DE3128497C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-OS 27 30 399 ist ein Wärmeaustauscher, ins­ besondere zur Verwendung bei Kernreaktoren bekannt, bei dem in einem Mantel ein Rohr-in-Rohr-Bündel angeordnet ist, des­ sen Außenrohre in seitlichen ersten Rohrböden und dessen In­ nenrohre in seitlichen zweiten zu den ersten Rohrböden beab­ standeten Rohrböden angeordnet sind. Der Mantelraum wird von einem Wärme abgebenden Medium und die Innenrohre werden von einem Wärme aufnehmemden Medium durchflossen, wobei beide Me­ dien bei einem Zusammentreffen miteinander reagieren und das Wärme abgebende Medium ein flüssiges Metall, beispielsweise Natrium, und das Wärme aufnehmende Medium Wasser sein soll. Im Ringraum zwischen den Innenrohren und den Außenrohren, der über Öffnungen im ersten Rohrboden mit dem Mantelraum in of­ fener Verbindung steht, befindet sich ebenfalls erstes Medium (flüssiges Metall). Bei einer Leckage sowohl des Außenrohres als auch des Innenrohres mischen sich und reagieren die bei­ den Flüssigkeiten miteinander. Die Reaktion wird festgestellt und dient zum Erkennen der Leckage. Durch die bei Verwendung von flüssigem Natrium und Wasser als Wärmetauschermedien ent­ stehende chemische Reaktion wird Wasserstoffgas erzeugt, des­ sen Druck mit Hilfe eines Drucksensors zur Anzeige der Leckage meßbar ist. Nachteilig ist, daß eine strenge Trennung von Ringraum und Mantelraum nicht vorgesehen ist und daß bei einer Leckage sich die beiden Wärmetauschermedien miteinander mischen. Bei einem Durchbruch eines der Rohre gelangt somit das druckhöhere Medium in den Kreislauf des anderen Mediums, was katastrophale Folgen haben kann. So kann beispielsweise bei Verwendung von Öl und Wasser als Wärmetauschermedien Öl ins Kühlwasser gelangen, was zur Umweltverschmutzung führt; es kann aber auch umgekehrt Wasser beispielsweise in den Hydraulik- oder Schmierölkreislauf gelangen, was zur Störung oder Beschädigung der Anlage oder Maschinen führen kann. Wär­ meaustauscher werden beispielsweise bei der Wärmerückgewin­ nung eingesetzt. Soweit Brauchwasser erwärmt werden soll, so muß zum Schutz von Mensch und Tier sichergestellt sein, daß beim Durchbruch eines Wärmeübertragungsrohres Öle, Chemika­ lien oder andere Stoffe, die die Wärme an das Brauchwasser abgeben sollen, nicht in die Brauchwasserleitung gelangen können. Der durch die De-OS 27 30 399 bekannte Wärmeaustau­ scher bietet hierfür keine ausreichende Sicherheit.

Durch die FR-PS 15 01 741 ist ein Wärmeaustauscher be­ kannt, der ebenfalls zum Einsatz bei Kernreaktoren vorgesehen ist und bei dem ebenfalls in einem Mantel ein Rohr-in-Rohr- Bündel angeordnet ist, dessen Außenrohre in ersten seitlichen Rohrböden und dessen Innenrohre in zweiten seitlichen Rohrbö­ den angeordnet sind. Die Ringräume zwischen Innen- und Außen­ rohren werden von einem Wärme abgebenden Medium und die In­ nenrohre von einem Wärme aufnehmenden Medium durchflossen, wobei auch hier das Wärme abgebende Medium ein flüssiges Me­ tall, beispielsweise Natrium, und das Wärme aufnehmende Me­ dium Wasser sein soll. Im Mantelraum fließt ein Kühlmittel zur Notkühlung. Nachteilig ist, daß bei einem Durchbruch ei­ nes der Innenrohre oder auch der Außenrohre unmittelbar eine Vermischung der Wärmetauschermedien erfolgt. Daher weist die­ ser Wärmeaustauscher die gleichen Nachteile auf wie der Wär­ meaustauscher nach der DE-OS 27 30 399.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß im Falle eines Schadens oder Bruches an einem Wärmeübertragungsrohr das eine Medium nicht in den Kreislauf des anderen Mediums gelangen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Aufgabenlösung wird für den Fall eines Durchbruches sowohl eines der Innenrohre als auch der Außenrohre eine Vermischung der Wärmetauschermedien si­ cher vermieden, da die beiden Wärmetauschermedien durch zwei Wandungen und den von den Wandungen eingeschlossenen Ringraum streng getrennt sind. Durch die Ausbildung des Ringraumes als enger Ringspalt wird überdies weitestgehend eine Beeinträch­ tigung der Wärmeübertragung über das dritte im Ringraum ange­ ordnete Wärmeübertragungsmedium vermieden. Der erfindungsge­ mäß ausgebildete Wärmeaustauscher ist damit ein echter Si­ cherheitswärmeaustauscher, der äußerst störungssicher ist und damit vorzüglich z. B. bei der Wärmerückgewinnung zur Brauch­ wassererwärmung und für die mittelbare Beheizung von Trink­ wasser eingesetzt werden kann.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Das Wärmeübertragungsmittel, das einen Wärmekontakt zwi­ schen den Innen- und Außenrohren herstellen soll, kann, wie im Anspruch 2 angegeben, flüssig, pulver- oder granulatförmig oder eine Mischung daraus sein.

Die weitere Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 dient dazu, Schäden durch zu starke Ausdehnung des Wärmeübertragungsmit­ tels zu vermeiden.

Infolge eines Durchbruchs eines der Rohre hervorgerufene Druckerhöhung in dem das Wärmeübertragungsmittel enthaltenden Raum kann durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 als Defekt ermittelt werden.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen mit einem von einem Mantel 8 beabstandet umgebenen und mit Umlenkble­ chen versehene Wärmeübertragungsrohrbündel. Das Wärmeübertra­ gungsrohrbündel weist Außenrohre bildende Rohre 10 auf, die in seitlichen ersten Rohrböden 4, 6 abgedichtet angeordnet sind.

Die Außenrohre 10 münden beidseitig in Kammern 12 und 14. Innerhalb der Außenrohre sind Innenrohre 16 beabstandet angeordnet, derart, daß sich die Außenwand der Innenrohre nicht mit der Innenwand der Außenrohre 10 berührt.

Die Innenrohre sind beidseitig abgedichtet in zweiten Rohrböden 18 und 20 angeordnet, wobei die Rohrböden 4 bzw. 6 der Außenrohre 10 und die Rohrböden 18 bzw. 20 der Innenrohre 16 die Kammern 12 bzw. 14 begrenzen. Die Kammern 12 und 14 stehen mit den Ringräumen 22 zwischen den Außenrohren 10 und den Innenrohren 16 in Verbindung.

Die Innenrohre 16 münden beidseitig in Kammern 24 und 26. Die Kammer 26 ist als Umlenkkammer ausgebildet, und die Kammer 24 ist aufgeteilt in eine Einlaß- und Auslaßkammer mit entsprechendem Einlaß- und Auslaßstutzen. Die Ausbildung kann aber auch so sein, daß die Kammer 24 eine Einlaßkammer ist mit einem Einlaßstutzen 28 und die Kammer 26 die Auslaßkammer mit einem Auslaßstutzen (nicht dargestellt).

Der Mantelraum 11 wird über Ein- und Auslaßstutzen 27 und 29 von einem ersten Medium durchflossen, während die In­ nenrohre 16 von einem zweiten Medium durchflossen werden. Beim Einsatz zur Wärmerückgewinnung, beispielsweise zur Er­ wärmung von Brauchwasser, durchströmt das Brauchwasser die Innenrohre 16, während das Wärme abgebende Medium, beispiels­ weise heißes Kompressoröl, den Mantelraum 11 durchfließt. Bei anderen Medien ist es auch möglich, das Wärme abgebende Me­ dium durch die Innenrohre 16 fließen zu lassen.

Die Ringräume 22 und die Kammern 12 und 14 sind mit ei­ nem dritten Medium, einem Wärmeübertragungsmittel gefüllt, das flüssig, pulver- oder granulatförmig oder eine Mischung daraus sein kann.

Um der Ausdehnung des Wärmeübertragungsmittels im Ring­ raum 22 und den Kammern 12 und 14 Rechnung zu tragen, weist die eine Kammer, hier die Kammer 14, einen Anschlußstutzen 30 für ein Ausdehnungsgefäß 32 auf. Ferner ist an eine Kammer, hier an die Kammer 12, ein Drucksensor 34 angeschlossen. Die­ ser dient dazu, im Falle eines Durchbruchs eines der Innen­ rohre und/oder der Außenrohre 16 die entstehende Druckände­ rung in dem mit dem Wärmeübertraungsmittel gefüllten Raum als Defekt anzuzeigen und dann die Anlage abzuschalten.

Da das Wärmeübertragungsmittel in der Regel einen schlechteren Wärmedurchgangswert hat als das für die Wärme­ austauscherrohre verwendete Material, ist der Abstand zwi­ schen den Innenrohren 16 und den Außenrohren 10 möglichst klein zu halten.

Claims (5)

1. Wärmeaustauscher für nichtmetallische Flüssigkeiten und Gase mit einem von einem Mantel beabstandet umgebenen und mit Umlenkblechen versehenen Wärmeübertragungsrohrbündel, in des­ sen Außenrohre bildende Rohre, die in seitlichen ersten Rohr­ böden angeordnet sind, Innenrohre beabstandet angeordnet sind, welche in zweiten zu den ersten Rohrböden beabstandeten Rohrböden abgedichtet angeordnet sind, wobei der Mantelraum von einem ersten und die Innenrohre von einem zweiten Medium durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen­ rohre (10) abgedichtet in den ersten Rohrböden (4, 6) ange­ ordnet sind und daß der Ringraum (22) zwischen den Innenroh­ ren (16) und den Außenrohren (10) als enger Ringspalt ausge­ bildet ist und sowohl der Ringraum als auch die mit dem Ring­ raum (22) in Verbindung stehenden Kammern (12, 14), die von den Rohrböden (4, 6) der Außenrohre (10) und den Rohrböden (18, 20) der Innenrohre (16) begrenzt werden, mit einem drit­ ten Medium, einem Wärmeübertragungsmittel gefüllt sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel flüssig, pulver- oder granu­ latförmig oder eine Mischung daraus ist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (16) in Kammern (24, 26) münden.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kammern (12, 14) ein Ausdehnungsgefäß (32) ange­ schlossen ist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Kammern (12, 14) ein Drucksensor (34) angeschlossen ist.