DE2812056A1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
20. März 1978March 20, 1978
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE 29, rue de la Federation, F-75015 ParisCOMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE 29, rue de la Federation, F-75015 Paris
Wärme aus t au s ehe rWarmth from t au s before r
Die Erfindung betrifft einen kreisförmigen Wärmeaustauscher, der ein von Fluid durchströmtes Rohrbündel enthält, dessen Rohre in vertikaler Richtung parallel zueinander angeordnet sind. Die Rohre tauchen außerhalb des Wärmeaustauschers in ein Primärfluid ein, und sie werden in ihren Innenräumen von einem Sekundärfluid durchströmt, das einen wechselseitigen Wärmeaustausch ermöglicht. Die Rohre sind im Innenraum eines zylindrischen Außenmantels in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, der den Wärmeaustauscher räumlich begrenzt.The invention relates to a circular heat exchanger which contains a tube bundle through which fluid flows, the tubes of which are arranged parallel to one another in the vertical direction. The tubes are immersed outside the heat exchanger into a primary fluid, and they are traversed in their interiors by a secondary fluid, the enables a mutual heat exchange. The tubes are in the interior of a cylindrical outer jacket in the circumferential direction arranged distributed, which spatially limits the heat exchanger.
Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Wärmeaustauscher, der als Zwischenwärmeaustauscher in einem Kernreaktor mit schnellen Neutronen dient. Das Primärfluid wirdThe invention is particularly concerned with a heat exchanger, which serves as an intermediate heat exchanger in a nuclear reactor with fast neutrons. The primary fluid is
TELEX OB-TELEX OB-
TELEKOPIERERTELECOPER
hierbei von einem flüssigen Metall", im allgemeinen Natrium, gebildet. Nach der Wärmeaufnahme des flüssigen Metalles während seines Durchlaufes durch den Reaktorkern tritt es in den Wärmeaustauscher ein, wird dann während der Durchströmung unter Berührung der in dem Außenmantel verteilt angeordneten Rohre abgekühlt und wird dann mit Hilfe von Pumpen in den Reaktorkern zuirückgeführt, um wiederum durch diesen durchzulaufen. Bei einem derartigen Wärmeaustauscher wird das Sekundärfluid meist ebenfalls von einem flüssigen Metall gebildet, das üblicherweise die gleiche Eigenschaft wie das Primärfluid hat, das in dem Innenraum der Rohre des Wärmeaustauschers zwischen einem Eintrittssammler und einem Austrittssammler zirkuliert, die jeweils mit den Enden der Rohre verbunden sind. Vorzugsweise strömen das Primärfluid und das Sekundärfluid in dem Wärmeaustauscher im Gegenstrom. Ein derartiger Wärmeaustauscher ist beispielsweise in der DE-Patentanmeldung P 27 13 260.1 beschrieben.formed here by a liquid metal, generally sodium. After the heat absorption of the liquid metal as it passes through the reactor core, it enters the heat exchanger, then becomes as it flows through is cooled while touching the tubes arranged distributed in the outer jacket and is then cooled with the aid of Pumps fed back into the reactor core to turn through to go through this. In such a heat exchanger, the secondary fluid is mostly also a liquid one Metal is formed which usually has the same properties as the primary fluid that is in the interior of the tubes of the heat exchanger between an inlet header and an outlet header, which are each connected to the ends of the pipes. The primary fluid preferably flows and the secondary fluid countercurrently in the heat exchanger. Such a heat exchanger is for example described in DE patent application P 27 13 260.1.
In einem derartig ausgebildeten Wärmeaustauscher sind die von einer umlaufenden Strömung durchströmten Rohre vertikal angeordnet und am Ende mit Platten, mit sogenannten Rohrplatten, verbunden, die teilweise den Eintritts- und Austritts sammler des Sekundärfluids begrenzen. Die Verbindung mit dem Eintrittssammler wird über mehrere Leitungen hergestellt, die nach Maßgabe der Außenkontur des Wärmeaustauschers verteilt angeordnet sind. Anders ausgedrückt, nimmt bei einer derartigen Ausführungsform die Abdichtung der fluchtenden Rohre des Rohrbündels an Ort und Stelle im Wärmeaustauscher im Vergleich zu dem Raum viel Platz in Anspruch, der freigelassen werden muß, um die Verschluß- bzw. Absperreinrichtung einführen zu können. Desweiteren bildet sich beim Brechen eines oder mehrerer Rohre des Rohrbündels ein Gemisch aus radioaktivem Primärfluid und nicht radioaktivem Sekundärfluid, was zur Folge hat, daß man den Wärmeaustauscher still legen muß.In a heat exchanger designed in this way, the tubes through which a circulating flow flows are vertical arranged and connected at the end with plates, with so-called tube plates, some of the inlet and outlet limit the collector of the secondary fluid. The connection with the inlet collector is made via several lines, which according to the outer contour of the heat exchanger are arranged distributed. In other words, in such an embodiment, the sealing takes place aligned tubes of the tube bundle in place in the heat exchanger compared to the space required, which must be released in order to be able to introduce the closure or shut-off device. Furthermore it forms when one or more tubes of the tube bundle break, a mixture of radioactive primary fluid and non-radioactive fluid Secondary fluid, which has the consequence that you have to shut down the heat exchanger.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Weiterbildung kreisförmig ausgebildeter Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art, bei dem sich die zuvor genannten Nachteile und Schwierigkeiten überwinden lassen, die in Verbindung mit Defekten an einem oder mehreren Rohren des Rohrbündels auftreten. The invention is concerned with a development circular trained heat exchanger of the type mentioned, in which the aforementioned disadvantages and difficulties can overcome, which occur in connection with defects in one or more tubes of the tube bundle.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Wärmeaustauscher dadurch aus, daß die Rohre der Rohrbündel in einzelne Rohrgruppen unterteilt angeordnet sind, die jeweils im Innenraum eines einzelnen Mantels angeordnet sind, der in dem Außenmantel des Wärmeaustauschers mehrere benachbart liegende modulförmige Einheiten bildet, und daß jede modulförmige Baueinheit separate Eintritts- und Austrittssammler aufweist, die jeweils mit einer Eintritts- und einer Austrittsleitimg für das Sekundärfluid verbunden sind.According to the invention, a heat exchanger is characterized by this from that the tubes of the tube bundle are arranged divided into individual tube groups, each in the interior of a Individual jacket are arranged, the several adjacent modular in the outer jacket of the heat exchanger Forms units, and that each modular structural unit has separate inlet and outlet headers, which are each connected to an inlet and outlet duct for the secondary fluid.
Vorzugsweise sind die Eintritts- und Austrittsleitungen für das Sekundärfluid der separaten Sammler der modulförmigen Baueinheiten selbst mit zwei gemeinsamen Sammlern verbunden, die als Eintritts- und Austrittssammler bestimmt sind und die in einem Abstand zu dem Wärmeaustauscher angeordnet sind. Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei der der Wärmeaustauscher in einem Innenraum des Hauptbehälters eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen angeordnet ist, und bei dem der Außenmantel unterhalb einer dicken Schutzplatte hängend angeordnet ist, die den Hauptbehälter an seinem Oberteil verschließt, sind die gemeinsamen Eintritts- und Austrittssammler außerhalb des Hauptbehälters oberhalb der Schutzplatte vorgesehen, die ihrerseits von Eintritts- und Austrittsleitungen der einzelnen Sammler durchzogen wird. Die Sammler können jede beliebige Form haben und sind vorzugsweise kreisförmig oder sphärisch ausgebildet .The inlet and outlet lines for the secondary fluid are preferably the separate collectors of the modular ones Structural units themselves connected with two common collectors, which are intended as inlet and outlet collectors and which are arranged at a distance from the heat exchanger. In particular in one embodiment which the heat exchanger is arranged in an interior of the main container of a nuclear reactor with fast neutrons is, and in which the outer jacket is arranged hanging below a thick protective plate, which the main container closed at its upper part, the common inlet and outlet headers are outside the main container Provided above the protective plate, in turn of the inlet and outlet lines of the individual collector is traversed. The collectors can have any shape and are preferably circular or spherical .
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind . die Eintritts- und Austrittsleitungen für das Sekundärfluid in den einzelnen separaten Sammlern koaxial und in einer Achsebene jeder modulförmigen Baueinheit angeordnet. Gemäß einer anderen abgewandelten Ausführungsform sind die Eintrittsleitungen in ümfangsrichtung auf ein und der gleichen Kreisebene wie die modulförmigen Baueinheiten verteilt angeordnet, und stellen eine Zwischenverbindung zwischen denselben und den koaxial in den modulförmigen Baueinheiten angeordneten.Austrittsleitungen her. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Eintrittsleitungen auf einer Kreisebene verteilt angeordnet, die innerhalb der von den modulförmigen Baueinheiten gebildeten liegt.According to an advantageous development of the invention are. the inlet and outlet lines for the secondary fluid in the individual separate collectors coaxially and in one Axial plane of each modular unit arranged. According to Another modified embodiment is the inlet lines arranged distributed in the circumferential direction on one and the same circular plane as the modular structural units, and provide an interconnection between them and those coaxially in the modular assemblies arranged outlet pipes. According to a further embodiment of the invention, the inlet lines are arranged distributed on a circular plane, which lies within that formed by the modular structural units.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung weist der Wärmeaustauscher eine Hauptzuleitung für das Primärfluid auf, die an ihrem oberen Ende offen ist, so daß das die Hauptleitung von unten nach oben durchströmende Primärfluid anschließend von oben nach unten in Berührung mit den, eine ' umlaufende Strömung bildenden Rohren strömt, nachdem es in jede moduliörmige Baueinheit durch seitliche Fenster eingetreten ist, die in den einzelnen Mänteln jeder modulförmigen Baueinheit vorgesehen sind. Das Primärfluid tritt aus dem Wärmeaustauscher an dem zu den Mänteln tiefer liegenden Ende über weitere seitliche Fenster aus. Die Hauptleitung umfaßt vorzugsweise zwei rohrförmige Elemente, die unter Freilassung eines Zwischenraumes derart ineinander gesteckt sind, daß dazwischen ein Raum begrenzt wird, der mit einem Teil des stehenden Primärfluids aufgefüllt ist, das von einem neutralen Gasschleier überdeckt ist, der eine thermische und flüssigkeitsmäßige Isolierung zwischen dem heißen Primärfluid an der Eintrittsseite des Wärmeaustauschers und dem kalten Primärfluid an der Austrittsseite des Wärmeaustauschers ermöglicht.According to an essential feature of the invention, the heat exchanger has a main feed line for the primary fluid which is open at its upper end, so that the primary fluid flowing through the main line from bottom to top then flows from top to bottom into contact with the tubes forming a 'circulating flow, after it flows into each modular building unit entered through side windows is provided in the individual shells of each modular assembly. The primary fluid emerges from the Heat exchanger at the end lower than the jackets via further lateral windows. The main includes preferably two tubular elements which are inserted into one another, leaving a gap free, that between a space is limited, which is filled with a part of the standing primary fluid that of a neutral gas curtain is covered, which provides thermal and liquid insulation between the hot primary fluid on the inlet side of the heat exchanger and the cold primary fluid on the outlet side of the heat exchanger enables.
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ΛΛΛΛ
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung steht die Hauptleitung an ihrem oberen offenen Ende in Verbindung mit einem Kanal, der in einer quer verlaufenden Platte ausgebildet ist, die an ihrem Umfang fest mit der Innenfläche des Außenmantels des Wärmeaustauschers verbunden ist. Diese Platte wird von den einzelnen Mänteln der modulförmigen Baueinheiten durchzogen, die um die Hauptleitung innerhalb des von dem Außenmantel gebildeten Raumes verteilt angeordnet sind. Das Primärfluid steigt in der Hauptleitung hoch und wird durch die quer verlaufende Platte in Richtung auf die Eintrittsfenster jeder modulförmigen Baueinheit gelenkt, in der es unter Berührung der· eine umlaufende Strömung des Sekundärfluids bildende Rohre von oben nach unten strömt.According to a first advantageous embodiment of a Heat exchanger according to the invention is the main line at its upper open end in connection with a channel formed in a transverse plate fixed at its periphery to the inner surface of the outer shell of the heat exchanger is connected. This plate is made up of the individual coats of the modular Structural units traversed, which are arranged distributed around the main line within the space formed by the outer jacket are. The primary fluid rises up the main line and is through the transverse plate in the direction of the entry window of each module-shaped structural unit is directed, in which there is a circulating flow with contact the tubes forming the secondary fluid flows from top to bottom.
Vorzugsweise ist bei der unmittelbar zuvor beschriebenen Ausführungsform die Haupteintrittsleitung mit einem Prallblech verbunden, das sich oberhalb des offenen Endes der Leitung in Querrichtung erstreckt. Das Prallblech bildet eine Einheit mit dem Außenmantel des Wärmeaustauschers und dient als eine Ablenkeinrichtung für das Primärfluid, indem es das Primärfluid in Richtung auf die Eintrittsfenster in den einzelnen Mäntel der modulförmigen Einheiten lenkt.In the embodiment described immediately above, the main inlet line is preferably provided with a baffle plate connected which extends transversely above the open end of the conduit. The baffle forms a unit with the outer shell of the heat exchanger and serves as a deflector for the primary fluid by adding it directs the primary fluid towards the entry windows in the individual shells of the modular units.
Erfindungsgemäß kann desweiteren der Wärmeaustauscher im Notfall insgesamt stillgesetzt werden, und hierfür sind Einrichtungen vorgesehen, die ein unter Druck stehendes, neutrales Gas in die Haupteintrittsleitung oberhalb des Pegels des Primärfluids einleiten, um die Strömung des Primärfluids in den verschiedenen modulförmigen Baueinheiten zu stoppen, indem der Pegelstand des Fluids in der Leitung auf einen Wert unterhalb der Eintrittsfenster abgesenkt wird, die zu den modulförmigen Baueinheiten führen.According to the invention, the heat exchanger can also be shut down altogether in an emergency, and for this purpose there are Means provided that a pressurized, neutral gas in the main inlet line above the Initiate level of primary fluid to the flow of primary fluid stop in the various modular units by checking the level of the fluid in the line is lowered to a value below the entry window, which lead to the modular structural units.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeaustauscher derart ausgelegt, daß der einzelne Mantel jeder modulformigen Baueinheit einer Leitungsanordnung zugeordnet ist, die eine Verbindung mit dem seitlichen Eintrittsfenster der modulformigen Baueinheit herstellt. Die Leitungsanordnung ist üblicherweise so gekrümmt ausgebildet, daß sie an ihrem unteren Ende in die an ihrem oberen Ende offene Hauptleitung eintaucht, um eine Versorgung mit Primärfluid zu ermöglichen.According to a further embodiment of the invention, the heat exchanger is designed such that the individual Sheath of each modular structural unit is assigned to a line arrangement that connects to the side Manufactures entrance window of the modular structural unit. The line arrangement is usually so curved designed that it dips at its lower end into the main line open at its upper end to to enable a supply of primary fluid.
Vorzugsweise steht jeder einzelne Mantel der modulformigen Baueinheiten in Verbindung mit einer kanalförmig ausgebildeten Einrichtung, die separat ein unter Druck stehendes neutrales Gas einleitet und die in den oberen Bereich des Mantels mündet, um den Pegelstand des Primärfluids auf einen Wert unterhalb des zugeordneten Eintrittsfensters zu senken und die Primärfluidströmung in diesem Modul zu stoppen, wodurch sichergestellt wird, daß jede modulförmige Baueinheit separat abgekoppelt und außer Betrieb genommen werden kann, während die anderen modulformigen Baueinheiten unverändert weiterarbeiten können.Each individual jacket is preferably modular Structural units in connection with a channel-shaped device, which is separately a pressurized introduces neutral gas and opens into the upper area of the jacket to the level of the primary fluid to lower a value below the assigned entry window and to increase the primary fluid flow in this module stop, thereby ensuring that each modular assembly is separately decoupled and taken out of service can be, while the other modular units can continue to work unchanged.
Insbesondere weist jede, einer modulförinigen Baueinheit zugeordnete Leitungsanordnung eine Zone in Form eines Kreisausschnittes auf, dessen Begrenzungswandungen von dem einzelnen Mantel der modulformigen Baueinheit zu der Hauptleitung derart verlaufen, daß der so gebildete Kreisausschnitt die Gesamtheit der allen modulformigen Baueinheiten zugeordneten Leitungsanordnungen aufnehmen kann, die um diese Leitung verteilt angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Hauptleitung in Achsrichtung in der Nähe des Endes der den modulformigen Baueinheiten zugeordneten Leitungsanordnungen eine Ablenkeinrichtung auf, die eine, gleichmässige Verteilung des Primärfluids auf jede der Leitungsanordnungen gestattet.In particular, each has a modular structural unit assigned line arrangement a zone in the form of a section of a circle on, the boundary walls of the individual jacket of the modular structural unit to the main line run in such a way that the circle segment formed in this way includes the entirety of all modular structural units assigned line arrangements can accommodate, which are arranged distributed around this line. Preferably if the main line has a deflection device in the axial direction near the end of the line arrangements assigned to the modular structural units, which is a uniform Distribution of the primary fluid allowed on each of the line arrangements.
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Schließlich, können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, die eine Einspeisung eines neutralen, unter Druck stehenden Gases in den Raum gestatten, der sich zwischen der Hauptleitung und dem Außenmantel am Ende der einzelnen Mantel der modulförmigen Baueinheiten bildet, um die Mantel von dem kalten Primärfluid außerhalb des Außenmantels zu isolieren.Finally, according to an advantageous further development the invention also other devices can be provided that a feed of a neutral, under Allow pressurized gas into the space between the main line and the outer jacket at the end the individual jacket of the modular structural units forms around the jacket of the cold primary fluid outside to isolate the outer jacket.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile eines erfindungsgemäßen kreisförmigen Wärmeaustauschers ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung: Further details, features and advantages of an inventive circular heat exchanger emerge from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing:
Figur 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Wärmeaustauschers,Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a heat exchanger,
Figur 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Figur Λ eines Wärmeaustauschers in vergrößertem Maßstab,Figure 2 is a sectional view along the line II-II in Figure Λ of a heat exchanger on an enlarged scale,
Figur 3 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmeaustauschers,Figure 3 is a schematic view of another embodiment a heat exchanger,
Figur 4 ist eine Teilausschnittsansicht in teilweise geschnittener Darstellung längs der Linie IV-IY in Figur 3>Figure 4 is a partially cutaway view in partially section Representation along the line IV-IY in Figure 3>
Figur 5 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmeaustauschers, Figure 5 is a sectional view of another embodiment of a heat exchanger,
Figuren 6 und 7 sind Schnittansichten längs den Linien VI-VI und VII-VII in Figur 5,Figures 6 and 7 are sectional views along the lines VI-VI and VII-VII in Figure 5,
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Figuren 8 und 9 sind Schnittansichten längs den Linien VIII-VIII und IX-IX in Figur 9 bzw. Figur 8 und zeigen eine weitere abgewandelte Ausführungsform, undFigures 8 and 9 are sectional views along the lines VIII-VIII and IX-IX in Figure 9 and Figure 8 and show a further modified embodiment, and
Figuren 10 und 11 sind Figuren 8 und 9 entsprechende Ansichten längs den Schnittlinien XI-XI und X-X einer weiteren Ausführungsform eines Wärmeaustauschers. Figures 10 and 11 are corresponding to Figures 8 and 9 Views along the section lines XI-XI and X-X of a further embodiment of a heat exchanger.
In Figur 1 ist mit 1 die Seitenwand des Hauptbehälters eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen bezeichnet. Dieser Behälter enthält insbesondere ein entsprechendes Volumen eines flüssigen Metalles, das üblicherweise von Natrium gebildet wird. Dieses Mittel bildet das Primärströmungsmittel. Der Behälter 1 ist an seinem Oberteil J unter einer dicken Schutzplatte 4- hängend angeordnet, die über dem Pegel des in dem Behälter befindlichen flüssigen Metalles 2 horizontal verläuft und den Behälter verschließt. Im Innenraum des Hauptbehälters 1 ist ein zweiter zylindrischer Behälter 5 vorgesehen, der den Reaktorcore bzw. den Reaktorkern 6 umgibt und der das in dem Behälter an der Austrittsseite des Reaktorkernes angesammelte heiße, flüssige Metall von dem kalten flüssigen Metall trennt, das an der Austrittsseite der Wärmeaustauscher in dem Bereich zwischen den Behältern 1 und 5 ersetzt wird.In Figure 1, 1 denotes the side wall of the main container of a nuclear reactor with fast neutrons. This container contains in particular a corresponding volume of a liquid metal, which is usually from Sodium is formed. This means forms the primary fluid. The container 1 is arranged hanging on its upper part J under a thick protective plate 4- extends horizontally above the level of the liquid metal 2 in the container and closes the container. In the interior of the main container 1, a second cylindrical container 5 is provided, which the reactor core or the Reactor core 6 surrounds and the hot, liquid that has accumulated in the container on the outlet side of the reactor core Metal separates from the cold liquid metal that is on the exit side of the heat exchanger in the area between containers 1 and 5 is replaced.
Die in Figur 1 insgesamt mit 8 bezeichnete Ausführungsform eines Wärmeaustauschers weist einen zylindrischen Außenmantel 9 auf, dessen Oberteil die Platte 4- derart durchzieht, daß der Wärmeaustauscher an dieser Platte hängend angeordnet ist. Der Innenraum dieses zylindrischen Außenmantels 9 ist durch einen dicken Verschlußstopfen 10 verschlossen, der eine Verlängerung der Platte bildet.The embodiment of a heat exchanger denoted overall by 8 in FIG. 1 has a cylindrical outer jacket 9, the upper part of which runs through the plate 4- in such a way that that the heat exchanger is arranged hanging on this plate. The interior of this cylindrical outer jacket 9 is closed by a thick plug 10 which forms an extension of the plate.
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Erfindungsgemäß umfaßt der Wärmeaustauscher mehrere identische modulförmig ausgestaltete Einheiten, die einander benachbart liegen und im Innenraum des Mantels 9 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Jede modulförmlge Baueinheit weist einen zylindrischen Mantel 12 (Figur 2) auf, in dessen Innenraum einen Strömungskreislauf bildende Rohre 13 in !Form von separaten Eohrbündeln verteilt angeordnet sind, die vertikal verlaufen. In jeder modulformigen Baueinheit sind die Rohre 13 an ihren Enden mit zwei parallelen Rohrplatten verbunden, die entsprechend mit 14 und 15 bezeichnet sind, denen zwei Gehäuseteile 16 und 17 zugeordnet sind, die in Verbindung mit den Platten Sammler 18 und 19 bilden, die für den Eintritt und Austritt eines Sekundärfluids in bzw. aus jeder modulformigen Baueinheit bestimmt sind, das an der Innenseite der Rohre 13 entlang strömt. Das von dem Innenraum des Behälters 5 auf nachstehend näher erläuterte Art und Weise kommende Primärfluid tritt in den Innenraum jeder modulformigen Baueinheit des Wärmeaustauschers 8 über Eintrittsfenster 20 ein, die in den Zylindermänteln 12 der verschiedenen modulformigen Baueinheiten 11 vorgesehen sind. Das Primärfluid zirkuliert in Kontakt mit den Rohren 13 außerhalb derselben« Vorzugsweise erfolgt die Zuführung des Primärfluids bei der dargestellten Ausführungsform über eine Hauptleitung 21, die zwei Leitungsabschnitte umfaßt. Der erste Leitungsabschnitt 22 erstreckt sich über ein Rohrkrümmungsstück 23 von dem Wärmeaustauscher nach außen, das mit einer Einrichtung 24 verbunden ist,, die in dem Behälter 5 vorgesehen ist und den Reaktorkern 6 enthält. Der zweite Leitungsabschnitt der Leitung 21 ist an seinem oberen Ende offen und trägt eine Verzweigung 26. Ebenfalls weist der Wärmeaustauscher oberhalb der Verzweigung 26 der axial verlaufenden Speiseleitung 21 eine quer verlaufende Ablenkplatte 27 auf, die an ihrem Umfang an dem Außenmantel 9 des Wärmeaustauschers angebracht ist. Die Ablenkplatte 27 wird selbst von den Män-According to the invention, the heat exchanger comprises several identical ones modular units which are adjacent to one another and in the interior of the jacket 9 in the circumferential direction are arranged distributed. Each modular unit has a cylindrical jacket 12 (Figure 2) on, in the interior of which a flow circuit forming tubes 13 arranged distributed in the form of separate Eohrbündeln that are vertical. In each modular structural unit, the tubes 13 are at their ends with two parallel Connected tube plates, which are designated accordingly with 14 and 15, which two housing parts 16 and 17 are assigned are, which in connection with the plates form collectors 18 and 19, which are for the entry and exit of a Secondary fluids are determined in or out of each modular structural unit, which along the inside of the tubes 13 flows. The primary fluid coming from the interior of the container 5 in the manner explained in more detail below enters the interior of each modular structural unit of the heat exchanger 8 via entry window 20, which in the cylinder jackets 12 of the various modular structural units 11 are provided. The primary fluid circulates in contact with the tubes 13 outside the same. Preferably, the supply of the primary fluid takes place in the case of the one shown Embodiment via a main line 21 which comprises two line sections. The first line section 22 extends over a pipe elbow 23 from the Heat exchanger to the outside, which is connected to a device 24, which is provided in the container 5 and contains the reactor core 6. The second line section of the line 21 is open at its upper end and carries a branch 26. The heat exchanger also has a transverse deflector plate 27 above the branch 26 of the axially extending feed line 21, which at its periphery on the outer jacket 9 of the heat exchanger is appropriate. The baffle 27 is even by the men
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teln 12 der moduliörmigen Baueinheiten 11 durchzogen. Unterhalb der Ablenkplatte 27 an der den Eintrittsfenstern 20 gegenüberliegenden Seite ist eine quer verlaufende, kreisförmige Platte 28 angeordnet, die den zwischen dem Mantel 9 und den Mänteln 12 gebildeten Raum abschließt, um zu vermeiden, daß das Primärfluid nicht zu dem Außenraum dieser Mantel strömt. Das Ende der Verzweigung 26 ist bei 29 fest mit der kreisförmigen Platte 28 in Höhe jedes Eintrittsfensters 20 verbunden.means 12 of the modular structural units 11 traversed. Below the baffle 27 on the opposite side of the entrance windows 20 is a transverse, circular one Plate 28 arranged, which closes the space formed between the jacket 9 and the jackets 12 in order to avoid that the primary fluid does not flow to the outside of this jacket. The end of branch 26 is fixed at 29 connected to the circular plate 28 at the level of each entrance window 20.
Bei dieser zuvor beschriebenen Ausführungsform sammelt sich das den Reaktorkern 6 verlassende heiße Primärfluid in dem Innenraum des Behälters 3-, verteilt sich in diesem Innenraum und tritt dann im Sinne der Doppelpfeile 30 in die Zone 31 aus, und gelangt von dort in das Rohrkrümmungsstück 23 der Hauptspeiseleitung 21. An dem oberen Ende dieser Hauptspeiseleitung 21 tritt das Primärfluid in die modulförmigen Baueinheiten 11 des Wärmeaustauschers über die Eintrittsfenster 20 und strömt in Kontakt mit den Rohren von oben nach unten, um dann zum Schluß die Mantel 12 über weitere Fenster 32 zu verlassen, die an dem Unterabschnitt derselben vorgesehen sind. Umgekehrt strömt das Sekundärfluid im Innenraum der Rohre 13 im Gegen strom zum Primärfluid, d.h. von unten nach oben. Die unteren Sammler 18 jeder modulförmigen Baueinheit werden über mehrere vertikal verlaufende Leitungen 23 versorgt, die im Innenraum des Mantels 9 um die modulförmigen Baueinheiten verteilt angeordnet sind. Das Sekundärfluid sammelt sich dann am Ausgang der Rohre 13 in den Sammlern 19 und tritt von dort über die Leitungen 34- schließlich aus. Die jeweiligen Eintritts- und Austrittsleitungen 33 und 3^- jeder modulförmigen Baueinheit des Wärmeaustauschers durchziehen die obere dicke Schutzplatte 4- im Bereich des Verschlußstopfens 10, der den von dem Mantel 9 gebildeten Raum unter Freilassung von Durchlässen 35 und 36 verschließt, die gegenüber derIn this embodiment described above, the hot primary fluid leaving the reactor core 6 collects in the interior of the container 3, is distributed in this interior and then exits in the direction of the double arrows 30 in the zone 31, and from there passes into the pipe bend 23 of the Main feed line 21. At the upper end of this main feed line 21, the primary fluid enters the module-shaped structural units 11 of the heat exchanger via the entry window 20 and flows into contact with the pipes from top to bottom, in order then to finally leave the jacket 12 via further windows 32, which are provided on the subsection thereof. Conversely, the secondary fluid flows in the interior of the tubes 13 in a countercurrent to the primary fluid, ie from bottom to top. The lower collectors 18 of each modular structural unit are supplied via a plurality of vertically extending lines 23 which are arranged in the interior of the jacket 9 distributed around the modular structural units. The secondary fluid then collects at the outlet of the tubes 13 in the collectors 19 and from there finally exits via the lines 34-. The respective inlet and outlet lines 33 and 3 ^ - each modular unit of the heat exchanger pull through the upper thick protective plate 4- in the area of the plug 10, which closes the space formed by the jacket 9, leaving passages 35 and 36 which are opposite to the
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Außenatmosphäre dicht abgeschlossen sind, was durch FaI-tenbalge 37 oder 38 oder andere äquivalente Mittel sichergestellt wird. Die Leitungen 33 und JA- stehen andererseits in Verbindung mit zwei, entsprechend mit 39 und 4-0 bezeichneten Sammlern, die oberhalb der dicken Schutzplatte 4- außerhalb des Behälters 1 liegen. Diese Sammler 39 und 4-0 bilden gemeinsame Bauteile für die Gesamtheit der modulförmigen Baueinheiten 11. Der Strömungsverlauf des Sekundärfluids ist in der Zeichnung schematisch mit Pfeilen 4-1 eingetragen. In dem Zwischenraum 4-2 zwischen den beiden Leitungsabschnitten 22 und 26 der Hauptspeiseleitung 21 ist vorzugsweise ein Polster aus einem entsprechend geeigneten neutralen Gas eingeschlossen, das einerseits das in der Leitung 21 strömende heiße Primärfluid isoliert und andererseits das die modulförmigen Baueinheiten des Wärmeaustauschers über die Fenster 32 verlassende kalte Primärfluid isoliert, indem im Betrieb der Pegel des Primärfluids in dem Raum 9 außerhalb der Mäntel 12 an der Unterseite des Wärmeaustauschers konstant gehalten wird. Auch kann das neutrale Gas gleichzeitig in dem Innenraum der Leitung 21 unter Druck gesetzt werden, um den Pegelstand des Primärfluids unter die Eintrittsfenster 20 zu bringen, um im Notfall den Primärfluidstrom in dem Wärmeaustauscher bei der Gesamtheit der modulförmigen Baueinheiten zu stoppen.Outside atmosphere are tightly sealed, which is ensured by FaI-tenbalge 37 or 38 or other equivalent means. The lines 33 and JA- are on the other hand in connection with two collectors, correspondingly designated 39 and 4-0, which are above the thick protective plate 4- outside the container 1. These collectors 39 and 4-0 form common components for the entirety of the modular structural units 11. The flow course of the secondary fluid is shown schematically in the drawing with arrows 4-1. In the space 4-2 between the two line sections 22 and 26 of the main feed line 21, a cushion made of an appropriately suitable neutral gas is preferably enclosed, which on the one hand isolates the hot primary fluid flowing in the line 21 and on the other hand isolates the modular units of the heat exchanger via the window 32 leaving cold primary fluid is insulated by keeping the level of the primary fluid constant in the space 9 outside the jackets 12 on the underside of the heat exchanger during operation. The neutral gas can also be pressurized in the interior of the line 21 at the same time in order to bring the level of the primary fluid below the inlet window 20 in order to stop the primary fluid flow in the heat exchanger in the entirety of the modular structural units in an emergency.
Die Figuren 3 und 4- zeigen eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Wärmeaustauschers, bei der gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist auch die Hauptspeiseleitung 21 vorhanden, die innerhalb des Außenmantels 9 von modulförmig ausgebildeten Wärmeaustauscheinheiten umgeben ist, die jeweils einen speziellen Mantel 12 und ein Rohrbündel aufweisen, deren Rohre zur Zirkulation des Sekundärfluids bestimmt sind. Die Rohre sind in jedem modulförmigen Bauteil mit einzelnen Sammlern 18 und 19 verbunden. Diese Sammler sind ihrerseits über Leitungen 33Figures 3 and 4- show a further modified embodiment of the heat exchanger, in which the same or similar components are provided with the same reference numerals are. In this embodiment, the main feed line 21 is also present, which is inside the outer jacket 9 is surrounded by modular heat exchange units, each with a special jacket 12 and have a tube bundle, the tubes of which are intended for the circulation of the secondary fluid. The tubes are modular in each one Component connected to individual collectors 18 and 19. These collectors are in turn via lines 33
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und 34- mit zwei gemeinsamen Sammlern 39 und 4-0 verbunden, die oberhalb der Schutzplatte 4- liegen. Diese sind bei dieser Ausführungsform nicht kreisförmig wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet, sondern kugelförmig, wobei man jedoch die eine oder die andere Ausführungsform für derartige Sammler verwenden kann.and 34- connected to two common collectors 39 and 4-0, which are above the protective plate 4-. These are at this embodiment is not circular as in the first embodiment, but spherical, however, one or the other embodiment can be used for such collectors.
Bei dieser zur Rede stehenden abgewandelten Ausführungsform sind die Eintrittsfenster 20 für das Primärfluid, die in jeder der Mantel 12 vorgesehen sind, mit Leitungsanordnungen 50 verbunden, die jeweils einen gekrümmten Teil 51 und ein offenes unteres Ende 52 umfassen, das an dem oberen offenen Ende 53 in die Hauptleitung 21 unterhalb des Pegels des Primärfluids in dem Zwischenraum 4-2 eingetaucht ist. Das Primärfluid wird aus der Hauptleitung 21 verdrängt und gelangt in jede Leitungsanordnung, um jede modulförmige Baueinheit entsprechend der Richtung der Pfeile 30 separat zu versorgen. Vorzugsweise ist eine Ablenkplatte 54- im Bereich der Achse der Leitung 21 vorgesehen, um eine homogene Verteilung der Menge auf jede Leitungsanordnung 50 zu ermöglichen.In this modified embodiment in question, the entry windows 20 for the primary fluid, which are provided in each of the jacket 12, connected to conduit assemblies 50, each one curved Part 51 and include an open lower end 52 that connects to the upper open end 53 into the main line 21 below the level of the primary fluid in the space 4-2 is immersed. The primary fluid is displaced from the main line 21 and reaches each line arrangement each modular assembly according to the direction of the Supply arrows 30 separately. Preferably is a baffle 54- provided in the area of the axis of the line 21, in order to enable a homogeneous distribution of the quantity on each line arrangement 50.
In Figur 4- ist das Querschnittsprofil jeder der zuvor genannten Leitungsanordnungen gezeigt. Sie besitzen von der modulförmigen Baueinheit in Richtung auf die Hauptleitung radial verlaufende Seiten und aufgrund ihrer kreisförmigen Querschnittsgestalt sind sie nebeneinanderliegend in der Leitung 21 verteilt angeordnet. Jede modulförmige Baueinheit arbeitet hierbei vollständig unabhängig von den anderen. Somit kann man jede modulförmige Baueinheit separat abschalten, ohne daß man den Wärmeaustauscher insgesamt stillegen muß. Hierzu ist jeder einzelne Mantel mit einem Kanal 55 verbunden, über den in den Mantel ein unter Druck stehendes Gas eingeleitet werden kann, das dazu geeignet ist, den Pegelstand des Primärfluids unter dasIn Figure 4- the cross-sectional profile is any of the foregoing Line arrangements shown. You have from the modular unit in the direction of the main line radially extending sides and because of their circular cross-sectional shape they are adjacent to one another arranged distributed in the line 21. Each modular unit works completely independently of the other. Thus, you can switch off each modular unit separately, without having to use the heat exchanger as a whole must shut down. For this purpose, each individual jacket is connected to a channel 55 through which the jacket enters pressurized gas can be introduced, which is suitable for the level of the primary fluid below the
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zugeordnete !Fenster 20 zu senken, so daß man diese modulförmige Baueinheit außer Betrieb nehmen kann. Zudem kann, wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der zwischen den Mänteln 12 und dem Mantel 9 liegende Bereich ebenfalls mit einem unter Druck gesetzten Gas aufgefüllt werden, um den Wärmeaustauscher gegen das kalte, außen strömende Primärfluid zu isolieren.associated! window 20 to lower, so that one this modular Can take the unit out of operation. In addition, as in the first preferred embodiment, the between the jackets 12 and the jacket 9 area is also filled with a pressurized gas to isolate the heat exchanger from the cold, outside flowing primary fluid.
Me Figuren 5, 6 und 7 befassen sich mit einer weiteren abgewandelten Ausführungsform,gemäß der der gesamte Platzbedarf für den Wärmeaustauscher weiter vermindert werden kann, und bei der trotzdem die Möglichkeit erhalten bleibt, eine modulförmige Baueinheit außer Betrieb zu setzen, während die anderen weiter arbeiten. Bei dieser Ausführungsform sind die Zuleitungen 33 für das Sekundärfluid in jeder modulförmigen Baueinheit in Achsrichtung in der Mitte der von dem Strömungsmittel durchströmten Rohre 13 angeordnet und sie münden an ihrem Unterteil in Sammler 18, während die Austrittsleitungen 34- "von kreisförmigen Leitungen gebildet werden, die die Leitungen 33 unter Zwischenlage einer Doppelwandung 63 umgeben, die einen zu starken Wärmeaustausch unterbindet. Bei dieser Ausführungsform erhält man einen sehr kompakten Aufbau des Wärmeaustauschers. Das von der axial verlaufenden Leitung 33 io Richtung der Pfeile 64- kommende Sekundärfluid steigt in dem Innenraum der Rohre 13 im Gegenstrom zu dem Natriumprimärströmungsmittel nach oben. Das aufgeheizte Sekundärfluid wird daraufhin über die Ringleitung 34- abgeführt. Die Leitungen 33 un<3- 34· sind mit Sammlern verbunden, die außerhalb des Hauptbehälters auf analoge Art und Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsformen liegen und angeordnet sind.FIGS. 5, 6 and 7 deal with a further modified embodiment according to which the total space requirement for the heat exchanger can be further reduced, and in which the possibility is still retained of putting one modular unit out of operation while the others continue to work . In this embodiment, the supply lines 33 for the secondary fluid are arranged in each modular structural unit in the axial direction in the middle of the tubes 13 through which the fluid flows and they open at their lower part into collector 18, while the outlet lines 34- "are formed by circular lines which surround the lines 33 with a double wall 63 between them, which prevents excessive heat exchange. In this embodiment, a very compact structure of the heat exchanger is obtained. The secondary fluid coming from the axially extending line 33 in the direction of the arrows 64 rises in the interior of the tubes The heated secondary fluid is then discharged via the ring line 34-. The lines 33 un <3 - 34 · are connected to collectors which are located outside the main container in a manner analogous to the previous embodiments and are arranged.
Die Figuren 8 und 9 befassen sich mit einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Anordnung für die Eintrittsrohre und den Austritt des Sekundärfluids. Der Wärmeaustauscher umfaßt eine Einrichtung, die den PrimärfluidstromFigures 8 and 9 deal with another modified one Embodiment of the arrangement for the inlet pipes and the outlet of the secondary fluid. The heat exchanger includes a device that controls the primary fluid flow
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stoppt, und die somit wie bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 4- eine insgesamte oder selektive Unterbrechung des Wärmeaustausches zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid gestattet. Bei dieser Ausführungsform sind die Rohre 13 in rechteckförmig abgeteilten Räumen 73 untergebracht, die jeweils in einem Sektor 71» 72 liegen, die voneinander durch radial verlaufende Trennwände 70 abgeteilt sind. Die Eintrittsrohre für das Sekundärfluid wechseln sich mit den Trennwänden in ein und derselben Kreisebene ab. Jede Sektion 71» 72 ... ist an ihrem Oberteil mit einer Eintrittsleitung 66 für ein neutrales Gas, insbesondere für Argon, verbunden. Wenn man annimmt, daß bestimmte Rohre eines abgeteilten Raumes in der Sektion 71 defekt sind, reicht es aus, wenn man nur die der Sektion zugeordnete Leitung 65 mit einem Gas unter Druck setzt, um den Pegelstand des Primärfluids in der Hauptleitung 26 bis auf 67, d.h. unterhalb der kreisförmigen Platte, abzusenken, und um den Wärmeaustausch in dem entsprechenden abgeteilten Raum zu unterbrechen. Bei der dargestellten Aus— führungsform sind acht abgeteilte Räume vorgesehen. Somit kann der so ausgelegte Wärmeaustauscher mit einer auf ein Achtel verminderten Wärmeaustauschfläche noch arbeiten. Wenn man jedoch den gesamten Wärmeaustausch zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid stoppen will, reicht es aus, wenn man das unter Druck stehende neutrale Gas in alle Sektoren derart einspeist, daß der Pegelstand des von Natrium gebildeten Primärfluids sinkt, so daß das Natrium nicht mehr in die abgeteilten Räume eindringen kann.stops, and thus, as in the embodiments according to FIGS. 1 to 4, an overall or selective interruption the heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid allowed. In this embodiment, the tubes 13 are divided into rectangular shapes Rooms 73 housed, each in a sector 71 » 72, which are separated from one another by radially extending partition walls 70. The inlet pipes for the secondary fluid alternate with the partition walls in one and the same circular plane. Each section 71 »72 ... is at theirs Upper part connected to an inlet line 66 for a neutral gas, in particular for argon. If you assume that certain pipes of a partitioned room in section 71 are defective, it is sufficient if only those of the section pressurizes associated line 65 with a gas, in order to lower the level of the primary fluid in the main line 26 to 67, i.e. below the circular plate, and to interrupt the heat exchange in the corresponding partitioned room. In the case of the illustrated eight separate rooms are planned. Thus, the heat exchanger designed in this way can with one on one Eighth of the reduced heat exchange area is still working. However, if you consider the total heat exchange between the If you want to stop the primary fluid and the secondary fluid, it is sufficient if you put the pressurized neutral gas in feeds all sectors in such a way that the level of the primary fluid formed by sodium falls, so that the sodium can no longer penetrate the partitioned off rooms.
In den Figuren 10 und 11 ist eine weitere Ausführungsform der Anordnung der Eintrittsrohre und der Austrittsrohre für das Sekundärfluid gezeigt. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform durchsetzt der Wärmeaustauscher einen Vorsprung an dem Innenbehälter. Die Eintrittsrohre 33 sind in der in der Mitte befindlichen Zone des Wärmeaustauschers angeordnet. Die Austrittsrohre 34- sind koaxial in den modulförmigenIn Figures 10 and 11 is a further embodiment of the arrangement of the inlet pipes and the outlet pipes for the secondary fluid shown. In this modified embodiment, the heat exchanger penetrates a projection on the inner container. The inlet pipes 33 are arranged in the central zone of the heat exchanger. The outlet pipes 34- are coaxial in the modular ones
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Baueinheiten 12 angeordnet. Die Rohre sind durch radial verlaufende Trennwände 81 abgeteilt. Die Zuführung des Primärfluides erfolgt am Außenteil des Wärmeaustauschers über öffnungen 62, die in die Kammern 83 münden. Die Ableitung des abgekühlten Primärfluides erfolgt über öffnungen 84·, die am Boden des Wärmeaustauschers angeordnet sind.Structural units 12 arranged. The tubes are through radial running partitions 81 divided. The primary fluid is supplied on the outer part of the heat exchanger via openings 62 which open into the chambers 83. The cooled primary fluid is drained off via openings 84 · placed at the bottom of the heat exchanger.
Auf im wesentlichen ähnliche Art und Weise wie bei der unter Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9 beschriebenen Ausführungsform gestatten die Leitungen, die beispielsweise mit 87 bezeichnet.sind, eine Einspeisung eines unter Druck stehenden neutralen Gases an der Oberseite der Kammern 83, so daß das Primärfluid bis auf den Pegelstand 88 unterhalb der Eintrittsschwelle um die Rohre einer außer Betrieb gesetzten defekten modulförmigen Baueinheit verdrängt wird.In a substantially similar manner to that described with reference to Figs Embodiment allow the lines, which are designated, for example, with 87, a feed of a pressurized neutral gas at the top of the chambers 83, so that the primary fluid up to the level 88 below the entry threshold around the pipes of a defective modular unit which has been put out of operation is displaced.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Wärmeaustauscher kreisförmig ausgebildet, enthält den Grundgedanken einer modulähnlichen Bauweise und weist einen geringen, insgesamt benötigten Platzbedarf auf, wobei man die modulförmigen Baueinheiten insbesondere auf einfache Art .und Weise in Gruppen oder separat von dem Primärfluid und dem Sekundärfluid trennen kann, was beispielsweise beim Reparieren eines defekten Rohres notwendig ist. Diese Arbeitsweise ist möglich, ohne daß man den Wärmeaustauscher insgesamt stillegen muß und ohne, daß man in den Betrieb der benachbart liegenden modulförmigen Baueinheiten eingreifen muß.The heat exchanger is also used in this embodiment circular, contains the basic idea of a modular design and has a low overall required space, with the modular units in particular in a simple way .und Way in groups or separately from the primary fluid and the secondary fluid can be separated, for example at Repairing a defective pipe is necessary. This mode of operation is possible without having to use the heat exchanger must be shut down altogether and without intervening in the operation of the adjacent modular units got to.
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Claims (16)
dem Außenmantel (9) des Wärmeaustauschers außerhalb der einzelnen Mantel (12) der modulförmigen Baueinheiten gebildeten Raum einleitet, um diese Mäntel von dem kalten Erimärfluid außerhalb des Mantels (9) zu isolieren.17 · Heat exchanger according to one of claims 8 to 16, characterized in that a device is provided which a pressurized neutral gas in between the main line (21) and
the outer jacket (9) of the heat exchanger outside the individual jacket (12) of the modular structural units introduces space formed in order to isolate these jackets from the cold Erimärfluid outside the jacket (9).
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