DE1827428U - Vorrichtung zum austauschen von waerme zwischen stroemungsmitteln, insbesondere fuer kernreaktoren. - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Austauschen von Wärme zwischen Strömungsmitteln, insbesondere für Kernreaktoren Die Neuerung bezieht sich auf Wärmeaustauscher derjenigen Bauart, bei welcher durch eine Ummantelung bzw. Verkleidung ein Strömungsweg für ein Primär-Wärmeträger-Strömungsmittel geschaffen wird und welche eine Bank, Reihe oder einen Satz von Rohren für das Durchleiten eines Sekundär-Strömungsmittels aufweist.

  Bei der bekannten Verwendung derartiger Wärmeaustauscher

  Bei der bekannten Verwendunv

  als Dampfkessel zur Dampferzeugung wird ein Gas, welches bei

  seinem Durchlauf bzw.-strömen durch die Kernbauelementgruppe eines Kernreaktors erhitzt wird, durch die Ummantelung des Wärmeaustauschers hindurch bzw. über diese hinweg geleitet, wobei das Wasser und der dadurch erzeugte Dampf durch die Rohre hindurchgleitet werden, welche derart in Gruppen angeordnet sind, dass sie Vorwärmer-, Verdampfer-und'Überhitzer-Abschnitte bilden.
• Bei Betrieb nimmt die Ummantelung die Temperatur des Heissgases an ; daher muss die Gastemperatur in vomMerkstoff der Ummantelung abhängigen Grenzen gehalten werden. Durch die der Gastemperatur auferlegte Begrenzung wird ebenfalls die Temperatur der Dampferzeugung begrenzt. So beträgt beispielsweise bei üblichen unter Dru ck betriebenen Stahlummantelungen die Gastemperaturgrenze etwa 700°F (37100). Diese Temperaturgrenze kann durch Verwendung von Spezialstählen nach oben verschoben werden, dabei erhöhen sich jedoch die Herstellungs-

  kosten, und die Herstellungsverfahren werden schwieriger.

  IZD

  Zweck der Neuerung ist die Schaffung eines Wärmeaustauschers der vorbeschriebenen Bauart, der sich zur Dampferzeugung unter Ausnutzung der Wärme eines eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisenden Gases (etwa 10000F bei ca. 150 p. s. i.
• (53800 bei 10,5 kg/cm2) eignet, und der aus üblichen Stählen, wie sie bei Druckkesseln verwendet werden, hergestellt werden kann.
• Neuerungsgemäss besteht ein Wärmeaustauscher der vorbeschriebenen Bauart aus einer Ummantelung, die mit Einlass-

  und Auslassrohrleitungen ausgestattet ist, mittels welchen

  C>

  ein Strömungsweg für ein Primär-"Järmeträger-Strömungsmittel

  geschaffen wird, aus einer Bank, Reihe oder einem Satz von

  Rohren mit 9, inlass-und Auslassrohrleitungen für das Durch-

  leiten eines Sekundär-Strömungsmittels, wobei diese Rohre zwecks Dampferzeugung unter Ausnutzung der Wärme eines eine hohe Temperatur aufweisenden Gases, welches über die Ummantelung hinweg oder durch sie hindurch strömt, so in Gruppen angeordnet sind, dass sie Verdampfer-und Dberhitzerabsohnitte bilden, aus einer Wasserkühlvorrichtung für die Innenwand der Ummantelung, und zwar in einer Zone, welche sich von der Gaseinlassrohrleitung oder Ummantelung weg erstreckt, um dadurch die Ummantelung gegen die Volltemperatur des Einlassgases abzuschirmen und einen Vorwärmeabschnitt zu s chaffen, und aus

  einer Strömungsverbindung von der Wasserkühlvorriohtung her

  nach dem Verdarnpferabschnitt hin.

• Die Neuerung soll nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 eine Längsschnittansicht, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 Fig. 1, während Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 wiedergibt.
• In der Zeichnung ist ein Wärmeaustauscher veranschaulicht, der sich zur Erzeugung überhitzten Dampfes unter der Verwendung von Gas eignet, welches bei seinem Durchströmen durch, den Kern eines Kernreaktors hindurch erhitzt wird.
• Der Wärmeaustauscher besteht aus einem zylindrischen, gasdichten Druckmantel 1 mit einer lösbaren End-oder Verschlusskappe bzw.-haube 2. Der Druckmantel 1 ist lotrecht in einer aufrechten Stellung ausgerichtet und sitzt auf unteren Stützträgern 3 von gesohweisster Konstruktion. Ein zylindrischer Behälter 4 mit einem dom-bzw. haubenförmigen unteren Ende 5 und einem offenen oberen Ende 6 ist innerhalb des Mantels 1 gleichachsig aufgehängt und wird von einem Flansch 7 der an die Innenseite des Mantels 1 festgeschweisst ist, gehalten. Der Behälter 4 weist einen angeschweissten Aussenflansch 8 auf, welcher auf dem Flansch 7 sitzt, um dadurch den Behälter 4 innerhalb des Mantels 1 zu halten. Die Flansche 7 und 8 sind mittels Bolzen 9 miteinander in Verbindung gehalten und durch dreieckige Stege 10 versteift. Eine ringförmige Ausnehmung bzw. ein Ringraum 11 wird zwischen em Hantel 1 und dem Behälter 4 gebildet. Vier rohrförmige Sammelleitungen/manifolds/ 12,13,14 und 15 erstrecken sich in Längsrichtung durch den Behälter 14 hindurch, während weitere drei Sammelleitungen 13, 14 und 15 in einer Gruppe, diametral der Sammelleitung 12 gegenüberliegend, angeordnet sind. Die Sammelleitung 12 ist durch quergeschweisste Platten 18 in eine obere Zone 16 und in eine untere Zone 17 unterteilt, wobei die Platten derart mit Abstand voneinander angeordnet sind, dass ein Schutzgasraum 19 zwischen den Platten 18 gebildet wird. Der Gasraum 19 steht in Verbindung mit dem Inneren des Behälters 4, und zwar über eine Entnahmeöffnung 20 in der Sammelleitung 12.
• Die obere Zone 16 der Sammelleitung 12 ist mittels Rohre 21, welche sich sinusförmig durch den Zwischenraum im Behälter 4 hindurch erstrecken, sowohl an die Sammelleitung 13 als auch an die Sammelleitung 15 angeschlossen. Die Rohre 21 bilden den Verdampferabschnitt 22 des Wärmeaustauschers. Die untere Zone 17 der Sammelleitung 12 ist mittels Rohre 23, die sich ebenfalls sinusförmig durch den Zwischenraum im Behälter 4 hindurch erstrecken, mit der Sammelleitung 14 verbunden. Die Rohre 23 bilden den Überhitzerabschhitt 24 des Wärmeaustauschers.
• Die Sammelleitungen 12,13,14 und 15 und die Rohre 21 und 23 bilden eine starre Ba teilgruppe, die im Behälter 4 mittels Längsrippen 25 gehalten wird, die an die Sammelleitung 12 und 14 angeschweisst sind und mit Keilnuten 26, welche an die Innenseite des Behälters 4 angesohueisst sind, eine Wirkverbindung eingehen. Ein Rohr 27, welches dort, wo es durch die Verschlusshaube 2 des Mantels 1 hindurchgeht abgedichtet ist, erstreckt sich gleichachsig durch die Sammelleitung 14 hindurch, und zwar nach einem Punkt, der auf der Hälfte der Strecke entlang des Bereiches der Sammelleitung 14 liegt, mit welcher die Rohre 23 in Verbindung stehen. Das Rohr 27, welches an seinem 3intrittspunkt in die Sammelleitung 14 und an seinem Innenende 28 abgedichtet ist, bildet eine Ringzone 29 in der Sammelleitung 14. Der Uberhitzerabschnitt 24 des Wärmeaustauschers, welcher durch die Rohre 23 gebildet wird, wird somit der Wirkung nach in zwei Zonen unterteilt, nämlich in eine obere Zone 30, bei welcher die Rohre 23 mit der Ringzone 29 in der Sammelleitung 14 in Verbindung stehen, und in eine untere Zone 31, bei welcher die Rohre 23 mit dem Hauptteil der Sammelleitung 14 unterhalb des Endes 28 des, Rohres 27 in Verbindung stehen. Die Rohrleitungen 32,33 und 34, welche durch die Verschlusshaube 2 des Hantels 1 hindurchgehen, sind jeweils mit den Sammelleitungen 12, 13, 14 verbunden. Eine zweite Rohrleitung 33, welche mit der Sammelleitung 15 in Verbindung stellt, ist der Rohrleitung 33, die an die Sammelleitung 13 angeschlossen ist, identisch. Die Rohrleitungen 32,33 und 34 sind dort, wo sie durch Muffen oder Hülsen 43 hindurchgehen, die an die Verschlusshaube 2 festgesohweisst sind, abgedichtet.
• Die Muffen 43 tragen Bewegungen zwischen den Rohrleitungen und der Verschlusshaube 2 die infolge Temperaturschwankungen auftreten, Rechnung. Wasser wird dem Ringraum 11 zwischen dEm Behälter 4 und dem Druckmantel 1 über eine Ringeinlasszone 35 zugeführt, die zwischen einer Rohrleitung 37, welche mit dem Mantel 1 in Verbindung steht, und eine Gaseinlassrohrleitung 36 gebildet wird, welche mit dem Behälter 4 an seinem unteren domförmigen Ende 5 in Verbindung steht. Eine Wassereinlassrohrleitung 38 ist vorgesehen, die an die Rohrleitung 37 angeschlossen ist, während eine Uasserauslassrohrleitung 39 an den Mantel 1 unmittelbar unterhalb der Flansche 7 und 8 angeschweLsst ist. Diametral gegenüberliegende Gasauslassrohrleitungen 40 und 41 sind vorgesehen, welche an den Mantel 1 unmittelbar oberhalb der Flansche 7 und 8 angeschlossen sind.
• Bei Betrieb des Wärmeaustauschers wird Gas, welches bei seinem Durchströmen durch die Eernbauelementgruppe eines Kernreaktors hindurch erhitzt wird, durch die Rohrleitung 36 hindurch in den Behälter 4 eingeleitet. Das Heissgas durchquert den Behälter 4 und strömt über die Rohre 21 und 23 hinweg. Das Gas tritt daraufhin aus dem Behälter 4 durch das offene Ende 6 aus und verläßt durch die Rohrleitungen 40 und 41 hindurch den Mantel. Die Bewegung des Heissgases ist durch die Pfeile 42

  in Fig. 1 veranschaulicht. Das Wasser wird in den Ringraum 11

  CD

  zwischen dem Mantel 1 und dem Behälter 4 durch die Einlassleitung 38 hindurch zugeführt. Dieses Nasser dient zum Kühlen des Mantels 1, und es wird bei seinem Durchströmen durch den Ringraum 11, weilcher als Vorwärmerabschnitt des Wärmeaustauschers dient, erhitzt.
• Das Nasser fliesst nunmehr vom Ringraum 11 durch die Auslassleitung 39 nach einer Dampftrommel (nicht dargestellt), wo die Wasser-/Dampf-Scheidung erfolgt, und der Dampf wird nach dem Überhitzerabschnitt 24 weitergeleitet. Von der Dampftrommel aus fliesst das Vasser in die Sammelleitungen 13 und 15, durch die Rohre 33 und dann durch die den Verdampferabschnitt 22 des Wärmeaustauschers bildenden Rohre 21. Der in den Rohren 21 erzeugte Nassdampf strömt ih die obere Zone 16 der Sammelleitung 12 und daraufhin nach der Dampftrommel, wo die Wasser-/Dampf-Scheidung erfolgt. Das in der Dampftrommel abgeschiedene Wasser wird mit dem Wasser, welches in die Dampftrommel vom Ringraum 11 her eintritt, in die Sammelleitungen 13 und 15 geleitet, während der in der Dampftrommel abgeschiedene Dampf über die Rohrleitung 34 in die Aussenringzone 29 der Sammelleitung 14 geleitet wird. Von der Zone 29 strömt der Dampf durch die Rohre 23 hindurch, welche die obere Zone 30 des Überhitzerabschnit-s 24 des ärmeaustcuschers bilden. Der bei seinem Durchströmen durch diese obere Zone 30 überhitzte Dampf strömt nun in die obere Zone 17 der Sammelleitung 12 und dann zurück durch das Rohr 23, welches die untere Zone 31 des Überhitzerabschnitts 24 des Wärmeaustauschers bildet. Der überhitzte Dampf wird durch die Sammelleitung 14 und das Rohr 27 nach einer Dampfverwendugnsanlage geleitet, wo Nutzleistung erzeugt wird. Schutzansprüche.

Claims (5)

1. Schutzansprüohe 1. Wärmeaustauscher derjenigen Gattung, welche einen Mantel, eine Ummantelung oder Verkleidung aufweist, gekennzeichnet durch Einlass-und Auslassrohrleitungen, mittels welchen ein Strömungsweg für ein Primär-Wärmeträger-Strömungsmittel geschaffen wird, bestehend aus einer Bank, Reihe oder einem Satz von Rohren mit Einlass-und Auslassrohrleitungen für das Durchleiten eines ekundärströmungsmittels, zwecks Dampferzeugung unter Ausnutzung der Wärme eines eine hohe Temperatur aufweisenden Gases, welches durch die vorerwähnte Ummantelung hindurch oder über sie hinweg geleitet wird, wobei die Rohre so in Gruppen angeordnet sind, dass sie Verdampfer-und Überhitzerabschnitte bilden, ferner aus einer Wasserkühlvorrichtung für die Iiinenwand der Ummantelung, und zwar in einer Zone, welche sich von der Gaseinlassrohrleitung der Ummantelung weg erstreckt, um dadurch die Ummantelung gegen die Volltemperatur des Einlassgases abzuschirmen und einen Vorwärmerabschnitt zu bilden, und schliesslich aus einer Strömungsverbindung von der Wasserkühlvorrichtung her nach dem Verdampferabschnitt hin.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uasserkühlvorrichtung sich zusammensetzt aus einem in der Ummantelung angeordneten Behälter, wodurch eine Aussparung bzw. ein Ringraum zwischen dem Behälter und der Ummantelung für das Durchleiten von Nasser definiert oder gebildet wird, wobei sich die vorerwähnten Rohre innerhalb des Behälters befinden, aus einer Einlassrohrleitung nach dem Ringraum im Bereich der Gaseinlassrohrleitung und aus einer Auslassrohrleitung vom Ringraum weg im Bereich der Gasauslassrohrleitung.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet : dass die Ummantelung einen zylindrischen Querschnitt aufweist und lotrecht ausgerichtet ist, dass die Ummantelung an jedem Ende mittels einer Endkappe oder Verschlusshaube verschlossen ist, dass der Behälter einen zylindrischen Querschnitt aufweist und gleichachsig in der Ummantelung angeordnet ist, dass der Behälter an seinem oberen Ende offen und an seinem unteren sande mit-as einer Verschlusshaube verschlossen ist, dass die Gaseinlassrohrleitung durch die untere Verschlusshaube der Ummantelung und die Verschlusshaube des Behälters hindurchdringt, wobei die Einlassrohrleitung nach dem Ringraum gleichachsig rund um die Gaseinlassrohrleitung herum angeordnet ist und die untere Verschlusshaube derUmmantelung durchdringt, dass die Gasauslassrohrleitung die Ummantelung in deren oberem Bereich durchdringt, und dass die vom Ringraum wegführende Auslassrohrleitung sich unterhalb der Gasauslassrohrleitung und unterhalb des unteren indes des Behälters befindet.
4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre, welche so in Gruppen angeordnet sind, dass sie den Verdampferabschnitt bilden, sich durch den oberen Bereich des Behälters hindurch erstrecken und zwischen Verdampferabschnitteinlass-und-auslassrohrleitungen angeschlossen sind, welche sich diametral gegenüberliegen, welche die obere Verschlusshaube der Ummantelung durchdringen und sich in Längs- richtung in den Behälter hinein erstrecken. Z>
5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 ? dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre, welche in Gruppen angeordnet sind, um den Überhitzerabschnitt zu bilden, sich durch-den unteren Bereicithindurch erstrecken und dass sie in obere und untere Zonen, unterteilt sind, dass die Dberhitzerabschnitts-Einlassrohrleitung die obere Verschlusshaube der Ummantelung durchdringt und sich in Längsrichtung in den Behälter hinein erstreckt, und zwar in der Nahe der Verdampferabschnitts-Einlassrohrleitung, dass die Uberhitzerabschnitts-Auslassrohrleitung gleichachsig in der Überhitzerabschnitts-Einlassrohrleitung angeordnet und an ihrem unteren Ende nach der Überhitzer-Einlassrohrleitung abgedichtet bzw. verschlossen ist, und zwar c, n einem Punkt zwischen der oberen und unteren Zone des Überhitzerabschnitts, dass die Verdampferabschnitts-Auslassrohrleitung in obere und untere Teilstücke unterteilt ist, und zwar an einem Punkt zwischen Verdampfer-und Überhitzerabschnitt, wobei die Rohre der oberen Zone des Überhitzerabsohnittszwischen der Überhitzerabsohnitts-Einlass- /desBehälters rohrleitung oberhalb des unteren Endes der Überhitzerabschnitts-Auslassrohrleitung und dem unteren Teilstück der Verdampferabschnitts-Auslassrohrleitung angeschlossen sind, und wobei die Rohre der unteren Zone des tberhitzerabschnittes zwischen dem unteren Teilstück der Verdampferabschnitts-Auslassrohrleitung und der Überhitzerabschnitts-Einlassrohrleitung unterhalb des unteren Endes der Überhitzerabschnitts-Auslassrohrleitung angeschlossen sind.