CH665020A5

CH665020A5 - Waermeuebertrager.

Info

Publication number: CH665020A5
Application number: CH3912/84A
Authority: CH
Inventors: Georg Hirschle
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1984-08-15
Filing date: 1984-08-15
Publication date: 1988-04-15
Also published as: EP0171558A3; EP0171558A2; DE3572722D1; ATE46031T1; JPS6159189A; US4784219A; EP0171558B1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Druckbehälter, insbesondere für die Kühlung von Gas aus einem Hochtemperaturreaktor, wobei sich in dem Druckbehälter ein zylindrischer, ein Kühlrohrbündel enthaltender Gaszug befindet, der ein zu kühlendes Gas von einem Eintrittsbereich zu einem Austrittsbereich führt und der zwischen sich und den benachbarten, äusseren Rohren des Rohrbündels einen ringförmigen Spaltkanal freilässt, der so bemessen ist, dass bei Betriebstemperatur die durchschnittliche Temperatur des aus dem Spaltkanal austretenden Gases im wesentlichen gleich der durchschnittlichen Temperatur des aus dem übrigen Rohrbündel austretenden Gases ist.

Es ist ein solcher Wärmeübertrager bekannt, in dem ein heisses Gas - z.B. Helium - von in den Kühlrohren zirkulierendem Wasser gekühlt wird, das dabei verdampft. Bei relativ niedrigen Gastemperaturen weist dieser Wärmeübertrager keine besonderen Probleme auf. Bei höheren Gastemperaturen jedoch, z.B. 900°C, und vor allem bei grossem Durchmesser des Gaszuges, z.B. mehr als 3,5 m, wie sie z.B. bei Wärmeübertragern zur Kühlung von Helium aus einem Hochtemperaturreaktor vorkommen, treten beim Durchströmen des Spaltkanals beachtliche, sogenannte Spaltverluste auf. Ursache dafür ist die beim Übergang zur Betriebstemperatur grössere radiale Wärmedehnung des zylindrischen Gaszuges gegenüber der radialen Wärmedehnung des Kühlrohrbündels, wodurch der Spaltkanal eine unverhältnismässig grosse Querschnittszunahme aufweist, so dass dann eine beträchtliche, ungenügend gekühlte Gasmenge durch den Spaltkanal strömt. Zusätzlich entsteht - über den Umfang des Spaltkanals gesehen - infolge unvermeidlicher Herstellungsungenauigkeiten des Wärmeübertragers eine schlechte Gasverteilung im Spaltkanal, wodurch heisse Gassträhnen im Austrittsbereich des Wärmeübertragers gebildet werden. Wegen der hohen Temperaturen vollziehen sich Wärmeübertragungsvorgänge so intensiv, dass in kürzester Zeit wesentliche Übertemperaturen und damit zusammenhängende Festigkeitsverminderungen sowie Wärmespannungen bzw. Verformungen auftreten können. Somit können die Spaltverluste unter Umständen die Anwendbarkeit des bekannten Wärmeübertragers für hohe Temperaturen in Frage stellen.

Die bisherigen Versuche, das Problem der Spaltverluste zu lösen, sind davon ausgegangen, den Gasstrom im Spaltkanal einzudämmen, z.B. mittels Füllkörpern, quer zum Gasstrom gestellten, in das Rohrbündel ragenden Ripppen und dgl. Solche Massnahmen sind jedoch bei hohen Temperaturen nicht anwendbar, da sie wegen der Materialanhäufungen zu Übertemperaturen im Bereich des Spaltkanals führen. Darüber hinaus ergibt sich ein thermodynamisch sehr komplexes Verhalten, das sowohl rechnerisch als auch versuchs-mässig schwer erfassbar ist. Es ist Aufgabe der Erfindung, beim Wärmeübertrager der obigen Gattung auf sichere, einfache und kostengünstige Weise unter Vermeidung von Übertemperaturen die beim Übergang zur Betriebstemperatur zunehmenden Spaltverluste weitgehend zu eliminieren, so dass der Wärmeübertrager insbesondere für hohe Gastemperaturen und grosse Durchmesser angewendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, durch die die durchschnittliche Wärmestromdichte durch die Wand der äusseren Kühlrohre im wesentlichen gleich der durchschnittlichen Wärmestromdichte durch die Wand der übrigen Rohre des Kühlrohrbündels gehalten wird. Dadurch, dass mit den erfindungsge-mässen Mitteln die durchschnittliche Wärmestromdichte durch die Wand der Kühlrohre im ganzen Kühlrohrbündel gleich gehalten wird, lassen sich die Spaltverluste auf ein

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fache und sichere Weise vermeiden. Damit können keine Übertemperaturen mehr auftreten. Wegen des Verzichts auf Mittel, die den Gasstrom durch den Spaltkanal eindämmen, wird das Verhalten des erfindungsgemässen Wärmeübertragers rechnerisch besonders gut erfassbar.

Durch die Ausbildung der Mittel nach Anspruch 2 wird auf die Ursache der Spaltverluste direkt eingewirkt, um ihre Entstehung zu verhindern. Die Ansprüche 3,4 und 6 kennzeichnen drei verschiedene Ausführungsformen, wobei die Wirksamkeit der Ausführungsform nach Anspruch 4 durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 wesentlich erhöht wird.

Die Kühlung der Innenseite des Gaszuges gemäss Anspruch 7 stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dar, wobei im Falle der Weiterbildung gemäss Anspruch 14 eine nahezu komplette Angleichung der strömungstechnischen und thermodynamischen Verhältnisse im Spaltkanal an diejenigen im Kühlrohrbündel erreicht wird.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 8 und 9 bewirken durch Vergrössern der Druckverluste des Gases eine Verringerung der Durchflussmenge durch den Spaltkanal, und die in diesem Kanal entstehende Turbulenz verbessert sowohl den Wärmeübergang als auch die Temperaturverteilung im Bereich des Spaltkanals. Bei engem Spalt wird die Variante nach Anspruch 8, bei einem grösseren Spalt diejenige nach Anspruch 9 bevorzugt. Die letztgenannte Variante kann so ausgelegt werden, dass im Spaltkanal auch Strömungen quer zur Längsachse des Gaszuges entstehen.

Die Gestaltung der Innenseite des Gaszuges gemäss Anspruch 10 hat ähnliche Wirkungen wie diejenigen nach den Ansprüchen 8 und 9, hat jedoch - bei manchen Anwendungsfällen - Vorteile in bezug auf die Herstellung.

Die Massnahme nach Anspruch 11 ermöglicht die Abfuhr von zusätzlicher Wärme aus dem Spaltkanal, ohne Zunahme der Wärmestromdichte durch die Rohrwände der äusseren Kühlrohre.

Die Anordnung von Umlenkmitteln gemäss Anspruch 12 bewirkt eine Kühlung des Spaltkanals, wobei die Wärme aus diesem Bereich auf mindestens einen Teil des Kühlrohrbündels verteilt wird, so dass die Wärmestromdichte im Bündel vergleichmässigt und Übertemperaturen verhindert werden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert und ihre Vorteile deutlicher hervorgehoben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen bekannten, vertikal angeordneten Wärmeübertrager zur Kühlung von Helium aus einem Hochtemperaturreaktor,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Detail A der Fig. 1 bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Wärmeübertrager, in grösserem Massstab als Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Ebene III-III in Fig. 2,

jedoch in kleinerem Massstab als Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht des Details A der Fig. 1 bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in vergrössertem Massstab,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Ebene IV-IV in Fig. 5, Fig. 6 einen vertikalen Schnitt des Details A in Fig. 1 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in vergrössertem Massstab,

Fig. 7 bis 12 je ein weiteres Ausführungsbeispiel in kleinerem Massstab als Fig. 6 und

Fig. 13 bis 16 je einen vertikalen Schnitt des Details A in Fig. 1 bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.

Der bekannte Wärmeübertrager nach Fig. 1 weist einen zylindrischen Druckbehälter 2 auf, der durch einen unteren, nach aussen gewölbten Boden geschlossen ist. Nahe dem unteren Ende des Druckbehälters 2 ist ein Gaseintrittsstutzen 3 vorgesehen, über den heisses Heliumgas aus einem nicht gezeigten Hochtemperaturreaktor zugeführt wird. In seinem oberen Bereich ist der Behälter 2 mit einem nach unten gewölbten, eine zentrale Öffnung aufweisenden Gasaustrittsdeckel 4 versehen, der sich auf einem in das Innere des Druckbehälters 2 vorstehenden Rand 15 abstützt und an diesem mittels nicht gezeichneter Schrauben befestigt ist. In der unteren Partie des Druckbehälters 2 ist ein Rohrbündel 5 angeordnet, das aus ca. 500 wasser- bzw. dampfführenden Kühlrohren besteht. Die Kühlrohre sind über den grössten Teil ihrer Länge nach Schraubenlinien gebogen, wobei die Rohre des äussersten Rohrzylinders des Rohrbündels 5 mit 7 und die übrigen Rohre des Rohrbündels mit 6 bezeichnet sind.

Nahe unterhalb des Gasaustrittdeckels 4 weist der Druckbehälter 2 einen Dampfaustrittsstutzen 10 und unterhalb von diesem einen Wassereintrittsstutzen 9 auf. Beide Stutzen erweitern sich innerhalb des Druckbehälters 2 und enden in je einer vertikalen, horizontale Bohrungen aufweisenden Rohrplatte 10' bzw. 9'. Im Innern des Druckbehälters 2 ist an dem Dampfaustrittsstutzen 10 ein im wesentlichen C-för-miger Rohrkasten 11 befestigt, an dem sich ein Zentralrohr 12 koaxial zum Druckbehälter 2 anschliesst, das bis unterhalb des Gaseintrittsstutzens 3 reicht.

Die Kühlrohre 6 und 7 sind mit ihren einen Enden an der Rohrplatte 9' des Wassereintrittsstutzens 9 angeschlossen und mit ihren anderen Enden an der Rohrplatte 10' des Dampfaustrittsstutzens 10. Sie verteilen sich, von der Rohrplatte 9' ausgehend, zunächst gleichmässig um das Zentralrohr 12 herum und gehen dann konzentrisch zum Zentralrohr 12 in die schraubenlinienförmige Gestalt über. Unterhalb des Gaseintrittsstutzens 3 sind sie zum Zentralrohr 12 hin umgebogen und durchstossen eine in das Zentralrohr unten dicht eingesetzte, horizontale Abschlussplatte 12'. Die an der Durchstosstelle dicht eingeschweissten Kühlrohre 6,7 erstrecken sich dann vertikal innerhalb des Zentralrohres 12 nach oben, verlaufen innerhalb des Rohrkastens 11 etwa C-förmig gebogen bis zur Rohrplatte 10'. Im Bereich ihres schraubenlinienförmigen Verlaufes sind die Kühlrohre 6,7 in acht gleichmässig über den Umfang des Rohrbündels 5 verteilten Tragplatten 13 eingeschraubt, die am Zentralrohr 12 befestigt sind.

Auf einem inneren, unterhalb des Wassereintrittsstutzens 9 angeordneten, horizontalen Flansch 2' des Druckbehälters 2 ruht ein zylindrischer, zum Behälter 2 koaxialer und das Rohrbündel 5 umgebender Mantel 14, der den Gaszug bildet und sich bis unterhalb der Kühlrohre 6,7 erstreckt. Die Innenseite des Mantels 14 und ein theoretischer vertikaler Zylinder, auf dem die Achsen der schraubenlinienförmig gebogenen, äusseren Kühlrohre 7 liegen, definieren einen ringförmigen Spaltkanal 8 mit einer Spaltbreite d. Ein Innenflansch 14' nahe dem unteren Ende des Mantels 14 führt die Kühlrohre 6,7 in ihrem Verlauf zwischen den Tragplatten 13 und der Abschlussplatte 12'. Innerhalb des Zentralrohres 12 und des Rohrkastens 11 sind mehrere, nicht gezeigte Lochplatten angeordnet, die zum seitlichen Abstützen der Kühlrohre dienen.

Der Wärmeübertrager nach Fig. 1 funktioniert wie folgt: Durch den Gaseintrittsstutzen 3 fliesst heisses Helium mit ca. 700°C und einem Druck von etwa 65 bar in den Druckbehälter 2, wo es sich in dem Ringraum zwischen dem Druckbehälter und dem Mantel 14 verteilt. Es strömt in dem Zwischenraum abwärts und fliesst dann innerhalb des Mantels 14 durch das Rohrbündel 5 nach oben und verlässt den Wärmeübertrager - immer noch einen Druck von ca. 65 bar, aber eine Temperatur von nur noch 280°C aufweisend - über die zentrale Öffnung des Gasaustrittsdeckels 4. Das zur Kühlung des Heliumgases dienende Wasser tritt über den Wasserein-

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lÈMMm 0 mit ca. 10Ö°G m L Klìklrokre l, f ein, durck-strömt deren schraubenlinienförmig gewickelten Abschnitte, wobei es verdampft und verlässt als Dampf mit etwa 530°C und 185 bar den Dampfaustrittsstutzen 10.

Bei steigender Temperatur des Heliums bis zur Betriebstemperatur nimmt infolge Wärmedehnung des Mantels 14 und des Rohrbündels 5 die Breite d des Spaltkanals 8 um einen bestimmten Betrag zu, wobei - wie bereits oben beschrieben - die durch den Spaltkanal 8 fliessende Heliumgasmenge un verhältnismässig stärker zunimmt als die Spaltbreite. So kann eine Zunahme der Spaltbreite von 5 mm die effektive Gasdurchflussmenge durch den Spaltkanal 8 um etwa 30% anwachsen lassen. Entsprechend stark nimmt auch die Temperatur des Heliumgases im Spaltkanal 8 zu, da die von der vergrösserten Gasdurchflussmenge zusätzlich mitgeführte Wärmemenge nicht ohne weiteres von den äusseren Kühlrohren 7 abgenommen werden kann. Bei der angenommenen Zunahme von 5 mm beträgt die Temperaturzunahme schon mehr als 20°C.

Infolge von unvermeidlichen Herstellungsungenauig-keiten hinsichtlich der Form und der Abmessung des Gaszuges kann zusätzlich innerhalb des Spaltkanals 8 noch eine ungleichmässige Massenstrom- und Temperaturverteilung auftreten, die dann zu den bereits erwähnten heissen Gasstränen führt.

Mit den in den Fig. 2 bis 16 gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung kann den Spaltverlusten entgegengewirkt werden. Gemäss Fig. 2 und 3 weist der Mantel 14 acht über seinen Umfang verteilte, vertikale Schlitze auf, von denen Fig. 2 zwei zeigt. Im Bereich jedes Schlitzes ist der Mantel - parallel zum Schlitz - nach aussen gekröpft. Jeweils die beiden Stirnflächen 24" der so gebildeten Kröpfungen 24' begrenzen einen Schlitz. Je zwei benachbarte Kröpfungen 24' sind zwischen zwei Blechstreifen 20 gleitbar geführt, die mittels den Schlitz radial durchdringenden Stiften 21 zusammengehalten werden. Jeder Stift 21 ist von einer Distanzhülse 22 umgeben, die den gegenseitigen Abstand zweier Blechstreifen 20 bestimmt. Die auf den Blechstreifen 20 gleitenden Flächen der Kröpfungen 24' sind mit einem gute Gleiteigenschaften aufweisenden Material beschichtet. Die Stifte 21 sind mit den Blechstreifen 20 durch Schweissen verbunden. Um den Mantel 14 herum verlaufen über die vertikale Länge der Schlitze gleichmässig verteilte Spannkabel 25, die sich auf dem Mantel 14 über Würfel 27 abstützen und deren Enden mittels Spannhülsen 26 miteinander verbunden sind. Die Spannkabel 25 bestehen aus einem Werkstoff, der eine kleinere tangentiale Wärmedehnung aufweist als der des Mantels 14; sie bewirken somit,

dass bei zunehmender Temperatur des Heliumgases die Kröpfungen 24' zwischen den Blechstreifen 20 paarweise tangential gegeneinander gleiten, wobei der Durchmesser des Mantels 14 im wesentlichen gleich bleibt und die Spaltbreite d infolge der radialen Wärmedehnung des Kühlrohrbündels 5 abnimmt. Dadurch wird die Gasdurchflussmenge im Spaltkanal 8 klein genug gehalten und eine unzulässige Zunahme der Temperatur im Spaltkanal 8 verhindert. Prinzipiell arbeitet diese Variante auch ohne Spannkabel 25 ; diese bieten jedoch eine zusätzliche Sicherheit gegen eventuelle Verklemmungen - beispielsweise infolge von Verschmutzung - der Kröpfungen 24' zwischen den Blechstreifen 20.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 und 5 weisen die Tragplatten 13 ein kleineres radiales Mass als in Fig. 1 auf, so dass sie nur die Kühlrohre 6 der Rohrbündel 5 aufnehmen. Die äusseren Kühlrohre 7 des Rohrbündels 5 sind in acht radialen, mit jeweils einer Tragplatte 13 fluchtenden Stegen 140 eingeschraubt, die einstückig mit dem Mantel 14 hergestellt sind oder in Form von Leisten am Mantel ange-schweisst sind. Hierbei werden also bei steigender Temperatur die äusseren Kühlrohre 7 vom Mantel 14 bei dessen Durchmesservergrösserung mitgenommen, so dass die Spaltbreite d - abgesehen von einer kleinen radialen Wärmeausdehnung der Kühlrohre 7 selbst und der linearen Wärmeausdehnung der Stege 140 - praktisch bei allen Temperaturen konstant bleibt.

Gemäss Fig. 6 wird der Mantel 14 innen mittels zusätzlicher, helissenförmiger Kühlrohre 30 gekühlt. Die Mantelkühlrohre 30 haben den gleichen Durchmesser wie die Kühlrohre 6,7 und weisen auch die gleiche Steigung wie diese auf. Der horizontale Abstand zwischen den Mantelkühlrohren 30 und den äusseren Kühlrohren 7 ist etwa gleich dem horizontalen Abstand zwischen den benachbarten Kühlrohren 6 und 7 im Kühlrohrbündel 5. Zwischen den Mantelkühlrohren 30 sind schraubenlinienförmig verlaufende Blechstreifen 31 vorgesehen, die über eine Vielzahl von am Mantel 14 ange-schweissten Zapfen 32 befestigt sind. Die Streifen 31 und die Zapfen 32 sind über Schweissbohrungen 31', die in den Streifen vorgesehen sind, miteinander verbunden. An einigen Streifen 31 sind paarweise etwa viertelkreisförmig gebogene Klammern 33 aus Stahlblech angeschweisst, die an je einem Mantelkühlrohr 30 anliegen und als Rohrhalterungen dienen. Jedes Paar von Klammern 33 ist durch ein sie verbindendes Verstärkungsblech 34 in seiner Lage fixiert. Die Blechstreifen 31 begrenzen eine Zylinderfläche, auf der die schraubenlinienförmig gebogene Rohrachse der Mantelkühlrohre 30 liegt und die zur Bemessung der Breite b des Spaltkanals 8 dient.

Diese Ausführungsform ist besonders bei sehr hohen Betriebstemperaturen von Vorteil, weil dabei die Mantelkühlrohre 30 auf einfache und kostengünstige Weise schweissnahtfrei am Mantel 14 befestigt ist. Die durch die Mantelkühlrohre 30 fliessende Kühlwassermenge wird mittels nicht gezeigter Drosselorgane so eingestellt, dass die Kühlung des Heliumgases im Spaltkanal 8 gleich der Kühlung im Rohrbündel 5 ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die gasseitigen Strömungsverhältnisse im Spaltkanal 8 an die gasseitigen Strömungsver-hältnisse im Rohrbündel 8 im wesentlichen angeglichen werden können.

Die Kühlung des Mantels 14 lässt sich unter Beibehaltung der angeglichenen Strömungsverhältnisse auch mit den Ausführungsformen nach Fig. 7 bis 12 erreichen. Bei Fig. 7 ist der Mantel 14 als sogenannte Membranwand ausgebildet, indem die Mantelkühlrohre 30 mittels Stegen 141 miteinander gasdicht verschweisst sind. Bei Fig. 8 sind die Mantelkühlrohre 30 in einer Rille eingebettet, die nach einer Schraubenlinie in den Mantel 14 eingearbeitet ist. Gemäss Fig. 9 zirkuliert das Mantelkühlwasser in einem schraubenlinienförmig verlaufenden Kanal, der durch an der glatten zylindrischen Innenseite des Mantels 14 dicht angeschweisste Halbrohre 35 gebildet ist. In Fig. 10 und 11 ist anstelle der Halbrohre 35 ein Wellblech 36 bzw. 36' vorgesehen. Im Falle der Fig. 10 ist das Wellblech 36 wiederum an die glatte, zylindrische Innenseite des Mantels 14 angeschweisst, wogegen bei Fig. 11 das Wellblech 36' mit Stegen 141 ' zusammengeschweisst ist, die zusammen die Wand des Mantels 14 bilden. Gemäss Fig. 12 wird der Mantel 14 durch miteinander verschweisste, schraubenlinienförmig gewickelte Rohre 37 gebildet, die einstückig mit Flossen hergestellt sind, die einseitig ausserhalb der Rohrachse liegen.

In der Ausführungsform nach Fig. 13 sind horizontale, kolbenringartige, flache Stahlringe 40 in passenden Nuten auf der Innenseite des Mantels 14 eingespannt. Die Stahlringe 40 bilden entlang der Innenseite eine Art Labyrinthdichtung, die die Heliumgasströmung im Spaltkanal 8 drosselt und gleichzeitig stark verwirbelt. Dadurch wird die

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Durchflussmenge verringert und die Kühlung im Spaltkanal 8 verbessert.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist der Mantel 14 so ausgebildet, dass der Spaltkanal 8 in vertikaler Richtung eine variable Spaltbreite aufweist, indem engere Spaltquer- s schnitte mit weiteren Spaltquerschnitten abwechseln.

Dadurch entsteht eine ähnliche Wirkung wie durch die Stahlringe 40 in Fig. 13. Diese Ausführungsform ist weitgehend unempfindlich auf herstellungsbedingte Abweichungen der Spaltbreite. xo

Die äusseren Kühlrohre 7 gemäss Fig. 15 weisen einen grösseren Durchmesser auf als die Kühlrohre 6 des Rohrbündels 5 und haben gleiche Wanddicke wie diese. Dadurch können die äusseren Kühlrohre 7, wenn bei Betriebstemperatur die Spaltbreite grösser ist, mehr Wärme aus der entspre- is chend grösseren, durch den Spaltkanal 8 strömenden Gasmenge abführen, ohne dass die Wärmestromdichte durch ihre Wände die Wärmestromdichte durch die Wände der übrigen Kühlrohre 6 übersteigt. Ein Temperaturmessfühler 60 überwacht die Temperatur des Heliumgases im Spaltkanal 20 8 und steuert über eine Signalleitung 61 auf an sich bekannte Weise ein Steuerventil 62, das je äusseres Kühlrohr 7 vorgesehen ist. Die Kühlwassermenge durch die äusseren Kühlrohre 7 wird so geregelt, dass die durchschnittliche Temperatur des Heliumgases im Spaltkanal 8 gleich der durch- 2s schnittlichen Temperatur des Heliumgases im Bereich der Kühlrohre 6 des.Rohrbündels 5 bleibt und dass die durchschnittliche Wärmestromdichte durch die Wand der Kühlrohre 6 einerseits und der äusseren Kühlrohre 7 andererseits ebenfalls gleich gehalten wird. 30

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 sind mehrere ringförmige Umlenkbleche 50 von unterschiedlichem Durchmesser so gestaffelt im Rohrbündel 5 angeordnet, dass sie Heliumgas aus dem Inneren des Rohrbündels in Richtung auf den Spaltkanal 8 leiten und ausserdem ermöglichen, dass Heliumgas aus dem Spaltkanal 8 wieder in das Innere des Rohrbündels 5 gedrängt wird. Daraus resultiert eine Ver-gleichmässigung der Temperaturen des Gases im Spaltkanal 8 und im übrigen Bereich des Kühlrohrbündels 5. Die Umlenkbleche 50 sind mit den Tragplatten 13 verbunden, so dass die von den Umlenkblechen aufgenommene Wärme über die Tragplatten zu den Kühlrohren 6,7 fliesst, wodurch die Kühlung der Umlenkbleche gewährleistet ist.

Abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsformen können die äusseren Kühlrohre 7 mit einer grösseren Steigung versehen sein als die übrigen Kühlrohre 6, wodurch für jede Höhenebene kühleres Kühlwasser im Bereich des Spaltkanals 8 zur Verfügung steht als in den übrigen Bereichen des Rohrbündels 5. Kombiniert man diese Ausführungsform z.B. mit jener gemäss Fig. 15 oder Fig. 16, so erlaubt die grössere Steigung der äusseren Kühlrohre 7 das Abführen von relativ grossen Wärmemengen aus dem Spaltkanal 8, ohne dass Übertemperaturen im Gaszug Zustandekommen.

Die Erfindung lässt sich z.B. auch auf Wärmeübertrager mit geraden oder mäanderartigen Kühlrohren anwenden. Es ist ferner möglich, den zylindrischen Gaszug horizontal oder sonst irgendwie geneigt anzuordnen.

Die Steuerung der Temperatur im Spaltkanal 8 gemäss Fig. 15 kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

665 020 PATENTANSPRÜCHE

1. Wärmeübertrager mit einem Druckbehälter, insbesondere für die Kühlung von Gas aus einem Hochtemperaturreaktor, wobei sich in dem Druckbehälter ein zylindrischer, ein Kühlrohrbündel enthaltender Gaszug befindet, der ein zu s kühlendes Gas von einem Eintrittsbereich zu einem Austrittsbereich führt und der zwischen sich und den benachbarten, äusseren Rohren des Rohrbündels einen ringförmigen Spaltkanal freilässt, der so bemessen ist, dass bei Betriebstemperatur die durchschnittliche Temperatur des 10 aus dem Spaltkanal austretenden Gases im wesentlichen gleich der durchschnittlichen Temperatur des aus dem übrigen Rohrbündel austretenden Gases ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch die die durchschnittliche Wärmestromdichte durch die Wand der is äusseren Kühlrohre im wesentlichen gleich der durchschnittlichen Wärmestromdichte durch die Wand der übrigen Rohre des Kühlrohrbündels gehalten wird.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Vergrösserung der Breite des 20 Spaltkanals bei zunehmender Temperatur des Gases verhindern.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gaszuges einen kleineren

Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als das Material des 25 Kühlrohrbündels.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszug mindestens im Bereich der Gaseintrittsseite des Kühlrohrbündels mindestens einen etwa auf einer Mantellinie verlaufenden Schlitz aufweist. 30

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Spannelemente vorhanden sind, die in Richtung einer Verkleinerung des Durchmessers des Gaszuges wirken.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 35 zeichnet, dass die äusseren Kühlrohre an der inneren Wand des Gaszuges befestigt sind.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Gaszuges auf dessen Innenseite Rohre angeordnet sind, die unabhängig von den Kühl- 40 röhren des Rohrbündels mit Kühlmittel beschickt werden.

8. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Spaltkanals die Innenseite des Gaszuges und/oder die äussere Oberfläche der äusseren Kühlrohre stark aufgerauht sind bzw. ist. 45

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Gaszuges nach der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet ist.

10. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch entsprechende Formgebung der Innen- so seite des Gaszuges - in Längsrichtung des Gaszuges gesehen

- die Breite des Spaltkanals abwechselnd kleiner und grösser ist.

11. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der äusseren Kühlrohre grösser 55 ist als die der übrigen Kühlrohre des Kühlrohrbündels.

12. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlrohrbündel verteilt Umlenkbleche angeordnet sind, die Gas aus dem Kühlrohrbündel zum Spaltkanal führen. 60

13. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrbündel aus schrau-benlinienförmig gebogenen Rohren besteht.

14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Gaszuges mindestens ein 65 schraubenlinienförmig entlang der Innenseite des Gaszuges geführter, von einem Kühlmittel durchstrÖmter und mit diesem fest verbundener Kanal vorgesehen ist.