Охладитель расплава жидкометаллического теплоносителя

Изобретение относится к области теплотехники тяжелых жидкометаллических теплоносителей и может быть использовано в исследовательских, испытательных стендах и установках атомной техники с реакторами на быстрых нейтронах. В охладителе перед патрубком подвода охлаждающей воды установлен регулятор ее расхода, а перед ним - задатчик температуры, вход которого соединен с выходом термопреобразователя, установленного на патрубке отвода жидкометаллического теплоносителя. Технический результат - повышение эффективности теплообмена за счет автоматизации процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники тяжелых жидкометаллических теплоносителей (расплавов свинца и его сплавов) и может быть использовано в исследовательских, испытательных стендах и установках атомной техники с реакторами на быстрых нейтронах.

При создании охладителей расплавов свинца и его сплавов всегда необходимо разрешать противоречие, заключающееся в следующем. Необходимо, с одной стороны, обеспечивать отвод от высокотемпературного расплава жидкого металла, задаваемое варьируемое количество тепла, поддерживая необходимую температуру расплава на выходе из охладителя. С другой стороны, необходимо исключить возможность замерзания расплава жидкого свинца (температура плавления свинца - 326°C, эвтектики свинец-висмут - 125°C) при всех изменениях температуры и расхода жидком металлического теплоносителя на входе в охладитель.

Применение в охладителях расплава жидкометаллического теплоносителя традиционной теплоотводящей среды - воды, возможно только при ее давлении существенно выше атмосферного; для охлаждения воды и для исключения застывания расплава свинца давление воды должно быть более 200 кгс/см2, что существенно усложняет конструкцию охладителя и контура его циркуляции. Применение в охладителе другой традиционной теплоотводящей среды - воздуха, учитывая его теплофизические свойства, требует значительных поверхностей теплообмена, что существенно увеличивает массогабаритные характеристики охладителя и его стоимость, сложнее решается проблема первоначального разогрева охладителя до температуры выше температуры плавления жидкометаллического теплоносителя перед вводом охладителя в работу. Поддержание постоянной температуры жидкого металла при варьируемых расходе и температуре теплоносителя на входе в охладитель возможно только за счет широкого диапазона расходов воздуха и, соответственно, изменения аэродинамического сопротивления охладителя, что существенно усложняет его конструкцию и контур циркуляции.

Известен теплообменник, содержащий корпус с крышкой, с патрубками входа и выхода теплообменивающихся жидкостей и пучок теплообменных U-образных труб, закрепленных в трубной доске (Патент RU №2383838, МПК F28D 7/00, опубл. 10.03.2010).

К недостаткам этого технического решения относятся: недостаточная эффективность регулирования теплообмена и возможное замерзание тяжелого жидкометаллического теплоносителя при операциях ввода и вывода теплообменника из действия.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор со свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции, системой защитного газа и теплообменником системы расхолаживания (Свидетельство на полезную модель RU №24748 МПК G21C 9/00 опубл. 20.08.2002).

Теплообменник системы расхолаживания представляет собой капал, заглубленный под свободный уровень теплоносителя, концевой участок которого размещен на уровне входа в напорную камеру активной зоны реактора, выходной конец сообщен с атмосферой через систему вытяжной вентиляции, например, через вытяжную трубу. На сообщенном с атмосферой входном участке установлено сопло, суженная часть которого соединена через арматуру с расположенной выше сопла водяной емкостью. Однако по своему конструктивному исполнению он не может служить прототипом.

В качестве прототипа принят теплообменник (Патент RU №2378593, МПК F28D 7/00, опубл. 10.01.2010), который может быть использован в ядерной энергетической установке. Теплообменник содержит корпус с патрубками подвода и отвода жидкометаллического теплоносителя, трубную теплообменную систему с патрубками подвода охлаждающей воды и отвода воздушно-паровой смеси. Входной участок труб теплообменной системы расположен в камере, образованной крышкой и трубной доской.

Однако в этом техническом решении недостаточна эффективность регулирования теплообмена.

Решаемая задача - совершенствование конструкции охладителя расплава жидкометаллического теплоносителя.

Технический результат - повышение эффективности регулирования теплообмена. Технический результат достигается тем, что в охладителе расплава жидкометаллического теплоносителя, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода жидкометаллического теплоносителя, трубную теплообменную систему с патрубками подвода охлаждающей воды и отвода воздушно-паровой смеси, перед патрубком подвода охлаждающей воды установлен регулятор ее расхода, а перед ним - задатчик температуры, вход которого соединен с выходом термопреобразователя, установленного на патрубке отвода жидкометаллического теплоносителя, на входном участке труб теплообменной системы установлено устройство ввода капель воды в поток воздуха.

Обеспечивается надежное поддержание заданной температуры жидкометаллического теплоносителя при всех возможных изменениях его расхода и температуры на входе в охладитель, исключение замерзания жидкометаллического теплоносителя при всех возможных режимах его работы.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображен охладитель расплава жидкометаллического теплоносителя.

Охладитель расплава жидкометаллического теплоносителя содержит теплообменный модуль, состоящий из корпуса 1 с крышкой, патрубка 2 подвода и патрубка 3 отвода тяжелого жидкометаллического теплоносителя, трубную теплообменную систему 4 в виде трубок Фильда; выходные патрубки 5 линии отвода воздушно-паровой смеси, сообщенные с атмосферой, устройство 6 ввода капель воды в поток воздуха, компрессор и подводящие патрубки, линию 7 с патрубком подвода охлаждающей жидкости (воды), на которой установлен регулятор 8 расхода воды, управляемый от задатчика 9 температуры и сигнала термопреобразователя 10, установленного в выходном потоке жидкометаллического теплоносителя на патрубке 3 отвода теплоносителя. Вход задатчика 9 температуры соединен с выходом термопреобразователя 10.

Работа охладителя в технологическом режиме осуществляется следующим образом:

Начинается подача воды из линии 7 подвода воды в устройство 6 ввода капель воды в поток воздуха, куда одновременно начинается подача воздуха из компрессора в линию 11 подачи воздуха. В устройстве 6 ввода капель воды образуется водовоздушный поток с мелкодисперсной водной средой, взвешенной в потоке, который поступает в теплообменную систему 4 в виде трубок Фильда и, пройдя цикл нагревания, паровая смесь через патрубки 5 линии отвода воздушно-паровой смеси отводится в атмосферу. При изменении расхода жидкометаллического теплоносителя или при изменении температуры теплоносителя на выходе из охладителя происходит регулирование подачи воды с помощью регулятора 8 расхода воды, управляемого от задатчика 9 температуры и сигнала термопреобразователя 10, установленного в выходном потоке жидкометаллического теплоносителя. При выводе охладителя из действия прекращают подачу воды, затем отключают линию 11 подачи воздуха от компрессора. Остатки жидкометаллического теплоносителя дренируют через патрубок 12.

Охладитель предлагаемой конструкции позволит повысить безопасность эксплуатации и эффективность регулирования теплоотвода от тяжелого жидкометаллического теплоносителя за счет испарения мелкодисперсной фазы воды в системе теплообмена в виде трубок Фильда, а также исключить замерзание высокотемпературного теплоносителя при операциях ввода и вывода охладителя из действия. Применение данной системы позволит уменьшить массогабаритные характеристики охладителя по сравнению с известными воздушными теплообменниками за счет уменьшения теплообменных поверхностей необходимых для обеспечения охлаждения жидкометаллического теплоносителя, обеспечит удобство и простоту эксплуатации.

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а лабораторные испытания подтвердили его промышленную применимость. Охладитель преимущественно может быть использован для исследовательских, испытательных стендов и установок.

1. Охладитель расплава жидкометаллического теплоносителя, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода жидкометаллического теплоносителя, трубную теплообменную систему с патрубками подвода воды и отвода воздушно-паровой смеси, отличающийся тем, что перед патрубком подвода охлаждающей воды установлен регулятор ее расхода, а перед ним - задатчик температуры, вход которого соединен с выходом термопреобразователя, установленного на патрубке отвода жидкометаллического теплоносителя.

2. Охладитель расплава жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что на входном участке труб теплообменной системы установлено устройство ввода капель воды в поток жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в системе водоподготовки при подпитке питательной водой второго контура в стояночном режиме при поддержании ядерной энергетической установки (ЯЭУ).

Изобретение относится к ядерной, термоядерной и космической технике и может быть использовано в ядерно-энергетических установках (ЯЭУ) с жидкометаллическим теплоносителем, преимущественно космического назначения.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам водо-водяного типа, а более конкретно к системам удаления паро-газовой смеси из первого контура для предотвращения образования опасной концентрации кислорода и водорода в отдельных местах первого контура и для предовращения срыва естественной циркуляции в нем.

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в ядерных энергетических установках с водоводяными реакторами с паровой системой компенсации давления.

Изобретение относится к вспомогательным элементам ядерных энергоустановок (ЯЭУ) космических аппаратов (КА). .

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в ядерных реакторах с тепловыделяющими сборками на основе микротвэлов. .

Изобретение относится к ядерно-космической и термоядерной технике и жидкометаллическим системам охлаждения и может быть использовано в высокотемпературных ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем преимущественно космического назначения.

Изобретение относится к вспомогательным элементам и системам космических ядерных энергоустановок (ЯЭУ). .

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано преимущественно в области машиностроения для использования теплоты от выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к области теплотехники. Устройство для компримирования и осушки газа содержит многоступенчатый компрессор со ступенью низкого давления, ступенью высокого давления и нагнетательным патрубком и адсорбционный осушитель с зоной осушения и зоной регенерации, причем между ступенью низкого давления и ступенью высокого давления помещен промежуточный холодильник, и при этом устройство дополнительно снабжено теплообменником, имеющим главную камеру с входной частью и выходной частью для первой первичной текучей среды, а концы трубок теплообменника соединены с отдельной входной камерой и выходной камерой для каждого трубного пучка; и при этом первый трубный пучок образует охлаждающий контур промежуточного холодильника, служащий для разогрева газа из ступени высокого давления для регенерации адсорбционного осушителя.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в энергетике, нефтехимической и других отраслях промышленности, в частности в процессах, протекающих с большими тепловыми эффектами.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в подогревательных системах тепловых электростанций. Теплообменник типа "труба в трубе" содержит две трубы, расположенные с зазором между ними, одна из которых представляет из себя тор, а вторая - полую ленту Мебиуса, причем по ленте Мебиуса могут быть выполнены продольные канавки.

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к установкам для сушки растворов и суспензий, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Реактор // 2475870
Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве моноблочных корабельных высоконапряженных ядерных энергетических устройств (ЯЭУ) большой единичной мощности.

Изобретение относится к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам и может использоваться в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в химической, металлургической и газовой промышленности. .

Изобретение относится к теплоэнергетике, к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при осуществлении каталитического окисления, дегидрирования и других процессов.

Изобретение относится к области анаэробной энергетики, а более конкретно к воздухонезависимым энергоустановкам (ЭУ) на основе тепловых двигателей или электрохимических генераторов, работающих на углеводородном горючем и кислороде.

Изобретение относится к термосифонным теплообменным аппаратам, которые могут использоваться в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности и экономичности работы аппарата, а также упрощение процесса изготовления. Термосифонный теплообменный аппарат, содержащий нижнюю часть - зону нагрева и испарения и верхнюю часть - зону охлаждения и конденсации, корпус с теплоизолированными стенками и тремя патрубками для ввода и вывода обогреваемого раствора, продольно-оребренную трубу, находящуюся в смесительной камере топки, манометр, предохранительный клапан и кран для залива теплоносителя, линию компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, оснащенную вентилем, и расширитель с патрубком для вывода раствора в циркуляционный контур, содержит оребренную трубу, которая, выходя из топки, переходит в теплообменник, состоящий из трубы большего диаметра (выходящей из оребренной трубы) и выходящих из нее четырех продольно-оребренных труб одинакового диаметра, наклонных под углом 60-80°, причем трубы расположены перпендикулярно друг к другу. Технический результат - повышение эффективности и экономичности работы аппарата и упрощение процесса его изготовления. 5 ил.

Изобретение относится к области теплотехники тяжелых жидкометаллических теплоносителей и может быть использовано в исследовательских, испытательных стендах и установках атомной техники с реакторами на быстрых нейтронах. В охладителе перед патрубком подвода охлаждающей воды установлен регулятор ее расхода, а перед ним - задатчик температуры, вход которого соединен с выходом термопреобразователя, установленного на патрубке отвода жидкометаллического теплоносителя. Технический результат - повышение эффективности теплообмена за счет автоматизации процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх