CN105683702B - 热交换器、热交换器操作方法、热交换器的用途及核设施 - Google Patents

热交换器、热交换器操作方法、热交换器的用途及核设施 Download PDF

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Abstract

一种用于两种流体之间交换热量的热交换器、利用液态金属和气体的该交换器的用途、以及至利用液态金属冷却的快中子核反应堆的应用。本发明涉及用于第一流体(N2)和第二流体(Na)之间的热量交换的热交换器(1)。根据本发明，热交换器的结构能够往复在与纵向端部(2b)相对的给定的纵向端部(2a)处供应和回收回收该初级流体，纵向端部(2b)供应和回收次级流体。通过该可能性，这允许交换器中两种流体的路径之间的物理分离，特别是具有用于流体中的一者的限制的通路和流体中的另一者的未限制的通路，所述流体的一者为例如钠(Na)，而流体中的另一者为例如氮气(N2)。

Description

热交换器、热交换器操作方法、热交换器的用途及核设施
技术领域
本发明涉及两种流体之间的热交换器。
本发明更具体地涉及新型的紧凑且具有高的热功率的热交换器的制造。
本发明因此涉及包括压力之下的排管式堆容器(calandria)中的一个或多个板式交换器模块的热交换器。
根据本发明的两种流体之间的交换器的主要用途是其利用液态金属和气体的用途。它可以有利地涉及液态钠和氮气。
根据本发明的交换器所针对的主要应用是来自利用液态金属(例如液态钠)冷却的快中子反应堆(称为钠快反应堆(Sodium Fast Reactor，SFR))的第二循环的液态金属(例如液态钠)与作为来自第三循环的气体的氮气之间的热量交换，并且该反应堆形成了所谓的第四代反应堆系中的一部分。
尽管关于该主要应用进行了描述，但是根据本发明的热交换器还可以实施在需要两种流体(例如液体和气体)之间交换的任何其它的应用中，优选当需要有紧凑且高的热功率的交换器时。
在本发明的上下文中，“初级流体”应当被理解成表达热术语中的通常意义，也就是热流体，该热流体将其热量传递至作为冷流体的次级流体。
另一方面，在本发明的上下文中，“次级流体”应当被理解成表达热术语中的通常意义，也就是冷流体，热量从初级流体传递到冷流体。
在主要的应用中，初级流体是在SFR反应堆的热转换循环的所谓的次级回路中循环的钠，而次级流体是在所述循环的第三回路中循环的氮气。
背景技术
现有所谓的板式热交换器提供了显著优于现有所谓的管式热交换器，尤其是其热性能水平及其通过表面面积与热交换体积的有利的高比例的紧凑性。紧凑的板式交换器用在多种工业领域中。
已知的管式交换器例如是管和排管式交换器，其中笔直的或以U形弯曲的或以线圈形式的管束被固定到穿通的板上并布置在称为排管式堆容器的密封的封闭件的内部。在这些管和排管式交换器中，一种流体在管内部循环，而另一种流体在排管式堆容器内部循环。这些管和排管式交换器呈现出庞大的体积，从而是不紧凑的。
文献已经包含了制造热交换器的描述，所述热交换器包括在压力下布置在排管式堆容器中的紧凑的板式交换器模块。
此处可以引证专利FR 2733823，其公开了在由密封的封闭件组成的压力之下的排管式堆容器中，带有波纹的板束的安装，所述波纹使得所述板在高于其固有的机械强度可能允许的压力下操作。这种交换器的实现高度地取决于用来制造波纹板束的技术，并且其局限于单个的板束，具有限制交换器的整体热功率的伴随缺点。
紧凑的板式交换器当前在核领域中没有实施并且没有核工程规范包括它们。
然而，在具有高温或特高温气体的反应器(称为“高温反应堆”，High TemperatureReactor，HTR；或“特高温反应堆”，Very High Temperature Reactor，VHTR)方面所进行的研究的背景下，AREVA公司已经提出了通过放置流体供应的一部分和共用的分配歧管来设计一连串的板式交换器模块的排管式堆容器的解决方案。例如，在专利FR 2887618中描述的这一解决方案是有利的，这由于通过增大串联的交换器模块的数量，可以增大交换器的整体热功率。另一方面，交换器模块的径向取向和歧管关于形成排管式堆容器的密封的封闭件的相对布置一方面将交换器的用途限制到气体与气体之间的交换(由于液体不可能排出)，并且另一方面使得不可能具有真正紧凑的交换器。因此，由结构(密封的封闭件、支撑结构等)和歧管所占据的体积远大于交换器模块的固有体积。
除了交换器紧凑性的问题和高的整体热功率的问题，本发明的发明人面临需要找到液态金属(例如液态钠)与气体之间的热交换器，需要能够实现液态金属回路的重力排出并从而在该回路中消除滞留区域。
在他们研究原型液态钠冷快中子核反应堆的背景下，发明人已经提出了设计液态钠与气体之间的热交换器的解决方案，这实现了紧凑的板式交换器模块。该解决方案例如描述在出版物[1]中。
图1A至图1D重现了在该出版物[1]中所公开的热交换器的视图。
热交换器1旨在第一流体与第二流体之间传递热，该第一流体为氮气(N2)(冷流体)，第二流体为液态钠(Na)。
另外在这些图1A至图1D中指出的是当氮气和钠进入和离开交换器1时，如所提供的氮气和钠各自的特征温度和压力。尤其是，180bar的压力是氮气的压力，从而在密封的封闭件2中占主导地位。
具有中心轴线X的热交换器1包括密封的封闭件2，竖直且平行于轴线X布置的多个(附图标记为3)交换器模块3.1、交换器模块3.2、交换器模块3.3、交换器模块3.4容纳在该密封的封闭件2中。如在图1B中更好地示出的，相同的交换器模块的数量等于四。
密封的封闭件2为通常基本上圆柱形，并且基本上由连接到底部21的盖子20组成。盖子20没有开口。
因此，密封的封闭件2在其多个纵向端部中的一个纵向端部2a处包括两个用于氮气的入口10和出口11以及用于液态钠的入口12和出口13。
每一个交换器模块3.1、交换器模块3.2、交换器模块3.3、交换器模块3.4包含两个流体回路，一个流体回路致力于使来源于SFR核反应堆的钠(Na)循环而作为热交换器模块的初级流体，并且另一个流体回路致力于使作为次级流体的氮气(N2)循环。
多个(附图标记为3)交换器模块3.1、交换器模块3.2、交换器模块3.3、交换器模块3.4由支撑结构4支撑。
如在下文中所解释的，支撑结构4柔性地固定在密封的封闭件2中。为此，交换器模块3.1、交换器模块3.2、交换器模块3.3、交换器模块3.4置于多孔(open-work)的支撑板40上，支撑板40经由柔性臂40a、柔性臂40b、柔性臂40c悬挂在封闭件2中(图1D)。
用于氮气的输入腔室5在封闭件2上方、在封闭件2的上纵向端部2b处轴向形成在交换器模块3.1至3.4与封闭件2的盖子20之间。
如通过向内指向的箭头在图1A中所示出的，该腔室5与包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的氮气回路的每一个入口(未示出)连通。
与腔室5相反，第一中心歧管6围绕中心轴线(X)轴向地布置。该第一中心歧管6的功能是回收热的氮气，在交换器模块3.1至3.4中，热量已经从钠传递至热的氮气。
因此，该中心歧管6上游与包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的氮气回路的每一个出口(未示出)相连通。在下游，该中心歧管6与用于来自封闭件2的氮气的出口11相连通。
环形歧管7围绕中心歧管6和交换器模块3.1至3.4布置，形成用于氮气的导向空间。该环形歧管7的功能是将冷的氮气带入到腔室5中。
更具体地，该环形歧管7基本上由向外展开形的导流器70和圆柱形的壳体71组成。因此，用于氮气的导向空间被从上游到下游限定边界，在外侧通过封闭件2限定边界并且在内侧通过第一中心歧管6限定边界之后通过导流器70和壳体71限定边界。环形歧管7围绕第一中心歧管6同轴布置。
因此，环形歧管7上游与用于来自封闭件2的氮气的入口10相连通，并在下游与腔室5相连通。
多个(附图标记为8)输入导管81、输入导管82、输入导管83、输入导管84布置成将热的钠带入到包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的钠回路的每一入口(未示出)中。
因此，每一输入导管81至84上游与用于封闭件2的钠的入口12相连通，并且下游与包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的钠回路的每一入口31至34相连通。
如在图1B中更好地示出的，每一入口31至34被制造在模块3.1至3.4的下侧的侧面上：多个(附图标记为8)输入导管81至84因此向内弯曲，以能够敞开到这些侧向入口31至34中。
布置多个(附图标记为9)输出导管91、输出导管92、输出导管93、输出导管94，以从包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的钠回路的每一出口抽取冷的钠。
因此，每一输出导管91至94上游与包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的钠回路的出口相连通，并且下游与用于封闭件2的钠的出口13相连通。用于冷的钠的出口13侧向形成并朝向封闭件2的顶部。
如在图1B中更好地示出的，每一个钠出口被制造在模块3.1至3.4的顶部的侧面上；多个(附图标记为9)输出导管91至94因此向内弯曲，以能够敞开到这些侧向出口中。
另外，如在图1B中更好地示出的，多个(附图标记为8)输入导管81至84与第二中心歧管14相连通，该第二中心歧管14因此使热的液态钠穿过封闭件2的入口12。第一中心歧管6与第二中心歧管14同轴并布置在环形歧管7与第二中心歧管14之间。
现在将关于氮气的和钠的路径简要地解释刚刚已经描述的热交换器1的操作。
如在图1A中通过上升之后重新下降的横向箭头所示出的，冷的氮气以330℃左右的温度且以180bar左右的压力通过入口10到达，之后通过环形歧管7带到封闭件2的顶部并通过盖子20被重新导向到输入腔室5中。
然后，氮气循环穿过热交换器模块3.1至3.4，在热交换器模块3.1至3.4中来源于热的钠的热被传递至氮气。
已经变热的氮气以515℃左右的温度从模块3.1至3.4涌出，然后其被经由第一中心歧管6通过出口11而从封闭件抽取。
对于该部分，通过第二中心歧管14使热的钠以530℃左右的温度的热的钠穿过入口12，之后通过输入导管81至84分布到每一个交换器模块3.1至3.4中。
然后，热的钠穿过热交换器模块3.1至3.4，在热交换器模块3.1至3.4中，热的钠将其热传递至氮气。
已经变冷的钠以345℃左右的温度从模块3.1至3.4涌出，然后该变冷的钠被从封闭件2抽取经由输出导管91至94而穿过出口13。
刚才已经描述的热交换器1呈现出能够具有高的整体热功率和紧凑性的优点。此外，交换器模块3.1至3.4的布置、多个(附图标记为8)输入导管和多个(附图标记为9)输出导管以及第二中心歧管14的布置允许钠、但仅仅是热的钠的重力排出。事实上，对于冷的钠，给定的向内弯曲形的输出导管，很可能存在冷的钠的滞留。
另一方面，该热交换器呈现出主要的缺点：流体的分布可以证明难以保证给定该操作所需要的温度水平下的工业规模。因此，事实上，首先必要的是利用金属波纹管15，确保用于钠的进气歧管14和用于氮气的同轴的出口歧管6之间的完美的滑动密封。此外，离开交换器模块3.1至3.4的热的氮气通过导流器70来回收(如通过向下弯曲的箭头所示出的)，这因此给交换器模块3.1至3.4的悬挂的支撑结构4、支撑结构40热应力。此外，实际的支撑结构40必须产生存在于腔室5中的热的氮气与下游回收的冷的氮气之间的密封。因此，必要的是，利用金属波纹管16，既保证臂40a至40c的良好的机械强度韧性和热强度韧性，又保证用于钠穿过支撑结构40的输入导管81至84的良好的柔性水平。
因此，需要进一步改进包括在压力下布置在排管式堆容器中的紧凑的板式交换器模块类型的热交换器，尤其是考虑给它们高的整体热功率和极高的紧凑性，同时保证它们工业生产。
本发明的目的是至少部分地满足该需求。
发明内容
为此，本发明的主题是一种第一流体与第二流体之间的热交换器，所述热交换器包括：
-密封的封闭件，所述密封的封闭件具有中心轴线，并且包括：在所述密封的封闭件的一个纵向端部处的用于所述第一流体的至少一个入口和一个出口，在所述密封的封闭件的另一个纵向端部处的用于所述第二流体的至少一个入口和一个出口，所述密封的封闭件适于被加压，
-包括第一流体回路和第二流体回路的至少一个热交换器模块，所述至少一个热交换器模块平行于所述中心轴线延伸且布置在所述密封的封闭件内部，
-刚性固定到所述密封的封闭件的结构，所述结构用于支撑和保持所述至少一个热交换器模块，
-用于所述第一流体的输入腔室或输出腔室，所述输入腔室或输出腔室轴向地形成在支撑结构与所述密封的封闭件之间，并与所述第一流体回路的入口和出口中的一者相连通，
-围绕所述中心轴线延伸的第一中心歧管，所述第一中心歧管与所述腔室相反地轴向布置，并且一方面与用于所述封闭件的所述第一流体的所述入口和所述出口中的一者相连通，另一方面与所述第一流体回路的所述入口和出口中的另一者相连通，
-环形歧管，所述环形歧管围绕所述第一中心歧管和所述至少一个交换器模块至少布置到所述支撑结构而形成用于所述第一流体的导向空间，并且一方面与用于所述密封的封闭件的所述第一流体的所述入口和所述出口中的另一者相连通，另一方面与所述腔室相连通，
-至少一个输入导管，所述至少一个输入导管一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述入口相连通，另一方面与所述第二流体回路的入口相连通，
-至少一个输出导管，所述至少一个输出导管一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述出口相连通，另一方面与所述第二流体回路的出口相连通，所述导管未被所述支撑和保持结构支撑。
“歧管”在此处和本发明的上下文中应当被理解成意味着能够相应地使流体分布到一个或多个通道或从一个或多个通道收集流体的装置。
“导管”在此处和本发明的上下文中应当被理解成意味着能够相应地使流体分布到单个通道或从单个通道收集流体的装置。
“导管未被所述支撑和保持结构支撑”在此处和本发明的上下文中应当被理解成意味着支撑结构的功能将不充当用于导管的支撑结构，并且它不接收来自导管的任何阻尼机械力或热应力。换句话说，导管布置在远离该支撑和保持结构一定距离处。换另一种方式来说，导管与该支撑和保持结构彼此机械且热分离。
换句话说，本发明首先基本上包括限定热交换器结构，该热交换器结构能够在同一纵向端部处供应并回收初级流体(例如钠)并在相对的端部处通过该热交换器结构供应并回收次级流体(例如氮气)。这使得能够在交换器中的两种流体的路径之间具有物理分离，以及能够具有、尤其是具有用于流体中的一者(例如钠)的规定的通路(access)和用于流体中的另一者(例如氮气)的未规定的通路。
因此，相较于根据出版物[1]的热交换器，省掉了用于回收热氮气的歧管与用于供应热的钠的歧管之间待保证的滑动密封。
此外，本发明包括将用于交换器模块的支撑结构刚性固定到密封的封闭件，以及在该支撑结构的一侧上供应最冷的流体(次级流体)。因此，该支撑结构承受相对低温，因此向其施加较小的热应力。
在竖直操作配置中，热交换器能够通过重力穿过密封的封闭件的底部来排出初级流体，通过布置在密封的封闭件的相对的顶部的第一中心歧管抽取次级流体。
相较于根据出版物[1]的热交换器的另一优点是，省掉了用于交换器模块的支撑结构与导管的柔性。
总之，通过本发明，得到了用于液态金属-气体交换的具有高的整体热功率的紧凑的交换器，以及可以容易且可靠地保证用于该交换器的工业制造。
根据有利的实施方式，该热交换器包括：
-多个热交换器模块，每一个所述热交换器模块平行于所述中心轴线(X)延伸并且每一个所述热交换器模块布置在外封闭件的内部，
-多个输入导管的集成件，每一个所述输入导管一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述入口相连通，另一方面与所述交换器模块中的一者的所述第二流体回路的入口相连通，
-多个输出导管，所述输出导管一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述出口相连通，另一方面与所述第二流体回路的出口相连通。这种交换器的整体热功率是高的。
优选地，尤其出于紧凑性和流体分布的原因，多个所述输入导管与第二中心歧管相连通。
优选地，尤其为了紧凑性和流体分布的原因，所述输出导管的集成件与第三中心歧管相连通。
根据有利的实施方式，所述第三中心歧管围绕所述第二中心歧管同轴布置。
根据有利的变型，每一个交换器模块的所述第一流体回路和/或所述第二流体回路的所述入口布置在每一个模块的纵向端部处。
根据有利的变型，所述第一流体回路和/或所述第二流体回路的所述出口布置在每一个模块的纵向端部处。
有利地，每一个交换器模块的所述第一流体回路的入口和所述第二流体回路的出口布置在同一纵向端部处，并且每一个交换器模块的所述第二流体回路的入口和所述第一流体回路的出口布置在相同的相对纵向端部处。
本发明还涉及(本发明的另一方面的主题)操作刚才已经描述的热交换器的方法，所述密封的封闭件基本上竖直地布置，其中用于所述第一流体的入口和出口在顶部，用于所述第二流体的入口和出口在底部。
本发明还涉及刚才已经描述的热交换器的用途，作为次级流体的所述第一流体为气体或气体混合物，并且作为初级流体的所述第二流体为液态金属。
根据有利的实施方式，第一流体主要包括氮气，并且所述第二流体为液态钠。
所述第一流体或所述第二流体可以来源于核反应堆。
本发明最后涉及一种核设施，其包括利用液体金属(尤其是液态钠)冷却的快中子核反应堆(称为RNR-Na或SFR)、以及先前描述的热交换器。
附图说明
参考以下附图，通过阅读以图示且非限制性方式给出的本发明的示例性实施方式的详尽描述将更多地显现本发明的其它优点和特征，其中：
图1A为根据现有技术的热交换器的纵向截面透视图；
图1B为根据图1A的热交换器的剖视透视图；
图1C和图1D为根据图1A的热交换器的细节视图；
图2A为根据本发明的热交换器的剖视透视图；
图2B为根据图2A的热交换器的上部的剖视透视图；
图2C为根据图2A的热交换器的下部的剖视透视图；
图3为根据图2A的热交换器的多个交换器模块和支撑结构的一部分的透视图；
图4为根据图2A的热交换器的多个交换器模块和支撑结构的额外的部分的透视图；
图5A为根据图2A的热交换器的多个交换器模块和支撑结构的另一个额外的部分的透视图；
图5B为图5A的细节视图；
图6重复了图5A并还以透视方式示出了根据本发明的热交换器的第一中心歧管；
图7A重复了图6并还以透视方式示出了用于根据本发明的热交换器的流体中的一者的输入导管和输出导管以及它们的中心歧管；
图7B为图7A中示出的用于流体中的一者的输入导管和输出导管以及它们的中心歧管的单独透视图；
图8A和图8B重复了图7A并还以透视方式示出了根据本发明的交换器的环形歧管的一部分的布置、输入导管和输出导管的布置以及它们的中心歧管在密封的封闭件的底部中的布置；
图9为密封的封闭件的盖子与环形歧管的另一部分之间的相对布置的剖视透视图。
具体实施方式
贯穿本申请，术语“竖直的”、“下”、“上”、“底”、“顶”、“在……之下”和“在……之上”应当参照相对于根据本发明的带有其密封的封闭件的热交换器来理解，因为该密封的封闭件处于竖直操作配置中。因此，在操作配置中，密封的封闭件2的中心轴线X是竖直的，且盖子20处于该顶部。
类似地，贯穿本申请，术语“入口”、“出口”、“下游”和“上游”应当参照两种流体中的一者或另一者的穿过根据本发明的热交换器的循环方向来理解。
为清楚起见，对于参照图1A至图1D已经描述的根据现有技术的热交换器1和参照图2A至图9描述的根据本发明的热交换器1，相同的附图标记指代相同的元件。
如在出版物[1]中所公开的，根据现有技术的热交换器1的图1A至图1D已经在前序中进行了评论。因此，它们在下文不再详细说明。
本发明的发明人试图保留根据该出版物[1]的热交换器1的优点，即，基本上良好的紧凑性和高的整体热功率，同时去除其主要缺点。由此，他们将试图以工业方式保证流体的分布。
因此，他们已经提出了图2A至图9中所示出的热交换器1，其旨在第一流体与第二流体之间传递热量，该第一流体为氮气(N2)(冷流体)，第二流体为液态钠(Na)。
热交换器1以其竖直操作配置表示，其中密封的封闭件的盖子20在顶部上。
中心轴线X的热交换器1包括密封的封闭件2，竖直且平行于轴线X布置的多个(附图标记为3)交换器模块3.1、交换器模块3.2、交换器模块3.3、交换器模块3.4、交换器模块3.5、交换器模块3.6、交换器模块3.7、交换器模块3.8容纳在该封闭件2中。在图2A至图9中所示出的实施方式中，相同的交换器模块的数量等于八。
密封的封闭件2为基本上圆柱的通常形式，并且基本上由盖子20、底部21和以壳体形式的侧套22组成。盖子20和壳体22通过第一组螺栓23连接在一起。底部21和壳体22另外通过第二组螺栓23连接在一起。
密封的封闭件2在其一个纵向端部2a处包括用于氮气的入口10和出口11。
在封闭件2的另一纵向端部2b处，设置用于液态钠的入口12和出口13。
每一个交换器模块3.1至3.8包含两个流体回路，一个流体回路致力于来源于核反应堆SFR的钠(Na)的循环而作为热交换器模块的初级流体，并且另一个流体回路致力于作为次级流体的氮气(N2)的循环。
多个(附图标记为3)交换器模块3.1至3.8由支撑和保持结构4支撑。因此，该支撑和保持结构4刚性地固定到外封闭件2。
用于氮气的输入腔室5在封闭件2的下侧、在封闭件2的下纵向端部2b处轴向形成在支撑结构4与封闭件2的底部21之间。换句话说，该腔室5是支撑结构4与封闭件2的底部21之间的可用空间。
该腔室5与包括在交换器模块3.1至3.8中的一者中的氮气回路的每一个入口(未示出)连通。
与腔室5相反，第一中心歧管6围绕中心轴线(X)轴向布置。该第一中心歧管6的功能是回收热的氮气，在交换器模块3.1至3.8中，热量已经从钠传递至热的氮气。该热的歧管6因此为模块3.1至3.8共用，但每一个模块通过出口30独立地供给该歧管6。
因此，该中心歧管6上游与包括在交换器模块3.1至3.4中的一者中的氮气回路的每一个出口30相连通。在下游，该中心歧管与用于封闭件2(即穿过盖子20)的氮气的出口11相连通。
环形歧管7围绕中心歧管6和交换器模块3.1至3.8同轴布置，形成用于氮气的导向空间。该环形歧管7的功能是将冷的氮气带入到腔室5中。
更具体地，该环形歧管7基本上由向外展开形的导流器70和圆柱形的壳体71组成。环形歧管7可以由片状金属制品制成的单件组成。
导流器70与封闭件的盖子20之间的相对布置示出在图9中。
用于来自入口10的冷的氮气的导向空间72被从上游到下游限定边界，在外侧通过封闭件2限定边界，并且在内侧仅仅通过环形歧管7限定边界，即，通过导流器70和壳体71限定边界。因此，壳体71的功能是将冷的氮气沿着密封的封闭件2的壁导向，以便通过模块3.1至3.8的底端分布。换句话说，在环形空间72中分布的冷的氮气将密封的封闭件2的壁的温度通常设定在大约330℃。
因此，环形歧管7上游与用于封闭件2的氮气的入口10相连通，并在下游与腔室5相连通。
多个(附图标记为8)输入导管81、输入导管82、输入导管83、输入导管84、输入导管85、输入导管86、输入导管87、输入导管88布置成将热的钠带入到包括在交换器模块3.1至3.8中的一者中的钠回路的入口31、入口32、入口33、入口34、入口35、入口36、37、入口38的每一者中。
因此，每一输入导管81至88上游与用于封闭件2的钠的入口12相连通，并且下游与包括在交换器模块3.1至3.8中的一者中的钠回路的每一入口31至38相连通。有利地，多个(附图标记为8)输入导管与第二中心歧管14相连通。
如在图2A中更好地示出的，每一入口31至38制造在模块3.1至3.8的顶部上：多个(附图标记为8)输入导管81至88因此向内弯曲，以能够显露到这些纵向入口31至38中。
作为未示出的变型，可以规定每一个入口31至38制造在模块3.1至3.8的顶部中的纵向侧上。布置多个(附图标记为9)输出导管91、输出导管92、输出导管93、输出导管94、输出导管95、输出导管96、输出导管97、输出导管98，以从包括在交换器模块3.1至3.8中的一者中的钠回路的每一出口抽取冷的钠。
因此，每一输出导管91至98上游与包括在交换器模块3.1至3.8中的一者中的钠回路的出口相连通，并且下游与用于封闭件2的钠的出口13相连通。用于冷的钠的出口13朝向封闭件2的底部并穿过底部21形成。有利地，多个(附图标记为9)输出导管与第三中心歧管17相连通。
多个(附图标记为8)输入导管和多个(附图标记为9)输出导管及其相对布置的示例性有利的实施方式示出在图7B中：可以清楚地看到第三中心歧管17围绕第二中心歧管14同轴布置。
如在图3中更好地示出的，支撑和保持结构4包括支撑平台40，该支撑平台40承受封闭件2的底部21内侧的周向肩部。根据本发明，对于平台40，在冷的氮气的供应与热的氮气的回收之间不需要有相对密封功能。因此，如在下文中更清楚地显示的，通过金属波纹管不需要用于钠的输入导管8与输出导管9之间的柔性。
因此，平台40可以是多孔的，尤其减轻重量。当需要进入交换器模块3.1至3.8的底面清洁时，可以制造大尺寸的开口。因此，作为示例，平台40可以是通过机械焊接而制造的梁组件。模块3.1至3.8置于平台40上并借由固定到平台40上的角铁而保持就位(图3)。
支撑和保持结构4还包括用于侧向保持交换器模块3.1至3.8的机构41，该机构41也固定到平台40上(图4)。作为示例，侧向保持机构41可以是通过机械焊接制造的梁组件，其紧密地遵循模块的外部形式。它可以是彼此成90°并将模块3.1至3.8分成四个等分组的两组梁(图4)。
密封板42螺接到保持结构41上(图5A)。密封板42的功能是在进入到热交换器的冷的氮气与通过第一中心歧管6回收的离开每一个交换器模块3.1至3.8的热的氮气之间形成密封。
第一中心歧管6或热的氮气歧管直接固定到密封板42上。
中心歧管6与模块3.1至3.8之间的滑动密封系统的示例性有利实施方式示出在图5B中：凸缘43通过螺钉44固定到密封板42上，并且在模块的出口30与歧管6之间布置有分段的密封件45。在凸缘43与密封板42之间还布置密封件46。作为变型，可以设置金属波纹管。
现在将关于氮气的路径和钠的路径简要地解释刚刚已经描述的热交换器1的操作。
如在图2A中通过横向箭头所示出的，冷的氮气以330℃左右的温度且以180bar左右的压力通过入口10到达，之后通过环形歧管7带到封闭件2的底部、进而到在底部21之上的输入腔室5。
然后，氮气循环穿过热交换器模块3.1至3.8，在热交换器模块3.1至3.8中，来源于热的钠的热量传递至氮气。
已经变热的氮气以515℃左右的温度离开模块3.1至3.8，然后其经由第一中心歧管6通过出口11而从封闭件抽取。
如通过图2A中的向上竖直的箭头所示出的，对于该部分，通过第二中心歧管14使热的钠以530℃左右的温度穿过入口12，之后通过输入导管81至88分布在每一个交换器模块3.1至3.8中。
然后，钠穿过热交换器模块3.1至3.8，在热交换器模块3.1至3.8中，钠将其热量传递至氮气。
已经变冷的钠以345℃左右的温度通过模块3.1至3.8的底端离开模块3.1至3.8，然后其经由输出导管91至98通过出口13而从封闭件2抽取。
在根据本发明的热交换器1中，冷的气体(冷的N2)从顶部循环到底部并与热的钠逆流循环。因此，如在图2B和图2C中更好地示出的，冷的气体(冷的N2)到达腔室5中、进入到模块3.1至3.8的底部中，然后留下热量穿过模块的出口30以供给歧管6，最后通过出口11离开交换器。如在图2B中所示出的，在根据本发明的热交换器1中，没有用于每一个模块的气体入口歧管：在腔室5中，在导流器7与封闭件2之间限定边界的气体通道直接显露到封闭件2中。因此，由封闭件2所限定的腔室5充当气体入口歧管。
流体的循环与自然对流循环相容。
在实践中，为标称操作提供强制对流，换句话说，以启动气体和液态钠在交换器1中的运动。然后，在意外的情况(例如，泵停止)下，循环可以通过自然对流来继续。事实上，冷却的钠趋向于自然下落，并且当其在交换器模块3.1至3.8中被冷却时，通过重力便于抽取钠。因此，已经变冷的钠在装置的底部排出，这改善了其重力排出。
对于这部分，冷气体(N2)沿着密封的封闭件2的壁下降，并且当其被重新加热时，该气体再次上升以被通过中心歧管6抽取。热量有助于其朝向交换器1的顶部前进。
以不背离本发明的范围的方式可以提供其它的变型和改进。
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Claims (15)

1.一种第一流体与第二流体之间的热交换器(1)，所述热交换器(1)包括：
-密封的封闭件(2)，所述密封的封闭件(2)具有中心轴线(X)，并且包括：在所述密封的封闭件(2)的一个纵向端部(2a)处的用于所述第一流体的至少一个入口(10)和一个出口(11)，在所述密封的封闭件(2)的另一个纵向端部(2b)处的用于所述第二流体的至少一个入口(12)和一个出口(13)，所述密封的封闭件适于被加压，
-包括第一流体回路和第二流体回路的至少一个热交换器模块(3.1至3.8)，所述至少一个热交换器模块(3.1至3.8)平行于所述中心轴线(X)延伸且被布置在所述密封的封闭件内部，
-刚性固定到所述密封的封闭件(2)的支撑结构(4，40)，所述支撑结构(4，40)用于支撑和保持所述至少一个热交换器模块，
-用于所述第一流体的输入腔室或输出腔室(5)，所述输入腔室或输出腔室(5)轴向地形成在所述支撑结构与所述密封的封闭件之间，并与所述第一流体回路的入口和出口(30)中的一者相连通，
-围绕所述中心轴线(X)延伸的第一中心歧管(6)，所述第一中心歧管(6)与所述腔室相反地轴向布置，并且一方面与用于所述密封的封闭件的所述第一流体的所述入口(10)和所述出口(11)中的一者相连通，另一方面与所述第一流体回路的所述入口和所述出口(30)中的另一者相连通，
-环形歧管(7)，所述环形歧管(7)围绕所述第一中心歧管(6)和所述至少一个热交换器模块至少布置到所述支撑结构(4，40)而形成用于所述第一流体的导向空间(72)，并且一方面与用于所述密封的封闭件的所述第一流体的所述入口(10)和所述出口(11)中的另一者相连通，另一方面与所述腔室(5)相连通，
-至少一个输入导管(8，81至88)，所述至少一个输入导管(8，81至88)一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述入口(12)相连通，另一方面与所述第二流体回路的入口(31至38)相连通，
-至少一个输出导管(9，91至98)，所述至少一个输出导管(9，91至98)一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述出口(13)相连通，另一方面与所述第二流体回路的出口相连通，所述输入导管(8，81至88)和所述输出导管(9，91至98)未被所述支撑结构支撑。
2.根据权利要求1所述的热交换器(1)，所述热交换器(1)包括：
-多个热交换器模块(3.1至3.8)，每一个所述热交换器模块平行于所述中心轴线(X)延伸并且每一个所述热交换器模块布置在所述密封的封闭件的内部，
-多个输入导管(81至88)，每一个所述输入导管一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述入口(12)相连通，另一方面与所述热交换器模块中的一者的所述第二流体回路的所述入口(31至38)相连通，
-多个输出导管(91至98)，所述多个输出导管(91至98)一方面与用于所述密封的封闭件的所述第二流体的所述出口(13)相连通，另一方面与所述第二流体回路的出口相连通。
3.根据权利要求2所述的热交换器(1)，所述多个输入导管与第二中心歧管(14)相连通。
4.根据权利要求2所述的热交换器(1)，所述多个输出导管与第三中心歧管(17)相连通。
5.根据权利要求3所述的热交换器(1)，所述多个输出导管与第三中心歧管(17)相连通。
6.根据权利要求5所述的热交换器(1)，所述第三中心歧管(17)围绕所述第二中心歧管(14)同轴布置。
7.根据权利要求1所述的热交换器(1)，每一个热交换器模块(3.1至3.8)的所述第一流体回路和/或所述第二流体回路的所述入口布置在每一个模块的纵向端部处。
8.根据权利要求1所述的热交换器(1)，所述第一流体回路和/或所述第二流体回路的所述出口布置在每一个模块的纵向端部处。
9.根据权利要求8所述的热交换器(1)，每一个热交换器模块的所述第一流体回路的入口和所述第二流体回路的出口布置在相同的纵向端部处，并且每一个热交换器模块的所述第二流体回路的入口和所述第一流体回路的出口布置在相同的对侧纵向端部处。
10.一种操作根据权利要求1所述的热交换器(1)用于第一流体和第二流体之间的热交换的方法，包括将所述密封的封闭件布置成与在顶部的用于所述第一流体的入口和出口以及在底部的用于所述第二流体的入口和出口基本上竖直的步骤。
11.根据权利要求1所述的热交换器(1)在第一流体和第二流体之间热交换中的用途，作为次级流体的所述第一流体为气体或气体混合物，并且作为初级流体的所述第二流体为液态金属。
12.根据权利要求11所述的用途，所述第一流体主要包括氮气，并且所述第二流体为液态钠。
13.根据权利要求11所述的用途，所述第一流体或所述第二流体来源于核反应堆。
14.一种核设施，所述核设施包括利用液态金属冷却的快中子核反应堆、以及根据权利要求1所述的热交换器。
15.根据权利要求14所述的核设施，所述核设施包括利用液态钠冷却的称为RNR-Na或SFR的快中子核反应堆、以及根据权利要求1所述的热交换器。
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