一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其主要由上段槽，上段引流管，下段槽，下段引流管和水斗式储能系统组成，所述的水斗式储能系统包括收集结构、管道结构、叶轮结构、齿轮啮合结构、储能结构和排水结构，用于具有非能动钢制安全壳冷却系统的反应堆中。经过上段引流管引入收集结构的液体，一方面可以减少侧壁的液膜厚度，提高侧壁的换热效率；另一方面则经过管道结构流经叶轮结构，推动叶轮转动，进而推动齿轮啮合结构转动，使得发电储能结构得以收集流体的重力势能，完成能量的回收利用。做功完成后的液体，同样经过排水结构排入地坑，用于堆芯的低压循环冷却。

【技术实现步骤摘要】
一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统
本专利技术涉及的是非能动安全壳冷却系统的能量回收利用设备，具体是指一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统。
技术介绍
长期以来，能源问题一直是困扰人类能否可持续发展的核心问题之一。自从核能步入商用以来，由于其较好的经济性和运行期间零排放的特性，使得核能在许多国家中已经成为了主要能源。而其他的许多国家也在不遗余力的发展核电技术，这也必将使得核电的使用范围越来越广泛。与此同时，影响核电推广的最关键的因素，就是核电自身的安全性是否能得到保障。在一般的核电站中，都设计有相应的能动安全设置，保证在事故工况下的堆芯安全。为了进一步提高核电厂的固有安全性，在第三代以及最新的第四代核电技术中设置有相应的非能动安全设施。在目前已经修建投入运行的核电站中，AP1000是最具有代表性的采用了非能动设计的电站之一。其采用了双层钢制安全壳的形式，配合空气的自然循环和高位水箱依靠重力形成的水膜，导出在事故工况下被喷放到安全壳内的蒸汽产生的热量，确保安全壳内的温度和压力在规定限值以内。为了优化这一形式下的非能动安全壳导热系统的设计，有许多的专利提出了优化方案。例如在专利CN201710437433.7和CN201621002143.7中，作者使用回流设计提高了安全壳夹层中的冷却水的利用率以及翅片设计提高了换热效率。而在专利CN201520330100.0则采用了一种热管导液装置，也用于提高夹层中液膜的换热效率。在专利CN201910195647.7中，则使用了收集夹层中尚未完全蒸发的液膜，并将其收集作为堆坑中的循环水加以利用。些专利优化非能动安全壳设计的方向主要集中双层安全壳的夹层之中，而在内层安全壳内部的优化设计则较少。反应堆发生事故时喷放的大量蒸汽会在内层的安全壳内部冷凝，并产生大量液体，其具有的重力势能和液体本身同样具有较高的利用价值。因此，有必要专利技术一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，以充分利用安全壳内部冷凝产生液体的重力势能，并将这些液体收集到地坑当中，并作为核电厂在事故条件下的应急能源和循环散热的水源，增强安全壳的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，以实现安全壳内冷凝水重力势能的回收利用，确保安全壳内的压力和温度在规定限值以内，并为事故条件下的能动缓解措施提供额外的能量。本专利技术的目的是这样实现的：包括设置在安全壳内壁面的上段槽和下段槽、设置在上段槽底部的上段引流管、设置在下段槽底部的下段引流管、水斗式储能系统，上段槽和下段槽均为环形直角结构且设置在安全壳内壁的周向上，环形直角结构与安全壳壁面共同组成槽形结构，下段引流管的端部伸至地坑处，水斗式储能系统包括收集结构、管道结构、叶轮结构、齿轮啮合结构、储能结构和排水结构，收集结构与管道结构相连，管道结构与叶轮结构和排水结构相连，叶轮结构通过齿轮啮合结构与储能结构相连，上段引流管的端部伸至收集结构内。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.所述收集结构为一个渐缩管，且渐缩管上部为环形、下部为方形，管道结构包括一个与渐缩管下部连通的方形直管、设置在方形直管侧面的盘形管，叶轮结构包括通过叶轮主轴设置在盘形管内的叶轮，储能结构包括磁励发电装置和电池，叶轮将运动通过齿轮啮合结构传递至磁励发电装置。2.所述的齿轮啮合结构包括与设置在主轴上的叶轮齿轮、设置在磁励发电装置输入轴上的电机齿轮和外壳。3.上段引流管和下段引流管为直管光管，上段槽和下段槽与水平面呈5°倾斜，且上、下段引流管的顶部放置在对应槽形结构的最低点，且通过支撑柱与安全壳内壁面相连。4.在事故发生时，蒸汽会在安全壳内壁面冷凝，上段槽会收集上半部分安全壳内壁面冷凝产生的液体，在利用其势能的同时减小下半部分安全壳内壁面冷凝产生的液膜热阻，增加整体安全壳壁面的换热效率；经过上段槽收集的冷凝水经过收集结构并推动在管道结构中的叶轮结构旋转，产生的动能经过齿轮啮合结构传递到储能结构中储存并用于安全壳的相关能动设备；做功后的冷凝液体以及经过下段槽收集的冷凝液体分别经过排水结构和下段引流管导向地坑当中，用于低压自然循环。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术在安全壳内置换热器中引入了水斗式储能系统。其利用蒸汽冷凝后产生的水流势能，将其转化为的动能进一步经过传动转化为电能进行储存，可有效利用蒸汽被冷凝后所具有的重力势能，为其他能动设备提供额外的应急能源。2)本专利技术在安全壳内中引入了冷凝水收集装置，其绕安全壳一周的结构，使得在安全壳壁面冷凝的大部分流体都能经过收集流向地坑，一方面为反应堆在事故条件下的低压自然循环提供了更多的冷却剂，提高了反应堆冷却剂的利用率；另一方面防止了安全壳中段壁面产生液膜，提高了安全壳冷凝换热系统的换热效率。3)本专利技术在反应堆发生严重事故时，可以提供额外的电能，协同安全壳内的其他能动安全设施，使安全壳内部尽快的降温降压，保证安全壳内的压力、温度在规定限值以内，确保安全壳的结构完整性不遭破坏。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是叶轮结构示意图；图3a是齿轮啮合结构仰视图，图3b是齿轮啮合结构侧视图；图4是叶轮的单叶片的剖视图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。结合图1-4，本专利技术提供一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统。主要有上段槽1、上段引流管2、渐缩管3、方管4，叶轮5、排水管6、下段槽7、下段引流管8、支撑台9、储能电机10、安全壳气空间11、安全壳内壁面12、支撑柱13和水斗式储能系统，适用于具有非能动钢制安全壳冷却系统的反应堆中。上段槽通过上段引流管与水斗式储能系统相连，水斗式储能系统将完成做功后的冷凝产生的液体收集到地坑当中，可以用于低压循环导出堆芯热量。下段槽收集的壁面冷凝水则通过下段引流管直接送到地坑当中，可以避免液体储存在安全壳内的其他局部位置，降低地坑中的可用冷凝水量。所述的上段槽和下段槽采用环形布置，自身为直角结构，直角结构与安全壳壁面共同组成槽形结构，整体结构优选5°的倾角。其中，上段槽负责收集在安全壳顶部冷凝的大量水蒸气，用以做功储能，下段槽负责收集在安全壳一周冷凝的部分水蒸气，用以集中送往地坑；上段槽本体为一个具有5°倾角直角刚制沟槽结构，以焊接的方式固定在安全壳一周的壁面上，且表面经过了喷漆处理，保证在长期的待命状态下不会发生腐蚀；下段槽本体为一个具有5°倾角直角刚制沟槽结构，以焊接的方式固定在安全壳一周的壁面上，且表面经过了喷漆处理，保证在长期的待命的状态下不会发生腐蚀。所述的上段引流管和下段引流管为直管光管，分别布置在上段槽和下段槽的底部，其位置取决于核电厂内的整体布置方式，但引流管的顶部必须放置在各自相接的沟槽结构的最低点，且通过支撑柱与安全壳内壁面相连；上段引流管使用优选的钢制国标光滑圆管，以斜布的形式连接上段槽的底部和水斗式储能系统的顶部；下段引流管使用优选的钢制国标光滑圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：包括设置在安全壳内壁面的上段槽和下段槽、设置在上段槽底部的上段引流管、设置在下段槽底部的下段引流管、水斗式储能系统，上段槽和下段槽均为环形直角结构且设置在安全壳内壁的周向上，环形直角结构与安全壳壁面共同组成槽形结构，下段引流管的端部伸至地坑处，水斗式储能系统包括收集结构、管道结构、叶轮结构、齿轮啮合结构、储能结构和排水结构，收集结构与管道结构相连，管道结构与叶轮结构和排水结构相连，叶轮结构通过齿轮啮合结构与储能结构相连，上段引流管的端部伸至收集结构内。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：包括设置在安全壳内壁面的上段槽和下段槽、设置在上段槽底部的上段引流管、设置在下段槽底部的下段引流管、水斗式储能系统，上段槽和下段槽均为环形直角结构且设置在安全壳内壁的周向上，环形直角结构与安全壳壁面共同组成槽形结构，下段引流管的端部伸至地坑处，水斗式储能系统包括收集结构、管道结构、叶轮结构、齿轮啮合结构、储能结构和排水结构，收集结构与管道结构相连，管道结构与叶轮结构和排水结构相连，叶轮结构通过齿轮啮合结构与储能结构相连，上段引流管的端部伸至收集结构内。


2.根据权利要求1所述的一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：所述收集结构为一个渐缩管，且渐缩管上部为环形、下部为方形，管道结构包括一个与渐缩管下部连通的方形直管、设置在方形直管侧面的盘形管，叶轮结构包括通过叶轮主轴设置在盘形管内的叶轮，储能结构包括磁励发电装置和电池，叶轮将运动通过齿轮啮合结构传递至磁励发电装置。


3.根据权利要求1或2所述的一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：所述的齿轮啮合结构包括与设置在主轴上的叶轮齿轮、设置在磁励发电装置输入轴上的电机齿轮和外壳。


4.根据权利要求1或2所述的一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：上段引流管和下段引流管为直管光管，且上、下段引流管的顶部放置在对应槽形结构的最低点，且通过支撑柱与安全壳内壁面相连。


5.根据权利要求3所述的一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：上段引流管和下段引流管为直管光管，上段槽和下段槽与水平面呈5°倾斜，且上、下段引流管的顶部放置在对应槽形结构的最低点，且通过支撑柱与安全壳内壁面相连。


6.根据权利要求2所述的一种采用冷凝水收集装置的能量回收利用系统，其特征在于：在事故发生时，蒸汽会在安全壳内壁面冷凝，上段槽会收集上半部分安全壳内壁面冷凝产生的液体，在利用其势能的同时减小下半部分安全壳内壁面冷凝产生的液膜热阻，增加整体安全壳壁面的换热效率；经...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁铭，李龚霖，彭翔，边浩志，曹夏昕，孙中宁，邢继，张楠，孟兆明，李伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23