DE1551511A1

DE1551511A1 - Waermeaustauscher mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Austauscheinheiten

Info

Publication number: DE1551511A1
Application number: DE19671551511
Authority: DE
Inventors: Lucien Fouche
Original assignee: Fives Penhoet S A Soc
Current assignee: Fives Penhoet S A Soc
Priority date: 1966-05-27
Filing date: 1967-05-26
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1154944A; FR1495471A; DE1551511B2

Description

DIPL.ING. H. LEINWEBER dipl-ing H. ZIMMERMANN

t Mlinehen 2, Rosentai 7, 2.au(₀.

τβΐ.-Adr. Lelnpat München Telefon (Olli) 2< 19 U

den .^ ö. AUgUSt 1969 Unser Zeichen

Z/Kg/Ri S 110 042

SOCIETEFIVES-PENIiOET (SocAn.), Paris/Seine (Frankreich)

Wärmeaustauscher uit einerVielzahl von nebeneinander angeordneten

Austausqheinheiten ·

Die Erfindung bezieht sich auf- einen VariDeaustauscher bit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Austauscbeinheiten, die je. aus eineu Bündel von in mehreren koaxial umlaufenden Lagen aus schraubenlinig verlaufenden Hobren angeordneten, von eineu, ersten Fluia durchfliessbaren Hobrsohlangen bestehen, die in einejj sie umgebenden Gehäuse angeordnet" sind, das- parallel zur Ach-' so 'der-Umlaufenden Kohrlagen von einei. zweiten Fluis durchfliessbar ist.

Wärmeaustauscher dieser iirfc werden insbesondere in Kernkraftwerken in Zusauiiienhang mit e'inem Hc-aktor verwendet. Der ;»ärljeaüstiiuscber ist hierbei innerhalb des den Reaktor enthaltendon, unter iirucl: stehenden GehüuDes entweder unter dem Reaktor oder ringfürhäg ua .ihn horuu angeordnet und nimmt-ein Kühlgas oder einen beiaaen ","-ariDctrd^ef auf, der vul- Reaktor ausgeht, wobei das FIuίΰ L, Innern -deo ^ustauschers iu vertikaler Richtung, bei- . e nach Uiiten, flioast. Io uilgeinüinen weisen die Ein-

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heiten, aus denen der Austauscher besteht, senkrecht zur Achse des Reaktors und demnach zur Fliessrichtung des V/änueträgers einen verhältnisüässig begrenzten Querschnitt auf. Die Rohre der Einheiten sind iu Innern eines unten und oben offenen Gehäuserohrstücks eingebaut. Die bekannten Wärmeaustauscher sind aus einer be stiften" Anzahl von einen zylindrischen Umriss aufweisenden und nebeneinander angeordneten Einheiten gebildet.

Das Ifebeneinanderanordnen zylindrischer Einheiten.iuit kreisf Örnjigeiu Querschnitt hat den Nachteil, dass zwischen 'Zwikkel freibleiben, die den Füllungskoeffizienten des Austauschers wesentlich verringern.

Geaäss der Erfindung wird dieser ILchteil durch Austauscheinheiten vermieden, deren Rohrbündel nicht entlang der Mantelfläche von Kreiszylindern schraubenlinig gewickelt sind, sondern bei denen jede Rohrlage in Projektion auf eine senkrecht zu ihrer Achse verlaufende Ebene die Foru eines iuit abgerundeten Ecken versehenen Vielecks hat, z.B. eines Quadrats, eines Rechtecks oder eines Sechsecks. Die Rohrbündel erfindungsgeiüässer V?arDeaustauscher verlaufen also entlang Prisuenflachen, deren Grundlinien Vielecke, insbesondere zueinander hoLothetische Vielecke sind.

Eckig angeordnete Rohrbündel sind zwar an sich bekannt, die bekannten Anordnungen betreffen jedoch in einer übene angeordnete Rohr-Flachspulen, die nicht die geschlossene-Linie eines Vielecks bilden können und sich für eine erfindungsge^ässe Ausgestaltung nicht eignen.

Zv/e c km äs s ig besteht jedes Rohr aus geradlinigen Elementen, die uiiteinanaer durch gebotene aleraente verbunden sind, so uasy die Vielecke abgerundete Lcken aufweisen unö sich eine fliessgünstige Poriii der Rohrschlangen ergibt. Die Rohrschlangen des erfindungsgeii;ässen '„lirLieaustauschers lassen sich zv/eck^äsüi^ so ausführen, dass die iiohre eine konstante lieigung aufweisen,

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die der Gewindesteigung einer auf ein ein geraden Kreiszylinder aufgetragenen Schraubenlinie entspricht, oder dass die verschiedenen konzentrischen Rohrbahnen einen gleichen Yiiekelschritt aufweisen, ils ist auch eine Ausführungsforü] möglich, bei der der Wickelschritt innerhalb jedes Rohrschlangenbündels von liohrlage su. Ii ohr lage wechselt, wobei die Neigung der verschiedenen Buhnen nahe einem Mittelwert bleibt. Hierdurch werden su grcsse Längenuntersohiede zwischen den einzelnen Rohren, die parallel geschaltet sind, vermieden.

ZweckiLässigerweise sind bei einem Rohrschlangenbündel, dessen Rohre jeweils verschiedene Gesamtlänge aufweisen, die Wärmeaustauschflachen pro Längeneinheit bei den verschiedenen Rohren in der V.eise unterschiedlich, dass ein gleichiüässiger Wärmeaustausch" zwischen dem zu kühlenden und de;., zu wärmenden Fluid erzielt wird, weiterhin können zum Anpassen der V.arueabgabeiflenge an den WarLeaustauschflächen die Rohre u.it Liaphraguen versehen sein, die die "Durchflussmenge durch die verschiedenen .Rohre steuern.

Jede Einheit ist im Innern eines Gehäuses angeordnet, aessen Umriss vorzugsweise il Querschnitt zumindest il wesentlichen hoüothetisch zu deij des Rohrbündels ist, so dass die günstige Raumausnützung optimal nutzbar gedacht "werden- kann. Die Gehäuse bestehen günstigerweise aus ebenen uie-tallplatten-, die i:. Bereich ihrer Verbindungsstelle Bleche mit abgerundetem Profil tragen. Es ist jedoch auch möglich, anstelle der abgerundeten Verbindungsbleche winkelgerecht angeordnete gerade Verbindungs-Viandteile zu verwenden.

Die Einheiten sind vorzugsweise in einer einheitlichen wabenförn-igen Konstruktion angeordnet, in der sie als vieleckige Zellen raurjgünstiv; angeordnet werden können. Zur Vollendung der günstigen Rauieinteilung kann s^eckiLäsöi.gerweise" der Littlere Bereich jeder Einheit, der sich .innerhalb aer innersten hohrlage

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befindet, für die Unterbringung von Speiserohren, also für die Einlass- und/oder Auslassnohre der Einheit, ausgenützt werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

' Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Einheit gemäss der Erfindung,

Fig. 2 .eine andere Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3 eine Einheit gemäss einer weiteren Ausführungsforifl der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 umfasst die Austauscheinheit 1 ein Bündel, das aus acht Rohrbahnen 2 bis 9 gebildet ist, die um die gleiche Achse 0 gewickelt sind. Jedes Rohr, beispielsweise 2, ist- aus geradlinigen Teilen, beispielsweise 2a, gebildet, die untereinander durch gebogene Teile, beispielsweise 2b, mit verhältnisniässig schwachem Biegungsradius verbunden sind. Der Grundriss jeder Rohrbahn in einer zur Achse 0 senkrechten Ebene zeigt, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Form eines Sechsecks mit abgerundeten •Ecken. Die den acht Rohrbahnen entsprechenden Grundrisse bilden acht hoüothetische und konzentrische Sechsecke.

Jedes Rohr steht an seinem unteren Teil mit einer Leitung zum Zuführendes Fluids (nicht dargestellt) und an seinen, oberen Teil £it einer Leitung 10 oder 11 zum Rückführen des Dampfes in Verbindung.

Die Einheit 1 ist im Innern eines beispielsweise metallenen Gehäuses 12 angeordnet, dessen Querschnitt in einer zur üc.hse 0 senkrechten Ebene die Form eines .Sechsecks aufweist, die im wesentlichen hoLcthetisch zu der der Rohrbündel ist. Dieses Gehäuse kann, wie in Fig. 1 dargestellt, sechs ebene Flächen aufweisen, die miteinander in eineL Mnkel von 120° verbunden sind.

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Damit sich das Gehäuse genau an die Form des Bündels anpasst, ist; in jedem Verbindungsbereioh zwischen zwei benachbarten Flächen ein inneres Gehäuse 13, beispielsweise aus Stahlblech vorgesehen,■ das eine im wesentlichen gleiche Biegung aufweist wie die gebogenen rohrföriiiigen Verbindungsstücke 2b, Selbstverständlich ist der Zwischenraum zwischen dem sechseckigen Gehäuse 12 und diesem inneren Stahlblech 13 hermetisch verschlossen, um das Durchfliessen des wärmetragenden Fluids zu verhindern.

Eine andere ilusführungsforii des Gehäuses einer gleichen Einheit wie die in Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem ^! Fall sind die !fände 14a des Gehäuses 14, die parallel zu den geradlinigen rohrförmigen Teilen 2a verlaufen, iiu. Bereich der gebogenen Verbindungen 2b durch ebene Wandteile 14b miteinander verbunden, die im wesentlichen parallel zu einer diese Biegungen in ih- i rein Mittelpunkt berührenden Tangente verlaufen. Das sechseckige ^: Gehäuse der Fig. 1 ist in diesem Fall in ein Gehäuse 1 mit zwölf ! Seiten verwandelt. Die Verbindung mit den Gehäusen der anschlies- ' senden Einheiten lässt dreieckige Zwischenräume 15 frei, die eben-j falls an ihren Enden hermetisch verschlossen sind, um das Durch- j fliessen des wärmetragenden Fluids zu verhindern.

Fig. 3 zeigt ein aus acht Eohrbahnen 16 bis 23 gebildetes Bündel, das die Form eines Quadrats mit abgerundeten Ecken aufweist. Jedes Bohr 16 umfasst vier geradlinige Teile 16a, die mit- j einander durch vier viertelkreisförmige Teile 16b verbunden sind, j Das Gehäuse 24 weist eine quadratische Form auf und ist im Innern in der Iahe seiner Ecken mit einem abgerundeten Stahlblech 25 versehen, das sich im.wesentlichen der Form der abgerundeten Verbindungsteile der Rohre anpasst."

Die geradlinigen oder gebogenen Teile desselben Rohrs kön-i nen in bezug zu einer zur Wickelachse 0 senkrechten Ebene eine konstante Neigung aufweisen, d.h. das Rohr ist mit konstantem Schritt gewickelt. ' ^

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Die verschiedenen Rohrbahnen können einen konstanten Schritt aufweisen,, oder der Schritt kann andererseits gleichiuässig oder ungleichiiiässig von einer Eohrbahn zur anderen derart verändert werden, dass die Neigung der verschiedenen Bohre nahe einem mittleren V/ert gehalten wird, wobei diese Anordnung besonders interessant ist, wenn in einer aus mehreren Rohrbahnen gebildeten Einheit die Länge der Bohre ausgeglichen werden soll.

Es kann sein, dass es trotz dieser Schrittveränderung unmöglich ist, einen vollständigen Ausgleich der Rohrlängen zu erzielen. Um die Unregelmässigkeiten, die sich daraus ergeben können, zu verringern, wird die Austauschoberfläche durch eine einheitliche Länge jedes Rohrs verändert _f ohne den Durchmesser der Rohre zu verändern. Man kann dieses Ergebnis auf verschiedene Weise erreichen. Beispielsweise kann bei einem aus Rippenrohren gebildeten Bündel an den längsten Rohren ein Rippenteil weggelassen werden. Wenn dagegen das Bündel aus glatten Rohren gebiL det ist, können an den kürzesten Rohren mit Rippen versehene Teile vorgesehen sein, wobei die Rippen eingebaut oder angestückt sein können.

Zur Verringerung der durch die ungleiche Länge der Rohre hervorgerufenen Unregelmassigkeiten kann man ausserdem auf den Füllungsverlust einwirken, indenj man Diaphragmen vorsieht, die eine Anpassung der Abgabemenge jedes Rohrs an der .kustauschoberflache gestatten.

In der Mitte jeder aus einem gewickelten Rohrbündel bestehenden Einheit bleibt ein Bereich frei, der keinen Oberflächenaustausch aufweist. Dieser Bereich kann vorteilhafterweise j zum Durchtritt von Eingangs- oder Ausgangsröhren für das zu er- j wärmende Fluid verwendet werden, Bei einem eingebauten Austauscher, der unter einem Reaktor angeordnet ist und in dem das wärmetragende Fluid von oben nach unten fliesst, wird der mittlere Raum jeder Einheit zum Durchtritt der Rückleitungsrohre für den \ Dampf verwendet, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Mittelteil der

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Einheit weist vorzugsweise ein inneres Gehäuse 26 auf, das an seinen beiden Enden geschlossen 1st, um den Durchtritt des wärmetragenden Fluids zu verhindern.

Die Einheiten können in unabhängig voneinander hergestellten Gehäusen untergebracht sein, die dann nebeneinander angeordnet und gegebenenfalls fest miteinander verbunden werden.

Es kann auch eine einheitliche wabenföriuige Metallkonstruktion verwendet werden, deren vieleckige, quadratische, rechteckige, safcseckige oder sonstige Zellen jeweils ein Gehäuse für eine Einheit bilden. In diesem Fall wird· das Bündel unmittelbar in die entsprechende Zelle eingeführt und seine Befestigung kann dadurch bewirkt werden, dass es an einen Träger gehängt wird, der sich an der Metallkonstruktion abstützt. Diese Halterung kann such mit Hilfe von Stützen bewirkt werden, die iiu unteren Teil dieser Konstruktion angeordnet sind.

Es ist noch zu .bemerken, dass die iia Innern der Gehäuse in der Nähe ihrer Eckenverbindungen freibleibenden Zwischenräume, beispielsweise die Zwischenräume in der Nähe der sechs Ecken eines sechseckigen Gehäuses zwischen den fänden dieses Gehäuses und den darin enthaltenen Bohrbündels, vorteilhafterweise dazu verwendet werden können, um in ihnen beispielsweise die Trägerpfosten eines Reaktors anzuordnen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Pfosten über den ganzeni&ierschnitt des Austauschers verteilt werden können, wobei sie von diesem unabhängig sind, und ihre Ausdehnung überwacht werden kann, was eine gute Stabilität der Halterung sicherstellt. '

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Claims

Patentansprüche :

1. Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Austauscheinheiten, die je aus einem Bündel von in mehreren koaxial umlaufailen Lagen aus schraubenlinig verlaufenden Rohren angeordneten, von einem ersten Fluid durchfliessbaren Rohr-i schlangen bestehen, die in einem sie umgebenden Gehäuse angeordnet sind, das parallel zur Achse der umlaufenden Bohrlagen von einem zweiten Fluid durchfliessbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bohrlage (2 bis 9, 16 bis 23) in Projektion auf eine senkrecht zu ihrer Achse (0) verlaufenden Ebene die Form eines mit abgerundeten Ecken versehenen Vielecks, z.B. eines Quadrats, eines Rechtecks oder eines Sechsecks, hat.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohr (2 bis 9; 16 bis 23) eines Bündels aus im j ■wesentlichen geradlinigen, parallel zu den Flächen eines-prisma- i tischen Zylinders verlaufenden Teilen (2a, 14a, 16a) besteht, .des-i sen Mantellinie eine zur Achse (0) der Fliessrichtung parallel verlaufende Gerade und dessen Leitlinie ein Vieleck ist, wobei die geradlinigen Teile durch gebogene; Verbindungsteile (2b, 14b, 16b) miteinander verbunden sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- j kennzeichnet, dass die geradlinigen oder gebogenen Teile dessel- j ben Rohrs eine zu einer senkrecht zur Achse (0) der Fliessrichtung liegenden Ebene konstante Neigung aufweisen. \

4. ^äriüeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü- ■ ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Rohrbahnen ' einen gleichen ftickeIschritt aufweisen, wobei sich die Neigung von einer Bahn zur anderen ändert. \

5. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Rohrbahnen | verschiedene YdckeIschritte aufweisen, wobei sich diese Schritte

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"beim Übergang von einer Bahn zur anderen gleichmässig oder ungleichidässig verändern und wobei die Neigung der verschiedenen ■ Bahnen nahe einem Mittelwert bleibt.

6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Änsprü-' ehe, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Rohrschlangenbündel, dessen Rohre jeweils verschiedene Gesamtlänge aufweisen, zum Er- ■ zielen eines gLeichmässigen Wärmeaustauschs zwischen dem zu kühlenden und dem zu wärmenden Fluid die i.ärmeaustauschf lache pro : Längeneinheit bei den verschiedenen Rohren unterschiedlich ist. }

7. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, zum Anpassen der Abgabemenge an die Austauschoberfläche die Rohre mit Diaphragmen versehen sind.

8. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einheit (1, 14) im Innern eines Gehäuses (12, 24) angeordnet ist, dessen Umriss im Schnitt ; in einer zur Mickelachse (0) der Rohre senkrecht liegenden Ebene ^! homothetisch oder im wesentlichen homothetisch zu dem des Rohrbündels ist. ■

9. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Änsprü-j ehe, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gehäuse (12, 24) mit ebenen Metallwänden versehen ist, die im Winkel miteinander verbunden sind und die im Bereich in der Nähe der Winkelverbindungen eil)] inneres Stahlblech (13, 15, 25) od.dgl. mit abgerundetem Profil aufweisen. _;

10. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zu den geraden Flachen der Rohrbündel verlaufenden geraden Wände jedes Gehäuses im Bereich der Bogen der Bündel durch gerade Wandteile miteinander verbunden sind, die im wesentlichen parallel zu einer am Mittelpunkt des Bogens liegenden Tangente sind.

11. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü-J-ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die den Reaktor bildende Gesamt-·

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heit der Einheiten in einer einheitlichen wabenföriiiigen Konstruk-| tion angeordnet sind, bei der jede Zelle das Gehäuse einer Einheit bildet und eine vieleckige, beispielsweise quadratische, rechteckige, sechseckige oder sonstige Form aufweist. ;

12. V.ärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüfche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich jeder Einheit, der keine Rohre aufweist, für den Durchtritt von Einlass- und/oder Auslassröhren (10, 11) beispielsweise für das erwärmte ^! Fluid verwendbar ist.

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