選擇性地省略了一些組成部分(如固定組件2等)。因此，以下描述將主要集中窄縫流道外蓋板，而對于壁孔板組件和固定組件等其它與第一實施例相同的部分，下文將不再提及。
窄縫流道外蓋板7
當(dāng)反應(yīng)堆壓力容器3的外表面處發(fā)生沸騰換熱時，所產(chǎn)生的汽泡在浮力的作用下使得反應(yīng)堆壓力容器3的外表面的近壁處的液體隨同汽泡一起產(chǎn)生向上的自然對流流動，由于設(shè)置了窄縫流道外蓋板7，該自然對流流動流過窄縫流道外蓋板7與附壁孔板組件I和反應(yīng)堆壓力容器3的外表面之間的窄縫流道，明顯進(jìn)一步強(qiáng)化了該處的沸騰換熱過程。
具體的，如圖24所示，窄縫流道外蓋板7為多個蓋板組裝而成以便于制造、安裝、檢修等，窄縫流道外蓋板7與附壁孔板組件I的連接可以采用焊接、螺栓連接和鉚接等方式，只要窄縫流道外蓋板7與附壁孔板組件I和反應(yīng)堆壓力容器3的外表面之間形成一定的窄縫流道即可，該窄縫流道可明顯進(jìn)一步強(qiáng)化了該處的沸騰換熱過程。
具體的，如圖24所示，窄縫流道外蓋板7為光滑板結(jié)構(gòu)，也可以為百葉窗式板結(jié)構(gòu)，凹凸板結(jié)構(gòu)、波紋板結(jié)構(gòu)等以進(jìn)一步強(qiáng)化換熱和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時還可以在每片蓋板的上設(shè)置加強(qiáng)板和連接板以便于連接和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，包括附壁孔板組件(I)和固定組件(2)，其特征在于，所述附壁孔板組件(I)安裝在反應(yīng)堆壓力容器(3 )外壁上且由固定組件(2 )支撐固定；附壁孔板組件(I)由相互連接為一體的多個附壁孔板單元(10)組成；附壁孔板單元(10)為孔板結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置多個陣列布置的板孔(11)，起到強(qiáng)化沸騰換熱和提高臨界熱流密度的功效；在附壁孔板單元(10)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有多個陣列布置的附壁支件(12)，使附壁孔板單元(10)的內(nèi)壁除附壁支件(12)外的部分，與反應(yīng)堆壓力容器(3)的外壁形成間隙C ; 附壁孔板單元(10)由孔板(13)和連接加強(qiáng)邊板(14)組成，連接加強(qiáng)邊板(14)設(shè)置在孔板(13)的邊緣處。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述附壁孔板組件(I)的內(nèi)壁貼附在反應(yīng)堆壓力容器(3)下部的外壁上，所述附壁孔板組件(I)的內(nèi)壁的形狀與所貼附的反應(yīng)堆壓力容器(3)下部的外壁形狀相對應(yīng)，為半球形面，或者為球臺球形面，或者為半球形與圓柱形的組合面，或者為球臺球形與圓柱形的組合面。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述孔板(13)的板厚不超過8mm，采用壓制或焊接成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述孔板(13)的板厚優(yōu)選為l_3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述板孔(11)的當(dāng)量直徑不超過20mm，所述當(dāng)量直徑為4S/L，其中S為孔的面積，L孔的周長；板孔(11)的開孔率不低于30%，板孔的開孔率為附壁孔板組件(I)上所有板孔(11)的面積之和與附壁孔板組件(I)內(nèi)壁面積之比。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述板孔(11)的當(dāng)量直徑優(yōu)選為2-10mm ;板孔(11)的開孔率優(yōu)選為為40%_65%。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述固定組件(2)為支在安全殼(4)的底部的連接桿式支架；或者為安裝在安全殼(4)的側(cè)部的吊架或支架；或者為安裝在反應(yīng)堆壓力容器(3)外壁上的吊架。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述板孔(11)和附壁支件(12)為四邊形均勻陣列布置、三角形均勻陣列布置或者六邊形均勻陣列布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述間隙C不超過6mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述板孔(11)分為當(dāng)量直徑不同的大板孔(111)和小板孔(112)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述板孔(11)為圓孔、包括三角形孔、矩形孔在內(nèi)的多邊形孔、階梯孔、錐形孔、花瓣形孔、翻邊孔、百葉窗結(jié)構(gòu)孔或上述各種孔的組合孔形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述附壁支件(12)為丁胞形凸起、肋形凸起、波紋形凸起或柱狀凸起。
13.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述附壁孔板組件(I)覆蓋反應(yīng)堆壓力容器(3)的下封頭和與下封頭相連接的部分圓柱筒體的外壁；或覆蓋反應(yīng)堆壓力容器(3)的部分下封頭和與下封頭相連接的部分圓柱筒體的外壁；或只覆蓋反應(yīng)堆壓力容器(3)的部分下封頭。
14.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述附壁孔板單元(10)為由經(jīng)緯線分割的單元，以便于制造、安裝、檢修、維修和檢測；各個附壁孔板單元(10)之間的連接方式為螺栓連接、焊接、鉚接中的一種或者幾種。
15.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述孔板(13)的內(nèi)側(cè)設(shè)置微多孔層或者粗糙表面。
16.一種基于權(quán)利要求
1-15中任意一項的強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件，其特征在于，所述附壁孔板組件(I)的外壁設(shè)置窄縫流道外蓋板(7)，且附壁孔板組件(I)的外壁與窄縫流道外蓋板(7)的內(nèi)壁間形成一窄縫流道；窄縫流道外蓋板(7)為光滑板結(jié)構(gòu)、百葉窗式板結(jié)構(gòu)、凹凸板結(jié)構(gòu)或波紋板結(jié)構(gòu)。
專利摘要
一種強(qiáng)化沸騰換熱附壁孔板組裝殼構(gòu)件涉及強(qiáng)化換熱技術(shù)領(lǐng)域：
。附壁孔板組件安裝在反應(yīng)堆壓力容器外壁上且由固定組件支撐固定；附壁孔板組件由相互連接為一體的多個附壁孔板單元組成；附壁孔板單元為孔板結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置多個陣列布置的板孔；在附壁孔板單元的內(nèi)側(cè)設(shè)置有多個陣列布置的附壁支件，使附壁孔板單元的內(nèi)壁除附壁支件外的部分，與反應(yīng)堆壓力容器的外壁形成間隙；附壁孔板單元由孔板和連接加強(qiáng)邊板組成，連接加強(qiáng)邊板設(shè)置在孔板的邊緣處。本發(fā)明可以顯著強(qiáng)化沸騰換熱過程和提高臨界熱流密度，從而可以顯著提高安全性；強(qiáng)化換熱和提高臨界熱流密度的性能穩(wěn)定。
文檔編號G21C15/12GKCN102969033SQ201210413862
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月25日
發(fā)明者孟繼安 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan