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 направлено на решение задачи массы и габаритов теплообменника, по удешевлению стоимости теплообменника, удешевлению стоимости здания АЭС и как следствие - уменьшения 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, причем выходная часть патрубка для подвода пара расположена выше выходных концов теплообменных труб, при этом в патрубке для удаления теплоносителя предлагается поперечное сечение его входной - верхней части выполнить больше поперечного сечения его нижней - выходной части.
Предлагается также, что верхний край входной части патрубка для удаления теплоносителя расположить между уровнем оси верхнего ряда выходных концов теплообменных труб и их нижней кромкой.
При таком устройстве патрубка для удаления теплоносителя в камере понизится уровень конденсата, поступающего в камеру из теплообменных труб, увеличивая поперечное сечение для пара, поступающего по патрубку подвода пара. Увеличение поперечного сечения для пара обеспечивает равномерное распределение пара по теплообменным трубам, что увеличивает эффективность использования теплообменной поверхности теплообменника.
В свою очередь, снижение уровня конденсата при сохранении необходимого поперечного сечения для пара 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.
Сущность изобретения 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.
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 патрубки подвода пара 5, патрубок для удаления теплоносителя 6, у которого поперечное сечение входной части 7 выполнено больше поперечного сечения его нижней части 8, входные концы 9 теплообменных труб 1, в которые поступает пар из верхней части - сегмента 10 камеры 3, где 11 - уровень оси верхнего ряда выходных концов теплообменных труб.
Теплообменник работает следующим образом.
Теплоноситель - водяной пар поступает в верхнюю часть 10 камеры 3 по патрубку подвода пара 5, далее распределяется по теплообменным трубам 1. При прохождении по теплообменным трубам 1 теплоноситель конденсируется, отдавая тепло охлаждающей среде. Конденсат собирается в камере 3 и по патрубку для удаления теплоносителя 6 через его входную часть 7, имеющую поперечное сечение больше поперечного сечения нижней части 8, выводится из теплообменника, а далее по трубе (на чертеже не показано), присоединенной к нижней части 8 патрубка 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.
2
Поперечное сечение в верхней части 10 камеры 3 над уровнем конденсата представляет собой сегмент, по которому происходит распределение пара вдоль камеры. По расчетным оценкам площадь поперечного сечения сегмента над уровнем конденсата должна быть не менее 0,19 м
При диаметре входной части патрубка на входе в него конденсата равным 200 мм высота уровня конденсата над патрубком равна 36 мм, что позволяет иметь внутренний диаметр камеры 840 мм. При меньшем диаметре входной части 7 патрубка, например, равным его нижней части 8, высота уровня конденсата над патрубком увеличится до 61 мм и соответственно уменьшится поперечное сечение сегмента над уровнем конденсата, что потребует увеличение диаметра камеры до 920 мм.
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.