ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к атомной энергетике, а более конкретно, к теплообменникам систем пассивного отвода тепла для ядерных энергетических установок.
В случае аварий с потерей электроснабжения энергоблока требуется пассивный отвод тепла остаточных тепловыделений ядерного реактора, чтобы исключить разрушение его активной зоны. Отвод тепла может выполняться с помощью теплообменника, охлаждаемого, например, воздухом.
Известен теплообменник, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя (патент Англии №1173717, МКИ F4S).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является теплообменник, содержащий камеру, пучок теплообменных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, патрубок для удаления теплоносителя, к камере присоединен патрубок для подвода пара, причем выходная часть патрубка для подвода пара расположена выше выходных концов теплообменных труб, при этом выходные концы теплообменных труб, затоплены конденсатом (патент России №2361163, зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 июля 2009 г.) - принят за прототип.
При использовании такого теплообменника в системе пассивного отвода тепла ядерной энергетической установки пассивный принцип достигается естественной циркуляцией теплоносителя за счет высотного расположения теплообменника относительно парогенератора. В теплообменник, а именно в камеру теплообменника, теплоноситель поступает из парогенератора в состоянии пара. В теплообменных трубах пар охлаждается конечным поглотителем тепла - атмосферным воздухом и превращается в другое агрегатное состояние - конденсат. Конденсат через выходные концы теплообменных труб сливается в камеру теплообменника. Из камеры теплообменника теплоноситель по трубопроводу возвращается в парогенератор.
Недостатком известных теплообменников, является большая масса камер, предназначенных выдерживать давление пара, поступающего из парогенератора.
Необходимость высотного расположения теплообменников в здании АЭС требует укрепления здания АЭС. Особое усилие на здание со стороны теплообменника возникает при сейсмических явлениях. Закрепление тяжелого теплообменника увеличивает стоимость здания.
Помимо удорожания здания АЭС наличие тяжелого теплообменника увеличивает транспортные расходы, увеличивает расходы материалов и соответственно стоимость теплообменника.
Полезная модель направлена на снижение массы и габаритов теплообменника, что ведет к снижению стоимости теплообменника, удешевлению стоимости здания АЭС и как следствие - уменьшению стоимости кВт- часа вырабатываемой электроэнергии.
Технический результат - уменьшение внутренних размеров камеры и, как следствие, уменьшение массы камеры и, следовательно, металлоемкости и уменьшение стоимости теплообменника.
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в теплообменнике, содержащем камеру, пучок теплообменных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, например, воздух, патрубок для удаления теплоносителя из камеры - патрубок дренажа, к камере присоединен патрубок для подвода теплоносителя, например пара, при этом в камере напротив выходных концов теплообменных труб установлены, по крайней мере, два щита, причем между выходными концами теплообменных труб и каждым щитом выполнен зазор, боковыми и нижними кромками каждый щит установлен прилегающим к внутренней поверхности камеры, а между верхней кромкой каждого щита и внутренней поверхностью камеры выполнен зазор.
Предлагается также, что упомянутые щиты выполненить съемными.
В камере теплоноситель находится в двух агрегатных состояниях: в состоянии пара и в состоянии конденсата. В поперечном сечении камеры паровая фаза - паровой объем - занимает пространство между щитами, внутренней поверхности камеры, что выше щитов, и уровнем конденсата.
Наличие щитов в камере исключает необходимость поддержания уровня конденсата в камере выше уровня выходных концов теплообменных труб: боковыми и нижней кромками каждый щит установлен прилегающим к внутренней поверхности камеры, а поэтому в зазоре между выходными концами труб и щитом находится конденсат, препятствующий попаданию пара в выходные концы теплообменных труб. Уровень конденсата находится в нижней части камеры, что позволяет увеличить поперечное сечение в камере для прохода пара вдоль камеры. Чем больше проходное сечение для пара, тем лучше распределение пара по теплообменным трубам и это повышает эффективность теплообмена.
Снижение уровня конденсата при сохранении необходимого поперечного сечения для прохода пара вдоль камеры позволяет уменьшить внутренние размеры камеры, в частности диаметр - при цилиндрической форме камеры. Это ведет к уменьшению массы камеры не только за счет уменьшения внутреннего диаметра камеры, но и за счет уменьшения толщины стенки камеры. Ведь толщина камеры напрямую связана с внутренним диаметром камеры. Кроме этого уменьшается наружный диаметр камеры, а с ним и уменьшается габариты трубного пучка, а в конечном счете уменьшаются габариты и масса теплообменника.
Сущность полезной модели пояснена чертежами.
На фиг.1 изображен вид спереди на теплообменник с пучком теплообменных труб.
На фиг.2 изображен фрагмент камеры теплообменника с патрубками подвода пара и удаления теплоносителя.
На фиг.3 изображен фрагмент поперечного сечения камеры теплообменника с входными и выходными концами теплообменных труб, щитами и с патрубками подвода пара и удаления теплоносителя.
Теплообменник содержит пучок теплообменных труб 1, канал 2 для направления охлаждающей среды - воздуха - к пучку теплообменных труб, камеру 3.
Камера 3 содержит корпус 4, к которому присоединены патрубок подвода пара 5, патрубок для удаления теплоносителя 6, входные концы 7 теплообменных труб 1, в которые поступает пар из парового объема 8 камеры 3, выходные концы теплообменных труб 9, щит 10. Поз.11 - уровень конденсата в камере 3.
Теплообменник работает следующим образом.
Теплоноситель - водяной пар поступает в паровой объем 8 камеры 3 по патрубку подвода пара 5, далее распределяется по входным концам 7 теплообменных труб 1. При прохождении по теплообменным трубам 1 теплоноситель конденсируется, отдавая тепло охлаждающей среде. Конденсат сливается из выходных концов 9 теплообменных труб 1 в зазоры между выходными концами 9 и щитами 10. После заполнения зазоров конденсат через верхние кромки щитов сливается в камеру 3. Далее конденсат по патрубку 6 для удаления теплоносителя выводится из теплообменника, а далее по трубе (на чертеже не показано), присоединенной к патрубку 6, отводится в парогенератор.
Охлаждающая среда поступает в теплообменник снизу, проходит по каналу 2 и направляется на теплообменные трубы 1. Пройдя по каналу 2 снизу вверх и отобрав тепло от теплообменных труб 1, охлаждающая среда выходит из теплообменника.
Таким образом, предлагаемый теплообменник по сравнению с прототипом при той же мощности позволяет уменьшить массу теплообменника и его габариты.
Наиболее целесообразно предложенную полезную модель использовать в системах безопасности ядерных энергетических установок и в первую очередь в системе пассивного отвода тепла от реактора при обесточивании атомной электрической станции.