ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменным аппаратам и может быть использовано в энергетической, химической и нефтяной промышленности.

Известен теплообменник для воздушного охлаждения рабочей среды, содержащий трубные пучки, расположенные горизонтально, набранные из зигзагообразных труб. Трубный пучок размещен в металлическом корпусе, выполненным в виде прямоугольного короба. Для повышения эффективности теплообмена по тракту охлаждающего воздуха, теплообменные трубы по наружной поверхности снабжены поперечным оребрением [1]
Недостатком известного теплообменника является то, что трубные пучки не имеют устройств для сепарации пара и отвода отсепарированной влаги, что в свою очередь, ухудшает надежность теплоотдачи от пара к стенкам теплообменных труб, а это приводит к увеличению теплообменной поверхности, габарита и веса теплообменника.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является теплообменник для охлаждения или конденсации среды, охлаждаемой воздухом и выполненный из пучков U-образных труб [2]
Недостатки известного теплообменника аналогичны известному теплообменнику [1]
Цель изобретения повышение интенсивности теплообмена в теплообменнике.

Цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем подводящий и отводящий трубопроводы, секции с последовательным подключением их между собой, причем каждая секция выполнена в виде пучка U-образных труб, трубы каждой секции подключены к общим для них раздающим и собирающим коллекторам, причем собирающий коллектор выполнен в виде двух коаксиально расположенных и жестко соединенных между собой труб, перед собирающим коллектором предыдущей секции каждая теплообменная труба снабжена сепаратором пара, выполненным в виде кольцевой камеры, образованной коаксиально расположенными переходником и вставкой, перфорированной отверстиями, причем один конец переходника соединен с теплообменной трубой, а другой его конец расположен между наружной и внутренней трубами собирающего коллектора, закрыт кольцом, снабжен отверстиями, выполненными в переходнике около торца, и жестко соединен с наружной трубой собирающего коллектора, при этом вставка одним концом жестко соединена с переходником и снабжена завихрителем, а другим концом соединена с внутренней трубой собирающего коллектора, снабженного отводом осушенного пара к последующей секции, а наружная труба собирающего коллектора снабжена патрубком, подключенным к отводящему трубопроводу теплообменника.

На фиг.1 изображен теплообменник, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2.

Теплообменник содержит несколько последовательно соединенных секций. В данном изобретении рассматривается теплообменник, выполненный из двух секций 1 и 2, которые состоят из корпуса 3, раздающего коллектора 4, собирающих коллекторов 5 и 6, подводящего 7 и отводящего патрубков 8, которые соединены соответственно с подводящим трубопроводом 9, подводящим паровую среду, например, от парогенератора и отводящим трубопроводом 10, возвращающий конденсат обратно в парогенератор.

К коллекторам 4,5 и 4,6 присоединены трубные пучки 11, выполненные из оребренных снаружи теплообменных труб 12 U-образной формы. Перед собирающим коллектором 5 секции 1 каждая теплообменная труба 12 снабжена сепаратором 13 пара, представляющего собой кольцевую камеру 14, образованную коаксиально расположенными переходником 15 и вставкой 16, перфорированной отверстиями 17. Переходник 15 соединен с теплообменной трубой 12 сварным швом 18 и установлен в отверстие 19 наружной трубы 20 собирающего коллектора 5 и приварен к ней сварным швом 21. Переходник 15 закрыт кольцом 22 при помощи сварных швов 23 и 24 и в переходнике 15 выполнены отверстия 25 для выхода конденсата. Вставка 16 крепится к переходнику 15 при помощи сварного шва 26, а другим концом устанавливается в отверстие 27 внутренней трубы 28 коллектора 5.

Верхняя часть вставки 16 снабжена завихрителем 29. Наружная труба 20 собирающего коллектора 5 снабжена отводом 30 для отвода осушенного пара и установленного в отверстии 31 наружной трубы 20 и отверстии 32 внутренней трубы 28, причем отвод 30 приварен к трубе 20 сварным швом 33. Далее отвод 30 жестко соединен с патрубком 7 раздающего коллектора 4 секции 2 сварным швом 34. В нижней части собирающего коллектора 5 к наружной трубе 20 приварен сварным швом 35 патрубок 36, который соединен трубой 37 жестко с отводящим трубопроводом 10, отводящим конденсат в парогенератор.

Внутренняя труба 28 жестко закреплена в наружной трубе 20 при помощи вкладышей 38, равномерно установленных по периметру трубы 20. Корпус 3 секций 1 и 2 плотно соединяется между собой.

Секция 2 на входе (по охлаждающему воздуху) соединена жестко с подводящим воздух кожухом 39, а секция 1 на выходе соединена с вытяжной трубой 40, в которой установлен шибер 41. Во внутренней трубе 28 собирающего коллектора 5 предусмотрено выполнение отверстия 42 для слива конденсата, попавшего во внутреннюю трубу 28.

Рассмотрим работу теплообменника применительно для охлаждения или конденсации пара, проходящего через его трубные пучки 11.

Пар из парогенератора через подводящий трубопровод 9 поступает в раздающий коллектор 4 секции 1 теплообменника, где раздается по теплообменным трубам 12 теплообменного пучка 11 и, проходя по ним, отдает свое тепло потоку охлаждающего воздуха, движущемуся по межтрубному пространству трубного пучка 11 и ограниченного корпусом 3, выполненного в виде прямоугольного короба.

Движение воздуха осуществляется за счет естественной тяги в трубе 40, при открытии шибера 41. Под действием охлаждающего воздуха, пар в теплообменных трубах 12 охлаждается и на внутренних стенках труб 12 образуется тонкая пленка конденсата воды, которая ухудшает дальнейший теплообмен. Пароводяная смесь перемещается вниз по теплообменным трубам 12 и попадает в завихрители 29, установленные во вставках 16 сепаратора 13 пара, благодаря чему пароводяная смесь закручивается и более тяжелая среда вода отбрасывается на внутреннюю стенку вставки 16 и через отверстия 17 попадает в кольцевую камеру 14, откуда конденсат через отверстия 25 поступает в зазор между наружной трубой 20 и внутренней трубой 28 собирающего коллектора 5 и стекает в нижнюю часть коллектора 5 и через патрубок 36 отводится в отводящий трубопровод 10. Осушенный пар проходит через вставку 16 и поступает во внутреннюю полость трубы 28, а из нее через отвод 30 поступает в раздающий коллектор 4 секции 2 и распределяется по теплообменным трубам 12, где происходит дальнейшее его охлаждение или конденсация. Конденсат по трубам 12 попадает в собирающий коллектор 6 секции 2 и через патрубок 8 поступает в отводящий трубопровод 10 на подпитку парогенератора.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить интенсивность теплопередачи в секциях теплообменника за счет уменьшения толщины водяной пленки на внутренней поверхности теплообменных труб и отвода ее в парогенератор по отводящим трубопроводам, что в свою очередь, позволяет уменьшать теплообменную поверхность трубного пучка и, следовательно, уменьшить габариты и вес теплообменника. Кроме того, теплообменник можно использовать в системе пассивного отвода тепла ядерной энергетической установки.

Использование: в энергетике, в частности в ядерных энергетических установках. Сущность изобретения: теплообменник выполнен в виде секций, каждая из которых состоит из пучка V-образных теплообменных труб, подсоединенных к общему собирающему коллектору, выполненному в виде двух коаксиальных труб. Каждая труба снабжена сепаратором пара, выполненным в виде кольцевой камеры. Отсепарированная влага через наружную трубу собирающего коллектора поступает в отводящий трубопровод таплообменника. Осушенный пар через внутреннюю трубу собирающего коллектора проходит в следующую секцию теплообменника. Указанная конструкция уменьшает толщину водяной пленки на внутренней поверхности теплообменных труб и тем самым повышает интенсивность теплообмена. 3 ил.

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий подводящий и отводящий трубопроводы, секции с последовательным подключением их между собой, причем каждая секция выполнена в виде пучка U-образных теплообменных труб, отличающийся тем, что трубы каждой секции подключены к общим для них раздающему и собирающему коллекторам, причем собирающий коллектор выполнен в виде двух коаксиально расположенных и жестко соединенных между собой труб, перед собирающим коллектором предыдущей секции каждая теплообменная труба снабжена сепаратором пара, выполненным в виде кольцевой камеры, образованной коаксиально расположенными переходником и вставкой, перфорированной отверстиями, причем один конец переходника соединен с теплообменной трубой, а другой его конец расположен между наружной и внутренней трубами собирающего коллектора, закрыт кольцом, снабжен отверстиями, выполненными в переходнике около торца, и жестко соединен с наружной трубой собирающего коллектора, при этом вставка одним концом жестко соединена с переходником и снабжена завихрителем, а другим концом соединена с внутренней трубой собирающего коллектора, снабженного отводом осушенного пара к последующей секции, а наружная труба собирающего коллектора снабжена патрубком, подключенным к отводящему трубопроводу теплообменника.