DE1927388A1 - Mit thermischem Schild versehener Waermeaustauscher - Google Patents

Mit thermischem Schild versehener Waermeaustauscher

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    • F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
    • F22B1/063—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium for metal cooled nuclear reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
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Description

Nederlandse Or^arisatte voor Toe-gepasr-.Natuurwetenschappeli,1k Onderzoek ten 1 9 MAl 1969 beroeve van Mi.jverhei d, Handel en Verkeer Den Haag, Niederlande
Mit thermischem Schild versehener .-armeaustauscher.
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, in dem Dampf gebildet wird und der mit flüssigem Metall arbeitet, wie zum Beispiel Natrium als wärmeabgebendes Medium, hauptsächlich aus einem Mantel gebildet, innerhalb dessen ein zwischen Rohrplatten befestigtes Bündel Wasser- bzw. Dampfrohre angeordnet ist, und innerhalb dessen das wärmeangebende Medium um diese Rohre strömt.
Bei derartigen Wärmeaustauschern wird an der Natriumseite der Rohrplatten und an den Verbindungsstellen zwischen den Rohren und der Rohrplatte ein steiler Temperaturgradient gebildet.
Einerseits werden nämlich diese Rohrplatte und diese Rohre örtlich stark durch das Natrium erhitzt und andererseits durch das durch die Löcher der Rohrplatte und durch die Rohre fließende V/asser bzw. den Dampf stark gekühlt; dies führt sum Entstehen thermischer Spannungen.
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Im liatrium werden örtlich große Temperaturvariationen auftreten, wobei auch, nichtstationäre tliermisclio .jpannungen von Bedeutung verursacht werden.
Die thermischer Spannungen entstehen durch stationäre und nichtstationäre Temperaturgradienten und treten besonders im Bereich der Rohrplatte, v;o die Rohre mit der Rohrplatte verbunden sind, auf.
Durch die örtlich höhere Temperatur der Rohrplatte, die durch den Kontakt des heißen Katriums mit der Rohrplatte entstanden ist, wird die Katerialstärke örtlich ungünstig beeinflußt werden.
Um obengenannten, bei einem mit flüssigem natrium arbeitenden ärmeaustauschex·, auftretenden zusätzlichen Belastungen vorzubeugen, ist aus der Fachliteratur bekannt, daß im Übergangs ge biet der Rohre nach der Rohrplatte Mittel angeordnet werden, um die Wärmeübertragung des liatriums auf die Rohrplatte und auf die Verbindungen zwischen den Rohren und der Rohrplatte zu verringern.
In der amerikanischen Patentschrift Kr. 3.251.404 wird zu diesem Zweck bei einem vertikalen .v arme aus tauscher über der Natriumsäule zwischen dem Natrium und den Rohr- liohrplattenverbindungen eine innertβ Gasschicht geschaffen, welche als Gaskissen dient und eine Art thermischen Schild bildet.
Gegen ein derartiges Gaskissen gibt es Bedenken. Ss ist zum Beispiel nur bei einem Wärmeaustauscher des vertikalen Typs ausführbar, der ferner noch eine Ausführung mit einem oder mehreren gebogenen Rohrbündeln erforderlich macht, (siehe Bild l) um an beiden Seiten dieses Rohrbündels und bei beiden Rohrplatten einen derartigen Gasschild anwenden isu können·
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?■ ; ORiGINALtNSPEGTED
Weiterhin ist ein V;ärmeaustauBclier bekannt, bei dem ein derartiger -thermischer Schild durch Anwendving einer durchlaufenden Scheidewand quer auf dem Rohrbündel in einiger Entfernung von der Rohrplatte gebildet wird, wobei zwischen dieser Querscheidewand und der Rohrplatte das Medium stillsteht, und wodurch ebenfalls zur Verringerung der ..'ärmeubertragung auf die Rohrplatte des durch den V/arme aus tauscher strömenden wärmeabgebenden Mediums eine Art thermischer Schild gebildet wird.
:;in großer Nachteil einer derartigen Scheidewand bei Verwendung von Natrium als wärmeabgebendes Medium in einem Dampfgenerator ist, daß, wenn in einer Rohr- Rohrplattenverbindung ein Leck entstünde, der Druck von einer dadurch gebildeten latrium-i-asserreaktion die Seheidewand in axialer Richtung wegdrücken wird, wodurch noch größerer Schaden entsteht, da die Scheidewand die Rohre beschädigen wird.
Gegenstand der Erfindung ist die Yerschaffung eines ärmeaustauschers, der die obenerwähnten Nachteile nicht hat, sowie das Anbringen von Vorrichtungen zur Verringerung der T..'ärmeübertragung auf die vitalen Verbindungen zwischen Rohren und Rohrplatte, wobei ferner vermieden wird, daß Temperaturvariationen im Natrium bis zur Rohrplatte durchdringen.
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist zu diesem Zweck durch eine Anzahl , die Rohre Über einen Teil ihrer Länge umfassende, kocherförmige Räume gekennzeichnet, welche an
durch die
der einen Seite yon, do^ Rohrplatte abgeschlossen sind und an der anderen Seite mit dem inwendigen Raum des Wärmeaustauschers in offener Verbindung stehen·
Dadurch, daß diese köcherförmigen Räume mit dem inwendigen Raum des .armeaustauechers in offener Verbindung stehen,
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und infolgedessen mit dem Natrium, wird ein Teil des dem 'armeaustauscher zugeführten Natriums in diese köcherförmigen li&ume eindringen und gegen die Rohrplatte zum Stillstand kommen.
ii.uf diese Weise wird bei den Rohrenden und gegen die Rohrplatte eine Schicht von nahezu stillstehendem Natrium gebildet, die aus relativ schmalen nebeneinander gegen die Rohrplatte und um die Rohre liegenden Flüssigkeitssäulen aufgebaut ist.
Das Natrium wird in den köcherförmigen Räumen die Temperatur der hindurchgeführten Dampfrohre annehmen.
Infolge der Verwendung dieser köeherförmigen Räume wird kein steiler Temperaturgradient in der Rohrplatte und in der Rohr-Rohrplattenverbindung auftreten können.
Auch wird die Materialstärke der Rohre und der Rohrplatte örtlich nicht nachteilig beeinflußt werden.
Durch die geringe Geschwindigkeit des Natriums und eine praktisch nicht wechselnde Temperatur in der gebildeten Natriumschicht, werden thermische Schläge aus dem Natrium bedeutend abgeschwächt bzw. vermieden werden.
Sollten trotzdem unverhofft an den Rohr- Rohrplattenverbihdungen Druckerhöhungen entstehen, so kann das Natrium durch die offenen Verbindungen der kocherförmigen Räume mit dem übrigen Teil dee Wärmeaustauschers entweichen.
Vorzugsweise werden ferner die köcherförmigen Räume aus einer Anzahl Scheidewände gebildet, die zusammen ein Gitter bilden und an einer Seite an die Rohrplatte anschließen.
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Dieses Gitter kann, zum Beispiel aus zwei unter einem bestimmten ■'.inkel in bezug aufeinander aufgestellten Reihen von mehreren parallel zueinander angeordneten Scheidewänden gebildet werden, wobei diese Scheidewände derart mit Einschnitten versehen sind, daß eine Anzahl, die Rohre einschließende, köcherförmige T.äume gebildet werden.
Daa .Erhalten einer stillstehenden Ilatriumschicht kann weiter noch dadurch gefördert werden, indem die Scheidewände in bezug aufeinander derart angeordnet werden, daß jeder von diesen Scheidewänden gebildete Köcher gesondert ein Nasser— bzw. Dampfrohr einschließt.
Nachstehend wird die Erfindung erläutert und verdeutlicht werden an Hand einer Zeichnung, in der eine Ausführungsform des wichtigsten Teils des erfindungsgemäßen Wärme-· austauschers wiedergegeben wird.
Bild 1 zeigt darin im Querschnitt einen Teil des Rohrbündels von einem Wärmeaustauscher, in dem die Anordnung der aus köcherförmigen Kanälen zusammengesetzten Gitterkonstruktion gegen die Rohrplatte angegeben wird.
Bild 2 eeigt einen Querschnitt über die Linie H-II in Bild 1 in der Richtung der Rohrplatte, wobei die Aufstellung der durchlaufenden Scheidewände angegeben ist.
Bild 3 zeigt schließlich noch wie diese Gitterkonstruktion in bezug auf die übrigen Teile des Wärmeaustauschers angeordnet ist.
In Bild 1 sind 1 die Wasser- bzw. Dampfrohre, die an der Rohrplatte 2 befestigt sind, wobei diese Rohre mit den in der Rohrplatte angeordneten Löchern 3» für die Verbindung der Dampfrohre mit dem "header" 4 korrespondieren.
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Die aus durchlaufenden Scheidewänden 5 aufgebaute Gitterkonstruktion ist hier in einem kuraen Zylinder 6 angebracht, mit dem die Gitterkonstruktion an der Rohrplatte 2 befestigt ist.
Der Zylinder 6 hat zu diesem Zweck den Umfang entlang einen mit Löchern versehenen durchlaufenden flanschförmigen Ring 7, mit dem der Zylinder mittels Stiftschrauben c und Muttern 9 an der Rohrplatte befestigt ist.
Durch zwei unter einem T..'inkel angeordnete fleihen beiderseitig paralleler und durchlaufender Scheidewände 5 (siehe Bild 2) werden eine große Anzahl köcherförmige Kanäle 10 gebildet, die die da befindlichen Dampfrohre janz einschließen,
Diese köcherförmigen Kanäle sind an der Rohrplattenseite abgeschlossen und bilden an der anderen Seite 12 eine offene Verbindung mit dem übrigen inwendigen Raum des "t arme austauschers, in dem das Natrium um die Dampfrohre strömt.
Jin Teil des über die Natriumzufuhrleitung 13 (siehe Bild 3) zur Strömung an den Rohren 1 entlang zugeführten Natriums wird hierbei über den zwischen dem Mantel 14 und der zylindrischen Strömungeleitwand 15 gebildeten ringförmigen Raum 16 in die köcherförmigen Kanäle 10 eindringen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit des Natriums stark abnehmen wird, und wobei das Natrium gegen die dichte Wand der Rohrplatte zum Stillstand gelangen wird.
Hiermit wird also eine stillstehende Schicht I.'atrium erhalten, die an die Rohrplatte grenzt und aufgebaut ist aus relativ schmalen nebeneinander und um die Rohre an seinen Verbindungsstellen an der Rohrplatte liegenden flüssigen Natriumsäulen.
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Das Natrium wird örtlich die Temperatur der in den köcherförmigen Kanälen liegenden Dampfrohre annehmen.
Demzufolge v/ird kein steiler Temperaturgradient an den Rohren und der Rohr-ilohrplattenverbindung auftreten
Die Materialstärke der Rohre und der Rohrplatte wird nicht nachteilig beeinflußt werden.
Das Auftreten thermischer Schläge aus dem natrium, welches das Entstehen thermischer Spannungen in den Rohr-Rohrplattenverbindungen zur Polge hat, wird bei obengenannter Konstruktion praktisch vermieden v;erden können.
Sollten unverhofft im Natrium an den vitalen Verbindungsstellen zwischen den Rohren und der Rohrplatte trotzdem Druckerhöhungen entstehen, so wird das Natrium über die offenen Verbindungen der kocherförmigen Räume mit dem Rest des Wärmeaustauschers leicht entweichen können.
wo owe«"*·
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Claims (3)

  1. PATi; ITTAHS PRU CIIE
    . I/ärmeaustauscher, in dem Dampf gebildet wird und der mit ν ./flüssigem Metall arbeitet, wie zum Beispiel Natrium als wärmeabgebendes Medium, hauptsächlich auc einem Mantel gebildet, innerhalb dessen ein zwischen Rohrplatten befestigtes Bündel Uasser- bzw. Dampf rohre angeordnet ist, und innerhalb dessen das wärmeabgebende Medium um diese Rohre strömt, wobei im Ubergangsgebiet der Rohre nach der Rohrplatte zur Verringerung der V.'grmeübertragung auf die Rohrplatte und auf die Rohre in der Kähe ihrer Befestigung an der Rohrplatte Mittel angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Anzahl die Hohre über einen Teil ihrer I/änge umfassende kScherförmige Räume, die an einer Seite durch die Rohrplatte abgeschlossen sind und an der anderen Seite mit dem inwendigen Raum des "<;'ärmeaustauschers in ofiener Verbindung stehen.
  2. 2. Wärmeaustauscher- nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kScherförmigen Räume durch eine Anzahl zusammen ein Gitter bildende und an einer Seite an die Rohrplatte anschließende Scheidewände gebildet werden.
  3. 3. '."arme aus tauscher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder köcherförmige Raum gesondert ein Rohr einschließt.
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    L e e r s e i t e
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