一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统的制作方法

1.本实用新型涉及余热换能技术领域，具体涉及一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统。


背景技术：

2.社会的发展离不开国防建设，我国建成了众多的地下防护工程。地下防护维修工程能正常运转，要求工程内部空气的温湿度必须保持在一定范围内，而这正是通过地下排热系统实现的。随着地下防护工程中电子设备急剧增多，工程中的余热大大增加，导致原有的冷却水池储热容量不足。另外，排热系统中的冷凝器以往是通过加设空气冷却塔来进行冷却，而空气冷却塔存在工程红外暴露的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中余热增加，使得排出效果不佳，易造成工程红外暴露的问题，目的在于提供一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，维持冷却池温度在较小的范围内波动，解决传统地下排热系统模式的不足，提高冷却池储热密度、增强工程隐蔽性。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，包括冷却池、蓄热装置和换热装置；所述换热装置的吸热端位于所述冷却池中，所述换热装置的放热端埋于地下土壤中；所述冷却池中装有冷却液，所述蓄热装置浸没于所述冷却液中；蒸汽发生器的余热排出冷却器浸没于所述冷却液中。
6.本实用新型将蓄热装置设置于下防护工程冷却池中，在不增加冷却池容积的基础上，可增加冷却液体的热容量，延缓冷却液温度上升速率；另一方面借助地埋换热装置，使得冷却池中的热量排放由地上空冷塔转移至地下土壤中，维持冷却池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行，提高冷却池储热密度、增强工程隐蔽性，减少了红外暴露的危险。
7.进一步的，所述换热装置为地埋管换热器。
8.进一步的，所述地埋管换热器为螺旋型地埋管换热器，所述螺旋型地埋管换热器位于地下的放热端呈螺旋型。
9.进一步的，所述地埋管换热器呈水平方式或垂直方式埋于地下土壤中。
10.进一步的，所述冷却液为水。
11.进一步的，所述蓄热装置包括多个相变蓄热单元。
12.进一步的，所述多个相变蓄热单元在所述冷却液中呈阵列分布。
13.进一步的，所述多个相变蓄热单元围合所述余热排出冷却器。
14.进一步的，所述相变蓄热单元采用金属相变储热材料，所述金属相变储热材料成份包括镓及镓基合金。
15.进一步的，蒸汽发生器位于安全壳中，所述蒸汽发生器和所述余热排出冷却器通过穿透安全壳的管道连接。
16.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
17.实现了在顺利排出系统余热的同时，维持冷却水池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行的目的，受外部侦测到的可能性大大降低。同时本实用新型的排热系统可实现模块化安装。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
19.图1为实施例1的结构示意图；
20.附图中标记及对应的零部件名称：
21.1-蒸汽发生器，2-冷却池，3-余热排出冷却器，4-蓄热装置，5-换热装置，6-安全壳。
具体实施方式
22.在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实施例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
23.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
24.在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
25.实施例1
26.本实施例1提供一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，如图1所示，包括冷却池2、蓄热装置4和换热装置5；换热装置5的吸热端位于冷却池2中，换热装置5的放热端埋于地下土壤中；冷却池2中装有冷却液，蓄热装置4浸没于冷却液中；蒸汽发生器1的余热排出冷却器3浸没于冷却液中。在本实施例1中将蓄热装置设置于下防护工程冷却池中，在不增加冷却池容积的基础上，可增加冷却液体的热容量，延缓冷却液温度上升速率；另一方面借助地埋换热装置，使得冷却池中的热量排放由地上空冷塔转移至地下土壤中，维持冷却池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行，提高冷却池储热密度、增强工程隐蔽性，减少了红外暴露的危险。
27.在一种可能的实施例中，换热装置5可以是地埋管换热器。地埋管换热器为螺旋型地埋管换热器，螺旋型地埋管换热器位于地下的放热端呈螺旋型。地埋管换热器呈水平方式或垂直方式埋于地下土壤中。
28.在一种可能的实施例中，冷却液为水。
29.在一种可能的实施例中，蓄热装置4包括多个相变蓄热单元。多个相变蓄热单元在冷却液中呈阵列分布。多个相变蓄热单元围合余热排出冷却器3。相变蓄热单元采用金属相变储热材料，金属相变储热材料成份包括镓及镓基合金。
30.在一种可能的实施例中，蒸汽发生器1位于安全壳6中，蒸汽发生器1和余热排出冷却器3通过穿透安全壳6的管道连接。
31.实施例2
32.本实施例2是在实施例1的基础上，一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，本实施例主要包括了一种排热系统和针对这种排热系统相连接的特殊螺旋地埋管布置。本实施例2用于实现反应堆的余热排出，包括冷却水池、相变蓄热单元、地埋管换热器等。通过两个回路的热量交换，一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统将反应堆余热最终排入大地土壤，可实现在顺利排出系统余热的同时，通过相变蓄热材料的蓄热功能，维持冷却水池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行的目的，受外部侦测到的可能性大大降低。
33.经由蒸汽发生器及其他产生余热的系统产生的蒸汽等高温工质进入余热排出冷却器的管侧，并与管侧外的介质进行热交换。余热排出器置于冷却水池中，水池中布置若干相变蓄热单元，相变蓄热单元中含相变蓄热材料。地埋管换热器通过接管接入水池，用于带走水池中的热量。地埋管换热器为螺旋管式，大面积均布在地下，将反应堆的热量最终导入大地土壤中。
34.本实施例2的系统原理：该系统一方面考虑将相变蓄热材料应用于地下防护工程冷却水池中，在不增加水池容积的基础上，可增加水体热容量，延缓水池温度上升速率；另一方面借助地埋管换热器，使得冷却水池中的热量排放由地上空冷塔转移至地下土壤中，维持水池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行。
35.本实施例2采用镓及镓基合金等金属相变储热材料，主要具有以下优势和特点：热导率高，为29.28w/(m
·
k)，能够较快完成吸热和放热过程；单位体积储热密度大，虽然相对于传统相变材料而言，镓的相变潜热较小，为80kj/kg，但其密度却比传统相变材料大好几倍，为6050kg/m3，因而具有较大的单位体积储热密度；相变温度可灵活调整，通过改变合金的种类和配比，其相变温度可在较大范围内变化；相变体积变化率低，可降低封装相变材料的应力；物化性质稳定，热稳定性和可逆性好，不存在多次吸放热循环后储热效率下降的问题。
36.冷却水池中的热量排放可借助地埋管换热器，将水池中的热量传递到土壤中。根据布置形式的不同，地埋管换热器可分为竖直和水平埋管两种形式。
37.实现了在顺利排出系统余热的同时，维持冷却水池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行的目的，受外部侦测到的可能性大大降低。本实施例2的排热系统各个部件之间相对独立，可实现模块化安装。
38.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进
一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，包括冷却池（2）、蓄热装置（4）和换热装置（5）；所述换热装置（5）的吸热端位于所述冷却池（2）中，所述换热装置（5）的放热端埋于地下土壤中；所述冷却池（2）中装有冷却液，所述蓄热装置（4）浸没于所述冷却液中；蒸汽发生器（1）的余热排出冷却器（3）浸没于所述冷却液中。2.根据权利要求1所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述换热装置（5）为地埋管换热器。3.根据权利要求2所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述地埋管换热器为螺旋型地埋管换热器，所述螺旋型地埋管换热器位于地下的放热端呈螺旋型。4.根据权利要求2所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述地埋管换热器呈水平方式或垂直方式埋于地下土壤中。5.根据权利要求1所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述冷却液为水。6.根据权利要求1所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述蓄热装置（4）包括多个相变蓄热单元。7.根据权利要求6所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述多个相变蓄热单元在所述冷却液中呈阵列分布。8.根据权利要求6所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述多个相变蓄热单元围合所述余热排出冷却器（3）。9.根据权利要求6所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，所述相变蓄热单元采用金属相变储热材料。10.根据权利要求1所述模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，其特征在于，蒸汽发生器（1）位于安全壳（6）中，所述蒸汽发生器（1）和所述余热排出冷却器（3）通过穿透安全壳（6）的管道连接。

技术总结
本实用新型公开了一种模块化相变蓄热耦合螺旋地埋管排热系统，包括冷却池、蓄热装置和换热装置；换热装置的吸热端位于冷却池中，换热装置的放热端埋于地下土壤中；冷却池中装有冷却液，蓄热装置浸没于冷却液中；蒸汽发生器的余热排出冷却器浸没于冷却液中。本实用新型将蓄热装置设置于下防护工程冷却池中，在不增加冷却池容积的基础上，可增加冷却液体的热容量，延缓冷却液温度上升速率；借助地埋换热装置，使得冷却池中的热量排放由地上空冷塔转移至地下土壤中，维持冷却池温度在较小的范围内波动，最终保障地下防护系统在较稳定的工况下安全运行，提高冷却池储热密度、增强工程隐蔽性，减少了红外暴露的危险。减少了红外暴露的危险。减少了红外暴露的危险。


技术研发人员：杨洪润 陈聪 顾益宇 夏榜样 何大明 李喆 李毅 成翔 尹莎莎
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/5/25