DE2046548B2

DE2046548B2 - Waermetauscher fuer natriumgekuehlte kernreaktoren

Info

Publication number: DE2046548B2
Application number: DE19702046548
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl Ing Dr 5060 Bensberg Keusenhoff
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktor bau GmbH. 5060 Bensberg
Priority date: 1970-09-22
Filing date: 1970-09-22
Publication date: 1973-02-15
Also published as: JPS5417364B1; DE2046548A1; FR2107868B1; NL7112562A; BE772861A; FR2107868A1; GB1346214A

Description

Mehrschichtenrohr für den Natriumdurc.hfluß besteht, eines in der F i g. dargestellten Ausführungsbeispieles

und daß das Mehrschichtenrohr in dem Bereich, in erläutert werden. Die F i g. zeigt einen Längsschnitt

dem es von Wasser umströmt wird als Dreischichten- durch einen Wärmetauscher, entsprechend einem

rohr ausgebildet ist. Das Tauchrohr ist zweckmäßiger- Ausführungsbeispiel der Erfindung,

weise als Doppelrohr mit einem kleinen Gasspalt aus- 5 Der dargestellte Wärmetauscher 1 besteht aus

gebildet, um den Wärmeübergang vom ein- zum aus- einem äußeren Hüllrohr 2, einem Mehrschichten-

strömenden Natrium möglichst gering zu halten. rohr 3 und einem Tauchrohr 4. Auf der einen Seite

Bei einem Wärmetauscher mit diesen Merkmalen einer Doppelwand 5, in der der Wärmetauscher 1 geexistieren zwischen dem Natrium und dem Wasser- haltert ist, sind in das Tauchrohr 4 bzw. in den Ringdampf stets drei Wände, was aus den oben angeführ- io raum 6 zwischen Tauchrohr 4 und Mehrschichtenten Sicherheitsgründen erforderlich ist. Sollte eine an rohr 3 mündende Natriumanschlüsse 7 und 8, und Natrium oder Wasser grenzende Wand leck werden, auf der anderen Seite sind in den Ringraum 9 zwidann existieren zwischen dem Lecknatrium und dem sehen Mehrschichtenrohr 3 und Hüllrohr 2 mündende Wasser bzw. zwischen dem Leckwasser und dem Wasser- bzw. Dampfanschlüsse 10 und 11 vorge-Natrium immer noch zwei Wände. 15 sehen. Das Tauchrohr 4 ist mit Abstandshaltern 12

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn der in versehen, damit eine koaxiale Lage zum Mehrschich-

den Ansprüchen gekennzeichnete Wärmetauscher tenrohr 3 sichergestellt ist.

derart in einer Trennwand gehaltert wird, daß auf der Das Mehrschichtenrohr 3 besteht aus zwei äußeren einen Seite der Trennwand ausschließlich Natrium- Stahlrohren 13 und 14, sowie einem zwischen diesen anschlüsse und auf der anderen Seite der Trennwand 20 Rohren angeordneten kupferrohr 15. Dieses Kupferausschließlich Wasser- bzw. Dampfanschlüsse ange- rohr 15 ist sowohl auf seiner äußeren als auch auf ordnet sind. Bei einem Bruch einer Natriumleitung seiner inneren Mantelfläche mit Nuten 16 versehen, kann also kein Natrium in den Raum dringen, in dem die in eine Lecknachweiskammer 17 münden. Ein Dampf-/Wasserleitungen liegen und umgekehrt. äußerer .Anschluß 18 der Lecknachweiskammer 17 ist Außerdem können — insbesondere bei mehreren, 25 in einem von der Doppelwand 5 gebildeten Zwischennebeneinanderstehenden oder -liegenden Wärme- raum 19 angeordnet.

tauschern der Art, wie sie in den Ansprüchen gekenn- Während des Betriebes des Wärmetauschers 1 zeichnet sind — sowohl die heißen als auch die kalten fließt das Natrium entsprechend den Pfeilen 20 durch Natriumsammler in nur einem besondere Bedingun- das Tauchrohr 4 und den Ringraum 6, den es durch gen erfüllenden Raum untergebracht sein, während 30 den Anschluß 7 verläßt. Das Wasser wird dem Ringbisher in der Regel mehrere derartige Räume erfor- raum 9 durch den Anschluß 10 zugeführt. Im Ringderlich waren. raum 9 verdampft es, und der Dampf verläßt den

Um ein eventuelles Leckwerden möglichst schnell Ringraum 9 durch den Anschluß 11. Zur Verringe-

erkennen zu können, ist es vorteilhaft, daß das Drei- rung der axialen Strömungsgeschwindigkeit des Was-

schichtenrohr aus zwei Stahlrohren und einem zwi- 35 sers bzw. Dampfes ist im Ringraum 9 noch eine

sehen diesen angeordneten Kupferrohr besteht, und Wendel 22 vorgesehen.

daß das Kupferrohr sowohl auf seiner äußeren als Das Tauchrohr 4 besteht aus einem inneren Rohr

auch auf seiner inneren Mantelfläche mit Nuten ver- 23 und einem äußeren Rohr 24, zwischen denen sich

sehen ist, die in eine Lecknachweiskammer münden. ein Gasspalt 25 befindet, dessen Größe durch in das

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Trennwand als 40 äußere Rohr 24 eingedrückte Nocken oder Absiands-

Doppelwand ausgebildet ist und die Lecknachweiskam- halter 26 sichergestellt wird.

mer in den von der Doppelwand gebildeten Zwischen- Der beschriebene Wärmetauscher zeichnet sich

raum mündet. durch eine einfache Bauweise aus und eignet sich

Weitere Vorteile der Erfindung sollen an Hand deshalb insbesondere für die Serienfertigung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Natrium des Primärkreises gibt also seine thermische Patentansprüche: Energie in einem ersten Wärmetauscher an den Na- tiiumsekundärkreis ab, der seinerseits seine ther-

1. Mit flüssigem Natrium als Primärmedium mische Energie in einem zweiten Wärmetauscher an und Wasser bzw. Wasserdampf als Sekundär- 5 dein Wasser/Dampf-Kreislauf abgibt. Die Aktivität medium betriebener Wärmetauscher für natrium- des im Sekundärkreislauf fließenden Natriums ist so gekühlte Kernreaktoren, der mit einem den H₂O- gering, daß eine Gefährdung der Umwelt bei einem Kreislauf vom Na-Kreislauf trennenden Mehr- Bruch im Na/H,O-Wärmetauscher durch ins Freie schichtenrohr ausgestattet ist, wobei ein Teil des geleitetes Natrium nicht gegeben ist.
Mehrschichtenrohres von einem Hüllrohr um- io Ein solches Na-Sekundärsystem ist sehr aufwendig geben ist, das mit dem Mehrschichtenrohr einen und kostspielig. Es umfaßt neben den Hauptkompo-Ringraum für den Wasser/Dampf-Durchlauf bil- nenten umfangreiche Hilfssysteme zur Überwachung, det, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerung und Reinigung des Natriums. Durch seinen Wärmetauscher aus dem mit einem Tauchrohr (4) komplexen Aufbau birgt es naturgemäß eine Vielversehenen, einseitig abgeschlossenen Mehr- 15 zahl von Störquelfen, vervielfacht den Aufwand an schichtenrohr (3) für den Natriumdurchfluß be- Steuer- und Regeleinrichtungen und bedarf schließsteht, und daß das Mehrschichtenrohr (3) in dem lieh umfangreicher Baulichkeiten.

Bereich, in dem es vom Wasser umströmt wird. Es ist bereits versucht worden, dieses Sekundärais Dreischichtenrohr ausgebildet ist. system dadurch entbehrlich zu machen, daß ein Kon-

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch 20 takt zwischen Natrium und Wasser im Wärmetauscher gekennzeichnet, daß er in einer Trennwand (5) durch eine besondere Ausgestaltung des letzteren verderart gehaltert ist, daß auf der einen Seite der mieden wird. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Trennwand (5) ausschließlich Natriumanschlüsse Rohre des Wärmetauschers als Doppelrohre auszufüh-(7) und (8) und auf der anderen Seite der Trenn- ren, wobei der zwischen den beiden Rohren gelegene wand (5) ausschließlich Wasser- bzw. Dampf- 25 Ringraum mit einem inerten Medium, beispielsweise anschlüsse (10) und (11) angeordnet sind. Edelgas, gefüllt ist. Diese Ausführung ist auf Grund

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch des dann gegebenen schlechten Wärmeübergangs vom gekennzeichnet, daß das Dreischichtenrohr (3) Natrium auf das Wasser wirtschaftlich nicht vertretaus zwei Stahlrohren (13) und (14) und einem bar. In der USA.-Patentschrift 029 796 wird vorgezwischen diesen angeordneten Kupferrohr (15) 30 schlagen, Doppelrohre zu verwenden, die zum Zweck besteht und daß das Kupferrohr (15) sowohl auf des besseren Wärmeübergangs mit ihrer Innen- bzw. seiner äußeren als auch auf seiner inneren Man- Außenfläche aneinander liegen. Weist eines der Rohre teifläche mit Nuten (16) versehen ist, die in eine ein Leck auf, wird ein Kontakt zwischen Natrium Lecknachweiskammer (17) münden. und Wasser zwar durch das andere Rohr vermieden,

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch 35 das Leck macht sich jedoch nicht bemerkbar, und gekennzeichnet, daß die Trennwand (5) als Dop- eine unbemerkt fortschreitende Zerstörung auch des pelwand ausgebildet ist und die Lecknachweis- zweiten Rohres, beispielsweise durch Korrosion, ist kammer (17) in den von der Doppelwand gebil- möglich. Um ein Leckwerden eines der beiden Rohre deten Zwischenraum (19) mündet. rechtzeitig zu bemerken, wird in den britischen

40 Patentschriften 703 081 und 728 592 vorgeschlagen,

an der Innenseite des Außenrohres oder der Außenseite des Innenrohres Nuten vorzusehen, die schraubenförmig verlaufen können, und in denen die durch

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit flüssigem ein Leck in einem der beiden Rohre eintretende

Natrium als Primärmedium und Wasser bzw. Wasser- 45 Flüssigkeit zu einem Nachweisgerät ablaufen kann,

dampf als Sekundärmedium betriebenen Wärme- Abgesehen davon, daß bei einem annähernd gleich-

tauscher für natriumgekühlte Kernreaktoren, der mit zeitigen Leckwerden beider Rohre die erforderliche

einem H₂O-KreisIauf vom Na-Kreislauf trennenden Sicherheit gegen eine Natriumwasserreaktion nicht

Mehrschichtenrohr ausgestattet ist, wobei ein Teil des gegeben ist, kann nicht im voraus bestimmt werden,

Mehrschichtenrohres von einem Hüllrohr umgeben 50 welches der beiden Rohre zuerst eine Undichtigkeit

ist, das mit dem Mehrschichtenrohr einen Ringraum aufweisen wird und somit, welches der beiden Medien

für den Wasser/Dampf-Durchlauf bildet. durch die Nuten laufen wird. Dies ist aber notwendig,

Bei dieser Art von Reaktoren ist es erforderlich, um sicherzustellen, daß auch nach dem Durchtritt

daß die thermische Energie eines Natriumkreislaufes durch das lecke Rohr ein Kontakt zwischen Natrium

in einem Wärmetauscher auf einen Wasser/Dampf- 55 und Wasser vermieden wird.

Kreislauf übertragen wird. Da Natrium und Wasser Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

sehr heftig miteinander reagieren, sind bei einem mit Wärmetauscher für natriumgekühlte Kernreaktoren

diesen Medien betriebenen Wärmetauscher Ent- zu schaffen, der, ohne von den grundlegenden Sicher-

lastungssysteme vorzusehen, die — bei einem even- heitsprinzipien abzuweichen, direkt mit aktiviertem

tuellen Bruch einer Natrium von Wasser trennenden 60 Natrium als Primärmedium und mit Wasser bzw.

Rohrwand — die Reaktionsprodukte und die durch Dampf als Sekundärmedium betrieben werden kann,

die Reaktion beschleunigten Natriummassen ins Freie Bei Verwendung eines derartigen Wärmetauschers

leiten. kann der aufwendige Natriumsekundärkreis entfallen,

Da das im Kern des Reaktors aktivierte Natrium was eine wesentliche Betriebsvereinfachung und eine nicht ins Freie geleitet werden darf, ist es bisher bei 65 Kostensenkung der Kernkraftanlage bedeutet,
natriumgekühlten Reaktoren üblich gewesen, einen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geausschließlich der Sicherheit dienenden, mit Natrium löst, daß der Wärmetauscher aus dem mit einem betriebenen Sekundärkreis vorzusehen. Das aktivierte Tauchrohr versehenen, einseitig abgeschlossenen