DE2122054A1

DE2122054A1 - Flüssigmetall-Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2122054A1
Application number: DE19712122054
Authority: DE
Inventors: Walter New Providence; Stern Tobias Rockaway N.Y. Wolowoduk (V.StA.). M F28f 1-06
Original assignee: Foster Wheeler Inc
Current assignee: Foster Wheeler Inc
Priority date: 1970-05-25
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1972-01-13
Also published as: GB1346111A; FR2090262A1; US3656543A; CA919163A; FR2090262B1

Description

FlUssigmetall-Wärmeaustauscher

Die hier beschriebene Erfindung wurde in Lauf bzw« unter den Bestimmungen eines Vertrages mit der United States Atomic Energy Commission gemacht«

Bei der Entwicklung τοη Fllissigmetall-SohnellbrUterreaktoren ist eserforderlich; ein wirkungsrolles und zuverlässiges Wärmeauetausohgerat für die Übertragung τοη Wärme τοη dem primären Fliissigmetall^ReaktorkUhlmittel auf ein geeignetes sekundäres Flüssigmetall herzustellen. Ein typisches Flüssigmetall, das für diesen Verwendungszweck geeignet ist, ist gesehmelzenes Natrium·

BADOWGINAL

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Opp»nau»r Püro, PATENTANWALT DR. RBINHOLD SCHMIDT

Unter den Schwierigkeiten, die bei der Konstruktion und Entwicklung von geeigneten Wärmeaustausohgeräten auftreten, befinden sich diejenigen Schwierigkeiten, die mit der Durchführung ron Wartungearbeiten in der Umgebung von flüssigem Natrium und »it der Absorbierung von durch Wärmegefälle hervorgerufenen Spannungen zu tun haben, sowie weitere Schwierigkeiten, die aus der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung hervorgehen·

Die vorliegende Erfindung überwindet Nachteile des bisherigen Standes der Technik, wie z.B. die oben genannten Schwierigkeiten, durch die Sohaffung eines Wärmeaustausohgerätes, bei dee die Röhren ohne weiteres für Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten zugänglich sind, und Einbau einer Wärmesperre zur Verringerung der Wärmespannungen finfolge von Temperaturunterschieden zwischen dmm kalten eintretenden sekundären Flüssigmetall und dem übrigen Natrium in dem Gerät,

Daher besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schaffung eines verbesserten Wärmeaustauschers mit verbesserten Wartungs- und Instandsetzungsmerkmalen und verringerten Wärmespannungen.

In den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, sind

Fig. 1 eine als Schnitt gezeigte Aufrißansioht eines

Wärmeaustauschers gern· der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 eine Sohnittansioht entlang der Linie 2-2 in

Fig. i,

Fig. 3 eine Sohnittansioht, die einen Teil des in Fig. gezeigten Wärmeaustauschers in seinen Einzelheiten zeigt, und

Fig. h eine Schnittansioht, die einen anderen Teil des in Fig. 1 gezeigten Wärmeaustauschers in seinen Einzelheiten zeigt·

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Vie in der Zeichnung gezeigt, besteht der Wärmeaustauscher iO aus eine» äußeren zylindrischen Mantel 12, der einen unteren Teil des Wärmeaustauschers IO bildet und einen gekrümmten Boden 14 mit einem Primärauslaß 16 aufweist. In Nähe des oberen Endes des Mantels 12 ist ein Primäreinlaß 18 vorgesehen, über dem sich ein oberer zylindrischer Teil 22 befindet, der auf einer Seite mit einem Sekundärauslaß 24 in seinem unteren Teil sich befindet. Der obere Teil 22 hat größeren Durohmesser als der Mantel 12. Ein Sekundäreinlaß 26 ist in dem Teil 22 an einer Stelle Torgesehen, die sich oberhalb des Sekundärauslasses 2% befindet. Die Oberseite des oberen Teils oder Abschnittes 22 ist mit einem umgekehrt halbkugelförmigen Kopf verschlossen, der einen Flansch 32 aufweist, der auf einen Flansch 34 des oberen Abschnittes 22 aufgeschraubt ist. Der umgekehrt kugelförmige Kopf 28 verringert den Flüssigmetallinhalt auf der Sekundärseite.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß an der Oberseite des unteren Abschnittes 12 ein Flansch 34 ausgebildet ist, der das untere Ende des oberen Abschnittes 22 bildet. Der Flansch 3% bildet die Halterung für einen herausnehmbaren Kern 35» der in dem Abschnitt 22 angeordnet ist. Ein Klemmring 36 hält ein ringförmiges Ruhrenbleoh 38 fest, während Bolzen 42, die in Abständen entlang dem Ring 36 angeordnet und in den Flansch 34 eingeschraubt sind, den Ring 36 festhalten.

In den unteren Abschnitt 12 verläuft ein Fallrohr 44 nach unten, das an seinem unteren Ende ein unteres ringförmiges Röhrenbleoh 46 trägt, von dem ein elliptischer Kopf 48 ausgeht, der eine Sammelkammer 52 bildet. Abstandshalter 54 sind zur Zentrierung des elliptischen Kopfes 48 vorgesehen.

Das obere Ende 55 des Fallrohres 44 ist an der unteren Fläche des oberen Röhrenbleohs 38 angebracht, das seinerseits auf dem Flansch 34 aufliegt. Eine geschweißte Omega-Dichtung 56 ist zwischen dem oberen Röhrenbleoh 38 und dem Flansch 36 vorgesehen.

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BAD

Ein trichterartiges Teil 58 Mit einem unteren zylindrischen Teil,, der nach unten in das Fallrohr 4% verläuft, und einem oberen Teil, der sieh naoh oben und aufien erweitert, ist mit seinem Umfangsrandteil an einem Halterungsring 59 angeschraubt, der an der Innenwand des oberen Abschnittes 22 angebracht ist. Der untere Teil des triohterartigen Teils 58 verläuft naoh unten in das Fallrohr 44, um als Wärmesperre zu dienen, um die Wärmespannungen in dem Röhrenbleoh 38 herabzusetzen und das Leoken von eintretendem kalten Sekundärnatrium in die Kammern des austretenden heißen Sekundärnatriums herabzusetzen· Eine dünne Hülse 60 (Fig. 3) aus rostfreiem Stahl in ihrem oberen Teil und aus einem Stoff mit geringerem Ausdehnungskoeffizienten als rostfreiem Stahl in ihrem unteren Teil sitzt eng zwischen dem oberen Ruhrenblech 38 und dem unteren Teil des triohterartigen Teils 58, um das Leoken von Sekundärnatrium weiter zu verringern.

Ein zweites, sich erweiterndes Teil 61, das unter dem Triohterteil 58 angeordnet ist, ist mit diesem Teil durch ein zylindrisches Teil 62 verbunden, das von dem äußeren Band des Teils 61 naoh oben zu dem Triohterteil 58 verläuft, wie es am deutlichsten in Flg. 4 gezeigt ist.

Das obere Triohterteil 58 ist diok genug, um den Druck des sekundären Mediums auszuhalten, und das untere erweiterte TeQ. 61 ist dünn genug, um als Wärmesperre für den oberen Trichter 58 zu dienen. Eine metallische Wärmeisolierung 63 verringert das Wärmegefälle in dem Teil des oberen Abschnittes 22, der sioh zwischen der Auslaßdlise 24 für Sekundärmedium und dem Halterungsring 59 befindet·

Die oberen und unteren Röhrenbleohe 38 bzw. 46 sind durch eine ringförmige Anordnung von Rühren miteinander verbunden, die als RöhrenbUndel 66 bezeichnet werden und an beiden Enden jeweils an einem der Ruhrenbleohe angeschweißt sind.

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Strömungsprallsoheiben 68 dienen ferner als Röhrenhalterungen. Die Anordnung der Prallsoheiben ist nioht Teil der rorliegenden Erfindung, sondern bildet den Teil einer Erfindung gemäß eines weiteren Vorschlages der Anmelderin· Mehrere innere und äußere, in Abstand voneinander befindliche Zugstangen 72 bzw. 74, die Hülsen aufweisen, verbinden die Strömungsprallseheiben duroh Schweiß- und Sohraubenverbindungen, wie in Fig. 2 gezeigt, um ein starreres Gebilde zu erhalten.

Bei Betrieb des Wärmeaustauschers 10 tritt heißes Primär» natrium duroh den Einlaß 18 ein, zirkuliert um die Rühren in dem Röhrenbündel 66, füllt den Ringraum um das Fallrohr 44 und verläßt den Wärmeaustauscher durch den Auslaß 16 am Boden des Mantels 12. Pfeile mit einer Spitze zeigen die Primärströmung, während doppelköpfige Pfeile die Sekundärströmung zeigen· Verhältnismäßig kaltes Sekundärnatrium tritt duroh die obere Düse 26 ein, strömt naoh unten duroh 4&s triohterartige Teil 58, das Fallrohr 44 und in die untere Kammer 52. Das Natrium strömt sodann nach oben duroh das Röhreableoh 46 in die Röhren des Bündels 66, duroh das Röhrenbleoh 33, und aus der Düse 24 heraus. Bei der beschriebenen Anordnung gestattet die Konstruktion die Behebung von Röhrenverstopfungen ohne Herausnahme des Röhrenbündels 66$ dies wird dadurch erzielt, daß der umgekehrt halbkugelförmige Kopf 28 und das obere trichterartige Teil 58 mit dem zugehörigen unteren Teil 64 abgenommen werden, wodurch das obere Röhrenbleoh 38 für Wartungsarbeiten freigelegt wird. Zur Herausnahme des Bündels 66 wird-der.Ring 36 abgeschraubt und herausgehoben, die Omegadiohtung 56 aufgeschnitten und das Bündel 66 aus dem Mantel 12 herausgehoben.

BAD ORIGINAL

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Claims

~⁶- 2Ί22054

PATENTANSPRÜCHE

^Iy Flüssignetall-Wärmeaustausoher, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Hantel Mit einen oberen Abschnitt (22) und einen unteren Abschnitt (12), einen in axialer Richtung angeordneten, herausnehmbaren Kern, der in den unteren Abschnitt (12) des Mantels verläuft, eine Fallrohranordnung i**» 58), die ein zylindrisches Bohr (44) und ein trichterartiges Teil (58) aufweist, dessen unteres Ende (55) in das Eohr (44) verläuft, ein unteres ringförmiges Höhrenblech (46)_f das an den unteren Ende des Rohres (44) angebracht ist und dieses umgibt, einen das untere Ende des Rohres (44) umschließenden Verschluß (48), der eine untere Kanner (52) bildet, ein obere» ringförmiges Röhrenbleoh (38), das die Fallrohranordnung unsohließt, und ein Röhrenbundel (66), das zwischen den oberen und den unteren Röhrenbleoh (38, 46) verläuft, um den Strömungsweg eines sekundären Kühlmittels zu vervollständigen;, das durch das trichterförmige Teil (58), das Rohr (44), die untere Kanner (52) und nach oben durch das Röhrenbündel (66) strömt, in den oberen Abschnitt (22) vorgesehene Mittel (34 _s 36) zur Aufhängung und Einspannung des oberen Endes des herausnehmbaren Kerns (35), einen SekundärnatriumeinlaS (26) und einen SekundärnatriunauslaB (24) in den oberen Abschnitt, wobei der Einlaß die Flüssigkeit über das trichterförmig· Teil schickt, so daß sie durch das Rohr nach unten fließt, und der Auslaß unterhalb des trichterfumigen Teils (58) aber oberhalb des oberen Röhrenbleohs (38) angeordnet ist, mn das aus den RönrenbUndel (66) austretende Sekundärmediun aus den Wärmeaustauscher herausxuleiten, und einen PrimaxMitriuneinlafl (18) in den oberen Teil des unteren Abschnitt» (12) sowie einen Prinärnatriunauslaß (16) unterhalb der unteren Kann·!· (32).

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2o Flüssigmetall-^iärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Aufhängung und Einspannung des oberen Endes des herausnehmbaren Kerns (35) einen ringförmigen Flansch (34) umfassen, mit dem das obere Röhrenblech (38) trennbar verbunden ist.

3. Flüssigmeta 11-Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Aufhängung und Befestigung des oberen Endes des beweglichen Kerns ferner einen Einspannring (36) umfassen, der auf den Flansch (34) aufge» schraubt wird und das obere Röhrenbleoh (38) zwischen sich und dem Flansch einspannt·

4· FlUssigmetall-Wttrmeaustausoher naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Röhrenbleoh auf dem oberen Ende des zylindrischen Rohrseetragen wird.

5. Fllissigmetall-Wärmeaustauscher naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des oberen Abschnittes (22) durch einen Kopf (28) verschlossen wird, der um seinen Umfang auf das obere Ende des oberen Abschnittes (22) aufgesohraubt ist.

6. Wärmeaustauscher, mit dem zwei flüssige Medien in indirekten Wärmeaustausch gebraoht werden, gekennzeichnet durch einen Einlaß für ein erstes Medium, einen unterhalb des Einlasses angeordneten Auslaß für dieses Medium, einen Einlaß für ein zweites Medium, ein Rohr, ein erstes ringförmiges Röhrenbleoh und ein zweites ringförmiges Röhrenbleoh, die in axialer Richtung mit dem Rohr ausgerichtet sind, wobei das erste Röhrenbleoh sich näher an dem Einlaß befindet, als das zweite Röhrenbleoh, ein zwischen den RÖhrenbleohen verlaufendes Röhrenbündel, und eine mit dem zweiten Röhrenbleoh in Berührung stehende Kammer, so daß das erste Medium

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durch den Einlaß eintritt, über das Röhrenbündel strömt und an dem Auslaß entweicht, und das zweite Medium durch seinen Einlaß eintritt, duroh das Rohr in die Kammer gelangt, von dort durch das Röhrenbündel strömt und aus dem Auslaß austritt, ein triohterartiges Teil, das dazu dient, das zweite Medium von dem Einlaß zu dem Rohr zu leiten, und einen Auslaß für das zweite Medium, der sich zwisohen dem ersten Röhrenbleoh und dem trichterartigen Teil befindet, wobei das trichterartige Teil und das erste Röhrenblech abnehmbar an dem Wärmeaustauscher befestigt ist, um den Zugang zu dem Röhrenbündel zu gestatten.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Halterungsring, an dem der Umfangsrand des trichterförmigen Teils angeschraubt ist.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, gekennzeichnet duroh einen Einspannring, der über dem äußeren Umfangsrandteil des ersten Röhrenblechs angeordnet und an dem Wärmeaustauscher angeschraubt ist«

y. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet, daß das Rohr und das Röhrenbündel im wesentlichen senkrecht angeordnet sind, wobei das erste Röhrenbleoh höher liegt, als das zweite Röhrenbleoh, daß das trichterförmige Teil einen unteren zylindrischen Teil aufweist, der naoh unten in das Rohr verläuft, und daß das erste Röhrenbleoh einen inneren Randteil aufweist, der auf dem oberen Ende des Rohrs aufliegt.

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