DE1274252B - Waermeuebertrager fuer eine Atomkernreaktoranlage - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

F28d

Deutsche Kl.: 21g-21/22

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 74 252.8-33 (S 100391)

6. November 1965

1. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager für eine Atomkernreaktoranlage, der aus durch Berührung mit dem Primärkühlmittel des Reaktors beheizten, von Arbeitsmittel im Zwangdurchlauf durchströmten Bündeln von jeweils mehreren, parallel zueinander angeordneten Rohrtafeln besteht, von denen jede aus einer Anzahl von im wesentlichen horizontalen, zueinander parallelen, in Strömungsrichtung des die Tafeln umströmenden Primärkühlmittels hintereinander angeordneten und von diesem quer angeströmten Rohrschenkeln gebildet ist.

Bei dem in der französischen Patentschrift 1408 488 beschriebenen Wärmeübertrager dieser Art sind die jeweils eine Rohrtafel bildenden Rohrschenkel durch Rohrbogen verbunden, so daß sich je Tafel eine Rohrschlange ergibt. Diese Rohrschlangen müssen an einem besonderen Traggerüst abgestützt werden, wobei noch besondere konstruktive Maßnahmen zu treffen sind, um Wärmedehnungen zwischen der Rohrschlange und dem Traggerüst zu ao ermöglichen.

In der deutschen Patentschrift 413 242 ist ein Wasserrohrkessel beschrieben, bei dem die Dampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip in schrägen Wasserrohren stattfindet, die zwischen zwei senkrechten Kammern angeschlossen sind, so daß sich ein rohrtafelartiges Gebilde ergibt. Die nebeneinander befindlichen Kammern jeweils zweier einander benachbarter Gebilde sind zu einer Doppelkammer verbunden. Die so gebildeten Doppelrohrtafeln sind über Stangen an einem Traggerüst aufgehängt und direkt durch das Feuer beheizt. Nach einem ähnlichen Prinzip aufgebaut und aufgehängt sind die rohrtafelartigen Gebilde von im Naturumlauf arbeitenden Wasserrohrkesseln, die in den britischen Patentschriften 138 606, 381 020 beschrieben sind.

Leiterartige Rohrtafeln eines Wasserrohrkessels, die direkt von der Feuerung beheizt sind, sind in der schweizerischen Patentschrift 172 832 beschrieben. Die Holmrohre dieser Tafeln sind jedoch nicht durch Querwände in Kammern unterteilt, so daß auch in diesen Rohrtafeln das Arbeitsmittel nach dem Naturumlaufprinzip zirkuliert. Würde man diese Rohrtafeln in Wärmeübertrager für Kernreaktoranlagen einsetzen, so bestünde das Querstromprinzip zwisehen dem Primärkühlmittel und dem Arbeitsmittel, was ungünstig ist, weil sich keine gleichmäßige Austrittstemperatur des Primärkühlmittels ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu schaffen, für dessen Rohrtafeln kein Traggerüst notwendig ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß da-Wärmeübertrager für eine
Atomkernreaktoranlage

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans Nyffenegger, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 1. November 1965 (15 063)

durch gelöst, daß jede Tafel in an sich bekannter Weise als selbsttragende Leiter ausgebildet ist, indem die Rohrschenkel jeder Tafel an zwei vertikalen Holmrohren sich in ein und derselben Ebene zwischen diesen Holmrohren erstreckend angeschlossen sind, und daß die Holmrohre innen durch Querwände in Kammern unterteilt sind, in die mindestens je zwei Rohrschenkel münden. Der neue Wärmeübertrager hat den Vorteil, daß seine Rohrtafeln infolge ihrer selbsttragenden Eigenschaft auf einfache Weise abgestützt werden können, indem jede Rohrtafel auf einen Träger gestellt wird. Mit ihrem oberen Ende werden die Tafeln dann einfach an die den Wärmeübertrager umgebende Wandung angelehnt, oder sie werden durch die der Arbeitsmittelzufuhr oder -abfuhr dienenden Verbindungsleitungen in ihrer Lage gehalten. Da somit kein Traggerüst mehr für die Tafeln notwendig ist, entfallen auch die sonst auftretenden Schwierigkeiten wegen der Wärmedehnung der Rohrtafeln und der Kühlung der Abstützung zwischen Traggerüst und Rohrtafeln.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sind die Holmrohre benachbarter Rohrtafeln seitlich gegeneinander versetzt angeordnet.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Kernreaktoranlage mit erfindungsgemäßen Wärmeübertragern,

809 588/399

F i g. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V inFig. 1,

F i g. 3 eine Rohrtafel des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, teilweise in Ansicht und teilweise geschnitten,

Fig. 4 den in Fig. 3 gestrichelt eingerahmten Ausschnitt C der Rohrtafel in größerem Maßstab und

F i g. 5 einen Horizontalschnitt durch die Holmrohre zweier benachbarter Rohrtafeln.

Gemäß F i g. 1 ist in einem druckfesten Bau B, z. B. aus Beton, ein Reaktorkern R untergebracht. Unterhalb dieses Reaktorkerns befinden sich in einem Kanal K die erfindungsgemäßen bündeiförmigen Wärmeübertrager E, deren Bündel aus mehreren, parallel zueinander angeordneten Rohrtafeln bestehen. Mit A sind Abdeckbleche bezeichnet, die den Zwischenraum zwischen den Wärmeübertragern und den Wänden des Kanals K abdichten. Das den Reaktorkern kühlende Wärmeübertragungsmittel, z. B. CO₂, durchströmt den Reaktorkern R von oben nach unten, umströmt dann die Rohrtafeln der Wärmeübertrager E und wird über Umwälzleitungen L mittels Umwälzgebläsen U wieder nach oben geleitet, um von neuem den Reaktorkern zu durchströmen. Beim Durchströmen der Wärmeübertrager werden deren Rohrtafeln durch Berührung beheizt, wobei das Wärmeübertragungsmittel seine im Reaktorkern R aufgenommene Wärme an das in den Wärmeübertragern strömende Arbeitsmittel abgibt.

Die bündeiförmigen Wärmeübertrager sind in größerer Anzahl, wie in F i g. 2 dargestellt, über den Querschnitt des Kanals K verteilt in diesem untergebracht. Jeder Wärmeübertrager E kann von vier vertikalen Wänden umgeben sein. Den Abdeckblechen A entsprechende Abdeckbleche in Streifenform können zur Abdeckung der Zwischenräume zwischen benachbarten Wärmeübertragern E Verwendung finden.

Gemäß F i g. 3 besteht eine Rohrtafel 1 aus siebzehn Rohrschenkeln 2 und zwei Holmrohren 3 und 4. Die Rohrschenkel 2 werden von dem Wärmeübertragungsmittel, dessen Strömungsrichtung durch den Pfeil 20 angedeutet ist, quer angeströmt und liegen in Strömungsrichtung dieses Mediums hintereinander. Die Hohnrohre weisen in Abständen, die der Teilung der Rohrschenkel 2 entsprechen, Aushalsungen 5 (F i g. 4) auf, über die die Rohrschenkel 2 mit den Holmrohren z. B. durch Schweißen verbunden sind. Die Holmrohre sind durch Querwände 6 in Kammern 7 unterteilt, die sich über je zwei Rohrschenkel- go teilungen erstrecken. Die Querwände sind in den beiden Holmrohren so angebracht, daß sie zueinander um eine Rohrschenkelteilung versetzt sind. Dadurch ergibt sich eine durchgehende Reihenschaltung aller siebzehn Rohrschenkel. Die Querwände 6 können dadurch hergestellt werden, daß Platten entsprechender Größe in das betreffende Holmrohr eingeführt und auf der bestimmten Höhe befestigt werden. Dies kann durch eine Lochschweißung 8 oder durch eine Elektronenstrahlschweißung 9 geschehen, wie sie in F i g. 4 rechts bzw. links dargestellt ist. Es ist dabei nicht notwendig, daß die Platten 6 die Kammern? vollkommen dicht voneinander abschließen. Es kann vielmehr vorteilhaft sein, wenn ein kleiner Teil des durch die Rohrschenkel und die Kammern 6g strömenden Arbeitsmittels im Bypass von Kammer zu Kammer strömt, da dann ein Stagnieren des Arbeitsmittels in den Toträumen 10 und 11 vermieden wird.

Die Rohrschenkel 2 können einen glatten Außenmantel haben oder außen mit Rippen 12 versehen sein. Die Rippen 12 können kreisscheibenförmig sein oder schraubenlinienförmig verlaufen.

In F i g. 3 ist die unterste Kammer 7 des Holmrohres 4 mit einer Arbeitsmittelzufuhrleitung 13 verbunden, während vom obersten Ende des Hohnrohres 3 eine Arbeitsmittelabfuhrleitung 14 abzweigt. Die Leitungen 13 und 14 sind mit einem Verteiler 15 bzw. Sammler 16 verbunden. Der Verteiler 15 und der Sammler 16 erstrecken sich rechtwinklig zur Zeichenebene, und an ihnen sind weitere Leitungen 13 bzw. 14 angeschlossen, die mit Rohrtafeln verbunden sind, die der Rohrtafel 1 entsprechen. In F i g. 3 ist außerdem mit gestrichelten Linien eine Rohrtafel 1' angedeutet, die unmittelbar hinter der Rohrtafel 1 angeordnet und die gleich aufgebaut ist wie die Rohrtafel 1, aber ein eigenes Arbeitsmittelzuführsystem 13', 15' und ein eigenes Arbeitsmittelabführsystem 14', 16' aufweist. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager wird somit aus sich abwechselnden Rohrtafeln 1 und 1' aufgebaut. Durch die Holmrohre 3 und 4, an die die Enden der Rohrschenkel 2 angeschlossen sind, ist jede Rohrtafel als selbsttragende Leiter ausgebildet, wobei die Rohrschenkel 2 die Sprossen der Leiter bilden. Jede Rohrtafel wird auf einer Unterlage 17, z. B. einem nicht näher dargestellten Tragrost, abgestützt. Der Tragrost besteht vorzugsweise aus Hohlträgern, deren Innenraum in den Kreislauf des die Rohrtafeln durchs strömenden Arbeitsmittels eingeschaltet ist.

Als Arbeitsmittel kann den Rohrtafeln z. B. Wasser zugeführt werden, das sich über die Verteiler 15 und 15' auf die Rohrtafeln 1 und 1' verteilt, diese durchströmt und dabei verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird. Der Dampf gelangt dann in die Sammler 16 und 16', von denen aus er über Sammelleitungen 18 und 18', die sich gegebenenfalls vereinigen können, zu nicht dargestellten Verbrauchern geführt wird.

Während bei der Anordnung nach Fig. 3 die Hohnrohre der Rohrtafeln 1 und 1' in der Richtung rechtwinklig zur Zeichenebene hintereinander liegen, sind die Hohnrohre bei der Anordnung nach F i g. 5 seitlich etwas gegeneinander versetzt. Dadurch wird der Abstand t der Rohrtafeln voneinander etwas kleiner, was mitunter aus Gründen der Wärmeübertragung oder der Konstruktion wünschenswert ist.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Querwände 6 so verteilt sein, daß größere Kammern 7 als in F i g. 3 dargestellt entstehen. Zu einer Kammer gehören dann vier, sechs oder acht Rohrschenkel, und die Kammern dienen dann als Zwischenkollektoren.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärmeübertrager für eine Atomkernreaktoranlage, der aus durch Berührung mit dem Primärkühlmittel des Reaktors beheizten, von Arbeitsmittel im Zwangdurchlauf durchströmten Bündeln von jeweils mehreren, parallel zueinander angeordneten Rohrtafeln besteht, von denen jede aus einer Anzahl von im wesentlichen horizontalen, zueinander parallelen, in Strömungsrichtung des die Tafeln umströmenden Primärkühlmittels hintereinander angeordneten und von diesem quer angeströmten Rohrschenkeln gebildet ist,

dadurch gekennnzeichnet, daß jede Tafel (1) in an sich bekannter Weise als selbsttragende Leiter ausgebildet ist, indem die Rohrschenkel (2) jeder Tafel an zwei vertikalen Hohnrohren (3, 4) sich in ein und derselben Ebene zwischen diesen Holmrohren erstreckend angeschlossen sind, und daß die Holmrohre (3, 4) innen durch Querwände (6) in Kammern (7) unterteilt sind, in die mindestens je zwei Rohrschenkel (2) münden.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohnrohre (3, 4) benachbarter Rohrtafeln (1) seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind.

IO In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 413 242;
schweizerische Patentschrift Nr. 172 832;
britische Patentschriften Nr. 138 606, 381 020.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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