Парогенератор реактора с жидкометаллическим теплоносителем
STEAM GENERATOR OF A REACTOR WITH A LIQUID METAL COOLANT

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано в термоядерных реакторах и предназначено для генерации перегретого пара и отвода тепла от теплоносителя.
Известен прямоточный парогенератор реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащий корпус с крышкой, к которой прикреплены один или более трубных пучков, сформированных из спиральных или прямолинейных труб и подводящей трубы, окруженной центральной трубой, заполненной газом (Заявка на изобретение GB №1514831 (А), опубл. 21.06.1978, МПК F22B 1/06, F28D 7/16). Трубные доски питательных коллекторов и выходные участки трубного пучка, заполненные паром, находятся в контакте с ним.
Недостатком такого технического решения является наличие отрицательного влияния на безопасность парогенератора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является парогенератор для реактора с жидкометаллическим теплоносителем (Патент РФ №2279604, МПК F22B 1/06, опубл. 10.07.2006), содержащий корпус, трубы подвода питательной воды и отвода пара, теплообменную поверхность, представляющих собой вертикальный цилиндрический теплообменник и состоящий из теплообменных труб, сформированных спирально или прямолинейно, размещенных в кожухе и закрепленных в трубных досках питательного и парового коллекторов и сформированных вокруг центральной трубы.
Недостатком известного технического решения является сложная конструкция и высокое гидравлическое сопротивление теплообменной поверхности парогенератора.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции парогенератора и уменьшение гидравлического сопротивления в контуре циркуляции жидкометаллического теплоносителя.
Технический результат заключается в повышении эффективности парообразования за счет развития поверхности теплообмена.
Это достигается тем, что известный парогенератор реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащий корпус с подключенными трубами подвода питательной воды и отвода пара, а также трубопроводами для подвода и отвода потока жидкометаллического теплоносителя, полость с жидкометаллическим теплоносителем, теплообменную поверхность, согласно изобретению снабжен отдельными испарительными трубками, расположенными на теплообменной поверхности, каждая испарительная трубка выполнена с интенсификаторами, расположенными на ее внутренней поверхности, при этом внешняя ее поверхность выполнена гладкой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема парогенератора, на фиг. 2 показана в разрезе трубка с нанесенными на внутреннюю поверхность интенсификаторами в виде ребер.
Парогенератор реактора с жидкометаллическим теплоносителем содержит корпус 1 с подключенными трубами 2 и 3 подвода питательной воды и отвода пара соответственно, трубопроводами 4 и 5 соответственно для подвода и отвода потока жидкометаллического теплоносителя, полость 6 с жидкометаллическим теплоносителем, теплообменную поверхность 7, представляющую собой совокупность отдельных испарительных трубок 8, при этом на внутренней поверхности каждой трубки 8 расположены интенсификаторы 9, выполненные, например, в виде ребер или лунок с характерным размером 10 - 100 мкм. Внешняя поверхность трубок 8 выполнена гладкой.
Парогенератор реактора с жидкометаллическим теплоносителем работает следующим образом.
Поток жидкометаллического теплоносителя по трубопроводу 4 поступает в полость 6, где омывает импульсные испарительные трубки 8 с интенсификаторами 9 и по трубопроводу 5 покидает полость 6. Поток воды через трубу 2 подвода питательной воды поступает в испарительные трубки 8, где осуществляется тепловой контакт с жидкометаллическим теплоносителем. По ходу движения потока воды в испарительных трубках 8 сначала происходит его нагрев, а затем осуществляется испарение на интенсификаторах 9 испарительных трубок 8 и перегрев пара, который поступает в трубу 3 отвода пара. Образование пара и его перегрев вызывает поглощение тепла с внешней стороны испарительных трубок 8 с расположенными на их внутренней поверхности интенсификаторами 9 и снижение температуры жидкометаллического теплоносителя. Внешняя поверхность испарительных труб 8 выполнена гладкой и не создает повышенного гидравлического сопротивления прохождению потока жидкометаллического теплоносителя. Выполнение на внутренней поверхности испарительных труб 8 интенсификаторов 9 в виде ребер или лунок приводит к развитию поверхности теплообмена и дополнительной турбулизации потока воды в испарительных трубках 8, что обеспечивает увеличение массовой скорости теплоносителя и, следовательно, увеличение коэффициента теплоотдачи между внутренней поверхностью испарительных трубок 8 и потоком воды. Такое выполнение испарительных труб 8 позволяет повысить эффективность парообразования. Эффективность процесса теплоотдачи определяется, в первую очередь, безразмерным коэффициентом теплоотдачи, который прямо пропорционален массовой скорости потока воды.
Характерный размер интенсификатора 9 (фиг. 2) выбран в соответствии со средним значением толщины гидравлического пограничного слоя, составляющего 100 мкм. Уменьшение данного параметра (меньше 10 мкм) усложняет технологию изготовления испарительных трубок 8, а его увеличение (больше 100 мкм) снижает эффективность турбулизации потока воды в испарительных трубках 8.
При выполнении теплообменной поверхности 7 в виде совокупности испарительных трубок 8 с расположенными на внутренней поверхности каждой трубки 8 интенсификаторами 9 реализуется прямолинейный поток жидкометаллического теплоносителя в испарительной трубке 8, что обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления в контуре циркуляции жидкометаллического теплоносителя.
Выполнение теплообменной поверхности 7 фактически из набора одиночных трубок 8 с интенсификаторами 9 на внутренней поверхности, приводит к упрощению конструкции и процесса изготовления парогенератора.
Использование изобретения позволяет упростить конструкцию парогенератора, при этом уменьшить гидравлическое сопротивление в контуре циркуляции жидкометаллического теплоносителя и повысить эффективность парообразования.