DE2430161C2 - Heat exchangers with a circular or hexagonal cross-section - Google Patents

Heat exchangers with a circular or hexagonal cross-section

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DE2430161C2 DE19742430161 DE2430161A DE2430161C2 DE 2430161 C2 DE2430161 C2 DE 2430161C2 DE 19742430161 DE19742430161 DE 19742430161 DE 2430161 A DE2430161 A DE 2430161A DE 2430161 C2 DE2430161 C2 DE 2430161C2
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Description

3030th

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit kreisförmigem oder hexagonalem Querschnitt mit einer Anzahl von innerhalb eines äußeren Leitmantels angeordneten und zu .Rohrbündeln vereinigten Geradrohren, wobei jedes Rohrbündel von einem beidseitig offenen Leitmantel umgeben ist und zusammen mit diesem Leitmantel und den an seinen beiden Enden befindlichen zugehörigen Rohrboden mit Sammlerhauben eine Baueinheit bildet und wobei die Baueinheit im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet und benachbarte Rohrböden an der Ein- und Austrittsseite der Rohrbündel in horizontaler Richtung gegeneinander versetzt sind.The present invention relates to a heat exchanger of circular or hexagonal cross-section with a number of within an outer Leitmantels arranged and combined to .Rohrbündeln straight tubes, each tube bundle of is surrounded by a conductive jacket open on both sides and together with this conductive jacket and the one on his Both ends of the associated tube sheet with collector hoods forms a structural unit and wherein the Unit arranged in plan in a hexagonal grid and adjacent tube sheets on the entry and exit side of the tube bundle against each other in the horizontal direction are offset.

Derartige Wärmetauscher, die im wesentlichen nach -*s der DE-OS 14 01 666 oder der FR-PS 8 96 877 bekannt sind, werden bevorzugt in geschlossenen Gasturbinenanlagen und in der Kernkraftwerkstechnik eingesetzt, wo sie beispielsweise beim sogenannten integrierten Kernreaktor im selben Druckbehälter wie der Reaktor- so kern liegen.Such heat exchangers, which essentially according to - * s DE-OS 14 01 666 or FR-PS 8 96 877 are known, are preferred in closed gas turbine systems and used in nuclear power plant technology, where they are used, for example, in so-called integrated Nuclear reactor in the same pressure vessel as the reactor core.

Stand der Technik ist auch ein in der DE-OS 21 20 544 beschriebener, aus parallel angeordneten Einzelelementen bestehender Wärmetauscher, bei dem die Einzelelemente oder Rohrbündel einen runden oder polygonalen Querschnitt besitzen und von beidseitig offenen Mantelrohren umgeben sind. Das äußere Medium, z. B. das von einer Turbine kommende Abgas, wird entlang der Austauschrohre innerhalb der beidseitig offenen Mantelrohre geführt, wobei seine Strömungsrichtung derjenigen des in den Rohren befindlichen Mediums entgegengesetzt ist. Jedes Rohrbündel ist durch ein Paar von Rohrböden mit eigenen Zu- und Abführungsleitungen versehen. Rohrbündel, Rohrböden und Mantelrohr bilden jeweils eine Baueinheit. <* State of the art is also a heat exchanger described in DE-OS 21 20 544, consisting of individual elements arranged in parallel, in which the individual elements or tube bundles have a round or polygonal cross section and are surrounded by casing tubes open on both sides. The external medium, e.g. B. the exhaust gas coming from a turbine is guided along the exchange pipes within the casing pipes, which are open on both sides, with its flow direction being opposite to that of the medium located in the pipes. Each tube bundle is provided with its own inlet and outlet lines through a pair of tube sheets. Tube bundles, tube sheets and casing tube each form a structural unit. <*

Aus der DE-OS 14 01 666 ist ebenfalls ein Wärmetauscher bekannt, der in einem Mantel eine Anzahl von Rohrbündeln enthält, deren Rohre an ihren Enden mit Kopfstücken oder Rohrböden verbunden sind. Die Rohrbündel bilden mit den Kopfstücken jeweils eine Baueinheit, Die im wesentlichen geraden Rohre sind in unmittelbarer Nähe der Kopfstücke derart auseinandergespreizt, daß sie über den größten Teil ihrer Länge eine gleichförmige Verteilung über den Querschnitt des Mantels einnehmen. Die Rohre jedes Bündels werden durch Distanzplatten zueinander in der gewünschten Stellung gebalten. Um bei dicht aneinandergrenzenden Distanzplatten den nötigen Raum für die Zirkulation des Wärmetauschermediums durch den Mantel zu schaffen, sind die Baueinheiten vertikal gestaffelt angeordnet, wobei die Hälfte der Kopfstücke an einem Ende des Wärmetauschers in einer Ebene und die andere Hälfte in einer etwas tieferen Ebene liegt Der Durchmesser dt r Kopfstücke ist etwa gleich dem Durchmesser der auseinandergespreizten Rohrbündel. Von Nachteil ist bei diesem Wärmetauscher, daß in den Endbereichen der wärmeübertragenden Flächen, nämlich zwischen den Kopfstücken und den Distanzplatten, keine gleichmäßige Verteilung der Bündelrohre mehr vorliegtFrom DE-OS 14 01 666 a heat exchanger is also known which has a number of in a jacket Contains tube bundles, the tubes of which are connected at their ends with headers or tube sheets. the Tube bundles each form a structural unit with the head pieces. The essentially straight tubes are in Immediate vicinity of the head pieces so spread apart that they over most of their length a assume uniform distribution over the cross-section of the jacket. The tubes of each bundle will be held in the desired position by spacer plates. To when closely spaced Spacer plates to create the necessary space for the circulation of the heat exchanger medium through the jacket, the structural units are staggered vertically, with half of the headers at one end of the The diameter of the heat exchanger lies in one level and the other half in a slightly lower level dt r head pieces is approximately equal to the diameter of the expanded tube bundle. Is disadvantageous in this heat exchanger that in the end regions of the heat-transferring surfaces, namely between the head pieces and the spacer plates, the bundle tubes are no longer evenly distributed

In der FR-PS 8 96 877 wird ein weiterer Wärmetauscher mit zu Rohrbündeln zusammengefaßten Geradrohren beschrieben, die an den Bündelenden jeweils in einen Rohrboden mit anschließendem Sammler eingesetzt sind. Die Rohrbündel sind annähernd auf drei Teilkreisen angeordnet, wobei die Rohrbündel des mittleren Teilkreises gegenüber den Rohrbündeln der beiden anderen Teilkreise vertikal nach unten versetzt sind. Die Versetzung, die mehr als die gesamte Länge eines Sammlers ausmacht, ermöglicht eine dichtere Anordnung der Rohrbündel, ohne daß eine Behinderung des außen um die Bündelrohre strömenden Mediums eintrittIn FR-PS 8 96 877 another heat exchanger with straight tubes combined to form tube bundles is used described, each used at the bundle ends in a tube sheet with a subsequent collector are. The tube bundles are arranged approximately on three pitch circles, with the tube bundles of the middle pitch circle with respect to the tube bundles of the other two pitch circles offset vertically downwards are. The offset, which is more than the entire length of a collector, enables it to be denser Arrangement of the tube bundle without hindering the medium flowing around the bundle tubes entry

Aus der GB-PS 5 75 814 ist ebenfalls ein Rohrbündelwärmetauscher mit gestaffelter Anordnung der Rohrbündel bekannt Auch hier sind die Rohrbündel in der Höhe derart gegeneinander versetzt, daß sich die Sammler auf zwei verschiedenen horizontalen Ebenen befinden.GB-PS 5 75 814 also discloses a shell-and-tube heat exchanger known with staggered arrangement of the tube bundles Here, too, the tube bundles are in the Height offset from one another in such a way that the collector is on two different horizontal levels are located.

Bekannt ist es ferner, die einzelnen Rohre eines Wärmetauscher-Rohrbündels im Gmndriß in einem Sechseckgitter anzuordnen, wie in der US-PS 33 96 784 dargestellt.It is also known that the individual tubes of a heat exchanger tube bundle in outline in one To arrange hexagonal grids, as shown in US-PS 33 96 784.

Ausgehend von einem der eben beschriebenen Wärmetauscher mit in zwei verschiedenen horizontalen Ebenen angeordneten, aus Rohrbündeln mit ihren Rohrböden bestehenden Baueinheiten, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs geschilderten Bauart so auszugestalten, daß ein zur Verfügung stehender beschränkter Raum optimal für die Wärmeübertragung ausgenutzt und der Wirkungsgrad erhöht wird.Starting from one of the heat exchangers just described with two different horizontal ones The invention relates to structural units arranged on levels and consisting of tube bundles with their tube sheets The object of the invention is to design a heat exchanger of the type described above so that an available limited space is optimally used for heat transfer and the Efficiency is increased.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Versetzung der Rohrboden in drei verschiedenen horizontalen Ebenen vorgenommen ist, und zwar derart, daß jeweils die Rohrboden dreier benachbarter, im Grundriß ein gleichseitiges Dreieck bildender Baueinheiten auf den verschiedenen Ebenen angeordnet sind, und daß der Abstand der Mittelachsen der Leitmäntel gleich oder annähernd gleich der Summe der Radien eines Leitmantels und eines Rohrbodens ist.The object is achieved according to the invention in that the displacement of the tube sheet in three different horizontal planes is made, in such a way that each of the tube sheets three Adjacent building units forming an equilateral triangle in plan on the various levels are arranged, and that the distance between the central axes of the guide jackets is equal to or approximately equal to the sum is the radii of a guide jacket and a tube sheet.

Durch die Versetzung der Rohrböden in drei Ebenen in der angegebenen Weise lassen sich die Leitmäntel der Baueinheiten in die dichteste Anordnung bringen, die möglich ist, ohne daß der Zutritt des außen um die Bündelrohre strömenden Mediums zu den von den Leitmänteln umschlossenen Räumen behindert wird.By relocating the tube sheets in three levels in the specified manner, the guide jackets can be Bring structural units into the closest arrangement possible without the outside access to the Bundled tubes of flowing medium to the spaces enclosed by the guide jackets is hindered.

Diese dichteste Anordnung Hegt dann vor, wenn gemäß der Erfindung der Abstand der Mittelachsen der Leitmäntel gleich der Summe der Radien eines Leitmantels und eines Rohrbodens ist, wenn sich die Rohrboden also überlappen, sThis closest arrangement is present if according to the invention of the distance between the central axes of the Leitmäntel is equal to the sum of the radii of a guide jacket and a tube sheet, if the So overlap the tube sheet, s

Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung kann mit besonderem Vorteil als Rekuperator in einem geschlossenen Gasturbinenkreislauf oder im Primärkreislauf eines gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktors mit Heliumturbine eingesetzt werden, da er bei guten ι ο Wärmeübertragungseigenschaften infolge der guten Platzausnutzung ein geringes Bauvolumen aufweistThe heat exchanger according to the invention can be used with particular advantage as a recuperator in a closed Gas turbine cycle or in the primary cycle of a gas-cooled high-temperature nuclear reactor Helium turbine are used because it has good ι ο heat transfer properties as a result of the good Space utilization has a low construction volume

Die die Rohrbündel umgebenden inneren Leitmäntel können einen runden oder auch einen sechseckigen Querschnitt aufweisen. Bei letzteren ergibt sich eine noch günstigere Platzausnutzung als bei Leitmänteln mit rundem Querschnitt Die Rohrboden, in die die Rohre jedes Rohrbündels eingesetzt sind, haben zweckmäßigerweise eine den Leitmänteln angepaßte Querschnittsform, d.h. sie sind entweder rund oder sechseckig.The inner guide jackets surrounding the tube bundle can be round or hexagonal Have cross-section. With the latter there is an even more favorable use of space than with guide jackets with a round cross-section The tube sheets into which the tubes of each tube bundle are inserted expediently a cross-sectional shape adapted to the guide shells, i.e. they are either round or hexagonal.

Der Wärmetauscher kann im Gleich- oder Gegenstromprinzip betrieben werden. Die Größe da- Drücke, Druckdifferenzen, Temperaturen und TemperaUirdifferenzen des durch die Rohre strömenden inneren Mediums und des um die Rohre in den inneren Leitmänteln strömenden äußeren Mediums können dabei beliebig sein. Als wänneaustauschende Medien kommen sowohl gasförmige als auch flüssige Medien in Betracht wobei es freigestellt ist ob das Hochdruck- oder das Niederdruckmedium durch die Rohre geführt wird.The heat exchanger can be operated on the cocurrent or countercurrent principle. The size there- presses, Pressure differences, temperatures and temperature differences of the inner medium flowing through the pipes and of the medium flowing around the pipes into the inner Conductive jackets of the flowing external medium can be of any desired type. As a profit-exchanging media Both gaseous and liquid media come into consideration, whereby it is optional whether the high-pressure or the low-pressure medium is passed through the pipes.

Die mögliche Anzahl der im Sechseckgitter angeordneten Baueinheiten ergibt sich nach der mathematischen Formel:The possible number of structural units arranged in the hexagonal grid results from the mathematical one Formula:

n = 6(ln = 6 (l

wenn mit /die Anzahl der im Gitter ineinanderliegenden Sechsecke bezeichnet wird.if / is used to denote the number of hexagons in the grid.

Die versetzte Anordnung der Rohrböden ist an beiden Seiten der Rohrbündel (an der Ein- und Austrittsseite) vorgesehen. Wenn die Rohrbündel alle gleiche Länge haben sollen, so werden die Rohrböden derart angeordnet daß die auf der einen Seite vorgesehene Versetzung genau das umgekehrte Bild der auf der anderen Seite vorgenommenen Versetzung darstellt auf den mittleren Querschnitt des Wärmetauschers bezogen. Müssen an der Ein- und Austrittsseite besondere Bedingungen eingehalten werden, so kann die versetzte Anordnung der Rohrböden auch an den beiden Seittn verschieden ausgeführt sein.The staggered arrangement of the tube sheets is on both sides of the tube bundle (at the inlet and Exit side). If the tube bundles are all to have the same length, the tube sheets are arranged in such a way that the offset provided on one side is exactly the opposite of the picture the offset made on the other hand represents on the central cross-section of the heat exchanger based. If special conditions have to be met on the entry and exit side, then the staggered arrangement of the tube sheets can also be carried out differently on the two sides.

An die rund oder sechseckig gestalteten Rohrböden, die als Lochplatten ausgebildet sind, schließen sich die Sammlerhauben an, die ihrerseits mit Ein- bzw. Austrittsstutzen für das in den Rohren strömende Medium verbunden sind Die Hauben besitzen entweder halbkugelige Gestalt (bei runden Rohrböden) oder sie gehen (bei sechseckigen Rohrboden) von der Sechseckform in die halbkugelige Form über, an die sich dann die Ein- bzw. Austrittsstutzen für das innere Medium anschließen.On the round or hexagonal tube sheets, which are designed as perforated plates, are followed by the collector hoods, which in turn are equipped with Outlet nozzles for the medium flowing in the pipes are connected. The hoods have either hemispherical shape (with round tube sheets) or they go from the hexagonal shape (with hexagonal tube sheets) into the hemispherical shape, to which the inlet and outlet nozzles for the inner medium are attached connect.

Der Wärmetauscher kann an einem Tragrost aufgestellt oder an einem solchen aufgehängt sein. Um Wärmespannungen zu vermeiden, wird im letzteren Falle die Aufhängung mittels sogenannter »thermal sleeves« bewerkstelligt, c*n einerseits an den Ein- bzw. Austrittsstutzen sowie an dem äußeren Leitmantel und andererseits am Tragrost befestigt sind.The heat exchanger can be set up on or suspended from a support grid. Around To avoid thermal stresses, in the latter case the suspension is done by means of so-called »thermal sleeves «accomplished, c * n on the one hand at the entry resp. Outlet stubs and are attached to the outer guide jacket and on the other hand to the support grate.

Bei Verwendung des Wärmetauschers als Rekupemtor im Primärkreislauf eines gasgekühlten Hochtemperaturreaktors wird zweckmäßigerweise das von der Turbine kommende heiße Gas niedrigen Drucks um die Rohre herum durch die inneren Leittnäntel der Baueinheiten geführt, während das zu erwärmende Hochdruckgas durch die Rohre geleitet wird.When using the heat exchanger as a recuperator in the primary circuit of a gas-cooled high-temperature reactor is expediently that of the Incoming hot gas of low pressure around the pipes through the inner ducting of the turbine Assemblies out, while the high pressure gas to be heated is passed through the pipes.

In der Zeichnung sind zwei Ausfuhrungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt der als Rekuperator eines mit einer Heliumturbine gekoppelten Hochtemperaturreaktor Verwendung finden kann. Es zeigtIn the drawing are two exemplary embodiments of the The heat exchanger according to the invention shown as Recuperator of a high-temperature reactor coupled with a helium turbine can be used. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen ersten Rekuperator in stehender Anordnung und mit im Querschnitt runden Baueinheiten,F i g. 1 shows a longitudinal section through a first recuperator in a standing arrangement and with im Cross-section of round building units,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Rekuperator nach der Linie A-A der F i g. I,F i g. 2 shows a section through the recuperator along the line AA in FIG. I,

Fig.3 einen Längsschnitt durch einen zweiten Rekuperator in hängender Anordnung, ebenfalls mit im Querschnitt pjnden Baueinheiten.3 shows a longitudinal section through a second Recuperator in a hanging arrangement, also with im Cross-section of the building units.

Die Fig. 1 läßt einen rekuperadven Wärmeübertrager oder Rekuperator in stehender Anordnung erkennen, der zum Primärkreislauf eines Hochtemperaturreaktor mit Heliumturbine gehört und wie alle anderen Komponenten des Kreislaufs in einem vertikalen Schacht 1 innerhalb des Spannbetondruckbehälters untergebracht ist Der Rekuperator besteht im wesentlichen aus einem äußeren Leitmantel 2, aus einer Vielzahl von Baueinheiten 3 mit rundem Querschnitt aus einem Tragrost 4 und einem Auflagering 5. Nach oben ist der Rekuperator durch eine Platte 6 abgedichtet während der Abschluß nach unten durch einen zum Zentrum hin geneigten Boden 7 bewirkt wird. Der Boden 7 weist eine Anzahl von öffnungen 8 zum Durchtritt für das äußere Medium auf. Der Tragrost 4, auf dem der Rekuperator aufgestellt ist setzt sich aus einem Außenring 9, einer Nabe 10 und sechs Speichen oder Tragarmen 11 zusammen.Fig. 1 shows a recuperative heat exchanger or recuperator in a standing arrangement, which is part of the primary circuit of a high-temperature reactor with helium turbine belongs and like all other components of the cycle in a vertical Shaft 1 is housed inside the prestressed concrete pressure vessel. The recuperator essentially consists from an outer conductive jacket 2, from a large number of structural units 3 with a round cross-section consisting of a support grid 4 and a support ring 5. The top is the Recuperator sealed by a plate 6 during the conclusion down through one towards the center inclined floor 7 is effected. The bottom 7 has a number of openings 8 for the passage of the outside Medium on. The support grid 4 on which the recuperator is set up consists of an outer ring 9, one Hub 10 and six spokes or support arms 11 together.

Zu jeder Baueinheit 3 gehören ein aus einer Vielzahl von glatten, geraden Rohren bestehendes Rohrbündel {3, zwei Rohrboden 14,15, in die die beiden Enden der Rohre eingesetzt sind, und ein innerer Leitmantel 16, der an seinen beiden Enden offen ist Alle Rohrbündel 13 haben die gleiche Länge. An die Rohrboden 14, 15 schließen sich Sammlerhauben 17,18 an, die halbkugelig ausgebildet sind. Die Sammlerhauben 17 sind mit Eintrittsstutzen 19 für das innere Medium verbunden, während sich an die Sammlerhauben 18 Austrittsstutzen 20 für dieses Medium anschließen. Innerhalb der Rohrbündel 13 werden die einzelnen Rohre durch Halterungen 21 in ihrer Lage gehalten.Each structural unit 3 has a tube bundle consisting of a large number of smooth, straight tubes {3, two tube sheets 14,15 into which the two ends of the Pipes are inserted, and an inner guide jacket 16, which is open at both ends. All tube bundles 13 have the same length. The tube sheets 14, 15 are followed by collector hoods 17, 18, which are hemispherical are trained. The collector hoods 17 are connected to inlet ports 19 for the inner medium, while 18 outlet nozzles 20 for this medium connect to the collector hoods. Within the Tube bundle 13, the individual tubes are held in place by brackets 21.

Die Baueinheiten sind im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet wie in der F i g. 2 dargestellt ist Bei drei ineinanderliegenden Sechsecken ergeben sich nach der obenerwähnten Formel n=6(l+2+3)+1 =37 Baueinheiten. In dem frei gebliebenen Raum zwischen dem äußersten Sechseck und dem äußeren Leitmantel 2 des Rekuperators ist ehe Anzahl von kleineren Baueinheiten 12 verlegt die ebenfalls für die Wärmeübertragung ausgenutzt werden können.The structural units are arranged in a hexagonal grid in plan as in FIG. 2 is shown at three nested hexagons result from the above-mentioned formula n = 6 (l + 2 + 3) +1 = 37 structural units. In the free space between the outermost hexagon and the outer guide jacket 2 of the The recuperator is laid out in a number of smaller structural units 12, which are also used for heat transfer can be exploited.

Die Rohrböden 14 mit den zugehörigen Sammlerhauben 17 sowie die Rohrboden 15 mit den zugehörigen Sammlerhauben 18 sind in horizontaler Richtung gegeneinander verseht angeordnet, und zwar in der Weise, daß jeweils die Rohrboden 14 bzw. 15 dreier benachbarter, im Grundriß ein eleichseitiees DreieckThe tube sheets 14 with the associated collector hoods 17 and the tube sheets 15 with the associated Collector hoods 18 are arranged offset against each other in the horizontal direction, namely in the Way that each of the tube sheets 14 and 15 of three adjacent, in plan an equilateral triangle

bildender Baueinheiten 3 auf drei verschiedenen Ebenen I, II, HI liegen (siehe F i g. 2). Da die inneren Leitmäntel 16 einen kleineren Durchmesser als die Rohrboden 14, 15 besitzen, können die Baueinheiten 3 ganz dicht aneinandergerückt werden. Die dichteste Anordnung ergibt sich, wenn der Abstand der Mittelachsen der Leitmäntel 16 gleich oder annäherend gleich der Summe der Radien eines Leitmantels 16 und eines Rohrbodens 14 bzw. 15 ist.forming structural units 3 are on three different levels I, II, HI (see FIG. 2). As the inner guiding sheaths 16 have a smaller diameter than the tube sheets 14, 15, the structural units 3 can be very tight be pushed together. The closest arrangement results when the distance between the central axes of the Guide jackets 16 equal to or approximately equal to the sum of the radii of a guide jacket 16 and a tube sheet 14 and 15 respectively.

In der Fig.2 ist durch die in die Baueinheiten 3 eingeschriebenen Ziffern I, II oder III angedeutet, in welcher Ebene die Rohrböden 14 oder 15 der entsprechenden Baueinheit angeordnet sind. Es ist klar erkennbar, daß einander benachbarte Rohrboden 14 oder 15 stets in verschiedenen Ebenen liegen.In FIG. 2, the structural units 3 inscribed digits I, II or III indicated in which level the tube sheets 14 or 15 of the corresponding structural unit are arranged. It's clear recognizable that adjacent tube sheets 14 or 15 are always in different planes.

Wie aus der Fig. I ersichtlich, sind die Austrittsstutzen 20 für das innere Medium nach unten verlängert und strömungsdicht durch den Boden 7 hindurchgeführt. Oberhalb des Bodens 7 weisen die Austrittsstutzen 20 je eine Abzweigung 25 auf, und diese Abzweigungen sind mit (nicht dargestellten) Steigleitungen verbunden. Die Enden 27 der verlängerten Austrittsstutzen 20 sind in Ausnehmungen 26 des Tragrostes 4 gelagert.As can be seen from FIG. I, the outlet nozzles 20 for the inner medium are extended downwards and Passed through the bottom 7 in a flow-tight manner. The outlet nozzles 20 each have above the bottom 7 a branch 25, and these branches are connected to risers (not shown). the Ends 27 of the extended outlet nozzles 20 are mounted in recesses 26 of the support grid 4.

Da das dargestellte Ausführungsbeispiel den Rekuperator eines Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbine betrifft, sind die beiden miteinander im Wärmeaustausch stehenden Medien Helium. Das von der Turbine kommende heiße Niederdruckgas wird von unten durch die Öffnungen 8 in den Rekuperator eingeleitet, den es mantelseitig, d. h. innerhalb der beidseitig offenen inneren Leitmäntel 16, durchströmt Der Strömungsverlauf des heißen Niederdruckgases ist in der F i g. 1 durch Pfeile angedeutet Nachdem das Helium die Baueinheiten 3 parallel durchströmt hat, tritt es am oberen Ende zwischen den Leitmänteln 16 und den Rohrböden 14 aus den Baueinheiten 3 aus und gelangt durch öffnungen 22 in dem äußeren Leitmantel 2 in einen Ringspalt 23 zwischen diesem Leitmantel und dem (mit einer Auskleidung versehenen) Schacht 1. Das abgekühlte Gas wird sodann zu einem unterhalb des Rekuperators angeordneten Vorkühler weitergeführt (nicht dargestellt), den es ebenfalls mantelseitig durchströmt.Since the illustrated embodiment is the recuperator of a high-temperature reactor with a helium turbine concerns, the two media exchanging heat with one another are helium. That from the turbine incoming hot low-pressure gas is introduced from below through the openings 8 into the recuperator, which it shell side, d. H. The flow of the hot low-pressure gas is shown in FIG. 1 through Arrows indicated. After the helium has flowed through the structural units 3 in parallel, it occurs at the upper end emerges from the structural units 3 between the guide jackets 16 and the tube sheets 14 and passes through openings 22 in the outer guide jacket 2 in an annular gap 23 between this guide jacket and the (with a Lined) shaft 1. The cooled gas is then to one below the recuperator arranged precooler continued (not shown), which it also flows through on the shell side.

Nachdem das Helium den Vorkühler passiert hat und in einem Kompressor wieder auf hohen Druck verdichtet worden ist, wird es als Hochdruckgas zu dem Rekuperator zurückgeführt.After the helium has passed the pre-cooler and in a compressor again at high pressure has been compressed, it is returned to the recuperator as high pressure gas.

Durch die Eintrittsstutzen 19 und die Sammlerhauben 17 gelangt das Helium in die Rohre der Rohrbündel 13, die es von oben nach unten durchströmt, wobei es sich erwärmt Nachdem es durch die Rohrboden 15 und die Sammlerhauben 18 hindurchgetreten ist, wird das ervärmte Hochdrucicgas über die Abzweigungen 25 an den Austrittsstutzen 20 zu den erwähnten Steigleitungen geführt, die außerhalb der Heizfläche des Rekuperators liegen. Durch diese Leitungen strömt das Helium wieder dem Kern des Reaktors zu.The helium enters the tubes of the tube bundle 13 through the inlet connection 19 and the collector hoods 17, which it flows through from top to bottom, whereby it heats up after it passes through the tube sheet 15 and the Collector hoods 18 has passed through, the heated high pressure gas is fed through the branches 25 the outlet nozzle 20 led to the mentioned risers, the outside of the heating surface of the Recuperators lie. The helium flows through these lines back to the core of the reactor.

Die Fig.3 zeigt einen Rekuperator in hängender Anordnung, der ebenfalls in einem vertikalen Schacht innerhalb des Spannbetondruckbehälters untergebracht ist. Es ist hier nur die Auskleidung 31 dargestellt, mit der3 shows a recuperator in a hanging arrangement, which is also in a vertical shaft is housed within the prestressed concrete pressure vessel. It is shown here only the lining 31, with the der Schacht versehen ist. Die Baueinheiten 3, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur eine vollständig gezeigt ist, weisen einen runden Querschnitt auf und bestehen aus einem Geradrohrbündel 13 sowie zwei Rohrboden 14 und 15, in die die beiden Enden der Rohrethe shaft is provided. The structural units 3, of which only one is complete for the sake of clarity shown have a round cross-section and consist of a straight tube bundle 13 and two Tube sheets 14 and 15 into which the two ends of the tubes

in eingesetzt sind. Ferner gehört noch zu jeder Baueinheit 3 ein innerer Leitmantel 16, der an seinen beiden Enden offen ist. Alle Rohrbündel 13 besitzen die gleiche Länge. An die Rohrboden 14, 15 schließen sich Sammlerhauben 17, 18 an, die halbkugelig ausgebildet sind. Dieare used in. It also belongs to every structural unit 3 an inner guide jacket 16 which is open at both ends. All tube bundles 13 have the same length. Collector hoods close to the tube sheets 14, 15 17, 18, which are hemispherical. the

is Sammlerhauben 17 sind mit Eintrittsstutzen 19 fur das innere Medium verbunden, während sich an die Sammlerhauben 18 Austrittsstutzen 20 für dieses Medium anschließen. Innerhalb der Rohrbündel 13 werden die einzelnen Rohre durch (nicht gezeigte)is collector hoods 17 are with inlet nozzle 19 for the inner medium connected, while at the collector hoods 18 outlet nozzle 20 for this Connect medium. Within the tube bundle 13, the individual tubes (not shown)

jii Halterungen in ihrer Lage gehaiien. jii brackets housed in their position.

Im Grundriß stellt die Anordnung der Baueinheiten 3 wieder ein Sechseckgitter dar, wie es in der Fig.2 für den Rekuperator in stehender Anordnung gezeigt ist. Die Rohrboden 14 mit den zugehörigen SammlerhauThe layout of the structural units 3 again a hexagonal grid, as shown in Fig.2 for the recuperator is shown in an upright position. The tube sheet 14 with the associated collector house ben 17 sowie die Rohrboden 15 mit den zugehörigen Sammlerhauben 18 sind derart angeordnet, daß sie in drei verschiedenen horizontalen Ebenen I1II, III liegen, wobei benachbarte Rohrboden — wie bei F i g. 1 beschriebe» — stets gegeneinander versetzt sind.ben 17 and the tube sheet 15 with the associated collector hoods 18 are arranged such that they lie in three different horizontal planes I 1 II, III, with adjacent tube sheets - as in F i g. 1 descriptive »- are always offset from one another.

Dadurch und weil die inneren Leitmäntel 16 einenBecause of this and because the inner guide jackets 16 one

kleineren Durchmesser als die Rohrboden 14, 15smaller diameter than the tube sheets 14, 15 aufweisen, kann eine größere Anzahl von Baueinheitencan have a larger number of structural units auf einem vorgegebenen Raum untergebracht werden.be accommodated in a given space.

Auch bei dem Rekuperator in hängender AnordnungEven with the recuperator in a hanging arrangement

können in der Randzone zwischen dem äußersten Sechseck und der gleichzeitig den äußeren Leitmantel bildenden Auskleidung 31 kleinere Baueinheiten verlegt sein, die zusätzlich der Wärmeübertragung oder der Zu- oder Rückführung des in den Rohren strömendencan be in the edge zone between the outermost hexagon and at the same time the outer guide jacket forming lining 31 smaller structural units be laid, which in addition the heat transfer or the supply or return of the flowing in the pipes

Mediums dienen.Serving the medium.

Die Aufhängung des Rekuperators erfolgt mittels eines Tragrostes 32, der oberhalb der Sammlerhauben 17 angeordnet ist und Durchbrüche 33 für die Eintrittsstutzen 19 aufweist, von denen nur einer gezeigtThe recuperator is suspended by means of a support grid 32 above the collector hoods 17 is arranged and has openings 33 for the inlet connection 19, only one of which is shown ist Die Verbindung zwischen den Eintrittsstutzen 19 und dem Tragrost 32 wird mit Hilfe von »thermal sleeves« 34 bewerkstelligt, die die Aufgabe haben, das Entstehen von Wärmespannungen zu verhindern. Eine gleichartige Verbindung 35 ist auch zwischem dem Tragrost 32 undThe connection between the inlet connection 19 and the support grid 32 is made with the aid of "thermal sleeves" 34 accomplished, which have the task of preventing the build-up of thermal stress. A similar one Connection 35 is also between the support grid 32 and der Auskleidung 31 vorgesehen. Nach unten ist der Rekuperator durch eine Platte 36 abgedichtetthe lining 31 is provided. Down is the one Recuperator sealed by a plate 36

Die Zu- und Abführung des äußeren, durch die inneren Leitmäntel 16 strömenden Mediums kann in ähnlicher Weise erfolgen wie in der F i g. 1 gezeigt AufThe supply and discharge of the outer medium flowing through the inner guide jackets 16 can be performed in in a similar manner as in FIG. 1 shown on eine nochmalige Darstellung wird daher bei der F i g. 3 verzichteta repeated representation is therefore required in FIG. 3 waived

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch?Claim? Wärmetauscher mit kreisförmigem oder hexagonalem Querschnitt mit einer Anzahl von innerhalb eines äußeren Leitmsntels angeordneten und zu Rohrbündeln vereinigten Geradrohren, wobei jedes Rohrbündel von einem beidseitig offenen Leitmantel umgeben ist und zusammen mit diesem Leitmantel und den an seinen beiden Enden befindlichen ι ο zugehörigen Rohrboden mit Sammlerhauben eine Baueinheit bildet und wobei die Baueinheiten im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet und benachbarte Rohrboden an der Ein- und Austrittsseite der Rohrbündel in horizontaler Richtung gegeneinander versetzt sind, da durch gekennzeichnet,daß die Versetzung der Rohrböden (14 bzw. 15) in drei verschiedenen horizontalen Ebenen (I, II, III) vorgenommen ist, und zwar derart, daß jeweils die Rohrboden (14 bzw. 15) dreier benachbarter, im Grundriß ein gleichseitiges Dreieck bildender Baueinheiten (3) auf den verschiedenen Ebenen {I, II, III) angeordnet sind, und daß der Abstand der Mittelachsen der Leitmäntel (16) gleich oder annähernd gleich der Summe der Radien eines Leitmantels (16) und eines Rohrbodens (14 bzw. 15) istHeat exchanger with circular or hexagonal Cross-section with a number of arranged inside an outer vane and closed Tube bundles combined straight tubes, each tube bundle from a guide jacket open on both sides is surrounded and together with this conductive jacket and the ι ο located at both ends associated tube sheet with header hoods forms a structural unit and the structural units in the Floor plan arranged in the hexagonal grid and adjacent tube sheets on the inlet and outlet side of the Tube bundles are offset from one another in the horizontal direction, characterized in that the offset of the tube sheets (14 or 15) in three different horizontal planes (I, II, III) is made, in such a way that each of the tube sheets (14 and 15) of three adjacent, im Plan of an equilateral triangle building units (3) on the different levels {I, II, III) are arranged, and that the distance between the central axes of the guide jackets (16) is equal to or approximately equal to the sum of the radii of a guide jacket (16) and a tube sheet (14 or 15) is
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