ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2002 года по МПК F28B1/06 

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно к теплообменникам систем пассивного отвода тепла (СПОТ).

В случае аварий с потерей электроснабжения энергоблока требуется пассивный отвод тепла остаточных тепловыделений ядерного реактора, например, путем использования теплообменника, охлаждаемого воздухом /1/.

Известен теплообменник /2/, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является теплообменник /3/, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя, последняя из которых снабжена дренажем для удаления теплоносителя из нижней камеры.

При использовании такого теплообменника в СПОТ ядерной энергетической установки пассивный принцип достигается путем отсечения теплообменника по воздушному тракту. При этом за счет потерь тепла через теплоизоляцию воздушного тракта охлаждаемый теплоноситель (пар) в трубах частично конденсируется, причем наиболее сильная конденсация происходит в нижних трубах пучка, которые охлаждаются воздухом с наименьшей температурой. На нижней образующей внутренней стенки труб образуется пленка конденсата. В процессе конденсации пар через верхнюю и нижнюю камеры движется в зону конденсации.

Недостатком известных теплообменников является пониженная надежность в режиме ожидания, когда теплообменник отсечен по воздушному тракту. При этом поток пара из нижней камеры срывает пленку конденсата с внутренней поверхности труб, что приводит к образованию пробок и неравномерному охлаждению стенок трубы. Кроме того, наличие встречных потоков пара создает турбуленцию, также приводящую к отрыву пленки конденсата от стенки трубы. Следствием описанных явлений является возникновение температурных пульсаций на стенке трубы, вызывающих циклические напряжения, снижающие эксплуатационную надежность теплообменника.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности теплообменника путем снижения температурных напряжений на стенках труб.

Задачей изобретения является сохранение условий для равномерного стока конденсата, образующегося в режиме ожидания, в выходную камеру теплообменника.

Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы теплообменника и снижение вероятности аварии из-за усталостного разрыва труб теплообменника, работающих под давлением.

Указанная цель достигается тем, что в известном теплообменнике, содержащем пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенных к верхней и нижней камерам теплоносителя, последняя из которых снабжена дренажем для удаления теплоносителя из нижней камеры, согласно изобретению упомянутый дренаж для удаления теплоносителя расположен выше точки присоединения к нижней камере по крайней мере одного ряда труб пучка.

При таком устройстве дренажа выходные отверстия по крайней мере одного ряда труб в нижней камере затоплены конденсатом, который препятствует проникновению в трубы пара из нижней камеры. Пар движется в зону конденсации только из верхней камеры попутно с потоком конденсата, что создает условия для равномерного стекания конденсата в нижнюю камеру. В результате достигается более равномерное охлаждение стенок труб, снижаются температурные пульсации, что приводит к повышению эксплуатационной надежности теплообменника.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен вертикальный разрез теплообменника.

Теплообменник состоит из пучка теплообменных труб 1, присоединенных к верхней 2 и нижней 3 камерам теплоносителя. Трубный пучок заключен в кожух 4, в который снизу поступает охлаждающая среда (воздух). Нижняя камера 3 снабжена дренажем в виде патрубка 5, входное отверстие которого расположено выше выходных отверстий нижнего ряда труб пучка 1.

Теплообменник работает следующим образом.

В режиме ожидания, когда теплообменник отсечен по воздушному тракту, за счет потерь тепла через теплоизоляцию кожуха 4 охлаждаемый теплоноситель в трубах пучка 1 частично конденсируется, причем наиболее сильная конденсация происходит в нижних трубах пучка 1, которые охлаждаются воздухом с наименьшей температурой. На нижней образующей внутренней стенки труб образуется пленка конденсата. Пленка стекает в нижнюю камеру 3, причем за счет верхнего расположения дренажа в виде патрубка 5 нижние ряды труб затоплены конденсатом. В процессе конденсации пар движется в зону конденсации только через верхнюю камеру 2 попутно с движением конденсата. При этом конденсат стекает в нижнюю камеру 3 равномерно, что приводит к снижению температурных напряжений в стенках труб.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает существенным преимуществом по сравнению с прототипом. Внедрением предлагаемого решения достигается повышение надежности теплообменника.

Экономическая эффективность применения предлагаемого решения определяется увеличением срока службы теплообменника и снижением вероятности аварии в результате усталостного разрыва труб теплообменника, работающих под давлением.

Наиболее целесообразно предложенные решения использовать в теплообменниках СПОТ ядерных энергетических установок, имеющих воздушное охлаждение и отсекаемых по воздушному тракту в режиме ожидания.

Источники информации
1. А.с. СССР N 1507096, МПК G 21 C 15/18.

2. Патент Англии N 1270568, МПК F 28 d 7/02.

3. Патент Англии N 1173717, НКЛ F 4 S.

Использование: в системе пассивного отвода тепла ядерного реактора. Сущность изобретения: теплообменник состоит из пучка теплообменных труб 1, присоединенных к верхней 2 и нижней 3 камерам теплоносителя. Трубный пучок заключен в кожух 4, в который снизу поступает охлаждающая среда (воздух). Нижняя камера 3 снабжена дренажем в виде патрубка 5, входное отверстие которого расположено выше выходных отверстий нижнего ряда труб пучка 1. Затопление конденсатом выходных отверстий нижних труб пучка 1 приводит к снижению температурных пульсаций на стенках труб и повышению эксплуатационной надежности теплообменника. 1 ил.

Теплообменник, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя, последняя из которых имеет дренаж для удаления теплоносителя из нижней камеры, отличающийся тем, что упомянутый дренаж для удаления теплоносителя расположен выше точки присоединения к нижней камере по крайней мере одного ряда труб пучка.