CN100559108C - 第一流体和第二流体之间进行热交换的热交换组件及其使用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能在第一流体与第二流体之间交换热量的一热交换组件(1)。本发明的组件包括：中央集流管(14)，其与第一流体的入口和出口(6)其中之一相连通；环形集流管(16)，其围绕所述中央集流管(14)设置，且与第一流体的入口和出口(6)中的另一个相连通；多个热交换器(12)，其被径向地间置于所述中央集流管(14)和所述环形集流管(16)之间；与第二流体的入口(8)相连通的多个轴向输入集流管(18)、以及与第二流体的出口(10)相连通的多个轴向输出集流管，所述轴向输入及输出集流管(18)呈圆周地被间置于所述热交换器(12)之间。按照本发明，所述组件包括输入室(22)，所述输入室被安设于所述热交换器(12)的第一轴向侧，使第二流体的一个或多个入口(8)与至少多个轴向输入集流管(18)相连通。

Description

第一流体和第二流体之间进行热交换的热交换组件及其使用

技术领域

[01]本发明总体上涉及尤其用于高温核反应堆(HTR)或极高温核反应堆(VHTR)的热交换器。

背景技术

[02]在专利文献JP-2004/144 422中已知所述类型的组件，所述文献描述了一热交换组件，其具有用于各轴向输入集流管的第二流体入口。在这种组件中，各入口通常通过焊接导管连接在相应的轴向输入集流管上。在运行中，导管与集流管之间的连接在热机械方面要求较高。因此其具有过早断裂的风险。

发明内容

[03]在这种情况下，本发明的目的在于提出一热交换组件，其中同时在正常运行以及意外情况下，所述断裂的风险都被大大减小。

[04]为此，本发明涉及允许第一流体与第二流体之间进行热交换的热交换组件，其包括：

[05]-外壳体，其具有中轴线，并配设有第一流体的至少一入口与出口及第二流体的至少一入口与出口，

[06]-中央集流管，其沿所述中轴线延伸，并与第一流体的入口和出口其中之一相连通，

[07]-环形集流管，其围绕所述中央集流管设置，且与第一流体的入口和出口中的另一个相连通，

[08]-多个热交换器，其围绕所述中轴线分布，且被径向地间置于所述中央集流管和所述环形集流管之间，

[09]-与第二流体的入口相连通的多个轴向输入集流管、以及与第二流体的出口相连通的多个轴向输出集流管，所述轴向输入及输出集流管呈圆周地被间置于所述热交换器之间，

[10]-各热交换器包括：多个第一流体的循环管道，其允许第一流体在所述中央集流管和所述环形集流管之间流动；以及多个第二流体的循环管道，其允许第二流体从至少一输入集流管流向至少一输出集流管。

[11]上述类型的组件的特征在于，所述组件包括输入室，所述输入室被安设于沿所述中轴线的所述热交换器的第一轴向侧，使第二流体的一个或多个入口与至少多个轴向输入集流管相连通。

[12]组件还可以具有一个或多个如下特征，所述特征可以被单独参考或按照技术结合的所有可能性被参考：

[13]-所述输入室呈环形，且围绕所述中央集流管；

[14]-它包括输出室，所述输出室被安设于所述热交换器的与所述第一轴向侧相反的第二轴向侧，使第二流体的一个或多个出口与至少多个轴向输出集流管相连通；

[15]-它包括检查管道，所述检查管道在所述第二侧轴向地延长所述中央集流管，且通过一可拆卸活门与所述中央集流管隔开，所述输出室呈环形且环围所述检查管道；

[16]-至少所述热交换器、所述输入室和所述输出室以及所述轴向输入集流管和轴向输出集流管被集中在一机械的子组件中，所述子组件可以单体件的方式提取到所述外壳体以外；

[17]-所述外壳体的中轴线是垂直的，所述外壳体包括容腔，所述子组件被设置在该容腔内部，且所述容腔向上具有将所述子组件取出的开口和可拆卸的盖，所述盖以密封方式封闭所述容腔的开口；

[18]-所述容腔包括同轴于所述中轴线的柱形筒体，第二流体的入口和出口安设在所述筒体中，所述输入室与所述输出室经由可拆卸套筒以密封方式被连接至所述第二流体的入口和出口，所述套筒可在所述输入和输出室的内部进行收拆；

[19]-所述套筒能从所述输入和输出室的内部被拆卸；

[20]-所述外壳体包括第二流体的多个入口与多个出口，这些入口与这些出口被集中在所述筒体的同一半圆周上；

[21]-所述子组件包括同轴于所述中轴线的柱形外封罩体，所述封罩体向外径向地限定所述输出室和所述环形集流管；

[22]-所述组件包括共轴的下输入集流管和下输出集流管，所述下输入和输出集流管分别与第一流体的入口和出口相连通，且被设置在所述子组件的下面，所述子组件在下部分由从所述柱形封罩体开始会聚的截锥形封罩体限定，所述截锥形封罩体围绕所述中央集流管，且与该中央集流管一起界定出所述环形集流管，所述下输入和输出集流管向上终止于凸缘，所述凸缘能够通过简单的嵌合密封地接收所述中央集流管的下自由端部和所述截锥形封罩体的下自由端部；

[23]-所述中央集流管具有被一可拆卸活门关闭的、与所述输入室连通的一检查孔，且所述检查管道具有与所述输出室连通的一开口；

[24]-所述外壳体具有一下底部；并且，所述组件包括固定至所述下底部的循环元件，该循环元件适于抽吸从所述环形集流管或从所述中央集流管中流出的第一流体，并适于将该第一流体压送向第一流体的出口；

[25]-所述轴向输入集流管与所述轴向输出集流管、所述中央集流管和所述环形集流管具有允许操作员直接作用于所述热交换器的足够大的通过截面；

[26]-所述第一流体的出口与入口共轴；

[27]-所述热交换器布置成围绕所述中轴线呈圆形地被规则地间隔开，各轴向输入和输出集流管向内和向外由内圆周板材件与外圆周板材件加以限定，所述内和外圆周板材件焊接在两个热交换器上，所述集流管延伸在这两个热交换器之间；

[28]-所述环形集流管向内由所述热交换器和所述外圆周板材件限定；

[29]-所述中央集流管由所述热交换器和所述内圆周板材件限定；

[30]-各热交换器包括多个轴向堆叠的热交换模块；

[31]-所述热交换模块在垂直于所述中轴线方向具有矩形截面，且在所述热交换器的整个轴向高度上具有被加工角区，所述热交换器还包括被设置于所述被加工角区中的锻造和/或加工成的金属杆，且所述热交换模块焊接在所述金属杆上；且

[32]-各金属杆具有一翼部，所述翼部相对于所述热交换模块向邻近的轴向集流管呈圆周地凸出，且限定所述轴向集流管的内圆周板材件或外圆周板材件被焊接在所述翼部上。

[33]按照另一方面，本发明涉及具有以上描述特征的组件的使用：

[34]-所述组件配合主要含氦的第一流体和主要含氦和/或氮的第二流体进行使用；

[35]-所述组件配合主要含氦的第一流体和主要包括水的第二流体进行使用，所述第二流体在交换器组件中被蒸发；

[36]-所述组件配合主要包括水的第一流体和主要包括水的第二流体进行使用，所述第二流体在交换器组件中被蒸发；以及

[37]-第一或第二流体之一来自核反应堆。

附图说明

[38]本发明的其它特征和优点将在参考附图以非局限性举例给出的以下描述中体现出来，其中：

[39]-图1是本发明热交换组件的透视图，其部分去除以露出组件的内部部分；

[40]-图2是按照图3的切面II-II得到的图1组件的轴向剖面图；

[41]-图3是按照图2的平面III-III得到的图2组件垂直于其轴线的剖面图；

[42]-图4是按照图2的平面IV-IV得到的图2组件垂直于其轴线的剖面图；

[43]-图5是按照图2的平面V-V得到的图2组件垂直于其轴线的剖面图，示出热交换器的布置；

[44]-图6A和6B分别示意性地示出第一流体和第二流体穿过图5热交换器的相应的循环方向，且图6C是图5的热交换器的板的分解图；

[45]-图7是图1和图2的热交换器的一模块的透视图；

[46]-图8A和8B是图7的部分VIIIA和VIIIB的俯视放大图；

[47]-图9是图1的组件的局部分解图，示出包括热交换器和集流管的可拆卸机械子组件，所述子组件与外壳体的下部分脱离，所述外壳体被部分地去除；

[48]-图10A和10B是图2的部分XA和XB的放大图；

[49]-图11是图2的部分XI的放大图；

[50]-图12是图2的部分XII的放大图；且

[51]-图13是原理示意图，示出了在核反应堆内实施的、用于把图10的机械子组件从外壳体取下的装置。

具体实施方式

[52]图1与图2所示的组件1被用在高温或极高温核反应堆(HTR/VHTR)中，用以实现第一流体与第二流体之间的热交换。

[53]第一流体是核反应堆的一次侧流体，并在所述核反应堆中以封闭的回路循环。所述第一流体穿过核反应堆堆芯(未示出)，然后穿过组件1且最后回到堆芯的入口。一次侧流体在核反应堆的堆芯中被加热，且从所述核反应堆中以例如约850℃的温度流出。所述一次侧流体在组件1内传递其部分热量给二次侧流体，且从所述组件中以例如约450℃的温度流出。一次侧流体通常为基本纯净的气态氦。

[54]第二流体是核反应堆的二次侧流体，并在所述核反应堆内以封闭回路循环。第二流体穿过组件1，然后进入驱动发电机的燃气轮机中并回到组件1的入口。二次侧流体以例如约405℃的温度进入组件1内，且以例如约805℃的温度从中流出。二次侧流体是主要含氦和氮的气体。

[55]组件1包括：

[56]-具有基本垂直的中轴线X的外壳体2，其配有一次侧流体的一入口4和一出口6、与二次侧流体的四个入口8和四个出口10；

[57]-设置在外壳体2中的八个热交换器12，一次侧流体和二次侧流体之间的热交换在这些热交换器中实现；

[58]-一次侧流体在外壳体2内部进行循环的中央集流管14和环形集流管16；

[59]-二次侧流体在外壳体2内部进行循环的轴向输入集流管18和轴向输出集流管20；

[60]-在轴向输入集流管18内分配二次侧流体的输入室22、及在轴向输出集流管20的出口收集二次侧流体的输出室24；

[61]-下方内部设备26，其一方面在中央集流管14和环形集流管16之间且另一方面在一次侧流体的入口4和出口6之间引导一次侧流体；以及

[62]-固定在外壳体2上的使一次侧流体循环的风扇28。

[63]外壳体2包括一容腔30，热交换器12和集流管14、16、18、20被设置在所述容腔的内部，所述容腔向上具有一开口32以及一可拆卸盖34，所述盖密封地封闭容腔30的开口32。

[64]容腔30包括：共轴于轴线X的柱形上筒体36；柱形下筒体38，其被设置在上筒体36下面，直径比上筒体36稍小，且共轴于轴线X；间置于上筒体36与柱形下筒体38之间的截锥形筒体40；以及向下封闭所述柱形下筒体38的凸出的下底部42。

[65]上筒体36的上自由边沿围绕开口32且形成凸缘44。

[66]盖34向上凸起，且具有形成凸缘46的自由边沿，所述凸缘46与容腔30的凸缘44互补。盖34具有一上底部，该上底部在含有轴线X的平面中截面基本为椭圆形。

[67]如图11所示，借助八十个拉杆50，盖34可以被刚性地固定在容腔30上，所述拉杆50被嵌插在设于凸缘46上的孔52中，且被旋拧在设于凸缘44上的螺纹孔54中。凸缘46支承高密封性的金属垫圈55，所述垫圈为例如以商品名“HELICOFLEX”销售的类型，从而在盖34与容腔30彼此固定时保证这两者之间的密封性。

[68]二次侧流体的入口8被安设在上筒体36的下部且在该筒体的同一圆周上。所有四个入口全都被设置在上筒体36的同一半部分上，如图4所示。这些入口为圆形，且它们的轴线布置成彼此间隔42°。

[69]二次侧流体的出口10被安设在上筒体36的上部，且被设置在该筒体的同一圆周上(图3)。这些出口位于与入口8相同的上筒体36的同一半上。正如对于所述入口，这些出口10为圆形的且它们的轴线间隔为42°。

[70]柱形下筒体38包括唯一的口眼，一次侧流体的入口4和出口6借助所述口眼实现。入口4和出口6是共轴的，如图2所示，出口6围绕入口4。

[71]底部42向下凸出，且具有对中于轴线X上的圆形中央开口，风扇28被固定在该开口中。

[72]如图5所示，八个交换器12呈圆形地设置在轴线X周围，且它们规则地围绕该轴线分布。

[73]交换器12是板型的热交换器。各交换器12包括八个垂直堆叠且彼此相同的模块56。

[74]如图7所示，各模块56呈平行六面体的形状。各模块56包括一外封罩体58，一次侧流体的入口孔60和出口孔62以及二次侧流体的入口孔64和出口孔66被加工在该外封罩体中，且各模块包括设置在封罩体58内部的、轴向堆叠的多个板67。

[75]入口孔60和出口孔62被设置在封罩体58的相反的两表面上，这两个表面分别朝向组件1的内部和外部。入口孔64和出口孔66被安设于封罩体58的基本径向的且相反的两表面上(图6A至6C)。

[76]堆叠的板67在它们之间界定出多个一次侧流体的循环管道，所述管道从入口孔60开始一直径向延伸到出口孔62。

[77]板67还在它们之间界定出多个二次侧流体的循环管道，所述管道从入口孔64一直基本呈圆周地延伸到出口孔66。注意到，孔64相对于孔66被向外径向地偏移，从而令二次侧流体在模块56中以Z形循环，如图6B所示。

[78]一次侧流体和二次侧流体的循环管道在模块56中交替地叠置，从而优化流体之间的热交换效率。

[79]第一流体的径向循环管道不沿模块56的两径向表面疏通，从而不会令二次侧流体通过孔64和66渗入到这些管道中。同样，二次侧流体的基本呈圆周循环的管道也不沿模块56的内表面和外表面疏通，从而令一次侧流体不会穿过孔60和62渗入到这些管道中。

[80]如图7所示，平行六面体形的模块56在交换器12的整个轴向高度上具有被加工的角区。此外，该交换器12还包括锻造和加工成的金属杆68，所述金属杆被设置在模块56的被加工的角区内。这些金属杆68延伸在交换器12的整个轴向高度上。所述模块56通过其封罩体58分别被彼此焊接，且还被焊接在金属杆68上。

[81]杆68包括设置在模块56的被加工部分中的、垂直于轴线X的横截面为矩形的一主要部分70，并包括相对于模块56在圆周上凸出的一翼部72。

[82]主要部分70沿两轴向焊接线74和76被焊接在模块56上，如图7、8A和8B所示。线74沿模块56的径向表面延伸，且线76按照情况，沿模块56的内表面或外表面延伸。

[83]将注意到，轴向的空管道78被加工在模块56和杆68中、在焊接线74和76后面及在其整个长度上。这些空管道78的存在能通过超声波实现对焊接74和76的质量控制。

[84]将注意到，翼部72沿一预设的曲率半径R被连接在模块56的径向表面上，所述曲率半径计算成可减小在所述杆68内的应力。

[85]模块56还沿焊接线79，彼此相互焊接。所述焊接线79顺着向下和向上界定模块56的内径向表面和外径向表面的棱边。

[86]组件1包括通过输入室22与二次侧流体入口8连通的四个轴向输入集流管18、以及通过输出室24与二次侧流体的出口10连通的四个轴向输出管道20。

[87]轴向输入集流管18和轴向输出集流管20呈圆周地被间置于交换器12之间，如图5所示。轴向输入集流管18和轴向输出集流管20围绕中轴线X交替地分布，从而当围绕中轴线X旋转时，可连续地发现一交换器12、一轴向输入集流管18、一交换器12、一轴向输出集流管20、一交换器12、一轴向输入集流管18等。

[88]轴向输入集流管18和轴向输出集流管20各具有垂直于轴线X的呈环状区部的截面，所述截面向内和向外由相应圆周形的板材件(

)80和82，且在侧面由交换器12的径向表面限定，所述集流管延伸在所述交换器之间。

[89]一给定的轴向输入集流管18和轴向输出集流管20的内板材件和外板材件80和82被边对边地焊接在与集流管相邻的两交换器12的杆68的翼部72上。翼部72的形状确定成能令所述翼部位于内板材件或外板材件80或82的连续部分中(图8A和图8B)。

[90]模块56定向成能令入口窗孔64通向一轴向输入集流管18，而出口窗孔66通向一轴向输出集流管20。

[91]组件1还包括一中央集流管14，其沿轴线X延伸且与一次侧流体的入口4连通，且组件还包括一环形集流管16，其与一次侧流体的出口6连通。

[92]中央集流管14在交换器12内部径向地延伸，且由模块56的内表面和内板材件80限定。它垂直于轴线X地基本具有圆形截面。窗孔60通向中央集流管14中。

[93]环形集流管16相对于所述交换器12在外部径向地围绕交换器12延伸。它由外板材件82和模块56的外表面向内部限定。窗孔62通向环形集流管16中。

[94]二次侧流体的输入室22和输出室24被分别设置在交换器12下面和这些交换器12的上方(图1和图2)。

[95]中央集流器14通过布置于交换器12下面的中间柱形区段84向下轴向地延长。同样，环形集流管16借助围绕中间柱形区段84的中间环形区段86向下轴向地延长。

[96]输入室22呈环形的形状且轴向地位于二次侧流体的入口8处。它围绕中间柱形区段84且在中间环形区段86的内部径向地延伸。输入室22被一柱形壁85径向地向外限定。

[97]此外，组件1包括一检查管道88，其在交换器12以外向上轴向地延长中央集流管14。所述检查管道88通过可拆卸活门90与中央集流管14隔离。它向上还被另一可拆卸检查活门92关闭。

[98]输出室24也呈一环形形状且围绕检查管道88。

[99]轴向输入集流管18向下开放且与输入室22连通。所述轴向输入集流管向上被关闭且与输出室24隔离开。相反，轴向输出集流管20向下被关闭且与输入室22隔离开，并且向上开放且与输出室24连通。

[100]环形集流管16向上被关闭且不与输出室24连通。

[101]按照本发明的另一重要方面，热交换器12、输入室22和输出室24以及集流管14、16、18和20被集中在可作为单体件取出到外壳体2以外的机械子组件94中。该子组件被示出在图9上。

[102]子组件94通常呈轴线为X的柱形。

[103]子组件94向上由一上圆形平板96界定，径向向外由一柱形封罩体98界定，且向下由一截锥形封罩体100界定，所述截锥形封罩体100向下延长柱形封罩体98，且从所述柱形封罩体开始会聚。上圆形平板96界定向上的输出室24(图1和图2)。检查管道88向上延长，凸出于上圆形平板96上方且形成子组件94的蘑菇状握持部102。活门92位于上圆形平板96处。

[104]子组件94还包括围绕上圆形平板96的一嵌合环冠104(图9)，所述环冠相对封罩体98径向地向外凸出。该嵌合环冠104向下形成支承部106。凸缘44在内径向侧包括一互补支承部108，当子组件94被设置在容腔30内部时，支承部106搁靠于所述互补支承部108上。

[105]子组件94还包括四个加强件，这些加强件从蘑菇状握持部102开始径向地延伸至环冠104。

[106]外封罩体98向外径向地限定输出室24和环形集流管16，尤其是所述环形集流管的中间区段86。该外封罩体在上部穿有四个圆孔110，而在下部穿有四个圆孔112，当子组件94被设置在外壳体2内时，这些圆孔被相应地设置在二次侧流体的出口10和二次侧流体的入口8的延长部分中。

[107]子组件94还包括环形水平的底壁114(图1和图2)，该底壁界定出输入室22，所述输入室向下且延伸在中央集流管14和环形集流管16的相应区段84和86之间。

[108]此外，中央集流管14通过以X为轴线的柱形下区段116延长在区段84下面，所述下区段116向下终止于自由边沿118(图2)。

[109]截锥形封罩体100围绕下区段116，且向下终止于以X为轴线的柱形环箍120。环形集流管16的环形区段86向下通向下区段116和截锥形封罩体100之间。

[110]如图1可见，子组件94包括一下加强筒体122，为了允许一次侧流体的循环，该下加强筒体穿有洞眼且围绕下区段116设置。所述下加强筒体122在上方被焊接在底壁114上，而在下方被焊接在截锥形筒体100上。径向加强件124同时被焊接在底壁114上、于截锥形筒体100上和下加强筒体122上，且在下部分增加子组件94的强度。

[111]柱形外筒体126(图12)被焊接在截锥形封罩体100的下面。它延伸在容腔30的截锥形筒体40的附近。该外筒体被六个径向加强件128所加固，这些加强件被同时焊接在截锥形封罩体100上和外筒体126上。所述加强件128带有三个如图12所示的键130，所述键与安设在容腔30的筒体40上的轴向槽132相配合。键130和槽132围绕轴线X相互间隔120°被设置，且能对绕轴线X旋转的子组件94定位。

[112]输出室24通过外套筒140和内套筒142以密封方式被连接在二次侧流体的出口10上，如图10A所示。外套筒140被旋拧在焊接于出口10中的一环形零件144上。套筒呈管状且从出口10开始向内部延伸，从而所述套筒被插入外封罩体98的孔110中。可以从输出室24的内部触及固定螺钉146。

[113]孔110由一边沿148围绕，该边沿从封罩体98开始朝输出室24内部竖起。内套筒142呈管状且被间置于外套筒140和竖起边沿148之间。其被螺钉150固定在竖起边沿148的自由端部上。

[114]已知类型的高度密封性金属垫圈以商品名为“HELICOFLEX”销售，它们一方面被间置于外套筒140和环状零件144之间，而另一方面被间置在内套筒142和竖起边沿148之间。

[115]此外，一管状波纹管(soufflet)154把套筒140和142以密封方式彼此连接。套筒140和142能按相对轴线X的径向方向彼此相对自由滑动，并由波纹管154保持密封性。

[116]绝热块体156使波纹管154和螺钉146与从输出室24流向出口10的二次侧流体隔开。

[117]输入室22通过外套筒158和内套筒160以密封方式被连接在入口8上，所述外套筒158和内套筒160与以上描述的外套筒140和内套筒142相似(图10B)。然而，将注意到，竖起边沿148在这种情况下从外封罩体98延伸到柱形壁85以外，直至输入室22的内部。柱形壁85被焊接在竖起边沿148上。竖起边沿148因此保证从输入室22穿过环形集流管16的环形中间区段86，直到外封罩体98的密封通路。此外，将注意到，由于在组件1入口处的二次侧气体温度适中，因此外套筒158、内套筒160和波纹管154没有被隔开。

[118]检查管道88包括一较大的开口163，该开口能通到用于断开输出室24的系统。中央集流管14的中间区段84包括与输入室22连通的一检查孔164(图2)。所述检查孔164以密封方式被一可拆卸活门关闭。一配有可拆卸活门的检查孔(未示出)能允许从轴向输出管道之一20开始通到环形集流管16。

[119]下方内部设备26包括以X为轴线的共轴的下输入集流管170和下输出集流管172，它们分别与一次侧流体的入口4和出口6连通(图2)。下输出集流管172围绕下输入集流管170。下输入集流管172被穿过下输出集流管172的一径向管子174连接至入口4。集流管172围绕管子174以密封方式被焊接。

[120]下输入集流管170和下输出集流管172彼此向上终止于凸缘176，所述凸缘能通过简单嵌合以密封方式接收中央集流管14的自由边沿118以及截锥形封罩体100的环箍120。凸缘176向内具有能保证引导自由边沿118和环箍120的截锥形支承部。此外，自由边沿118和环箍120向外支撑有金属垫圈，用以保证与凸缘176的内表面进行密封接触。

[121]下输出集流管172向下被垂直于轴线X的一底部178关闭。下输入集流管170包括：柱形筒体180，其以X为轴线且延伸至底部178；以及底部182，其垂直于轴线X，在管子174和底部178之间的中间高度处封闭筒体180。

[122]底部178穿有中央开口184，该中央开口接收风扇28的抽吸部。此外，筒体180具有在底部182下面的通过开口186，因此形成用于一次侧流体的流通路径，使得一次侧流体从下输出集流管172穿过开口186直到进入介于底部178和182之间的空间，随后进入风扇28的抽吸部中。

[123]此外，下方内部设备26还包括向上会聚的一截锥形筒体188，该筒体的较大的底部被焊接在容腔30的柱形下筒体38上，且其较小的底部围绕下输出集流管172被焊接。截锥形筒体188包括流通开口190。这些开口令位于下输入和输出集流管170和172下面的空间与围绕这些相同下集流管的空间相连通。

[124]一次侧流体的出口6直接通向围绕下集流管170和172的空间。

[125]风扇28通过径向开口把一次侧流体推到凸起的下底部42的内部，一次侧流体能从那里开始向上穿过开口190、然后经过出口6流动。

[126]最后，容腔30包括三个支撑块体194，所述支撑块体被集成并焊接在柱形下筒体38中。支撑块体194围绕轴线X彼此间隔120°地设置。如图13所示，组件1通过支撑块体194搁靠在相对单元197的壁凸出的混凝土基座196上，组件1被设置在所述单元197中。

[127]拱扶垛198被间置于单元的壁与容腔30的上筒体36之间，令组件1在垂直位置保持稳定。

[128]组件1最热的部分被例如含Al₂O₃纤维或碳纤维的块体隔离。正常运行时，这些部分在接近或超过800℃的温度下运作。这些部分涉及管子174、下输入集流管170、其中包括其中间区段84和下区段116的中央集流管14、轴向输出集流管20、输出室24以及连接输出室24和二次侧流体出口10的套筒140和142。

[129]外壳体2具有约27m的总高度和约7m的直径。至于柱形封罩体98，其具有约6300mm的直径。

[130]各交换器12具有约4800mm的轴向高度、约1300mm的径向厚度以及约560mm的圆周宽度。各模块56具有约600mm的高度。

[131]中央集流管14的直径约为2800mm。所述直径确定成界定轴向输入集流管18和轴向输出集流管20的内板材件80具有圆周展开长度且具有足够的柔韧度，以便承受交换器12在垂直于轴线X的一平面中施加的变形。

[132]环形集流管16的径向厚度约为500mm。所述厚度确定成：操作员能滑移至环形集流管16的内部，从而在交换器12的外表面上实施控制和/或维修。

[133]二次侧流体的入口8具有最小850mm的流通直径，且二次侧流体的出口10具有最小为1m的流通直径。

[134]组件1的尺寸例如确定成能在正常运行下用于一次侧流体的约50bar的压力、一次侧流体约200kg/s的流量、二次侧流体约600kg/s的流量以及一次侧流体与二次侧流体之间约5bar的压差。

[135]现在将描述一次侧流体和二次侧流体穿过组件1的循环路径(参见图1)。

[136]一次侧流体通过入口4进入组件1，流入管子174、下输入集流管170内，随后进入中央集流管14中。所述一次侧流体从所述中央集流管14开始被分配至围绕中央集流管分布的不同交换器12，它径向地穿过所述交换器直到环形集流管16，并把一部分热量传递给二次侧流体。一次侧流体随后向下沿环形集流管16循环，从其下区段86穿过穿有孔的下加强筒体122的开口，随后围绕中央集流管14的下区段116流动，然后进入下集流管170和下集流管172之间。一次侧流体随后穿过筒体180的开口186，被风扇28所抽吸且被径向地压送至容腔30的底部。随后一次侧流体穿过截锥形筒体188的开口190，且通过围绕入口4设置的出口6从组件1中流出。

[137]二次侧流体通过入口8进入组件1中，穿过套筒158和160流到输入室22内，随后从输入室22开始被分配在不同的轴向输入集流管18中。二次侧流体呈圆周地穿过交换器12且在轴向输出集流管20中被收集。二次侧流体轴向地沿集流管20流动直到输出室24，然后从输出室24开始在不同的出口10中被分配。

[138]现在描述组件1的维护步骤。

[139]在交换器12上进行微小操作如堵塞一次侧流体或二次侧流体的一循环管道的情况下，操作员直接作用于交换器12，所述交换器仍在外壳体2的内部保持在位。

[140]为此，首先取下外壳体2的盖34。随后操作员打开活门92且到达检查管道88。如果需要在交换器12朝向一轴向输出管道20的一表面上进行维修，操作员经过开口163(图2)，进入输出室24中，且从输出室24下到适合的轴向输出集流管内。

[141]如果在交换器12的外表面上进行维修，操作员通过具有一检查孔的轴向输出管道20，从输出室24进入环形集流管16中，并自环形集流管16开始实施维修。

[142]如果在交换器12的内表面上实施维修，操作员打开活门90且从检查管道88进到中央集流管14。他从中央集流管14开始实施维修。

[143]如果在交换器12的朝向轴向输入集流管18的一侧上实施维修，操作员沿中央集流管14一直下到中间区段84，打开活门164，进入输入室22中，并重新从输入室22上到适合的轴向输入集流管18中。

[144]如果需要在交换器12上进行较大的维修，例如替换模块56，子组件94需要首先从容腔30上被取下。为此，一维护单元200(图13)被设置在内有组件1的单元197的上方。两个单元通过开口202相连通，所述开口由被设置在组件1上方的活动隔离活门203关闭。

[145]首先围绕组件1的上部分设置一密封环204。垫圈一方面保证密封环204和容腔30的凸缘44之间的密封性，而另一方面保证密封环204与活门202的周边沿之间的密封性。乙烯筒套206被设置在密封环204上方，且被悬挂在单元200的桥状件201的挂杆上。

[146]借助桥状件201首先从外壳体2上取下盖34。然后通过在取出盖34的过程中安设活门203，把外壳体2与维护单元200隔离。重新安设乙烯筒套206以及打开活门203之后，操作员穿过活门92与开口163进入输出室24内。他们除去套筒140和142的绝热块体156，然后借助合适的工具拆下螺钉146和150。一旦套筒140和142被松开，操作员在输出室24的内部(以特定的工具)拉出这些套筒。他们因此对二次侧流体的四个出口10进行操作。

[147]操作员穿过活门90和164随后到达输入室22。他们松开把二次侧流体入口8连接在输入室22上的套筒158和160，且在该输入室的内部(以特定的工具)拉出这些套筒。

[148]然后他们从组件1中出来。

[149]桥状件201的挂杆将随后联接在子组件94的蘑菇状握持部102上。然后通过使桥状件201的挂杆重新上升，使所述子组件被抬高，该子组件从容腔30中取出且穿过活门202一直被抬起到单元200。子组件因此位于乙烯筒套206内部，通过活门202的关闭与外壳体2隔离。桥式吊车随后在维护单元200中移动，以便把子组件94放置在一合适的接收托架上。繁重的维护操作在所述单元200中被实施。

[150]在容腔30内部重新安设子组件94的做法与上述描述的步骤完全相反。

[151]子组件94在被重新安设就位时，必须被引导围绕轴线X旋转，从而令定位键130嵌插在合适的槽132内。

[152]一旦凸缘104的支承部106搁靠在容腔30的互补支承部108上，桥状件201的挂杆就与蘑菇状握持部102脱离。

[153]维护单元200可以共用在多个组件1上，服务于同一核反应堆或服务于多个不同的核反应堆。

[154]上述描述的组件具有多个优点。

[155]轴向输入集流管18和轴向输出集流管20通到输入室22和输出室24中，且它们没有被机械地直接连接在二次侧流体的入口8和出口10上。这种构造针对被连接在容腔上的出口8和10之间的不同膨胀系数较有利，且室22和24属于热交换器的子组件94，由此显著地限制了这些连接之间的热机械应力。

[156]热交换器12以及轴向输入与输出集流管18和20的设置，可以为所述集流管18和20赋予较大的流通截面。二次侧流体沿这些集流管的轴向循环速度例如介于10m/s至20m/s之间。对于其它的交换器设计，这些速度达到60m/s。这些减小的速度有利于维护各模块56的二次侧流体的入口64与出口66之间在正常运行时的液压平衡。所述减小的速度还能为沿同一轴向输入集流管18堆叠的不同模块56带来二次侧流体的均匀分配，且在热工水力学的角度看它们有利于短暂运行。交换器12的整体效率获得提高。

[157]尤其还有利于集流管的热机械特性。轴向输入集流管18和轴向输出集流管20被柔性的内圆周板材件80和外圆周板材件82限定，在交换器12赋予的应力的作用下可以很容易地变形。交换器12事实上是相对于板材件80和82具有较强硬度的块体，且能引起所述板材件的变形。板材件80和82是薄壳，具有大曲率半径，这赋予板材件较大的柔韧度。

[158]输入室和输出室22和24具有大尺寸且没有在内部被隔开。因此，输入室可以令二次侧流体在不同的轴向输入集流管18内获得均匀的分配。此外，由于这些室较大的流通截面，因而它们给二次侧流体的循环较少的阻力。它们还可以很容易通达到入口8和出口10，并因此容易且迅速地从入口8和出口10断开套筒140、142、158和160。

[159]最终，由于所述室不带内部分隔体，这使得可把入口8和出口10设置在外壳体2的同一侧。

[160]也可以把组件1设置在靠近单元97的一壁附近，二次侧流体的输入管子和输出管子全部延伸在该壁的对面。

[161]包括交换器组件及一次侧流体和二次侧流体的主要循环集流管的子组件94能以单体件方式从外壳体2提取出。在取走盖34且在输入室22和输出室24的内部收拆套筒40和42之后，借助位于热交换器组件1上方的维护单元的桥状件，所述操作能以尤其简单与方便的方式实现。借助合适的工具，能容易且迅速地拆卸套筒40和42，从而令操作员参与的程度较小。

[162]一旦套筒140和142被拆卸，子组件94的取出及其在外壳体2内的重新引入只需通过简单的脱位与嵌合完成。

[163]下集流管170和172具有凸缘176，所述凸缘176的形状能适于在子组件被重新安设就位时，引导子组件94的下部分。中央集流管14和环形集流管16与下集流管170和172的密封连接按垂直方向通过简单的嵌合完成。

[164]可以简便的方式在配有适合材料的一特定维护单元中实现对交换器12进行的重大维护操作。

[165]此外，可以在交换器12上现场实现小维修，即无需把子组件94从外壳体2上取下。中央集流管、环形集流管和轴向输入及输出集流管具有足够大尺寸的截面，用以令操作员可进入其中并在其中进行工作。可触及交换器12的四个表面上，以便进行维修。

[166]构成各交换器12的模块56沿棱边被相互焊接在一起，所述棱边向上和向下界定出所述组件的内表面、外表面和径向表面。由于存在设置于模块56的被加工角区中的杆68，因此角焊接被取消。

[167]内圆周板材件80和外圆周板材件82被焊接在杆68的翼部72上。所述焊接离模块56具有一定距离且可以方便地通过射线照相术加以控制。

[168]其中热机械应力最大的关键区C(见图9A和9B)位于翼部72和杆68的主要部分70之间的接合处，且因此延伸在杆68的质量中而不位于焊接处。

[169]最后，翼部72通过曲率半径R连接在模块56的径向表面上，所述曲率半径根据关键区C中的热机械应力进行优化。

[170]这些不同的结构布置能令交换器12尤其耐受热机械应力。

[171]以上所述的热交换组件可以具有多种变型。

[172]因此，举例来说，交换器12可以不是板片类型，而例如是带有管和护栅(calandre)的热交换器类型。

[173]风扇28可以不被设置在容腔30的底部，而是可被固定至盖34。在这种情况下，必须改变来自热交换器12的一次侧流体的循环。环形集流管16向上延伸至风扇28且被分隔，从而界定出把一次侧流体一直引导至风扇28的一上升部分、以及把一次侧流体从风扇28一直引导至出口6的一下降部分。

[174]在该情况下，取下子组件94更为复杂，因为在从外壳体2取下盖34之前，需要拆卸风扇28。

[175]热交换组件可以包括多于或少于八个的热交换器12。

[176]二次侧流体的入口8可以被设置在上筒体36的上部，在这种情况下，二次侧流体的出口10被设置在热交换器12的下方。

[177]一次侧流体可以在环形集流管16内从入口4向热交换器12循环，并通过中央集流管从热交换器向出口6返回。

[178]一次侧流体可以穿过轴向输入集流管18和轴向输出集流管20从输入室22向输出室24循环，在这种情况下，二次侧流体在中央集流管14和环形集流管16内流动。

[179]一次侧流体可以不是基本纯净的氦，而是氦和氮的混合体。一次侧流体还可以主要包括水。

[180]二次侧流体可以是基本纯净的氦或是氦和氮的混合体(例如20％的氦和80％的氮或40％的氦和60％的氮)。二次侧流体还可以主要由水构成，且在热交换组件中被蒸发。在所述情况下，热交换组件起蒸汽发生器的作用。

[181]注意到，如上描述的热交换组件1具有多个新颖的方面，它们能够彼此独立地加以保护。

[182]因此，可以考虑：组件1包括作为单体件的可提取的一机械子组件，例如94，而轴向输入集流管18和轴向输出集流管20被连接管子连接至入口8和出口10，而不是通过室例如22和24被连接至入口8和出口10。在这种情况下，连接管子的末端部分可以被手动地从入口8和出口10中拆卸下来，例如从盖34和交换器12之间的自由空间开始，且从介于截锥形封罩体100和交换器12之间的自由空间开始。这些末端部分收起在连接管子内部，或与所述连接管子完全分离并由操作员手动地从外壳体2取出。

[183]同样，可以考虑：组件1包括热交换器12，所述交换器具有如上所描述的杆68，而轴向输入和输出集流管18和20没有通过室22和24被连接至入口8和出口10，并且/或者组件1不包括可拆卸的子组件94。

Claims (25)

1.允许第一流体和第二流体之间进行热交换的热交换组件(1)，所述组件包括：

-外壳体(2)，其具有中轴线(X)，并配设有第一流体的至少一入口(4)与出口(6)及第二流体的至少一入口(8)与出口(10)，

-中央集流管(14)，其沿所述中轴线(X)延伸，并与第一流体的入口(4)和出口(6)其中之一相连通，

-环形集流管(16)，其围绕所述中央集流管(14)设置，且与第一流体的入口(4)和出口(6)中的另一个相连通，

-多个热交换器(12)，其围绕所述中轴线(X)分布，且被径向地间置于所述中央集流管(14)和所述环形集流管(16)之间，

-与第二流体的入口(8)相连通的多个轴向输入集流管(18)、以及与第二流体的出口(10)相连通的多个轴向输出集流管(20)，所述轴向输入及输出集流管(18、20)呈圆周地被间置于所述热交换器(12)之间，

-各热交换器(12)包括：多个第一流体的循环管道，其允许第一流体在所述中央集流管(14)和所述环形集流管(16)之间流动；以及多个第二流体的循环管道，其允许第二流体从至少一输入集流管(18)流向至少一输出集流管(20)，

其特征在于，所述组件包括输入室(22)，所述输入室安设于沿所述中轴线的所述热交换器(12)的第一轴向侧，使第二流体的一个或多个入口(8)与至少多个轴向输入集流管(18)相连通。

2.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述输入室(22)呈环形，且围绕所述中央集流管(14)。

3.按照权利要求1或2所述的组件，其特征在于，它包括输出室(24)，所述输出室被安设于所述热交换器(12)的与所述第一轴向侧相反的第二轴向侧，使第二流体的一个或多个出口(10)与至少多个轴向输出集流管(20)相连通。

4.按照权利要求3所述的组件，其特征在于，它包括检查管道(88)，所述检查管道在所述第二侧轴向地延长所述中央集流管(14)，且通过一可拆卸活门(92)与所述中央集流管隔开，所述输出室(24)呈环形且环围所述检查管道(88)。

5.按照权利要求4所述的组件，其特征在于，至少所述热交换器(12)、所述输入室(22)和所述输出室(24)以及所述轴向输入集流管(18)和轴向输出集流管(20)被集中在一机械的子组件(94)中，所述子组件可以单体件的方式提取到所述外壳体(2)以外。

6.按照权利要求5所述的组件，其特征在于，所述外壳体(2)的中轴线是垂直的，所述外壳体(2)包括容腔(30)，所述子组件(94)被设置在该容腔(30)内部，且所述容腔向上具有将所述子组件(94)取出的开口(32)和可拆卸的盖(34)，所述盖以密封方式封闭所述容腔(30)的开口(32)。

7.按照权利要求6所述的组件，其特征在于，所述容腔(30)包括同轴于所述中轴线的柱形筒体(36)，第二流体的入口(8)和出口(10)安设在所述筒体中，所述输入室(22)与所述输出室(24)经由可拆卸套筒(140、142、158、160)以密封方式被连接至所述第二流体的入口(8)和出口(10)，所述套筒可在所述输入室(22)和所述输出室(24)的内部进行收拆。

8.按照权利要求7所述的组件，其特征在于，所述套筒(140、142、159、160)能从所述输入室(22)和所述输出室(24)的内部被拆卸。

9.按照权利要求7或8所述的组件，其特征在于，所述外壳体(2)包括第二流体的多个入口(8)与多个出口(10)，这些入口(8)与这些出口(10)被集中在所述筒体(36)的同一半圆周上。

10.按照权利要求6所述的组件，其特征在于，所述子组件(94)包括同轴于所述中轴线(X)的柱形外封罩体(98)，所述封罩体向外径向地限定所述输出室(24)和所述环形集流管(16)。

11.按照权利要求10所述的组件，其特征在于，它包括共轴的下输入集流管(170)和下输出集流管(172)，所述下输入和输出集流管分别与第一流体的入口(4)和出口(6)相连通，且被设置在所述子组件(94)的下面，所述子组件在下部分由从所述柱形外封罩体(98)开始会聚的截锥形封罩体(100)限定，所述截锥形封罩体(100)围绕所述中央集流管(14)，且与该中央集流管一起界定出所述环形集流管(16)，所述下输入和输出集流管(170、172)向上终止于能够通过简单的嵌合密封地接收所述中央集流管(14)的下自由端部和所述截锥形封罩体(100)的下自由端部的凸缘(176)。

12.按照权利要求4所述的组件，其特征在于，所述中央集流管(14)具有被一可拆卸活门关闭的、与所述输入室(22)连通的一检查孔(164)，且所述检查管道(88)具有与所述输出室(24)连通的一开口(163)。

13.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述外壳体(2)具有一下底部(42)；并且，所述组件(1)包括固定至所述下底部(42)的循环元件，该循环元件适于抽吸从所述环形集流管(16)或从所述中央集流管(14)中流出的第一流体，并适于将该第一流体压送向第一流体的出口(6)。

14.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述轴向输入集流管(18)与所述轴向输出集流管(20)、所述中央集流管(14)和所述环形集流管(16)具有允许操作员直接作用于所述热交换器(12)的足够大的通过截面。

15.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一流体的入口(4)与出口(6)共轴。

16.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述热交换器(12)布置成围绕所述中轴线(X)呈圆形地被规则地间隔开，各轴向输入和输出集流管(18、20)向内和向外由内圆周板材件(80)与外圆周板材件(82)加以限定，所述内和外圆周板材件焊接在两个热交换器(12)上，所述集流管延伸在这两个热交换器之间。

17.按照权利要求16所述的组件，其特征在于，所述环形集流管(16)向内由所述热交换器(12)和所述外圆周板材件(82)限定。

18.按照权利要求16或17所述的组件，其特征在于，所述中央集流管(14)由所述热交换器(12)和所述内圆周板材件(80)限定。

19.按照权利要求16所述的组件，其特征在于，各热交换器(12)包括多个轴向堆叠的热交换模块(56)。

20.按照权利要求19所述的组件，其特征在于，所述热交换模块(56)在垂直于所述中轴线(X)方向具有矩形截面，且在所述热交换器(12)的整个轴向高度上具有被加工角区，所述热交换器还包括被设置于所述被加工角区中的锻造和/或加工成的金属杆(68)，且所述热交换模块(56)焊接在所述金属杆上。

21.按照权利要求20所述的组件，其特征在于，各金属杆(68)具有一翼部(72)，所述翼部相对于所述热交换模块(56)向邻近的轴向集流管(18、20)呈圆周地凸出，且限定所述轴向集流管的内圆周板材件(80)或外圆周板材件(82)被焊接在所述翼部上。

22.按照权利要求1至21中任一项所述组件的使用，所述组件配合主要含氦的第一流体和主要含氦和/或氮的第二流体进行使用。

23.按照权利要求1至21中任一项所述组件的使用，所述组件配合主要含氦的第一流体和主要包括水的第二流体进行使用，所述第二流体在交换器组件中被蒸发。

24.按照权利要求1至21中任一项所述组件的使用，所述组件配合主要包括水的第一流体和主要包括水的第二流体进行使用，所述第二流体在交换器组件中被蒸发。

25.按照权利要求22至24中任一项所述的组件的使用，其特征在于，第一或第二流体之一来自核反应堆。

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