DE2308317C3 - Wärmetauscher großer Abmessung für den Betrieb bei hohen Temperaturen und Drücken - Google Patents

Wärmetauscher großer Abmessung für den Betrieb bei hohen Temperaturen und Drücken

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DE2308317C3
DE2308317C3 DE19732308317 DE2308317A DE2308317C3 DE 2308317 C3 DE2308317 C3 DE 2308317C3 DE 19732308317 DE19732308317 DE 19732308317 DE 2308317 A DE2308317 A DE 2308317A DE 2308317 C3 DE2308317 C3 DE 2308317C3
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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher großer Abmessung für den Betrieb bei hohen Temperaturen und Drücken, insbesondere als Dampferzeuger, bei dem das primäre Fluid das Kühlmittel eines Kernre-
aktors ist und bei dem eine äußere schwere Struktur durch einen äußeren zylindrischen Mantel gebildet ist, dessen Enden an einem Einströmkopf bzw. einem Aasströmkopf befestigt sind und wobei die Böden dieser Köpfe zur Aufnahme der Enden von stwa sinusförmig gewellten und in konzentrischen Gruppen angeordneten Wärmetauscherrohren mit öffnungen versehen sind, wobei die Wärmetauscherrohre in mehreren Querebenen durch konzentrische Stützringe gehaltert sind, von denen die inneren Stützringe auf einem zentralen Rohr aufliegen.
Ein Wärmetauscher dieser Art ist durch die US-PS 3336974 bekannt. Bei dieser bekannten Konstruktion füllen die Wärmetauscherrohre den Querschnitt des Wärmetauschers innerhalb des zylindrischen Mantels bis auf einen zentralen Raum mit geringem Durchmesser, der von einem Stützrohr eingenommen wird, praktisch vollständig aus. Eine derartige Konstruktion läßt sich nur dadurch herstellen, daß zunächst die Wärmetauscherrohre zu einem Rohrbündel zusammengefügt werden, an dessen Ende dann mit den Wärmetauscherrohren perforierte Endplatten verschweißt werden, worauf schließlich um dieses vormontierte Rohrbündel die äußere Konstruktion zusammengefügt und verschweißt wird. Die mit den Rohrenden verschweißten Endplatten weisen eine relativ große Dicke auf, um die mechanischen Belastungen aufnehmen zu können, denen diese Endplatten unterworfen werden. Da beim Betrieb des Wärmetauschers zu beiden Seiten dieser Endplatten sehr unterschiedliche Temperaturen auftreten werden, tritt in den Platten ein starkes Temperaturgefälle auf, das beachtliche thermische Spannungen hervorrufen kann.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion besteht darin, daß die äußere schwere Struktur, die um das Wärmetauscherbündel montiert wird, durch den Zusammenbau, insbesondere durch das Verschweißen der Einzelteile innere Spannungen erhält, die zweckmäßigerweise durch eine Glühbehandlung der schweren Struktur beseitigt werden sollten. Diese Glühbehandlung kann aber ihrerseits zu einer unerwünschten Beeinflussung des bereits fertig montierten Rohrbündels führen, insbesondere ist zu befürchten, daß die Haltbarkeit der Schweißnähte zwischen den Wärmetauscherrohren und den Endplatten beeinträchtigt wird. Es muß also bei einer derartigen Konstruktion berücksichtigt werden, daß der fertige Wärmetauscher noch mit beträchtlichen internen Spannungen behaftet sein wird, die es erforderlich machen, eine insgesamt relativ schwere, materialintensive und damit teure Konstruktion vorzusehen.
Noch ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion besteht darin, daß für den Fall, daß das Rohrbündel erneuert oder repariert werden muß, die aus den äußersten Konstruktionsteilen bestehende Baugruppe zerstört bzw. zerlegt werden muß, um Zugang zum Rohrbündel zu schaffen, was mit einschließt, daß der gesamte Wärmetauscher in das Herstellerwerk gebracht wird, wo er schwierigen, langen und kostspieligen Arbeiten unterworfen werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Konstruktion zu überwinden und einen Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß bei gleichem Bauvolumen ein insgesamt leichterer, einfacher herzustellender und zu reparierender, einer höheren thermischen Belastung aussetzbarer Wärmetauscher geschaffen wird,
bei welchem das Bündel aas Wärmetauscherrohren nach Fertigstellung der äußeren, schweren Struktur montiert werden kann, also auch nach der zum Abbau von internen Spannungen dienenden Glühbehandlung der äußeren Struktur, wobei zugleich auch das Rohrbündel ohne Zerstörung der äußeren, schweren Struktur demontiert, repariert oder ausgetauscht werden kann. Weiterhin soll der erfindungsgemäße Wärmetauscher derart ausgestaltet sein, daß einerseits eine freie Wärmedehnung der Rohre ermöglicht wird, während andererseits die Wärmetauscherrohre festgehalten und an Vibration gehindert sein sollen. Schließlich soll die gesamte Wärmetauscherkonstruktion so beschaffen sein, daß sie weitgehend spannungsfrei herstellbar ist und die beim Betrieb auftretenden thermischen Spannungen möglichst gering sind, so daß ohne Sicherheitsrisiko nicht nur hinsichtlich der Materialstärken, sondern auch hinsichtlich der Materialqualität Einsparungen möglich werden.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Einströmkopf und der Ausströmkopf jeweils als ein eine ringförmige, geschlossene Kammer umschließendes Gehäuse ausgebildet sind, das eine innere zylindrische Wand und einen aus einer ringförmigen und zur Aufnahme der Enden der Wärmetauscherrohre dienenden Lochplatte bestehenden Boden aufweist, wobei von der inneren zylindrischen Wand ein breiter, zentraler Kanal umschlossen ist, und daß die äußeren Stützringe gegenüber der äußeren, schweren Struktur durch Schweißung festgelegt und die inneren Stützringe mit dem aus dünnem Blech gebildeten, einem breiten, zugänglichen Schacht bildenden zentralen Rohr verschweißt sind, während die konzentrischen Stützringe zwischen den Rohren in jeder Querebene untereinander durch rohrförmige Zwischenstege verbunden sind, die die Stützringe im Abstand zu den Rohren halten und die sich an die mit ihnen in Berührung stehenden Rohre teilweise anschmiegende konkave Seitenflächen sowie an den Stützringen anliegende konvexe Basisflächen aufweisen, von denen mindestens eine Basisfläche eines jeden Zwischenstegs mit einem Stützring verschweißt ist.
Diese Konstruktion bietet den Vorteil, daß zunächst die äußere, schwere Struktur fertiggestellt und durch thermische Behandlung von Spannungen befreit werden kann, bevor im Inneren dieser schweren Struktur von außen nach innen fortschreitend die Wärmetauscherrohre und die diesen zugeordneten Stützringe montiert werden, wobei der breite, zen'rale Kanal auch später Zugang zum Rohrbündel schafft, um beispielsweise in entgegengesetzter Reihenfolge die Rohre und Stützringe wieder abzubauen und gegebenenfalls durch neue Rohre oder Stützringe auszutauschen. Die Wärmetauscherrohre sind so angebracht, daß sie sich beiderseits ihrer Stützringe frei verschieben und sich durch Biegung verformen können, und daß sie trotz großer Zirkulationsgeschwindigkeit eines sie durchströmenden Strömungsmittels an einer Vibration gehindert sind. Da durch die erfindungsgemäße Konstruktion die thermischen Spannungen verringert werden, denen die Rohre unterworfen sind, können diese aus einem dünneren Metall und in gewissen Fällen aus einem weniger kostspieligen Metall als der in diesem Fall im allgemeinen verwendeten hochwertigen Legierung hergestellt werden. Die Verringerung der Wandstärke der Rohre erlaubt es andererseits, den Wärmeübertragungsko-
effizienten zwischen den beiden Strömungsmitteln zu verbessern. Die besondere Ausgestaltung des Einström- und des Ausströmkopfes in Form einer ringförmigen, geschlossenen Kammer verstärkt einerseits die Konstruktion wesentlich und gestattet es andererseits, die Dicke der Lochplatten zur Aufnahme der Wärmetauscherrohre wesentlich zu verringern, wodurch sich nicht nur thermische Spannungen beseitigen lassen, sondern auch das Gesamtgewicht des Wärmetauschers gesenkt wird. Da die Stützringe der jeweils gleichen Ebene untereinander durch rohrförmige, konkave Zwischenstege verbunden sind, die demnach den gleichen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen wie die Rohre, ist ihre Relativbewegung auf Grund der Wärmedehnung praktisch vernachlässigbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung in einem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 10 besteht, durch welches der erfindungsgemäße Wärmetauscher derart zusammengebaut werden kann, daß die mit der neuen Wärmetauscherkonstruktion angestrebten Vorteile in optimaler Form erreicht werden. An Hand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispicle der Erfindung, die sich auf einen Dampferzeuger mit Zwangsumlauf und Überhitzung des Strömungsmittels in einem einzigen Durchlauf beziehen, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen, als Dampferzeuger ausgebildeten Wärmetauscher,
Fig. 2 einen Detailschnitt in größerem Maßstab durch den unteren Abschnitt der Sekundär- bzw. Speisewasservorwärmung des in Fig. 1 gezeigten Dampferzeugers,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines sinusförmig gekrümmten Rohres,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Halteeinrichtung für die Rohre, die in den Wendepunkten mittels rohrförmiger Zwischenstege gehalten werden,
Fig. 5 eine Seitenansicht hierzu,
Fig. 6 und 7 jeweils eine schematische Darstellung eines wellenförmigen Rohres, das in den Scheitelpunkten der Wellen gehalten wird, und
Fig. 8 eine Anwendungsform rohrförmiger Querstege, falls die Rohre durch die Stützringe in den Scheiteln ihrer Wellenform gehalten werden.
Der in Fig. 1 gezeigte Dampferzeuger besitzt einen äußeren zylindrischen Mantel 1, der vertikal angeordnet ist und am oberen Ende mit einem Einströmkopf 2 und am anderen Ende mit einem Ausströmkopf 3 versehen ist. Jeder Kopf besitzt Ringform, d. h. er wird von einer ringförmigen Kammer la bzw. 3 a gebildet, die auf diese Weise zwischen sich einen zentralen Kanal Ib bzw. 3b bildet.
Eine Klappe 3c deckt den zentralen Kanal 3b ab. Im Einströmkopf 2 ist eine öffnung 4 für den Zutritt des unter Druck stehenden, heißen Primärwassers in das Innere der ringförmigen Kammer la vorgesehen. Im Ausströmkopf 3 ist eine öffnung 5 vorgesehen, um den Austritt des abgekühlten, unter Druck stehenden Primärwassers aus der ringförmigen Kammer 3a zu ermöglichen. Einsteigöffnungen Aa bzw. 5a sind im Einströmkopf 2 und im Ausströmkopf 3 vorgesehen.
Der untere Abschnitt des Einströmkopfes 2 wird durch eine ringförmige Lochplatte 6 gebildet, während der obere Teil des Ausströmkopfes 3 in ähnlicher Weise durch eine ringförmige Lochplatte 7 gebildet
"' wird. Mit diesen Lochplatten 6 bzw. 7 sind die oberen bzw. unteren Enden eines ringförmigen Bündels biegsamer Wärmetauscherrohre befestigt, die in Fig. 1 schematisch durch unterbrochene Linien angedeutet sind.
"> In der Nachbarschaft des äußeren Umfanges des ringförmigen Rohrbündels ist eine konzentrische, doppelte Innenmantelanordnung vorgesehen, die durch einen äußeren Mantelring 8 und einen inneren Mantelring 9 gebildet wird, die auf diese Weise einen Vorwärmer für das sekundäre Speisewasser bilden. Der innere Mantelring 9 ist mit der ringförmigen Lochplatte 6 verbunden, während der äußere Mantelring 8 in einem gewissen Abstand vor dieser Platte endet. Das obere Mantelringende ist mit 8a bezeichnet. Der untere Teil des ringförmigen Zwischenraums 10 zwischen den beiden Mantelringen 8 und 9 wird durch einen Kranz 11 abgeschlossen, der für den Durchtritt von Rohren mit öffnungen versehen ist und sich in einem gewissen Abstand von der ringförmigen unteren Lochplatte 7 befindet. Zum ringförmigen Rohrbündel gehörige Rohre 12, die, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in dem Zwischenraum 10 zwischen den beiden Mantelringen 8 und 9 angeordnet sind, durchqueren den Kranz 11. Die Bauweise des Vorwärmers
.30 ist damit derart, daß eine freie Dehnung der beiden Ringe 8 und 9 möglich ist.
Im unteren Abschnitt des zwischen den Mantelringen 8 und 9 ausgebildeten ringförmigen Zwischenraumes 10 wird Sekundärwasser durch die öffnungen
s 5 13 einer Sammelleitung 14 eingespeist.
Ein zentrales Rohr 15, das in dem frei gebliebenen Raum innerhalb des ringförmigen Bündels aus biegsamen Rohren angeordnet ist, bildet einen Schacht 16 in der Achse des zentralen Kanals 3b des Ausströmkopfes 3. Dieser Schacht 16 erstreckt sich bis auf eine Höhe derart, daß oberhalb des Schachtes ein freier Raum 17 verbleibt, der mit dem zentralen Kanal 2 b des Einströmkopfes 2 in Verbindung steht. Um den Zutritt zum Rohrbündel zu ermöglichen, besteht das Rohr 15 vorzugsweise aus dünnem Blech, das leicht durchgeschnitten werden kann. Um auf leichte Weise die Drücke auf beiden Seiten des Bleches auszugleichen, bringt man darin öffnungen an. Beispielsweise kann eine kleine öffnung 18 am oberen Scheitel des
so Schachtes 16 vorgesehen sein, sowie öffnungen IS an dessen Fuß. Man kann die Gestaltung auch so ausführen, daß im Inneren des Schachtes 16 ein geringe] Überdruck herrscht, um das Wasser in ihm abzusenken.
Es wird also das unter Druck stehende Primärwas ser heiß durch die öffnung 4 in die ringförmige Kammer 2a des Einströmkopfes 2 eingeleitet, worauf e: durch das ringförmige Rohrbündel von der oberei Lochplatte bis zur unteren Lochplatte strömt, bevoi
es durch die öffnung 5 wieder die ringförmige Kam mer 3a des Ausströmkopfes 3 verläßt
Das Sekundärwasser wird im unteren Abschnitt de zwischen den Mantelringen 8 und 9 befindlichen Zwi schenraumes 10 eingeleitet, wobei es die Sammellei rung 14 verläßt Dieses Wasser erhitzt sich beim Auf steigen im Zwischenraum 10 im Gegenstrom zun durch die 'Wärmetauscherrohre 12, herabfließenden unter Druck stehenden Wasser. Die Bahn des er
wärmten, am oberen Ende des Zwischenraumes 10 ankommenden Wassers erfährt eine Umkehrung seiner Strömungsrichtung am Mantelringende 8a, derart, daß das Wasser in dem äußeren Umf angsraum 20 zwischen dem äußeren Mantelring 8 und dem äußeren Mantel 1 nach unten strömt und dabei letzteren erwärmt. Im unteren Abschnitt des äußeren Umfangraumes 20 wechselt das sekundäre Strömungsmittel nochmals seine Richtung und tritt in die Zone 21 ein, die sich unterhalb des Kranzes 11 befindet, worauf es in die Verdampfungskammer 22 einströmt, die sich zwischen dem inneren Mantelring 9 und dem den Schacht 16 umschließenden Rohr 15 befindet. Der feuchte Dampferreicht anschließend die Zone 17 und erfährt eine Überhitzung durch die Berührung mit dem oberen Abschnitt 23 des Rohrbündels, dessen Länge entsprechend dem gewünschten Überhitzungsgrad gewählt ist. Tatsächlich tritt durch den Kanal Ib im Zentrum des Einströmkopfes 2 überhitzter Dampf zu einer ihn nutzbar machenden Einrichtung aus.
Weil das untere Ende des äußeren Mantelringes 8 sich teilweise in Kontakt mit dem aufgeheizten sekundären Strömungsmittel befindet, das in dem äußeren Umfangsraum 20 zirkuliert und andererseits in Kontakt mit dem kalten sekundären Strömungsmittel, das in den Zwischenraum 10 eingespeist wird, kann es vorteilhaft sein, an dieser Stelle eine thermische Abschirmung vorzusehen, die eine Abkühlung des sekundären Strömungsmittels in dem äußeren Umfangsraum 20 verhindert. Beispielsweise kann man im unteren Abschnitt des äußeren Mantelrings 8 zwei Blechstücke vorsehen, zwischen denen sich ein isolierender Anstrich befindet. Im Gegensatz hierzu nimmt der innere Mantelring 9 in einem gewissen Ausmaß an der Aufheizung des Wassers teil.
Der erfindungsgemäße, mit einem erzwungenen Kreislauf und bei einem einzigen Durchlauf des sekundären Strömungsmittels arbeitende Dampferzeuger weist eine im allgemeinen symmetrische Anordnung in bezug auf die Vertikalachse des Geräts auf. Man kann gleicherweise eine gewisse Herstellungssymmetrie in bezug auf eine horizontale Mittelebene feststellen.
Das ringförmige, von dem primären Strömungsmittel umströmte Rohrbündel wird von biegsamen Rohren gebildet, die eine beachtliche Dehnung erfahren können, als Ergebnis insbesondere von Belastungsänderungen, von plötzlichen thermischen Stoßbeanspmchungen.
Alle Wärmetauscherrohre sind identisch. Eines ist schematisch als Beispiel für eine Ausführungsform in Fig. 3 dargestellt und mit 25 bezeichnet. Es besitzt regelmäßige Wellungen, die etwa sinusförmig ausgebildet sind und abwechselnde Krümmungen aufweisen mit Kreisbogen A oder B, die an Wendepunkten / ineinander übergehen.
Es ist vorteilhaft, für jeden Kreisbogen einen Zentrumswinkel gleich oder unterhalb von 60° zu verwenden. Dieser Winkelwert von 60° entspricht tatsächlich einer maximalen Schräge von 30° der Tangente an eine Krümmung in bezug auf die Vertikale in diesem Punkt. Diese maximale Schräge bzw. Neigung tritt an den Wendepunkten auf, derart, daß, wenn die zur Rohrführung dienenden Stützringe in der Höhenlage vorgesehen sind, die den Wendepunkten entspricht, die Rohre in dieser Höhenlage eine Schräge aufweisen, die eine Annäherung der Rohre aneinander zur Folge hat, nichtsdestoweniger aber vereinbar ist mit der normalen Teilung der Bohrungen in den Lochplatten 6 und 7.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind zehn Krümmungen vorgesehen, die an jedem Ende durch "' eine halbe Krümmung und einem geradlinigen Abschnitt abgeschlossen werden, der jeweils in eine der Lochplatten führt. In Höhe der Wendepunkte des Rohres 25 befinden sich die Ebenen 26, in denen die Stützringe angeordnet sind. Da die Schräglage der Rohre gegenüber den Stützringen in diesen Punkten am größten ist, ist die Verlagerung der Rohre unter dem Einfluß einer Temperaturänderung dort praktisch gleich Null.
Man sieht aus Fig. 2, daß sich in dem Zwischen-
r> raum 10 ein erster Stützring 26a befindet. An diesem liegen in regelmäßigen Abständen rohrförmige Zwischenstege an, die entsprechend der in Fig. 4 mit 50, 50', 50" bezeichneten Zwischenstege ausgebildet sind. Der erste Stützring 26o wird durch Distanzklötze 28
-° in einem geeigneten Abstand vom äußeren Mantelring 8 gehalten, die am äußeren Mantelring 8 vorher angeschweißt worden sind und an die anschließend auch der Stützring 26a angeschweißt wird. Die Distanzklötze 28 sind dazu bestimmt, den Durchtrittsquerschnitt in dem Zwischenraum 10 des Vorwärmers so zu bemessen, daß die optimale Durchflußgeschwindigkeit erreicht wird. Die weiteren in Fig. 2 gezeigten Stützringe sind mit 26f>, 26c und 26d bezeichnet. Der Zusammenbau erfolgt fortschreitend von außen nach innen. Der innere Stützring wird schließlich mit dem Rohr 15 des zentralen Schachtes 16 verschweißt.
In den Fig. 4 und 5 ist die Ausbildung und Anordnung der rohrförmigen Zwischenstege 50, 50', 50" usw. näher gezeigt. Diese Zwischenstege weisen seitliche, konkave Auflageflächen auf, die leicht konvergieren. Zwei benachbarte Zwischenstege jeder Reihe sind jeweils abwechselnd verkehrt zueinander derart angeordnet, daß sie eine Aufnahme für das zwischen sie einzufügende Rohr bilden. Die Zwischenstege sind so ausgebildet, daß sie die Stützringe 26e, 26/, 26g, 26Ii im Abstand von den Rohren 25e, 25/, 25g halten. Sie besitzen äußere und innere konvexe Stirnseiten, mit deren Scheitelpunkten 51, 51', 51" bzw. 52, 52', 52" sie an zwei Stützringen verschweißt sind, von denen sie eingeschlossen werden. Um die Montage dieser rohrförmigen Zwischenstege zu erleichtern, sind sie abwechselnd mit ihren breiten konvexen Stirnflächen am äußeren oder am inneren Stützring des sie einschließenden Stützringpaares festgeschweißt. Beispielsweise sind die Zwischenstege 50' usw. mit ihren äußeren breiten, konvexen Stirnflächen am Stützring 26e festgeschweißt, während die Zwischenstege 50, 50" mit ihren breiten Stirnflächen nach innen gewandt sind und dort am inneren Stützring 26/ verschweißt sind. Es ist auch möglich, die Zwischenstege mit den Stützringen zu verschweißen, bevor sie in das Gerät eingebaut werden. Ist jedoch der innere Stützring 26/ einmal eingebaut, werden die Zwischenstege 50' usw.
«o in gleicher Weise an den Scheitelpunkten 52' usw. mit dem Stützring verschweißt. Bei einer Anordnung, bei der die Verbindung zweier benachbarter Stützringe jeweils nur durch jeden zweiten Zwischensteg erfolgt, d. h. durch diejenigen Zwischenstege, die mit beiden
es benachbarten Stützringen verschweißt sind, so können die anderen Zwischenstege, die nur mit dem inneren Stützring eines Stützringpaares verbunden sind, aus einem dünneren Blech von beispielsweise 1 mm Dicke
und von größerer Biegsamkeit und Elastizität geformt sein, wodurch sie leichter verformbar sind, um insbesondere größere Toleranzen hinsichtlich des Rohrdurchmessers bei deren Herstellung zu ermöglichen. In dem Fall, in dem sich die Ebenen der Stützringe in Höhe der Wendepunkte der wellenförmigen Rohre befinden, müssen die rohrförmigen Zwischenstege 50, 50', 50" usw. gegenüber der vertikalen Richtung schräg angeordnet sein, wie dies Fig. 5 zeigt. Nach einem anderen Montageverfahren der wellenförmigen Rohre des Rohrbündels, wie sie schematisch aus Fig. 6 ersichtlich ist, werden die Rohre 25 nicht mehr in den Ebenen festgehalten, die sich in Höhe ihrer Wendepunkte befinden, sondern in Höhe derjenigen Ebenen P1, P2, P3 usw., die sich in Höhe der Scheitelpunkte der Krümmungen 53, 53', 53" bzw. 54, 54', 54" usw. befinden, wobei diese Krümmungen durch Kreisbogen mit Zentrumswinkeln von 60° gebildet werden. Um eine freie Dehnung der Rohre in Längsrichtung zu ermöglichen, befinden sich in diesem Falle die Stützebenen in Höhe der Scheitelpunkte 53, 54', 53'", der sich auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Achse der Sinusform befindenden Krümmungen, während die zwischen den vorstehend erwähnten Scheitelpunkten befindlichen Krümmungen, wie z. B. 54 und 53' frei sind. Um geradlinige Querstege benutzen zu können, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind, sind die Abschnitte der Rohre an den Scheitelpunkten der
r> Wellen 55, 55', 55" usw. geradlinig ausgeführt, und zwar über eine Höhe von 3-4 cm, die der Höhe der Stützringe, wie z. B. 56 und der rohrförmigen Zwischenstege 57, 57', 57" usw. entspricht, wobei auch die Enden dieser Zwischenstege rechtwinklig zu ihren
in Achsen abgeschnitten werden können.
Nach einer in Fig. 7 dargestellten Abwandlung können die Stützringe sich auch in allen Ebenen der Scheitelpunkte der Wellenform der Rohre befinden, von denen jeweils eine Gruppe von Scheitelpunkten,
i"> wie z. B. P',, P'2 auf der gleichen Seite befinden, wie die geradlinigen eingespannten Abschnitte 59, 60. Diese Anordnung verbessert die Widerstandsfähigkeit der Wärmetauscherrohre gegenüber Vibratoren, die durch eine Torsion der Rohre entstehen könnten, ohne die durch Dehnung entstehenden Spannungen zu erhöhen, weil sich die Rohre in den beiden Halbwellenabschnitten verformen können, die sich jeweils zu beiden Seiten der unbeweglichen Scheitelpunkte befinden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Wärmetauscher großer Abmessung für den Betrieb bei hohen Temperaturen und Drücken, insbesondere als Dampferzeuger, bei dem das primäre Fluid das Kühlmittel eines Kernreaktors ist und bei dem eine äußere, schwere Struktur durch einen äußeren zylindrischen Mantel gebildet ist, dessen Enden an einem Einströmkopf bzw. einem Ausströmkopf befestigt sind und wobei die Böden dieser Köpfe zur Aufnahme der Enden von etwa sinusförmig gewellten und in konzentrischen Gruppen angeordneten Wärmetauscherrohren mit öffnungen versehen sind, wobei die Wärmetauscherrohre in mehreren Querebenen durch konzentrische Stützringe gehaltert sind, von denen die inneren Stützringe auf einem zentralen Rohr aufliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmkopf (2) und der Ausströmkopf (3) jeweils als ein eine ringförmige, geschlossene Kammer (2a, 3 a) umschließendes Gehäuse ausgebildet sind, das eine innere zylindrische Wand und einen aus einer ringförmigen und zur Aufnahme der Enden der Wärmetauscherrohre (12, 25) dienenden Lochplatte (6, 7) bestehenden Boden aufweist, wobei von der inneren zylindrischen Wand ein breiter, zentraler Kanal (2b, 3b) umschlossen ist und daß die äußeren Stützringe gegenüber der äußeren, schweren Struktur (1, 2, 3) durch Schweißung festgelegt und die inneren Stützringe mit dem aus dünnem Blech gebildeten, einen breiten, zugänglichen Schacht bildenden zentralen Rohr (15) verschweißt sind, während die konzentrischen Stützringe zwischen den Rohren in jeder Querebene untereinander durch rohrförmige Zwischenstege verbunden sind, die die Stützringe im Abstand zu den Rohren halten und die sich an die mit ihnen in Berührung stehenden Rohre teilweise anschmiegende konkave Seitenflächen sowie an den Stützringen anliegende konvexe. Basisflächen aufweisen, von denen mindestens eine Basisfläche eines jeden Zwischensteges mit einem Stützring verschweißt ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützringe in Ebenen angeordnet sind, die sich in Höhe der Wendepunkte (/) der wellenförmigen Rohre befinden.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ebenen der Stützringe in Höhe von abwechselnd entgegengesetzt gekrümmten Scheiteln der Wellenform der Rohre befinden und daß die Rohre über eine geringe Länge an ihren Scheiteln geradlinig verlaufen.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ebenen (26) der Stützringe (26β-26/ι) in Höhe aller Scheitel befinden.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, doß der Querschnitt der rohrförmigen Zwischenstege (50,50', 50", 57,57', 57") eine erste breite Basis aufweist, an die sich konkave Seiten anschließen, die gegen eine konvexe, schmälere zweite Basis leicht konvergieren, wobei aufeinanderfolgende Zwischenstege jeweils in umgekehrter Lage mit ihren breiten bzw. schmäleren konvexen Basisflächen an den Stützringen anliegen.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei radial benachbarten Stützringen angeordneten rohrförmigen Zwischenstege abwechselnd mit beiden Stützringen oder nur mit einem der beiden Stützringe verschweißt sind, wobei die einseitig verschweißten Zwischenstege aus schwächerem Blech bestehen und beim Einsetzen der Rohre verformbar sind.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das primäre wärmeabführende Fluid unter Druck stehendes heißes Wasser ist, das von oben nach unten durch das ringförmige Rohrbündel strömt und bei dem das sekundäre Fluid zu verdampfendes Wasser ist, dadurch gekennzeichnet, daß der unterhalb des oberen ringförmigen Kopfes (2) endende zentrale Schacht (16) an seinem oberen Ende einen durchbrochenen Abschluß und an seinem unteren Ende seitliche öffnungen (19) aufweist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Stützringe zu ihrer Festlegung gegenüber der schweren Struktur an einer aus zwei Mantelringen (8,9) bestehenden Innenniantelanordnung verschweißt sind, daß der innere Mantelring (9) der Innenmantelanordnung an der Lochplatte des oben liegenden Einströmkopfes befestigt ist und daß zwischen den zwei Mantelringen (8, 9) sowie zwischen dem äußeren Mantelring (8) und dem äußeren Mantel (1) des Wärmetauschers ringförmige Strömungsräume (10, 20) ausgebildet sind.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Mantelringen (8, 9) ausgebildete innere ringförmige Strömungsraum (10) an seinem unteren, mit Abstand zur Lochplatte (7) des Ausström kopfes (3) liegenden Ende verschlossen ist und am äußeren Mantelring (8) Einströmöffnungen für das sekundäre Fluid aufweist und am oberen Ende mit dem äußeren (20) der ringförmigen Strömungsräume verbunden ist, der im Bereich der unteren Lochplatte (7) mit dem Rohrbündel enthaltenden Innenraum (22) in Verbindung steht.
10. Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Zusammenschweißen der äußeren schweren Struktur aus Mantel und Ein- und Ausströmkopf
b) Spannungsfreiglühen der äußeren schweren Struktur
c) Einbringung der sinusförmig gewellten Rohre und deren Befestigungsteile durch den zentralen Kanal des Ein- oder Ausströmkopfes und Montage beginnend mit der äußeren Rohrgruppe
d) Einbringen und Befestigen des zentralen Rohres.
DE19732308317 1972-02-22 1973-02-20 Wärmetauscher großer Abmessung für den Betrieb bei hohen Temperaturen und Drücken Expired DE2308317C3 (de)

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