DE2730399C3 - Wärmetauscher mit zwischen Rohrböden angeordneten Doppelrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Austausch zwischen flüssigem Metall und Wasser bzw. Dampf mit zwischen Rohrböden angeordneten Doppelrohren, die zwi-^heneinander einen wendeiförmigen in radialer Richtung schmalen R?".m freilassen, deren Innenrohre in den äußeren Rohrböden und deren Außenrohre in den inneren Rohrboden befestigt sind, mit je einer Kammer zwischen den inneren und äußeren Rohrboden und mit einem Umfassungszylinder, dessen Volumen dem des Volumens außerhalb der Außenrohre zwischen den inneren Rohrböden und dem der beiden Kammern entspricht.

Wärmetauscher der eingangs genannten Art sind bekannt (DE-AS Il 17 148. FR-PS 13 17 559).

Wenn derartige Wärmetauscher beispielsweise bti Kernkrafianlagen verwendet werden, bei denen flüssiges Metall, wie beispielsweise flüssiges Natrium verwendet wird, um den Reaktor zu kühlen, tritt der Nachteil auf, daß flüssiges Natrium, wenn es mit Wasser oder Dampf in Berührung kommt, stark korrodierende Stoffe und Wasserstoffgas erzeugt.

Deshalb wird Wasser oder Dampf in den dampferzeugenden ader dampfüberhitzenden Wärmetauschern durch ein Rohrbündel getrennt, welches aus radial angeordneten koaxialen Rohren besteht. Dabei fließt flüssiges Natrium durch die inneren Rohre und eine Dampf- oder Wasserströmung wird über die Außenfläche des Rohrbündels aufrechterhalten. Dabei wird in bekannter Weise der Zwischenraum zwischen den Innenrohren und den koaxialen Außenrohren mit einer anderen wärmeleitenden Zwischenflüssigkeit gefüllt, die weder mit Natrium noch mit Wasser in einer unerwünschten Weise reagiert, wie beispielsweise Quecksilber. Das Zwischenmedium wird dabei durch eine besondere Einrichtung zur Verfugung gestellt, welche Mittel zur strömungstechnischen Verbindung mit den Ringräumen sowie geeignete Schaugläser, Höhenstandsanzeigevorrichtungen oder Druckanzeiger einschließt. Der Druck des flüssigen Natriums kann dabei größer oder kleiner sein als derjenige des Zwischenmediums, Jede Undichtigkeit in einem Innenoder Außenrohr führt zu einer Veränderung des Höhenstandes oder des Druckes des Zwischenmediums, wodurch man eine Anzeige für eine solche aufgedrehte Undichtigkeit erhält. Bei einer solchen Anzeige kann der Wärmetauscher abgeschaltet, entleert und repariert werden, ohne daß die unerwünschten Folgen eines Kontaktes zwischen den reaktionsfreudigen Stoffen eingetreten sind. Den Fachleuten ist es klar, daß eine solche Ausbildung zwar wirksam ist, jedoch nur schwer auf Festigkeit berechnet werden kann, aufwendig zu bauen ist und oft weniger wirkungsvoll im Wärmeübergang ist, weil ein Wärmeübergangs-Zwischenstoff vorhanden ist, der vielleicht eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Stoff, in welchem er enthalten ist, und durch den die Wärme gelangen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Undichtigkeiten im System eines Wärmetauschers zum Wärmetausch zwischen flüssigem Metall und Wasser bzw. Dampf frühzeitig verstellen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß bei Verwendung von bekannten Doppelrohren, deren wendeiförmiger Zwischenraum als Kanal für ein Leckmittel dient, das an ein Meßgerät angeschlossen ist, als Leckmeßmittel das eine Wärmetauschmittel verwendet wird, welches die Doppelrohre umspült und durch Löcher oder Spalte in den inneren Rohrboden Zutritt zu den wendeiförmigen Zwischenräumen zwisehen den beiden Rohren der Doppelrohre hat.

Durch die Erfindung entsteht der Vorteil, frühzeitig eine bestimmte Größe der Reaktion messen zu können, die innerhalb eines begrenzten Volumens stattfindet und die aufgrund einer Undichtigkeit des unter einem höheren Druck befindlichen rohrseitigen Mediums mit dem mantelseitigen Mediums gekennzeichnet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufriß eines Wärmelauschers, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils einer Koaxialrohrkombination nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher 10. der einen zylindrischen Mantel 12 umfaßt, welcher mit seiner Längsachse in einer vertikalen Ebene steht und an seinem unteren bzw. oberen Ende durch einen unteren halbkugelförmigen Boden 14 sowie einen oberen halbkugelförmigen Boden 16 geschlossen wird. Im unteren Boden 14 ermöglicht ein Stutzen 52 einen Eintritt für ein rohrseitiges Medium 61, das auf diese Weise in eine untere Kammer 46 strömen kann, welche durch die Innenfläche des unteren Bodens 14 und durch eine erste äußere Rohrplatte 22 gebildet wird, die senkrecht zur Längsachse des Mantels 12 verläuft. Am unteren Ende des Wärmetauschers gemäß der dargestellten Ausführungsform ist eino erste innere Rohrplatte 32 angeordnet, die in Richtung auf die Mitte des Mantels 12 parallel zur und in enger Nähe der ersten äußeren Rohrplatte 22 verläuft, wodurch eine untere Innenkammer 42 zwischen der ersten inneren und der ersten äußeren Rohrplatte gebildet wird. Eine zweite innere Rohrplatte 34, quer zur Längsachse angeordnet, befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Längsachse des Mantels und mit Abstand zu den Rohrplatten 22 und 32; eine zweite äußere Rohrplatte

24 befindet sich weiter jenseits der Längsachse und liegt parallel zur sowie in enger Nähe der zweiten inneren Rohrplatte 34, und bildet eine zweite Innenkammer 44, innerhalb des oberen Teils des dargestellten Wärmetauschers. Eine Anzahl Öffnungen in der unteren äußeren Rohrplatte 22 nimmt die ersten Enden eines aus Rohren 20 bestehenden Bündels auf. jedes Rohr 20 verläuft parallel zur Längsachse des Wärmetauschers und ist koaxial innerhalb eines der Rohre 30 größeren Durchmessers eingebaut. Das erste Ende eines jeden Rohrs 30 wird in einem Loch in der ersten inneren Rohrplatte 32 aufgenommen. Zwischen den inneren Rohrplatten 32, 34 umschreibt jedes Außenrohr 30 koaxial ein Innenrohr 20, wodurch ein zyklischer Ringspalt 50 in dem Raum zwischen jeder koaxial angeordneten Innen- und Außenrohr-Kombination gebildet wird. Das entgegengesetzte Ende eines jeden Außenrohrs 30 wird in einer Öffnung in der oberen inneren Rohrplatte 34 aufgenommen. Die Innenrohre 20 verlaufen über die obere innere Rohrplatte 34 hinaus und werden in Rohraufnahmelöchern der oberen äußeren Rohrplatte 24 aufgenommen. Das rohrseiiige Medium 61 fließt von der unteren Kammer 4ö durch die Innenrohre 20 in eine obere Außenkammer 48, die durch die obere äußere Rohrplatte 24 und den oberen halbkugelförmigen Boden 16 gebildet wird. Im oberen Boden ermöglicht es ein Stutzen 54 dem rohrseitigen Medium 61, aus der Oberkammer 48 herauszufließen.

Ein Stutzen 56 am Mantel 12 erlaubt es einem mantelseitigen Medium 63, zu einer manielseitigen Kammer 40 zu strömen, die durch den Mantel und die Außenfläche der Außenrohre 30 in dem Raum zwischen den inneren Rohrplatten 32 und 34 gebildet wird. Ein zweiter Stutzen 58 an dem Mantel 12 ist für den Austritt des mantelseitigen Mediums 63 aus der mantelseitigen Kammer 40 bestimmt.

Wie den F i g. 2 und 3 zu entnehmen ist, wird ein oder werden mehrere spiralförmige Zwischenräume 36 in den Innenflächen des Außenrohrs 30 ausgebildet. Jeder Zwischenraum ist über die Länge des Rohrs zwischen den inneren Rohrplatten 32, 34 durchgehend. Der durchgehende Zwischenraum 36 braucht nicht spiralförmig ausgebildet zu sein, sondern es können verschiedene Ausführungsformen auf der Außenfläche des Innenrohrs allein oder auf der Innenfläche des Außenrohrs und der Außenfläche des Innenrohrs gebildet werden. In typischer Weise ist das Volumen des Zwischenraums 36 wesentlich größer als die Volumina der Ringspalte 50. Die Ringspalte gewährleisten eine strömungstechnische Verbindung zwischen undichten Innenrohren, der Spiralnut und den Innenkammern. Da ein gewisser Kontakt zwischen Innen- und Außenrohr z. B. durch Spalte und durch Rohrschwingungen

entsteht, gewährleistet der Zwischenraum 36 eine strömungstechnische Verbindung der undichten Stelle mit den Innenkammern 42, 44. Der Stutzen 72, 74 am Mantel 12 (Fig. I) stellen ein Mittel dar, um geeignete Meßgeräte 76, 78 anzuschließen, z. B. Druckmesser, um reaktionsfreudige Verhältnisse in den Innenkammern festzustellen.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Enden der Innenrohre 20 an den äußeren Rohrplatten 22,24 durch Schweißen, Einwalzen, eine Kombination derselben oder durch andere bekannte Dichtmittel hermetisch abgedichtet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Außenrohre nicht hermetisch an den inneren Rohrplatten 32, 34 abgedichtet Dies ermöglicht es wie es durch die Spalte 65 für das mantelseitige Medium angedeutet ist —,daß begrenzte Mengen mantelseitigen Mediums in die Innenkammern 42 und 44, die Spalte 50 und den Zwischenraum 36 eindringen können und dieselben ausfüllen, wodurch eine durchgehende strömup.gstechnische Verbindung zwischen den beiden Innenkammern hergestellt wird. Al¹ .:> nativmaßnahmen, wie z.B. das Bohren eines kleinen L ichs oder von kleinen Löchern durch die inneren Rohrplatten 32, 34 hindurch oder das Einkerben der sich darin befindenden Rohraufnahmelöcher, können ergriffen werden, um eine kontrollierte und begrenzte Verbindung des mantelseitigen Mediums 63 von der Kammer 40 zu den Innenkammern 42, 44 sowie anschließend zu dem Zwischenraum 36 und den Spalten 50 zu ermöglichen.

Die Volumina der Innenkammern 42, 44 werden sorgfältig durch den Abstand der Rohrplatten kontrol-. liert, um die darin enthaltenden Mengen rnantelseitigen Mediums 63 gegenüber der Hauptmenge mantelseitigen Mediums in der Kammer 40 gering zu halten, was zu einem höheren Verhältnis zwischen rohrseitigem und mantelseitigem Medium führt als in dem Fall, in welchem eine bestimmte Leckrate rohrseitigen Mediums direkt in die mantelseitige Kammer 40 strömen würde.

Je nach der Reaktion, die für das Mischen der Medien charakteristisch ist, werden entsprechende Vorrichtungen vorgesehen, um die begrenzte Reaktion festzustellen, so daß Maßnahmen ergriffen werden können, um Undichtigkeiten und die Schäden zu vermeiden, welche beim Mischen des rohrseitigen Mediums mit der Hauptmasse des mantelseitigen Mediums eintreten würden. Erläuternd sei darauf hingewiesen, daß charakteristische Änderungen, die gemessen werden können, die folgenden einschließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Änderungen des Drucks, der Temperatur, der Viskosität oder der elektrischen Leitfähigkeit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch·,

   Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen flüssigem Metall und Wasser bzw. Dampf mit zwischen Rohrboden angeordneten Doppelrohren, die zwischeneinander einen wendeiförmigen in radialer Richtung schmalen Raum freilassen, deren Innenrohre in den äußeren Rohrboden und deren Außenrohre in den inneren Rohrboden befestigt sind, mit je einer Kammer zwischen den inneren und äußeren Rohrböden und mit einem Umfassungszylinder, dessen Volumen dem des Volumens außerhalb der Außenrohre zwischen den inneren Rohrboden und dem der beiden Kammern entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von bekannten Doppelrohren (20, 30), deren wendeiförmiger Zwischenraum (36) als Kanal für ein Leckmittel dient, das an ein Meßgerät (76, 78) angeschlossen ist, als Leckmeßmittel das eine Wärmetauschmittel verwendet wird, das die Doppelrohre (20, 30) umspült und durch Löcher oder Spalte (65) in den inneren Rohrboden (32,34) Zutritt zu den wendeiförmigen Zwischenräumen (36) zwischen den beiden Rohren der Doppelrohre hat