DE1551444C3 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, bei dem zwischen Eingangs- und Ausgangssammlern für ein Heizmittel mehrere vom Heizmittel durchströmte rohrförmige Hüllen angeordnet sind, die jeweils aus in zueinander parallelen Ebenen angeordneten, durchgehenden ebenen Schlangen bestehen und in deren Innerem jeweils mehrere von Wasser bzw. Dampf durchströmte Rohre im wesentlichen parallel zueinander und zur Achse der jeweiligen Hülle verlaufen, die außerhalb der Hüllen mit Sammlern für Wasser und für Dampf verbunden sind.

Ein Dampferzeuger dieser Art ist Gegenstand des deutschen Patents 14 26 703, und weiter ist in der französischen Patentschrift 13 89 229 ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem Eingangs- und Ausgangssammler für ein Heizmittel durch mehrere im wesentlichen parallel zueinander verlaufende rohrförmige Hüllen miteinander verbunden sind und im Inneren jeder dieser Hüllen eine Mehrzahl von Rohren zur Führung eines aufzuheizenden Strömungsmediums enthalten sind, die ihrerseits ebenfalls an Sammler angeschlossen sind, die außerhalb der rohrförmigen Hüllen liegen. Aus der französischen Patentschrift 11 58 011 ist weiter ein Wärmetauscher bekannt, bei dem im Inneren einer rohrförmigen Hülle, die aus mehreren einzelnen und über Zwischenleitungen miteinander verbundenen geraden Rohrstücken besteht, jeweils eine Vielzahl von zur Achse der Hüllen parallelen Rohren angeordnet ist, wobei die Hülle der Führung eines ersten und die Rohre der Führung eines zweiten an gegenseitigem Wärmetausch beteiligten Strömungsmediums dienen.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bauliche Gestaltung für einen Dampferzeuger zu entwickeln, die eine automatische Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen seiner einzelnen Bauteile ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einem Dampferzeuger der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die rohrförmigen Hüllen jeweils mit der halben Länge ihrer geraden Teile zu beiden Seiten der Sammler für das Heizmittel angeordnet sind und alternierend von zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten her in den Sammler einmünden.

Durch die erfindungsgemäß gewählte Bauweise des Dampferzeugers liegen die Sammler für das Heizmittel in der Mittelebene der mit ihnen verbundenen ebenen Schlangen aus den vom Heizmittel durchströmten rohrförmigen Hüllen und den in deren Inneren verlaufenden Rohren für Wasser bzw. Dampf, und damit ist eine automatische Kompensation der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Rohre, der rohrförmigen Hüllen und der Sammler gewährleistet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung zwei bevorzugte Ausführungsformen für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Dampferzeuger veranschaulicht, die alle Vorteile der Erfindung erkennbar werden lassen. Bei diesen Ausführungsbeispielen besteht das Heizmittel für die Dampferzeugung aus flüssigem Natrium, das seinerseits das primäre Kühlmittel für einen Atomkernreaktor bildet.

F i g. 1 stellt einen Längsschnitt durch den beschriebenen Dampferzeuger dar;

Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des Dampferzeugers nach F i g. 1;

Fig.3 veranschaulicht eine erste Ausführungsform für den Einbau der Wasserrohre im Innern der rohrförmigen Hülle, in der das Natrium umläuft;

F i g. 4 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform für diesen Einbau, die sich statt der in F i g. 3 dargestellten Konstruktion verwenden läßt; Fig.5 schließlich zeigt im einzelnen die Durchführung der Wasserrohre durch die rohrförmige Hülle nach außen.

Der beschriebene Dampferzeuger verwendet als Heizflüssigkeit flüssiges Natrium, welches das sekundäre Kühlmittel eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen darstellt. Dieses sekundäre Kühlmittel seinerseits wird durch Wärmeaustausch mit dem Hauptkühlmittel des Reaktors aufgeheizt, das ebenfalls aus flüssigem Natrium besteht. Der Dampferzeuger wird mit Wasser gespeist, das nacheinander durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Natrium, das im Gegenstrom zu dem Wasser oder dem Dampf umläuft, vorgewärmt, verdampft und schließlich überhitzt wird. Der Dampferzeuger besteht aus einer großen Anzahl von Baueinheiten, die einander sämtlich gleichen und jeweils entweder einen Vorwärmer und Verdampfer oder einen Überhitzer bilden. Diese Baueinheiten sind, wie dies beispielsweise in den F i g. 1 und 2 zu erkennen ist, mit den zugehörigen Sammlern zu mehreren verschiedenen Blöcken zusammengefaßt, die jeweils Armaturen enthalten, die eine Isolierung sowohl au: Seiten des Natriums als auch auf Seiten des Wasser; ermöglichen. Außerdem kann der Dampferzeuger einen oder mehrere Zwischenüberhitzer aufweisen, die ebenfalls aus ähnlichen Baueinheiten wie den oben beschriebenen aufgebaut sind.

Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Block besitzt mehrere (in den Figuren vierzehn) als Vorwärmer und Verdampfer wirkende Baueinheiten 1 in seiner unteren Hälfte 2 und ebenso viele als Überhitzer wirkende Baueinheiten 3 in seiner oberen Hälfte 4. Diese Baueinheiten sind ebenso wie die mit ihnen verbünde nen Sammler in einem Behälter 5 untergebracht, dessei Wände mit einer Wärmedämmung 6 hinterlegt sind.

Jede Baueinheit 1 oder 3 besteht aus eine rohrförmigen Hülle 7, in der das Natrium umläuft un die Umlaufrohre 8 für das Wasser (s. Fig.5) enthäl Jede der rohrförmigen Hüllen 7 weist die Form einer i

dessen Wände mit einer Wärmedämmung 6 hinterlegt sind.

Jede Baueinheit 1 oder 3 besteht aus einer rohrförmigen Hülle 7, in der das Natrium umläuft, und die Umlauf rohre 8 für das Wasser (s. F i g. 5) enthält. Jede der rohrförmigen Hüllen 7 weist die Form einer in einer vertikalen Ebene zu einem doppelten S gekrümmten Schlange auf. Ihre beiden Enden sind mit Sammlern für das flüssige Natrium verbunden, die für die als Vorwärmer und Verdampfer dienenden Baueinheiten mit 10 und 11 und für die als Überhitzer wirkenden Baueinheiten mit 12 und 13 bezeichnet sind. Diese vier Sammler sind horizontal angeordnet und liegen in der gleichen zu der durch die Schlangen definierten Ebene senkrechten Vertikalebene im mittleren Bereich der Schlangen.

Mit anderen Worten weist jede rohrförmige Hülle 7 fünf geradlinige im wesentlichen horizontal verlaufende Teile auf, die über um 180° abgebogene Teile miteinander verbunden sind, die abwechselnd in der Nähe einander gegenüberliegender Seitenwände des wärmeisolierten Behälters 5 liegen. Die beiden äußersten geradlinigen Teile sind in ihrer Länge verkürzt und erstrecken sich nur von einer der Seienwände des Behälters 5 bis zu dem entsprechenden Sammler, in den sie seitlich eingeführt sind.

Zur Erleichterung der Verbindung zwischen den rohrförmigen Hüllen und den Sammlern für das Natrium und zur Erzielung eines sehr kompakten Aufbaues sind benachbarte rohrförmige Hüllen umgekehrt zueinander angeordnet, und ihre Enden werden abwechselnd auf der einen oder auf der anderen von zwei einander diametral gegenüberliegenden Erzeugenden mit den Sammlern verbunden. Eine solche abwechselnde Anordnung der rohrförmigen Hüllen erleichtert es gleichfalls, eine von ihnen zum Zwecke ihrer Reparatur zurückzuziehen.

Im Innern jeder der rohrförmigen Hüllen 7 sind sieben Wasserrohre 8 sämtlich parallel zu der rohrförmigen Hülle angeordnet. Die Wasserrohre 8 werden durch Zwischenstücke an Ort und Stelle gehalten, wie sie beispielsweise in der F i g. 3 dargestellt sind, die bei völliger Aufrechterhaltung ihres gegenseitigen Abstandes und bei Verhinderung etwaiger Vibrationen unter dem Einfluß der durchströmenden Flüssigkeit eine Längenänderung der Wasserrohre gegenüber den rohrförmigen Hüllen zulassen.

In F i g. 3 bestehen die Zwischenstücke aus einem Aufbau aus miteinander verschweißten ebenen Blechen 14 und sind mit Rippen 15 versehen, die zur Erzielung einer guten Durchmischung des die rohrförmige Hülle durchströmenden Natriums zwecks Ausschaltung jeglicher Schichtenbildung bestimmt sind. Als Alternative kann man, wie in F i g. 4, zu Schlingen gebogene Stahldrähte 16 verwenden, welche die verschiedenen Rohre miteinander verbinden. Diese Drähte weisen jedoch gegenüber der oben beschriebenen Lösung insofern einen Nachteil auf, als sie relativ stark sein müssen, was den Durchtrittsquerschnitt für das Natrium verringert.

Die sieben Wasserrohre 8 durchqueren, wie dies in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, die sie umgebende rohrförmige Hülle 7 in der Nähe von deren Enden abgedichtet und einzeln. Dieser individuelle Austritt der Wasserrohre gestattet es, auf die Verwendung von Rohrplatten zu verzichten, die dick genug sein müßten, um dem Druck des Natriums standzuhalten.

Außerdem kann die rohrförmige Hülle deswegen, weil die Wasserrohre sie seitlich durchqueren, an ihrem Ende unmittelbar mit dem Sammler für das Natrium verbunden werden, was den Umlauf des Natriums erleichtert.

Nach Durchquerung der rohrförmigen Hülle 7 münden die Rohre 8 in Zwischensammler für das Wasser oder den Dampf. Am Eingang der als Vorwärmer und Verdampfer wirkenden Baueinheiten 1

ίο (im unteren Teil 4 des Behälters 5) stehen die Zwischensammler 18 mit einem Sammler 19 zur Einspeisung von Wasser in Verbindung. Am Ausgang der gleichen Baueinheiten speist jeder Zwischensammler 20 für den Dampf unmittelbar die Rohre 8 einer als Überhitzer wirkenden Baueinheit 3. Am Ausgang der letzteren Einheit schließlich ist der Zwischensammler 21 für den überhitzten Dampf mit einem Sammler 22 verbunden, der den gesamten von dem ganzen Block erzeugten überhitzten Dampf aufnimmt. Der Wassersammler 19 und der Sammler 22 für den überhitzten Dampf liegen in gleicher Weise wie die Sammler für das Natrium in der Mittelebene der Baueinheiten 1 und 3.

Der Umlauf der beiden Flüssigkeiten erfolgt planmäßig. Das heiße Natrium wird durch den Speisesammler 13 auf die rohrförmigen Hüllen 7 der als Überhitzer wirkenden Baueinheiten 3 verteilt. Nach Durchlaufen dieser Baueinheiten von oben nach unten verläßt das Natrium die obere Hälfte 2 des Behälters 5 über den Sammler 12, der über ein Knie 23 außerhalb des Behälters 5 mit dem Speisesammler 11 für die als Vorwärmer und Verdampfer wirkenden Baueinheiten 1 verbunden ist. Nach Durchlaufen der letzteren im Innern der rohrförmigen Hüllen 7 verläßt das Natrium den Block durch den Sammler 10 für das kalte Natrium.

Die Anordnung der verschiedenen Sammler für Wasser oder Dampf einerseits und für Natrium andererseits, die gegenüber dem aus den die Form ebener Schlangen aufweisenden Baueinheiten zusammengesetzten Gesamtaufbau eine zentrale Lage einnehmen, gestattet eine automatische Kompensation unterschiedlicher Ausdehnungen einerseits zwischen jeder rohrförmigen Hülle und den darin enthaltenen Wasserrohren und andererseits zwischen jedem Zwischensammler für Wasser oder Dampf oder jeder rohrförmigen Hülle und den zugehörigen Sammlern.

Die verschiedenen rohrförmigen Hüllen sind ebenso wie die Sammler an der oberen Wand des wärmeisolierten Behälters 5 mit Hilfe von in der Zeichnung nicht dargestellten Zugstäben aufgehängt. Eine solche Anordnung gestattet die Lösung der Probleme, die sich aus unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen den Sammlern oder den rohrförmigen Hüllen und dem wärmeisolierten Behälter einerseits und zwischen den auf verschiedenen Temperaturen liegenden Sammlern andererseits ergeben. Außer der Kompensation der unterschiedlichen Ausdehnungen, die eine Ausschaltung von Spannungen ermöglicht, bietet der oben beschriebene Wärmetauscher den Vorteil, daß sich ein einzelnes Wasserrohr leicht isolieren läßt, wenn ein Bruch festgestellt worden ist. Es genügt dazu, dieses Rohr abzutrennen und zu isolieren, das zwischen dem Zwischensammler und der zugehörigen rohrförmigen Hülle leicht zugänglich ist, und der Dampferzeuger kann wieder in Betrieb genommen werden. Außerdem er-

möglicht die beschriebene Anordnung die Ausschaltung aller mit thermischen Schocks verbundenen Probleme, da die Wandstärke der verschiedenen metallischen Gebilde stets hinreichend klein bleibt.

Ist ein stärkerer Bruch aufgetreten und hat dieser Beschädigungen an benachbarten Wasserrohren hervorgerufen, so ist es erforderlich, die entsprechende Baueinheit als Ganzes durch ein neues Element zu ersetzen. Auch dieser Austausch kann bei dem beschriebenen Wärmetauscher leicht vorgenommen werden, da die versetzte Anordnung der rohrförmigen Hülle es ohne Schwierigkeit gestattet, sie einzeln aus dem wärmeisolierten Behälter 6 herauszunehmen. ;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dampferzeuger, bei dem zwischen Eingangs- und Ausgangssammlern für ein Heizmittel mehrere vom Heizmittel durchströmte rohrförmige Hüllen angeordnet sind, die jeweils aus in zueinander parallelen Ebenen angeordneten, durchgehenden ebenen Schlangen bestehen und in deren Innerem jeweils mehrere von Wasser bzw. Dampf durchströmte Rohre im wesentlichen parallel zueinander und zur Achse der jeweiligen Hülle verlaufen, die außerhalb der Hüllen mit Sammlern für Wasser und für Dampf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Hüllen (7) jeweils mit der halben Länge ihrer geraden Teile zu beiden Seiten der Sammler (10 bis 13) für das Heizmittel angeordnet sind und alternierend von zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten her in den Sammler einmünden.