DE1243217B - Stehender Roehrenkuehler - Google Patents

Description

DEUTSCHES mTWGSSP PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 17 f-5/02

Nummer: 1243 217

Aktenzeichen: L37267Ia/17f

1243 217 Anmeldetag: 14. Oktober 1960

Auslegetag: 29. Juni 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen stehenden Röhrenkühler.

Es sind schon Röhren-Wärmeaustauscher bekannt, bei denen jedes der zahlreichen Einzelrohre in einer Ebene mehrfach, mit geraden dazwischenliegenden Teilstrecken, gebogen ist, die Rohre in mehreren derartigen, in geringem Abstand voneinander vorgesehenen Biegeebenen angeordnet und in einem im wesentlichen rechteckigen Gehäuse untergebracht sind, wobei mehrere mehrfach gebogene Rohre in einer Biegeebene angeordnet und nach Art einer Verzahnung ineinandergeschoben sind. Ferner ist auch schon ein stehender Röhren-Wärmeaustauscher bekannt mit dem Merkmal, daß die senkrecht zu der Hauptrichtung des Rohrverlaufes gemessene Teilung der Rohre am Durchgang durch die Rohrplatten größer ist als der Abstand zweier Rohre in weit von den Rohrplatten entfernten Bereichen.

Bei Kernreaktoranlagen findet der Röhrenkühler in der Weise Verwendung, daß seine Röhrengruppen in einem zeitlichen Zyklus in Uberwachungsleitungen eingeschaltet werden, da bei den in Betracht kommenden Kernreaktoranlagen eines von wenigstens zwei Fluiden, zwischen denen ein Wärmeaustausch erfolgt, radioaktiv sein kann, so daß laufend Kontrollmaßnahmen, beispielsweise zur Feststellung eines Bruches der Kernbrennstoff-Ummantelung oder anderer Ursachen für Undichtigkeiten, durchgeführt werden müssen. Zu diesem Zweck läßt man das radioaktive Fluid in Überwachungskreisen umlaufen, die von dem Haupt-Kühlkreislauf dieses Fluids getrennt sind. Bekanntlich ist es beim Betrieb eines Kernrektors, in welchem ein Kühlfluid, wie Kohlensäuregas, umläuft, notwendig, ständig an zahlreichen Stellen, beispielsweise in jedem Kanal des Reaktors, zu kontrollieren, ob das umlaufende Kühlfluid nicht durch Spaltungsprodukte verunreinigt ist, die bei ihrem Auftreten bis zu den Haupt-Wärmeaustauschern mitgeführt werden könnten. Wenn beispielsweise eine den Kernbrennstoff enthaltende Ummantelung oder Hülle gebrochen ist, ist es einerseits notwendig, die Anlage so schnell wie möglich stillzulegen und andererseits den genauen Ort aufzufinden, an dem der Fehler aufgetreten ist. Um diese Anzeige zu ermöglichen, hat man Anzeigemittel vorgesehen, die mit den verschiedenen Kanälen des Reaktors verbunden sind und in diesen Kanälen Kühlgas-Entnahmen bewirken. Man schafft eine ebenso große Anzahl von Anschlüssen, wie es Meßpunkte gibt. Das dabei sich stellende Problem besteht darin, die entnommenen Gasproben bei ausreichend herabgesetzter Temperatur und genügend gemindertem Druck zu Stehender Röhrenkühler

Anmelder:

Pierre Legrand, Paris
Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Seiler und Dipl.-Ing. J. Pfenning,
Patentanwälte, Berlin 19, Oldenburgallee 10

Als Erfinder benannt:
Pierre Legrand, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 14. Oktober 1959 (807 502) - -

erhalten, so daß sie in die entsprechenden Anzeigegeräte eingeführt werden können (wobei dieses Einführen zyklisch erfolgt, um die Zahl der Anzeigegeräte zu vermindern). Das aus dem Reaktor entnommene Gas hat eine Temperatur von 400 bis 500° C und einen Druck von 20 bis 60 kg/cm², so daß es erforderlich ist, in den Anzeigekreis einen Kühler mit starkem Druckverlust einzuschalten.

Ein zu diesem Zweck verwendeter Kühler ist Gegenstand der Erfindung, und man ist bestrebt, damit den Druck auf einen geeigneten Wert herabzusetzen, da das Strömungsmittel bei seinem Durchgang durch die Rohre von geringem Querschnitt und mit Zickzackform einen erheblichen Druckverlust erfährt. Außerdem hat man das Bestreben, die Temperatur auf einen Wert unterhalb von etwa 80° C herabzusetzen. Das die Kühlung des entnommenen Gases bewirkende Strömungsmittel ist im allgemeinen Wasser, das in das Außengehäuse des Wärmeaustauschers nach der Erfindung bei einer Temperatur von etwa 40° C eintritt, um es bei 60° C zu verlassen.

Der rechteckige Röhrenkühler nach der Erfindung soll so klein bauen, daß es möglich ist, ein Dutzend solcher Kühler bei geringem Raumbedarf unterzubringen.

Unter der Voraussetzung, daß bei der oben angegebenen Art des Kühlers das Röhrenbündel zu jedem Zeitpunkt lediglich mit einem Bruchteil seiner Röhren arbeitet, besteht die Gefahr, daß der Wärmeaustausch zwischen den beiden Flüssigkeiten unter schlechten Bedingungen erfolgt. Es ist der Zweck der Erfindung, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der

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konstant mit einem optimalen Wirkungsgrad arbeitet. Hierzu sind die entstehenden zahlreichen Schwierigkeiten in der Reihenfolge ihrer Bedeutung folgende:

a) die Notwendigkeit einwandfreier Verbindungsnähte an den Anschlußstellen der von dem radioaktiven Strömungsmittel durchflossenen Rohre des Austauschers;

b) gleichmäßige Verteilung des äußeren Austauschströmungsmittels auf alle Rohre des Rohrbündels und insbesondere auf alle Rohre ein und desselben zu einem beliebigen Zeitpunkt verwendeten Rohrabschnitts;

c) große Nachgiebigkeit der verschiedenen Rohre im Innern des Bündels, da erhebliche Wärmeschwankungen auftreten können, je nachdem, ob sie von dem radioaktiven inneren Strömungsmittel periodisch durchflossen werden oder nicht.

Besonders die unter a) und b) aufgeführten Schwierigkeiten hatten bisher noch keinerlei Lösung oder Abhilfe erfahren, während die unter c) aufgeführte Schwierigkeit bei Wärmeaustauschern von im allgemeinen beliebiger Bauart als behoben angesehen werden konnte, indem die Rohre spiralförmig und ineinandergeschachtelt angeordnet werden.

Die Erfindung geht aus von einem bekannten stehenden Röhrenkühler, bei dem jedes der zahlreichen Einzelrohre in einer Ebene zickzackförmig gebogen ist, die Rohre in mehreren derartigen in geringem Abstand voneinander vorgesehenen Biegeebenen angeordnet und in einem rechteckigen Gehäuse untergebracht sind. Bei derartigen Röhrenkühlern in der Verwendung für einen Kernreaktor zur Durchführung von Kontrollmaßnahmen an heißem radioaktivem Strömungsmittel wird Schutz begehrt für die Maßnahme, daß mehrere zickzackförmig gebogene Rohre in einer Biegeebene angeordnet und nach Art einer Verzahnung in an sich bekannter Weise ineinandergeschoben sind, wobei die senkrecht zu den Biegeebenen gemessene Teilung der Rohre am Durchgang durch die Rohrplatten größer ist als der Abstand zweier benachbarter Biegeebenen.

Die durch die erfindungsgemäße Maßnahme geschaffenen Abschnitte des Gehäuses an den beiden Enden, d. h. dem oberen und unteren Ende, des Röhrenkühlers nach der Erfindung ermöglichen es, zugleich eine gleichmäßige Verteilung des Strömungsmittels außerhalb sämtlicher Rohre des Rohrbündels, eine hohe Steigegeschwindigkeit des äußeren Austausch-Strömungsmittels in dem Gehäuse des Austauschers sowie eine gute Zugänglichkeit beim Verschweißen der verschiedenen Rohre und bei der Überprüfung der Güte der hergestellten Schweißnähte, beispielsweise mittels Röntgenstrahlen, zu erzielen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gruppierung derart vorgenommen, daß die zu derselben Gruppe gehörenden Rohre einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

F i g. 1 zeigt schematisch weggebrochen im Aufriß einen erfindungsgemäßen Röhrenkühler;

F i g. 2 ist ein längsseitiger Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1.

Nach dem Beispiel der Fig. 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Röhrenkühler die Form eines flachen Bauelementes auf, in dessen Innerem die Rohre 2 zickzackförmig nebeneinander dachziegelartig zueinander angeordnet sind. Die Rohre sind weiterhin in Biegeebenen A, B₁C, D ... angeordnet, die parallel zu den Flächen der Hauptplatten 3 und 4 der äußeren Umhüllung des Röhrenkühlers verlaufen.

ίο Die Anzahl dieser Ebenen A, B, C₁ D ist vorzugsweise gleich der Anzahl der Röhren, die zu jedem Zeitpunkt gleichzeitig arbeiten. Mit anderen Worten, wenn das Röhrenbündel durch 104 Rohre gebildet wird, die im Zyklus in Gruppen von je vier Rohren jeweils während einer Minute arbeiten, so daß in 26 Minuten ein Zyklus durchlaufen ist, werden vier Ebenen A, B, C, D dergestalt vorgesehen, daß jede vorerwähnte Gruppe durch ein Rohr der Ebene A, ein Rohr der Ebene B, ein Rohr der

so Ebene C und ein Rohr der Ebene D gebildet wird. Weiterhin werden die vier Rohre jeder Gruppe so angeordnet, daß dieselben praktisch das Hauptteil der Breite 1 des Bauelementes einnehmen (oder in allgemeiner Weise die Abmessung des Röhrenküh-

a5 lers, die senkrecht zu der Richtung verläuft, in der die zwei Flüssigkeiten umlaufen).

Man sieht, daß in dieser Weise die Rohre jeder Gruppe eine optimale Ausnutzung der Kühlflüssigkeit bewirken und somit ein größtmöglicher Wärmeaustausch ermöglicht wird.

Um die Verteilung der äußeren, d. h. der Kühlflüssigkeit im Inneren der Umkleidung des Wärmeaustauschers zu begünstigen und außerdem sehr genaue Schweißungen an den Rohren 2 der mit dem radioaktiven Fluid in Verbindung stehenden Rohre der Ebenen A, B, C, D durchzuführen, werden an der Eintritts- und Austrittsstelle desselben vergrößerte oder verbreiterte Teile 5, 6 vorgesehen, die Sammelbehälter bilden und mit Abzweigleitungen 7, 8 versehen sind. Die äußeren Enden der Rohre 2 sind im Inneren dieser Sammelbehälter dergestalt gebogen, daß dieselben auseinanderlaufen, was die Ausführung guter Schweißnähte an diesen Rohren ermöglicht, und sich in einheitlicher Form im Querschnitt in diesen Sammelbehältern verteilen.

Man kann vorteilhafterweise längs der längsseitigen Ränder 9, 10 des Röhrenkühlers Bleche od. dgl. 11 anordnen, die innere Umlenkbleche bilden und so dazu führen, daß die Flüssigkeit ausschließlich in dem durch das Röhrenbündel eingenommenen Raum läuft.

Es ergibt sich somit, daß die beschriebene Anordnung die Erzielung eines Röhrenbündels gestattet, bei dem jedes Rohr eine große Elastizität aufweist und sich somit praktisch ungehindert ausdehnen oder zusammenziehen kann. Dieser Vorteil ist insbesondere deshalb besonders ausgeprägt, da die im Zyklus geführte Betriebsweise dieses Röhrenkühlers kontinuierlich zwischen den verschiedenen Rohren zu erheblichen Temperaturschwankungen führt.

Weiterhin gestattet es diese Anordnung, Röhrenkühlereinheiten herzustellen, die einen geringen Raumbedarf und einen geringen Durchtrittsquerschnitt für die äußere Flüssigkeit aufweisen, wobei für diese Flüssigkeit eine große, nach oben gerichtete Geschwindigkeit ermöglicht wird.

Naturgemäß können verschiedene abgewandelte Formen des beschriebenen Röhrenkühlers hergestellt

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werden. So kann man auf Grund der im Zyklus geführten Arbeitsweise des Röhrenbündels und insbesondere auf Grund der Anzahl der jede der Gruppen bildenden Rohre, Ebenen, wie A, B1 C ..., in einer Anzahl vorsehen, die gleich einem Mehrfachen oder einem Bruchteil der Anzahl der Rohre ist, die in jeder dieser Gruppen vorliegen, und zwar dergestalt, daß jedesmal eine einheitliche Unterteilung der gleichen Art vorliegt, wie sie weiter oben geschildert ist. ίο Patentansprüche:

1. Stehender Röhrenkühler für einen Kernreaktor zur Durchführung von Kontrollmaßnahmen an heißem radioaktivem Strömungsmittel, bei dem jedes der zahlreichen Einzelrohre in einer Ebene zickzackförmig gebogen ist, die Rohre in mehreren derartigen, in geringem Abstand voneinander vorgesehenen Biegeebenen angeordnet und in einem rechteckigen Gehäuse untergebracht sind, dadurchgekennzeichnet, daß mehrere zickzackförmig gebogene Rohre (2) in einer Biegeebene (A, B, C₁ D) angeordnet und nach Art einer Verzahnung in an

sich bekannter Weise ineinandergeschoben sind, wobei die senkrecht zu den Biegeebenen (A, B, C, D) gemessene Teilung der Rohre (2) am Durchgang durch die Rohrplatten größer ist als der Abstand zweier benachbarter Biegeebenen (A, B, C, D).

2. Röhrenkühler nach Anspruch 1, bei dem die den Durchfluß der Rohre steuernden Armaturen gruppenweise gleichzeitig betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppierung derart vorgenommen ist, daß die zu derselben Gruppe gehörenden Rohre (2) einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen.

3. Röhrenkühler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zu einer Gruppe gehörigen Rohre in einer anderen Biegeebene (A, B, C, D) liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 684169, 612 926,
931;

deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1767 055;
französische Patentschrift Nr. 841618;
USA.-Patentschriften Nr. 2 730 265, 1456 255.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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