CS195329B2 - Lamellar heat exchanger - Google Patents

Description

Vynález se týká výměníku tepla deskového typu výměníku, to jest takového, kde si dvě tekutiny sdílejí teplo paralelními deskami, zvláště kovovými, které oddělují jeden od druhého prostory, ve kterých cirkulují dvě tekutiny, nemající přímého kontaktu jedna s druhou.

Vynález je použitelný obzvláště v případě, kdy jedna z tekutin je voda pod tlakem nebo cirkulující tekutý kov, obzvláště sodík, použitý v okruhu jaderného reaktoru tlakovodního nebo s rychlými neutrony. Druhou tekutinou je voda, určená к odpaření teplem, přineseným první tekutinou.

Je známo, že v takovýchto aplikacích, a obzvláště je-li první tekutinou sodík, je základním předpokladem, aby byl vyloučeh jakýkoliv kontakt mezi vodou na jedné straně a sodíkem na druhé straně, vzhledem к možnosti velice nebezpečné chemické reakce mezi oběma látkami. Kromě toho nutnost odpařovat vodu při jejím průchodu výměníkem vyžaduje aktivní povrchy velkých rozměrů, zatímco celkový objem zařízení je poměrně omezený. Deskové výměníky tepla odpovídají obzvláště dobře těmto požadavkům, protože dovolují uzavřít alespoň jednu z tekutin do série plochých článků s paralelními stěnami, umístěných v uzavřeném prostoru, kde cirkuluje druhá teku2 tina, a to vně článků. Struktura článků zaručuje pro daný průtok mimořádně velkou aktivní plochu podél volných prostorů ponechaných mezi články, protékanými první tekutinou.

Předkládaný vynález se tedy týká výměníku tepla výše uvedeného druhu, který je navržen pro provoz v malém prostoru, což umožňuje například umístit výměník do prostoru mezi jádro a obal jaderného reaktoru nebo do uzavřeného prostoru vně reaktoru tak, aby bylo zajištěno co nejlepší předání tepla, přinášeného vodou nebo jinou chladicí kapalinou, cirkulující jádrem reaktoru.

Uvažovaný výměník, obsahující větší množství článků, kde každý z nich je tvořen plochým uzavřeným oddílem s paralelními stěnami, přičemž tyto oddíly jsou odděleny prostorem umožňujícím průtok první kapaliny, přičemž každý z článků protékaný druhou kapalinou zahrnuje boční vývody, jdoucí po opačných stranách článku, je výměník, vyznačující se tím, že každý svazek článků je tvořen alespoň dvěma skupinami článků, každá skupina přitom obsahuje více článků. Boční vývody těchto článků jsou přitom uspořádány stejným způsobem v každé skupině a způsobem opačným v sousedních skupinách. Kromě toho jsou tyto vý vody v každé skupině připojeny na společný přívodní kolektor a na společný odváděči kolektor.

Díky tomuto uspořádání článků ve skupinách vytvářející svazky výměníku a jejich vývody v každé skupině, je umožněno nechat proudit druhou kapalinu články, přitékat do nich a odtékat z. nich pomocí kolektorů, které nejenom napájí články, ale jsou jimi překryty tak, aby bylo dosaženo co nejmenšího' objemu.

Tato · dispozice dovoluje obzvláště připojovat za skupinu s jednou orientací skupinu s druhou orientací, přičemž tyto skupiny jsou odděleny mezerou odpovídající s výhodou mezeře, která odděluje sousední články téže skupiny.

Pro vynález je zvláště charakteristické, že články každé skupiny jsou totožné a umístěné od jedné skupiny ke druhé s opačnou orientací, a to symetricky vzhledem k meridiální rovině, kolmé na plochu článků.

V různých provedeních výměníku podle vynálezu jsou články každé skupiny provedeny ve tvaru rovnoběžníku nebo lichoběžníku, přičemž vývody článků jsou v oblastech ostrých úhlů rovnoběžníka nebo lichoběžníka.

V jiné variantě je každý článek ve tvaru obdélníka, přičemž vývody jsou v nástavcích, situovaných na opačných stranách obdélníka, a to buď na téže straně levé, nebo pravé, nebo podle diagonály.

Kolektor, spojující vývody článků téže skupiny, je tvořen jedinou trubkou, procházející všemi články, přičemž tato trubka je opatřena vstupními. otvory nebo výstupními otvory uvnitř každého článku. S výhodou je možno tyto otvory vytvořit jako štěrbiny nebo zářezy na příslušné trubce. V jiné variantě vynálezu je každý kolektor vytvořen přerušovaným způsobem tak, že se skládá ze série krátkých úseků trubky, umístěných v přímce mezi . po sobě následujícími články téže skupiny.

Vynález se také týká různých aplikací výměníku podle vynálezu, odpovídajících obzvláště různým · · způsobům montáže tohoto výměníku do prostoru, v němž je uzavřena druhá tekutina obtékající články a způsobu umístění do šachty reaktoru. S výhodou může být výměník tvořen množstvím článků, umístěných v prstencovém prostoru kolem reaktoru v reaktorové šachtě, což přináší možnost odlehčení jádra reaktoru nebo prostoru absorpčních prvků. · V jiné variantě mohou být skupiny výměníku uspořádány radiálně nebo transverzálně v šachtě reaktoru nebo v jiném vhodném prostoru.

Další znaky výměníku tepla podle vynálezu budou uvedeny dále v průběhu popisu, který bude nyní pokračovat řadou příkladů, které ilustrují, aniž by jej omezovaly, předmět vynálezu spolu s obrázky, na kterých obr. 1 je schematický perspektivní pohled, částečně provedený v řezu, na jednu skupinu článků výměníku podle vynálezu, obr.

je spolu s obr¹. 31, 4, 5 pohledem v bokorysu na · různé 'varianty provedení článků výměníku podle vynálezu a · obr. 6 až 8 ilustrují v půdorysu různé varianty provedení výměníku, seskupující více skupin článků podle některé z předešlých variant, přitom výměník je umístěn uvnitř prostoru jaderného reaktoru.

Nejprve připomeneme že vynález, 'jak plyne z již uvedených ' úvah, se týká hlavně provedení výměníku pomocí více skupin článků, přičemž se kladou vedle sebe alespoň · dva autonomní podsystémy nebo skupiny vytvořené ze sousedících článků, s výhodou totožných, každá skupina je připojena na zvláštní vstupní kolektor a na zvláštní výstupní kolektor pro druhou kapalinu, které napájí soubor článků, přičemž první kapalina, která je v tepelném působení na druhou, protéká mezi články.

Skupiny jsou s výhodou odděleny od sebe mezerou, která je stejně velká jako vzdálenosti jednotlivých článků v téže skupině. Každá skupina je umístěna mezi články a kolektory článků přilehlé skupiny a naopak.

Takto, · jak je znázorněno na obr. 1, skupina článků uvažovaného výměníku se skládá ze dvou částí 1, 2, vytvořených každá ze čtyř rovnoběžných článků 3, 4, které náleží do první, resp. druhé části. Na obrázku jsou první dva články 3 první části 1 zobrazeny v řezu, aby bylo lépe ukázáno provedení článků 3. Tyto jsou s výhodou vytvořeny dvěma rovnoběžnými plechy nebo deskami 5, 6, spojenými úzkým obvodovým pruhem 7, přičemž tyto prvky jsou spojeny svářením. Pochopitelně je zřejmé, že jakákoliv jiná metoda výroby je vhodná, aniž by se vybočilo z rámce předpokládaného vynálezu.

Každý z článků 3 části 1 je oddělen od sousedního článku 3 úzkým prostorem a, vytvářejícím volný průchod, umožňující cirkulaci první kapaliny, kterou může být ' tekutý kov, jako například sodík, v případě, že uvažovaný výměník je použit v okruhu jaderného reaktoru na rychlé neutrony.

Stejně tak články 3, 4, náležející k různým částem 1, 2, jsou odděleny úzkým prostorem b, dovolujícím také · cirkulaci první kapaliny, přičemž tento prostor b má s výhodou šířku přibližně stejnou jako prostor a oddělující články v této skupině.

Podle vynálezu nese každý článek 3 první části 1 dva vývody označené 8, 9 a umístěné na opačných stranách těchto článků 3, zatímco · články 4 druhé části 2 · nesou také dva další vývody 10, 11, opět umístěné na opačných stranách, ale tentokrát s opačnou orientací vzhledem k vývodům 8, 9 prvních článků 3 v první části 1.

V každé části 1, 2 jsou Články 3, 4 napájeny druhou kapalinou, jmenovitě vodou, určenou k přebírání tepla od první kapaliny, cirkulující prostory a a b definovanými výše. Druhá kapalina je obvykle určena k odpaření. Články 3 první části 1 jsou připojeny na dva kolektory společné pro všechny tyto články představované trubkami 12 a 13, umístěnými transverzálně vzhledem к článkům 3 a procházejícími jejich vývody 8, 9,

Tyto trubky 12, 13 mají na sobě uvnitř každého článku 3 zářezy nebo štěrbiny 14, umožňující druhé kapalině vystoupit v tekutém skupenství z kolektoru 12, projít každým z článků 3 a nakonec být přijata v kolektoru 13, a být ve formě páry odvedena ze skupiny článků 3.

. Kolektory 12, 13 pokračují zahnutými částmi trubek 15, 16, které mohou být vzhledem к orientaci článků 4 v sousední části 2 vedeny nad, respektive pod zkrácené části článků 4.

Na obrázku je směr proudění druhé kapaliny články 3 první části 1 naznačen šipkami 17 na vstupu a šipkami 18 na výstupu.

Stejným způsobem jsou články 4 druhé části 2 připojeny na dva společné kolektory, označené na vstupu 19 a na výstupu 20, které pokračují svými vnějšími ohnutými částmi nad, respektive pod články 3 první části

1. Směr cirkulace je naznačen šipkami 21 a 22.

Obrázky 2 až 5 ukazují různé varianty provedení článků 3, 4 vé dvou částech vytvářejících jednu skupinu článků výměníku. Na obr. 2 lze takto nalézt dispozici, která již byla ukázána na obr. 1, kde každý, z článků 3, 4 má tvar rovnoběžníka, vývody 8, 9 a na druhé straně vývody 10, 11 procházejí přívodní a výstupní kolektory 19, 20, které jsou situovány do vrcholů rovnoběžníka, a to'do oblastí jeho ostrých úhlů.

Na tomto obrázku je znovu vidět, že články 4 druhé části 2 jsou umístěny s opačnou orientací vzhledem к článkům 3 první části 1 a zachovávají symetrii vzhledem к osové vertikální rovině skupiny.

Na obr. 3 jsou všechny články 3, 4 skupin 1, 2 ve tvaru lichoběžníka. Při tomto způsobu provedení jsou vývody 8, 9 článků 3 opětně situovány do ostrých úhlů lichoběžníka, zatímco vývody 10, 11 článků 4 jsou umístěny s opačnou orientací tak, že zachovávají jako v předchozím příkladě symetrii montáže vzhledem к osové vertikální rovině skupiny článků.

Nakonec na obrázcích 4 a 5 jsou články 3, 4 ve tvaru obdélníka, přičemž vývody 8, 9 a vývody 10, 11 jsou vytvořeny výstupky umístěnými na protilehlých kratších stranách tohoto obdélníka. Při způsobu podle obr. 4 jsou výstupky umístěny na téže straně vzhledem к delší straně obdélníka, zatímco na obr. 5 jsou výstupky umístěny podle diagonály téhož obdélníka.

Při každém z výše uvedených způsobů provedení má každá skupina článků vždy jeden vstupní a jeden výstupní kolektor, umístěné na spodní, respektive horní straně článků, přičemž druhá kapalina proudí zdola nahoru.

Pochopitelně směr toku druhé kapaliny může být také opačný, stejně tak jako směr toku první kapaliny v průchodech mezi články může být stejný nebo opačný vzhledem к druhé kapalině, tekoucí články.

Obrázky 6, 7 a 8 ukazují různé způsoby montáže výměníku tepla podle vynálezu, provedeného kterýmkoliv z výše uvedených způsobů, uvnitř uzavřeného prostoru nebo v šachtě jaderného reaktoru, obzvláště reaktoru s rychlými neutrony, užívajícího jako primární chladicí médium tekutého sodíku.

V příkladě ilustrovaném na obr. 6 je takto vytvořen výměník ze trojice skupin 30, 31, 32, přičemž každá z těchto skupin 30, 31, 32 je tvořena dvěma částmi, označenými po řadě 30a, 30b; 31a, 31b; 32a, 32b a tyto části jsou samy vytvořeny z paralelních plochých článků, zřízených podle dispozic z obrázků 2 až 5. Tyto tři skupiny 30, 31, 32 jsou umístěny uvnitř prostoru, který je vně ochranného pláště reaktoru. Díky vhodnému umístění a provedení vstupních a výstupních kolektorů jednotlivých částí skupin může být takto vytvořen obzvláště kompaktní výměník, což jej speciálně činí dobře λ uzpůsobeným pro použití v okruhu „smyčkového“ jaderného reaktoru s parním generátorem., umístěným mimo v odděleném prostoru.

Jiná varianta je znázorněna na obrázku 7, kde jednotlivé skupiny výměníku . 40 jsou rozmístěny v centrálním prostoru 41, kde může být umístěno jádro reaktoru a celý soubor je umístěn uvnitř ochranného obalu 42. V této variantě jsou skupiny článků rozmístěny jako čtyři stěny rovnoběžnostěnu, který obklopuje jádro reaktoru, přičemž dvě sousední skupiny jsou к sobě přistaveny svými vnějšími stěnami, krajní stěna jedné z nich je situována vedle boční stěny druhé, a naopak.

Nakonec varianta znázorněná na obr. 8 ukazuje výměník 50 vytvořený sérií sousedících skupin článků v počtu osm v tomto příkladě, skládající se každá ze dvou částí, přitom tyto výměníky jsou umístěny radiáluvnitř prostoru 51 omezeném z vnější strany ochranným pláštěm reaktoru 52. Skupiny výměníku jsou takto rozmístěny do oktagonální konfigurace, přičemž kolektory jsou umístěny příčně.

Podle jiné varianty, která není znázorněněna, mohou být kolektory v poloze radiální, jsou-li všechny skupiny článků otočeny o 90° oproti obrázku číslo 8.

Ze všech uspořádání popsaných a znázorněných obrázkem mohou být první i druhá kapalina pod tlakem nebo za normálního tlaku. Kromě toho stojí za zmínku, že tato koncepce výměníku, umožňující jeho kompaktní provedení, dovoluje opatřit každou skupinu článků kolektory, které nevystupují z hraníc omezujících sousední skupiny, přičemž jsou omezeny rozestupy mezi sousedními výměníky.

В

Navíc tato · koncepce umožňuje zmenšit objem tekutin protékajících výměníkem, což představuje obzvláštní výhodu v pří-

Claims (11)

1. Deskový výměník tepla, sestávající ze skupin tvořených více plochými uzavřenými články s rovnoběžnými stěnami, přičemž tyto · články jsou odděleny prostorem · pro průchod první kapaliny, každý článek · je protékán druhou kapalinou a mající boční prodloužení na protilehlých stranách článku, vyznačující se tím, že každá skupina (30, 31, 32) článků (3, 4) je· tvořena alespoň dvěma částmi (1, 2, 30a, 30b, 31a, 31b, 32a, 32b), skládajícími se ze sousedících článků (3, 4) tak, že boční prodloužení článků (3, 4) jsou situována identickým způsobem v každé části (1, 2) a opačným způsobem ve dvou částech (1, 2) spolu sousedících, tato boční prodloužení. jsou v každé části (1, 2) spojena do společného .přívodního a společného výstupního kolektoru (10, 20) pro druhou kapalinu.

2. Deskový výměník tepla podle bodů 1, vyznačující · se tím, že · články (3, 4) v každé části (1, 2) jsou identické a situované od jedné skupiny ke druhé v opačných orientacích symetricky vzhledem k osové rovině, která je kolmá na rovinu, určenou deskami jednotlivých článků (3, 4).

3. Deskový výměník tepla, podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že každý článek (3, 4) je ve tvaru rovnoběžníku, přičemž prodloužení jsou tvořena oblastmi dvou ostrých úhlů na protějších stranách rovnoběžníka.

4. Výměník tepla podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že každý článek (3, 4) · je vytvořen ve tvaru lichoběžníka, přičemž prodloužení jsou tvořena oblastmi dvou ostrých úhlů, které má tento lichoběžník.

5. Výměník tepla podle bodů 1 a · 2, vyznačující se tím, že každý článek (3, 4) je vy padě ušlechtilých nebo nebezpečných tekutin.

vynalezu , tvořen ve tvaru obdélníka, přičemž prodloužení jsou vytvořena dvěma výstupky umístěnými na opačných stranách obdélníka.

6. Výměník tepla podle bodu 5, vyznačující se tím, že dva výstupky · jsou umístěny na opačných stranách obdélníka, přitom oba při téže další straně.

7. Výměník tepla podle bodu 5, vyznačující se tím, že dva výstupky jsou umístěny na opačných stranách obdélníka podle jeho diagonály.

8. Výměník tepla podle některého z bodů

1 až 7, vyznačující se tím, že každý kolektor (12, 13, 19, 20) příslušný souhrnu článků (3, 4) téže části skupiny ' · článků (3, 4) je tvořen jedinou trubkou, procházející všechny tyto články · (3, 4) · a tato trubka je opatřena vstupními nebo výstupními otvory pro· druhou kapalinu, a to uvnitř každého členku (3, · 4).

9. Výměník tepla · podle některého z bodů

1 qž 7, · vyznačující · se tím, že každý kolektor (12, 13, 19, · 20) příslušný souhrnu článků (3, 4) téže části · skupiny článků (3, 4) je tvořen nespojitou · strukturou, a to sérií nezávislých úseků trubky, umístěných v jedné přímce a spojujících navzájem články (3, 4) téže části příslušné skupiny článků (3,4). .

10. Výměník tepla podle některého z bodů 1 až 9,. vyznačující se tím, že sestává z · většího množství skupin článků (3, 4), umístěných v prstencovém prostoru nádoby reaktoru nebo v podobném prostoru.

11. Výměník tepla podle bodu 10, vyzna- čující se tím, že každá skupina článků výměníků · je rozmístěna transverzálně nebo radiálně uvnitř nádoby nebo prostoru (40, 51). .