DE2303277A1 - Verdampfer - Google Patents

Description

P.4657/Stev

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Verdampfer

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer mit in einem vertikalen Druckgefäss angeordnetem, horizontalem Rohrboden, an dem
die Enden von sich innerhalb des Druckgefässes erstreckenden, ein Bündel bildenden und ein Heizmittel führenden U-Rohren
dicht befestigt sind, die von einer verdampfbaren Flüssigkeit umströmt sind, wobei im Bereich der Rohrschenkel, denen das
Heizmittel zugeführt wird (warme Rohrschenkel), oberhalb des
Rohrbodens mit Durchlässen versehene Führungsmittel vorgesehen sind, die zur Verteilung der im Naturumlauf zirkulierenden
Flüssigkeit entlang des mit den warmen Rohrschenkeln bestückten Abschnitts des Rohrbodens sowie zur Bildung von nach oben abzweigenden Teilströmen der Flüssigkeit dienen, wobei zwischen den v/armen Rohrschenkeln einerseits und den Rohr se henke In, aus

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denen das abgekühlte Heizmittel"abgeführt wird (kalte Rohrschenkel), andererseits eine vom Rohrboden ausgehende, sich gegen oben und über die ganze Querausdehnung des Rohrbündels erstreckende Trennwand vorgesehen ist und wobei Mittel zum Speisen der Flüssigkeit in den Verdampfer vorgesehen sind.

Ein solcher Verdampfer ist aus der schweizerischen Patentschrift 527 390 bekannt. Bei diesem Verdampfer sind auch oberhalb des mit den kalten Rohrschenkein bestückten Abschnitts des Rohrbodens mit Durchlässen versehene Führungsmittel vorgesehen, die zur Verteilung der im Naturumlauf zirkulierenden Flüssig- " keit entlang diesem Rohrbodenabschnitt sowie zur Bildung von nach oben abzweigenden Teilströmen dienen. Dadurch entstehen im Verdampfer zwei im Naturumlauf zirkulierende Flüssigkeitsströmungen, die im Bereich der Trennwand gegeneinander abgegrenzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verdampfer dadurch zu verbessern, dass sein Wärmeübertragungswirkungsgrad erhöht wird, indem das Heizmittel vor dem Austritt aus den

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kalten Rohrschenkeln möglichst tief, d.h. unter die Verdampfung s temperatur der zu verdampfenden Flüssigkeit abgekühlt wird. . ·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Mittel zum Zuführen mindestens eines Teils der dem Verdampfer zuströmenden Flüssigkeit im Bereich der kalten Rohrschenkel vorgesehen und so ausgebildet sind, dass mindestens ein Teil dieser Flüssigkeit gegen den Rohrboden strömt, dann gegen die Peripherie des Bündels umgelenkt wird, wonach sie dieser Peripherie entlang zwischen Stirnkante der Trennwand und Druckgefässwand in de^ Raum zwischen den Führungsmitteln und dem mit den warmen Rohrschenkeln bestückten Abschnitt des Rohrbodens strömt.

Durch diese Gestaltung des Verdampfers wird im Bereich der kalten Rohrschenkel eine Vorwärmezone für mindestens einen Teil der zu verdampfenden Flüssigkeit gebildet und ebenfalls eine intensive Strömung entlang des mit kalten Rohrschenkeln bestückten Rohrbodenabsehnitts erzielt. Durch die Trennwand zwischen den warmen und den kalten Rohrschenkeln wird in die-

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sem Falle erreicht, dass die im Bereich der kalten Rohrschenkel im Zwanglauf gegen den Rohrboden strömende Flüssigkeit gezwungen wird, nach Umlenkung gegen die Peripherie an der den kalten Rohrschenkeln benachbarten Druckgefässwand entlang in den Raum unmittelbar oberhalb des mit warmen-Rohr-schenkeln bestückten Rohrbodenabschnitts zu strömen, wo sich dann die an den kalten Rohrschenkeln vorgewärmte Flüssigkeit mit der im Naturumlauf über die Führungsmittel zirkulierenden Flüssigkeit mischt. Ausserdem werden im Bereich von Heizflächen Stauzonen vermieden, innerhalb derer in der Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen sich durch Verdampfen der Flüssigkeit aufkonzentrieren könnten.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Mittel zum Zuführen mindestens eines Teils der Flüssigkeit in dem Raum zwischen den kalten und den warmen Rohrschenkeln des U-Rohrbündels angeordnet sind. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine bessere Raumausnützung erreichen, die zu kleineren Abmessungen des Druckgefässes führt.

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Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Mittel zum Zuführen mindestens eines Teils der Flüssigkeit so ausgebildet, dass diese bei ihrer Strömung gegen den Rohrboden in Richtung der kalten Rohrschenkel diesen entlang geführt wird. Hierbei können zweckmässigerweise die Mittel Verdrängungskörper enthalten, die parallel zu den kalten Rohrschenkeln sich erstrecken und zwischen diesen Schenkeln angeordnet sind und um die Rohrschenkel herum schmale Räume frei lassen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindurigsgemässen Verdampfers ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das untere Ende eines Verdampfers nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Verdampfer entsprechend der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie III - III in Fig. 1,

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Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Linie IV - IV in Fig. 1 in grösserem Massstab und

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V - V in Fig. 2 in grösserem Mas.sstab.

Gemäss Fig. 1 besteht der Verdampfer einer Kernreaktoranlage im wesentlichen aus einem Druckgefäss 10, einem Rohrboden 1, in dem ein Heizmittel führende Rohre 8 und 9 eines Bündels 12 dicht befestigt sind, und einer Eintrittskammer A sowie einer Austrittskammer 6 für das Heizmittel. Das Heizmittel ist z.B. Druckwasser, das vor dem Eintritt in die Kammer 4 den Reaktorkern gekühlt hat und nach Wärmeabgabe im Verdampfer zum Reaktorkern zurückströmt. Die beiden Kammern 4 und 6 werden von dem Rohrboden I₅ einer Trennwand 3 und einem kugeligen Boden 2 begrenzt, an dem ein Heizmittelzuführstutzen 5 und ein Heizmittelabführstutzen 7 angeschlossen sind. Das Druckgefäss 10 geht in an sich bekannter,nicht dargestellter Weise an seinem oberen Ende in eine Halbkugel über, an der ein Stutzen zur Entnahme des erzeugten Dampfes angeschlossen ist. Die Rohre 8 und 9 sind in ebenfalls an sich bekannter,

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nicht dargestellter Weise über Bogen miteinander verbunden, so dass sich das U-Rohrbündel 12 mit an der Heizmltteleintrittskammer 4 angeschlossenen warmen Rohrschenkeln 8 und an der Heizmittelaustrittskammer 6 angeschlossenen kalten Rohrschenkeln 9 ergibt. Das Rohrbündel 12 ist von einer rohrförmigen Führungswand 16 umgeben, so dass zwischen dem Druckgefäss 10 und der Führungswand 16 ein Ringraum entsteht, in dem die im Naturumlauf zirkulierende Flüssigkeit, z.B. Wasser, abwärts strömt.

Oberhalb des mit den warmen Rohrschenkeln 8 bestückten Rohrbodenabschnitts ist als Führungsmittel für die Flüssigkeit ein nach einem flachen Halbkegel geformtes Blech 45 vorgesehen, das mit seinem gekrümmten Rand mit dem unteren Ende der Führungswand 16 dicht verbunden ist. Der übrige gerade Rand ist - bis auf eine rechteckig ausgeschnittene Oeffnung 46 (Fig. 3) - mit einer Trennwand 20 dicht verbunden, die sich vom Rohrboden 1 ausgehend nach oben und über- die ganze Querausdehnung des Rohrbündels 12 erstreckt (Fig. 2). Das halbkegelförmige Blech 45 ist mit Durchtrittsöffnungen ver-

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sehen, durch die sich jeweils ein Rohrschenkel 8 mit Spiel erstreckt, so dass im Ringraum zwischen Druckgefäss 10 und Führungswand 16 abwartsströmende Flüssigkeit über den mit den warmen Rohrschenkein 8 bestückten Rohrbodenabschnitt strömt und sich in zwischen diesen Schenkeln und dem Blech .45 aufwärtsfliessende Teilströme aufteilt.

Die Trennwand 20 befindet sich nicht in der Mitte des Raumes zwischen den warmen und den kalten Rohrschenkeln 8 bzw. 9, sondern ist zu den kalten Rohrschenkeln 9 hin verschoben. Da auf diese Weise ein nicht mit Rohren bestückter Abschnitt des Rohrbodens entstünde, der eine ungleichmässige Verteilung der Flüssigkeit auf die warmen Rohrschenkel 8 zur Folge hätte, sind im Bereich dieses Abschnitts auf der Unterseite des Bleches 45 Stummel 47 angebracht, die in Fig. 2 schraffiert dargestellt sind und den Rohrschenkeln 8 entsprechende Schenkel simulieren.

Im unteren Bereich des Rohrbündels 12 ist zwischen den Rohrschenkeln 8 einerseits und den Rohrschenkeln 9 andererseits ein Vierkantkasten 21 vorgesehen, der sich quer durch das Biin-

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del 12 bis zur Führungswand 16 erstreckt. An den beiden
Enden des Kastens 21 ist je ein Stutzen 22 und 23 angeschlossen, der die Wand des Druckgefässes 10 durchdringt und in je
eine Leitung 24 bzw. 25 übergeht, die an eine gemeinsame Pumpe 11 angeschlossen sind, die die zu verdampfende Flüssigkeit dem Verdampfer zuführt und sie einem Kondensator einer Dampfturbinenanlage entnimmt, in der der im Verdampfer erzeugte
Dampf entspannt wird. In der Trennwand 20 sind im Bereich
des Vierkantkastens 21 über dessen Länge verteilt mehrere Oef Innungen 30 vorgesehen, die den Kasten 21 mit einer Verteilkammer 31 verbinden. Die Verteilkammer 31 wird von zwei Blechen
32 und 33 nach oben bzw. unten begrenzt, die sich von der
Trennwand 20 ausgehend bis zur Führungswand 16 erstrecken und mit diesen Wänden dicht verschweisst sind. Aehnlich wie beim
halbkegelförmigen Blech 45 sind in den Blechen 32 und 33
Durchlassoffnungen vorgesehen, durch die sich die kalten
Rohrschenkel 9 mit Spiel erstrecken, so dass Flüssigkeit durch, diese Durchlassöffnungen hinduroh aus der Kammer 31 austreten kann. Das untere, die Verteilkammer 31 begrenzende Blech 33
verläuft von der Trennwand 20 aus nach oben etwas ansteigend,

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wogegen das obere Blech 32 horizontal verläuft. Dadurch ergibt sich also gegen aussen ein abnehmender Strömungsquerschnitt für die Verteilkammer 31. Parallel zu dem unteren Blech 33 ist nahe dem Rohrboden 1, ebenfalls von der Trennwand 20 ausgehend, ein Blech 38 vorgesehen, das mit seinem gebogenen Rand in den unteren Rand der Führungswand 16 übergeht und das ebenfalls Durchlassöffnungen wie das Blech 33 aufweist. Auf diese Weise ist zwischen dem Blech 33 und dem Blech 38 ein Raum gebildet, der erfindungsgemäss mit Verdrängungskörpern 36 (Fig. A) versehen ist, die sich über die ganze Hö'he des Raumes erstre2ken. Die Verdrängungskörper 36 weisen sechseckigen Querschnitt auf, wobei die Seiten des Sechsecks abwechselnd gerade und konkav verlaufen. -R--• 3s—s

■ue. Die Verdrängungskörper 36 sind so dimensioniert, dass sie zwischen ihren konkaven Seiten und den Rohrschenkeln 9 einen schmalen Zwischenraum 41 frei lassen. Ferner sind schmalere Zwischenräume 42 zwischen den geraden Seiten benachbarter Verdrängungskörper vorgesehen, um der Wärmedehnung Rechnung zu tragen. Zum Zentrieren der Körper 36 sind an den Enden der konkaven Seiten

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je zwei Längswulste 40 vorgesehen, die an den Rohrschenkein 9 anliegen.

Parallel ziir oberen Begrenzungswand 32 der Verteilkammer 31 ist eine gleichgestaltete Wand 37 vorgesehen, die am oberen Ende der Trennwand 20 mit dieser dicht verbunden ist und ebenfalls mit der Führungswand 16 dicht verschweisst ist. In dem durch die beiden Bleche 32 und 37 gebildeten Raum erstrecken sich Verdrängungskörper 35, die in gleicher Weise wie die Verdrängungskörper 36 ausgebildet und angeordnet sind.

Die Führungswand 16 i^t über einen Bereich von je 45°, gemessen von der Trennwand 20 aus (Fig. 2), nach unten bis zum Rohrboden 1 verlängert, so dass die beiden Wandteile 39 (Fig. 2) entstehen. Dadurch ergibt sich zwischen diesen beiden Wandteilen 39 eine Oeffnung von 90°, durch welche die die Durchlas söffnungen im Blech 38 durchströmende Flüssigkeit strömen muss, bevor sie über den Ringraum zwischen den Wandteilen 39 einerseits und der benachbarten Druckgefässwand in den Raum zwischen dem halbkegelförmigen Blech 4 5 und den mit den warmen

c^abschnitt Rohrschenkeln 8 bestückten Rohrboden) gelangt, wo sie" sich mit

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der im Naturumlauf zirkulierenden Flüssigkeit mischt.

Im Zentrum des Rohrbodens 1 ist eine Sackbohrung 4 8 vorgesehen, von derem Grunde eine schräg nach oben geführte Bohrung 49 ausgeht, an die eine Leitung 50 angeschlossen ist (Fig. 5), die dem Rohrboden 1 entlang aus dem Verdampfer herausgeführt ist (Fig. 2) und zum Abschlämmen dient.

Im Betrieb des Verdampfers wird beispielsweise 90 % der gesamten zu verdampfenden Flüssigkeitsmenge über die Leitungen 24 und 25 dem Vierkantkasten 21 zugeführt, aus dem die Flüssigkeit über die Oeffnungen 30 in die Verteilkammer 31 strömt. Ungefähr die Hälfte der Flüssigkeitsmenge, also 45 %, strömt dann im Zwanglauf durch die Spalten 41 und 42 an den Rohi·- schenkeln 9 und zwischen den Verdrängungskörpern 36 abwärts gegen den Rohrboden 1. Nach Durchströmen der Durchlassöffnungen im Blech 38 strömt die Flüssigkeit unter intensivem Bespülen des mit den kalten RohrschenkeIn 9 bestückten Abschnitts des Rohrbodens 1 radial nach aussen zur Peripherie des Bündels der kalten Rohrschenkel 9 und gelangt über die 90°-0effnung zwischen den Wandteilen 39 in den Ringraum zwischen diesen

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und der benachbarten Druckgefässwand. In diesem Ringraum strömt die Flüssigkeit entlang der Peripherie des genannten Bündels und gelangt dann nach Passieren der Stirnkante der Trennwand 20 - wie schon erwähnt - in den Raum unterhalb des Bleches 45. Die andere Hälfte der in die Verteilkammer 31 einströmenden Flüssigkeit strömt zwischen den Verdrängungskorpern 35 in Richtung der kalten Rohrschenkel 9 nach oben und mischt sich nach dem Durchströmen der Durchlassöffnungen im Blech 37 mit der übrigen Flüssigkeit, die über das Blech 45 in den von der Führungswand 16 umschlossenen Raum gelangt ist. Die restlichen 10 % der zu verdampfenden Flüssigkeit wird in an sich bekannter Weise ungefähr auf der Höhe des Niveau der zu verdampfenden Flüssigkeit durch einen Stutzen in den Ringraum zwischen dem Druckgefäss 10 und der Führungswand 16 eingespeist.

Die Neigung des halbkegelförmigen Bleches 45 ist so zu wählen, dass bis in den Bereich der Sackbohrung 4 8 der mit warmen Rohrschenkeln 8 bestückte Abschnitt des Rohrbodens 1 mit noch genügender Geschwindigkeit gespült wird. Findet an den kalten Rohrschenkein 9 eine Vorwärmung der zu verdampfenden Flüssigkeit bis zur Sattdampftemperatur statt, so kann- zwischen dem

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halbkegelförmigen Blech 45 und dem Rohrboden 1 eine so starke Dampfbildung entstehen, dass die Neigung des Bleches 45 null oder sogar negativ werden kann.

In dem dem Bündel der kalten Rohrschenkel 9 benachbarten Ringraum zwischen dem Druckgefäss 10 un der Führungswand 16 kann eine sich über 180° erstreckende, etwa auf der Höhe der Schnittlinie IV - IV angebrachte Schikane vorgesehen -sein, die vermeidet, dass die vorgewärmte, aus dem Blech 38 austretende Flüssigkeit nach oben in den genannten Ringraum strömt. ■

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Iy Verdampfer mit In einem vertikalen Druckgefäss angeordnetem, horizontalem Rohrboden, an dem die Enden von sich innerhalb des Druckgefässes erstreckenden, ein Bündel bildenden und ein Heizmittel führenden U-Rohren dicht befestigt sind, die von einer verdampfbaren Flüssigkeit umströmt-sind, wobei im Bereich der Rohrschenkel, denen das Heizmittel zugeführt wird (warme Rohrschenkel), oberhalb des Rohrbodens mit Durchlässen versehene Führungsmittel vorgesehen sind,die zur Verteilung der im Naturumlauf zirkulierenden Flüssigkeit entlang des mit den warmen Rohrschenkeln bestückten Abschnitts des Rohrbodens sowie zur Bildung von nach oben abzweigenden Teilströmen der Flüssigkeit dienen, wobei zwischen den warmen Rohrschenkeln einerseits und den Rohrschenkein, aus denen das abgekühlte Heizmittel abgeführt wird (kalte Rohrschenkel), andererseits eine vom Rohrboden ausgehende, sich gegen oben und über die ganze Querausdehnung des Rohrbündels erstreckende Trennwand vorgesehen ist und wobei Mittel zum Speisen der Flüssigkeit

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   in den Verdampfer vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Zuführen mindestens eines Teils der dem Verdampfer zuströmenden Flüssigkeit im Bereich der kalten Rohrschenkel vorgesehen und so ausgebildet sind, dass mindestens ein Teil dieser Flüssigkeit gegen den Rohrboden strömt, darm gegen die Peripherie des Bündels umgelenkt wird, wonach s.ie •dieser Peripherie entlang zwischen Stirnkante der Trennwand und Druckgefässwand in den Raum zwischen den Führungsmitteln und dem mit den warmen Rohrschenkeln bestückten Abschnitt des Rohrbodens strömt.
2. 2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zuführen mindestens eines Teils der Flüssigkeit in dem Raum zwischen den kalten und den warmen Rohrschenkeln des U-Rohrbündels angeordnet sind.
3. 3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens einen Teil der Flüssigkeit zuführenden Mittel so ausgebildet sind, dass sie die gegen den Rohrboden strömende Flüssigkeit in Richtung der Rohrschenkel an diesen entlang führen.

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4. 4. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der kalten Rohrschenkel parallel zu diesen sich erstreckende und zwischen diesen Rohrschenkeln angeordnete Verdrängungskörper vorgesehen sind, die um die Rohrschenkel herum schmale Räume frei lassen.

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