DE1231270B

DE1231270B - Pipe for heat exchanger

Info

Publication number: DE1231270B
Application number: DEH37874A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-11-13
Filing date: 1959-11-12
Publication date: 1966-12-29
Also published as: FR1215274A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

F25hF25h

Deutsche KL: 17 f-12/08German KL: 17 F-12/08

Nummer: 1 231270Number: 1 231270

Aktenzeichen: H 378741 a/17 fFile number: H 378741 a / 17 f

Anmeldetag: 12. November 1959 Filing date: November 12, 1959

Auslegetag: 29. Dezember 1966Opening day: December 29, 1966

Die Erfindung betrifft ein Rohr für Wärmeaustauscher für mindestens zwei aus Sicherheitsgründen zuverlässig voneinander getrennt zu haltende Medien, von denen eines radioaktiv ist, mit einer aus mehreren, aus aneinanderliegenden Metallschichten bestehenden Wandung.The invention relates to a pipe for heat exchangers for at least two for safety reasons media to be kept reliably separated from each other, one of which is radioactive, with one of several, wall consisting of adjoining metal layers.

In den französischen Patentschriften 1066959 und 1072416 sind bereits derartige Rohre für Wärmeaustauscher für miteinander unverträgliche, warme und kalte, strömende Medien beschrieben, die aus zwei übereinanderliegenden Metallscheiben bzw. konzentrisch ineinandergesetzten Rohren bestehen. Für den Fall, daß eine der Schichten bzw. eines der beiden Rohre eine Leckstelle besitzt und das Medium entweicht, sind in dem einen Rohr an der vom anderen Rohr abgedeckten Seite schraubenförmige Rillen vorgesehen, durch die das übergetretene Medium abgeführt wird. Eine derartige Anordnung, bei der das ausgetretene Medium durch die schraubenförmigen Rillen abgeführt wird, führt zu einer komplizierten und teueren Konstruktion. Außerdem gibt diese Anordnung keine völlige Sicherheit, da im Falle von Lecks in beiden Rohren eine Berührung der sich miteinander nicht vertragenden Medien erfolgt.In French patents 1066959 and 1072416 are already such pipes for heat exchangers for mutually incompatible, hot and cold, flowing media are described, consisting of two superimposed metal disks or concentrically nested tubes. In the event that one of the layers or one of the two pipes has a leak and the medium escapes, are on in one pipe the side covered by the other tube provided helical grooves through which the trampled Medium is discharged. Such an arrangement in which the leaked medium through the helical grooves is discharged, leads to a complicated and expensive construction. In addition, this arrangement does not give complete security, as in the event of leaks in both pipes there is contact between the media that are not in agreement with one another.

In der französischen Patentschrift 1158 011 ist eine Lösung beschrieben, bei der die miteinander unverträglichen Medien durch ein Zwischenmedium getrennt werden, welches zwischen zwei konzentrischen und im Abstand voneinander befindlichen Rohren vorgesehen ist. Diese Anordnung ist ebenfalls kompliziert in der Konstruktion und genügt insbesondere nicht den Sicherheitsanforderungen bei Kernenergieanlagen.In the French patent specification 1158 011 a solution is described in which the each other incompatible media are separated by an intermediate medium, which is between two concentric and spaced apart tubes is provided. This arrangement is also complicated in construction and in particular does not meet the safety requirements Nuclear power plants.

In der deutschen Patentschrift 833 824 ist ein Kondensatorrohr beschrieben, bei dem die Rohrwandung aus drei konzentrischen Schichten besteht, von denen die mittlere Schicht aus einem anderen Metall als die beiden äußeren, aus dem gleichen Metall bestehenden Schichten ausgeführt ist. Dabei besteht die mittlere Schicht aus Kupfer, während die beiden äußeren Schichten aus Messing sind. Solche Rohre sind somit gegen die Wirkung korrodierender Medien geschützt. Wenn man dieses bekannte Rohr jedoch für einen Wärmeaustauscher einer Kernenergieanlage verwenden würde, bei welchem ein Wärmeaustausch zwischen geschmolzenem Natrium und Wasser stattfinden soll, würde das flüssige Natrium in kurzer Zeit das gesamte Rohr auflösen. Es besteht weiterhin die Gefahr, daß die Auskleidung sich infolge von Wärmeausdehnungen von dem Kernrohr ablöst und damit aufhört, den gewünschten Rohr für WärmeaustauscherIn the German patent 833 824 a condenser tube is described in which the tube wall consists of three concentric layers, the middle layer of which is made up of another Metal is designed as the two outer layers consisting of the same metal. Included the middle layer is made of copper, while the two outer layers are made of brass. Such Pipes are thus protected against the effects of corrosive media. If you have this well-known pipe however, would be used for a heat exchanger of a nuclear power plant in which a If heat exchange between molten sodium and water is to take place, the liquid sodium would Dissolve the entire pipe in a short time. There is still a risk that the lining detaches itself from the core tube as a result of thermal expansion and thus ceases to produce the desired Tube for heat exchanger

Anmelder:
Andre Huet, ParisApplicant:
Andre Huet, Paris

Vertreter:Representative:

Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. DannenbergDipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälteand Dr. V. Schmied-Kowarzik, patent attorneys

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39Frankfurt / M., Große Eschenheimer Str. 39

Als Erfinder benannt:
Andre Huet, ParisNamed as inventor:
Andre Huet, Paris

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 13. November 1958 (779 021)France of November 13, 1958 (779 021)

Schutz zu gewährleisten. Insbesondere, wenn das Hauptrohr aus Stahl ist, stellt eine Auskleidung aus einem anderen Metall nur einen schwachen Schutz dar, der im Fall von radioaktiven Medien nicht ausreichend ist.Ensure protection. In particular, if the main pipe is made of steel, a liner exhibits another metal only provides weak protection, which is insufficient in the case of radioactive media is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohr für Wärmeaustauscher in Kernenergieanlagen zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Rohre nicht aufweist und das insbesondere in der Lage ist, sehr steilen Temperaturgradienten standzuhalten. Außerdem soll sichergestellt sein, daß zwisehen den im Austausch miteinander stehenden Medien keine Berührung möglich ist.The invention is based on the object of a pipe for heat exchangers in nuclear power plants to create which does not have the disadvantages of the known pipes and that in particular in the Is able to withstand very steep temperature gradients. In addition, it should be ensured that between the two no contact is possible with the media in exchange.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das neue Rohr für Wärmeaustauscher dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandung aus drei konzentrischen Schichten besteht, von denen die mittlere Schicht aus ferritischem Stahl und die beiden äußeren Schichten aus austenitischem Stahl bestehen und alle drei Schichten durch Strangpressen oder Heißziehen miteinander vereinigt sind.To solve this problem, the new tube for heat exchangers is characterized in that the Pipe wall consists of three concentric layers, of which the middle layer is made of ferritic Steel and the two outer layers are made of austenitic steel and all three layers through Extrusion or hot drawing are combined with one another.

Während z. B. bei den aus den französischen Patentschriften 1066 959 und 1072416 bekannten Rohren Unterschiede in der Wärmeausdehnung der Schichten eine Gleitverschiebung der beiden sich berührenden Rohre gegeneinander mit sich bringen, werden solche Unterschiede beim Erfindungsgegenstand von der Rohreinheit durch innere Spannungen aufgenommen, ohne daß eine Gleitverschiebung ent-While z. B. in the case of those known from French patents 1,066,959 and 1,072,416 Pipes differences in the thermal expansion of the layers cause a sliding displacement of the two touching one another Bring pipes against one another with them, such differences in the subject matter of the invention absorbed by the pipe unit through internal stresses without causing any sliding displacement.

609 749/284609 749/284

steht, und zwar durch Zusammendrückung bzw. Zugspannung an den miteinander verbundenen Schichten. Die austenitischen Stähle haben einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als ferritische Stähle, so daß bei Einwirkung erhöhter Temperaturen die Ausdehnungen der austenitischen Außenschichten größer als die Ausdehnung der ferritischen Innenschicht sind. Hieraus ergibt sich, daß die Innenschicht eine Zugspannung erfährt, die die elastische Zusammenpressung der austenitischen Außenschichten kompensiert. Die Vereinigung der drei Schichten wird durch Strangpressen oder Heißziehen herbeigeführt, wobei sich eine Verschweißung zwischen den Schichten ergibt, derart, daß sie ein einstückiges Ganzes bilden. Ein weiterer Vorteil des neuen Rohres liegt darin, daß infolge der Zwischenschicht aus ferritischem Stahl, welcher ein bei weitem besseres Wärmeleitvermögen hat als der z. B. gegen Wasser und flüssiges Natrium beständige austenitische Stahl, eine bessere Wärmeübertragung möglich ist als bei einem Rohr, dessen Wandung nur aus austenitischem Stahl besteht.is due to compression or tensile stress on the interconnected layers. The austenitic steels have a higher coefficient of expansion than ferritic steels, see above that when exposed to elevated temperatures, the expansion of the austenitic outer layers is greater than the expansion of the ferritic inner layer. It follows that the inner layer is a Undergoes tensile stress that compensates for the elastic compression of the austenitic outer layers. The union of the three layers is brought about by extrusion or hot drawing, whereby there is a weld between the layers so that they form an integral whole. Another advantage of the new tube is that due to the intermediate layer of ferritic Steel, which has a far better thermal conductivity than the z. B. against water and liquid Sodium resistant austenitic steel, a better heat transfer is possible than with one Tube whose wall consists only of austenitic steel.

Aber auch dann, wenn die auf die äußeren austenitischen Schichten wirkenden Temperaturen höher sind, als es die Elastizitätsgrenze der inneren ferritischen Schicht zuläßt, und diese stellenweise zerreißt, gewährleisten die äußeren Schichten immer noch eine Trennung der beiden Medien voneinander, wobei, da zwischen diesen äußeren Schichten noch genügend ferritischer Werkstoff liegt, auch der Wärmeübergang untereinander gewährleistet ist.But also if the temperatures acting on the outer austenitic layers are higher are than the elastic limit of the inner ferritic layer allows, and this tears in places, the outer layers still ensure a separation of the two media from each other, since there is still enough ferritic material between these outer layers, also the Heat transfer between each other is guaranteed.

Ein weiterer Vorteil der neuen, aus zwei verschiedenen Stahlarten bestehenden Rohre besteht darin, daß sie sich mühelos zu größeren Rohrlängen miteinander verschweißen lassen.Another advantage of the new pipes, which are made of two different types of steel, is that they that they can be easily welded together to form larger pipe lengths.

Durch seinen einfachen Aufbau kann das neue Rohr wie ein normales Rohr für einen Wärmeaustauscher für Kernenergieanlagen verwendet werden, ohne daß sich dessen Raumbedarf erhöht.Due to its simple structure, the new tube can be used like a normal tube for a heat exchanger be used for nuclear power plants without increasing the space requirement.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die mehrschichtige Wandung, gewellt sein. Auf diese Weise wird der Ausgleich von Wärmeunterschieden zwischen den einzelnen Schichten erleichtert. According to an advantageous embodiment, the multilayer wall can be corrugated. on This makes it easier to compensate for differences in heat between the individual layers.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar stellt darThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example represents

Fig. 1 ein Rohr mit dreischichtiger Wandung im Schnitt,Fig. 1 shows a tube with a three-layer wall in Cut,

Fig. 2 einen Schnitt durch dieses dreischichtige Rohr, das asymmetrische Wellungen aufweist und zwischen zwei normalen koaxialen Rohren angeordnet ist, deren Wandung nur einen einschichtigen Aufbau aufweist,Fig. 2 shows a section through this three-layer Tube that has asymmetrical corrugations and is placed between two normal coaxial tubes whose wall has only a single-layer structure,

F i g. 3 im Schnitt zwei Rohrkrümmer mit 180°- Biegung, von denen der eine im Inneren des anderen angeordnet ist und der Innere aus einem dreischichtigen Rohr besteht,F i g. 3 in section two pipe elbows with a 180 ° bend, one of which is inside the other is arranged and the interior consists of a three-layer tube,

Fig. 4 im Längsschnitt durch eine Rohrhälfte ein Teilstück eines dreischichtigen Rohres, an dessen Stirnende eine Schweißnaht angeordnet ist undFig. 4 in a longitudinal section through a pipe half Part of a three-layer pipe, at the end of which a weld is arranged and

F i g. 5 einen Teillängsschnitt durch eine Rohrhälfte eines dreischichtigen Rohres, das mittels einer Schweißnaht auf einen Rohrstutzen oder einen 90°-Rohrkrümmer aus drei Schichten aufgeschweißt ist.F i g. 5 shows a partial longitudinal section through a pipe half of a three-layer pipe, which by means of a weld seam on a pipe socket or a 90 ° pipe elbow made of three layers is.

Ein erfindungsgemäßes Rohr für Wärmeaustauscher für eine Kernreaktoranlage weist mehrere Metallschichten auf, und zwar genauer gesagt, eine mittlere Schicht α aus ferritischem Stahl, die zwischen zwei Schichten b und c aus austenitischem Stahl angeordnet ist. Ein solches Rohr bildet in einem Wärmeaustauscher die die beiden wärmeaustauschenden Medien trennende Wandung. Das mehrschichtige Rohr kann glatt sein oder auch gewellt und z.B., wie das Rohr ti der Fig. 2, asymmetrische Wellungen aufweisen. Ein solches Rohr kann z. B. zwischenA tube according to the invention for heat exchangers for a nuclear reactor installation has several metal layers, more precisely, a middle layer α made of ferritic steel, which is arranged between two layers b and c made of austenitic steel. Such a tube forms the wall separating the two heat-exchanging media in a heat exchanger. The multilayer tube can be smooth or also corrugated and, for example, like the tube ti of FIG. 2, have asymmetrical corrugations. Such a tube can e.g. B. between

ίο zwei gewöhnlichen koaxialen Rohren e und / angeordnet sein, wobei das Rohr e im Inneren und das Rohr / außerhalb des mehrschichtigen Rohres d angeordnet ist. Auf diese Weise werden zwei Strömungsräume für die Medien gebildet, von denen der eine einen kreisringförmigen Querschnitt hat, zwischen dem Rohr / und dem mehrschichtigen Rohr d liegt und im Sinne des Pfeiles F der Fi g. 2 von dem einen der Medien durchströmt wird, und von denen der andere Raum gleichfalls kreisringförmigen Querschnitt hat und zwischen dem mehrschichtigen Rohr d und dem Rohr e von dem zweiten Medium im Sinne des Pfeiles G durchströmt wird.ίο two ordinary coaxial tubes e and / be arranged, wherein the tube e is arranged inside and the tube / is arranged outside of the multilayer tube d. In this way, two flow spaces are formed for the media, one of which has a circular cross-section, lies between the pipe / and the multi-layer pipe d and in the direction of arrow F of FIG. 2 is traversed by one of the media, and of which the other space also has a circular cross-section and the second medium flows through it in the direction of arrow G between the multilayer pipe d and the pipe e.

Die Wellungen des Rohres d rufen in den beiden Strömungen Änderungen der Richtung, der Geschwindigkeit und des Druckes hervor, die, wie bekannt, den Wärmeaustausch begünstigen.The corrugations of the pipe d call in the two currents to change direction, speed of Ge and pressure out that as is known to favor the heat exchange.

Vielfache Kombinationen mit anderen koaxialen Rohren können dann vorgesehen sein, wenn mehr als zwei Medien vorhanden sind; und man kann z. B.Multiple combinations with other coaxial tubes can be provided if more exist as two media; and you can z. B.

zwei gewellte oder glatte Rohre mit dreischichtiger Wandung zwischen zwei gewöhnlichen, koaxialen glatten Rohren anordnen.two corrugated or smooth tubes with three-layer walls between two ordinary, coaxial ones arrange smooth pipes.

Im allgemeinen wird durch das Vorhandensein von mehreren Metallschichten in der Wandung, die die beiden in dem Wärmeaustauscher strömenden Medien trennt, die Sicherheit erhöht, da, wenn die eine der Schichten zerstört ist, die andere die Aufgabe der Trennung der beiden Medien übernimmt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die aus ferritischem Stahl bestehende mittlere Schicht α zwischen zwei austenitischen Stahlschichten b und c angeordnet ist, die einander gleiche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, sind die auf die mittlere Schicht α ausgeübten Kräfte symmetrisch, wie bereits oben erwähnt wurde, wodurch die Auswirkung der Dehnungskräfte auf die mittlere Schicht α herabgesetzt wird. Die auf sie einwirkenden Temperaturen und die Dicken der metallischen Schichten sind so bemssen, daß die Kräfte, denen diese mittlere ferritische Schicht α infolge der Unterschiede der Wärmedehnung ausgesetzt ist, unterhalb der Elastizitätsgrenze dieser Schicht bleiben. Jedoch auch im Falle eines Reißens des- Metalls, das in der mittleren Schicht eintreten könnte, entsteht keine Gefahr einer Berührung der beiden Medien, und das in dieser mittleren Schicht enthaltene Metall gewährleistet in ausreichender Weise den Wärmeübergang von der einen zur anderen äußeren Schicht.In general, the presence of several metal layers in the wall which separates the two media flowing in the heat exchanger increases safety, since if one of the layers is destroyed, the other takes on the task of separating the two media. In the embodiment shown in Fig. 1, in which the ferritic steel middle layer α is arranged between two austenitic steel layers b and c which have the same expansion coefficients, the forces exerted on the middle layer α are symmetrical, as already mentioned above which reduces the effect of the stretching forces on the middle layer α. The temperatures acting on them and the thicknesses of the metallic layers are such that the forces to which this middle ferritic layer α is exposed as a result of the differences in thermal expansion remain below the elastic limit of this layer. However, even if the metal tears, which could occur in the middle layer, there is no risk of the two media coming into contact, and the metal contained in this middle layer ensures sufficient heat transfer from one outer layer to the other.

Es ist bekannt, daß zwei konzentrische Rohre derart gebogen werden können, daß ein Rohrkrümmer mit 180° Biegung erhalten wird, dessen eines Rohr im Inneren des anderen angeordnet ist. Nach der Erfindung kann auf diese Weise ein Rohrkrümmer erhalten werden, der ein Außenrohr g mit einer einzigen Wandungsschicht umfaßt, in dessen Innerem ein gekrümmtes Rohr h mit dreischichtiger Wandung enthalten ist. Hierbei werden zwei Strömungsräume erhalten, von denen einer mit einem Pfeil H für denIt is known that two concentric pipes can be bent in such a way that a pipe bend with a 180 ° bend is obtained, one pipe of which is arranged inside the other. According to the invention, a pipe bend can be obtained in this way which comprises an outer pipe g with a single wall layer, inside of which a curved pipe h with a three-layer wall is contained. Here, two flow spaces are obtained, one of which with an arrow H for the

Umlauf im Inneren des mehrschichtigen Rohres h und der andere mit dem Pfeil / für den Umlauf im Inneren des kreisringförmigen Raumes zwischen den gekrümmten Rohren g und h bezeichnet ist. Es ist ersichtlich, daß das eine der Medien das andere immer vollständig umschließt. Selbstverständlich können auch drei Strömungsräume vorgesehen sein, indem drei konzentrische Rohrbogen verwendet werden.Circulation in the interior of the multilayer pipe h and the other with the arrow / for the circulation in the interior of the annular space between the curved pipes g and h is designated. It can be seen that one of the media always completely encloses the other. Of course, three flow spaces can also be provided by using three concentric pipe bends.

Die Ausbildung der Wandung mit zwei äußeren Schichten b und c aus ein und demselben Metall, d. h. aus austenitischem Stahl, gestattet ein leichtes Anbringen einer Schweißnaht i am Ende des mehrschichtigen Rohres mittels austenitischen Stahls, der die beiden Schichten b und c verbindet, wie es F i g. 4 zeigt.The formation of the wall with two outer layers b and c made of one and the same metal, i.e. austenitic steel, allows a weld seam i to be easily made at the end of the multilayer pipe by means of austenitic steel, which connects the two layers b and c , as shown in F. i g. 4 shows.

Auch ist ein solches mehrschichtiges Rohr leicht mittels einer Verschweißung aus austenitischem Stahl; mit einem Rohrstutzenk zu verbinden, der selbst mit dreischichtiger Wandung aus Metallen mit unterschiedlichen Eigenschaften versehen ist, wie dies F i g. 5 zeigt.Such a multilayer pipe is also light by means of a weld made of austenitic steel; to be connected to a pipe socket k , which itself is provided with a three-layer wall made of metals with different properties, as shown in FIG. 5 shows.

Die Erfindung bezieht sich auf die Gesamtheit der Merkmale des Hauptanspruches.The invention relates to the entirety of the features of the main claim.

Claims

Patent claims:

1. Tube for heat exchangers for at least two media to be kept reliably separated from each other for safety reasons, one of which is radioactive, with a wall consisting of several layers of metal adjacent to one another, characterized in that it consists of three concentric layers, of which the middle layer (a) consist of ferritic steel and the two outer layers (b and c) consist of austenitic steel and all three layers are united with one another by extrusion or hot drawing,
ίο

2. Tube according to claim 1, characterized in that the multilayer wall (d) is corrugated (Fig. 2).

3. Type of application of a pipe according to claim 2, characterized in that the corrugated, multilayer pipe (d) between two ordinary, concentric pipes (e, f) is arranged (F i g. 2).

4. Type of application of a tube according to claim 1, characterized in that the multilayer tube Qi) is arranged in a curved shape within an outer tube (g) (F i g. 3).

Considered publications:

German Patent Nos. 881199, 833 824;
French patents No. 1158 011,
1072416, 1066959;
Belgian patent specification No. 555 265.

1 sheet of drawings