DE1257157B

DE1257157B - Rohrsystem fuer das aus einem Kernreaktor in ein Waermetauschersystem mit zueinander parallelen geraden Waermetauscherrohren einstroemende Stroemungsmittel

Info

Publication number: DE1257157B
Application number: DEH38781A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-03-09
Filing date: 1960-02-29
Publication date: 1967-12-28
Also published as: NL249238A; US3205939A; GB949778A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F22b

Deutsche KL: 13 g - 7

Nummer: 1 257 157

Aktenzeichen: H 387811 a/13 g

Anmeldetag: 29. Februar 1960

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Rohrsystem für das aus einen Kernreaktor in ein Wärmetauschersystem mit zueinander parallelen geraden Wärmetauscherrohren einströmende Strömungsmittel, wobei die Wärmetauscherrohre einerseits an das Ende einer axialen Hauptleitung über einen etwa hohlkugelförmigen Verteilerkopf und über symmetrisch radial angeordnete, jeweils kreisbogenförmig nach unten abgekrümmte Leitungen und andererseits in gleicher Weise an einen Strömungsmittelaustritt angeschlossen sind. Bei derartigen Rohrsystemen muß darauf geachtet werden, daß die verschiedenen Wärmetauscher alle möglichst gleichmäßig zum Wärmeaustausch herangezogen werden. Dies ist bekanntlich dann der Fall, wenn die im Wärmeaustausch stehenden Medien unter genau gleichen Geschwindigkeits-, Druck- und Temperaturbedingungen zugeführt werden.

Bei einem bekannten Rohrsystem sind, um einen möglichst gleichmäßigen Kontakt zwischen den im Wärmeaustausch stehenden Medien zu erhalten, die von den Verteilerköpfen ausgehenden und zu den eigentlichen Wärmetauscherrohren führenden Leitungen je nach ihrer Anschlußstelle am Verteilerkopf unterschiedlich lang, wobei auch die zu den einzelnen Verteilerköpfen führenden Sammelleitungen nicht nur unterschiedlich lang, sondern auch völlig unterschiedlich verlegt werden. Bei einem derartigen Rohrsystem liegen keine identisch gleichen Strömungsverhältnisse in den einzelnen Strömungsbahnen vor, d. h. es herrschen unterschiedliche Geschwindigkeits-, Druck- und Temperaturbedingungen in den verschiedenen Strömungswegen, und zwar im wesentlichen infolge der unterschiedlichen Länge der einzelnen Verbindungsleitungen zwischen den Verteilerköpfen und den eigentlichen Wärmetauscherrohren.

Zur Erlangung eines gleichmäßigen Wärmeaustausches in den einzelnen Wärmetauschern ist es bereits bekannt, das Heizmedium auf eine Anzahl von Wärmetauschergruppen zu verteilen, die an das zuströmende Heizmedium in Parallelschaltung angeschlossen sind; trotzdem wird aber keine gleichmäßige Verteilung des Heizmediums auf die verschiedenen Wärmetauscher erzielt, weil die zu den einzelnen Wärmetauschergruppen führenden Zweigleitungen in die Gruppen exzentrisch einmünden, weshalb sich unterschiedliche Zuführungswege zu den Wärmetauschern ergeben. Überdies bringt bei dieser bekannten Anordnung die vielfach rechtwinklige Umlenkung der Strömungswege einen erheblichen Druckabfall innerhalb des Rohrsystems mit sich, wodurch die Unregelmäßigkeit in den einzelnen Strömungswegen noch erhöht wird.

Rohrsystem für das aus einem Kernreaktor
in ein Wärmetauschersystem mit zueinander
parallelen geraden Wärmetauscherrohren
einströmende Strömungsmittel

Anmelder:

Andre Huet, Paris

Vertreter:

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

Dipl.-Ing. G. Dannenberg,

Dr. V. Schmied-Kowarzik und Dr. P. Weinhold,

Patentanwälte,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Als Erfinder benannt:
Andre Huet, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. März 1959 (788 832)

Weiterhin ist ein Rohrsystem einer Wärmetauscheranlage bekannt, bei dem von der Hauptzuführungsleitung eine Reihe unterschiedlich abgekrümmter Zweigleitungspaare ausgehen, die nicht nur infolge unterschiedlicher Krümmungen, sondern auch infolge unterschiedlicher Längen zu unterschiedlichen Strömungswiderständen führen. Für die Wärmetauscher eines Kernreaktors, bei dem es auf eine genau gleichmäßige Verteilung des Heizmediums auf die einzelnen Wärmetauscher besonders ankommt, sind solche Rohrsysteme ungeeignet.

Die Aufgabe, ein Strömungsmittel in völlig gleichmäßiger Verteilung zu einer Gruppe von Wärmetauschern zu bringen, ist an sich bereits bekannt. Da diese Patentschrift jedoch einen parallelgeschalteten Anschluß einer Vielzahl von Kesseln an ein gemeinsames Rohrsystem mit je einem waagerechten zylindrischen Wasser- und Dampfbehälter behandelt, gibt diese bekannte Anordnung keine Anregung, wie ein aus einer einzigen Leitung ankommendes Strömungsmittel in völlig identischer Verteilung auf eine Vielzahl von Wärmetauschern verteilt werden soll. Bei dieser bekannten Anordnung sind die beiden Behälter außerdem so lang, daß die parallel nebeneinander angeschlossenen Rohrleitun-

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gen der einzelnen Heizkessel mit dem ihnen zugehörigen Abschnitt der beiden genannten Behälter praktisch voneinander unabhängige eigene Kreisläufe bilden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sämtliche bekannten Anordnungen, auch wenn bei ihnen eine möglichst gleichmäßige Strömungsverteilung angestrebt worden ist, bisher zu keinem völlig befriedigenden Ergebnis geführt haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn man ein an einen Kernreaktor angeschlossenes Wärmetauschersystem betrachtet, bei dem eine viel genauere Regelmäßigkeit und Gleichmäßigkeit als bei anderen Wärmetauscheranlagen notwendig ist, um eine gleichmäßige Durchsatzmenge je Zeiteinheit insbesondere des strömenden Heizmediums zu verwirklichen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es bei Kernreaktoranlagen unbedingt notwendig ist, daß das nach dem Wärmeaustausch wieder in den Reaktor zurückgeführte Medium eine absolut konstante und gleichmäßige Temperatur hat. Diese Bedingung ist bei den bisher bekannten Rohrsystemen nicht erfüllt, da sich bei den bekannten Rohrsystemen infolge der verschiedenartig gestalteten Anschlüsse und Leitungen Ungleichmäßigkeiten beim durchströmenden Medium ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen und Rohrsysteme zu beheben und ein Rohrsystem für das aus einem Kernreaktor in eine Wärmetauscheranlage einströmende Strömungsmittel zu schaffen, wobei in dem Rohrsystem das aus dem Reaktor austretende Heizmedium in genau gleichen Strömungswegen auf die einzelnen Wärmetauscher verteilt werden soll, um in allen Zweigleitungen gleiche Druckverluste, gleiche Durchsätze und damit auch gleiche Wärmeübertragungen mit gleichen Endtemperaturen zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Rohrsystem vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die in an sich bekannter Weise in Form und Ausführung gleich ausgebildeten Verteilerleitungen alle strahlenförmig entlang der Oberfläche einer wenigstens annähernd halbkugelförmigen gedachten Kappe verlaufen und an ihren unteren Enden über gleichartige, auf einem gemeinsamen, zur Hauptzuführungsleitung konzentrischen Kreis liegende Verteilerköpfe mit weiteren, unter sich in Form und Ausführung gleichen und an die Verteilerköpfe gleichartig strahlenförmig anschließenden Verteilerleitungen verbunden sind, deren untere Enden entweder nach einer weiteren gleichartigen Verteilung oder unmittelbar an die Wärmetauscherrohre angeschlossen sind, wobei die gleichartigen unteren Rücklaufleitungen mit balgartigen Dehnungsabschnitten versehen sind.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Rohrsystems wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in äußerst zufriedenstellender Weise gelöst, d. h. das aus dem Reaktor austretende Heizmedium wird besser als bei den bekannten Rohrsystemen in genau gleichen Strömungswegen auf die einzelnen Wärmetauscher verteilt, so daß sich gleiche Durchsätze und gleiche Druckverluste und damit auch gleiche Wärmeübertragungen mit gleicher Endtemperatur ergeben, wodurch ein gleichmäßiger und wirkungsvoller Wärmeaustausch gewährleistet ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 das erfindungsgemäße Rohrsystem einschließlich Wärmetauschern in einer schematischen Seitenansicht und

F i g. 2 eine gleichartige, jedoch perspektivisch gehaltene Ausschnittdarstellung eines etwas abgewandelten Verteilerkopfes eines Rohrsystems gemäß Fig. 1.

Ein in nicht besonders dargestellter Weise aus einem Kernreaktor herausführendes Rohrö für das

ίο Heizmedium weist an seinem nach unten gerichteten Ende einen radial etwas sphärisch ausgeweiteten, unten geschlossenen Verteilerkopf c auf, von dem an jeweils einer Anschlußstelle d¹, d² und d³ radial gleichmäßig verteilt Zweigleitungen e¹, e² und e³ ausgehen, die ihrerseits in etwa halbkreisförmigen Bögen zu jeweils einer darunter befindlichen Abzweigungsstelle Z¹ bzw. /², /³ führen. Die Abzweigungsstellen f¹, /² und f³ weisen ebenfalls je eine etwa kugelschalenförmige und untereinander gleiche Gestalt auf, wobei aus jeder Abzweigungsstelle in einer wenigstens angenähert waagerechten Querebene weitere etwa halbkreisförmig nach unten gekrümmte Verbindungsleitungen g¹, g² und g^z ausgehen, die ebenfalls entlang dem Umfang der Abzweigungsstelle gleichmäßig verteilt sind. Mit ihrem unteren, zugleich austrittsseitigen Ende sind die Verbindungsleitungen g¹, g² und g⁸ jeder Abzweigungsstelle f¹ bzw. /², /³ mit dem oberen Ende eines etwa stabförmigen Wärmetauschers a verbunden, woraus sich zugleich ergibt, daß auch die Wärmetauschers α jeder Gruppe symmetrisch um die zugehörige Abzweigungsstelle herum, jedoch entsprechend tiefer gelegen, verteilt sind.

Aus dieser Beschreibung des Rohrsystems ergibt sich, daß alle Zweigleitungen e¹, e² und e³ sowie alle Verbindungsleitungen g¹, g² und g³ untereinander eine gleiche Länge und Gestalt aufweisen und Abzweigungsstellen, d. h. insbesondere die Anschlußstellen d¹, d- und d^s und Abzweigungsstellen f¹, f* und P untereinander eine genau gleiche Gestalt aufweisen.

An die Wärmetauscher α schließen unten Leitungen 1 an, die über je einen balgartigen Dehnungsabschnitt η in ein Sammelrohr m einmünden. Durch die Dehnungsabschnitten werden Wärmedehnungen und Torsionsspannungen aufgenommen, die durch Temperaturunterschiede zwischen den oberen und unteren Teilen des Rohrsystems auftreten können.

Bei dem abgewandelten Rohrsystem gemäß F i g. 2 gehen vom Verteilerkopf c in ebenfalls gleichmäßiger Verteilung und etwa radial vier Zweigleitungen A¹, h², h³ und h^l aus. Auch diese Zweigleitungen sind etwa halbkreisförmig nach unten gekrümmt und münden in je eine Abzweigungsstelle i¹ bzw. i², i⁵ und /⁴ ein, die grundsätzlich genauso wie die Abzweigungsstellen g¹, g² und g³ des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet sind. Von jeder Abzweigungsstelle gehen vier Verbindungsleitungen/¹, j* usw. aus, die ebenfalls etwa halbkreisförmig gekrümmt und in nicht besonders dargestellter Weise mit einem Wärmetauscher α verbunden sind. Dabei können die Abzweigungsstellen i¹, i², i³ und i* in unterschiedlicher Höhe angeordnet sein, wodurch eine Unterverteilung entlang einer ungleichmäßig gekrümmten Fläche möglich ist.

Claims

Patentanspruch:

Rohrsystem für das aus einem Kernreaktor in ein Wärmetauschersystem mit zueinander par-

allelen geraden Wärmetauscherrohren einströmende Strömungsmittel, wobei die Wärmetauscherrohre einerseits an das Ende einer axialen Hauptleitung über einen etwa hohlkugelförmigen Verteilerkopf und über symmetrisch radial angeordnete, jeweils kreisbogenförmig nach unten abgekrümmte Leitungen und andererseits in gleicher Weise an einen Strömungsmittelaustritt angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise in Form und Ausführung gleich ausgebildeten Verteilerleitungen (e bzw. /2) alle strahlenförmig entlang der Oberfläche einer wenigstens annähernd halbkugelförmigen gedachten Kappe verlaufen und an ihren unteren Enden über gleichartige, auf einem gemeinsamen, zur Hauptzuführungsleitung (b) konzentrischen Kreis liegende Verteilerköpfe (/ bzw. i) mit weiteren, unter sich in Form und Ausführung gleichen und an die Verteilerköpfe (/ bzw. i) gleichartig strahlenförmig anschließenden Verteilerleitungen {g bzw. /) verbunden sind, deren untere Enden entweder nach einer weiteren gleichartigen Verteilung oder unmittelbar an die Wärmetauscherrohre (α) angeschlossen sind, wobei die gleichartigen unteren Rücklaufleitungen (/, m) mit balgartigen Dehnungsabschnitten («) versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Ausgelegte Unterlagen der deutschen Patentanmeldung D14473XII/47f (bekanntgemacht 15 am 31. 3.1955);

USA.-Patentschriften Nr. 686900, 2609 798,
664 346.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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