RU97501U1

RU97501U1 - HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU97501U1
Application number: RU2010116382/06U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Федорович Никишин; Николай Борисович Трунов
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2010-09-10

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, причем выходная часть патрубка для подвода пара расположена выше выходных концов теплообменных труб, отличающийся тем, что поперечное сечение входной части патрубка для удаления теплоносителя выполнено больше поперечного сечения его нижней части. ! 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что верхний край входной части патрубка для удаления теплоносителя расположен на уровне оси верхнего ряда выходных концов теплообменных труб, в пределах до нижней кромки выходных труб. 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 nozzle for removing coolant from the chamber, a nozzle for supplying steam is connected to the chamber, the outlet part of the nozzle for supplying steam being located above the outlet ends of the heat exchange tubes characterized in that the cross section of the inlet part of the nozzle for removing the coolant is made larger than the cross section of its lower part. ! 2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the upper edge of the inlet of the nozzle for removing coolant is located at the level of the axis of the upper row of the outlet ends of the heat exchanger pipes, up to the lower edge of the outlet pipes.

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 направлено на решение задачи массы и габаритов теплообменника, по удешевлению стоимости теплообменника, удешевлению стоимости здания АЭС и как следствие - уменьшения стоимости кВт- часа вырабатываемой электроэнергии.The utility model is aimed at solving the problem of the mass and dimensions of the heat exchanger, by reducing the cost of the heat exchanger, cheapening the cost of the building of a nuclear power plant and, as a result, reducing 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, причем выходная часть патрубка для подвода пара расположена выше выходных концов теплообменных труб, при этом в патрубке для удаления теплоносителя предлагается поперечное сечение его входной - верхней части выполнить больше поперечного сечения его нижней - выходной части.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 supply of a heat carrier, for example, steam, and the output part of the pipe for supplying steam is located above the output ends of the heat exchanger pipes, while in the pipe to remove the heat carrier, a cross section is proposed The passage of its input - upper part to perform more than the cross section of its lower - output part.

Предлагается также, что верхний край входной части патрубка для удаления теплоносителя расположить между уровнем оси верхнего ряда выходных концов теплообменных труб и их нижней кромкой.It is also proposed that the upper edge of the inlet of the nozzle to remove the coolant is located between the level of the axis of the upper row of the output ends of the heat exchanger tubes and their lower edge.

При таком устройстве патрубка для удаления теплоносителя в камере понизится уровень конденсата, поступающего в камеру из теплообменных труб, увеличивая поперечное сечение для пара, поступающего по патрубку подвода пара. Увеличение поперечного сечения для пара обеспечивает равномерное распределение пара по теплообменным трубам, что увеличивает эффективность использования теплообменной поверхности теплообменника.With such a device, the nozzle to remove the coolant in the chamber will decrease the level of condensate entering the chamber from the heat exchange tubes, increasing the cross section for steam entering the steam inlet. The increase in the cross section for steam ensures uniform distribution of steam through the heat exchange tubes, which increases the efficiency of using the heat exchange surface of the heat exchanger.

В свою очередь, снижение уровня конденсата при сохранении необходимого поперечного сечения для пара 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.In turn, a decrease in the level of condensate while maintaining the necessary cross section for steam allows one to reduce the internal dimensions of the chamber, in particular the diameter, with a cylindrical shape of the chamber. 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.

Сущность изобретения пояснена чертежами.The invention 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.

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 патрубки подвода пара 5, патрубок для удаления теплоносителя 6, у которого поперечное сечение входной части 7 выполнено больше поперечного сечения его нижней части 8, входные концы 9 теплообменных труб 1, в которые поступает пар из верхней части - сегмента 10 камеры 3, где 11 - уровень оси верхнего ряда выходных концов теплообменных труб.The chamber 3 comprises a housing 4, to which steam supply pipes 5 are attached, a pipe for removing coolant 6, in which the cross section of the inlet part 7 is larger than the cross section of its lower part 8, the inlet ends 9 of the heat exchange tubes 1 into which steam comes from the upper part - segment 10 of the chamber 3, where 11 is the level of the axis of the upper row of the output ends of the heat transfer tubes.

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

Теплоноситель - водяной пар поступает в верхнюю часть 10 камеры 3 по патрубку подвода пара 5, далее распределяется по теплообменным трубам 1. При прохождении по теплообменным трубам 1 теплоноситель конденсируется, отдавая тепло охлаждающей среде. Конденсат собирается в камере 3 и по патрубку для удаления теплоносителя 6 через его входную часть 7, имеющую поперечное сечение больше поперечного сечения нижней части 8, выводится из теплообменника, а далее по трубе (на чертеже не показано), присоединенной к нижней части 8 патрубка 6, отводится в парогенератор.The heat carrier - water vapor enters the upper part 10 of the chamber 3 through the steam supply pipe 5, then it is distributed through the heat exchange tubes 1. When passing through the heat exchange tubes 1, the heat carrier condenses, giving off heat to the cooling medium. The condensate is collected in the chamber 3 and through the pipe to remove the coolant 6 through its inlet part 7, having a cross section greater than the cross section of the lower part 8, is discharged from the heat exchanger, and then through a pipe (not shown in the drawing) connected to the lower part 8 of the pipe 6 is diverted to 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.

Поперечное сечение в верхней части 10 камеры 3 над уровнем конденсата представляет собой сегмент, по которому происходит распределение пара вдоль камеры. По расчетным оценкам площадь поперечного сечения сегмента над уровнем конденсата должна быть не менее 0,19 м² The cross section in the upper part 10 of the chamber 3 above the condensate level is a segment along which steam is distributed along the chamber. According to estimates, the cross-sectional area of the segment above the condensate level should be at least 0.19 m ²

При диаметре входной части патрубка на входе в него конденсата равным 200 мм высота уровня конденсата над патрубком равна 36 мм, что позволяет иметь внутренний диаметр камеры 840 мм. При меньшем диаметре входной части 7 патрубка, например, равным его нижней части 8, высота уровня конденсата над патрубком увеличится до 61 мм и соответственно уменьшится поперечное сечение сегмента над уровнем конденсата, что потребует увеличение диаметра камеры до 920 мм.When the diameter of the inlet of the nozzle at the inlet of the condensate is 200 mm, the height of the condensate level above the nozzle is 36 mm, which allows an internal diameter of the chamber of 840 mm. With a smaller diameter of the inlet part 7 of the nozzle, for example, equal to its lower part 8, the height of the condensate level above the nozzle will increase to 61 mm and, accordingly, the cross section of the segment above the condensate level will decrease, which will require an increase in the diameter of the chamber to 920 mm.

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 nozzle for removing coolant from the chamber, a nozzle for supplying steam is connected to the chamber, the outlet part of the nozzle for supplying steam being located above the outlet ends of the heat exchange tubes characterized in that the cross section of the inlet part of the nozzle for removing the coolant is made larger than the cross section of its lower part.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the upper edge of the inlet of the nozzle for removing coolant is located at the level of the axis of the upper row of the outlet ends of the heat exchanger pipes, up to the lower edge of the outlet pipes.