一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统

本发明属于核反应堆热工水力领域，尤其涉及一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统。

背景技术：

1、自然循环系统的模拟实验过程中，随着实验研究的深入和细致，可能会出现需要调整自然循环冷热芯高度差，以改变自然循环的循环特性。但是，开展自然循环系统实验时，冷源的容器已经完成加工和安装，可调节范围较为有限，如果需要调整的高度差范围较大，往往需要重新设计加工新的冷源容器，成本高而且耗时长。

2、自然循环系统的模拟实验一般在特定厂房内开展，系统处于受限空间。受限空间内调节冷热芯高度差的范围更为有限。

3、自然循环冷却系统的实际运行过程中，太阳能等峰谷能量差距大的热源转化系统，需要宽广的自然循环载热能力调节范围以匹配峰谷能量，提高经济性，因此需要更宽广的冷热芯高度差调节范围以实现自然循环载热能力调节。

4、针对调整自然循环冷热芯高度差的需求，现有技术的自然循环的冷源模拟系统，仅可通过调节冷源容器内的工质液位以改变自然循环冷热芯的高度差，冷热芯高度差的调节范围较小，而且调节冷热芯高度差时，循环工质的量变化大，经济性较差。而且一旦冷源的容器完成加工和安装，冷热芯高度差的调节范围就无法更改了，无法实现较大范围的冷热芯高度差调节。而重新设计加工新的冷源容器，需要较长时间，而且带来成本的上升。自然循环系统的模拟实验一般在特定厂房内开展，系统处于受限空间。现有技术的自然循环的冷源模拟系统，即使重新设计建造，单独一套设备在受限空间内冷热芯高度差的可调节范围仍然较为有限。为了实现较大范围的冷热芯高度差调节，可能需要多个冷源容器，成本较高。

5、现有技术的自然循环的冷源系统，单套系统可提供的冷热芯高度差调节范围较窄，无法实现较宽范围的自然循环冷却能力的调节，匹配太阳能等峰谷能量差距大的热源转化系统时，适应性和经济性较差。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，在受限空间内可以实现更大范围的冷热芯高度差的在线调整，在不增加和改动设备的条件下，可以实现更大范围的冷热芯高度差的调整，本发明主要用于构建需要改变冷热芯高度差的自然循环模拟系统，可根据需求便捷的实现冷热芯高度差在更大范围内的调整，还可以用于构建自然循环冷源系统，匹配峰谷能量差距大的热源转化系统。

2、为了实现上述目的，采用了如下技术方案：本发明提供了一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，包括热源，所述热源的出口连接上升管道，所述上升管道分别通过开关阀连接至顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器依次从上至下设置，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器之间通过连通管道及连通阀连接，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器均在顶部和底部设置法兰用于和其他设备及管道进行连接，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器均在侧面偏底部位置设置法兰并通过开关阀连接有下降管道，所述下降管道通过开关阀连接有过程储水箱，所述过程储水箱通过管道和开关阀与热源连接，所述过程储水箱与热源间的管道和下降管道之间通过管道和调节阀连接，所述底部冷源容器的底端和过程储水箱的侧面设置有排污阀。

3、进一步地，所述顶部冷源容器、中部冷源容器、底部冷源容器和过程储水箱各自设置有液位计。

4、进一步地，所述顶部冷源容器的顶部法兰处连接排气/补水阀。

5、进一步地，所述热源和顶部冷源容器上各设置有压力传感器，所述压力传感器之间设置有压差传感器。

6、进一步地，所述连通管道及连通阀的总流通面积，应大于上升管道流通面积和下降管道流通面积的5倍，向上圆整至标准管道及阀门的尺寸，单根所述连通管道及连通阀尺寸太大时，设置多根连通管道及连通阀，通过使用标准管件以降低成本。

7、进一步地，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器通过液位计测量各自容器内的工质液位，分别记为h顶、h中、h底，顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器，安装完成后，测量三个容器之间的高度差，记为h中底和h顶中，用于修正最终工质液位，测量底部冷源容器底部与热源底部之间的高度差，记为h0，则工质液位h可由下式计算：

8、h＝h0+h底+h中+h顶+h中底+h顶中，h顶>0，

9、h＝h0+h底+h中+h中底，h中>0，h顶＝0，

10、h＝h0+h底，h中＝0，

11、在顶部冷源容器顶部设置压力测点，记为p顶，在热源的底部设置压力测点，记为p0，连接p顶和p0，作差压，设置差压传感器，记为δp，单位为pa，设工质密度为ρ，单位kg/m3，

12、则工质液位，可由下式进行校核：

13、h＝δp/(9.8ρ)，

14、当所述式(1)与式(2)计算的工质液位数据偏差超过偏差允许范围时，则检查各测量仪表，排查问题，所述偏差允许范围根据各仪表的精度综合计算。

15、本发明的有益效果如下：

16、1、本发明在受限空间内，可以实现更大范围的冷热芯高度差的在线调整，调整冷热芯高度差时，循环工质的量变化较小或基本不变，在循环工质昂贵时，经济性好；

17、2、本发明基于模块化设计，可以在不增加和改动设备的条件下，实现更大范围的冷热芯高度差的调整，还可以较为快速的对已有自然循环系统开展改造，使其获得更大的冷热芯高度差，满足过程中调整需求；

18、3、本发明可以选设过程储水箱，满足自然循环系统的工质总体积和流动时间的模拟要求，匹配设置液位计和差压计双重液位高度差测量，高度差测量更为准确；

19、4、本发明主要用于构建需要改变冷热芯高度差的自然循环模拟系统，可根据需求便捷的实现冷热芯高度差在更大范围内的调整；

20、5、本发明可以用于构建自然循环冷源系统，匹配峰谷能量差距大的热源转化系统。

技术特征：

1.一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，包括热源，其特征在于：所述热源的出口连接上升管道，所述上升管道分别通过开关阀连接至顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器依次从上至下设置，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器之间通过连通管道及连通阀连接，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器均在顶部和底部设置法兰用于和其他设备及管道进行连接，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器均在侧面偏底部位置设置法兰并通过开关阀连接有下降管道，所述下降管道通过开关阀连接有过程储水箱，所述过程储水箱通过管道和开关阀与热源连接，所述过程储水箱与热源间的管道和下降管道之间通过管道和调节阀连接，所述底部冷源容器的底端和过程储水箱的侧面设置有排污阀。

2.根据权利要求1所述的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，其特征在于：所述顶部冷源容器、中部冷源容器、底部冷源容器和过程储水箱各自设置有液位计。

3.根据权利要求2所述的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，其特征在于：所述顶部冷源容器的顶部法兰处连接排气/补水阀。

4.根据权利要求3所述的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，其特征在于：所述热源和顶部冷源容器上各设置有压力传感器，所述压力传感器之间设置有压差传感器。

5.根据权利要求4所述的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，其特征在于：所述连通管道及连通阀的总流通面积，向上圆整至标准管道及阀门的尺寸，单根所述连通管道及连通阀尺寸太大时，设置多根连通管道及连通阀，通过使用标准管件以降低成本。

6.根据权利要求5所述的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，其特征在于：所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器通过液位计测量各自容器内的工质液位，分别记为h顶、h中、h底，所述顶部冷源容器、中部冷源容器和底部冷源容器安装完成后，测量三个容器之间的高度差，记为h中底和h顶中，用于修正最终工质液位，测量所述底部冷源容器底部与热源底部之间的高度差，记为h0，则工质液位h可由式(1)计算，所述式(1)如下：

7.根据权利要求6所述的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统，其特征在于：在顶部冷源容器顶部设置压力测点，记为p顶，在热源的底部设置压力测点，记为p0，连接p顶和p0，作差压，设置差压传感器，记为δp，单位为pa，设工质密度为ρ，单位kg/m3，

技术总结本发明公开了核反应堆热工水力领域的一种可变冷热芯高度差的自然循环冷源调节及模拟系统。本发明在受限空间内实现更大范围的冷热芯高度差的在线调整，调整冷热芯高度差时，循环工质的量变化较小或基本不变。在循环工质昂贵时，经济性好；基于模块化设计，在不增加和改动设备的条件下实现更大范围的冷热芯高度差的调整，对已有自然循环系统开展改造，获得更大的冷热芯高度差；选设过程储水箱，满足自然循环系统的工质总体积和流动时间的模拟要求，匹配设置液位计和差压计双重液位高度差测量，高度差测量更为准确；可根据需求便捷的实现冷热芯高度差在更大范围内的调整；可用于构建自然循环冷源系统，匹配峰谷能量差距大的热源转化系统。技术研发人员：张震受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11