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 эксплуатации, 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 гидлических 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 обращенной открытым концом к придонной зоне наружной трубы, внутренняя труба помещена по всей длине с зазором в кожух с возможностью перемещения, за пределами наружной трубы, по поверхности внутренней трубы, причем кромка кожуха, обращенная к придонной зоне наружной трубы, жестко соединена с кромкой внутренней трубы.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез теплообменника.

Теплообменник содержит внешнюю 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. Кромки кожуха 4 и внутренней трубы 2 жестко соединены между собой. Другой конец кожуха 4 плотно прилегает к поверхности внутренней трубы 2 с возможностью перемещения вдоль оси теплообменника.

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, причем свободный конец кожуха 4, прилегая плотно к внутренней трубе 2, имеет возможность перемещаться при температурных удлинениях.

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, отвечающего требованиям надежности, технологичности, монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема.

Источники информации

1. Зубков Е.Т. и др. Теплообменный элемент. SU А.с. №399708, F28D 7/10. Приоритет - 16.09.71. Опубл. бюллетень изобретений №39, 03.10.1973 - аналог.

2. Дунцев Ю.А. и др. Теплообменный элемент типа "труба в трубе". SU A.с. №422935, F28D 7/10. Приоритет - 15.11.71. Опубл. бюллетень изобретений №13. 05.04.1974.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в качестве высоко-теплонапряженного 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 обращенной открытым концом к придонной зоне наружной трубы, внутренняя труба помещена по всей длине с зазором в кожух с возможностью перемещения, за пределами наружной трубы, по поверхности внутренней трубы, причем кромка кожуха, обращенная к придонной зоне наружной трубы, жестко соединена с кромкой внутренней трубы. Технический результат - выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля паропроизводящей установки погружного типа, отвечающего 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 обращенной открытым концом к придонной зоне наружной трубы, отличающийся тем, что внутренняя труба помещена по всей длине с зазором в кожух с возможностью перемещения, за пределами наружной трубы, по поверхности внутренней трубы, причем кромка кожуха, обращенная к придонной зоне наружной трубы, жестко соединена с кромкой внутренней трубы.