本发明属于换热技术领域，具体涉及一种非能动蓄冷型换热装置。
背景技术：
核电站主控室在失去正常电源后，仍需保证房间内的设计温度。现有设计中，多由柴油发电机在失电时为能动通风和冷却设备供电，设计复杂，投资较大，仍有一定的失效风险，且能动设备产生的噪声将影响主控室操作人员的工作效率。
另外存在一种采用混凝土加金属肋片的围护结构蓄冷方案，在事故时释放一定的冷量降低房间温度，但混凝土蓄冷密度和肋片传热系数较低，设施占地太大，在实际工程中难以负担房间所有冷负荷。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种非能动蓄冷型换热装置，在失去所有核电站厂内外电源后，仅通过水蓄冷和热管非能动导热的方式，维持一定时间内散热房间温度不超过设计值。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种非能动蓄冷型换热装置，包括：待冷却的散热房间、热管组件、蓄冷水箱、通风房间，通风房间与散热房间相邻且通过楼板隔开，通风房间设置于散热房间上方，热管组件包括：至少两根用于传热的热管，热管用于盛放液体工质，热管包括：依次连接的蒸发段、绝热段、冷凝段，热管贯穿通风房间与散热房间之间的楼板，绝热段设置于楼板内，蒸发段设置于散热房间内，冷凝段设置于蓄冷水箱内，蓄冷水箱用于通入冷却水对热管内的液体工质进行蓄冷，蓄冷水箱设置于通风房间内。
优选的是，热管包括：内层铜管、设置于内层铜管外的外层钢管。
优选的是，蓄冷水箱包括：水箱本体、设置于水箱本体上的用于进水的进水口、用于通气的通气口、用于溢流的溢流口、用于泄水的泄水口。
优选的是，蓄冷水箱还包括：设置于水箱本体上预设水位的消防用水接口。本发明中的蓄冷水箱可就近为散热房间的应急过滤系统中的碘吸附器提供消防用水，保证火灾时的用水需求，以简化厂房消防系统。
优选的是，所述的非能动蓄冷型换热装置，还包括：设置于水箱本体内的温度检测器、与进水口连接的进水管、设置于进水管上的电动调节阀，温度检测器与电动调节阀电连接，当温度检测器检测到的水温高于设计值上限，则联锁开启电动调节阀；当温度检测器检测到的水温高于设计值下限，则联锁关闭电动调节阀。
优选的是，热管组件还包括：上支撑板、预埋槽钢，上支撑板设置于蓄冷水箱的底板上，热管与上支撑板连接，预埋槽钢预埋于楼板内，上支撑板与预埋槽钢固定连接。
优选的是，热管组件还包括：下支撑板，下支撑板与预埋槽钢固定连接，热管与下支撑板仅为接触连接。
优选的是，热管组件还包括：法兰，热管与法兰连接，热管通过法兰固定于上支撑板上。
优选的是，散热房间为主控室、电气设备间、仪控设备间、反应堆安全壳、柴油发电机大厅、风管中的任意一个或几个。
优选的是，热管呈阵列排布。
本发明中的换热装置的蓄冷功能由蓄冷水箱实现，可通过3种方式进行蓄冷：通过向蓄冷水箱注入冷冻水；热管组件的金属部分将通风房间室内多余冷量导入蓄冷水箱；蓄冷水箱外表面自然通风。其中，冷冻水注入可由蓄冷水箱内的温度检测器和电动调节阀进行控制。通过以上方式维持蓄冷水箱内的水温常年低于设计温度，使蓄冷水箱的蓄冷量大于失电后一定时间内的房间冷负荷。
本发明中的非能动换热功能由热管组件实现。核电站正常运行时，当蓄冷水箱温度低于散热房间的室内温度时，热管循环启动，通过非能动热管换热承担部分散热房间冷负荷，节约能动冷却设备运行能耗；核电站失电时，随着散热房间温度升高至水箱温度后，热管循环启动，通过热管非能动换热将水箱蓄冷量释放至散热房间，维持散热房间一定时间内的最高设计温度，保证人员可居留要求。
附图说明
图1是本发明实施例2中的非能动蓄冷型换热装置结构示意图；
图2为本发明实施例2中的热管组件的结构示意图；
图3为本发明实施例2中的单根热管的结构示意图；
图4为本发明实施例2中的蓄冷水箱的结构示意图。
图中：1-散热房间；2-通风房间；3-蓄冷水箱；4-热管组件；5-蒸发段；6-冷凝段；7-绝热段；8-热管；9-上支撑板；10-下支撑板；11-法兰；12-加强板；13a,13b-垫片；14a,14b,14c-螺栓；15-底板；16-预埋槽钢；17-内层铜管；18-外层钢管；19-液体工质；20-法兰孔；21-焊缝；22-楼板；23-进水口；24-进水管；25-泄水口；26-泄水管；27-溢流口；28-溢流管；29-消防用水接口；30-消防接管；31-通气口；32-温度检测器；33-电动调节阀。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1
本实施例提供一种非能动蓄冷型换热装置，包括：待冷却的散热房间、热管组件、蓄冷水箱、通风房间，通风房间与散热房间相邻且通过楼板隔开，通风房间设置于散热房间上方，热管组件包括：至少两根用于传热的热管，热管用于盛放液体工质，热管包括：依次连接的蒸发段、绝热段、冷凝段，热管贯穿通风房间与散热房间之间的楼板，绝热段设置于楼板内，蒸发段设置于散热房间内，冷凝段设置于蓄冷水箱内，蓄冷水箱用于通入冷却水对热管内的液体工质进行蓄冷，蓄冷水箱设置于通风房间内。在失去所有核电站厂内外电源后，仅通过水蓄冷和热管非能动导热的方式，维持一定时间内散热房间温度不超过设计值。蒸发段内的液体工质在主控室内受热蒸发，绝热段在楼板内为绝热状态，冷凝段的液体工质在蓄冷水箱内受冷冷凝。
本实施例中的换热装置的蓄冷功能由蓄冷水箱实现，可通过3种方式进行蓄冷：通过向蓄冷水箱注入冷冻水；热管组件的金属部分将通风房间室内多余冷量导入蓄冷水箱；蓄冷水箱外表面自然通风。其中，冷冻水注入可由蓄冷水箱内的温度检测器和电动调节阀进行控制。通过以上方式维持蓄冷水箱内的水温常年低于设计温度，使蓄冷水箱的蓄冷量大于失电后一定时间内的房间冷负荷。
本实施例中的非能动换热功能由热管组件实现。核电站正常运行时，当蓄冷水箱温度低于散热房间的室内温度时，热管循环启动，通过非能动热管换热承担部分散热房间冷负荷，节约能动冷却设备运行能耗；核电站失电时，随着散热房间温度升高至水箱温度后，热管循环启动，通过热管非能动换热将水箱蓄冷量释放至散热房间，维持散热房间一定时间内的最高设计温度，保证人员可居留要求。
实施例2
如图1～4所示，本实施例提供一种非能动蓄冷型换热装置，包括：待冷却的散热房间1、热管组件4、蓄冷水箱3、通风房间2，通风房间2与散热房间1相邻且通过楼板22隔开，通风房间2设置于散热房间1上方，热管组件4包括：至少两根用于传热的热管8，热管8用于盛放液体工质19，热管8包括：依次连接的蒸发段5、绝热段7、冷凝段6，热管8贯穿通风房间2与散热房间1之间的楼板22，绝热段7设置于楼板22内，蒸发段5设置于散热房间1内，冷凝段6设置于蓄冷水箱3内，蓄冷水箱3用于通入冷却水对热管8内的液体工质19进行蓄冷，蓄冷水箱3设置于通风房间2内。具体的，本实施例中的待冷却的散热房间1房间为主控室，热管组件4为重力式热管组件，热管8安装于散热房间1的屋顶，热管8的蒸发段5位于散热房间1上部空间，冷凝段6位于蓄冷水箱3底部，绝热段7通过钢结构框架固定在楼板22中。在失去所有核电站厂内外电源后，仅通过水蓄冷和热管8非能动导热的方式，维持一定时间内散热房间1房间温度不超过设计值。
通过这样的布置方式，利用重力可实现热管8导热的单向性，即散热房间1房间热量易于导入蓄冷水箱3，蓄冷水箱3热量难以进入散热房间1房间。同时热管8将蓄冷水箱3和散热房间1房间连接为一个整体传热单元，大大增加了散热房间1房间热惰性，散热房间1房间温度峰值和波动幅度将远小于室外，提高了散热房间1房间抵御热影响的被动安全性。
具体的，热管8用于盛放的液体工质19为水或制冷剂。楼板22为混凝土楼板。
如图3所示，优选的是，热管8包括：内层铜管17、设置于内层铜管17外的外层钢管18。内层铜管17保证了和工质的相容性，不论采用水还是制冷剂，在工作过程中均不会产生不凝性气体，提高了热管8的使用寿命。不锈钢的外层钢管18保证了热管8的机械加工、防腐和抗震性能。
如图4所示，优选的是，蓄冷水箱3包括：水箱本体、设置于水箱本体上的用于进水的进水口23、用于通气的通气口31、用于溢流的溢流口27、用于泄水的泄水口25。具体的，进水口23设置于水箱本体的顶部，用于接厂房冷冻水系统。通气口31设置于水箱本体最高处。溢流口27、泄水口25，用于接厂房排水系统。进水口23连接冷冻水进水管24，泄水口25连接泄水管26，溢流口27连接溢流管28。
优选的是，蓄冷水箱3还包括：设置于水箱本体上预设水位的消防用水接口29。消防用水接口29用于接散热房间1的应急过滤系统中的碘吸附器，本实施例中的蓄冷水箱3可就近为散热房间1的应急过滤系统中的碘吸附器提供消防用水，保证火灾时的用水需求，以简化厂房消防系统。消防用水接口29连接消防接管30。根据单一故障准则，不考虑火灾和失电同时发生，因此蓄冷水箱3中部分水量可作为备用消防用水，散热房间1应急新风过滤系统的碘吸附器一般布置在散热房间1的下层，利用蓄冷水箱3高差可实现非能动注水，高效迅速扑灭火灾，且由于管道距离短，相比厂房集中消防系统投资更少。
优选的是，所述的非能动蓄冷型换热装置，还包括：设置于水箱本体内的温度检测器32、与进水口23连接的进水管24、设置于进水管24上的电动调节阀33，温度检测器32与电动调节阀33电连接，当温度检测器32检测到的水温高于设计值上限，则联锁开启电动调节阀33；当温度检测器32检测到的水温高于设计值下限，则联锁关闭电动调节阀33。具体的，本实施例中的温度检测器32为温度传感器，温度传感器还连接外界仪表控制系统，温度传感器采用连续量仪表。
如图2所示，优选的是，热管组件4还包括：上支撑板9、预埋槽钢16，上支撑板9设置于蓄冷水箱3的底板15上，热管8与上支撑板9螺栓固定连接，预埋槽钢16预埋于楼板22内，上支撑板9与预埋槽钢16固定连接。
优选的是，热管组件4还包括：下支撑板10，下支撑板10与预埋槽钢16固定连接。下支撑板10与热管8仅为接触连接，用于限制热管8末端的水平位移，以便在蓄冷水箱3侧对热管8进行检修更换。
优选的是，热管组件4还包括：法兰11，热管8与法兰11连接，热管8通过法兰11固定于上支撑板9上。具体的，法兰11与热管8之间留有焊缝21，通过焊缝21将法兰11焊接固定于热管8上，法兰11上设置有法兰孔20，上支撑板9上设置有螺栓孔，螺栓14a穿过法兰孔20、螺栓孔，在法兰11与上支撑板9之间还设置有垫片13，将螺母锁紧，法兰11与上支撑板9螺接，通过螺栓14a和垫片13a将热管8固定于上支撑板9上，热管8的绝热段7固定于楼板22洞中。通过螺栓14b和垫片13b将上支撑板9固定于预埋槽钢16上，上支撑板9与预埋槽钢16螺接。通过螺栓14c将下支撑板10固定于预埋槽钢16上，下支撑板10与预埋槽钢16螺接。因热管8寿命低于核电站运行寿命，所以上述结构尽可能少的采用焊接方式，通过部件间的螺栓连接保证热管组件4和单根热管8安装、检修和更换的便捷性。具体的，本实施例中的垫片13为水密垫片。
优选的是，热管组件4还包括与上支撑板9连接的加强板12，为满足抗震要求，在上支撑板9上焊接加强板12以提高抗弯性能。
优选的是，散热房间1为主控室、电气设备间、仪控设备间、反应堆安全壳、柴油发电机大厅、风管中的任意一个或几个。
优选的是，热管8呈阵列排布。单根热管8长度小于2m，可保证其具备较小的启动温差和较高的传热效率，在过渡季和失电时均可稳定工作，同时满足节能和安全要求。尤其当刚发生失电事故时，散热房间1房间冷负荷短时间内仍处于峰值，而热管8的传热系数随温差变大而增加，相比其它固定传热系数的非能动冷却方式，消化峰值负荷的能力更强。
本实施例中的换热装置的蓄冷功能由蓄冷水箱3实现，可通过3种方式进行蓄冷：通过进水口23向蓄冷水箱3注入冷冻水；热管组件4的金属部分将通风房间2室内多余冷量导入蓄冷水箱3；蓄冷水箱3外表面自然通风。其中，冷冻水注入可由蓄冷水箱3内的温度检测器32和电动调节阀33进行控制。通过以上方式维持蓄冷水箱3内的水温常年低于设计温度，使蓄冷水箱3的蓄冷量大于失电后一定时间内的房间冷负荷。
本实施例中的非能动换热功能由热管组件4实现。核电站正常运行时，当蓄冷水箱3温度低于散热房间1的室内温度时，热管8循环启动，通过非能动热管8换热承担部分散热房间1房间冷负荷，节约能动冷却设备运行能耗；核电站失电时，随着散热房间1房间温度升高至水箱温度后，热管8循环启动，通过热管8非能动换热将水箱蓄冷量释放至散热房间1，维持散热房间1房间一定时间内的最高设计温度，保证人员可居留要求。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
1.一种非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，包括：待冷却的散热房间、热管组件、蓄冷水箱、用于通风的通风房间，通风房间与散热房间相邻且通过楼板隔开，通风房间设置于散热房间上方，热管组件包括：至少两根用于传热的热管，热管用于盛放液体工质，热管包括：依次连接的蒸发段、绝热段、冷凝段，热管贯穿通风房间与散热房间之间的楼板，绝热段设置于楼板内，蒸发段设置于散热房间内，冷凝段设置于蓄冷水箱内，蓄冷水箱用于通入冷却水对热管内的液体工质进行蓄冷，蓄冷水箱设置于通风房间内。
2.根据权利要求1所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，热管包括：内层铜管、设置于内层铜管外的外层钢管。
3.根据权利要求1所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，蓄冷水箱包括：水箱本体、设置于水箱本体上的用于进水的进水口、用于通气的通气口、用于溢流的溢流口、用于泄水的泄水口。
4.根据权利要求3所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，蓄冷水箱还包括：设置于水箱本体上预设水位的消防用水接口。
5.根据权利要求3所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，还包括：设置于水箱本体内的温度检测器、与进水口连接的进水管、设置于进水管上的电动调节阀，温度检测器与电动调节阀电连接，当温度检测器检测到的水温高于设计值上限，则联锁开启电动调节阀；当温度检测器检测到的水温高于设计值下限，则联锁关闭电动调节阀。
6.根据权利要求1所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，热管组件还包括：上支撑板、预埋槽钢，上支撑板设置于蓄冷水箱的底板上，热管与上支撑板连接，预埋槽钢预埋于楼板内，上支撑板与预埋槽钢固定连接。
7.根据权利要求6所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，热管组件还包括：下支撑板，下支撑板与预埋槽钢固定连接，热管与下支撑板仅为接触连接。
8.根据权利要求6所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，热管组件还包括：法兰，热管与法兰连接，热管通过法兰固定于上支撑板上。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，散热房间为主控室、电气设备间、仪控设备间、反应堆安全壳、柴油发电机大厅、风管中的任意一个或几个。
10.根据权利要求1～8任意一项所述的非能动蓄冷型换热装置，其特征在于，热管呈阵列排布。
技术总结