ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно, к теплообменным аппаратам, применяемым, в частности, в системах расхолаживания ядерных реакторов без использования внешних источников энергии.
Известен многоходовой теплообменник (Патент SU №1749682 А1, МПК F28D 7/00, F28F 9/02, опубл. 23.07.92), содержащий пакет теплообменных секций, последовательно соединенных между собой, каждая из которых имеет, по меньшей мере, одну теплообменную трубу, заключенную в кожух, и коллекторные камеры для трубной и межтрубной сред, разделенные между собой трубными решетками, в которых закреплены концы теплообменных труб, причем в камерах для каждой из сред размещены перегородки, перпендикулярные трубным решеткам и разделяющие камеры на отсеки, при этом часть перегородок имеет окна для перетока среды из одного отсека камеры в другой, а кожухи всех секций закреплены торцами в стенках коллекторных камер для межтрубной среды. Недостатками такого устройства являются большие габариты и масса, высокая трудоемкость изготовления, связанная с наличием жесткого кожуха (металлической трубы), и низкая надежность конструкции из-за возникающих значительных напряжений в трубах при тепловых удлинениях.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением является кожухотрубный теплообменник (Патент РФ №2494329, МПК F28D 7/16, F28F 9/22, опубл. 27.09.13), содержащий соединенные между собой идентичные секции, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, и коллекторные камеры трубной и межтрубной сред с перегородками, образующими пространственные соединения между секциями и задающими направления течения сред в них, коллекторные камеры трубной и межтрубной сред содержат участки, в которых перегородки установлены после каждых двух или более входов сред в секции, образуя последовательно соединенные группы, с параллельным движением сред в каждой группе. Данное техническое решение позволяет повысить эффективность использования тепловой энергии первичного источника за счет уменьшения гидравлических потерь. В то же время недостатками устройства являются сложность конструкции из-за большого количества секций и связанных с этим повышенных массогабаритных характеристик устройства, а также трудоемкость изготовления.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение массы и габаритов теплообменного аппарата за счет оптимизации конструкции и уменьшения гидравлического сопротивления по охлаждающей среде.
Технический результат достигается тем, что теплообменный аппарат выполнен горизонтально ориентированным, в котором все пучки труб, объединенные в идентичные секции, располагаются в одном объеме аппарата - камере для прохождения межтрубной среды, которая формируется трубными решетками, с установленными в них трубами, и боковыми стенками, соединяющими вертикальные кромки противоположно расположенных трубных решеток. Такая конструкция аппарата обеспечивает более плотную упаковку труб и существенно увеличивает коэффициент теплопередачи за счет поперечного обтекания труб охлаждающей средой. В аппарате для распределения охлаждаемой среды по трубам с изменением направления ее движения выполнены коллекторные камеры, при этом во входную и выходную камеры с патрубками выведено по одной секции с трубами, а в промежуточные камеры - по две секции.
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
фиг. 1 - теплообменный аппарат со схемой движения потоков охлаждаемой и охлаждающей сред;
фиг. 2 - изометрический вид теплообменного аппарата с прямоугольным вырезом.
Теплообменный аппарат содержит входной патрубок (1) для подвода охлаждаемой среды, входной коллектор (2) для распределения среды по трубному пространству, перегородки секций (3), трубные решетки (4), в которых закреплены параллельно слои труб (5), расположенные в шахматном порядке и объединенные в секции, промежуточные коллекторы (6), задающие направления течения среды в секциях, выходной коллектор (7) с выходным патрубком (8) для отвода охлаждаемой среды, и боковые стенки (9), которые вместе с трубными решетками образуют камеру для межтрубной среды.
Теплообменный аппарат работает следующим образом.
Охлаждаемая среда трубного пространства от источника нагрева поступает через входной патрубок 1 во входной коллектор 2 (фиг. 1), где посредством трубной решетки 4 распределяется по слоям труб первой секции, затем пройдя по трубам 5, поступает в промежуточный коллектор 6 и, меняя направление движения на противоположное, через трубную решетку распределяется по трубам второй секции, далее по трубам второй секции охлаждаемая трубная среда попадает в противоположно расположенный промежуточный коллектор и снова меняет направление движения, распределяется по трубам третьей секции и поступает в выходной коллектор 7 и через выходной патрубок 8 выходит из теплообменного аппарата.
Одновременно охлаждающая среда, нагреваемая охлаждаемой средой, расширяется и за счет меньшей плотности вытесняется более холодной массой забортной воды и движется в направлении перпендикулярном горизонтально ориентированным трубам 5 (фиг. 2) в секциях теплообменника снизу вверх в межтрубном пространстве, которое образовано боковыми стенками 9 и трубными решетками 4 и, проходя через слои труб выходит из теплообменного аппарата.
Таким образом, особенностью предлагаемой полезной модели теплообменного аппарата является использование для отбора тепла от охлаждаемой среды, то есть горячей воды от источника нагрева, забортной воды без дополнительной очистки.
При возникновении необходимости отвода большого количества тепла от охлаждаемой среды с более высокой температурой в конструкции теплообменного аппарата предусмотрена возможность установки дополнительных промежуточных коллекторов и секций с пучками труб, количество которых связано с обеспечением оптимальных параметров охлаждения трубной среды на выходе из теплообменного аппарата.
Дополнительными результатами являются снижение трудоемкости изготовления теплообменного аппарата и повышение надежности работы контура охлаждения за счет использования естественной циркуляции по забортной воде.