СИСТЕМА ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ Российский патент 1995 года по МПК F22B1/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных станциях теплоснабжения.

Известна система отвода тепла от энергоустановки, содержащая поверхность охлаждения, подключенную к энергоустановке и размещенную в корпусе с водоподводящим патрубком, и бак с водоотводящим и пароотводящим патрубками, предназначенный для хранения запаса технической воды, причем корпус соединен с баком опускной трубой, подключенной к нижней части бака, и отводящей трубой, заведенной в верхнюю часть бака. Расхолаживание осуществляется путем теплоотвода к технической воде, либо при ее подаче по водоподводящему патрубку и отводе по водоотводящему, либо без подвода техводы за счет выпаривания ее запаса в баке с отводом пара по пароотводящему патрубку.

Недостатком такой системы является ограниченный запас воды в баке и невозможность расхолаживания энергоустановки в режиме отвода тепла с кипением техводы до температуры ниже 100^оС.

К изобретению наиболее близким техническим решением из известных является система отвода тепла от энергоустановки, содержащая воздуховод с входным и выходным трактами и поверхность охлаждения, подключенную своим охлаждаемым трактом к энергоустановке, причем входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного и конечного участков, в первом из которых размещена поверхность охлаждения, а выходной тракт воздуховода выполнен в виде соединенных между собой начального и конечного подъемных участков, при этом в воздухозаборном коробе установлен поворотный шибер с приводом, подключенным через арматуру к энергоустановке.

Недостатком такой системы является повышенная надежность из-за пониженной степени пассивности, обусловленной использованием для включения системы в работу устройств с активными (движущимися) элементами поворотного шибера, привода, арматуры.

Целью изобретения является повышение надежности системы отвода тепла от энергоустановки путем повышения степени ее пассивности.

Это достигается тем, что система отвода тепла от энергоустановки, содержащая воздуховод с входным и выходным трактами и поверхность охлаждения, подключенную своим охлаждаемым трактом к энергоустановке, причем входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного и конечного участка, в первом из которых размещена поверхность охлаждения, а выходной тракт воздуховода выполнен в виде соединенных между собой начального и конечного подъемных участков, дополнительно содержит бассейн охлаждающей воды, через полость которого входной и выходной тракты воздуховода соединены между собой, и размещенный ниже бассейна теплообменник, подключенный охлаждаемым трактом к энергоустановке и соединенный своим охлаждающим трактом посредством опускной и подъемной труб соответственно с нижней частью полости бассейна и начальным участком выходного тракта воздуховода, причем конечный участок входного тракта последнего и начальный участок его выходного тракта расположены над бассейном и отделены один от другого посредством перегородки, заведенной в бассейн и образующей проем с днищем последнего.

Кроме того, выходной тракт воздуховода может быть выполнен с опускным каналом, посредством которого его начальный и конечный участки соединены между собой.

Кроме того, поверхность охлаждения и теплообменник своими охлаждаемыми трактами могут быть последовательно соединены между собой, причем теплообменник может быть размещен ниже поверхности охлаждения.

Кроме того, система может дополнительно содержать устройство сбора конденсата пара охлаждающей воды, соединенное с бассейном и выполненное в виде установленных на стенках выходного тракта воздуховода желобов, расположенных выше бассейна и соединенных друг с другом.

Данная система предназначена для работы в составе энергоустановки при постоянной циркуляции теплоносителя последней через охлаждаемые тракты поверхности охлаждения и теплообменника. В рабочем режиме энергоустановки ее тепло отводится потребителю и не требуется отвода тепла через систему, при этом температура теплоносителя энергоустановки на входе в систему ниже температуры кипения охлаждающей воды в теплообменнике. В этом режиме работы теплообмен между энергоустановкой и системой отвода тепла отсутствует благодаря тому, что нет движения охлаждающего воздуха по воздуховоду и охлаждающей воды по контуру "теплообменник подъемная труба бассейн опускная труба теплообменник". Отсутствие движения воздуха обеспечивается гидрозатвором, который образуется бассейном, через полость которого входной и выходной тракты воздуховода соединены между собой, а также благодаря тому, что конечный участок входного тракта воздуховода и начальный участок выходного тракта последнего распложены над бассейном и отделены один от другого посредством перегородки, заведенной в бассейн. Отсутствие движения охлаждающей воды по упомянутому выше контуру обеспечивается тем, что теплообменник своим охлаждающим трактом посредством подъемной трубы соединен с начальным участком выходного тракта воздуховода, расположенным над бассейном, что обеспечивает разрыв упомянутого контура.

В режим работы, когда требуется отвод тепла от энергоустановки через систему, потребитель отключается и температура теплоносителя повышается. В теплообменнике начинается теплоотвод с кипением охлаждающей воды, пар через подъемную трубу поступает в начальный участок выходного тракта воздуховода, а вода из бассейна по опускной трубе движется в теплообменник. По мере вскипания охлаждающей воды и понижения ее уровня в бассейне открывается гидрозатвор и к процессу теплоотвода подключается поверхность охлаждения, размещенная в воздуховоде, где воздух после открытия гидрозатвора циркулирует за счет естественной тяги.

Пассивное включение системы обеспечивается тем, что перегородка, образующая гидрозатвор, заведена в бассейн с образованием проема с днищем бассейна. Снижение уровня охлаждающей воды обеспечивается наличием в системе размещенного ниже бассейна теплообменника, который охлаждаемым трактом подключен к энергоустановке, а нагреваемым трактом к бассейну. В этом теплообменнике происходит превращение охлаждающей воды в пар, который выбрасывается в окружающую среду.

Таким образом, благодаря совокупности отличительных признаков, у предлагаемой системы отвода тепла появляется новое свойство, ведущее к достижению нового положительного эффекта, заключающегося в повышении надежности путем повышения степени пассивности.

На чертеже изображена система отвода тепла от энергоустановки, общий вид.

Система отвода тепла от энергоустановки содержит воздуховод с входным и выходным трактами. Входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного участка 1 и конечного участка 2, отделенных один от другого перегородкой 3, примыкающей к нижней и боковым стенкам воздуховода и расположенной с образованием перепускного проема 4 относительно его верхней стенки. Выходной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного участка 5 и конечного подъемного участка 6, соединенных между собой посредством опускного канала 7. Участки 5 и 6 отделены один от другого посредством перегородки 8, примыкающей к верхней и боковым стенкам воздуховода и установленной с образованием перепускного проема 9 относительно его нижней стенки.

Входной и выходной тракты воздуховода расположены над бассейном 10 и отделены один от другого посредством перегородки 12, заведенной в бассейн 10 и образующей проем с днищем последнего. Бассейн 10 заполнен охлаждающей водой таким образом, чтобы нижний край перегородки 12 оказался под уровнем воды. При этом образуется гидрозатвор: пока нижний край перегородки 12 находится под уровнем воды бассейна 10 воздух не может проходить из участка 2 в участок 5 воздуховода, а при снижении этого уровня между ним и перегородкой 12 образуется проем для прохода воздуха гидрозатвор открывается.

В начальном подъемном участке 1 входного тракта воздуховода размещена поверхность 13 охлаждения, а ниже бассейна размещен теплообменник 14, соединенный своим охлаждающим трактом посредством опускной трубы 15 с нижней частью полости бассейна 10 и посредством трубы 16 с начальным участком 5 выходного тракта воздуховода. Поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 своими охлаждаемыми трактами подключены к энергоустановке. При этом поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 своими охлаждаемыми трактами последовательно соединены между собой, причем теплообменник 14 размещен ниже поверхности 13 охлаждения и последняя предвключена по ходу охлаждаемого теплоносителя энергоустановки относительно теплообменника 14. Такое расположение теплообменника 14 более предпочтительно и оно показано на чертеже. Однако возможно размещение теплообменника 14 выше поверхности 13 охлаждения, но в этом случае теплообменник 14 должен быть предвключен по ходу охлаждаемого теплоносителя энергоустановки относительно поверхности 13.

Система может содержать устройство сбора конденсата пара охлаждающей воды, соединенное с бассейном 10 и выполненное в виде установленных на стенках выходного тракта воздуховода желобов 17 и 18, расположенных выше бассейна 10 и соединенных друг с другом. Начальный участок 1 входного тракта воздуховода посредством воздухоподвода 19 подключен к окружающему пространству.

Система отвода тепла от энергоустановки работает следующим образом.

В работе системы следует различать два режима. Режим ожидания, когда через поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 циркулирует теплоноситель энергоустановки с температурой, не превышающей точку кипения охлаждающей воды в теплообменнике 14, что обеспечивается отводом тепла к потребителю энергоустановки, подключенному к последней перед входом в систему отвода тепла по ходу движения теплоносителя энергоустановки. При этом отвод тепла в системе без учета тепловых потерь в режиме ожидания отсутствует, так как отсутствует движение охлаждающих воды и воздуха соответственно через трубы 15, 16 и входной тракт воздуховода. Отсутствие движения воды через трубы 15 и 16 обеспечивается размещением конца последней трубы в начальном участке 5 выходного тракта воздуховода, а отсутствие движения воздуха наличием гидрозатвора. При этом для предотвращения возникновения естественной циркуляции воздуха во входном тракте воздуховода, что привело бы к потере тепла, поверхность 13 охлаждения размещена в подъемном участке 1, выполненном во входном тракте воздуховода. Теплообменник 14 и участок 1 воздуховода находятся в разогретом состоянии, определяемом температурой теплоносителя энергоустановки. Температура охлаждающей воды в бассейне 10 определяется темпеpатурным режимом данного помещения и не зависит от температуры воды в теплообменнике 14 из-за отсутствия циркуляции воды по подводящей и отводящей трубам 15 и 16. Опускной канал 7 образует паровоздушный замок, препятствующий циркуляции воздуха в выходном тракте воздуховода и снижающей потери тепла и воды бассейном 10.

При аварийной ситуации или предусмотренном регламентом случае, когда отключается потребитель энергоустановки, температура теплоносителя последней на входе в систему расхолаживания повышается и охлаждающая вода, проходящая через теплообменник 14, начинает кипеть, а пар или пароводяная смесь поступает по подъемной трубе 16 в начальный участок выходного тракта воздуховода. Далее пар по выходному тракту воздуховода выходит в окружающую среду. По мере выпаривания воды и понижения ее уровня в бассейне 10 открывается гидрозатвор и соединяются по воздуху входной и выходной тракты воздуховода. При этом предварительный прогрев паром выходного тракта обеспечивает развитие естественной циркуляции воздуха в воздуховоде от входного к выходному тракту. Таким образом, и поверхность 13 охлаждения и теплообменник 14 оказываются включенными в работу. После выкипания охлаждающей воды в работе остается только поверхность 13 охлаждения. Такой порядок включения в работу системы оптимальным образом сочетается с величиной остаточных энерговыделений при расхолаживании атомной энергоустановки, когда переход на отвод только поверхностью, охлаждаемой воздухом, с более низкими теплотехническими характеристиками соответствует пониженной мощности остаточных энерговыделений атомной энергоустановки, изменяющихся по экспоненциальному закону. Процесс расхолаживания при отводе тепла воздухом не ограничен во времени и позволяет понизить температуру теплоносителя энергоустановки до величин менее 100^оС.

В данной системе отвода тепла отсутствуют устройства с активными (движущимися) элементами для включения ее в работу, что повышает степень пассивности системы и ее надежность.

Использование: изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных станциях теплоснабжения. Сущность изобретения: система отвода тепла от энергоустановки содержит воздуховод с входным и выходным трактами и поверхность охлаждения, подключенную своим охлаждаемым трактом к энергоустановке, причем входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного и конечного участков, в первом из которых размещена поверхность охлаждения, а выходной тракт воздуховода выполнен в виде соединенных между собой начального и конечного подъемных участков. Дополнительно система отвода тепла содержит бассейн охлаждающей воды, через полость которого входной и выходной тракты воздуховода соединены между собой, и размещенный ниже бассейна теплообменник, подключенный охлаждаемым трактом к энергоустановке и соединенный своим охлаждающим трактом посредством опускной и подъемной труб соответственно с нижней частью полости бассейна и начальным участком выходного тракта воздуховода, причем конечный участок входного тракта последнего и начальный участок его выходного тракта расположены над бассейном один от другого посредством перегородки, заведенной в бассейн и образующей проем с днищем последнего. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СИСТЕМА ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ, содержащая воздуховод с входным и выходным трактами и поверхность охлаждения, подключенную своим трактом к энергоустановке, причем входной тракт воздуховода выполнен в виде начального подъемного и конечного участков, в первом из которых размещена поверхность охлаждения, а выходной тракт воздуховода выполнен в виде соединенных между собой начального и конечного подъемных участков, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бассейн охлаждающей воды, через полость которого входной и выходной тракты воздуховода соединены между собой, и размещенный ниже бассейна теплообменник, подключенный охлаждаемым трактом к энергоустановке и соединенный своим охлаждающим трактом посредством опускной и подъемной труб соответственно с нижней частью полости бассейна и выходным трактом воздуховода, причем конечный участок входного тракта последнего и начальный участок его выходного тракта расположены над бассейном и отделены один от другого посредством перегородки, заведенной в бассейн и образующей проем с днищем последнего. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что выходной тракт воздуховода выполнен с опускным каналом, посредством которого его начальный и конечный участки соединены между собой. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что теплообменник соединен своей подъемной трубой с выходным трактом воздуховода в зоне его начального участка. 4. Система по пп. 1 3, отличающаяся тем, что поверхность охлаждения и теплообменник своими охлаждаемыми трактами последовательно соединены между собой, причем теплообменник размещен ниже поверхности охлаждения. 5. Система по пп.1 4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит устройство сбора конденсата пара охлаждающей воды, соединенное с бассейном и выполненное в виде установленных на стенках выходного тракта воздуховода желобов, расположенных выше бассейна и соединенных друг с другом.