DE102010040278A1 - Heat exchanger e.g. steam generator used in nuclear plant, has perforated plate whose surface is divided into hot and cold regions, such that heat transfer medium flows through passages in opposite directions - Google Patents

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Abstract

The U-shaped tubes are provided with passages of perforated plate (20), which are located on secondary side tube bundle. An inner casing is surrounded by tube bundle with respect to outer casing (10) and perforated plate that are spaced, so as to receive heat flowing from heat transfer medium (W) of tube bundle. The surface of perforated plate is divided into hot and cold regions (H1,H2,K1,K2) that are distributed over an area, such that the circulating heat transfer medium (W,W') flows through the passages of adjacent pairs in opposite directions.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Dampferzeuger für kerntechnische Anlagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular a steam generator for nuclear installations, according to the preamble of claim 1.

Wärmetauscher kommen immer dann zum Einsatz, wenn es darum geht, die von einem Wärmeträgermedium eines Primärkreislaufs transportierte thermische Energie auf ein Arbeitsmedium eines Sekundärkreislaufs zu übertragen.Heat exchangers are always used when it comes to transfer the transported by a heat transfer medium of a primary circuit thermal energy to a working fluid of a secondary circuit.

In kerntechnischen Anlagen, insbesondere in solchen mit Druckwasserreaktoren, erfolgt der Wärmetausch im Dampferzeuger. Kühlwasser eines Kühlwasserkreislaufs transportiert hier als Wärmträgermedium die im Reaktordruckbehälter aufgenommene thermische Energie zum Dampferzeuger. Im Dampferzeuger muss diese dann möglichst effizient an das Speisewasser übertragen werden. Durch den Wärmeeintrag wird Speisewasser verdampft und der resultierende Frischdampf wird dann als Arbeitsmedium einer nachgeschalteten Dampfturbine zugeführt. Das aufgrund der Wärmeübertragung im Dampferzeuger abgekühlte Kühlwasser wird wieder zurück in den Reaktordruckbehälter geführt. Hier nimmt das Kühlwasser erneut die, durch die Kernspaltung freigesetzte Wärme auf.In nuclear installations, especially in those with pressurized water reactors, the heat exchange takes place in the steam generator. Cooling water of a cooling water circuit transported here as a heat transfer medium, the recorded in the reactor pressure vessel thermal energy to the steam generator. In the steam generator this must then be transferred as efficiently as possible to the feed water. The heat input steam feed water is evaporated and the resulting live steam is then supplied as a working fluid to a downstream steam turbine. The cooled due to the heat transfer in the steam generator cooling water is fed back into the reactor pressure vessel. Here, the cooling water again absorbs the heat released by the nuclear fission.

Dampferzeuger, aber auch Wärmetauscher ganz allgemein, weisen heute üblicherweise – wie in 1 dargestellt – eine Außenummantelung 10 auf, in der eine Lochplatte 20 angeordnet ist. Diese unterteilt ein von der Außenummantelung 10 umschlossenes Volumen in eine Primärseite mit dem Kühlwasser als zirkulierendes Wärmeträgermedium W-W' und eine Sekundärseite mit dem Speisewasser bzw. Frischdampf als zirkulierendes Arbeitsmedium A-A'. In der Lochplatte 20 selbst sind über ihre Fläche verteilt eine Vielzahl von Durchlässen 210 und 220 vorgesehen. Ein auf der Sekundärseite angeordnetes Rohrbündel 30 weist eine Mehrzahl von U-förmigen Röhren 300 auf. Diese Röhren sind so angeordnet und deren Rohrenden sind mit den Durchlässen 210 und 220 der Lochplatte 20 so verbunden, dass das Wärmeträgermedium W von einem Eintrittsbereich 41 der Primärseite über die Durchlässe 210 durch die Röhren 300 hindurch und über die Durchlässe 220 zurück zu einem Austrittsbereich 42 der Primärseite strömt. Innerhalb der Außenummantelung 10 ist zudem ein das Rohrbündel 30 umschließender Innenmantel 50 vorgesehen. Dieser ist zur Außenummantelung 10 und zur Lochplatte 20 hin so beabstandet, dass das zwischen Außenummantelung 10 und Innenmantel 50 eingebrachte Speisewasser A zur Lochplatte 20 hinströmt und dann im Inneren des Innenmantels 50 von der Lochplatte 20 wegströmt. Das die Rohrbündel 30 umströmende Speisewasser A nimmt dabei Wärme von dem im Röhrenbündel strömenden Kühlwasser auf. Dadurch verdampft das Speisewasser und der so erzeugte Frischdampf A' steigt im Innenraum des Innenmantels 50 wieder nach oben. Von dort wird der Frischdampf dann weiter zur Dampfturbine geführt.Steam generators, but also heat exchangers in general, today usually - as in 1 shown - an outer casing 10 on, in which a perforated plate 20 is arranged. This subdivides one from the outer casing 10 enclosed volume in a primary side with the cooling water as a circulating heat transfer medium WW 'and a secondary side with the feed water or live steam as circulating working fluid A-A'. In the perforated plate 20 themselves are distributed over their area a variety of passages 210 and 220 intended. A arranged on the secondary side tube bundle 30 has a plurality of U-shaped tubes 300 on. These tubes are arranged and their tube ends are with the passages 210 and 220 the perforated plate 20 connected so that the heat transfer medium W from an entrance area 41 the primary side via the culverts 210 through the tubes 300 through and over the passages 220 back to an exit area 42 the primary side flows. Inside the outer jacket 10 is also a tube bundle 30 enclosing inner jacket 50 intended. This is for the outer jacket 10 and to the perforated plate 20 spaced so that between the outer sheath 10 and inner jacket 50 introduced feed water A to the perforated plate 20 flows in and then inside the inner jacket 50 from the perforated plate 20 flows away. The tube bundles 30 Surrounding feed water A absorbs heat from the cooling water flowing in the tube bundle. As a result, the feed water evaporates and the live steam A 'thus produced rises in the interior of the inner shell 50 back up. From there, the live steam is then passed on to the steam turbine.

Bei der Wärmeübertragung vom, das Rohrbündel durchströmenden Wärmeträgermedium auf das das Rohrbündel umströmende Medium bilden sich aber im Innenraum des Innenmantels heiße und kalte Stellen aus. Diese werden dadurch bewirkt, dass das Wärmeträgermedium vom Eintrittsbereich auf der Primärseite über Durchlässe in einem durch den Eintrittsbereich definierten Bereich der Lochplatte in das Rohrbündel strömt, und in diesem Bereich heißer ist, als am anderen Ende des Rohrbündels, wenn es über die durchströmte Länge der Rohrbündel abgekühlt wieder über Durchlässe in einem durch den Austrittsbereich definierten kalten Bereich der Lochplatte austritt.In the heat transfer from the heat transfer medium flowing through the tube bundle to the medium flowing around the tube bundle, hot and cold spots are formed in the interior of the inner jacket. These are caused by the fact that the heat transfer medium from the inlet region on the primary side flows through passages in a region defined by the inlet region of the perforated plate in the tube bundle, and is hotter in this area than at the other end of the tube bundle, if it over the length of the flowed through Tube bundle cooled again exits through passages in a defined by the exit region cold area of the perforated plate.

Gerade Dampferzeuger in kerntechnische Anlagen stehen meist aufrecht, so dass die Strömung des Speisewassers als Arbeitsmedium nahezu senkrecht erfolgt. Die Temperatur des Speisewassers ist damit im Innenraum des Innenmantels an Stellen oberhalb des heißeren Eintrittsbereichs der Lochplatte höher als an anderen Stellen oberhalb des kälteren Austrittsbereichs der Lochplatte. An solchen heißeren Stellen wird aber mehr Speisewasser in Dampf überführt als an kälteren Stellen oberhalb der Ausströmseite. Die durch die aufrechte Anordnung erzwungene gravitationsbedingte Zirkulation des Speisewassers bewirkt zudem eine Verstärkung dieser lokal unterschiedlichen Wärmeübertragung, da der Massenfluss des Speisewassers in Bereichen mit kälteren Stellen geringer ist, als der Massefluß in Bereichen mit heißeren Stellen.Especially steam generators in nuclear facilities are usually upright, so that the flow of feedwater as a working medium is almost vertical. The temperature of the feedwater is thus higher in the interior of the inner shell at locations above the hotter inlet region of the perforated plate than at other locations above the colder exit region of the perforated plate. But at such hotter places more feed water is converted into steam than at colder places above the outflow side. The gravitational circulation of the feedwater forced by the upright arrangement also enhances this locally different heat transfer, since the mass flow of the feedwater in areas with colder places is less than the mass flow in areas with hotter places.

Je stärker diese lokalen thermischen Inhomogenitäten im Innern eines Wärmeübertragers, und insbesondere im Innern eines Dampferzeugers, räumlich ausgebildet sind, desto geringer wird der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von Wärmeträgermedium auf das Arbeitsmedium sein.The more strongly these local thermal inhomogeneities are spatially formed in the interior of a heat exchanger, and in particular in the interior of a steam generator, the lower will be the heat transfer efficiency of heat transfer medium to the working medium.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher bereit zu stellen, der solche lokal stark ausgeprägte thermische Inhomogenitäten verhindert und damit einen höheren Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to provide a heat exchanger which prevents such locally pronounced thermal inhomogeneities and thus has a higher efficiency.

Diese Aufgabe wird mit dem Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the heat exchanger having the features of claim 1.

Dadurch, dass bei einem Wärmetauscher die Fläche der Lochplatte in eine Mehrzahl von Paaren unterteilt sind, wobei jedes Paar jeweils einen heißen und einen kalten Bereich aufweist, und die Paare dabei so über die Fläche verteilt sind, dass das zirkulierende Wärmeträgermedium die entsprechenden U-förmigen Rohre und Durchlässe benachbarter Paare gegenläufig durchströmt, bilden sich gerade bei einer aufrechten Anordnung der U-förmigen Röhren oberhalb der Lochplatte im Innenraum des Innenmantels eine Mehrzahl von räumlich kleineren Gebieten mit heißeren und kälteren Stellen und damit insgesamt geringere Temperaturdifferenzen im Arbeitsmedium aus. Das heißt, anstelle der bisher zwei großen Gebiete – nämlich einem mit heißeren Stellen und einem mit kälteren Stellen im Arbeitsmedium – bilden sich aufgrund der mehrfachen paarweisen Unterteilung und damit der mehrfachen Unterteilung von Rohrbündeln mit auf- und abwärts strömendem Wärmeträgermedium, und aufgrund der gegensinnigen Anordnung benachbarter Teilpaare nun im Arbeitsmedium im Innenraum des Innenmantels des Wärmetauschers mehrere kleinere Gebiete mit lokalen heißen und kalten Stellen aus. Durch die Unterteilung, des für die Wärmeübertragung wirksamen Rohrbündelquerschnitts, in viele kleinere Bereiche mit gegenläufiger Strömungsrichtung kommt es zu einer günstigeren Temperaturverteilung über diesen Querschnitt, da dadurch große lokal räumlich ausgedehnte Bereiche unterbunden werden.By virtue of the fact that, in the case of a heat exchanger, the surface of the perforated plate is subdivided into a plurality of pairs, each pair having a hot and a cold region, and the pairs are distributed over the surface in such a way that the circulating heat transfer medium has the corresponding U-shape. shaped tubes and passages of adjacent pairs flows through in opposite directions, just form an upright arrangement of the U-shaped tubes above the perforated plate in the interior of the inner shell a plurality of spatially smaller areas with hotter and colder places and thus lower overall temperature differences in the working medium. That is, instead of the previously two major areas - namely one with hotter places and one with colder places in the working medium - are formed due to the multiple pairwise subdivision and thus the multiple subdivision of tube bundles with up and down flowing heat transfer medium, and due to the opposing arrangement adjacent pairs of parts now in the working medium in the interior of the inner shell of the heat exchanger several smaller areas with local hot and cold spots. Due to the subdivision of the tube bundle cross section, which is effective for the heat transfer, into many smaller regions with opposite directions of flow, a more favorable temperature distribution over this cross section occurs since large local spatially extended regions are thereby prevented.

Somit werden lokal stark ausgeprägte thermische Inhomogenitäten im Innenraum des Innenmantels am Rohrbündel verhindert. Damit wird auch der Massefluss des Arbeitsmittels weniger stark behindert, so dass insgesamt der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erhöht werden kann. Der Wärmetauscher kann somit bei gleicher Dimensionierung mehr Leistung abgeben bzw. bei gleicher Wärmeleistung kleiner dimensioniert werden.Thus locally highly pronounced thermal inhomogeneities in the interior of the inner shell are prevented at the tube bundle. Thus, the mass flow of the working fluid is less hindered, so that overall the efficiency of heat transfer can be increased. The heat exchanger can thus deliver more power with the same dimensions or be dimensioned smaller for the same heat output.

Vorzugsweise sind die heißen und kalten Bereiche dabei so unterteilt, dass die den jeweiligen Bereichen zugeordneten Röhren des Rohrbündels eine nahezu gleiche Gesamtoberfläche als wirksame Oberfläche für die Wärmeübertragung aufweisen. Damit wird über die Fläche der Lochplatte verteilt, im Innenraum des Innenmantels des Wärmeübertragers ein möglichst gleichmäßiger Wärmeeintrag vom Wärmeträgermedium ins Arbeitsmedium bewirkt.The hot and cold regions are preferably subdivided in such a way that the tubes of the tube bundle assigned to the respective regions have an almost identical overall surface as an effective surface for the heat transfer. This is distributed over the surface of the perforated plate in the interior of the inner shell of the heat exchanger causes a uniform possible heat input from the heat transfer medium into the working medium.

Je mehr paarweise Unterteilungen vorgesehen und so angeordnet sind, dass Durchlässe benachbarter Bereiche und damit benachbarte Röhren des Rohrbündels gegenläufig durchströmt werden, desto gleichmäßiger wird der Wärmeeintrag vom Wärmeträgermedium ins Arbeitsmedium verteilt sein und desto höher wird damit der Wirkungsgrad des Wärmeübertragers.The more pairs of subdivisions are provided and arranged so that passages of adjacent areas and thus adjacent tubes of the tube bundle are flowed through in opposite directions, the more uniform the heat input from the heat transfer medium will be distributed in the working fluid and the higher the efficiency of the heat exchanger.

Weitere vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.Further advantageous embodiments of the heat exchanger according to the invention will become apparent from the following description of the figures.

Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:The invention will now be explained by way of example with reference to the following figures. Show it:

1 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Wärmetauschers; 1 schematically the basic structure of a heat exchanger;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher; 2 a first embodiment of the heat exchanger according to the invention;

3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel; 3 and 4 a second embodiment;

5 bis 7 schematisch weitere Ausführungsformen. 5 to 7 schematically further embodiments.

1 zeigt den zuvor bereits beschriebenen prinzipiellen Aufbau eines Wärmetauschers 1, hier am Beispiel eines Dampferzeugers für kerntechnische Anlagen, mit:

  • – einer Außenummantelung 10;
  • – einer Lochplatte 20, die ein von der Außenummantelung 10 umschlossenes Volumen in eine Primärseite mit einem zirkulierbaren Wärmeträgermedium W-W' und eine Sekundärseite mit einem zirkulierbaren Arbeitsmedium A-A' unterteilt;
  • – wobei die Lochplatte 20 über ihre Fläche verteilt eine Vielzahl von Durchlässen 210, 220 aufweist, und wobei die Fläche einen heißen H und einen kalten K Bereich aufweist;
  • – einem auf der Sekundärseite angeordneten Rohrbündel 30, bestehend aus einer Mehrzahl von U-förmigen Röhren 300, die so angeordnet sind und deren Röhrenenden mit den Durchlässen 210, 220 der Lochplatte 20 so verbunden sind, dass das Wärmeträgermedium W von einem Eintrittsbereich 41 der Primärseite über die Durchlässe 210 des heißen Bereichs H durch die Röhren 300 hindurch und über die Durchlässe 220 des kalten Bereichs K zurück zu einem Austrittsbereich 42 der Primärseite strömt;
  • – einen das Röhrbündel 30 umschließenden Innenmantel 50, der zur Außenummantelung 10 und zur Lochplatte 20 hin so beabstandet ist, dass das zwischen Außenummantelung 10 und Innenmantel 50 eingebrachte Arbeitsmedium A zur Lochplatte 20 hinströmt und dann im Inneren des Innenmantels 50 von der Lochplatte 20 wegströmt und so Wärme von dem im Röhrenbündel 30 strömenden Wärmeträgermedium W-W' aufnimmt.
1 shows the previously described basic structure of a heat exchanger 1 , here with the example of a steam generator for nuclear installations, with:
  • - an outer casing 10 ;
  • - a perforated plate 20 that one of the outer casing 10 enclosed volume in a primary side with a circulating heat transfer medium WW 'and a secondary side with a circulatable working medium AA'divided;
  • - wherein the perforated plate 20 distributed over its surface a variety of passages 210 . 220 and wherein the surface has a hot H and a cold K region;
  • - A arranged on the secondary side tube bundle 30 consisting of a plurality of U-shaped tubes 300 which are arranged so and their tube ends with the passages 210 . 220 the perforated plate 20 are connected so that the heat transfer medium W from an entrance area 41 the primary side via the culverts 210 of the hot area H through the tubes 300 through and over the passages 220 of the cold area K back to an exit area 42 the primary side flows;
  • - one the tube bundle 30 enclosing inner jacket 50 , the outer shell 10 and to the perforated plate 20 is spaced so that the between outer sheath 10 and inner jacket 50 introduced working medium A to the perforated plate 20 flows in and then inside the inner jacket 50 from the perforated plate 20 flows away and so heat from that in the tube bundle 30 flowing heat transfer medium WW 'receives.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung des in 1 dargestellten Wärmetauschers. Dargestellt ist schematisch die Lochplatte 20, sowie der Teil der Außenummantelung 10 des Wärmestauschers, der der Primärseite des Wärmetauschers 1 zugeordnet ist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine paarweise Aufteilung der Lochplatte 20 in zwei Paare H1-K1 und H2-K2 vorgesehen, die konzentrisch über die Fläche der Lochplatte 20 angeordnet sind. Dabei wird die Fläche der Lochplatte 20 unterteilt in das Paar H1-K1, das eine äußere Ringfläche bildet, und das Paar H2-K2, dass eine innere Kreisfläche bildet. Beide Paare weisen jeweils einen heißen Bereich H1 bzw. H2 und einem kalten Bereich K1 bzw. K2 auf. Über die nicht mehr näher dargestellten Durchlässe der Lochplatte 20 strömt im heißen Bereich H1 das Wärmeträgermedium W über den Eintrittsbereich 41 in die mit den Durchlässen des Bereichs H1 verbundenen Röhren, des in 1 gezeigten Rohrbündels 30. Der Übersichtlichkeit halber ist hier anstelle der Röhren nur die Strömungsrichtung in Form eines Richtungspunkts im Bereich H1 angedeutet. Nachdem das Wärmeträgermedium ausgehend von H1 die entsprechenden Röhren durchströmt hat, tritt das abgekühlte Wärmeträgermedium W' über entsprechende Durchlässe im kalten Bereich K1 und über den Austrittsbereich 42 wieder aus dem Wärmetauscher in den Primärkreis aus. Auch in diesem kalten Bereich K1 ist hier die Strömungsrichtung nur durch ein Richtungskreuz angedeutet. Die paarweise Zuordnung eines heißen und kalten Bereichs, hier also H1 zu K1, erfolgt damit durch die jeweilige Zuordnung der Enden der in 1 gezeigten Rohre 300 des Rohrbündels 30. 2 shows a further development of the invention in 1 illustrated heat exchanger. Shown is schematically the perforated plate 20 , as well as the part of the outer jacket 10 the heat exchanger, the primary side of the heat exchanger 1 assigned. In the embodiment shown here is a paired division of the perforated plate 20 provided in two pairs H1-K1 and H2-K2, which are concentric across the surface of the perforated plate 20 are arranged. In this case, the area of the perforated plate 20 divided into the pair H1-K1, which forms an outer ring surface, and the pair H2-K2, which forms an inner circular surface. Both pairs each have a hot region H1 or H2 and a cold region K1 or K2. About the not shown in more detail passages of the perforated plate 20 flows in the hot area H1, the heat transfer medium W via the inlet area 41 in the tubes connected to the passages of the area H1, the in 1 shown tube bundle 30 , For the sake of clarity, only the direction of flow in the form of a directional point in the region H1 is indicated here instead of the tubes. After the heat transfer medium has flowed through the corresponding tubes from H1, the cooled heat transfer medium W 'passes through corresponding passages in the cold region K1 and over the exit region 42 back out of the heat exchanger in the primary circuit. Also in this cold area K1 here the flow direction is indicated only by a directional cross. The pairwise assignment of a hot and a cold area, in this case H1 to K1, thus takes place by the respective assignment of the ends of the in 1 shown pipes 300 of the tube bundle 30 ,

Die Trennung zwischen Eintrittsbereich 41 und Austrittsbereich 42 erfolgt prinzipiell – wie in 1 bereits angedeutet – mittels einer Trennwand 43 auf der Primärseite. Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Unterteilung in mehrere Paare H1-K1 und H2-K2 muss diese Trennung nun so verändert werden, dass das eintretende Wärmeträgermedium W sowohl Durchlässen in einem ersten heißen Bereich H1 als auch Durchlässen in einem zweiten heißen Bereich H2 zugeführt wird. Über die mit den jeweiligen Durchlässen verbundenen Röhren wird das Wärmeträgermedium dann über entsprechende Durchlässe in einem ersten kalten Bereich K1 bzw. einem zweiten kalten Bereich K2 zurückfließen.The separation between entrance area 41 and exit area 42 takes place in principle - as in 1 already indicated - by means of a partition 43 on the primary side. In order to realize the subdivision according to the invention into a plurality of pairs H1-K1 and H2-K2, this separation must now be changed so that the incoming heat transfer medium W is supplied to both passages in a first hot region H1 and passages in a second hot region H2. The heat transfer medium then flows back via corresponding passages in a first cold region K1 or a second cold region K2 via the tubes connected to the respective passages.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Unterteilung in die zwei Paare H1-K1 und H2-K2 dadurch erreicht, dass auf der Primärseite der Lochplatte 20 zusätzlich zur Trennwand 43 eine ringförmige Trennwand 46 vorgesehen ist, deren Querschnittsfläche auf Höhe der Lochplatte 20 die Größe der Bereiche H2 und K2 festlegt. Somit entstehen über die Fläche der Lochplatte insgesamt vier Bereiche H1, H2, K1 und K2. Damit das Wärmeträgermedium W nun von der Eintrittsöffnung 44 zu den Durchlässen der beiden heißen Bereiche H1 und H2 strömen kann, ist hier zudem eine rohrförmige Verbindung 421 vorgesehen. Somit entstehen auf der Primärseite für das Wärmeträgermedium W zwei, den beiden heißen Bereichen H1 und H2 zugeordnete, Eintrittsbereiche 41 und 420. Äquivalent dazu ist eine entsprechende Verbindung 411 zwischen den Austrittsbereichen 42 und 410 für das abgekühlte Wärmeträgermedium W' vorgesehen. Die jeweiligen Strömungsrichtungen des eintretenden Wärmeträgermediums W und des abgekühlten austretenden Wärmeträgermediums W' auf der Primärseite sind hier durch entsprechende Pfeile angedeutet.In the exemplary embodiment illustrated here, the division into the two pairs H1-K1 and H2-K2 is achieved in that on the primary side of the perforated plate 20 in addition to the partition 43 an annular partition 46 is provided, the cross-sectional area at the height of the perforated plate 20 determines the size of the areas H2 and K2. Thus, a total of four areas H1, H2, K1 and K2 arise over the area of the perforated plate. So that the heat transfer medium W now from the inlet opening 44 can flow to the passages of the two hot areas H1 and H2, here is also a tubular connection 421 intended. Thus arise on the primary side for the heat transfer medium W two, the two hot areas H1 and H2 associated, inlet areas 41 and 420 , Equivalent to this is a corresponding compound 411 between the exit areas 42 and 410 provided for the cooled heat transfer medium W '. The respective flow directions of the incoming heat transfer medium W and the cooled escaping heat transfer medium W 'on the primary side are indicated here by corresponding arrows.

Eine solche erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht nun, dass die Rohre des Rohrbündels nicht wie bisher in einer Hälfte (dem sogenannten heißen Strang) von heißerem Wärmeträgermedium in eine Richtung durchströmt und in der zweiten Hälfte (dem sogenannten kalten Strang des Rohrbündels) gegenläufig durchströmt werden. Es ergeben sich hier vielmehr über die Fläche der Lochplatte und damit über den Rohrbündelquerschnitt vier benachbarte Bereiche, die jeweils in Bezug zu ihren Nachbarbereichen gegenläufig durchströmt werden. Dies ist in 2 jeweils durch die Richtungspunkte bzw. Richtungskreuze in den jeweiligen Teilflächen H1, H2, K1 und K2 angedeutet. Das Wärmeträgermedium W strömt somit von der Primärseite aus über Durchlässe in den Bereichen H1 und H2 in die entsprechenden mit diesen Durchlässen verbundenen Röhren hinein und das kühlere Wärmeträgermedium W' über Durchlässe in den Bereichen K1 und K2 der Lochplatte 20 wieder aus den U-förmigen Röhren heraus. Im Inneren des Innenmantels bilden sich so jeweils zwei Gebiete mit heißeren und zwei Gebiete mit kälteren Stellen aus. Durch diese Unterteilung des Rohrbündelquerschnitts in vier Bereiche mit gegenläufig durchströmten Röhren, bilden sich damit nun vier räumlich weniger stark ausgedehnte Gebiete im Bereich des Röhrenbündels, also am Ort der Wärmeübertragung von Wärmeträgermedium auf Arbeitsmedium, aus. Durch diese erfindungsgemäße Unterteilung und Anordnung kommt es so über den Querschnitt des Rohrbündels zu einer gleichmäßigeren Wärmeverteilung und damit zu einer höheren Effizienz bei der Wärmeübertragung vom Wärmeträgermedium, dass in den Rohren strömt, zu dem die Rohre umströmenden Arbeitsmedium.Such an arrangement according to the invention now makes it possible that the tubes of the tube bundle do not flow in one direction (hot section) of hotter heat transfer medium in one direction and in the second half (the so-called cold leg of the tube bundle) in opposite directions. On the contrary, four adjacent regions, which in each case flow through in opposite directions with respect to their neighboring regions, arise over the area of the perforated plate and thus over the tube bundle cross section. This is in 2 each indicated by the directional points or directional crosses in the respective sub-areas H1, H2, K1 and K2. The heat transfer medium W thus flows from the primary side via passages in the regions H1 and H2 into the corresponding tubes connected to these passages and the cooler heat transfer medium W 'via passages in the regions K1 and K2 of the perforated plate 20 back out of the U-shaped tubes. Inside the inner mantle, two areas with hotter areas and two areas with colder areas are formed. As a result of this subdivision of the tube bundle cross section into four regions with tubes flowed through in opposite directions, four spatially less extensively extended regions now form in the area of the tube bundle, ie at the location of the heat transfer from the heat transfer medium to the working medium. This subdivision and arrangement according to the invention results in a more uniform heat distribution over the cross section of the tube bundle and thus in a higher efficiency in heat transfer from the heat transfer medium flowing in the tubes to the working medium flowing around the tubes.

In Bezug auf 2 wurde eine erfindungsgemäße Ausprägung mit entsprechenden Ein- und Austrittsbereichen für eine Unterteilung der Fläche der Lochplatte in vier paarweise angeordnete und benachbart gegenläufig durchströmte Bereiche beschrieben. Eine andere erfindungsgemäße Ausprägung der Trennwände auf der Primärseite für diese vier Bereiche ist in 3 dargestellt. Auch hier ist eine ringförmige Trennwand 46 vorgesehen. Die Trennwand 43 ist hier aber in zwei Teilwände aufgeteilt. Die eine Teilwand innerhalb der ringförmigen Trennwand 46 entspricht der bisherigen Trennwand 43. Die zweite Teilwand 43' im Bereich zwischen der Außenummantelung 10 und der ringförmigen Trennwand 46 ist aber hier in Bezug zur Teilwand 43 im Inneren der ringförmigen Trennwand 46 um einen Winkel nach links verdreht. Durch diesen Versatz kann ein zwischen den beiden Teilwänden liegender Teil der ringförmigen Trennwand 46 geöffnet werden. Dadurch entsteht, ähnlich wie mit der rohrförmigen Verbindung 411 in 2, hier eine Verbindung zwischen den beiden kalten Austrittsbereichen K1 und K2 zum Durchströmen des Wärmeträgermediums. Der Übersichtlichkeit halber ist hier nur die eine Öffnung 411 zum Austritt des abgekühlten Wärmeträgermediums dargestellt. Im dargestellten Beispiel würde die Öffnung für die Verbindung der heißen Eintrittsbereiche H1 und H2 entsprechend auf der Rückseite der zylindrischen Trennwand 46 zum Liegen kommen.In relation to 2 an inventive expression was described with corresponding inlet and outlet areas for a subdivision of the surface of the perforated plate in four pairs arranged and adjacent countercurrent areas. Another embodiment according to the invention of the partition walls on the primary side for these four areas is shown in FIG 3 shown. Again, there is an annular partition 46 intended. The partition 43 but here is divided into two partial walls. The one part wall inside the annular partition 46 corresponds to the previous partition 43 , The second partial wall 43 ' in the area between the outer casing 10 and the annular partition 46 but here is in relation to the partial wall 43 inside the annular partition 46 rotated by one angle to the left. By this offset, a lying between the two part walls part of the annular partition 46 be opened. This creates, similar to the tubular connection 411 in 2 , Here is a connection between the two cold outlet areas K1 and K2 for flowing through the heat transfer medium. For the sake of clarity, here is only one opening 411 shown to the outlet of the cooled heat transfer medium. In the example shown, the opening for the connection of the hot inlet regions H1 and H2 would correspond to the back of the cylindrical partition 46 to lie down.

4 zeigt die paarweise Unterteilung H1-K1 und H2-K2 der Fläche der Lochplatte 20 und die dadurch bewirkten Strömungsrichtungen des Wärmeträgermediums in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel nochmals schematisch in Draufsicht auf die Lochplatte. Die Strömungsrichtungen des Wärmeträgermediums durch die entsprechenden Durchlässe der Lochplatte 20 sind hier schematisch durch die Richtungspunkte bzw. Richtungskreuze angedeutet. Ein Richtungspunkt bedeutet hier die Strömung des Wärmeträgermediums in die Röhren des Rohrbündels hinein und ein Richtungskreuz die Strömung aus dem Rohrbündel heraus. 4 shows the pairwise division H1-K1 and H2-K2 of the area of the perforated plate 20 and the thus caused flow directions of the heat transfer medium in the in 3 illustrated embodiment again schematically in plan view of the perforated plate. The flow directions of the heat transfer medium through the corresponding passages of the perforated plate 20 are indicated here schematically by the directional points or directional crosses. A directional point here means the flow of the heat transfer medium into the tubes of the tube bundle and a directional cross the flow out of the tube bundle out.

5 zeigt schematisch die Draufsicht einer Ausführungsform mit einer Unterteilung in drei konzentrische Bereiche H1-K1, H2-K2 und H3-K3. Durch die paarweise und gegenläufige Anordnung ergeben sich so über den Querschnitt des Rohrbündels sechs kleinere Bereiche und damit eine weitere Vergleichmäßigung der Wärme über den Querschnitt des Arbeitsmediums im Innenraum des Innenmantels des Wärmetauschers. Soll die Fläche nun – wie in 5 angedeutet – in sechs Bereiche unterteilt werden, müssen weitere Trennwände vorgesehen werden. Dies könnte beispielsweise durch eine weitere ringförmige Trennwand mit entsprechenden Öffnungen erfolgen, die innerhalb oder außerhalb der in 2 und 3 gezeigten Ringwand 43 angeordnet ist. 5 schematically shows the top view of an embodiment with a division into three concentric areas H1-K1, H2-K2 and H3-K3. As a result of the pairwise and opposing arrangement, six smaller regions thus result over the cross section of the tube bundle and thus a further homogenization of the heat over the cross section of the working medium in the interior of the inner jacket of the heat exchanger. If the surface is now - as in 5 indicated - are divided into six areas, more dividing walls must be provided. This could for example be done by a further annular partition with corresponding openings that are inside or outside the in 2 and 3 shown ring wall 43 is arranged.

6 und 7 zeigen schematisch weitere paarweise Unterteilungen mit zwei bzw. drei Paaren, die benachbart jeweils gegenläufig durchströmt werden. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht beschränkt auf die zuvor beschriebenen Ausführungen. Vielmehr sind auch Kombinationen, Abwandlungen bzw. Ergänzungen einzelner Merkmale denkbar, die zu weiteren möglichen Ausführungsformen der erfinderischen Idee führen können. So kann die Fläche der Lochplatte und damit der Querschnitt über das Rohrbündel auch in mehr als drei Paare unterteilt werden. Die Anzahl der möglichen Paare wird dabei letztendlich nur durch die Geometrie des Wärmetauschers und des darin angeordneten Rohrbündels bestimmt. Beim Rohrbündel mit U-förmigen Rohren wird dabei die Begrenzung durch den minimal zulässigen Biegeradius bestimmt sein. Die Erfindung ist aber auch nicht auf diese U-förmige Rohrform beschränkt. Vielmehr ist jede andere Rohrform genauso anwendbar, solange die Enden der Röhren jeweils paarweise mit den jeweiligen Durchlässen entsprechender heißer und kalter Bereiche der Lochplatte verbunden sind und damit die Röhren des Rohrbündels auf eine Vielzahl gegenläufig durchströmter Rohrbündelbereiche unterteilt sind. 6 and 7 schematically show further pairwise subdivisions with two or three pairs, which are adjacent flowing through each in opposite directions. The present invention is not limited to the embodiments described above. Rather, combinations, modifications or additions of individual features are conceivable that can lead to further possible embodiments of the inventive idea. Thus, the surface of the perforated plate and thus the cross section over the tube bundle can also be divided into more than three pairs. The number of possible pairs is ultimately determined only by the geometry of the heat exchanger and the tube bundle arranged therein. In the tube bundle with U-shaped tubes, the limitation is determined by the minimum permissible bending radius. The invention is not limited to this U-shaped tube shape. Rather, any other tube shape is equally applicable, as long as the ends of the tubes are each paired with the respective passages corresponding hot and cold areas of the perforated plate and thus the tubes of the tube bundle are divided into a plurality of counter-flow through tube bundle areas.

Claims (1)

Wärmetauscher (1), insbesondere Dampferzeuger für kerntechnische Anlagen, mit – einer Außenummantelung (10); – einer Lochplatte (20), die ein von der Außenummantelung (10) umschlossenes Volumen in eine Primärseite mit einem zirkulierbaren Wärmeträgermedium (W-W') und eine Sekundärseite mit einem zirkulierbaren Arbeitsmedium (A-A') unterteilt; – wobei die Lochplatte (20) über ihre Fläche verteilt eine Vielzahl von Durchlässen (210, 220) aufweist, und wobei die Fläche einen heißen (H) und einen kalten (K) Bereich aufweist; – einem auf der Sekundärseite angeordneten Rohrbündel (30), bestehend aus einer Mehrzahl von U-förmigen Röhren (300), die so angeordnet sind und deren Röhrenenden mit den Durchlässen (210, 220) der Lochplatte (20) so verbunden sind, dass das Wärmeträgermedium (W) von einem Eintrittsbereich (41) der Primärseite über die Durchlässe (210) des heißen Bereichs (H) durch die Röhren (300) hindurch und über die Durchlässe (220) des kalten Bereichs (K) zurück zu einem Austrittsbereich (42) der Primärseite strömt; – einen das Röhrbündel (30) umschließenden Innenmantel (50), der zur Außenummantelung (10) und zur Lochplatte (20) hin so beabstandet ist, dass das zwischen Außenummantelung (10) und Innenmantel (50) eingebrachte Arbeitsmedium (A) zur Lochplatte (20) hinströmt und dann im Inneren des Innenmantels (50) von der Lochplatte (20) wegströmt und so Wärme von dem im Röhrenbündel (30) strömenden Wärmeträgermedium (W-W') aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Lochplatte (20) in eine Mehrzahl (n) von Paare (H1-K1, H2-K2, ..., Hn-Kn) mit jeweils einem heißen und einem kalten Bereich unterteilt ist, wobei die Paare (H1-K1, H2-K2, ..., Hn-Kn) so über die Fläche verteilt sind, dass das zirkulierende Wärmeträgermedium (W) die Durchlässe benachbarter Paare gegenläufig durchströmt.Heat exchanger ( 1 ), in particular steam generators for nuclear installations, with - an outer casing ( 10 ); - a perforated plate ( 20 ), one of the outer casing ( 10 ) enclosed volume in a primary side with a circulating heat transfer medium (W-W ') and a secondary side with a circulatory working fluid (A-A') divided; - whereby the perforated plate ( 20 ) distributed over its surface a plurality of passages ( 210 . 220 ), and wherein the surface has a hot (H) and a cold (K) region; A tube bundle arranged on the secondary side ( 30 ), consisting of a plurality of U-shaped tubes ( 300 ), which are arranged and their tube ends with the passages ( 210 . 220 ) of the perforated plate ( 20 ) are connected so that the heat transfer medium (W) from an inlet region ( 41 ) of the primary side via the passages ( 210 ) of the hot area (H) through the tubes ( 300 ) and through the passages ( 220 ) of the cold region (K) back to an exit region ( 42 ) flows the primary side; - one the tube bundle ( 30 ) enclosing inner shell ( 50 ), which is used for outer covering ( 10 ) and to the perforated plate ( 20 ) is spaced so that the between outer sheath ( 10 ) and inner jacket ( 50 ) introduced working medium (A) to the perforated plate ( 20 ) and then inside the inner shell ( 50 ) from the perforated plate ( 20 ) flows away and thus heat from that in the tube bundle ( 30 ) receiving heat transfer medium (W-W '), characterized in that the surface of the perforated plate ( 20 ) is divided into a plurality of pairs (H1-K1, H2-K2, ..., Hn-Kn) each having a hot and a cold region, the pairs (H1-K1, H2-K2,. .., Hn-Kn) are distributed over the surface so that the circulating heat transfer medium (W) flows through the passages of adjacent pairs in opposite directions.
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