RU101537U1

RU101537U1 - HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU101537U1
Application number: RU2010119357/06U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Федорович Никишин; Николай Борисович Трунов
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-01-20

Abstract

1. Теплообменник, содержащий камеру, пучок теплообменных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, патрубок для удаления теплоносителя из камеры, к камере присоединен патрубок для подвода пара, отличающийся тем, что в камере напротив выходных концов теплообменных труб установлены, по крайней мере, два щита так, что между выходными концами теплообменных труб и щитом имеется зазор, причем боковыми и нижней кромками каждый щит прилегает к внутренней поверхности камеры, а между верхней кромкой каждого щита и внутренней поверхностью камеры выполнен зазор. ! 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упомянутые щиты выполнены съемными. 1. A heat exchanger comprising a chamber, a bundle of heat exchanger tubes located in a channel into which a cooling medium enters from below, a pipe for removing coolant from the chamber, a pipe for supplying steam is attached to the chamber, characterized in that in the chamber opposite the outlet ends of the heat exchange tubes are installed, at least two shields so that there is a gap between the output ends of the heat exchange tubes and the shield, with each shield adjacent to the inner surface of the chamber with the lateral and lower edges, and between the upper edge of each shield and the morning surface of the chamber is a gap. ! 2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the said panels are removable.

Description

Полезная модель относится к атомной энергетике, а более конкретно, к теплообменникам систем пассивного отвода тепла для ядерных энергетических установок.The utility model relates to nuclear energy, and more specifically to heat exchangers for passive heat removal systems for nuclear power plants.

В случае аварий с потерей электроснабжения энергоблока требуется пассивный отвод тепла остаточных тепловыделений ядерного реактора, чтобы исключить разрушение его активной зоны. Отвод тепла может выполняться с помощью теплообменника, охлаждаемого, например, воздухом.In the event of accidents with loss of power supply of the power unit, passive heat removal of the residual heat of the nuclear reactor is required to prevent the destruction of its core. Heat can be removed using a heat exchanger cooled, for example, by air.

Известен теплообменник, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя (патент Англии №1173717, МКИ F4S).A heat exchanger is known that contains a bunch of slightly inclined pipes located in a channel into which a cooling medium enters from below and attached to the upper and lower coolant chambers (England patent No. 1173717, MKI F4S).

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является теплообменник, содержащий камеру, пучок теплообменных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, патрубок для удаления теплоносителя, к камере присоединен патрубок для подвода пара, причем выходная часть патрубка для подвода пара расположена выше выходных концов теплообменных труб, при этом выходные концы теплообменных труб, затоплены конденсатом (патент России №2361163, зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 июля 2009 г.) - принят за прототип.Closest to the proposed utility model is a heat exchanger containing a chamber, a bundle of heat exchanger tubes located in a channel into which a cooling medium enters from below, a pipe for removing coolant, a pipe for supplying steam is attached to the camera, and the output part of the pipe for supplying steam is located above the output the ends of the heat exchange pipes, while the output ends of the heat exchange pipes are flooded with condensate (Russian patent No. 2361163, registered in the State register of inventions of the Russian Federation July 10, 2009) - adopted as a prototype.

При использовании такого теплообменника в системе пассивного отвода тепла ядерной энергетической установки пассивный принцип достигается естественной циркуляцией теплоносителя за счет высотного расположения теплообменника относительно парогенератора. В теплообменник, а именно в камеру теплообменника, теплоноситель поступает из парогенератора в состоянии пара. В теплообменных трубах пар охлаждается конечным поглотителем тепла - атмосферным воздухом и превращается в другое агрегатное состояние - конденсат. Конденсат через выходные концы теплообменных труб сливается в камеру теплообменника. Из камеры теплообменника теплоноситель по трубопроводу возвращается в парогенератор.When using such a heat exchanger in a system of passive heat removal of a nuclear power plant, the passive principle is achieved by the natural circulation of the coolant due to the high-altitude location of the heat exchanger relative to the steam generator. The heat carrier enters the heat exchanger, namely the heat exchanger chamber, from the steam generator in a state of steam. In heat exchange tubes, the steam is cooled by the final heat sink - atmospheric air and turns into another state of aggregation - condensate. Condensate is discharged through the outlet ends of the heat exchanger tubes into the heat exchanger chamber. From the heat exchanger chamber, the coolant is piped back to the steam generator.

Недостатком известных теплообменников, является большая масса камер, предназначенных выдерживать давление пара, поступающего из парогенератора.A disadvantage of the known heat exchangers is the large mass of chambers designed to withstand the pressure of the steam coming from the steam generator.

Необходимость высотного расположения теплообменников в здании АЭС требует укрепления здания АЭС. Особое усилие на здание со стороны теплообменника возникает при сейсмических явлениях. Закрепление тяжелого теплообменника увеличивает стоимость здания.The need for a high-altitude arrangement of heat exchangers in the NPP building requires the strengthening of the NPP building. Particular force exerted on the building by the heat exchanger occurs during seismic events. Securing a heavy heat exchanger increases the cost of the building.

Помимо удорожания здания АЭС наличие тяжелого теплообменника увеличивает транспортные расходы, увеличивает расходы материалов и соответственно стоимость теплообменника.In addition to the cost of building a nuclear power plant, the presence of a heavy heat exchanger increases transport costs, increases the cost of materials and, accordingly, the cost of the heat exchanger.

Полезная модель направлена на снижение массы и габаритов теплообменника, что ведет к снижению стоимости теплообменника, удешевлению стоимости здания АЭС и как следствие - уменьшению стоимости кВт- часа вырабатываемой электроэнергии.The utility model is aimed at reducing the mass and dimensions of the heat exchanger, which reduces the cost of the heat exchanger, reduces the cost of the building of nuclear power plants and, as a result, reduces the cost of kWh of generated electricity.

Технический результат - уменьшение внутренних размеров камеры и, как следствие, уменьшение массы камеры и, следовательно, металлоемкости и уменьшение стоимости теплообменника.The technical result is a reduction in the internal dimensions of the chamber and, as a consequence, a decrease in the mass of the chamber and, therefore, metal consumption and a decrease in the cost of the heat exchanger.

Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в теплообменнике, содержащем камеру, пучок теплообменных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, например, воздух, патрубок для удаления теплоносителя из камеры - патрубок дренажа, к камере присоединен патрубок для подвода теплоносителя, например пара, при этом в камере напротив выходных концов теплообменных труб установлены, по крайней мере, два щита, причем между выходными концами теплообменных труб и каждым щитом выполнен зазор, боковыми и нижними кромками каждый щит установлен прилегающим к внутренней поверхности камеры, а между верхней кромкой каждого щита и внутренней поверхностью камеры выполнен зазор.The technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the heat exchanger containing the chamber, a bundle of heat exchanger tubes located in the channel into which the cooling medium, for example, air enters from below, is a pipe for removing coolant from the chamber — drain pipe, a pipe for at least two shields are installed in the chamber opposite the outlet ends of the heat exchanger tubes, moreover, between the outlet ends of the heat exchanger tubes and each shield set, side and bottom edges of each panel is mounted adjacent to the inner surface of the chamber, and between the upper edge of each panel and the inner surface of the chamber a gap.

Предлагается также, что упомянутые щиты выполненить съемными.It is also proposed that said shields be removable.

В камере теплоноситель находится в двух агрегатных состояниях: в состоянии пара и в состоянии конденсата. В поперечном сечении камеры паровая фаза - паровой объем - занимает пространство между щитами, внутренней поверхности камеры, что выше щитов, и уровнем конденсата.In the chamber, the coolant is in two aggregate states: in the state of steam and in the state of condensate. In the cross section of the chamber, the vapor phase — the vapor volume — occupies the space between the shields, the inner surface of the chamber, which is higher than the shields, and the level of condensate.

Наличие щитов в камере исключает необходимость поддержания уровня конденсата в камере выше уровня выходных концов теплообменных труб: боковыми и нижней кромками каждый щит установлен прилегающим к внутренней поверхности камеры, а поэтому в зазоре между выходными концами труб и щитом находится конденсат, препятствующий попаданию пара в выходные концы теплообменных труб. Уровень конденсата находится в нижней части камеры, что позволяет увеличить поперечное сечение в камере для прохода пара вдоль камеры. Чем больше проходное сечение для пара, тем лучше распределение пара по теплообменным трубам и это повышает эффективность теплообмена.The presence of shields in the chamber eliminates the need to maintain the level of condensate in the chamber above the level of the outlet ends of the heat transfer tubes: with each side and bottom edges, each shield is installed adjacent to the inner surface of the chamber, and therefore there is condensate in the gap between the outlet ends of the tubes and the shield preventing steam from entering the outlet ends heat transfer tubes. The condensate level is located in the lower part of the chamber, which allows to increase the cross section in the chamber for the passage of steam along the chamber. The larger the cross section for steam, the better the distribution of steam through the heat exchange tubes and this increases the efficiency of heat transfer.

Снижение уровня конденсата при сохранении необходимого поперечного сечения для прохода пара вдоль камеры позволяет уменьшить внутренние размеры камеры, в частности диаметр - при цилиндрической форме камеры. Это ведет к уменьшению массы камеры не только за счет уменьшения внутреннего диаметра камеры, но и за счет уменьшения толщины стенки камеры. Ведь толщина камеры напрямую связана с внутренним диаметром камеры. Кроме этого уменьшается наружный диаметр камеры, а с ним и уменьшается габариты трубного пучка, а в конечном счете уменьшаются габариты и масса теплообменника.A decrease in the level of condensate while maintaining the necessary cross-section for the passage of steam along the chamber makes it possible to reduce the internal dimensions of the chamber, in particular, the diameter when the chamber is cylindrical. This leads to a decrease in the mass of the chamber, not only by reducing the inner diameter of the chamber, but also by reducing the thickness of the chamber wall. After all, the thickness of the chamber is directly related to the inner diameter of the chamber. In addition, the outer diameter of the chamber decreases, and with it the dimensions of the tube bundle decrease, and ultimately the dimensions and mass of the heat exchanger decrease.

Сущность полезной модели пояснена чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен вид спереди на теплообменник с пучком теплообменных труб.Figure 1 shows a front view of a heat exchanger with a bundle of heat transfer tubes.

На фиг.2 изображен фрагмент камеры теплообменника с патрубками подвода пара и удаления теплоносителя.Figure 2 shows a fragment of a heat exchanger chamber with nozzles for supplying steam and removing coolant.

На фиг.3 изображен фрагмент поперечного сечения камеры теплообменника с входными и выходными концами теплообменных труб, щитами и с патрубками подвода пара и удаления теплоносителя.Figure 3 shows a fragment of the cross-section of the heat exchanger chamber with the inlet and outlet ends of the heat exchanger tubes, shields and with pipes for supplying steam and removing coolant.

Теплообменник содержит пучок теплообменных труб 1, канал 2 для направления охлаждающей среды - воздуха - к пучку теплообменных труб, камеру 3.The heat exchanger contains a bundle of heat exchange tubes 1, a channel 2 for directing the cooling medium - air - to the bundle of heat transfer tubes, chamber 3.

Камера 3 содержит корпус 4, к которому присоединены патрубок подвода пара 5, патрубок для удаления теплоносителя 6, входные концы 7 теплообменных труб 1, в которые поступает пар из парового объема 8 камеры 3, выходные концы теплообменных труб 9, щит 10. Поз.11 - уровень конденсата в камере 3.The chamber 3 comprises a housing 4, to which a steam supply pipe 5 is attached, a pipe for removing heat-transfer agent 6, inlet ends 7 of the heat exchange tubes 1 into which steam is supplied from the steam volume 8 of the chamber 3, output ends of the heat exchange tubes 9, shield 10. Item 11 - condensate level in the chamber 3.

Теплообменник работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Теплоноситель - водяной пар поступает в паровой объем 8 камеры 3 по патрубку подвода пара 5, далее распределяется по входным концам 7 теплообменных труб 1. При прохождении по теплообменным трубам 1 теплоноситель конденсируется, отдавая тепло охлаждающей среде. Конденсат сливается из выходных концов 9 теплообменных труб 1 в зазоры между выходными концами 9 и щитами 10. После заполнения зазоров конденсат через верхние кромки щитов сливается в камеру 3. Далее конденсат по патрубку 6 для удаления теплоносителя выводится из теплообменника, а далее по трубе (на чертеже не показано), присоединенной к патрубку 6, отводится в парогенератор.The heat carrier - water vapor enters the steam volume 8 of the chamber 3 through the steam supply pipe 5, then it is distributed at the inlet ends 7 of the heat exchange tubes 1. When passing through the heat exchange tubes 1, the heat carrier condenses, giving off heat to the cooling medium. Condensate is drained from the outlet ends 9 of the heat exchanger tubes 1 into the gaps between the outlet ends 9 and the shields 10. After filling the gaps, the condensate is drained through the upper edges of the shields into the chamber 3. Next, the condensate is discharged from the heat exchanger through the pipe 6 to remove the heat carrier, and then through the pipe (to drawing not shown) attached to the pipe 6 is discharged into the steam generator.

Охлаждающая среда поступает в теплообменник снизу, проходит по каналу 2 и направляется на теплообменные трубы 1. Пройдя по каналу 2 снизу вверх и отобрав тепло от теплообменных труб 1, охлаждающая среда выходит из теплообменника.The cooling medium enters the heat exchanger from below, passes through channel 2 and is sent to the heat exchanger tubes 1. Having passed through channel 2 from the bottom up and taking heat from the heat exchanger tubes 1, the cooling medium exits the heat exchanger.

Таким образом, предлагаемый теплообменник по сравнению с прототипом при той же мощности позволяет уменьшить массу теплообменника и его габариты.Thus, the proposed heat exchanger in comparison with the prototype at the same power can reduce the mass of the heat exchanger and its dimensions.

Наиболее целесообразно предложенную полезную модель использовать в системах безопасности ядерных энергетических установок и в первую очередь в системе пассивного отвода тепла от реактора при обесточивании атомной электрической станции.It is most expedient to use the proposed utility model in the safety systems of nuclear power plants and, first of all, in the system of passive heat removal from the reactor when the nuclear power plant is de-energized.

Claims

1. A heat exchanger comprising a chamber, a bundle of heat exchanger tubes located in a channel into which a cooling medium enters from below, a pipe for removing coolant from the chamber, a pipe for supplying steam is attached to the chamber, characterized in that in the chamber opposite the outlet ends of the heat exchange tubes are installed, at least two shields so that there is a gap between the output ends of the heat exchange tubes and the shield, with each shield adjacent to the inner surface of the chamber with the lateral and lower edges, and between the upper edge of each shield and the morning surface of the chamber is a gap.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the said panels are removable.