Випарник комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів

Реферат: UA 98760 U UA 98760 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі теплотехніки і може бути використана при розробці систем теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу. Відомий пристрій випаровувально-конденсаційного типу (див. авторське свідоцтво СРСР № 1449286 "Способ изготовления тепловой трубы", МПК В23K 20/14, опубл. 07.01.1989 аналог) містить циліндричний титановий корпус, на внутрішній поверхні якого встановлено та приварено у вакуумі шляхом дифузійного зварювання капілярно-пористу структуру з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з корпусом, а саме з міді. Використання в аналогу як матеріалу корпусу титану, а капілярної структури - міді, дозволяє віднести отримуваний при реалізації аналога пристрій до комбінованих систем теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу. Вибір титану як матеріалу корпусу пристрою дозволяє використати його позитивні якості, а саме низьку густину та високі механічну міцність, корозійну стійкість, питому міцність (відношення міцності до густини). Застосування міді, яка утворює нероз'ємне з'єднання з титаном, як матеріалу для виготовлення капілярної структури дозволяє використовувати в даному пристрої теплоносії, що сумісні з міддю та титаном чи його сплавами. Недоліком аналога пристрій випаровувально-конденсаційного типу є те, що застосування міді які матеріалу для виготовлення капілярної структури обмежує перелік теплоносіїв, що можуть застосовуватися в комбінованій системі теплопередачі титан-мідь, що виготовляється відповідно аналогу, і, відповідно, обмежує також температурний інтервал застосування цього пристрою. Крім того, теплопередавальна здатність такого пристрою випаровувальноконденсаційного типу є відносно невеликою і для передачі великих теплових потоків, зокрема при застосуванні таких пристроїв для розхолоджування енергетичного устаткування, наприклад активної зони ядерного реактора, потрібно компонувати систему теплопередачі з великої кількості таких пристроїв випаровувально-конденсаційного типу з відповідними габаритами та масою. Найближчим аналогом є "Випарник комбінованої системи теплопередачі випаровувальноконденсаційного типу з титану та його сплавів" (див. книгу: Гершуни А.Н., Нищик А.П., Письменный Е.Н. Системы теплопередачи испарительно-конденсационного типа для атомных энерготехнологий. - К.: Наукова думка, 2012. - с. 146-148, рис. 5.6), що містить циліндричний корпус з верхньою та нижньою трубними дошками в ньому, в отвори яких встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, перегородку, що ділить внутрішній об'єм циліндричного корпусу на дві частини: нижню-робочу камеру, та на верхню - паровий колектор, в отвір верхньої трубної дошки у її центральній частині введено та приварено конденсато- та паропровід у вигляді коаксіальної труби, а внутрішня поверхня циліндричного корпусу, зовнішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня перегородки споряджені гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випарника, при цьому перегородка та капілярно-пориста структура на ній пронизані отворами для виходу пари, а конденсатопровід виконано наближеним до капілярно-пористої структури на перегородці. Як матеріал капілярно-пористої структури використовується мідь. Випарник даної комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу за рахунок компактних розмірів дозволяє забезпечити передачу до ділянки конденсації цієї системи теплопередачі такий тепловий потік, що значно перевищує за величиною сумарний тепловий потік, що передається при набиранні системи теплопередачі з окремих пристроїв теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу відповідно найближчому аналогу, в тих же габаритах та при меншій масі. Недоліком найближчого аналога є те, що використання міді як матеріалу капілярної структури обмежує перелік теплоносіїв, що можуть застосовуватися в комбінованій системі теплопередачі титан-мідь і, відповідно, температурний інтервал застосування цієї системи теплопередачі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення випарника комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів, який за рахунок використання нового матеріалу капілярної структури дозволить забезпечити збільшення переліку використовуваних теплоносіїв і, відповідно, розширення температурного діапазону використання цієї системи теплопередачі при одночасному збереженні її високої теплопередавальної здатності та механічних і хімічних характеристик корпусу випарника системи теплопередачі. Поставлена задача вирішується тим, що у випарнику комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів, що містить циліндричний корпус з верхньою та нижньою трубними дошками в ньому, в отвори яких встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, перегородку, що ділить внутрішній об'єм циліндричного 1 UA 98760 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 корпусу на дві частини: нижню - робочу камеру, та на верхню - паровий колектор, в отвір верхньої трубної дошки у її центральній частині введено та приварено конденсато- та паропровід у вигляді коаксіальної труби, а внутрішня поверхня циліндричного корпусу, зовнішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня перегородки споряджені гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випарника, при цьому перегородка та капілярно-пориста структура на ній пронизані отворами для виходу пари, а конденсатопровід виконано наближеним до капілярно-пористої структури на перегородці, згідно з корисною моделлю, як матеріал капілярно-пористої структури використано нержавіючу сталь. Використання як матеріалу капілярно-пористої структури нержавіючої сталі забезпечує збільшення переліку теплоносіїв низькотемпературного діапазону, які можуть застосовуватися в комбінованих системах теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу, внаслідок їх сумісності з матеріалами випарника системи теплопередачі (нержавіючою сталлю та титаном), а саме: метанол, аміак, вода (при спеціальній її обробці) (див. книгу: Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами / М.Г. Семена, А.Н. Гершуни, В.К. Зарипов. К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. - с. 14) та теплоносіїв високотемпературного діапазону, а саме: суміш натрій-калій (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12 × 18Н9Т від 100 °C до 900 °C, титан до 600 °C); ртуть (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12 × 18Н9Т до 500 °C, титан до 400 °C); рідкі сплави важких металів (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12 × 18Н9Т та титан від 150 °C до 250-300 °C) та ін. (див. книгу: Чечеткин А.В. Высокотемпературные теплоносители. М.: Энергия, 1971. - с. 33-40, табл. 1-7, 1-8, 1-9). Відповідно відбувається розширення температурного діапазону використання випарника цієї системи теплопередачі. Одночасно зберігається висока теплопередавальна здатність системи теплопередачі, а також механічні і хімічні характеристики корпусу випарника системи теплопередачі, матеріал якого залишається тим же (титан та його сплави). Технічна суть та принцип дії пропонованого випарника комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів пояснюється кресленням. На кресленні зображено повздовжній переріз випарника комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів. Випарник комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів містить циліндричний корпус 1 з титану з нижньою 2 та верхньою 3 трубними дошками. В отвори трубних дощок встановлено та приварено торці труб 4 системи теплопередачі. Перегородка 5 ділить внутрішній об'єм корпусу 1 на дві частини: нижню камеру більшого об'єму - робочу камеру 6, та верхню камеру меншого об'єму - паровий колектор 7. Зовнішня поверхня труб 4 споряджена капілярно-пористою структурою 8, внутрішня поверхня корпусу 1 - капілярно-пористою структурою 9, верхня поверхня перегородки 5 - роздавальною капілярно-пористою структурою 10. Капілярно-пористі структури 8 та 9 мають між собою гідравлічний зв'язок через роздавальну капілярно-пористу структуру 10. У перегородці 5 та у капілярно-пористій структурі 10 на ній виконано парові канали 11. У верхню трубну дошку 3 герметично приварено коаксіальну трубу роздільного руху пари і конденсату 12, у склад якої входить паропровід 13 кільцевого типу та конденсатопровід 14. Конденсатопровід 14 наближено до роздавальної капілярно-пористої структури 10. Випарник комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів працює наступним чином. Капілярно-пористу структуру виготовляють з нержавіючої сталі. Встановлюють капілярно-пористу структуру 8 на зовнішній поверхні труб 4, капілярно-пористу структуру 9 на внутрішній поверхні циліндричного корпусу 1 та капілярнопористу структуру 10 на верхній поверхні перегородки 5 таким чином, що вони мають гідравлічний зв'язок між собою та проводять дифузійне зварювання капілярно-пористої структури 8, 9 та 10 з нержавіючої сталі з трубами 4, корпусом 1 та перегородкою 5 з титану (див. патент України № 87074 "Спосіб виготовлення комбінованої випаровувально-комбінованої системи", МПК F28D 15/00, опубл. 27.01.2014). Збирають випарник з утворенням герметичних з'єднань торців труб 4 системи теплопередачі з трубними дошками 2 та 3 і коаксіальної труби роздільного руху пари та конденсату 12 з трубною дошкою 3 та трубних дощок 2 і 3 з корпусом 1. При цьому перегородка 5 встановлюється таким чином, що ділить внутрішній об'єм випарника на дві частини: нижню камеру більшого об'єму - робочу камеру 6, де здійснюється відбір теплоти від гріючої води шляхом фазового переходу проміжного теплоносія, яким заповнюють частину внутрішнього об'єму випарника, та верхню камеру меншого об'єму паровий колектор 7. Гріюча вода, за допомогою якої відбувається розхолоджування енергетичного устаткування, наприклад активної зони ядерного реактора (гріюча вода стосовно випарника комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу 2 UA 98760 U 5 10 15 одночасно є охолоджуючою водою стосовно активної зони ядерного реактора), циркулює зовні корпусу 1 та всередині труб 4. Пара, що утворюється в капілярній структурі 8 на зовнішній поверхні труб 4 системи теплопередачі та в капілярній структурі 9 на внутрішній поверхні корпусу 1, потрапляє в робочу камеру 6, далі крізь парові канали 11 надходить в паровий колектор 7 та по паропроводу кільцевого типу 13 направляється до конденсатора системи теплопередачі. Конденсатор являє собою систему з'єднаних між собою гладкостінних труб, що омиваються водою кінцевого стоку теплоти (наприклад природної водойми) або системи з'єднаних між собою оребрених труб, що омиваються атмосферним повітрям шляхом природної або вимушеної конвекції. Сконденсований у конденсаторі теплоносій повертається по конденсатопроводу 14 до парового колектора 7 випарника. Нижній торець конденсатопроводу 14 розміщено впритул до роздавальної капілярно-пористої структури 10, розміщеної на верхній поверхні перегородки 5 з метою блокування процесу винесення конденсату зустрічним потоком пари, що надходить у паровий колектор 7 з робочої камери 6 крізь парові канали 11. Конденсат всмоктується роздавальною капілярно-пористою структурою 10, по якій потрапляє до гідравлічно зв'язаних з нею капілярно-пористих структур 8 та 9 відповідно на зовнішній поверхні труб 4 теплопередавальної системи та на внутрішній поверхні циліндричного корпусу 1. Далі процес повторюється. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Випарник комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів для розхолоджування енергетичного устаткування, що містить циліндричний корпус з верхньою та нижньою трубними дошками в ньому, в отвори яких встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, перегородку, що ділить внутрішній об'єм циліндричного корпусу на дві частини: нижню - робочу камеру, та на верхню - паровий колектор, в отвір верхньої трубної дошки у її центральній частині введено та приварено конденсато- та паропровід у вигляді коаксіальної труби, а внутрішня поверхня циліндричного корпусу, зовнішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня перегородки споряджені гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випарника, при цьому перегородка та капілярно-пориста структура на ній пронизані отворами для виходу пари, а конденсатопровід виконано наближеним до капілярно-пористої структури на перегородці, який відрізняється тим, що як матеріал капілярно-пористої структури використано нержавіючу сталь. 3 UA 98760 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4