DE2640728C3

DE2640728C3 - Wärmeübertrager, vorzugsweise für gasförmige Medien, der aus mehreren, gleichartigen Baugruppen mit vertikaler Achse aufgebaut ist

Info

Publication number: DE2640728C3
Application number: DE2640728A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Winterthur Naegelin (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-10-06
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1980-07-03
Also published as: DE2640728A1; CH599521A5; DE2640728B2; US4147208A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, vorzugsweise für gasförmige Medien, der aus mehreren, gleichartigen Baugruppen mit vertikaler Achse aufgebaut ist. wobei jede Baugruppe aus geraden, zwischen Rohrplatten angeschlossenen Rohren, die im wesentlichen im Längsstrom von einem der beiden Wärmeübertragungsmedien umströmt sind, und aus die Rohrplatten überspannenden Schalen bestehen, an denen je eine Verbmdungsleitung für das in den Rohren strömende Medium angeschlossen ist, an der die Baugruppe aufgehängt ist, wobei die Rohre jeder Baugruppe von einem Führungsrohr für das die Rohre Umströmende Medium umgeben ist, das an seinen beiden Enden Durchtrittsöffnüngen für das Strömungsmedium aufweist. Solche Wärmeübertrager werden z. B. als Rekuperatoren in gasgekühlten HochtemperatupKernreaktoren verwendet

Ein Wärmeübertrager dieser Art ist Gegenstand der älteren Anmeldung DE-OS 24 24 355. Bei diesem Wärmeübertrager sind die Baugruppen mit ihren Verbindungsleitungen auf einem Tragrost abgestützt, und zwar so, daß sie in radialer und axialer Richtung fixiert sind. Im Bereich der oberen Enden der Leitmäntel ist ein zentraler Spannkeil vorgesehen, durch den die Baugruppen in radialer Richtung fixiert sind, wogegen axiale Dehnungen ermßglicht werden sollen. Zum Vermeiden eines Umströmens der Leitmäntel durch das Primärmedium sollen die Leitmäntel dicht nebeneinander angeordnet sein. Technisch ist es schwierig, die Leitmäntel auf derart großen Längen, wie sie für diese Art Wärmeübertrager in Betracht kommen, dicht nebeneinander liegend anzuordnen. Problematisch erscheint auch das Abstützen der unteren Verbindungs-Ieitungen auf dem Tragrost, der zu diesem Zweck flache, kartenförmige Ausnehmungen zur Aufnahme der entsprechend ausgebildeten Enden der Verbindungsleitungen aufweist. Ein Erfordernis für den Bau von Nuklearanlagen ist unter anderem die Erdbebensicherheit. In dieser Hinsicht erscheint der Wärmeübertrager gemäß der DE-OS ungenügend, denn beim Auftreten von horizontalen Erdbebenwellen könnten die Baugruppen zu starken Schwingungen angeregt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß durch Erdbeben hervorgerufene Querschwingungen zwischen Baugruppen einerseits und der diese umgebenden Wand andererseits sowie zwischen den einzelnen Baugruppen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Führungsrohr in seinem oberen Bereich auf gleicher Höhe des Wärmeübertragers mit einem die Form eines regelmäßigen Sechsecks aufweisenden Außenflansch versehen ist. wobei die Außenflansche aller Baugruppen in montiertem Zustand eng aneinander und in einer Ebene liegend, eine Dichtung gegen ein Umströmen der Führungsrohre durch das die Rohre umströmende Medium bilden, daß zwischen den Baugruppen einerseits und der Umfangswand des Wärmeübertragers andererseits eine Dichtung vorgesehen ist und daß die Führungsrohre im unteren Bereich des Wärmeübertragers Mittel /ur seitlichen Stützung der Baugruppen auf·* eisen.

Durch die sechseckigen Außenflansche wird außer der Dichtfunktion, die aufgrund der aneinanderliegenden Sechskantflächen bewirkt wird, zugleich eine seitliche Abstützung der Baugruppe erreicht, die zusammen mit den seitlichen Abstülzmitteln im unteren Bereich der Führungsrohre eine erdbebensichere Konstruktion des Wärmeübertragers gewährleistet. Wesentlich ist dabei auch, daß die Baugruppen mittels ihren oberen Verbindungsleitungen aufgehängt sind und die Außenflansche keine Tragfunktion zu übernehmen haben. Mit der durch die Außenflansche der Baugruppen gebildeten Dichtung ist nicht unbedingt eine Dichtung im absoluten Sinne gemeint, sondern es genügt, daß an den zwischen den Außenflanschen gebildeten Spalten die Strömung des Mediums so stark gedrosselt wird, daß die Strömung vernachlässigbar klein ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt eine Baugruppe des Wärmeübertragers nach der

Erfindung,

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

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

Fig.4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig.1,

Fig.5 einen Vertikalschnitt entsprechend der Linie V-V in Fig.6 durch einen Wärmeübertrager unter Verwendung von Raugruppen gemäß Fig. 1 und jo

Fig.6 einen Horizontalschnitt durch den Wärmeübertrager entsprechend der Linie VI-VI in F i g. 5.

Gemäß F i g. 5 ist im Betondruckgefäß 20 eines nicht dargestellten Kernreaktors eine eine vertikale Achse aufweisende Kaverne 21 vorgesehen, deren unterer Abschnitt mit einem Stahlmantel 22 und deren oberer Abschnitt mit einem Stahlfutter 23 ausgekleidet ist. In die Kaverne mündet eine vom Reaktor kommende Leitung 4, während oberhalb dieser die zum Reaktor zurückführende Leitung mit 6 bezeichnet ist.

Der in der Kaverne 21 untergebrachte, als Rekuperator eines gasgekühiten Hochtemperatur-Kernreaktors dienende Wärmeübertrager besteht gemäß F i ^. 1 aus mehreren Baugruppen 27', die je zwei Rohrplatten 40' und 4Γ aufweisen, zwischen denen sich gerade Wärmeübertragerrohre 42 erstrecken, die dicht an die Rohrplatten angeschlossen sind. Wie Fig.2 zeigt, sind die Rohre 42 über ein regelmäßiges Sechseck gleichmäßig verteilt, und die Rohrplatte 40' mit dem daran angeschlossenen Rand der Schale 44' hat im wesentlichen sechseckigen Umriß. Das gleiche gilt für die untere Rohrplatte 41' mit der Schale 45'. Wie F i g. 3 zeigt, ist auch das Führungsrohr 46' in seinem Umriß dem des von den Rohren 42 gebildeten Bündels angepaßt. Nahe dem oberen Ende ist eine über den halben Umfang des Führungsrohres sich erstreckende Durchtrittsöffnung 48 vorgesehen. Gemäß F i g. 4 ist der Außenflansch 47' des Führungsrohres 46' als regelmäßiges Sechseck ausgebildet. In montiertem Zustand der Baugruppen 27' liegen die Außenflansche 47' eng aneinander, se daß praktisch nur vernachlässigbar wenig Gas durch die Spalte zwischen den Außenflanschen strömen kann. Zur Abstandhaltung des Führungsrohres 46' von den Rohren 42 sind nicht näher dargestellte Mittel 60 vorgesehen.

Der aus den Baugruppen 27' aufgebaute Wärmeübertrager ist in 6er Kaverne 21 mit verlualer Achse so angeordnet, daß die Baugruppen 27' pyramidenartig gestaffelt sind. Im Zentrum des Wärmeübertragers ist ein vertikaler Sammler 62 angeordnet, an dessen unterem Ende die unteren Verbindungsleitungen 63 der Baugruppen 27' angeschlossen sind. Am oberen Ende ist der Sammler 62 über einen Krümmer 64 mit der Leitung ' 13 verbunden. Die oberen Verbindungsieitungen 56' der Baugruppen 27' münden in einen nach unten gewölbten Rohrboden 65 und bilden zugleich die Aufhängung für die Baugruppen. Der Rohrboden 65 ist mit dem Stahlfutter 23 dicht verbunden, an das die Leitung 12 angeschlossen ist, die die Leitung 13 mit größerem Durchmesser umgibt. Wie Fig.6 zeigt, sind die Leitungen 4 und 6 zum Zu- bzw. Abführen des Primärmediums radial zum Wärmeübertrager in der Betonstruktur 20 angeordnet. Die Kaverne 21 ist an ihrem oberen Ende mit einem Deckel 66 verschließbar und an ihrem unteren Ende ist ein vertikaler Kanal 67 vorgesehen, der Inspektionszwecken dient.

Im oberen Bereich des Wärmeübertagers unterhalb der Leitung 6 ist eine nicht näher dargestellte Dichtung 68 vorgesehen, die verhindert, daß Gas aus der Leitung 4 direkt zur I eitung 6 strömt. Die Dichtung 68 ist über ein Gestänge 70 am Rohrboden 65 aufgehängt. Im unteren Bereich des Wärmeübertragers iind nicht näher dargestellte Mittel 69 zur seitlichen Stützung des Wärmeübertragers und seiner Baugruppen 27' vorgesehen.

Im Bereich des Krümmers 64 ist ein verschließbarer Inspektionsstutzen 72 vorgesehen.

Im Betrieb strömt das von einer nicht gezeichneten Gasturbine kommende, heiße Gas, z. B. Helium, als Primärmedium üb"r die Leitung 4 unten h die Kaverne 21 ein und umströmt innerhalb der Führungsrohre 46' die Rohre 42 der Baugruppen 27', wobei seine Temperatur herabgesetzt wird. Am oberen Ende der Führungsrohre 46 strömt das abgekühlte Gas durch die Austrittsöffnungen 48 in die Leitung 6, die das Gas über einen nicht dargestellten Kühler zu einem Kompressor führt. Das von diesem Kompressor kommende Gas gelangt als Sekundärmedium über die Leitung 12 in den Raum oberhalb des Rohrbodens 65 und ström von Hort über die Verbindungsleitungen 56' in die Rohre 42 des Wärmeübertragers, in denen es vorgewärmt wird. Ansd üeßend gelangt dieses Gas über die unteren Verbindungsleitungen 63 in den Sammler 62, von wo es aufwärtsströmend über den Krümmer 64 in die Leitung 13 und zurück zum nicht dargestellten Reaktor strömt.

Anstelle der pyramidenförmig gestaffelten Anordnung ist es auch möglich, die Baugruppen 27' in zwei verschieden hohen Ebenen anzuordnen, so daß sich eine gegenseitig versetzte Anordnung ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeübertrager, vorzugsweise für gasförmige Medien, der aus mehreren, gleichartigen Baugruppen mit vertikaler Achse aufgebaut ist, wobei jede Baugruppe aus geraden, zwischen Rohrplatten angeschlossenen Rohren, die im wesentlichen im Längsstrom von einem der beiden Wärmeübertragungsmedien umströmt sind, und aus die Rohrplatten überspannenden Schalen bestehen, an denen je eine Verbindungsleitung für das in den Rohren strömende Medium angeschlossen ist, an der die Baugruppe aufgehängt äst, wobei die Rohre jeder Baugruppe von einem Führungsrohr für das die Rohre umströmende Medium umgeben ist, das an seinen beiden Enden Durchtrittsöffnungen für das Strömungsmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Führungsrohr (46') in seinem oberen Bereich auf gleicher Höhe des Wärmeübertragers mit einem die Form eines regelmäßigen Sechsecks au-'-veisenden Außenflansch (47') versehen ist, wobei die Außenflansrhe (47') aller Baugruppen (27') in montiertem Zustand eng aneinander und in einer Ebene liegend, eine Dichtung gegen ein Umströmen der Führungsrohre (46') durch das die Rohre (42) umströmende Medium bilden, daß zwischen den Baugruppen (27') einerseits und der Umfangswand (22) des Wärmeübertragers andererseits eine Dichtung (68) vorgesehen ist und daß die Führungsrohre (46') im unteren Bereich des Wärmeübertragers Mittel (69) zur seitlichen Stützung der Baugruppen (27') aufweisen.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem die Baugruppen über ihre obere Ve.oindungsleitung an einem gemeinsamen, obema'b von ihnen befindlichen Rohrboden angeschlossen un aufgehängt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (65) nach unten gewölbt ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die untere Verbindungsleitung (63) jeder Baugruppe (27') an einen gemeinsamen, im Zentrum des Wärmeübertragers sich nach oben durch diesen erstreckenden und den gemeinsamen Rohrboden (65) durchdringenden Sammler (62) angeschlossen sind.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppen (27') in der Höhe gestaffelt angeordnet sind.