DE3133385A1 - HEAT SHIELD PLATE CONSTRUCTION FOR A HEAT EXCHANGER - Google Patents
HEAT SHIELD PLATE CONSTRUCTION FOR A HEAT EXCHANGERInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Konstruktion nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a construction according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Wärmeabschirmplattenkonstruktion für Rohrwandabschnitte, die kräftigen Wärmeschocks ausgesetzt sind.In particular, the invention relates to a heat shield plate structure for pipe wall sections that are exposed to strong thermal shocks.
Die Erfindung kann bei allen Wärmetauschern mit Wärmeabschirmplatten angewendet werden und ist von besonderem Nutzen in der Anwendung bei einem Zwischenwärmetauscher/ Dampfgenerator usw. zur Erhöhung der durch die Wärmeabschirmplatten erzielten Wirkungen, wodurch die Leistungsfähigkeit von Wärme- und Kernkraftwerken erhöht wird.The invention can be used in all heat exchangers with heat shielding plates can be used and is particularly useful when used in an intermediate heat exchanger / steam generator etc. to increase the effects achieved by the heat shielding plates, thereby increasing the performance of heat and Nuclear power plants is increased.
Der Stand der Technik umfasst das japanische Patent No.90.7122 (Patent-Veröffentlichung No. 34775/77) , das einen Wärmetauscher betrifft mit an dessen Rohrwänden befestigten Wärmeübergangsrohren für einen Durchtritt eines Wärmeaufnahmefluids und mit einer zwischen einer Rohrwand und den Wärmeübergangsrohren gebildeten Zone für ein Einströmen eines Heizfluids mit sehr hoher Temperatur. Dieser Wärmetauscher hat eine Vielzahl von derart aufgeteilten nnd angeordneten Wärmeabschirmplatten, dass die Wärmeübergangsrohre zwischen den benachbarten Stücken der Wärmeabschirmplatten angeordnet sind. Der in diesem Patent in Fig. 2 und 3 dargestellte Stand der Technik hat den Nachteil, dass in noch zu beschreibender Weise das "Heizfluid zwischen die Wärmeabschirmplatten sickert.The prior art includes Japanese Patent No. 90.7122 (Patent Publication No. 34775/77), which relates to a heat exchanger with heat transfer tubes attached to the tube walls thereof for a passage of a heat absorbing fluid and with one between a pipe wall and the heat transfer pipes formed zone for an inflow of a heating fluid with very high temperature. This heat exchanger has a multiplicity of heat shielding plates which are divided and arranged in this way, that the heat transfer tubes are arranged between the adjacent pieces of the heat shielding plates. The one in this patent The prior art shown in FIGS. 2 and 3 has the disadvantage that the "heating fluid seeps between the heat shielding plates.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Wärmeabschirmplattenkonstruktion für einen Wärmetauscher, die den angegebenen Nachteil des Standes der Technik vermeidet, eine Verringerung der durch die Wärmeabschirmplatten nach demThe object of the invention is to provide a heat shield plate structure for a heat exchanger that avoids the stated disadvantage of the prior art, a Reduction of the by the heat shielding plates after
Stand der Technik erzielten Wirkung auf ein Minimum bringt und eine wirksame Abschirmung gegen Wärme dadurch bildet, dass die bisher zwischen den aneinander grenzenden Wärmeabschirmplatten vorliegenden Spalte beseitigt werden, wodurch das Sickern eines Fluids von hoher Temperatur zwischen die Wärmeabschirmplatten verhindert wird.Brings the effect achieved by the state of the art to a minimum and thus forms an effective shield against heat, that the gaps previously present between the adjacent heat shielding plates are eliminated, whereby a high temperature fluid is prevented from seeping between the heat shield plates.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1. ■This object is achieved according to the invention by the Subject matter of claim 1. ■
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention is described with reference to the drawing. Show it:
Fig.· 1 einen Gesamtschnitt eines Wärmetauschers, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann;Fig. 1 shows an overall section of a heat exchanger in which the Invention can find application;
Fig. 2 und 3 Detailschnitte einer Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach dem Stand der Technik, wobei Fig. 2 ein Schnitt II-II in Fig. 3 und Fig. 3 ein Schnitt I-I in Fig. 2 sind;Figures 2 and 3 are detailed sections of a heat shield plate construction according to the prior art, FIG. 2 being a section II-II in FIG. 3 and FIG. 3 being a section I-I in Figure 2;
Fig. 3 und 4 Detailschnitte der Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 4 ein Schnitt IV-IV in Fig. 5 und Fig. 5 ein Schnitt III-III in Fig. 4 sind;Figures 3 and 4 are detailed sections of the heat shield plate construction according to one embodiment of the invention, wherein Fig. 4 is a section IV-IV in Fig. 5 and Fig. 5 is a section III-III in Fig. 4;
Fig. 6 eine auseinandergezogene Ansicht zur Erläuterung der Wärmeabschirmplatte im Hinblick auf eine in Fig. 5 gezeigte Einzelheit A.Fig. 6 is an exploded view for explaining the Heat shield plate with regard to a detail A shown in Fig. 5.
Fig. 1 zeigt die Konstruktion eines Wärmetauschers, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann. Der WärmetauscherFig. 1 shows the construction of a heat exchanger to which the invention can be applied. The heat exchanger
enthält einen äusseren Mantel 1 mit einer Primärnatriumeinlassdüse 2 und einer Primärnatriumauslassdüse 6.■Eine sekundärseitige obere Endplatte 3 ist einstückig mit einer oberen Rohrwand 4 ausgebildet und begrenzt darin einen sekundärseitigen oberen Sammelraum 5, der an seinem Oberteil mit einer Sekundärnatriumauslassdüse 7 versehen ist. Wärmeübergangsrohre 9 sind am oberen Ende mit einer oberen Rohrwand 4 und am unteren Ende mit einer unteren Rohrwand 8 verbunden. In Nähe jeder Rohrwand sind Wärmeabschirmplatten 11 befestigt.contains an outer jacket 1 with a primary sodium inlet nozzle 2 and a primary sodium outlet nozzle 6. ■ A secondary side upper end plate 3 is formed in one piece with an upper pipe wall 4 and delimits a secondary-side therein upper collecting space 5, which at its upper part with a Secondary sodium outlet nozzle 7 is provided. Heat transfer tubes 9 are at the upper end with an upper tube wall 4 and connected at the lower end to a lower pipe wall 8. Heat shield plates 11 are attached near each pipe wall.
Eine äussere Abschirmung 10 mit einem Einlassfenster 12 in einem Oberteil und einem Auslassfenster 13 in einem Unterteil umgibt die Aussenseite der Wärmeübergangsrohre 9. Ein Sekundärnatriumeinlassrohr 15 erstreckt sich durch die sekundärseitige obere Endplatte 3, die obere.Rohrwand 4 und die untere Rohrwand 8 und hat einen unteren Endteil, der in einen sekundärseitigen unteren Sammelraum 14 mündet.An outer shield 10 with an inlet window 12 in an upper part and an outlet window 13 in a lower part surrounds the outside of the heat transfer tubes 9. A secondary sodium inlet tube 15 extends through the secondary-side upper end plate 3, the upper tube wall 4 and the lower tube wall 8 and has a lower end part which opens into a lower collecting space 14 on the secondary side.
Primärseitiges Natrium mit hoher Temperatur wird durch die Primärnatriumeinlassdüse 2 in den äusseren Mantel 1 eingeführt und durch das Einlassfenster 12 in der äusseren Abschirmung 10 in diese entleert, wo es sich nach unten bewegt bei gleichzeitigem Austausch von Wärme mit dem in den Wärmeübergangsrohren 9 sich nach oben bewegenden sekundärseitigen Natrium, bevor es durch das Auslassfenster 13 im Unterteil der äusseren Abschirmung 10 hindurchtritt und durch die Primärnatriumauslassdüse 6 aus dem Wärmetauscher strömt.High temperature primary side sodium is introduced into the outer shell 1 through the primary sodium inlet nozzle 2 and through the inlet window 12 in the outer shield 10 emptied into this, where it moves downwards while exchanging heat with that in the heat transfer pipes 9 upwardly moving sodium on the secondary side before it passes through the outlet window 13 in the lower part the outer shield 10 and flows through the primary sodium outlet nozzle 6 from the heat exchanger.
Inzwischen wird sekundärseitiges Natrium mit niedriger Temperatur durch das Sekundärnatriumeinlassrohr 15 in den Wärmetauscher eingeführt und- strömt zum sekundärseitigen unteren Sammelraum 14, wo es seine Strömungsrichtung umkehrt und in die Wärmeübergangsrohre 9 in der unteren Rohrwand 8 strömt, bevor es ansteigt, währenddessen es Wärme mit dem Primärnatrium austauscht, wonach es zum sekundärseitigen oberen Sammelraum 5 stiömt, aus dem es durch die Sekundärnatrium-Meanwhile, secondary-side sodium becomes low-temperature through the secondary sodium inlet pipe 15 into the heat exchanger introduced and- flows to the secondary-side lower plenum 14, where it reverses its direction of flow and flows into the heat transfer tubes 9 in the lower tube wall 8 before it rises, during which there is heat with the Primary sodium exchanges, after which it flows to the secondary-side upper collecting space 5, from which it is replaced by the secondary sodium
- 6 auslassdüse 7 nach aussen entleert wird.- 6 outlet nozzle 7 is emptied to the outside.
Beim Wärmetauscher dieser Konstruktion sind Wärmeabschirmplatten 11 angebracht, um der Verwendung von flüssigen metallischen Natrium mit hohem Wärmeübergang als Kühlmittel gewachsen zu sein und um Wärmebelastungen herabzusetzen, die in den Rohren und Rohrwänden in Nähe der Schweissnähte und der Ober- und Unterseiten der Rohrwände erzeugt werden können auf Grund von plötzlichen Temperaturänderungen im primärseitigen Natrium und im sekundärseitigen Natrium.In the heat exchanger of this construction, heat shielding plates 11 are attached in order to cope with the use of liquid metallic sodium having a high heat transfer as a coolant to be and to reduce thermal loads in the pipes and pipe walls near the welds and the top and bottom of the pipe walls can be generated due to sudden temperature changes in the primary side Sodium and in the secondary side sodium.
Vor der Detailbeschreibung der Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach der Erfindung soll diejenige nach dem Stand der Technik gemäss Fig. 2 und 3 erläutert werden, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Die Wärmeabschirmplatten 11 sind mit öffnungen zur Aufnahme einer Vielzahl von Wärmeübergangsrohren 9 versehen. Spalte zwischen den öffnungen und den Wärmeübergangsrohren 9 sind beinahe beseitigt, wenn sich der Wärmetauscher in Betrieb befindet. Die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 tragen die Wärmeabschirmplatten 11 mittels Tragbolzen 18 zur Bildung einer stillstehenden Natriumschicht zwischen den oberen und unteren Rohrwänden 4 bzw. 8 und den Wärmeabschirmplatten 11. Hierdurch wird ein Wärmestoss vermieden, der sonst auf die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 und Schweissnähte zwischen'den Rohren und Rohrwänden und auch den oberen und unteren Seiten der Rohrwände durch plötzliche Temperaturänderungen ausgeübt werden könnte. Die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 sind mit Rohrträgern 17 zum daranschweissen der Wärmeübergangsrohre versehen. Die Wärmeabschirmplatten 11 sind in ümfangsrichtung in regelmässigen Abständen in konzentrische und kreisförmige Wärmeabschirmplattenstücke 11 unterteilt, die gemäss Fig. 3 angeordnet sind. Die radial aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplattenstücke 11 sind jeweils mit halbkreisförmigen Ausschnitten 20 versehen, die unter Bildung, von. vollen Kreisen zusammen-Before describing the heat shielding plate structure according to the invention in detail, that of the prior art Technique according to FIGS. 2 and 3 will be explained to provide a better one To enable understanding of the invention. The heat shielding plates 11 have openings for receiving a large number of heat transfer tubes 9 provided. Gap between the openings and the heat transfer tubes 9 are almost eliminated when the heat exchanger is in operation. The top and lower tube walls 4 and 8, respectively, carry the heat shielding plates 11 by means of support bolts 18 to form a stationary one Sodium layer between the upper and lower tube walls 4 and 8 and the heat shielding plates 11. This is a thermal shock avoided, which would otherwise affect the upper and lower tube walls 4 and 8 and weld seams between the tubes and Pipe walls and also the upper and lower sides of the pipe walls are exerted by sudden temperature changes could. The upper and lower tube walls 4 and 8 are provided with tube supports 17 for welding the heat transfer tubes to them Mistake. The heat shielding plates 11 are in the circumferential direction divided at regular intervals into concentric and circular heat shielding plate pieces 11, which according to FIG. 3 are arranged. The radially adjoining pieces of heat shielding plate 11 are each provided with semicircular cutouts 20 that form, of. full circles together
wirken und als Öffnungen für den Durchtritt der Wärmeübergangsrohre 9 dienen. Eingebaute Abstandsstücke 16 dienen zum Tragen der Wärmeabschirmplatten 11 der oberen und unteren Schichten mit einem ständigen Abstand dazwischen. Die Wärmeabschirmplatten 11 werden durch die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 durch die Tragbolzen 18 getragen. Die Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach dem Stand der Technik hat den Nachteil, dass die Möglichkeit für ein Durchsickern des Fluids mit hoher Temperatur durch den Spalt in den aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplatten besteht, so dass eine Abschirmung der Rohre und Rohrwände gegenüber Wärme nicht erzielt werden kann und übermässige Spannungen in den oberen und unteren Rohrwänden und den Schweissnähten naheliegenden Teilen der Rohre und Rohrwände erzeugt werden können.act and as openings for the passage of the heat transfer tubes 9 serve. Built-in spacers 16 are used for support of the heat shield plates 11 of the upper and lower layers with a constant space therebetween. The heat shielding plates 11 are supported by the upper and lower tube walls 4 and 8, respectively, by the support bolts 18. The heat shielding plate construction according to the prior art has the disadvantage that the possibility of leakage of the fluid with high Temperature through the gap in the adjacent heat shielding plates, so that a shielding of the tubes and pipe walls cannot be achieved against heat and excessive stresses in the upper and lower pipe walls and parts of the pipes and pipe walls close to the weld seams can be produced.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun in Verbindung mit Fig. 4 bis 6 beschrieben. Mit Fig. 2 und 3 ähnliche Teile sind weggelassen. Die Wärmeabschirmplatten 11 sind jeweils in Umfangsrichtung und radial in eine Vielzahl von Wärmeabschirmplattenteilen gemäss Fig. 5 unterteilt, die mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einsetzen der Wärmeübergangsrohre 9 versehen sind. Die Tragbolzen 18 sind jeweils in gestufte Teile 21 an den aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplatten 11 eingesetzt. Gemäss Fig. 6 sind die abgestuften Teile 21 so ausgebildet, dass beim übereinanderlegen der abgestuften Teile 21 der aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplattenteile 11 die sich überdeckenden Teile 21 dieselbe Dicke wie die Abschirmplattenteile 11 haben. Es ist wesentlich, dass die sich überdeckenden Teile 21 dieselbe Dicke wie die Abschirmplattenteile 11 haben, da beim Vorliegen eines Dickenunterschieds ein mühsames individualles Bearbeiten der Wärmeabschirmplatten erforderlich wäre und der längs der Abschirmplatten verlaufende Fluidstrom nachteilig beeinflusst werden würde. Ferner ist wichtig, dass hohe Wärmespannungen in Abhängigkeit von der Dicke der sich überdeckenden Endteile erzeugtAn embodiment of the invention will now be described in conjunction with Fig. 4 to 6 described. Parts similar to Figs. 2 and 3 are omitted. The heat shield plates 11 are each in the circumferential direction and radially in a plurality of Heat shielding plate parts according to FIG. 5 divided, with a plurality of openings for inserting the heat transfer tubes 9 are provided. The support bolts 18 are each in stepped parts 21 on the adjacent heat shielding plates 11 used. According to FIG. 6, the stepped parts 21 are designed so that when the stepped parts are placed one on top of the other Parts 21 of the adjacent heat shielding plate parts 11 the overlapping parts 21 have the same thickness as the shielding plate parts 11. It is essential that the overlapping parts 21 have the same thickness as the shielding plate parts 11, since there is a difference in thickness troublesome machining of the heat shielding plates and the length of the shielding plates would be required flowing fluid flow would be adversely affected. It is also important that high thermal stresses are dependent generated by the thickness of the overlapping end parts
werden. Die Abstandsstücke 16 halten einen gegebenen Abstand zwischen den Wärmeabschirmplatten 11 und zwischen diesen und den oberen und unteren Rohrwänden 4 bzw. 8 ein. Gegenüber jeder Rohrwand' 4 und 8 sind mehrere Wärmeabschirmplatten 11 vorgesehen, die in der Nähe der Mitte aus Ringen mit kleinem Aussendurchmesser bestehen. Da die Wärmeabschirmplatten 11 durch die Schweissverbindung der Wärmeübergangsrohre 9 mit den oberen und unteren Rohrwänden 4 bzw. 8 zusammengebaut werden, und zwar ausgehend von der Seite des Sekundärnatriumeinlassrohrs 15 bis zur äusseren Abschirmung 10 in Fig. 1 bei gleichzeitiger Ausführung von Prüfungen an den gebildeten Schweissnähten, haben die Wärmeabschirmplatten 11 in der Nähe der Mitte einen kleinen Durchmesser und können leicht gehandhabt werden, was ihre Unterteilung in Umfangsrichtung unnötig macht.will. The spacers 16 keep a given distance between the heat shielding plates 11 and between these and the upper and lower tube walls 4 and 8, respectively. A plurality of heat shielding plates 11 are provided opposite each pipe wall '4 and 8, those near the center of rings with a small outer diameter exist. Since the heat shielding plates 11 by the welded connection of the heat transfer tubes 9 with the upper and lower tube walls 4 and 8, respectively, are assembled, namely starting from the side of the secondary sodium inlet pipe 15 up to the outer shield 10 in FIG. 1 with simultaneous Carrying out tests on the weld seams formed, have the heat shielding plates 11 in the vicinity of the Center has a small diameter and can be easily handled, making their subdivision in the circumferential direction unnecessary power.
Die abgestuften Teile 21 der Wärmeabschi^mplattenteile 11 sind durch Schrauben miteinander verbunden. Dies hat den Nachteil, dass die Absehrimplatten 11 jeweils als einziger Ring ausgebildet und die Anzahl der Tragbolzen 18 verringert werden können.The stepped parts 21 of the heat shielding plate parts 11 are connected by screws. This has the disadvantage that the Absehrimplatten 11 each formed as a single ring and the number of support bolts 18 can be reduced.
Im Hinblick auf die radiale Breite jeder Wärmeabschirmplatte 11 sind die abgestuften Teile 22 übereinander gelegt, wodurch die Gefahr beseitigt wird, dass die Wärmeabschirmplattenteile 11 einzeln beschädigt werden können.In view of the radial width of each heat shield plate 11, the stepped parts 22 are superimposed, whereby the risk that the heat shield plate parts 11 may be damaged one by one is eliminated.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass.gemäss der Erfindung die aneinandergrenzenden Warmeabschxrmplattenteile an ihren Enden mit abgestuften Teilen versehen sind, die übereinander gelegt werden, um den Spalt zu beseitigen, der sonst in radialer Richtung zwischen den einandergrenzenden Wärmeabschirmplatten bestehen würde. Hierdurch ergibt sich eine zufriedenstellende Wärmeabschirmun g. Die durch Unterteilen jeder Wärmeabschirmplatte erhaltenen Wärmeabschirmplattenteile sind jeweils mit Öffnungen zum Einsetzen der Wärme-From the above description it can be seen that according to the Invention, the adjacent heat shielding plate parts are provided at their ends with stepped parts which are placed on top of each other in order to eliminate the gap that would otherwise be in the radial direction between the adjoining Heat shielding plates would exist. This results in a satisfactory heat shield. The heat shield plate parts obtained by dividing each heat shield plate are each equipped with openings for inserting the heat
Übergangsrohre versehen. Hierdurch wird der Vorgang vereinfacht, da die Bildung einer öffnung leichter als die Bildung eines Halbkreises und die Vereinigung der beiden Halbkreise erfolgen kann.Provided transition pipes. This simplifies the process, since the formation of an opening is easier than the formation of one Semicircle and the union of the two semicircles can be done.
Bei der Erfindung kann das Volumen des Hochtemperaturfluids, das zwischen die Wärmeabschirmplatten und die Rohrwände sickert, stark verringert werden. Hierdurch wird das Auftreten übermässig hoher Wärmespannungen in der betroffenen Konstruktion auf ein Minimum gebracht.In the invention, the volume of the high temperature fluid, that seeps between the heat shield plates and the pipe walls can be greatly reduced. This makes the occurrence excessive high thermal stresses in the affected construction brought to a minimum.
Wenn die Wärmeabschirmplatten einen kleinen Durchmesser haben, ist der Zusammenbau eines Wärmetauschers selbst dann nicht mühsam, wenn die Wärmeabschirmplatten nicht in Umfangsrichtung, sondern lediglich radial unterteilt sind. In diesem Fall brauchen die Wärmeabschirmplatten nur radial unterteilt zu werden, ohne dass die der Ausführungsform von Fig. 4 bis 6 eigenen oben angegebenen Wirkungen verringert werden.If the heat shield plates have a small diameter, assembly of a heat exchanger is not even then troublesome if the heat shielding plates are not in the circumferential direction, but are only divided radially. In this case, the heat shielding plates only need to be subdivided radially without that of the embodiment of FIGS own effects indicated above can be reduced.
Bei der Ausführungsform von Fig. 5 und 6 fallen die in Umfangsrichtung aneinanderstossenenden Teile der Wärmabschirmplattenteile nicht radial miteinander zusammen. Die Anordnung bewirkt eine Entlastung der gegenseitigen Störung der Teile, die sonst auf Grund von Wärmeverformungen z.B. dann auftreten kann, wenn die vier Endflächen der Wärmeabschirmplattenteile aneinander anstossen.In the embodiment of FIGS. 5 and 6, they fall in the circumferential direction abutting parts of the heat shielding plate parts not radially together. The arrangement causes Relief of the mutual disturbance of the parts, which can otherwise occur due to heat deformation, for example, when the four end faces of the heat shielding plate parts butt against each other.
Claims (5)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |