DE2656412C2

DE2656412C2 - Wärmetauscher mit in einem Brutreaktor erhitztem Primärmedium und einer Hilfskühlung

Info

Publication number: DE2656412C2
Application number: DE2656412A
Authority: DE
Inventors: Pierre Meudon Pouderoux
Original assignee: Stein Industrie Sa Velizy-Villacoublay Fr
Current assignee: Stein Industrie Sa Velizy-Villacoublay Fr
Priority date: 1975-12-18
Filing date: 1976-12-13
Publication date: 1985-08-29
Also published as: JPS5276598A; DE2656412A1; BR7608544A; GB1516797A; FR2335916B1; US4148686A; IT1065787B; NL179428C; ES454363A1; FR2335916A1; NL179428B; JPS5945119B2; NL7614165A; CA1065840A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit in einem schnellen Brutreaktor erhitztem flüssigen Alkalimetall als Primärmedium und mit Wasser als Sekundärmedium, das in einem vom Primärmedium umströmten Rohrbündel verdampft und überhitzt wird, und mit einer Hilfskühlvorrichtung.

Solche Wärmetauscher werden oft aus mehreren parallelen Moduln aufgebaut, von denen jeder ein Rohrbündel für das zu erwärmende Medium umfaßt. Die Rohre sind zwischen zwei Lochplatten in einer Hülle angeordnet, durch die ein flüssiges Alkalimetall fließt. An einem gemeinsamen Speisebehälter angeschlossene Kollektoren sind vorgesehen, um das Alkalimetall zum oberen Teil der Moduln zu führen. An einem gemeinsamen Abflußbehälter angeschlossene Ausgangskollektoren zum Abführen des Alkalimetalls vom unteren Teil der Moduln sind vorgesehen, wobei die Achse der Moduln mit einem konstanten Winkelabsiand auf einem Zylinder verteilt sind, dessen Achse mit der dem Speisebehälter und dem Abflußbehälter gemeinsamen senkrechten Achse zusammenfällt (z. B. FR-PS 21 34 067).

Solche Wärmeaustauscher sind vor allem für den Wärmeaustausch zwischen einem in einem mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktor erhitzten schmelzflüssigen Alkalimetall und Wasser gedacht, das verdampft und erhitzt werden soll, um damit ein Kraftwerk zu speisen. Diese Wärmeaustauscher weisen zwischen ihrem heißen und ihrem kalten Ende sehr hohe Temperaturunterschiede auf, woraus sich Probleme der Wärmedehnung und der auf die Zuführungs- und Ab

leitkollektoren einwirkenden Kräfte ergeben.

Weiterhin ist bekannt, daß beim Abschalten eines schnellen Brüters die gelieferte Leistung nicht unmittelbar auf Null absinkt, sondern erst allmählich abnimmt Diese Restleistung könnte dadurch absorbiert werden, daß das erhitzte flüssige Alkalimetall statt den normalen Wärmetauschern besonderen Wärmetauschern zugeführt würde. Derartige besondere Wärmetauscher sind jedoch gemessen an den ziemlich kurzen Einsatzteiten

to verhältnismäßig teuer und erhöhen spürbar die Kosten. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer kostengünstigen Hilfskühlvorrichtung mit der eine veränderliche Restleistung eines schnellen Neutronenreaktors absorbiert werden kann.

Der Wärmetauscher nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ummantelung des Wärmetauschers von einer Umhüllung umgeben wird, die an ihren Enden Lufteinlässe und Luftauslässe aufweist, und daß die Ummantelung mit Hiifswärmeaustauschflächen versehen ist, wobei die Luft zwischen der Ummantelung mit ihren Hi!fswärrneai!stauschf!ächer! und der Umhüllung strömt

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Vorschlag vom gleichen Tage der Anmelderin (P 26 56 426.1-16) betrifft einen Wärmeaustauscher aus mehreren parallelen Modulen, von denen jede ein Rohrbündel umfaßt, durch das ein erstes zu erwärmendes Medium fließt wobei die Rohre in einer Hülle angeordnet sind, durch die ein flüssiges Alkalimetall fließt, ferner an einen gemeinsamen Speisebehälter angeschlossene Kollektoren zum Zuführen des Alkalimetals zum oberen Teil der Modulen sowie an einen gemeinsamen Abfiußbehälter angeschlossene Ausgangskollektoren zum Abführen des Alkalimetalls vom unteren Teil der Modulen, wobei die Achse der Modulen mit einem konstanten Winkelabstand auf einem Zylinder verteilt sind, dessen Achse mit dem Speise- und dem Abflußbehälter gemeinsamen senkrechten Achse zusammenfällt und die Modulen über kurze gerade Eingangskollektoren mit dem gemeinsamen Speisebehälter und über Ausgangskollektoren mit dem Abflußbehälter verbunden sind.

Hierbei geht es darum, unterschiedliche Dehnungen zwischen den Modulen bei zufälligen Übergangsbedingungen zu ermöglichen, beispielsweise in dem Fall, daß es sich beim zweiten Fluid um ein schmelzflüssiges Alkalifluid handelt. Da unter allen Umständen Lecke in den Rohren vermieden werden müssen, die zu einer heftigen Reaktion des Alkalimetalls mit Wasser führen würde, wird in der Anmeldung vom gleichen Tag vorgeschlagen, daß die Rohre zwischen zwei Lochplatten angeo-dnet sind und die Ausgangskollektoren die allgemeine Form eines U aufweisen und daß die Anschlußhöhe am Ausgangskollektor unterschiedlich zu der Anschlußhöhe des Abflußbehälters ist. Hierdurch ist die Ausdehnung der Ausgangskollektoren durch ihre Verbindung mit dem Abflußbehälter, vor allen Dingen aber durch ihre U-Form, gewährleistet.

Demgegenüber wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben, die schematisch den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher zeigt.

Der Wärmetauschermodul, der mit weiteren Moduln parallel geschaltet sein kann, ist von allgemein zylindrischer Form und besitzt ein Rohrbündel 3, das von einer Ummantelung umgeben ist und oben in einer Hülle 1 steckt. Das Rohrbündel 3 ist an eine untere Lochplatte 4 und eine obere Lochplatte 5 in der Hülle 1 angeschlos-

sen, wobei die Rohre in ihrem- oberen Bereich einen Dehnungsbogen 6 bilden. Das Rohrbündel fordert das zu verdampfende und zu überhitzende Wasser, das unten durch einen Anschluß 7 in den Modul eingelassen wird und als überhitzter Dampf im oberen Bereich durch einen Abfluß 8 abgeführt wird. Der im oberen Bereich des Moduls zwischen der Hülle 1 und der Ummantelung 2 vorhandene ringföimige Raum 9 ist an einen Anschlußstutz^a 10 für im Schnellneutronenreaktor erhitztes flüssiges Natrium angeschlossen. Im Normalbetrieb steigt das flüssige Natrium in der Hülle 1 hoch und ergießt sich dann ins Innere der Ummantelung 2 und umströmt dabei in Gegenrichtung zum zu verdampfenden und überhitzenden Wasser die Rohre des Rohrbündels. Der im unteren Bereich des Moduls zwischen der Ummantelung 2 und einer unteren Hülle vorhandene ringförmige Raum 11 steht mit einem Stutzen 12 in Verbindung, über den das im Wärmetauscher abgekühlte flüssige Natrium abgeleitet wird.

Erfindungsgemäß wird die Ummantelung 2 des Modiiis über ihre zwischen der oberen Ηΰίίε 1 und der unteren Hülle verfügbare Höhe hinweg von einer äußeren Umhüllung 13 koaxial umgeben, die einen ringförmigen Raum 14 begrenzt und mit Anschlußstutzen 15 für den Einlaß von Umgebungsluft und 16 für das Ablassen dieser Luft verbunden ist Ein Gebläse 17 drückt die Luft in den ringförmigen Raum 14. Die Außenoberfläche der Ummantelung 2 ist im Innern der Außenumhüllung 13 mit horizontal stehenden stachelartigen Fortsätzen 18 versehen, die für eine Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen dem flüssigen Natrium und der beim Abschalten des Kernreaktors in die Umhüllung geblasenen Luft sorgen sollen.

Beim Abschalten eines Schnellneutronenreaktors fällt nämlich die Leistungsabgabe nicht unmittelbar auf Null zurück, sondern nimmt erst allmählich ab. Da der Wasserumlauf ebenfalls unterbrochen werden muß, sorgt man für die Ableitung der Restleistung bis zu ihrem Abfall auf Null durch Abgabe der im Natrium vorhandenen Wärn.e an die im ringförmigen Raum 14 in Richtung der Pfeile 19 und 20 strömende Luft Da der Wärmeaustauschkoeffizient mit der Luft jedoch relativ klein ist, erreicht man eine für die Abfuhr der Restwärme mit einem mäßigen Luftdurchsatz notwendige Verbesserung des Wärmeaustauschkoeffizienten mit Hilfe der stachelförmigen Fortsätze 18, deren Höhe in etwa gleich der Hälfte der Breite des ringförmigen Raums sein kann und die von der zirkulierenden Luft umstrichen werden. Diese stachelförmigen Fortsätze können evtl. um auch durch andere geeignete Wärmetauschmittel wie beispielsweise senkrecht stehende Rippen ersetzt werden.

Wenn die Restleistung des Kernreaktors hinreichend abgenommen hat, kann das Gebläse abgestellt werden, da dann die natürliche Luftzirkulation durch einfache Konvektion die verbleibende Restleistung ableiten kann.

Wenn der Wärmetauscher zwischen Wasser und Natrium aus mehreren parallel geschalteten Moduln besteht, dann ist es vorteilhaft, lediglich ein Gebläse vorzusehen, das alle Moduln parallel über geeignete Rohranschlüsse mit Kühlluft versorgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit in einem schnellen Brutreaktor erhitztem flüssigen Alkalimetall als Primärmedium und mit Wasser als Sekundärmedium, das in einem vom Primärmedium umströmten Rohrbündel verdampft und überhitzt wird, und mit einer Hilfskühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (2) des Wärmetauschers von einer Umhüllung (13) umgeben wird, die an ihren Enden Lufteinlässe und Luftauslässe (15, 16) aufweist, und daß die Ummantelung (2) mit Hilfswärmeaustauschflächen (18) versehen ist, wobei die Luft zwischen der Ummantelung (2) mit ihren Hilfswärmeaustauschflächen (18) und der Umhüllung (13) strömt

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hiifswärmeaustauschflächen (18) auf der Ciaimantelung (2) angebrachte stacheläfugc rüftSatZc Sülu.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft im Zwangsumlauf zirkuliert

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft im Naturumlauf zirkuliert

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er in mehrere parallele Moduln unterteilt ist, von denen jeder von einer Umhüllu'-g umgeben ist, und daß die Lufteinlässe und Luftauslässe der Moduln an ein gemeinsames Gebläse, das für die Luftzinculation in den Umhüllungen aller Moduln sorgt, angeschlossen sind.