DE2830225C2 - Wärmetauscher für Hochdruck- und Hochtemperatureinsatz - Google Patents

Description

— daß die Rohre vom Deckel (2) aus in der Nähe der Behälterwand in Richtung Behalterboden, von dort zur Behälterachse hin und innerhalb der äußeren Rohrabschnitte (6a)zom Deckel (2) zurück verlaufen und an beiden Enden in durch den Behälterdeckel (2) nach außen geführte Sammelrohre 0,V, 10) münJen,

— daß die äußeren und inneren Abschnitte {6a, Sb) der Rohre durch einen Mantel (3) voneinander getrennt sind, der an seiner Unterseite gegen den Behälterinnenraum offen und an seiner Oberseite dicht mit einem konzentrisch um das innere Sammelrohr (10) angeordneten zweiten Rohr (11) zur Durchführung des zweiten Fiuids durch den Deckel (2) verbunden ist,

— daß konzentrisch unter Bildung von Ringräumen um die äußeren Sammelrohre (9,9') für das erste Fluid und/oder um das zweite Rohr (11) jeweils weitere Rohre (12,12', 13) angeordnet sind, die mit dem ringförmigen Teilraum zwischen Mantel (3) und Behälterwand in Verbindung stehen, wobei die um die äußeren Sammelrohre (9,9') für das erste Fluid angeordneten weiteren Rohre (12, 12') als Durchführun gen für das zweite Fluid ausgebildet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das um das konzentrisch um das innere Sammelrohr (10) liegende zweite Rohr (11) angeordnete weitere Rohr (13) mit einer Kühlwicklung (18) versehen ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand zum Deckel (2) eine mit dem Deckel fest verbundene Versteifungsplatte (23a, 236,23c, 23c/, 23e) angeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Rohrabschnitte (6b) mti einem Dichthemd (21a) versehen sind, das mit dem Mantel (3) verbunden ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Rohrabschnitte (6a) mit einem Dichthemd (22b) versehen sind, das mit der Innenseite der Behälterwand verbunden ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dichthemd (226,1 und Behälterwand eine Wärmeisolierung vorgesehen ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mindestens teilweise mit einer Schüttung gefüllt ist.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 — 7, bei dem um die äußeren Sammelrohre (9, 9') für das erste Fluid keine weiteren Rohre angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß um das weitere Rohr (13) ein mit dem Deckel (2) verbundener Zylinder (30), der mindestens den Durchmesser der inneren Rohrabschnitte (6b) aufweist und an dem Durchführungen für das zweite Fluid vorgesehen sind, angeordnet ist, und die Sammelrohre 9" unterhalb des Deckels zur Behälterachse umgebogen und durch den Zylinder (30) nach außen geführt sind. 9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zylinder (30) als AufhängunG für die äußeren Rohrabschnitte (6«; ausgebildet ist

10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der äußeren

ίο Rohrabschnitte (6a) als Aufhängung für die äußeren Rohrabschnitte (6a) ausgebildet sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach Anspruch 1 mit gewickelten inneren und äußeren Rohrabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß in getrennten Arbeitsgängen die inneren Rohrabschnitte auf ein erstes Kernrohr und die äußeren Rohrabschnitte gesondert auf ein zweites Kernrohr, dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser der äußersten Wicklung der inneren Rohrab- schnittet gewickelt werden, daß beide gewickelten Abschnitte anschließend ineinandergeschoben, die Rohrquerschnitte miteinander verbunden und beide Abschnitte zuletzt mit einem Gehäuse umgeben werden.

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für zwei Fluide mit in einem geschlossenen zylindrischen Behälter verlaufenden Rohren zur Führung des ersten Fluids, bei dem der Außenraum um die Rohre zur Aufnahme des zweiten Fluids vorgesehen ist und bei dem alle Zuführungen und Abführungen im Deckel des Behälters angeordnet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmetauschers.

Die DE-OS 24 48 832 zeigt bereits einen Wärmetauscher mit in einem geschlossenen zylindrischen Behälter verlaufenden Rohren, die zur Führung von Wasser bzw. Dampf dienen. Der Außenraum um die Rohre ist mit Flüssigmetall gefüllt Zu- und Abführungen für das Wasser bzw. den Dampf befinden sich im Deckel des Behälters, während eine Zuführung für Flüssigmetall am zylindrischen Behältermantel und eine Abführung für das Flüssigmetall am Boden des Behälters vorgesehen sind. Die Rohre sind zu Bündeln zusammengefaßt, wobei jedes Bündel von einem Mantelrohr umgeben ist, das das Flüssigmetall enthält

Daneben ist durch die US-PS 40 98 329 ein Wärmeso tauscher mit Strömungswegen für zweierlei Fluid bekanntgeworden, bei dem ein Strömungsweg durch Rohrbündel gebildet ist, während der andere Strömungsweg durch den Außenraum um die Rohre gebildet ist Zu- und Abführungen für das in den Rohren geführte Fluid befinden sich am Deckel des Behälters. Ein- und Auslaßöffnungen für das zweite Fluid sind an der zylindrischen Behälterwand vorgesehen. Die Rohrbündel verlaufen von oben nach unten in axialer Richtung und münden mit ihren unteren Enden in ein Kernrohr, das zur Abführung des in den Rohren geführten Fluides dient.

Derartige Wärmetauscher in bisher bekanntgewordenen Bauarten können jedoch, wenn Fluide mit hohem Druck und hoher Temperatur miteinander in Wärmcb5 tausch gebracht werden sollen, nur begrenzt eingesetzt werden. In solchen Anwendungsfällen ergeben sich bei den beschriebenen Wärmetauschern erhebliche Probleme. Zum einen erfordern Betriebstemperaturen in der

Größenordnung von 900 bis 1300 K den Einsatz hochwertiger Speziallegierungen, die wegen ihrer Legierungsbestandteile teuer sind und in diesem Temperaturbereich bereits geringe Festigkeit aufweisen. Zum anderen müssen, wenn die Fluid auch noch unter Druck vorliegen, die Wandstärken der druckbelasteten Teile vergrößert werden, was die Kosten weher erhöht Außerdem werden bei größerer Dimensionierung des Wärmetauschers sehr bald Abmessungen erreicht, bei denen die Belastbarkeit des Wärmetauschers nicht mehrfach Standardti'iellen berechenbar und das Material nicht mehr beschaffbar ist Auch nimmt der Wärmetauscher ein Gewicht an, das nicht mehr transportierbar ist

Der Erfindung lieg;: daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu entwickeln, der auch noch bei hohen Betriebstemperaturen und Betriebsdrücken einsetzbar ist und der kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Rohre vom Deckel aus in der Nähe der Behälterwand in Richtung Behälterboden, von dort zur Behälterachse hin und innerhalb der äußeren Rohrabschnitte zum Deckel zurück verlaufen und an beiden Enden in durch den Behälterdeckel nach außen geführte Sammelrohre münden, daß die äußeren und inneren Abschnitte der Rohre durch einen Mantel voneinander getrennt sind, der an seiner Unterseite gegen den Behälterinnenraum offen und an seiner Oberseite dicht mit einem konzentrisch um das innere Sammelrohr angeordneten zweiten Rohr zur Durchführung des zweiten Fluids durch den Deckel verbunden ist daß konzentrisch unter Bildung von Ringräumen und die äußeren Sammelrohrs für das erste Fluid und/oder um das zweite Rohr jeweils weitere Rohre angeordnet sind, die mit dem ringförmigen Teilraum zwischen Mantel und Behälterwand in Verbindung stehen, wobei die um die äußeren Sammelrohre für das erste Fluid angeordneten weiteren Rohre als Durchführungen für das zweite Fluid ausgebildet sind.

Der Gehäuseinnenraum des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist durch einen zylindrischen Mantel in einen inneren Teilraum mit kreisförmigen Querschnitt und in einen äußeren, um den inneren Teilraum angeordneten ringförmigen Teilraum, der sich zwischen Mantel und Gehäusewand erstreckt aufgeteilt Die beiden Teilräume stehen nur in der Nähe des .Behälterbodens miteinander in Verbindung. In Deckelnähe ist der Mantel dicht mit einem Rohr verbunden, das zentrisch durch den Deckel aus dem Behälter geführt und als Durchführung für das zweite Fluid ausgebildet ist. Entlang der Teilräume verlaufen Rohre für das erste Fluid. Die Rohrabschnitte im inneren Teilraum münden in ein innerhalb des mit dem Mantel verbundenen Rohres angeordnetes Sammelrohr, die äußeren Rohrabschnitte münden in mehrere über dem äußeren Teilraum befindliche Sammelrohre, wobei die Sammelrohre zur Zu- und Abführung des ersten Fluids dienen. Um das zentrische Zuführungsrohr für das zweite Fluid und um die äußeren Sammelrohre für das erste Fluid sind unter Bildung von Ringräumen mit dem Deckel verbundene weitere Rohre angeordnet, wobei die Ringräume zwischen den Sammelrohren und den weiteren Rohren mit dem äußeren Teilraum in Verbindung stehen und die um die äußeren Sammelrohre angeordneten weiteren· Rohre als Durchführungen für das zweite Fluid ausgebildet sind. Die Fluide werden in der Weise in den Wärmetauscher geführt, daß sich das heiße Ende in der Achse des Wärmetauschers befindet und das kalte Ende des Wärmetauschers außerhalb der Achse. Sämtliche Zylinderwände des Wärmetauschbehälters, der Boden, die äußeren Durchführungen und Sammelrohre und der äußere Teil des Deckels befinden sich dann beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher auf der kalten Seite. Die einzigen Bauteile des Wärmetauschers, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, sind das zentrische Sammelrohr für das erste Fluid, die mit dem Mantel verbundene Durchführung für das zweite Fluid und das uxn u'iese Durchfüh-

to rung angeordnete weitere Rohr, das jedoch an seinem unteren Ende mit der kalten Seite des Deckels verbunden ist und daher nur im oberen Teil kritische Temperaturen erreicht Sämtliche heißen und damit kritischen Bauteile weisen beim erfindungsgemäßen Wärmetauschier kleine Durchmesser auf.

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion eines Wärmetauschers wird der Vorteil erreicht, daß nicht der gesamte Wärmetauscher hohen Temperaturen ausgesetzt ist sondern nur noch Teilbereiche mit einfacher Geometrie, die auch bei großer Auslegung des Wärmetauschers klein dimensioniert werden können. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann daher auch bei hohen Temperaturen und Drücken eingesetzt und mit großen Abmessungen geliefert werden. Die im kritischen Bereich auftretenden Störstellen im Spannungsverlauf sind klein und die dort auftretenden Spannungen lassen sich mit Standardrechnungen bestimmen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist das um das zweite Rohr angeordnete weitere Rohr mit einer Kühlwicklung versehen. Das weitere Rohr besitzt an seinem oberen Ende im wesentlichen die Temperatur des heißeren der beiden Fluide, mit dessen Durchführung es hier verbunden ist, während es am unteren Ende am Deckel des Wärmetauschere befestigt ist und dort die Temperatur des kälteren Fluids besitzt. Da in dem Ringraum zwischen dem zweiten Rohre und dem um das zweite Rohr angeordneten weiteren Rohr keine Strömung herrscht, wird ein gewisser Anteil der Wärme im zweiten Rohr auf das weitere Rohr übertragen. Die Kühlwicklung dient zur Abführung der Wärmemenge, die einerseits durch Wärmeleitung und andererseits durch Strahlung und Konvektion vom zweiten Rohr her auf das weitere Rohr übertragen wird.

Es erweist sich als günstig, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit Abstand zum Deckel des Wärmetauschbehälters eine mit dem Deckel fest verbundene Versteifungsplatte angeordnet ist. Die Versteifungsplatte kann soso wohl innerhalb als auch außerhalb des Wärmetauschbehälters angebracht sein. Ist der Deckel des Wärmetauschers eben, so empfiehlt sich die Verwendung einer ebenen Versteifungsplatte, während bei einem gekrümmten Deckel die Versteifungsplatte sowohl eben als auch gekrümmt sein kann. Die Verbindung zwischen Deckel und Versteifungsplatte kann sowohl über die weiteren Rohre und/oder die Seitenwand des Behälters und/oder über sonstige Zuganker erfolgen. Die Versteifungsplatte nimmt einen Teil der Druckkräfte auf, denen der Deckel ausgesetzt ist. Die Wandstärke des Deckels kann bei gleichem Druckaufnahmeverfahren verringert werden. Dieser Vorteil bewirkt niedrigere Materialkosten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gegen-Standes der vorliegenden Erfindung sind die inneren Rohrabschnitte mit einem Dichthemd versehen, das mit dem Mantel verbunden ist.
Das Dichthemd hat den Zweck, den Raum zwischen

den Rohren und dem Mantel abzudichten, um ein Hinterströmen der Rohre durch das im Außenraum der Rohre geführte Fluid und damit eine Verschlechterung der Wärmeübertragung zu verhindern. Zweckmäßigerweise ist zwischen Mantel und Dichthemd eine Wärmeisolierung vorgesehen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind die äußeren Rohrabschnitte mit einem Dichthemd versehen, das mit der Innenseite der Behälterwand verbunden ist. Damit wird ebenfalls ein Hinterströmen der Rohre verhindert. Zur Absenkung der Temperatur an der Behälterwand wird als weitere Ausgestaltung das Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen Dichthemd und Behälterwand mit einer Wärmeisolierung vorgeschlagen.

Als vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, den Behälter mindestens teilweise mit einer Schüttung zu füllen. Die Schüttung schützt den Wärmetauscher vor Verunreinigungen, z. B. Staub- oder Rußteilchen, die durch das im Außenraum der Rohre geführte Fluid eingetragen werden.

Es ist günstig, wenn bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher, bei dem um die äußeren Sammelrohre für das erste Fluid kein weiteres Rohr angeordnet ist, um das um das zweite Rohr angeordnete weitere Rohr ein mit dem Deckel verbundener Zylinder, der mindestens den Durchmesser der inneren Rohrabschnitte aufweist und an dem Durchführungen für das zweite Fluid vorgesehen sind, angeordnet ist und die die mit den äußeren Rohrabschnitten verbundenen Sammelrohre unterhalb des Deckels zur Behälterachse umgebogen und durch den Zylinder nach außen geführt sind. Die Aufhängung der äußeren Rohrabschnitte kann sowohl am Zylinder als auch an den oberen Enden der äußeren Rohrabschnitte erfolgen.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit gewickelten inneren und äußeren Rohrabschnitten wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem in getrennten Arbeitsgangen die Rohrabschnitte auf ein zweites Kernrohr, dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser der äußersten Wicklung der inneren Rohrabschnitte, gewickelt werden, anschließend die beiden gewickelten Abschnitte ineinander geschoben, die Rohrquerschnitte miteinander verbunden und zuletzt beide Abschnitte mit einem Gehäuse umgeben werden.

Bisher war es üblich, gewickelte Wärmetauscher in einem Arbeitsgang auf ein Kernrohr zu wickeln. Mit dieser Methode werden bei einem Gewicht des Wärmetauschers von etwa 701 bis 1201 herstellungstechnische Grenzen erreicht Das Kernrohr, auf das die Wicklungen aufgebracht werden, ist während der Fertigung an seinen beiden Enden drehbar gelagert. Erreicht der Wärmetauscher ein Gewicht von 70 bis 1201, knickt das Kernrohr in der Mitte durch. Als Abhilfe wäre es denkbar, den Durchmesser des Kernrohres zu vergrößern, damit vergrößert sich aber auch das Schadvolumen des Wärmetauschers. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahren wird ebenfalls das Kernrohr bis zur maximal möglichen Last mit Wicklungen versehen. Da jedoch der äußere Teil der Wicklungen auf ein separates Kernrohr gewickelt wird, kann dieser Teil ebenfalls bis zu einem Gewicht von 70 bis 1201 ausgelegt werden (in der Praxis kann ein größeres Gewicht erreicht werden), da das äußere Kernrohr einen größeren Durchmesser aufweist und daher stabiler ist Werden beide Teile gleichzeitig gefertigt, verkürzt sich die Bauzeit für den Wärmetauscher um die Hälfte.

Beim Transport auf die Baustelle erweist es sich wiederum als günstig, daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus mehreren Teilen gefertigt ist, da die Grenze der Transportierbarkeit mit herkömmlichen Transportmitteln bei etwa 1501 Gewicht liegt. Die Einzelteile des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmetauschers bleiben deutlich unterhalb dieser Grenze und können daher ohne weiteres transportiert werden. Auf der Baustelle kann aus den Teilen jedoch ίο ein Wärmetauscher von weit über 1501 Gewicht zusammengebaut werden.

Es ist selbstverständlich möglich, daß das erste Fluid aus mehreren verschiedenartigen Bestandteilen besteht, die getrennt voneinander durch die Rohre strömen. In diesem Fall weisen die Durchführungen getrennte Strömungswege für die Bestandteile auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Hierbei zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher im Querschnitt, die

F i g. 2a bis e verschiedene Ausführungen und Anordnungen einer Versteifungsplatte für den Deckel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,

F i g. 3 eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers,

Fig.4 eine weitere Modifikation des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
Am Beispiel der Kohlevergasung mit Hilfe eines Druckwasserreaktors soll das Prinzip eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers gezeigt werden. Im Wärmetauscher wird der Wärmeinhalt des Reaktionsgases auf den im Kernreaktor erzeugten Dampf übertragen. Der Verfahrensdruck ist auf beiden Seiten etwa 60 bar, die Verfahrenstemperatur am warmen Ende liegt bei 900 bis 1250 K. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß der Wirkungsgrad der gesamten Anlage bei steigender Temperatur und steigendem steigendem Druck auf der Reaktordampfseite zunimmt Der Reaktordampf liegt z. B.

mit einer Temperatur von 500 bis 600 K vor.

Der Wärmetauscher gemäß F i g. 1 besteht aus einem zylindrischen Behälter 1 mit vertikaler Hauptachse, der an seiner Oberseite mit einem Deckel 2 verschlossen ist Im Behälterinnenraum ist um die Behälterachse ein zylinderischer Mantel 3 angeordnet, der den Behälterinnenraum in einen kreisförmigen inneren Teilraum 4 und einen ringförmigen äußeren Teilraum 5 trennt Beide Teilräume 4, 5 stehen am unteren Ende des Mantels miteinander in Verbindung. Durch die Tellräume 4, 5

so verlaufen Rohre 6a, 66, die vom Deckel 2 an der Behälteraußenwand entlang in Richtung Boden, dort zur Behäiterachse hin und innerhalb des Mantels 3 zum Decke! 2 zurückverlaufen. Die Rohre sind zweckmäßigerweise zu Rohrbündeln zusammengefaßt und im äußeren Teilraum 5 um den Mantel 3 und im inneren Teilraum 4 um ein Kernrohr 21 gewickelt Ein gewickelter Wärmetauscher ermöglicht wegen des guten Wärmeübergangs und der großen Heizflächendichte bei vorgegebener Größe und vorgegebenem Gewicht den größten Wär-

eo meumsatz. Die Art der Wicklung richtet sich nach den Anforderungen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Rohre im wesentlichen geradlinig durch die Teilräume 4,5 zu führen oder gewickelte und geradlinige Abschnitte in den beiden Teilräumen 4,5 zu kombinieren.

Die Rohre können sowohl aus einem Stück gefertigt und durch Umbiegen aus dem Teilraum 5 in den Teilraum 4 geführt sein, wie dies bei 7 angedeutet ist, es ist jedoch auch möglich, die zwei getrennten Rohrabschnit-

te 6a und 6b über miteinander verbundene Rohrboden zusammenzuführen, wie dies bei 8 angedeutet ist. Die Verbindung bei 7 oder 8 trägt dazu bei, Spannungen, die aufgrund des Temperaturunterschieds in den Rohrabschnitten 6a und 6b auftreten, auszugleichen. An ihrem oberen Ende münden die äußeren Rohrabschnitte 6a in Sammelrohre 9, 9'. Die Anzahl der Sammelrohre wird den Betriebsanforderungen angepaßt. Die inneren Rohrabschnitte 6b münden in ein zentrisch im Behälter angeordnetes Sammelrohr 10. Das zentrische Sammelrohr 10 ist unter Bildung eines Ringraumes von einem koaxialen zweiten Rohr U umgeben, das als Zuführung für das heiße Reaktionsgas ausgebildet ist und das an seiner Unterseite dicht mit dem Mantel 3 verbunden ist. Die Teilräume 4 und 5 sind dadurch in Deckelnähe voneinander getrennt, Koaxial um die Sammelrohre 9 und 9' sind weitere Rohre 12,12' angeordnet, die als Abführungen für das abgekühlte Reaktionsgas ausgebildet sind und die auf der Unterseite fest mit dem Deckel 2 verbunden sind. Das um das zentrische Sammelrohr 10 angeordnete zweite Rohr 11 ist von einem weiteren Rohr 13 unter Bildung eines mit dem Teilraum 5 verbundenen Ringraums umgebe. Im hier beschriebenen Beispiel wird der Reaktordampf bei 14, 14' mit 500 bis 600 K in die Sammelrohre 9, 9' geleitet und bei 15 mit etwa 850 bis 1200 K aus dem zentrischen Sammelrohr abgeführt Das heiße Reaktionsgas mit etwa 900 bis 1250 K wird bei 16 in das zentrale zweite Durchführungsrohr 11 geleitet, kühlt sich durch Wärmetausch mit dem Reaktordampf ab und verläßt den Wärmetauscher bei 17, 17' mit etwa 550 bis 700 K. Es ist auch eine andere Führung der Fluide als die beschriebene möglich, so kann das heißere der Fluide durch das Sammelrohr 9,9' und das kältere über die Durchführungen 12, 12' zugeführt werden, entscheidend ist, daß das heiße Ende des Wärmetauschers in der Behälterachse liegt. In dem Beispiel ist es sinnvoller, das Reaktionsgas nicht in den Rohren zu führen, weil in dem Reaktionsgas enthaltene Ruß- und Staubteilchen an den unzugänglichen Rohrinnenwänden zu unerwünschter Korrosion und Verlegung führen. Um das weitere Rohr 13 ist eine Kühlwicklung 18 vorgesehen, die entweder von einem dritten Fluid (wie bei 19) oder von dem kälteren der beiden wärmetauschenden Fluide (wie bei 20) durchflossen ist Die inneren und äußeren Abschnitte 6a, 6t» der Rohre des Wärmetauschers sind von Dichthemden 22a, 22b umschlossen. Die Dichthemden umschließen jeweils die äußere Lage der Rohre dicht und sind mit ihren Rändern am Mantel 3 bzw. an der Behälterwand befestigt Sie verhindern ein Hinterströmen der Rohre durch das Reaktionsgas. Zwischen dem äußeren Dichthemd 226 und der Behälterwand kann eine Wärmeisolierung eingefügt sein, die jedoch nicht dargestellt ist Die Isolierung kann sich über die gesamte Behälterwand erstrekken. Auch zwischen dem Mantel 3 und dem Dichthemd 22a kann bei Bedarf eine Wärmeisolierung vorgesehen sein. Zum Verständnis der Wirkungsweise des Wärmetauschers sei erwähnt, welche Bauteile kritischen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Innerhalb des Behälters 2, den Durchführungen für die Fluide und in den Rohren herrscht fiberall ein Druck von etwa 60 bar. Die Zuführungen 9,9', 11, die Abführungen 10,12,12', der Behälter !,.der Deckel 2, die weiteren Rohre 13 und aus Sicherheitsgründen, für den Fall, daß das Reaktionsgas ausfällt, üblicherweise auch die Rohre, in denen der Dampf vom Kernreaktor strömt, müssen für diesen Druck ausgelegt sein. Da auf beiden Seiten des Mantels 3 annähernd derselbe Drück herrscht, braucht der Mantel 3 nicht für Hochdruck ausgelegt zu sein.

Die höchsten Temperaturen im Wärmetauscher werden im Sammelrohr 10, im zweiten Rohr 11 und im oberen Teil des weiteren Rohres 13 erreicht. Diese Bauteile sind aus hochwertigen Legierungen, z. B. lncoloy, gefertigt. Durch die Kühlwicklung 18 und den Kontakt mit dem Deckel 2 stellt sich im weiteren Rohr 13 nach unten ein negativer Temperaturgradient ein. Der Ringraum zwischen den Rohren 11 und 13 ist mit Reaktionsgas gefüllt. Durch den Ringraum und die Kühlwicklung ist der Deckel weitgehend von dem heißen Rohr 11 thermisch getrennt. Der Ringraum wird zweckmäßigerweise nicht zu dick gebaut, um dort Gasturbulenzen zu vermeiden. Außerdem kann zur Verbesserung der Wärmeisolierung ein Isoliermaterial in den Ringraum eingebracht sein. Die Störstellen a, ö, c, d, e im Spannungsverlauf sind mit in der Figur nicht eingezeichneten Ringversteifungen versehen.

Die besonders korrosionsgefährdeten Teile innerhalb des Mantels 3 sind leicht zugänglich, da auf beiden Seiten des Mantels derselbe Druck herrscht und der Mantel deshalb unbedenklich aufgeschnitten und wieder zugeschweißt werden kann, weil er kein Druckbehälterbauteil darstellt.

Die F i g. 2a bis 3e zeigen verschiedene Möglichkeiten, den Deckel 2 des Wärmetauschers mit Hilfe einer Versteifungsplatte 23a bis e zu entlasten. Gleiche Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1. In allen Beispielen hat die Versteifungsplatte etwa dieselbe Temperatur wie die Fluide auf der kalten Seite des Wärmetauschers. In den F i g. 2a und 2b ist die Kombination des ebenen Deckels 2 mit ebenen Versteifungsplatten 23a und 23b dargestellt Die Platte 23a in F i g. 2a ist mit den weiteren Rohren 12,12' verbunden und weist eine Aussparung für das heiße Sammelrohr 10 auf. In F i g. 2b ist die Versteifungsplatte 23b unterhalb der Kühlwicklung 18 angeordnet und außer an den weiteren Rohren 12,12' auch am weiteren Rohr 13 befestigt Durch die zusätzliche Befestigung in der Mitte hat die Biegelinie für den Deckel 2 bei Belastung einen weitaus günstigeren Verlauf.

In Fig.2c und 2d zeigen mögliche Kombinationen eines gewölbten Deckels 2' mit ebenen Versteifungsplatten 23c und 23c/. Die Versteifungsplatte 23c in F i g. 2c ist innerhalb des Behälters 1 angeordnet und an der Behälterwand sowie über Zuganker 24 am Deckel 2 befestigt Für die Sammelrohre 9, 9' und das weitere Rohr 11 sind Aussparungen vorgesehen, durch die das Reaktionsgas strömt Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist die Behälterwand 2 bis zu der oberhalb des Deckels angeordneten Versteifungspläiie 23o höchgezügcii und mit dieser verschweißt (F i g. 2d). Die Versteifungsplatte 23d ist außerdem mit den weiteren Rohren 12,12' verschweißt In der Mitte ist eine Durchführung für das zweite Rohr 11 vorgesehen. Selbstverständlich sind neben den gezeigten Anordnungen für die Versteifungsplatte weitere Anordnungen möglich, so kann beispielsweise in F i g. 2a oder 2b ebenfalls die Behälterwand bis zur Versteifungsplatte hochgezogen und mit ihr verschweißt sein.

Im Beispiel gemäß Fig.2e ist eine gewölbte Versteifungsplatte mit einem Deckel 2¹ mit gleicher Wölbung verbunden. Die Verbindung wird über Bolzen 25 hergestellt

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Dabei weist das zweite Rohr 11 denselben Durchmesser auf wie der Mantel

3. Die besonders der Korrosion ausgesetzten inneren Rohrabschnitte können mit dem Sammelrohr 10 und dem Dichthemd herausgezogen und gereinigt oder ausgetauscht werden. Hierzu ist es lediglich erforderlieh, die Verschlußplatte des zweiten Rohres 11 abzunehmen, sowie die Verbindung des Dichthemds 22a mit dem Mantel 3 zu lösen und die Verbindung zwischen den inneren und den äußeren Rohrabschnitten zu durchtrennen (Schweißnähte 26—29).

Besonders vorteilhaft ist es (F i g. 4), wenn gemäß einer Modifikation des Erfindungsgegenstandes auf den Behälter 1 ein Zylinder 30 aufgesetzt ist, der das weitere Rohr 13 unterhalb der Kühlwicklung 18 umschließt und der mindestens den Durchmesser der äußersten Wicklung der inneren Rohrabschnitte 6b aufweist. Bei dieser Ausführungsform kann der Durchmesser des weiteren Rohres 13, das sich an seinem oberen Ende auf hoher Temperatur befindet, klein gehalten werden und trotzdem ein Auswechseln der inneren Rohrabschnitte 6b durchgeführt werden.

Der Zylinder 30 ist bis zum Mantel 3 nach innen verlängert und mit diesem als Aufhängevorrichtung für die äußeren Rohrabschnitte 6a verbunden werden. Im Abschnitt zwischen dem Zylinder und dem Mantel 3 sind Öffnungen 31,32 zur Durchführung der Fluide vorgesehen. Die Öffnungen 31,32 können außerdem bei Wartungsarbeiten als Durchstiege benutet werden.

Der Zylinder 30 nimmt sowohl die Sammelrohre 9" für den Reaktordampf als auch die Stutzen für den Reaktionsgasaustritt auf, dadurch treten am Behälterdekkel 2 keine zusätzlichen Störstellen auf.

Es ist grundsätzlich auch möglich, die äußeren Rohrabschnitte 6a mit ihren Sammelrohren 9" am Behälterdeckel 2 aufzuhängen. Die Befestigung ist derart, daß die Sammelrohre T-Stücke aufweisen, deren gerader Durchgang bis zum Deckel 2 geführt und dort als Aufhängung ausgebildet ist. Die Fluidführung geschieht über die Abzweigung. Zum Schutz des Deckels 2 vor zusätzlicher Belastung (Druck, Temperatur) ist über dem T-Stück in der Aufhängung eine Trennplatte 33 eingeschweißt Der sich darüber ergebende Raum ist über eine Druckausgleichsbohrung mit dem äußeren Teilraum 5 verbunden. Der Deckel 2 hat somit über die gesamte Fläche den gleichen Druck. Sollte jedoch der Druck im Rohrraum eine Entlastung des Deckels 2 bewirken, so ist die Trennplatte und die Ausgleichsbohrung zu unterlassen.

Das Reaktionsgas wird bei 16 eingeleitet und verläßt den Wärmetauscher über am Zylinder 30 angeordnete Stutzen (Pfeil 17).

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist es möglich, ir. der. Behälter ! eine Schüttung, z. B. aus einem Katalysatormaterial, einzufüllen.

Neben dem genannten Anwendungsbeispiel ist selbstverständlich eine Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bei jedem Wärmetauschvorgang möglich, bei dem die Fluide unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen vorliegen.

Zuletzt sei noch der Zusammenbau eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers beschrieben. Der Wärmetauscher wird im wesentlichen aus vier Teilen — innere Wicklung, äußere Wicklung, zylindrischer Behälter mit Deckel; Behälterboden mit einer Standzarge — gleichzeltig gefertigt Jedes Bauteil für sich kann dabei bis zum maximalen Transportgewicht annehmen.

Am Einsatzort des Wärmetauschers'wird zunächst der untere Boden mit Standzarge aufgestellt In diesem wird ein Säulentisch als Montagehilfe errichtet. Auf dem Montagetisch wird die innere Wicklung mit Dichthemd gestellt. Anschließend wird die äußere Wicklung, die ebenfalls ir.it einem Dichthemd geliefert wird, über die innere Wicklung geschoben, wobei das Kernrohr der äußeren Wicklung den Trennmantel zwischen den beiden Wicklungen bildet. Nun wird die Behälterwand -nit Deckel und Durchführungen über die äußere Wicklung gesetzt und mit dem unteren Boden verschweißt. Die innere, die äußere Wicklung und der Trennmantel werden mit dem Deckel verbunden, dann der Montagetisch abgebaut Zuletzt wird das innere Dichthemd mit dem Mantel und das äußere mit der Behälterwand verbunden, außerdem werden ü't beiden Wicklungen im unteren Teil des Wärmetauschers verbunden.

Wenn das zur Aufstellung des Montagetisches erforderliche Loch im Behälterboden vermieden werden soll, wird der Wärmetauscher zweckmäßigerweise wie folgt zusammengebaut: Zuerst wird der Mantel mit verschweißtem Boden aufgestellt, gleichzeitig werden die innere und die äußeren Wicklungen ineinandergeschoben und miteinander verbunden. In den Wicklungen ist ein parallel zum Kernrohr verlaufendes Rohr 34 (F i g. 4) angeordnet das vom oberen bis zum unteren Ende der Wicklungen reicht. In den Behälterboden wird Wasser eingefüllt und gefroren. Die Wicklungen werden in den Behälter 1 gehoben und auf der Eisfläche abgestellt Anschließend wird der Deckel 2 aufgesetzt und die Verbindungen zwischen den Rohren und den Durchführungen hergestellt Die Wicklungen hängen nun am Deckel. Das Wasser im Boden wird geschmolzen und über einen durch das Rohr 34 eingeführten Schlauch abgesaugt Zuletzt wird das Rohr 34 verschlossen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher für zwei Fluide mit in einem geschlossenen zylindrischen Behälter verlaufenden Rohren zur Führung des ersten Fluids, bei dem der Außenraum um die Röhre zur Aufnahme des zwei· ten Fluids vorgesehen ist und bei dem alle Zuführungen und Abführungen im Deckel des Behälters angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,