МОДУЛЬ ТЕПЛООБМЕННИКА СИСТЕМЫ ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА

Модуль теплообменника системы пассивного отвода тепла (далее модуль теплообменника СПОТ) относится к атомной энергетике и может быть использован в системах безопасности ядерных энергетических установок.
В случае аварий с потерей электроснабжения энергоблока требуется пассивный отвод тепла остаточных тепловыделений ядерного реактора, например, путем использования модуля теплообменника, охлаждаемого воздухом.
При использовании такого модуля теплообменника в системе пассивного отвода тепла ядерной энергетической установки пассивный принцип достигается естественной циркуляцией теплоносителя, охлаждаемого атмосферным воздухом, за счет высотного расположения теплообменника относительно парогенератора, из которого поступает пар, а также минимального аэродинамического сопротивления модуля теплообменника.
Известен теплообменник, содержащий камеру, пучок теплообменных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, дренаж 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 РФ №2361163, МПК F28B 1/06, 22.06.2007).
Недостатком такого теплообменника является его низкая эффективность, обусловленная образованием застойных зон и завихрений охлаждающего воздушного потока.
Наиболее близким техническим решением является модуль теплообменника системы пассивного отвода тепла, содержащий раму с установленными в ней одним или более коллектором теплоносителя, одним или более U-образным пучком слабонаклонных труб, имеющих оребренные участки и камеру охлаждения, ограниченную установленными в раме поперек трубного пучка и соосно ему V-образными, вершины которых расположены в межтрубном пространстве, экранами, ограничивающими оребренные участки труб на высоту камеры охлаждения и на ширину линейного размера пошагово расположенных в пучке труб, вершина по крайней мере одного V-образного экрана выполнена усеченной, причем усеченный участок экрана выполнен прямолинейным или криволинейным, кроме того, экран выполнен из составных элементов, повторяющих профиль экрана, снабженных двусторонними полупазами для размещения в них труб, и имеющих линейный размер, равный шагу расположения труб в пучке, жестко соединенных между собой, например, сваркой (патент РФ №102773, МПК F28B 1/06, 31.08.2010).
Однако хотя данная конструкция и способствует уменьшению образования застойных зон и завихрений, но полностью их не исключает.
Недостатком обеих конструкций является то, что из-за наклона теплообменных труб оребрение находится под неоптимальным углом к проходящему потоку среды, тем самым увеличивая вихреобразование потока среды и суммарное сопротивление модуля теплообменника.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности модуля теплообменника системы пассивного отвода тепла.
Техническим результатом является разработка модуля теплообменника системы пассивного отвода тепла, обладающего меньшим аэродинамическим сопротивлением по сравнению с прототипом и, как следствие, повышенной эффективностью, а также с полным исключением образования на экранах застойных зон и завихрений охлаждающего потока.
Технический результат достигается тем, что в модуле теплообменника СПОТ, содержащем раму с установленным в ней одним или более коллектором теплоносителя, одним или более U-образным пучком теплообменных труб, имеющих оребренные участки, и камеру охлаждения, ограниченную установленными в раме поперек трубного пучка экранами, ограничивающими оребренные участки труб на высоту камеры охлаждения и на ширину линейного размера пошагово расположенных в пучке труб, экраны располагаются строго вертикально вдоль потока среды, образуя камеру охлаждения прямолинейной формы, а оребрение участков труб выполнено таким образом, что передние и задние профили ребер расположены под одинаковыми углами к направлению прохождения потока среды.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 - вид спереди модуля теплообменника СПОТ;
на фиг. 2 - экран модуля теплообменника СПОТ;
на фиг. 3 - составной элемент экрана;
на фиг. 4 - часть оребренного участка теплообменной трубы.
Модуль теплообменника СПОТ (см. фиг. 1) содержит раму 1, расположенный в ней U-образный пучок теплообменных труб 2 с оребренными участками 3, коллектор раздающий 4 и коллектор собирающий 5, камеру охлаждения 6 для направления охлаждающей среды к оребренным участкам 3 пучка теплообменных труб 2. Пучок теплообменных труб 2 наклонен под углом α относительно перпендикуляра к направлению проходящего потока среды для обеспечения слива конденсата. Камера охлаждения 6 образована с двух сторон листовой обшивкой рамы 1 и с двух других сторон экранами 7 прямолинейной формы. Экраны 7 располагаются строго вертикально вдоль потока среды.
Каждый экран 7 выполнен из составных элементов 8 (см. фиг. 2), повторяющих профиль экрана. Каждый составной элемент 8 снабжен двусторонними полупазами 9 (см. фиг. 3) для размещения в них теплообменных труб 2. Составные элементы 8 жестко соединены между собой, например, сваркой. Такое исполнение экрана 7 позволяет легко монтировать его в модуле теплообменника последовательно по мере заделки пучка теплообменных труб 2 в коллектор раздающий 4 и коллектор собирающий 5.
Оребрение участков 3 (см. фиг. 4) выполнено таким образом, что при установке теплообменных труб 2 под углом α относительно перпендикуляра к проходящему потоку среды передние и задние профили ребер ленты 10 расположены под одинаковыми углами β к направлению прохождения потока среды. При этом угол β определяется шагом ленты 10 и остается постоянным вне зависимости от угла наклона α теплообменных труб. Такое исполнение оребрения участков 3 при расположении теплообменных труб 2 под углом к потоку среды позволяет достигнуть минимальной величины аэродинамического сопротивления и, как следствие, повысить эффективность модуля теплообменника СПОТ.
Модуль теплообменника СПОТ работает следующим образом: водяной пар поступает в пучок теплообменных труб 2 через раздающий коллектор 4, охлаждается потоком среды и попадает в собирающий коллектор 5. Охлаждающая среда, например атмосферный воздух, поступает в теплообменник снизу, проходя через камеру 6, направляющую воздух на оребренные участки 3 теплообменных труб 2.
Преимущество данной конструкции модуля теплообменника СПОТ заключается в том, что экраны 7 образуют камеру охлаждения 6 прямолинейной формы, а оребрение участков 3 теплообменных труб 2 выполнено таким образом, что передние и задние профили ребер расположены под одинаковыми углами к направлению прохождения потока среды.
Такое техническое решение обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления модуля теплообменника СПОТ и повышение его эффективности.
Такое техническое решение полностью исключает образование на экранах застойных зон и завихрений охлаждающего потока.