ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2010 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве модуля малогабаритного теплообменника в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.

Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе" с переходником для сред, причем переходник выполнен в виде фасонной пробки, образующей с наружной трубой переточные окна для среды, протекающей в кольцевом пространстве между трубами, и имеющей осевой и радиальные каналы, подключенные к внутренней трубе и выведенные за пределы наружной трубы [1].

Недостатком этого технического решения является наличие конструктивного зазора в соединении фасонной пробки с трубой, что может привести к возникновению трещины в сварном соединении как в процессе сварки, так и при работе в условиях высоких теплонапряжений из-за разницы температур между трубой и фасонной пробкой. Процессу возникновения трещины способствует вибрация внутренней трубы. Кроме того, в плотном пучке теплообменных элементов затруднен надежный вход греющего теплоносителя в канал внутренней трубы. Существенным недостатком этой конструкции теплообменного элемента является сравнительно низкая интенсивность теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями и, как следствие, невысокие значения величин выходного паросодержания при использовании теплообменного элемента в составе модульного теплообменника корабельной ЯЭУ.

Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе", преимущественно трубка Фильда, причем внутренняя труба имеет переменную толщину, ступенчато изменяющуюся по ходу среды [2].

Недостатком этого технического решения является невысокая надежность теплообменного элемента из-за конструкции внутренней трубы, так как сварные швы соединяемых участков этой трубы могут привести к возникновению трещин в режиме переменных термоциклических напряжений во время эксплуатаци, а также наличие больших гидравлических сопротивлений при движении жидкости в проходном сечении внутренней трубы из-за его резких расширений. Этому будет способствовать вибрация внутренней трубы относительно наружной, так как поток жидкости движется под большим давлением. Кроме того, ухудшается процесс теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями из-за влияния опускного потока на нагреваемую жидкость, проходящую линию раздела "жидкость - газ".

Технический результат предлагаемого изобретения - увеличение ресурса работы за счет повышения надежности конструкции теплообменника при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого им объема, уменьшение гидравлических сопротивлений в условиях высоких перепадов температур теплообменивающихся жидкостей и их гидротурбулентных параметров, а также интенсификация теплообмена за счет увеличения поверхности теплосъема во время эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике преимущественно погружного вида типа "труба в трубе", содержащем укрепленную одним концом в трубной доске наружную трубу, заглушенную с другого конца, внутреннюю трубу, укрепленную в другой трубной доске и обращенную открытым концом к придонной зоне наружной трубы, внутренняя труба помещена по всей длине с зазором в кожух, закрепленный жестко за пределами внешней трубы к внутренней трубе, причем кромка кожуха, обращенная к придонной зоне внешней трубы, охватывает внутреннюю трубу так, что проходные сечения кожуха и внутренней трубы совпадают.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен продольный разрез теплообменника.

Теплообменник содержит наружную трубу 0, укрепленную в трубной доске 1, причем наружная труба 0 с одного конца заглушена. Внутри наружной трубы 0 расположена внутренняя труба 2, укрепленная в трубной доске 3 и помещенная в кожух 4. Кромка верхнего конца кожуха 4 и внутренняя труба 2 жестко соединены между собой. Другой конец кожуха 4, обращенный к придонной зоне наружной трубы 0, охватывает внутреннюю трубу 2 так, что проходные сечения кожуха 4 и внутренней трубы 2 совпадают.

Теплообменник работает следующим образом.

Движение потоков теплообменивающихся сред относительно стенок теплообменника организовано по противоточной схеме. Греющая среда движется сверху вниз, омывая внешнюю трубу 0. Нагреваемая среда, поступая через внутреннюю трубу 2 и изменяя направление на противоположное, получает тепло от стенок наружной трубы 0, причем кожух 4 выполняет функцию теплоизолирующего экрана встречных потоков за счет образования внутренней трубой 2 и кожухом 4 зазора. При теплообмене этот зазор имеет коэффициент температуропроводности существенно меньше, чем стенка металла, при этом инжекция объема этого зазора, осуществляемая совпадением выходных проходных сечений кожуха 4 и внутренней трубы 2, будет поддерживать газовый объем с соответствующими постоянными величинами физических параметров.

Выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля теплообменника погружного типа паропроизводящей корабельной ЯЭУ, работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок, отвечающим требованиям надежности, технологичности, монтажа при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема.

Источники информации

1. Зубков Е.Т. и др. Теплообменный элемент. SU. А.с. N 399708, F28D 7/10. Приоритет - 16.09.71. Опубл. бюллетень изобретений N 39. 03.10.1973 - аналог.

2. Дунцев Ю.А. и др. Теплообменный элемент типа "труба в трубе". SU. А.с. N 422935, F28D 7/10. Приоритет - 15.11.71. Опубл. бюллетень изобретений N 13. 05.04.1974 - прототип.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в качестве высокотеплонапряженного теплообменника погружного вида типа "труба в трубе". В теплообменнике преимущественно погружного вида типа "труба в трубе", содержащем укрепленную одним концом в трубной доске наружную трубу, заглушенную с другого конца, внутреннюю трубу, укрепленную в другой трубной доске и обращенную открытым концом к придонной зоне наружной трубы, внутренняя труба помещена по всей длине с зазором в кожух, закрепленный жестко за пределами внешней трубы к внутренней трубе, причем кромка кожуха, обращенная к придонной зоне внешней трубы, охватывает внутреннюю трубу так, что проходные сечения кожуха и внутренней трубы совпадают. Технический результат - выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля паропроизводящей установки погружного типа, отвечающим требованиям надежности, технологичности, монтажа при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема ЯЭУ. 1 ил.

Теплообменник преимущественно погружного вида типа "труба в трубе", содержащий укрепленную одним концом в трубной доске наружную трубу, заглушенную с другого конца, внутреннюю трубу, укрепленную в другой трубной доске и обращенную открытым концом к придонной зоне наружной трубы, отличающийся тем, что внутренняя труба помещена по всей длине с зазором в кожух, закрепленный жестко за пределами внешней трубы к внутренней трубе, причем кромка кожуха, обращенная к придонной зоне внешней трубы, охватывает внутреннюю трубу так, что проходные сечения кожуха и внутренней трубы совпадают.