DE2133410C3

DE2133410C3 - Wärmeaustauscher für einen Reaktor mit Natriumkuhlung

Info

Publication number: DE2133410C3
Application number: DE2133410A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Tillequin
Original assignee: Babcock Atlantique SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1970-07-06
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2096841B1; IT939006B; FR2096841A1; DE2133410A1; DE2133410B2; GB1283010A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für einen Reaktor mit Natriumkühlung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen werden Reaktoren mit Natriumkühlufig mittels zweier Arten von Wärmeaustauschern gekühlt, die in Reihe arbeiten.

Es ist auch bekannt, zwischengeschaltete Wärmeaustauscher, in denen die Wärme eines durch die Brennstoffelemente des Reaktorkerns erwärmten primären Natriumkreislaufs auf einen nicht radioaktiven sekundären Natriumkreislauf übertragen wird, und Dampferzeuger vorzusehen, in denen die von dem sekundären Natriumkreislauf transportierte Wärme auf einen Wasserkreislauf bzw. dessen Dampf übertragen wird, der in einem Turbogenerator zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.
Die Erfindung bezieht sich auf zwischengeschaltete Wärmeaustauscher zur Wärmeübertragung zwischen Natrium und Natrium, und insbesondere auf Wärmeaustauscher, die in dem Gehäuse des Reaktors eingebaut sind.

ίο Die bekannten zwischengeschalteten Wärmeaustauscher weisen im allgemeinen Rohrböden mit geraden Rohren auf, die mit den plattenförmigen Rohrböden verschweißt sind. Diese Wärmeaustauscher verlaufen im allgemeinen zylindrisch bzw. sind sie zylindrisch längs einer senkrechten Achse angeordnet und sie bringen verschiedene Nachteile mit sich, die nachfolgend kurz geschildert werden.

Zunächst ist die Verwendung eines Ringes oder einer halbmondförmigen Anordnung zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Gehäuse, das den Reaktorkern aufnimmt, insbesondere im Hinblick auf den Platzbedarf nicht zufriedenstellend, dem erhebliche Bedeutung zukommt. Außerdem werden Rohre mit einem geringen Durchmesser gewählt, um die Abmessungen der Wärmeaustauscher zu verringern.

Die abschließenden Rohrböden sind gegenüber extremen Thermoschocks nur wenig widerstandsfähig, die bei Natrium häufig auftreten, dessen thermische Leitfähigkeit hervorragend und dessen spezifische Wärme relativ gering ist.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei einer unsymmetrischen Versorgung oder Wärmebeaufschlagung der geraden Rohre, die zwischen den Rohrböden gehalten sind und damit erheblichen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt werden. Außerdem müssen bei den bekannten Anordnungen, was die Dichtheit der Abschlußplatte oder des Gehäuses des Wärmeaustauschers betrifft, Dehnungskompensatoren vorgesehen werden, die hinsichtlich ihres Aufbaus schwach und durch die hydraulischen Verbindungen bzw. Abdichtungen störungsanfällig sind.

Die Schwierigkeiten werden noch erhöht, wenn es darum geht, ein defektes Rohr festzustellen und dieses auszubessern, da hierzu der Wärmeaustauscher aus dem äußeren Gehäuse herausgezogen werden muß. Dabei müssen erhebliche Schutzvorkehrungen hinsichtlich der radioaktiven Verseuchung der Umgebung getroffen werden und es ist offensichtlich, daß solche Arbeitsvorgänge zwangsläufig langwierig, kostspielig und schwierig durchzuführen sind.

Schließlich ist es bei einer solchen Anordnung der Bauelemente sehr schwierig, das äußere Gehäuse isotherm mit der Temperatur des kalten Natriums zu halten. In dem Ringraum zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Gehäuse erhält man zwei Temperaturzonen, die im unteren Teil kalt und im oberen Teil warm sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß bei kostengünstiger Herstellung eine platzsparende Bauweise erreicht wird, die weniger störungsanfällig ist und leicht gewartet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Wärmetauscher nach der Erfindung durch die Merkma-Ie des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Ausbildung gleicher plattenförmiger Rohrkörper ist eine serienmäßige Herstellung möglich und es kann das gesamte Volumen der jeweils durch die

Erweiterungen gebildeten Räume praktisch vollständig ausgefüllt werden, wodurch der Platzbedarf des Wärmeaustauschers verringert wird. Die die Piatten bildenden Rohre können eine gleichmäßige Dicke haben, wodurch sich eine hohe Widerstandsfestigkeit gegenüber Thermoschocks ergibt Auch können trotz des verringerten Platzbedarfes d?e die Platten bildenden Rohre einen größeren Durchmesser haben als die bei den bekannten Wärmeaustauschern verwendeten, wodurch sie weniger bruchgefährdet sind, während eine freie Dehnung dieser Rohre dadurch gewährleistet werden kann, daß die Ronre in Schlangenlinien verlegt werden. Es entfallen jegliche Einrichtungen für die Dehnungskompensation quer zur Verschlußplatte, so daß eine starre Verbindung möglich ist, welche besonders einfach und praktisch ausgeführt werden kann. Schließlich können Leckagen bzw. undichte Rohre in einfacher Weise festgestellt und schnell ausgebessert werden, ohne daß man radioaktiv versuchte Bauteile handhaben muß.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in einer Draufsicht schematisch die Anordnung von Wärmeaustauschern für einen Reaktor mit schnellen Neutronen und Natriumkühlung nach dem Stand der Technik, wobei die Verschlußplatte abgenommen ist;

Fig.2 eine Schnittansicht längs der Linie Π-Π in

10

15

20

25

30

F i g. 3 schematisch in einer Draufsicht die Anordnung von Wärmeaustauschern nach der Erfindung;

Fig.4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in F i g. 3 und

F i g. 5 gleichfalls in einer Draufsicht eine Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Die F i g. 1 und 2, die sich auf den Stand der Technik beziehen, zeigen als wesentliche Elemente eines Wärmeaustauschers für einen Reaktor ein äußeres zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 10 und ein in diesem konzentrisch angeordnetes inneres Gehäuse 11, in das ein allgemein mit 12 bezeichneter Reaktorkern eingesetzt ist, der von Natrium umgeben ist, das nachfolgend als primäres Natrium Na bezeichnet wird.

Das innere Gehäuse 11 weist, wie aus Fig.l ersichtlich ist, radiale Erweiterungen 13 auf (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier), :n denen jeweils zwei Wärmeaustauscher 14 und 15 für die Wärmeübertragung zwischen dem primären Natrium und radioaktiv nicht verseuchtem Natrium angeordnet sind, das nachfolgend als sekundäres Natrium bezeichnet wird. An diesen Wärmeaustauschern ist bei lö zwischen den beiden Gehäusen 10,11 eine Abdichtung vorgesehen.

Das primäre Natrium wird nach Durchlaufen der Wärmeaustauscher 14 und 15 durch Pumpen 17 umgewälzt und strömt dabei längs der durch die Pfeile F, F', F" gekennzeichneten Bahn, wobei es das innere Gehäuse 11 des Reaktors verläßt.

Die Wärmeaustauscher 14,15 weisen im allgemeinen Rohrboden und gera' Kl)₁₁ e auf, was zu den oben angegebenen Nachteilen führt. Eine Verschlußplatte 18 schließt das äußere Gehäuse 10 ab.

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform nach der Erfindung, wobei mit 20 das äußere Gehäuse und mit 21 das innere Gehäuse bezeichnet ist, in dem der Reaktorkern 22 angeordnet ist·

Das innere Gehäuse 21, das das erwärmte primäre Natrium enthält, ist mit vier radialen Erweiterungen 24 bis 27 versehen, die in gleichmäßigen Abständen ausgebildet sind. Diese Erweiterungen umgrenzen jeweils ein Wärmeaustauschvolumen, in dem mehrere plattenförmige Rohrkörper P, Pl, P2 ... parallel zueinander angeordnet sind, die vorteilhafterweise so ausgebildet sind, daß sie serienmäßig hergestellt werden können. Jeder dieser plattenförmigen Rohrkörper wird durch eine Vielzahl rohrförmiger Elemente gebildet, die einen Einlaß 29 zum Einleiten des sekundären Natriums und einen Auslaß 30 aufweisen, zwischen denen sie auf einem Abschnitt in Serpentinen bzw. Schlangenlinien 31 gelegt sind, die sich in einer senkrechten Ebene erstrecken.

Die verwendeten Rohre haben eine gleichmäßige und relativ geringe Dicke, jedoch haben sie in jedem Falle eine größere Dicke als die der oben beschriebenen bekannten Wärmeaustauscher. Sie sind deshalb weniger bruchgefährdet und vor allem können sie sich aufgrund der Ausgestaltung in Schlangenlinien frei ausdehnen.

Zwischen der Innenwand des äußeren Gehäuses 20 und den den Erweiterungen 24 bis 27 gegenüberliegenden Wänden sind Zwischenräume £bis £3 ausgebildet, in denen gradlinige Abschnitte 32 der Zuleitungsrohre mit sekundärem Natrium für die verschiedenen Wärmeaustauschplatten verlaufen. In gleich vorteilhafter Weise sind die Innenwände des äußeren Gehäuses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erweiterungen mit Rohrbündeln 35 bedeckt, durch welche gleichfalls das kalte sekundäre Natrium strömt Bei einer solchen Anordnung bilden die Zuleitungsrohre, durch welche das kalt ankommende sekundäre Natrium strömt eine »Kältemauer«, durch welche die Temperatur des äußeren Gehäuses konstant gehalten werden kann.

Im Hinblick auf die Zirkulation des primären Natriums in Richtung auf die Erweiterungen, welche die plattenförmigen Rohrkörper P,P1,P2... Pnenthalten, weist das innere Gehäuse an seinem freien oberen Rand Durchlässe 36 bis 39 auf, die beispielsweise jeweils die gesamte Breite der Erweiterungen einnehmen. Die plattenförmigen Rohrkörper lassen sich gut in den im Innern dieser Erweiterungen vorhandenen Raum einsetzen bzw. fügen sich gut in diesen Raum ein. Die auf diese Weise ausgebildete Anordnung wird durch eine Platte 40 abgeschlossen, durch welche die Zuleitungsund Ableitungsrohre der plattenförmigen Rohrkörper einzeln geführt sind, wodurch Undichtigkeiten festgestellt und gegebenenfalls notwendige Ausbesserungsarbeiten von außen durchgeführt werden können, ohne daß ein Element herausgenommen werden muß und mehrere radioaktiv versuchte Elemente gehandhabt werden müssen.

Dadurch, daß die die plattenförmigen Rohrkörper bildenden Rohre biegsam sind, können sie sich frei ausdehnen, so daß eine starre Verbindung der Zuleitungs- und Ableitungsrohre mit der Platte 40 möglich ist, ohne daß irgendeine Einrichtung für die Dehnungskompensation vorgesehen zu werden braucht, da die Rohrkörper in dem äußeren Gehäuse »aufgehängt« sind.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die plattenförmigen Rohrkörper P, Pl ... Pn in zu einer Radialebene des inneren Gehäuses parallelen Ebenen angeordnet, jedoch können diese plattenförmigen Rohrkörper auch, wie aus Fig.5 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung in konzentrischen Reihen parallel angeordnet werden.

f-Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher für einen Reaktor mit Natriumkühlung, der rr.it schnellen Neutronen arbeitet, wobei der Reaktor ein äußeres Gehäuse und ein in diesem konzentrisch angeordnetes inneres Gehäuse aufweist, in das der Reaktorkern eingesetzt ist und das radiale Erweiterungen für die Wärmeaustauschelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente als gleiche plattenförmige Rohrkörper (P, Pl ... Pn) ausgebildet sind, die parallel zueinander in diesen Erweiterungen (24 bis 27) angeordnet sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Rohrkörper (P, Pi... Pn) parallel zu einer Radialebene des Gehäuses angeordnet sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Rohrkörper (P, Pl ... Pn) in Umfangsrichtung in konzentrischen Reihen angeordnet sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Erweiterungen (24 bis 27) in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind und ein Zwischenraum oder Kanal (E bis F3) zwischen dem äußeren Gehäuse (20) und dem Endabschnitt jeder Erweiterung ausgebildet ist, durch den Zuleitungsrohre (32) für das kalt ankommende sekundäre, in den Rohrkörpern (P, P1 ... /^fließende Natrium geführt sind.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des äußeren Gehäuses (20) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erweiterungen (24 bis 27) mit Rohren (35) bedeckt ist, welche von dem kalten sekundären Natrium durchströmt sind, so daß die Zuleitungsrohre für das sekundäre Natrium eine durchgehende Kältewand längs der Innenwand des äußeren Gehäuses bilden.

6. Wärmeaustausch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der die plattenförmigen Rohrkörper (P, PX... /^bildenden Rohre in Serpentinen oder Schlangenlinien (31) gelegt sind.

7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsrohre (35) mit sekundärem Natrium, die zwischen den Erweiterungen (24 bis 27) längs der Innenwand des äußeren Gehäuses (20) verlaufen, in Schlangenlinien gelegt sind.

8. Wärmeaustausch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungs- und Ableitungsrohre einzeln durch eine Verschlußplatte (40) geführt sind, mit der sie starr verbunden sind.