DE2249811A1

DE2249811A1 - HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: DE2249811A1
Application number: DE2249811A
Authority: DE
Inventors: Leonard James Kube
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1973-05-03
Also published as: GB1358336A; FR2165862A1; CA973167A; ES408014A1; CH557003A; JPS4851102A; US3882933A; IT966382B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2249811Patent attorneys Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2249811

Dipl.-InG. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. RA₁ ¹WeICKMANN, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-InG. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. RA ₁ ¹ WeICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN8 MUNICH 86, DEN

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GULP OIL'CORPORATION, 439 Seventh Avenue, Pittsburgh,GULP OIL'CORPORATION, 439 Seventh Avenue, Pittsburgh,

Pennsylvania, V.St.v.A.Pennsylvania, V.St.v.A.

WärmeaustauscherHeat exchanger

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit wenigstens
einem Röhrenbündel, das eine Vielzahl dem Wärmeaustausch dienende Röhren aufweist*The invention relates to a heat exchanger with at least
a tube bundle that has a large number of tubes for heat exchange *

Derartige Wärmeaustauscher sind in Verbindung mit Dampferzeugern zu finden, die den Dampf zum Antrieb von Dampfturbinen erzeugen. Die Erfindung eignet sind insbesondere für
einen Dampferzeuger in einem gasgekühlten Kernreaktor eines
Elektrizitätswerks.Such heat exchangers can be found in connection with steam generators that generate the steam to drive steam turbines. The invention are particularly suitable for
a steam generator in a gas-cooled nuclear reactor
Power station.

Seit dem Aufkommen von Kernreaktoren wurden wesentliche Schritte unternommen, um aus der von diesen Kernreaktoren abgegebe-Since the advent of nuclear reactors, significant steps have been taken to reduce the amount of energy released from them.

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benen Wärmeenergie wirksam und wirtschaftlich elektrische Energie zu erzeugen. Ein wichtiger Paktor beim Erreichen dieses Ziels ist, daß diese Kernreaktoren bei genügend hohen Temperaturen betrieben werden, um den Dampf unmittelbar bei Temperaturen und Drücken erzeugen zu können, die zum Betrieb Ton Dampfturbinen hohen Wirkungsgrads ausreichen. In dieser Beziehung "führte die Technologie heutiger Kernreaktoren zur Entwicklung von gasgekühlten und bei hoher Temperatur zu betreibenden Kernreaktoren, die, zusammen mit einem geeigneten Dampfturbinensystem, die elektrische Energie in einem Ausmaß und zu einem Preis herstellen können, der den Erfordernissen der Gebrauchsgüterindustrie entspricht.benen thermal energy effectively and economically electrical Generate energy. An important factor in achieving this goal is that these nuclear reactors operate at sufficiently high levels Temperatures are operated in order to be able to generate the steam directly at temperatures and pressures that are necessary for operation Sound steam turbines of high efficiency will suffice. In this Relationship "led the technology of today's nuclear reactors to the development of gas-cooled and high-temperature ones Nuclear reactors which, together with a suitable steam turbine system, generate electrical energy to an extent and can produce them at a price that meets the needs of the consumer goods industry.

Im allgemeinen verwenden Kernreaktoranlagen mit gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren einen Druckbehälter, durch den ein Kühlmittel, etwa gasförmiges Helium oder Kohlendioxyd, zirkuliert und die im Kernreaktor freiwerdende Wärmeenergie entsieht. Den Dampf zum Turbinenbetrieb erhält man normalerweise durch Austausch der Wärme des Kühlmittels mit der Flüssigkeit eines Wasser-Dampf-Systems. Der Wärmeaustausch wird herkömmlich in einem Dampferzeuger durchgeführt, in dem die dem Kernreaktor entzogene Wärmeenergie zur Erzeugung von überhitztem Dampf verwendet wird. In general, nuclear reactor plants use gas-cooled High-temperature reactors are a pressure vessel through which a coolant, such as gaseous helium or carbon dioxide, circulates and the thermal energy released in the nuclear reactor is removed. The steam to run the turbine is normally obtained by exchanging the heat of the coolant with the liquid a water-steam system. The heat exchange becomes conventional carried out in a steam generator in which the thermal energy extracted from the nuclear reactor is used to generate superheated steam.

In einem derartigen aus einem gasgekühlten Kernreaktor und einem Dampferzeuger bestehenden System ist es oftmals wünschenswert, daß das Kühlgas nur einmal durch den Dampferzeuger strömt, bevor es zum Kernreaktor zurückgeleitet wird. Um maximalen Wirkungsgrad zu erhalten, ist es deshalb wichtig, daß dem Kühlgas während des einmaligen Durchlaufens die größtmögliche Wärmemenge entzogen wird. Andererseits ist es jedoch auch wichtig, daß die Kühlgasströmung so wenig wie möglich gedrosselt wird, um die zum Transport des Kühlgases durch das System erforderliche Arbeit minimal zu halten. Ist der Dampferzeuger aus wirtschaftlichen Erwägungen oder sonstigen Grün-In such a gas-cooled nuclear reactor and steam generator system, it is often desirable to have the cooling gas pass through the steam generator only once before it is returned to the nuclear reactor. In order to obtain maximum efficiency, it is therefore important to that the cooling gas during the single pass the greatest possible Amount of heat is withdrawn. On the other hand, however, it is also important that the cooling gas flow is as little as possible is throttled in order to keep the work required to transport the cooling gas through the system to a minimum. Is the steam generator for economic considerations or other reasons

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den im gleichen -Druckbehälter enthalten, der auch den Kernreaktor selbst aufnimmt, so ist es wichtig, daß die Größe des Dampferzeugers möglichst klein bleibt und daß der Dampferzeuger bzw. Teile davon schnell durch notwendigerweise begrenzte Öffnungen im Druckbehälter entfernt werden kann.. Um diese Gegensätze in Einklang zu bringen, verwenden Dampferzeuger oftmals Röhrenbündel, die eine Vielzahl schraubenförmiger zusammen angebrachter Röhren aufweisen.contained in the same pressure vessel as the nuclear reactor absorbs itself, it is important that the size of the steam generator remains as small as possible and that the steam generator or parts of it quickly by necessarily limited Openings in the pressure vessel can be removed .. To bring these opposites into line, use steam generators often tube bundles that have a plurality of helically attached tubes.

In einem derartigen Kernreaktorsystem, muß jedoch der erzeugte oder wieder zu erhitzende Dampf, nachdem seine Temperatur beim Strömen durch ein spezielles Röhrenbündel des Dampferzeugers erhöht wurde,- oftmals über geeignete Leitungen um das Röhrenbündel herum zum gleichen Ende des Dampferzeugers im Druckbehälter des Reaktors zurückgeführt werden, bei dem er eingetreten ist. Dies ist insbesondere der Pail, wenn der Dampferzeuger in einem Durchbruch innerhalb des Druckbehälters des Kernreaktors enthalten ist. Die Notwendigkeit, entweder die Eintrittsröhren oder die Austrittsröhren zum gleichen Ende des Röhrenbündels zurückführen zu müssen, führt, aufgrund des Wärmeaustausch^ beim Zurückführen um das Röhrenbündel, zu Wirkungsgradverlusten. Außerdem erfordert das oben erwähnte Herumführen Platz in einem größeren Durchbruch im Druckbehälter des Kernreaktors oder eine entsprechende Verringerung der Größe des bei gegebenem Durchbruch im Druckbehälter verwendbaren Röhrenbündels. .In such a nuclear reactor system, however, the generated or steam to be heated again after its temperature as it flows through a special tube bundle of the steam generator has been increased - often by means of suitable lines the tube bundle can be returned around to the same end of the steam generator in the pressure vessel of the reactor at which he entered. This is especially the pail when the Steam generator is contained in a breakthrough within the pressure vessel of the nuclear reactor. The need to either having to return the inlet tubes or the outlet tubes to the same end of the tube bundle, due to the Heat exchange ^ when returning to the tube bundle, to efficiency losses. In addition, the above requires Passing around space in a larger opening in the pressure vessel of the nuclear reactor or a corresponding reduction in the Size of the tube bundle that can be used with a given opening in the pressure vessel. .

Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, den oben erwähnten Wärmeaustauscher insbesondere bei Verwendung in einem Kernreaktorsystem so zu verbessern, daß das Röhrenbündel des Dampferzeugers bei gegebenem verfügbaren Platz maximal wirkt und alle Eintritts- und Austrittsröhren am gleichen Ende des Eöhrenbündels enden.The invention therefore has the object of providing the above-mentioned heat exchanger, in particular when used in a nuclear reactor system to be improved so that the tube bundle of the steam generator has the maximum effect in the given available space and all entry and exit tubes terminate at the same end of the tube bundle.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Röhren"-in- The invention solves this problem in that the tubes "-in -

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einer Vielzahl ringförmiger Röhrenreihen koaxial angeordnet sind, wobei jede Röhrenreihe eine Vielzahl schraubenförmig mit gleichem Radius um eine Achse der Röhrenreihe gewundene Röhren aufweist,, daß Mantelrohre die Strömung eines ersten erhitzten Wärmetauschmediums über die Röhren leiten und ein zweites Wärmetaunchmedium in den Röhren erhitzen, daß die Enden der Röhren an einem Ende des Röhrenbündels jeweils paarweise durch Verbindungsrohre miteinander verbunden sind, und daß am anderen Ende des Röhrenbündels eine Speiseeinrichtung vorgesehen ist, die jeweils der einen Röhre der paarweise angeordneten Röhren das zweite Wärmetauschmedium unter Druck zuführt und ein Sammelkopf das erhitzte zweite Wärmetausehmedium aus der jeweils anderen der paarweise angeordneten Höhren aufnimmt.a plurality of annular rows of tubes are coaxially arranged, each row of tubes having a plurality of helical shapes has tubes wound with the same radius around an axis of the tube row, that jacket tubes the flow of a first Heated heat exchange medium through the tubes and heat a second heat exchange medium in the tubes that the Ends of the tubes at one end of the tube bundle in pairs are interconnected by connecting pipes, and that at the other end of the tube bundle a feed device is provided, each of the one tube of the tubes arranged in pairs, the second heat exchange medium under pressure supplies and a collecting head the heated second heat exchange medium from the other of the paired Hearing picks up.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to drawings:

Fig. 1 ist eine perspektivische Schnittansicht des ÜJeils eines Kernreaktors, der einen erfindungsgemäßen Dampferzeuger aufweist;Fig. 1 is a perspective sectional view of the ÜJeils a Nuclear reactor having a steam generator according to the invention;

Pig. 2 ist eine schematische Schnittansicht des unteren Abschnittes des Dampferzeugers aus Fig. 1;Pig. Fig. 2 is a schematic sectional view of the lower portion the steam generator from FIG. 1;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2; undFigure 3 is a sectional view taken along line 3-3 of Figure 2; and

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.Fig. 4 is a schematic view of another according to the invention Embodiment.

Die Zeichnungen zeigen einen erfindungsgemäßen Teil eines Kernreaktorsystems. Das Kernreaktorsystem weist einen Druckbehälter 27 aus Spannbeton auf, der von einer samt Zubehör nicht dargestellten Stützeinrichtung getragen wird. Durch denThe drawings show part of a nuclear reactor system according to the invention. The nuclear reactor system has a pressure vessel 27 made of prestressed concrete, which is carried by a support device, not shown, including accessories. Through the

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Beton des im wesentliehen zylinderförmigen Druckbehälters 27 ragen in axialer Richtung Spannstäbe 29. In der Außenfläche des Druckbehälters 27 sind eine Vielzahl ringförmiger Nuten 31 vorgesehen, die nicht dargestellte Spannringbänder aufnehmen. Concrete of the substantially cylindrical pressure vessel 27 Tension rods 29 protrude in the axial direction. In the outer surface of the pressure vessel 27 there are a plurality of annular grooves 31 provided, which take up the clamping ring bands, not shown.

Das Innere des Druckbehälters 27 weist eine Hauptkammer 33 auf, in der ein nicht dargestellter Reaktorkern eingebracht ist. Die· Hauptkammer 33 ist mit einer im Beton verankerten Einlage 35 aus einem geeigneten Material versehen. Als Reaktorkern kann jede geeignete Type verwendet werden, wobei es sich im Ausführungsbeispiel um einen sogenannten gasgekühlten Reaktorkern handelt. Hier wird ein Kühlgas, wie z.B. Helium oder Kohlendioxyd, über den nicht dargestellten Reaktorkern geführt, um die Temperatur des Gases zu erhöhen.· Das Gas zirkuliert dann durch einen oder mehrere Wärmeaustauscher oder Dampferzeuger, in denen es Wasserdampf oder andere Dämpfe erzeugt, mit deren Hilfe elektrische Generatoren angetrieben werden. Das umlaufende Gas wird dann dem Reaktorkern wieder ' zugeführt, wo es erneut erhitzt wird.The interior of the pressure vessel 27 has a main chamber 33 in which a reactor core (not shown) is introduced is. The main chamber 33 is anchored in the concrete with one Insert 35 made of a suitable material. As a reactor core Any suitable type can be used, the embodiment being a so-called gas-cooled Reactor core acts. Here, a cooling gas, such as helium or carbon dioxide, is passed over the reactor core, which is not shown led to increase the temperature of the gas. · The gas circulates then through one or more heat exchangers or steam generators in which it generates water vapor or other vapors, with the help of which electrical generators are driven. The circulating gas is then returned to the reactor core ' fed where it is reheated.

Im dargestellten Reaktorsystem ist die Hauptkammer 33 von einer Vielzahl an ihrem Umfang verteilt angeordneter zylindrischer Kammern 37» von denen nur eine in den Zeichnungen dargestellt ist, umgeben. Die Kammern 37 haben Zylinderform und sind im Druckbehälter 27 vertikal angeordnet, wobei ihre Achsen paral·- IeI zur Achse, des Druckbehälters 27 sind. In der Kammer 37 ist ein Dampferzeuger 39 und ein nur teilweise dargestellter Kühlgasumwälzer 41 enthalten. Horizontale Rohre 43 leiten das Kühlgas aus der Hauptkammer 33 in jede der Kammern 37J jedoch ist in den Zeichnungen nur eines dieser Rohre 43 dargestellt. Das Kühlgas wird dann durch ein horizontales Rohr 45 der Hauptkammer 33 wieder zugeführt, in der es über den Reaktorkern streicht. Die Hauptkammer 33 und die Kammern 37 sind an ihren oberen Enden mit geeigneten nicht dargestellten Abschlüssen versehen. ■ -In the illustrated reactor system, the main chamber 33 is one Large number of cylindrical ones distributed around its circumference Chambers 37 'of which only one is shown in the drawings is surrounded. The chambers 37 have a cylindrical shape and are in Pressure vessel 27 arranged vertically, with their axes parallel - IeI to the axis of the pressure vessel 27 are. In chamber 37 is a steam generator 39 and only partially shown Cooling gas circulator 41 included. Guide horizontal pipes 43 the cooling gas from the main chamber 33 into each of the chambers 37J however, only one of these tubes 43 is shown in the drawings. The cooling gas is then passed through a horizontal pipe 45 of the main chamber 33 supplied again, in which it is via the Reactor core is canceled. The main chamber 33 and the chambers 37 are not shown at their upper ends with suitable ones Finishes provided. ■ -

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Die Kammer 37 ist vom unteren Ende des Druckbehälter® 27 her über Durchbrüche 47 zugänglich. Jeder Durchbruch 47 ist mit einer sich nach oben erstreckenden MetallauBkleidung 49 ver-· sehen, die mit einer Metallauskleidung 51 der; Kammer 37 verschweißt ist. Ein mit einer Metallaußenverkleidung 55 versehener Betonpfropfen 53 verschließt jeden Äirchbruch 47 und dichtet ihn ab. Im Betonpfropfen 53 sind Durchbreche vorgesehen , durch die verschiedene untenstehend erläuterte Dampfröhren in die Kammer 37 treten, um den Dampferzeuger 39 Wasser und Dampf zuzuführen bzw. von ihm abzuleiten. The chamber 37 is from the lower end of the pressure vessel 27 Accessible via openings 47. Each breakthrough 47 is with an upwardly extending metal cladding 49 see that with a metal liner 51 of the; Chamber 37 welded is. A concrete plug 53 provided with a metal outer cladding 55 closes each breach 47 and seals it off. In the concrete plug 53 breakthroughs are provided through which various steam pipes explained below enter the chamber 37 in order to supply water and steam to the steam generator 39 or to divert it from it.

Im einzelnen führt ein Speisewassereintrittsrohr 57 das Speisewasser für den Dampferzeuger 39 einem Speisewasserkopf 59 zu. Der Speisewasserkopf 59 verteilt das Speisewasser auf eine Vielzahl Röhren, die durch einen Durchbruch im Betonpfropfen 53 in die Kammern 37 führen. Die Röhren 61 verlaufen dann zwischen den Wänden eines doppelwand!gen Mantelrohrs 17 des Dampferzeugers 39 bis in den Abschnitt oberhalb des Rohrs 43· Jede der Röhren 61 setzt sich dann als schraubenförmiger Wickel in einem Hauptdampfbündel 63 fort. Am oberen Ende des Hauptdampfbündeis 63 laufen die Röhren 61 in nicht dargestellten Sammlern mit Austrittsrohren 65 zusammen, die gemeinsam durch ein Mittelrohr 67 laufen, das sich auf der ganzen Länge des Dampferzeugers 39 durch diesen hindurch erstreckt. In einem innerhalb der Kammer 37 und unterhalb des Dampferzeugers 39 gelegenen Bereich werden die Austrittsrohre 65 durch einen geeigneten Durchbruch im Betonpfropfen 53 aus dem Druckbehälter 27 heraus und in einem Sammlerkopf 69 zusammen·? geführt. Der aus den Austrittsrohren 65 in den Sammlerkopf eintretende Dampf wird gesammelt in einem Dampfaustrittsrohr 71 den nicht dargestellten !Turbinen zugeführt. Das Röhrenbündel des Hauptdampfbündels 63 wirkt als Dampfvorerhitzer und als Oberhitzer und der durch das Dampfaustrittsrohr 71 aus*· tretende Dampf ist deshalb überhitzter Dampf.In detail, a feed water inlet pipe 57 guides the feed water for the steam generator 39 to a feed water head 59. The feed water head 59 distributes the feed water a plurality of tubes which lead through an opening in the concrete plug 53 into the chambers 37. The tubes 61 run then between the walls of a double-walled jacket pipe 17 of the steam generator 39 up to the section above the pipe 43 · Each of the pipes 61 is then set as a helical one Continue winding in a main steam bundle 63. At the upper end of the main steam bundle 63, the tubes 61 run in not shown Collectors with outlet pipes 65 together, which run together through a central pipe 67 that extends all over the place Length of the steam generator 39 extends through this. In one inside the chamber 37 and below the steam generator 39 located area, the outlet pipes 65 through a suitable opening in the concrete plug 53 from the Pressure vessel 27 out and in a collector head 69 together ·? guided. The steam entering the collector head from the outlet pipes 65 is collected in a steam outlet pipe 71 supplied to the turbines (not shown). The tube bundle of the main steam bundle 63 acts as a steam preheater and as the top heater and that through the steam outlet pipe 71 from * The emerging steam is therefore superheated steam.

Die Erfindung im dargestellten KemreaktoYeystem betrifft ;Je-The invention in the illustrated nuclear reaction system relates to;

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doch, nur den Abschnitt des untenstehend erläuterten Macherhitzers. Dementsprechend sollen auch keine weiteren Angaben zum Dampfvor- und-überhitzer des Dampferzeugers 39 gemacht werden. Der Volletändigkeit halber sei jedoch erwähnt, daß das Hauptdampfbundel 63 mechanisch beliebig ausgebildet sein kann. Zum Beispiel kann das Hauptdampfbündel 63 "von gelochten nicht dargestellten Platten gehalten werden, durch die die Röhren des Hauptdampfbündels 63 gewunden sind. Die gelochten Platten können an beliebigen geeigneten Abschnitten des Dampferzeugers 39 befestigt, sein.yes, just the section of the Makerhitzers explained below. Accordingly, no further information about the steam preheater and superheater of the steam generator 39 should be made will. For the sake of completeness, however, it should be mentioned that the main steam bundle 63 can be of any mechanical design can. For example, the main steam bundle 63 "of perforated plates, not shown, through which the tubes of the main steam bundle 63 are wound. The perforated Plates can be attached to any suitable portion of the steam generator 39.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Naeherhitzerabschnitt des Dampferzeugers 39.als Röhrenbündel 11 ausgeführt. Das Röhrenbündel 11 ist in einem zwischen dem Mantelrohr 17 und einem Mantelrohr 19 gebildeten Hohlraum untergebracht. Das Mantelrohr 17 weist eine äußere doppelte Zylindervrand mit einem ringförmigen Befestigungsrand an ihrem oberen Ende auf, der mit einem ringförmigen Befestigungsflansch 85 versehen ist. Der Befestigurigsflansch 85 ist an einem geeig- ■ neten Befestigungsflansch 75 angebracht, der von der Metallauskleidung 51 nach innen ragt. Das innere Mantelrohr 19 weist einen um eine vertikale Achse und koaxial zum Mittelrohr 67 angeordneten länglichen'Zylinder auf.Der Raum zwischen den · zylindrischen Mantelrohren 17 und 19 wird oberhalb des Rohrs 43 von einer Haube 77 verschlossen, wobei das Rohr 43 über einen Eintrittskanal 79 in diesen Raum mündet. Das Hauptdampfbündel 63 wird oberhalb der Haube 77 von einer' zylinderförmigen Ummantelung 81 umgeben, die über den Befestigungsflansch 85 am Befestigungsflansch 75 und damit an der Metallauskleidung 51 der Kammer 37 befestigt ist.In the illustrated embodiment, the near heater section is of the steam generator 39 designed as a tube bundle 11. The tube bundle 11 is in one between the jacket tube 17 and a casing tube 19 formed cavity housed. The jacket tube 17 has an outer double cylinder edge with an annular fastening edge at its upper end, which with an annular fastening flange 85 is provided. The fastening flange 85 is on a suitable ■ Neten mounting flange 75 attached, which protrudes from the metal lining 51 inward. The inner jacket tube 19 has one about a vertical axis and coaxial with center tube 67 arranged elongated cylinder. The space between the cylindrical casing pipes 17 and 19 is above the pipe 43 closed by a hood 77, the tube 43 over an inlet channel 79 opens into this space. The main steam bundle 63 is above the hood 77 by a 'cylindrical Sheath 81 surrounded, which via the fastening flange 85 on the fastening flange 75 and thus on the metal lining 51 of the chamber 37 is attached.

Vom Reaktorkern in der Hauptkammer 33 des Kernreaktorsystems strömt heißes Heliumgas durch das Rohr 43 in den zwischen den Mantelrohren 17 und 19 gebildeten Raum. Das heiße.Heliumgas strömt dann nach unten über ein Röhrenbündel 11 des Nacher-From the reactor core in the main chamber 33 of the nuclear reactor system, hot helium gas flows through the tube 43 into the between Jacket pipes 17 and 19 formed space. The hot helium gas then flows downwards over a tube bundle 11 of the post

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hitzers. Das untere Ende des Mantelrohrs 17 ist mit einem Boden 87 versehen und das untere Ende des Mantelrohrs 19 endet in einem Abstand oberhalb des Bodens 87. Dementsprechend tritt das heiße Heliumgas, nachdem es nach unten über das Röhrenbündel 11. geströmt ist, in den Ringraum zwischen dem Mittelrohr 67 und dem Mantelrohr 19· Anschließend strömt es, parallel zur Achse des Dampferzeugers 39 nach oben in den Bereich oberhalb des Hauptdampfbündeis 63. Das obere Ende der Ummantelung 81 wird von aufeinanderfolgenden ringförmigen Wandstücken 89 verschlossen. Das heiße Heliumgas tritt dann aus dem ringförmigen Raum zwischen dem Mittelrohr 67 und dem Mantelrohr 19 aus und wird nach außen und wiederum abwärts durch das Hauptdampfbündel 63 in einen vom Mantelrohr 19 und der Ummantelung 81 gebildeten Raum gedruckt. Die Unterkante der Ummantelung 81 endet mit einem Abstand oberhalb des Befestigungsflansches 85 und ist mit geeigneten Füßen 91 versehen, die nach untenstehend auf dem Befestigungsflansch 85 aufstehen und die Ummantelung 81 tragen. Das heiße Heliumgas wird auf diese Weise, nachdem es das Hauptdampfbundel 63 durchströmt hat, ringförmig nach außen durch den Abstand zwischen der Unterkante der Ummantelung 81 und dem Befestigungsflansch 85 gedrückt und tritt in den Raum zwischen der Ummantelung 81 und der Metallauskleidung 51 der Kammer 37. In diesem Bereich kehrt sich die Strömungsrichtung des Heliumgases wiederum um 180° um, womit das Heliumgas auf der Außenseite der Ummantelung 81 senkrecht nach oben strömt.heaters. The lower end of the jacket tube 17 is provided with a bottom 87 and the lower end of the jacket tube 19 ends at a distance above the bottom 87. Accordingly, the hot helium gas passes after it downwards the tube bundle 11. has flowed into the annular space between the central tube 67 and the jacket tube 19. Then flows it, parallel to the axis of the steam generator 39 upwards into the area above the main steam bundle 63. The upper End of the sheath 81 is made of successive annular Wall pieces 89 closed. The hot helium gas then exits the annular space between the central tube 67 and the jacket tube 19 and is outwardly and again downwards through the main steam bundle 63 into one of the jacket tube 19 and the casing 81 is printed. The bottom edge the casing 81 ends at a distance above the fastening flange 85 and is provided with suitable feet 91, which stand down on the mounting flange 85 and wear the casing 81. The hot helium gas is in this way after it is the main steam bundle 63 has flowed through, annularly outward through the distance between the lower edge of the casing 81 and the mounting flange 85 pressed and enters the space between the casing 81 and the metal lining 51 of the chamber 37. In this In the area, the direction of flow of the helium gas is reversed again by 180 °, with the result that the helium gas is on the outside the casing 81 flows vertically upwards.

Um die Zirkulation des Heliumgases als Kühlgas aufrechtzuerhalten, wird das in den Bereich oberhalb des Dampferzeugers 39 strömende Heliumgas in einem von einer Haube 93 gebildeten Raum gesammelt. Der Kühlgasumwälzer 41 ist an den durch die Haube 93 gebildeten Raum angeschlossen und weist Turbinenechaufeln 95 auf, die, über eine geeignet angetriebene Welle 97 bewegt, das Heliumgas durch ein Ringrohr 99 drücken. Das Heliumgas verläßt das Ringrohr 99 in einem nicht dargestellten Bereich und tritt in einem oberen, mit 101 bezeichnetenTo keep the helium gas circulating as a cooling gas, the helium gas flowing into the area above the steam generator 39 is formed in a hood 93 Collected space. The cooling gas circulator 41 is connected to the space formed by the hood 93 and has turbine blades 95, which, moved via a suitably driven shaft 97, press the helium gas through an annular tube 99. That Helium gas leaves the annular tube 99 in an area not shown and enters an upper one designated by 101

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Abschnitt der Kammer 37 wieder ein. Der,obere Abschnitt 101 der Kammer 37 ist oberhalb der Haube 93 niit dem Rohr 45 verbunden, womit das zirkulierende Heliumgas durch das Rohr 45 zum Reaktorkern zurückkehrt, wo'es wieder aufgeheizt wird.Section of the chamber 37 again. The, upper section 101 the chamber 37 is connected to the pipe 45 above the hood 93, with which the circulating helium gas returns through the pipe 45 to the reactor core, where it is reheated.

Die Einrichtungen, die den nacherhitzten Dampf vor und nach dem Röhrenbündel 11 des Nacherhitzers zuführen und sammeln, sind unterhalb des Röhrenbündels 11 angeordnet. Eine Speiseeinrichtung 23 weist einen Verteiler auf, dem über ein Zuführungsrohr 103 kalter Nacherhitzerdampf zugeführt wird. Der kalte Nacherhitzerdampf wird auf eine Vielzahl Speiseröhren 105. aufgeteilt, die dann durch den Betonpfropfen 53 in den Bereich unterhalb des Dampferzeugers 39 treten. Die Speiseröhren 105 werden unterhalb des Röhrenbündels 11 in geeigneter Lage geführt. Wie obenstehend erwähnt, zirkuliert der Nacherhitzerdampf in den Röhren des Röhrenbündels 11 im Macherhitzer schraubenförmig nach oben und wird dann wieder schraubenförmig nach unten geführt. Nachdem der hacherhitzte Dampf schraubenförmig nach unten geströmt ist, fördern ihn ' · Leitungsrohren 107, ausgehend von im Bereich unterhalb des Röhrenbündels 11 verteilten Stellen, in den Bereich oberhalb einer Durchführungsöffnung durch den Betonpfropfen 53. Die im nachfolgenden Teil nach unten gebogenen Leitungsröhren verlassen dann die Kammer 37 durch den Betonpfropfen 53 ^un<i führen zu einem Sammelkopf "25. Der in den Sammelkopf 25 eintretende heiße Nacherhitz er dampf strömt dann über ein Aus-, trittsrohr 109 zu einer nicht dargestellten Turbine, in der er von neuem expandiert.The devices which supply and collect the reheated steam before and after the tube bundle 11 of the reheater are arranged below the tube bundle 11. A feed device 23 has a distributor to which cold reheater steam is fed via a feed pipe 103. The cold reheater steam is distributed to a plurality of esophagus 105, which then pass through the concrete plug 53 into the area below the steam generator 39. The esophagus 105 are guided in a suitable position below the tube bundle 11. As mentioned above, the reheater steam circulates in the tubes of the tube bundle 11 in the macher heater in a helical upward manner and is then guided in a helical manner downward again. After the superheated steam has flowed helically downwards, pipes 107 convey it, starting from points distributed in the area below the tube bundle 11, to the area above a feed-through opening through the concrete plug 53 Chamber 37 through the concrete plug 53 ^and lead to a collecting head "25. The hot reheating steam entering the collecting head 25 then flows through an outlet pipe 109 to a turbine, not shown, in which it expands again.

Konstruktionseinzeiheiten des Röhrenbündels 11 des Nacherhitzers sind aus den Pig. 2 und 3 zu entnehmen. Das eigentliche Röhrenbündel 11 weist eine Vielzahl ringförmig koaxial angeordneter Röhrenreihen auf, von denen jede der Röhrenreihen jaus einer Vielzahl Röhren besteht. Die Röhren jeder Röhrenreihe sind schraubenförmig um eine gemeinsame Achse mit dem gleichen Radius gewunden. Das bedeutet, daß die SpeiseröhrenConstruction details of the tube bundle 11 of the reheater are from the Pig. 2 and 3. The real one Tube bundle 11 has a plurality of tube rows arranged in an annular coaxial manner, each of which is the tube rows consists of a multitude of tubes. The tubes of each row of tubes are helical around a common axis with the same radius twisted. That means the esophagus

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105 des kalten Nacherhitzerdampfes zu jeweils unterschiedlichen am Umfang an der Unterseite der verschiedenen ringförmigen Röhrenreihen verteilt angeordneten Stellungen verlaufen, wenn sie unterhalb des Dampferzeugers 39 abgebogen sind. Das gleiche gilt für die Leitungsröhren 107 des Uacherhitaer- ι dampfes. Eine Hälfte der Röhren 13 im Röhrenbündel. ,11 fördert den Nacherhitzerdampf im Röhrenbündel 11 schraubenförmig nach oben und die andere Hälfte der Röhren 13 im Röhrenbündel 11 leitet den Nacherhitzerdampf schraubenförmig wieder nach unten. Die Speiseröhren 105 sind auf diese Weise mit der einen Hälfte der Röhren 13 verbunden und die als Austrittsröhren verwendeten Leitungsröhren 107 sind an die andere Hälfte der Röhren I5 angeschlossen.105 of the cold reheater steam to different on the circumference on the underside of the various rows of annular tubes arranged distributed positions run, when they are bent below the steam generator 39. That the same applies to the conduit tubes 107 of the Uacherhitaer- ι steam. One half of the tubes 13 in the tube bundle. , 11 promotes the reheater steam in the tube bundle 11 helically upwards and the other half of the tubes 13 in the tube bundle 11 directs the reheater steam back down in a helical manner. The esophagus 105 are thus connected to one half of the tubes 13 and those used as exit tubes Line tubes 107 are attached to the other half of the tubes I5 connected.

In der in den Pig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform sind die schraubenförmig nach oben führenden Röhren und die schraubenförmig nach unten führenden Röhren In getrennten vertikalen Reihen 15 angeordnet. Auf diese Weise weist die innere Reihe der schraubenförmigen Röhren im Röhrenbündel 11 einen Satz Aufströmröhren auf, in denen der Dampf schraubenförmig im Röhrenbündel 11 nach oben strömt und die unmittelbar benachbarte Reihe weist einen Satz Abströmröhren auf. Jede Röhre der inneren ringförmigen Reihe ist mit jeweils einer Röhre der unmittelbar benachbarten ringförmigen Reihe auf der Oberseite des Röhrenbündels 11 durch einen U-förmigen Rohrkrümmer 21 verbunden. Dies gilt ebenso für die anderen Reihen, womit jede schraubenförmige Röhre, in der im Röhrenbündel 11 Dampf nach oben strömt, durch einen U-förmigen Rohrkrümmer 21 mit einer schraubenförmigen Röhre verbunden ist, in der der Dampf im Röhrenbündel 11 schraubenförmig nach unten strömt. Um einen zu engen Radius des U-förmigen Rohrkrümmers 21 zu vermeiden» sind die Rohrpaare nicht unmittelbar einander benachbart, sondern sind, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, mit geringem Abstand voneinander am Umfang angeordnet.In the in the Pig. 2 and 3 are the helically upwardly leading tubes and the helically shaped ones Downwardly leading tubes Arranged in separate vertical rows 15. In this way, the inner one Row of helical tubes in the tube bundle 11 a Set of upflow tubes in which the steam flows helically upward in the tube bundle 11 and the immediately adjacent row has a set of outflow tubes. Every tube of the inner annular row is each with a tube of the immediately adjacent annular row on top of the tube bundle 11 is connected by a U-shaped pipe bend 21. This also applies to the other rows, with which each helical tube, in which steam flows upward in the tube bundle 11, through a U-shaped pipe bend 21 a helical tube is connected in which the steam in the tube bundle 11 flows helically downward. To one to avoid too narrow a radius of the U-shaped pipe bend 21 »if the pipe pairs are not directly adjacent to each other, but are, as can be seen from Fig. 3, arranged at a small distance from one another on the circumference.

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-.11 --.11 -

Wird das Röhrenbündel 11 wie obenstehend beschrieben konstruiert, so befinden sich alle Eintritts- und Austrittsrohre am gleichen Ende des Röhrenbündels 11. Auf diese Weise v/erden Wärmeverluste vermieden, die ansonsten aufgrund des Dampf transports -von einem Ende des Röhrenbündels 11 zum anderen entstehen -würden. Außerdem kann der Raum, der normalerweise zum Transport vorgesehen wäre, durch zusätzliche Röhrenreihen ausgenutzt werden, die auf diese Weise die Kapazität des Röhrenbündels vergrößern. Anderenfalls kann der zur Unterbringung eines vorgegebenen Röhrenbündels erforderliche Platzbedarf verringert werden.If the tube bundle 11 is constructed as described above, so all the inlet and outlet tubes are at the same end of the tube bundle 11. In this way v / earth avoids heat losses that would otherwise occur due to the Steam transport from one end of the tube bundle 11 to the other would arise. Also, the space that normally for transport would be used by additional rows of tubes, which in this way the capacity of the tube bundle. Otherwise the can for accommodation a given tube bundle required space can be reduced.

In Fig. 4 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Anstatt daß alle Röhren jeweils einer Röhrenreihe den Dampf in der gleichen Richtung fortleiten, d.h. entweder nach oben oder nach unten, leiten aufeinanderfolgende Röhren jeder Röhrenreihe in Pig. 4 den Dampf nach oben bzw. nach unten. Die U-förmigen Rohrkrümmer 21 verbinden deshalb nicht wie in Mg.3 dargestellt Röhren verschiedener Röhrenreihen, sondern verbinden jeweils die nächstgelegene Röhre in der gleichen Röhrenreihe. Ein Vorteil der Konstruktion nach Fig. 4 ist, daß keine geradzahlige Anzahl Röhrenreihen 15 erforderlich ist, sondern nur eine geradzahlige Anzahl Röhren in jeder Reihe. Außerdem ist die zur Querverbindung zwischen Aufströmröhren und Abströmröhren erforderliche Höhe geringer als in der Ausführungsform nach den Pig. 2 und 3· Die Querverbindungen zwischen den Röhren können gleichzeitig mit der Herstellung der einzelnen Röhrenreihen gefertigt werden und nicht nach dem Zusammenfügen zweier benachbarter Röhrenreihen. Auf diese Weise werden Herstellungskosten eingespart. Aufgrund der Durchmischung von Aufströmröhren und Abströmröhren in jeder Röhrenreihe wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielt als wenn alle Röhren einer gegebenen Röhrenreihe entweder Aufström- oder Abströmröhren sind. Schließlich führt ^: die Ausführungsform der Pig. 4 zu einer bezüglich der Unter-Another embodiment of the invention is shown in FIG. Rather than all tubes in a row of tubes conveying steam in the same direction, that is, either up or down, successive tubes in each row of tubes in Pig. 4 the steam up or down. The U-shaped pipe bends 21 therefore do not connect tubes of different rows of tubes, as shown in Fig. 3, but rather connect the closest tube in the same row of tubes. An advantage of the construction of Fig. 4 is that no even number of rows of tubes 15 is required, but only an even number of tubes in each row. In addition, the height required for the cross connection between the upflow pipes and the outflow pipes is less than in the embodiment according to the Pig. 2 and 3 · The cross connections between the tubes can be made at the same time as the individual rows of tubes are manufactured and not after two adjacent rows of tubes have been joined together. In this way, manufacturing costs are saved. Because of the intermingling of the upstream and downstream tubes in each row of tubes, a more even temperature distribution is achieved than if all the tubes of a given row of tubes are either upstream or downstream. Finally leads ^: the embodiment of the Pig. 4 to a related

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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drückung von Vibrätionen, die durch die Strömung hervorgerufen werden, günstigeren Anordnung und verringert aufgrund geringeren Strömungswiderstands den dampfseitigen Druckabfall. suppression of vibrations caused by the current cheaper arrangement and reduces the pressure drop on the steam side due to lower flow resistance.

Insgesamt gesehen führt die Erfindung zu einem verbesertenViewed as a whole, the invention leads to an improved result

• ■ .ι¹ • ■ .ι ¹

Wärmeaustauscher oder Dampferzeuger, insbesondere bei der Verwendung zur Dampferzeugung in einem gasgekühlten Kernreaktor. Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher weist ein Röhrenbündel mit schraubenförmig gewundenen Röhren auf, bei dem alle Ein- und Austrittsröhren am gleichen Ende des Röhrenbündels zusammengefaßt werden. Die Ausbildung "ermöglicht die Verwendung größerer Bündel bei gegebenem Raum und führt zu geringeren Wärmetransportverlusten. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit der Erzeugung von Wasserdampf beschrieben wurde, läßt sie sich genauso gut auf andere Arten von Plussigkeits-Dampf-Systemen anwenden.Heat exchangers or steam generators, especially in the Use to generate steam in a gas-cooled nuclear reactor. The heat exchanger according to the invention has a Tube bundle with helically wound tubes in which all inlet and outlet tubes are at the same end of the tube bundle be summarized. The training "enables the use of larger bundles in a given space and leads to lower heat transport losses. Although the invention has been described in connection with the generation of water vapor, it can just as easily be applied to other types of plus-steam systems use.

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Claims

M *) Wärmeaustai ^ scher rait at least one tube bundle that; has a multiplicity of tubes serving for heat exchange, marked thereby _t

that the tubes (15) of the tube bundle (11) in a plurality annular rows of tubes (15) are arranged coaxially »where Each row of tubes (15) has a plurality of helical shapes with the same radius around an axis of the row of tubes (15) Having tubes (15),

that jacket pipes (17; 19) heated oils flow of a first Pass the heat exchange medium through the tubes (15) and a second Heat the heat exchange medium in the tubes (15),

that the ends of the tubes (15) at one end of the tube bundle (11} each in pairs through connecting pipes (21) with one another are connected"

and that at the other end of the tube bundle (11) a feed device (25) is provided for each of the tubes (15) of the tubes (15) arranged in pairs supplies the second heat exchange medium under pressure and a seeding head (25) the heated second heat exchange medium from each other's accommodates tubes (15) arranged in pairs.

2. Heat exchanger according to claim 1 ₁ characterized »that the tubes (15) arranged in pairs are in adjacent rows of tubes (15) *

3 * Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes (13) arranged in pairs lie in the same row of tubes (15) *

4 * heat exchanger according to one of the preceding claims *

characterized in that the connecting pipes (21) D-shaped drill elbows are.

5. Heat exchanger according to one of the preceding claims «characterized in that the casing tubes (17; 19) the first heat exchange medium in a first flow direction over the ears (13) to the other end of the Höhrenbändels (11) guide and then in a second, the first Strösnragsrleitung opposite flow direction through the of the inner annular tube row (15) guide formed tree.

6. Heat exchanger according to one of the claims, characterized in that the second heat exchange medium eufleitende feed device (23) has a first cladding tube, from which a plurality of connecting tubes (103) extend, each connecting tube (105) having one each Tube (13) of the tubes arranged in pairs (13) is connected, and that the second heat exchange medium receiving The collector head (25) has a second cladding tube from which a plurality of further connecting tubes (107) extend, wherein each further connecting tube (107) with each other Tube (13) of the paired tubes (13) connected is.

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