DE1426734C

DE1426734C - Liquid metal heated steam generator or superheater

Info

Publication number: DE1426734C
Authority: DE
Inventors: John Taylor Derek London Allen
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Publication date: 1971-02-11

Description

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Die Erfindung betrifft flüssigmetallbeheizte austauscherrohre, wenn die Schweißstellen außerhalb Dampferzeuger oder Überhitzer, bei welchen der des Kontaktes mit dem flüssigen Metall gehalten wer-Dämpf in U-Rohr-Wärmetauschelementen in einem den sollen.The invention relates to liquid metal heated exchanger tubes when the welds are outside Steam generator or superheater, in which the contact with the liquid metal is kept - steam in U-tube heat exchange elements in one of the should.

druckdichten Gefäß erzeugt oder überhitzt wird und Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diepressure-tight vessel is generated or overheated and the invention is based on the object

die Verbindung dieser Elemente mit den Ein- und 5 Gasräume über jeden Strömungsweg des flüssigen Austrittssammlern in Gasräumen liegen. Die Ent- Metalls möglichst klein zu machen und eine Aripaswicklung von Dampferzeugern dieser Art ist zur Zeit sung an den Druckabfall der unterschiedlichen Strödurch den Wünsch angeregt worden, die ausgezeich- mungswege zu ermöglichen.the connection of these elements with the single and 5 gas spaces via each flow path of the liquid Outlet headers lie in gas compartments. To make the Ent metal as small as possible and an Aripas winding of steam generators of this type is currently the solution to the pressure drop of the different currents the request was made to enable the award paths.

nete Wärmeübertragung von flüssigen Metallen, wie Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß derNete heat transfer from liquid metals, such as the object is achieved in that the

z. B. Natrium, auszunutzen. io Strömungsweg des Flüssigmetalls über die Wärme-z. B. sodium to exploit. io flow path of the liquid metal via the heat

Für die Übertragung der Wärme von heißem austauschelemente hinweg einen Abwärtsabschniit, Natrium auf Wasser zur Erzeugung von Dampf er- dem ein Aufwärtsabschnitt folgt, aufweist und daß geben sich ganz besondere Fragen und Überlegungen. die Gasräume über diesen Abschnitten gegeneinander Bekanntlich reagieren die beiden Medien bzw. Strö- druckdicht abgeschlossen sind, so daß das darin bemungsmittel heftig miteinander, dürfen also nicht mit- 15 findliche Gas unterschiedliche Drücke während des einander in Berührung kommen. In bezug auf die Betriebs aufzuweisen vermag.For the transfer of heat away from hot exchange elements, a downward section, Sodium on water to generate steam followed by an upward section, and that there are very special questions and considerations. the gas spaces above these sections against each other As is known, the two media react or are closed in a pressure-tight manner, so that the means therein violently with each other, so must not be sensitive gas different pressures during the come into contact with each other. With regard to the operating can show.

Stahlarten, die normalerweise für Heizungsrohre in Der neue Dampferzeuger oder Überhitzer hat einenTypes of steel normally used for heating pipes in the new steam generator or superheater has one

Betracht gezogen werden, hat flüssiges Natrium kor- guten Wirkungsgrad und kann relativ wirtschaftlich radierende Wirkungen, so daß die Gefahr des direk- erstellt werden.Be considered, liquid sodium is cor- rectly efficient and can be relatively economical erasing effects, so that the danger of being direc- tively created.

ten Kontaktes der beiden Flüssigkeiten besteht. ao Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ge-th contact of the two liquids exists. ao A further development of the invention is thereby

Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen werden kennzeichnet, daß die Rohre zwei Schenkel aufweibereits gewisse Maßnahmen angewendet, die dazu sen mit dem einen Ende an einer Heizrohrwarrd eines dienen sollen, das Risiko eines direkten Kontaktes ringförmigen Eintrittssammlers und mjt dem anderen der beiden Strömungsmittel zu verringern. Eine der- Ende an einer Heizrohrwand eines ringförmigen Ausartige Maßnahme besteht z. B. darin, daß alle Rohr- »5 trittssammlers befestigt sind und die Heizrohre die schweißungen, z. B. die Rohr-Heizrohrwand-Schwei- obere Wand des Gehäuses bilden, wobei die Rohre ßungen, dort angeordnet werden, wo sie nicht dem ein ringförmiges in das Gehäuse hinabhängendes, von Natrium direkt ,ausgesetzt sind, wobei die Rohre den Heizrohrwänden getragenes Rohrbündel bilden, irgendeine beliebige fabrikmäßige kontinuierliche und zwischen den Rohrschenkeln eine die aufwärts Länge aufweisen. Bei der anderen Methode wird in 30 und abwärts gerichteten Stromwege bildende Trenn-Betracht gezogen, daß eine gewisse, wenn auch sehr wand angeordnet ist, die mit ihrem oberen Ende die schwache Möglichkeit eines zufälligen direkten Kon- Gasräume gegeneinander abgrenzt und zwischen den taktes der Strömungsmittel hingenommen werden Heizrohrwänden mit dem Gehäuse fest verbunden ist. kann, wenn nach dem Baukastenprinzip konstruiert Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist dieWith these facts in mind, it is indicated that the pipes are already opened with two legs Certain measures applied, which sen with one end to a Heizrohrwarrd one should serve, the risk of direct contact ring-shaped inlet collector and mjt the other of the two fluids to decrease. One of the ends on a heating tube wall of an annular shape Measure consists z. B. in the fact that all pipe »5 step collector are attached and the heating pipes welds, e.g. B. form the pipe heating pipe wall welding upper wall of the housing, the pipes ßungen, are arranged where they do not depend on an annular in the housing of Sodium directly, with the tubes forming a tube bundle supported by the heating tube walls, any factory continuous and between the pipe legs one upwards Have length. In the other method, separation considerations are made in 30 and downstream flow paths drawn that a certain, albeit very wall, is arranged, which with its upper end the weak possibility of accidental direct con- gas spaces delimiting each other and between the Tactes of the fluid are accepted, the heating tube walls are firmly connected to the housing. can, if constructed according to the modular principle. According to one embodiment of the invention, the

wird, da die Menge des an der schadhaften Stelle in 35 Trennwand hohl und weist nahe den sich gegenüber-Reaktion tretenden Natriums gering ist. Der Nachteil liegenden Enden Öffnungen auf, die eine beschränkte dabei liegt jedoch darin, daß die Konstruktionskosten Strömung des Flüssigmetalls innerhalb und entlang anwachsen, je mehr unterteilt wird. der Trennwand zulassen, während die druckdichtebecomes, as the amount of the at the defective point in 35 partition hollow and indicates close to the opposite reaction occurring sodium is low. The disadvantage lies in the openings on the ends, which is a restricted one however, this resides in the fact that the construction costs flow of the liquid metal within and along it increase the more it is divided. allow the partition wall while the print tightness

Um die Rohr/Rohrboden-Schweißungen oder Trennung der Gasräume voneinander aufrechterhalandere derartige Verbindungen, wie sie z. B. zwi- 40 ten bleibt.To maintain the tube / tubesheet welds or separation of the gas spaces from one another such compounds as z. B. stays between 40.

sehen den dampferzeugenden Wärmeaustauschele- Bei Verwendung von flüssigen Leichtmetallen, ζ. Β.see the steam-generating heat exchange element When using liquid light metals, ζ. Β.

menten und den Sammel- oder Endkammern dafür den einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden bestehen, vor dem flüssigen Metall zu bewahren, ist alkalischen Metallen, sind die Gasräume klein, so daß es bereits bekannt, eine solche Anordnung zu treffen, eine geringe Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels des daß diese Verbindungsstellen sich unter einer Gas- 45 flüssigen Metalls eine erhebliche Kompression des in atmosphäre befinden. So ist aus der Zeitschrift den Gasräumen eingeschlossenen Gases nach sich »Nucleonics«, Juni 1961, und der belgischen Patent- zieht. Auf diese Weise kann der Niveauunterschied schrift 632 910 ein Dampferzeuger bekannt, bei dem zwischen dem nach oben und dem nach unten gerichunter Verwendung von flüssigem Metall als Wärme- teten Strömungsweg klein gehalten werden. Große träger der Dampf in Wärmetauschelementen erzeugt 50 Druckgefälle in den Strömungswegen können hingewird, und die Verbindung dieser Elemente mit den nommen werden, da der Niveauunterschied vernach-Endkammern in gasgefüllten Räumen liegt. In der lässigt werden kann und Änderungen als Ergebnis Anlage nach »Nucleonics« sind in der thermischen von Druckgefälleschwarikungen klein sind. Dieser Abschirmung über dem Flüssigkeitsspiegel Öffnungen Spielraum bezüglich des Druckgefälles bedeutet, daß vorgesehen, welche die Gasräume miteinander ver- 55 die Rohrabstände geringer sein können, was zwei binden, so daß sich die Drücke ausgleichen. Beim Vorteile mit sich bringt, nämlich Raumersparnis und Dampferzeuger nach der belgischen Patentschrift damit Kostenersparnis und das Vorhandensein von 632 910 enthält der Strömungsweg des flüssigen weniger flüssigem Metall für eine Reaktion im Falle Metalls über die Wärmetauschelemehte einen nach eines Schadens an irgendeiner Stelle. Ein weiterer oben gerichteten Strömungsverlauf, dem ein nach 60 Vorteil liegt darin, daß höhere Strömungsgeschwinunten gehender Strömungsverlauf folgt. Der Gasraum digkeiten des flüssigen Metalls Turbulenz für eine schließt das gesamte Volumen ein, welches durch die gute Wärmeübertragung zur Folge haben, so daß für Kopf-Sammelkammer, Steigleitungen und Abwärts- diesen Zweck vorgesehene Prallscheiben nicht mehr leitungen bedingt ist, und außerdem das Volumen, länger notwendig sind.ments and the collection or end chambers for this having a low melting point insist to save from the liquid metal is alkaline metals, the gas spaces are small, so that it is already known to make such an arrangement, a slight increase in the liquid level of the that these connection points under a gas-liquid metal a considerable compression of the in atmosphere. Thus from the magazine the gas enclosed in the gas chambers is after itself "Nucleonics", June 1961, and the Belgian patent draws. This way the level difference can 632 910 a steam generator known, in which between the up and down gerichunter Use of liquid metal as a heated flow path can be kept small. Size carrier the steam in heat exchange elements generates 50 pressure gradients in the flow paths, and the connection of these elements with the be taken, as the difference in level between the end chambers lies in gas-filled rooms. In the can be released and changes as a result System according to »Nucleonics« are in the thermal pressure gradient changes are small. This Shielding above the liquid level or openings clearance with respect to the pressure drop means that provided, which connect the gas spaces to one another, the pipe spacings can be smaller, which is two bind so that the pressures equalize. When brings advantages, namely space saving and Steam generator according to the Belgian patent thus cost savings and the presence of 632 910 contains the flow path of the liquid less liquid metal for reaction in the case Metal over the heat exchanger elements tends to damage you at any point. Another upward flow course, which according to 60 is an advantage that higher flow velocities going flow follows. The gas space condenses the liquid metal for a turbulence includes the entire volume, which result from the good heat transfer, so that for Head plenum chamber, risers and downward baffles intended for this purpose no longer lines, and also the volume, longer are necessary.

das durch einen Hilfskessel gegeben ist. Wegen dieses 65 Zur weiteren Beschreibung des Gegenstandes der beträchtlichen Gasvolumens müssen große Änderun- Erfindung werden unter Bezugnähme auf die F i g. 1 gen im Flüssigmetall-Pegel zugelassen werden. Dies und 2 einige Teile einer besonderen Ausführungsform bedingt eine beträchtliche Extrahöhe für die Wärme- eines mit flüssigem Metall beheizten Stromerzeugerswhich is given by an auxiliary boiler. Because of this 65 For a further description of the subject of the considerable gas volume, major changes must be made with reference to FIGS. 1 genes in the liquid metal level are permitted. This and FIG. 2 some parts of a particular embodiment requires a considerable extra amount for the heat of a power generator heated with liquid metal

"'-'..■■■ ³ ;■■■'- ■ ⁴ "'-' .. ■■■ ³ ; ■■■ '- ■ ⁴

beschrieben, der die verschiedenen Konstruktion- - inerten Gas, z. B. Stickstoffgas, gefüllt wird. Wenn diedescribed, the various construction - inert gas, z. B. nitrogen gas is filled. If the

merkmale und Kombinationsmöglichkeiten aufweist, Bodeneinlässe in den Überhitzer und Zwischenüber-features and combination options, floor inlets in the superheater and intermediate superheater

welche für die Erfindung charakteristisch sind, und hitzer zusammen mit dem Bodenauslaß des Ver-which are characteristic of the invention, and heaters together with the bottom outlet of the

' zwar zeigt dampfers zur Bildung eines einfachen Strömungsver-'indeed shows the steamer to form a simple flow

F i g. 1 einen teilweisen Vertikalschnitt durch einen 5 laufes des Natriums, und zwar jeweils eines einzigenF i g. 1 shows a partial vertical section through a 5 course of sodium, one at a time

Überhitzer, während aufwärtsgerichteten parallelen Strömungsweges inSuperheater, while upward parallel flow path in

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Ver- . dem Überhitzer bzw. Zwischenüberhitzer, gefolgt vonFig. 2 is a vertical section through a ver. the superheater or reheater, followed by

dämpfer wiedergibt. - einem nach unten gerichteten Strömungsverlauf indamper reproduces. - a downward flow course in

Der Dampferzeuger ist zur Aufnahme von heißem dem Verdampfer, benutzt würden, könnten alleThe steam generator is designed to take in the hot water that the evaporator could use

Natrium als Primärflüssigkeit bestimmt, das von einer io Natriumoberflächen in den drei Aggregaten mit unterSodium is determined as the primary fluid, that of one io sodium surfaces in the three aggregates with under

Schnellbrut-Kernreaktorkraftwerksanlage herrührt; gleichem Druck stehendem Gas überlagert werden,Rapid spawn nuclear reactor power plant; gas under the same pressure are superimposed,

insbesondere, handelt es sich bei diesem heißen und zwar ohne irgendeinen Niveauunterschied zwi-in particular, this is hot, without any level difference between

Natrium um das Natrium eines Zwischenkreislaufes, sehen diesen Oberflächen. Eine derartige AnordnungSodium around the sodium of an intermediate circuit, see these surfaces. Such an arrangement

in den die Wärme des Reaktorkernkühlmittels, eben- würde ein einheitliches Gasüberlagerungssystem mitin which the heat of the reactor core coolant, would also have a uniform gas overlay system

falls Natrium, abgeführt wird." Der Gegenstand der 15 einer gemeinsamen Ringleitung und einem durchif sodium is discharged. "The subject of 15 a common loop and a through

Erfindung ist aber in gleicher Weise bezüglich anderer ständig geöffnete Verbindungsleitungen zwischen denInvention is in the same way with respect to other constantly open connecting lines between the

^! flüssiger Metalle verwendbar, z. B. bezüglich der als verschiedenen Gasräumen in den Gehäusen der ^! liquid metals can be used, e.g. B. with respect to the different gas spaces in the housings

NaK bekannten Natriumlegierung, und auch bezug- Aggregate in Verbindung stehenden PuffervolumenNaK known sodium alloy, and also reference aggregates related buffer volumes

lieh anderer Anlagen, beispielsweise solchen, bei zulassen.borrowed other systems, such as those with allow.

denen das flüssige Metall durch fossile Brennstoffe ao Unter Berücksichtigung der Fig. 1 und 2 wird j erhitzt wird. jedoch sofort offensichtlich, daß der Verdampfer 10 j Der Dampferzeuger basiert auf einem unterkri- keine Bodeneinlässe, sondern obere Einlasse und ■A tischen Zwangumlaufsystem, wobei davon ausgegan- untere Auslässe aufweist, und daß der Überhitzer und gen wird, daß eine Zwischenüberhitzung für den be- Verdampfer nicht nur, wie bei der oben behandelten stimmten Zweck des Dampfkreislaufes verlangt wird. 35 vereinfachten Ausführungsform, einen einfachen Insbesondere unter Berücksichtigung der bereits be- nach aufwärts gehenden Strömüngsweg, sondern in handelten Kostennachteile wird eine Unterteilung in Wirklichkeit drei Wege aufweist, um einen vollen Einheiten nur insoweit vorgenommen, als es sich um Gegenstromwärmeaustausch zu ermöglichen, wobei getrennte Überhitzungs-, Zwischenüberhitzungs- und diese Wege im Falle des Überhitzers 11 durch eine Verdampfungsstufem handelt. Dabei ist die Wärme- 30 zentrale, einwandige Verlängerung 36 des Bodeneinkapazität der Kombination auf 200 MW(T) be- laßrohres 13, die sich an ihrem oberen geschlossenen schränkt, so daß für höhere Kapazitäten in der ge- Ende über Seitenschlitze 37 in einen sie umgebenden . samten Dampferzeugungsanlage mehrere Sätze der im Ringraum öffnet, und eine ringförmige, aus zwei Nachfolgenden beschriebenen Art notwendig werden. Wänden gebildete Trenn- oder Umlenkwand 38 ge-Fig. 1 zeigt den Überhitzer Il des Dampferzeu- 35 bildet werden, die sich in dem Ringraum nach unten gers. Der Zwischenüberhitzer ist ähnlich ausgebildet bis ein Stück über den Boden erstreckt und einen wie der Überhitzer und wird deshalb nicht beschrie- zweiten, nach unten gehenden Strömungsweg von ben. Dem Überhitzer wird von unten durch das Ein- einem dritten, nach oben gehenden Strömungsweg Iaßrohrl3 heißes Natrium zugeführt. Das Natrium trennt, der in einer Ringsammelleitung 39 ausmündet, wird von dem Überhitzer durch ein Rohr 15 abge- 40 Im Falle des Verdampfers 10 werden diese drei Wege ; leitet. Der Natriumeinlaß des Verdampfers 10 später beschrieben. Um einen gegenseitigen Abschluß (F i g. 2) ist ein Verteilungsring 35 und der Verdamp- der Gasräume oberhalb der nach unten bzw. oben fer ist mit einem Bodenauslaßrohr 27 versehen, führenden Strömungswege des Überhitzers 11 zu er-; ,Die durch nichtgezeichnete Pumpen bestimmte halten, erstreckt sich die Trenn- oder Umlenkwand Umlaufgeschwindigkeit des Natriums im Natrium- 45 38 nach oben und ist mit dem oberen Ende des kreislauf beträgt ein Mehrfaches der der Vollastver- Überhitzergehäuses fest verbunden, so daß eine dampfung entsprechenden Geschwindigkeit als Trennwand zwischen den oberhalb der bei 40 und 41 Sicherheit gegen »Dampfniederschlag« innerhalb der angedeuteten Natriumflüssigkeitsspiegel._; ,liegenden Verdampferröhrenanlage; der Hauptgrund für die . Gasräume erhalten wird. In einer der beiden Wände . Vermeidung dieses Zustandes liegt darin, daß sein 50 sind in dem oberen Teil der Trenn- bzw. _;Umlenk-Auftreten periodisch sein würde, was zu einer wieder- wand öffnungen 42 vorgesehen, die zwischen den holten Änderung des Temperaturgradienten der Rohr- Wänden einen begrenzten Fluß des durch die öffnunwandungen führen würde, mit einem sich daraus er- gen übergeströmten Natriums erlauben. Zur Begebenden Wärmespannungsermüdungseffekt. Dampf Schickung der Gasräume, z. B. mit Stickstoffgas, sind wird über eine nach unten gehende Leitung 31 dem 55 in dem Überhitzer 11 gemeinsame Gaseinlässe 43 und Überhitzer 11 zugeführt. Die Hauptdampfleitungen 44 vorgesehen. Jeder dieser Schutzgaseinlässe ist mit "des Überhitzers sind mit 32 bezeichnet. Frischwasser einem nicht dargestellten Isolier- bzw. Trennventil erreicht den Verdampfer 10 über einen ringförmigen versehen. Obwohl eine gemeinsame Quelle von unter Stutzen 65 und der Dampf wird über einen ringför- Druck stehendem Gas zur Beschickung der einzelnen migen Stutzen 66 abgeführt. 60 Gasräume am geeignetsten zu verwenden ist, ist jeder Unter Verwendung einer Gehäuse-Rohr-Konstruk- Gasraum durch das entsprechende Ventil für sich tion des Verdampfers 10, des Überhitzers 11 und des abgeschlossen, wenn die Beschickung bis zu dem Zwischenüberhitzers besteht die Maßnahme, die vorherbestimmten Druck zu Ende ist.
Rohr/Rohrboden-Schweißungen von einem direkten Eine Überlagerung mit in sich abgeschlossenen Kontakt mit dem flüssigen Natrium fernzuhalten, 65 Gasmengen bietet die Möglichkeit, durch geeignete darin, daß sichergestellt wird, daß der Flüssigkeits- Wahl des Druckes die verschiedenen Natriumflüssigspiegel des Natriums unterhalb der Schweißungen ge- keitsspiegel auf eine für eine raumsparende" Konstrukhalten wird, indem der Zwischenraum mit einem tion am besten geeignete Höhe zu bringen. In derwhich the liquid metal is heated by fossil fuels ao Taking into account Figs. 1 and 2, j. However, it is immediately apparent that the evaporator 10 j The steam generator is based on a sub-critical no bottom inlets, but upper inlets and a table forced circulation system, assuming lower outlets, and that the superheater and means that reheating for the be - Not only evaporators, as is required for the correct purpose of the steam cycle discussed above. 35 simplified embodiment, a simple one, in particular taking into account the already upward-going flow path, but rather in terms of cost disadvantages, a subdivision is actually made up of three ways to enable full units only to the extent that countercurrent heat exchange is possible, with separate overheating -, reheating and this way in the case of the superheater 11 is through an evaporation stage. The heat is 30 central, single-walled extension 36 of the bottom capacity of the combination to 200 MW (T) vent pipe 13, which narrows at its upper closed, so that for higher capacities in the end via side slits 37 in one of them surrounding. entire steam generation system, several sets of the opening in the annulus, and an annular type, described below, are necessary. Walls formed partition or baffle 38 ge-Fig. 1 shows the superheater II of the steam generator, which is located in the annulus downwards. The reheater is designed in a similar manner except that it extends slightly above the floor and is like the superheater and is therefore not described in the second, downward flow path of ben. Hot sodium is fed to the superheater from below through the inlet to a third, upward flow path Iaßrohr13. The sodium separates, which ends in a ring manifold 39, is drawn off from the superheater through a pipe 15. In the case of the evaporator 10, these three paths; directs. The sodium inlet of the evaporator 10 will be described later. To provide a mutual seal (FIG. 2), a distribution ring 35 and the evaporator of the gas spaces above the downward and upward fer is provided with a bottom outlet pipe 27, leading flow paths of the superheater 11; Hold, which are determined by pumps not shown, the partition or baffle wall, the circulation speed of the sodium in the sodium 45 38 extends upwards and is firmly connected to the upper end of the circuit is a multiple of that of the full-load superheater housing, so that a speed corresponding to vaporization as a partition between the above the at 40 and 41 security against "vapor deposit" within the sodium liquid level indicated. _; , horizontal evaporator tube system; the main reason for that. Gas spaces is obtained. In one of the two walls. Avoidance of this condition is that his 50 are in the upper part of the separating or _; The occurrence of deflection would be periodic, which would result in a re-wall openings 42 which would allow a limited flow of the through the opening walls between the repeated changes in the temperature gradient of the pipe walls, with a resulting overflow of sodium. To give rise to thermal stress fatigue effect. Steam sending the gas spaces, e.g. B. with nitrogen gas, the gas inlets 43 and superheater 11 common to 55 in the superheater 11 are fed via a downward line 31. The main steam lines 44 are provided. Each of these protective gas inlets is designated by 32. Fresh water from an isolating or isolating valve (not shown) reaches the evaporator 10 via a ring-shaped one for charging the individual migen connection 66. 60 gas chambers is most suitable to use, each using a housing-tube-construction gas chamber through the corresponding valve for itself tion of the evaporator 10, the superheater 11 and the closed when the charging up to the reheater there is the measure that the predetermined pressure has ended.
Tube / tubesheet welds from a direct layer of liquid sodium offers the possibility of an overlay with self-contained contact with liquid sodium In order to achieve a space-saving construction, the gap mirror is to be brought up to the most suitable height by placing the space in between

dargestellten Anordnung werden die einzelnen Gasräume, wenn der Natriumflüssigkeitsstand auf gleicher Höhe ist, unter einen einheitlichen Druck gestellt, wobei unterschiedliche Drücke anschließend durch das Natrium entstehen, das während des Betriebes den jeweils geeigneten Flüssigkeitsstand einnimmt, wobei das Volumen der Gasräume klein gehalten ist, so daß die Flüssigkeitsstandunterschiede innerhalb der erforderlichen Grenzen bleiben.The arrangement shown is the individual gas spaces when the sodium liquid level is the same Height is put under a uniform pressure, with different pressures then through the sodium is produced, which assumes the appropriate liquid level during operation, wherein the volume of the gas spaces is kept small, so that the liquid level differences within the required limits remain.

Zur Vervollständigung des in der Fig. 1 dargestellten Überhitzers erscheint es ausreichend, kurz auf die anderen wichtigen Merkmale einzugehen.To complete the one shown in FIG With regard to superheaters, it seems sufficient to briefly discuss the other important features.

Die nach unten führende Leitung 31 mündet in eine toroidale Einlaßkammer 56, während die Hauptdampfleitungen 32 von der toroidalen Auslaßkammer 57 wegführen. Zwischen diesen Ringkammern sind die Rohre 58 in einer Evolenten-Teilung angeordnet, um einen gleichmäßigen Natriumströmungsquerschnitt mit gleicher Teilung zu ergeben, wobei die Rohre etwa U-förmig angeordnet sind, wodurch ein in zwei Richtungen gehender Strömungsfluß erreicht wird, der in vollem Gegenstrom mit den bereits erwähnten und dritten Natriumströmungswegen liegt. Die Rohre sind in die ringförmigen Heizrohrwände der Kammern eingeschweißt. In einem im Oberteil des Überhitzers angeordneten Stutzen 59 ist in gleicher Weise wie bei dem Verdampfer eine Überdrucksicherung 60 eingebaut. Ein üblicherweise geschlossener Natriumablaßstutzen ist .bei 61 angedeutet. The downward line 31 opens into a toroidal inlet chamber 56, while the main steam lines 32 lead away from the toroidal outlet chamber 57. The tubes 58 are arranged in an involute pitch between these annular chambers, to give a uniform cross-section of sodium flow with equal pitch, where the tubes are arranged approximately in a U-shape, whereby a flow flow in two directions is achieved which is in full countercurrent with the aforementioned and third sodium flow paths. The tubes are welded into the annular heating tube walls of the chambers. In one in the top The nozzle 59 arranged in the superheater is an overpressure safety device in the same way as in the case of the evaporator 60 built in. A sodium drainage connection, which is usually closed, is indicated at 61.

Die Rohre in allen drei Aggregaten bestehen aus nahtlosem kaltgezogenem Werkstoff und sind zwischen den Rohr-Heizrohr-Wandschweißungen in einem Stück ausgebildet. Weiterhin sind Abstandsgitter in Intervallen entlang der Rohrbündel vorgesehen. Bei dem Überhitzer (und dem Zwischenüberhitzer) können diese Abstandsgitter, wie bei 64 dargestellt, an der Trenn- oder Umlenkwand 38 befestigt sein. Weiterhin sind Natriumflüssigkeitsstandmesser vorgesehen. Der Flüssigkeitsstandmesser 63 dient für diesen Zweck und in dieser Hinsicht ist für den zweiten Natriumströmungsweg in dem Überhitzer ein weiterer (nicht dargestellter) Flüssigkeitsstandmesser in der Nähe des Gaseinlasses 43 angeordnet.The tubes in all three units consist of seamless, cold-drawn material and are formed in one piece between the pipe-heating pipe wall welds. There are also spacer grids provided at intervals along the tube bundle. At the superheater (and the reheater) These spacer grids can be attached to the partition or baffle wall 38, as shown at 64 being. Sodium liquid level meters are also provided. The liquid level meter 63 is used for this purpose and in this regard is on for the second sodium flow path in the superheater further (not shown) liquid level meter arranged in the vicinity of the gas inlet 43.

Wie sich aus F i g. 2 ergibt, ist der Verdampfer 10 unter Berücksichtigung eines vollständigen Gegenstromwärmeaustausches in der gleichen Weise aufgebaut wie der Überhitzer und Zwischenüberhitzer. Das • flüssige Natrium tritt über die Verteilerringleitung 35 ein und strömt durch das Bodenauslaßrohr 27 aus. Im Gegensatz zu der bei dem Überhitzer und Zwischenüberhitzer getroffenen Anordnung liegt jedoch der nach unten führende Strömungsweg des Natriums im äußeren Teil des Rohrbündels 64 und der nach oben führende Strömungsweg im inneren Teil des Rohrbündels. Dabei ist zu berücksichtigen, daß durch die Anordnung der ringförmigen Frischwasser- bzw. Dampf-Endkammern 65 bzw. 66 die Fläche der entsprechenden Heizrohrwände 67 und 68 verkleinert wird, so daß ebenfalls die Dicke der Wände verringert werden kann, wodurch sich eine ' Vereinfachung der Herstellung dauerhafter Rohrschweißungen ergibt. Die Ringform dieser Kammern ist flacher als die der Kammern 56 und 57 in Fig. 1. Diese Abwandlung vereinfacht die Herstellung und kann in vorteilhafter Weise auf den Überhitzer und Zwischenüberhitzer übertragen werden.As can be seen from FIG. 2 results, the evaporator 10 is taking into account a complete countercurrent heat exchange constructed in the same way as the superheater and reheater. The • Liquid sodium enters via the manifold 35 and flows out through the bottom outlet pipe 27. In contrast to the arrangement made in the case of the superheater and reheater, however the downward flow path of the sodium in the outer part of the tube bundle 64 and the upward flow path in the inner part of the tube bundle. It must be taken into account that by the arrangement of the annular fresh water or steam end chambers 65 and 66, respectively Area of the corresponding heating tube walls 67 and 68 is reduced, so that also the thickness of the Walls can be reduced, thereby simplifying the production of permanent pipe welds results. The ring shape of these chambers is flatter than that of chambers 56 and 57 in FIG. 1. This modification simplifies production and can advantageously be applied to the superheater and Reheater are transferred.

Die bezüglich der Wärmeaustauschelemente und -rohre gemachten Angaben beziehen sich ebenfalls auf doppelwandige Konstruktionen, bei denen derThe information given with regard to the heat exchange elements and tubes also relate on double-walled constructions where the

ίο Zwischenraum zwischen den Wänden mit einem Trennmaterial gefüllt ist,. wodurch im Falle eines Lecks der Kontakt zwischen flüssigem · Metall und Wasser verhindert wird. Die wichtigsten " Voraussetzungen für ein derartiges Trennmaterial sind die,ίο space between the walls with a Release material is filled. whereby, in the event of a leak, the contact between liquid metal and Water is prevented. The most important "requirements for such a separating material are

daß es chemisch inert sowohl gegen Wasser als auch gegen das flüssige Metall ist und daß es gut wärmeleitend ist. Besonders geeignet ist dafür Blei, das unter Umständen mit einem kleineren Anteil von Magnesium legiert sein kann, um den Schmelzpunkt herab-that it is chemically inert both to water and to the liquid metal and that it conducts heat well is. Lead is particularly suitable for this purpose, possibly with a smaller proportion of magnesium can be alloyed to lower the melting point

ao zusetzen.add ao.

Claims

Patent claims: -

1. Liquid metal heated steam generator or as superheater in which the steam is generated or overheated in U-tube heat exchange elements in a pressure-tight vessel and the connection of these elements with the inlet and outlet headers are in gas spaces, characterized in that the flow path of the liquid metal via the Heat exchange elements has a downward section followed by an upward section, and that the gas spaces above these sections are sealed from one another in a pressure-tight manner, so that the gas located therein can have different pressures during operation.

2. Steam generator or superheater according to claim 1, characterized in that the tubes

have two legs with one end on a heating tube wall of an annular inlet header and with the other end on one Heating tube wall of an annular outlet collector are attached and the heating tubes the upper one

Form wall of the housing, wherein the tubes are an annular in the housing depending from the heating tube walls formed tube bundle, and between the tube legs one the upward and downward current paths

The partition wall is arranged, which delimits the gas spaces from one another with its upper end and is firmly connected to the housing between the heating tube walls. .

3. Steam generator or superheater according to claim 2, characterized in that the partition is hollow and has openings near the opposite ends, which have a limited Allow the liquid metal to flow within and along the partition wall while the

pressure-tight separation of the gas spaces from each other is maintained. ",

1 sheet of drawings