DE3134535C1

DE3134535C1 - Heat exchanger having a bundle of identical tubes

Info

Publication number: DE3134535C1
Application number: DE19813134535
Authority: DE
Inventors: Walter 8821 Weilerau Drostel; Hans Dipl.-Ing. 8521 Bubenreuth Mayer
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1981-09-01
Publication date: 1983-06-01

Abstract

The invention relates to a heat exchanger having a bundle of identical tubes through which a primary circuit having a liquid as heat carrier is guided, and which is supported centred by retaining grids in a container which accommodates a secondary, liquid-guiding circuit in a thermal lock with the tube bundle (bunch). An annular space remains free as a gap between the tube bundle and the container wall in this arrangement. It is provided that rings of filling material which extend radially over more than half of the annular space are installed in the annular space. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Wärmetauscher ist aus der DE-PS 58 829 bekannt. Dabei ist in üblicher Weise verhindert, daß ein zu großer Teil des Sekundärkühlwassers infolge des geringen Strömungswiderstandes den Ringraum durchsetzt, und zwar dadurch, daß das Rohrbündel innerhalb des Ringraumes mit einem dünnen, am unteren Ende zum Rohrboden einen Strömungsspalt aufweisenden Leitmantel umhüllt ist, welcher den äußeren Fallraum von einem inneren Steigraum des Sekundärmediums abgrenzt. Darüber hinaus ist bei diesem bekannten Wärmetauscher die Rohrgasse zwischen den beiden Rohrschenkeln als Strömungsraum ausgenutzt, wobei Drosselmittel zur Umlenkung von Speisewasserteilmengen aus dem äußeren Fallraum in eine Kanalengstelle unmittelbar oberhalb des Rohrbodens zwecks Bespülung desselben vorgesehen sind.Such a heat exchanger is known from DE-PS 58 829. This is done in the usual way prevents too large a part of the secondary cooling water as a result of the low flow resistance penetrates the annulus, in that the tube bundle within the annulus with a thin guide jacket with a flow gap at the lower end to the tube sheet is encased, which separates the outer fall space from an inner rise space of the secondary medium. About that In addition, in this known heat exchanger, the pipe lane between the two pipe legs is as Utilized flow space, with throttle means for diverting feed water subsets from the outer fall space in a channel constriction immediately above the tube sheet for the purpose of purging the same are provided.

Demgegenüber befaßt sich die vorliegende Erfindung mit dem Problem, die Folgeerscheinungen von im Primär- und Sekundärkreislauf auftretenden hohen Drücken abzumildern oder auszuschließen. Durch derartige Drücke könnte ein spontaner Bruch im Sekundärkreislauf Druckwellen auslösen, die den Leitmantel zerstören oder einbeulen könnten. Durch die starke Deformation des Leitmantels oder durch Bruchstücke desselben könnten dann unter Umständen auch die Rohre des Primärkreislaufes beschädigt werden.In contrast, the present invention is concerned with the problem of the sequelae of im To mitigate or exclude the high pressures occurring in the primary and secondary circuit. By Such pressures could trigger a spontaneous break in the secondary circuit pressure waves, which Destroy or dent the guide jacket. By the strong deformation of the vane or by Fragments of the same could then possibly also damage the pipes of the primary circuit will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem zuvor beschriebenen Wärmetauscher, der ein mit Haltegittern gestütztes Rohrbündel enthält, eine weitgehende Versperrung des Ringraumes zwischen Rohrbündel und Behälterwand für Kühlwasser durch Einbauten zu erreichen, die den Druckwellenbelastungen bei einem spontanen Bruch im Rohrleitungssystem des Sekundärkreislaufes, wie er in Genehmigungsauflagen für Kernkraftwerke als möglich unterstellt wird, standhalten, so daß eine Gefährdung der Rohre des Primärkreises als Folge einer Zerstörung der sie umgebenden Einbauten vermieden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 enthalten.The invention is based on the object in a previously described heat exchanger that has a Retaining grids supported tube bundle contains, a substantial blockage of the annulus between the tube bundle and tank wall for cooling water to be achieved through built-in components that cope with the pressure wave loads in the event of a spontaneous break in the pipeline system of the secondary circuit, as in the permit requirements for nuclear power plants is assumed to withstand, so that the pipes of the Primary circuit as a result of destruction of the surrounding fixtures is avoided. This task is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1. Beneficial Further developments are contained in the subclaims 2 to 8.

Dabei kann gemäß Anspruch 5 ein Wärmeübergang zwischen dem Rohrbündel und der Behälterwand erzielt werden, indem radiale Bohrungen in den Füllkörperringen für einen begrenzten Bypaß vom Raum zwischen den Rohren des Rohrbündels in den Spalt zwischen Füllkörperringen und Behälterwand vorgesehen sind.Here, according to claim 5, a heat transfer between the tube bundle and the container wall can be achieved by adding radial holes in the packing rings for limited bypass of the space between the tubes of the tube bundle are provided in the gap between the packing rings and the container wall.

Dieser Bypaß wird gemäß Anspruch 6 durch auf den äußeren Mantelflächen der Füllkörperringe angeordnete parallele, längsgerichtete oder schraubenförmige Rillen unterstützt, die (vgl. Anspruch 7) mit den radialen Bohrungen durch über den Umfang eines jeden Füllkörperringes verlaufende Rillen verbunden sind. Bei einer liegenden Anordnung des Wärmetauschers verhindert die Komponente in Umfangsrichtung der schraubenförmig verlaufenden Rillen eine Temperaturschichtung. This bypass is arranged according to claim 6 by being arranged on the outer circumferential surfaces of the packing rings supports parallel, longitudinal or helical grooves, which (see. Claim 7) with the radial Bores are connected by grooves extending over the circumference of each packing ring. at a horizontal arrangement of the heat exchanger prevents the component in the circumferential direction of the helical grooves create a temperature stratification.

Anstelle der Rillen können gemäß Anspruch 8 auf den äußeren Mantelflächen der Füllkörperringe auch Leisten, Noppen oder Rollen angebracht werden. Diese sorgen für eine ständige Offenhaltung eines Spaltes zwischen den Füllkörperringen und der Behälterwand.Instead of the grooves, according to claim 8, the packing rings can also be used on the outer circumferential surfaces Bars, knobs or rollers can be attached. These ensure that a gap is kept open at all times between the packing rings and the container wall.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Füllkörperringe auf Grund ihrer relativ großen Wanddicke großen Druckdifferenzen standhalten, wie sie bei einem spontanen Leitungsbruch auftreten. Eine Verformung der Füllkörperringe bleibt außerdem immer begrenzt, weil die Ringe den Raum zwischen Rohrbündel und Behälterwand mit nur geringem Spiel zur Behälterwand ausfüllen.The advantage achieved by the invention is in particular that the filler rings due to their relatively large wall thickness can withstand large pressure differences, such as those in the event of a spontaneous line break appear. Deformation of the packing rings is also always limited because the rings Fill the space between the tube bundle and the container wall with only a small amount of clearance to the container wall.

Ein spontaner Bruch im System des Sekundärkreislaufes kann also nach der Lehre der Erfindung keineAccording to the teaching of the invention, a spontaneous break in the system of the secondary circuit cannot occur

Beschädigung des Rohrbündels durch Zerstörung sie umgebender, großflächiger Einbauten zur Folge haben. Es wird verhindert, daß durch eine Beschädigung im Rohrsystem des Sekundärkreislaufes ein Leck im Primärkreislauf verursacht wird und dann, z. B. bei Verwendung in einem Kernkraftwerk, etwa kontaminiertes Kühlmittel austritt oder die Funktion des Primärkreises als Kühlsystem des Reaktorkerns beeinträchtigt wird.Damage to the tube bundle by destroying large-area fixtures surrounding it. It is prevented that a leak in the pipe system of the secondary circuit is caused by damage Primary circuit is caused and then, e.g. B. when used in a nuclear power plant, about contaminated Coolant escapes or the function of the primary circuit as a cooling system for the reactor core is impaired will.

Gleichzeitig wird die Strömung des Sekundärkreislaufes im Wärmeschluß mit dem Rohrbündel des Primärkreislaufes geführt, was den Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung erhöht. Das Bypaßsystem zwischen dem Rohrbündel und der Behälterwand sorgt für einen schnellen Temperaturausgleich innerhalb des Wärmetauschers nach einer Änderung der Kühlmitteltemperatur und verhindert so Materialspannungen, die auf Temperaturdifferenzen zurückzuführen sind.At the same time, the flow of the secondary circuit in the heat seal with the tube bundle of the Primary circuit out, which increases the efficiency of the heat transfer. The bypass system between the tube bundle and the container wall ensures rapid temperature equalization within the Heat exchanger after a change in the coolant temperature and thus prevents material stresses that are due to temperature differences.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:An embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below described:

F i g. 1 zeigt einen U-förmigen Wärmetauscher, bestehend aus einem Rohrbündel 1 und aus einem Behälter 2, in dem das Rohrbündel 1 zentriert gelagert ist. Der Bogen des Behälters 2 wird aus zwei rinnenförmigen Teilen aufgebaut und verschweißt, nachdem das Rohrbündel 1 in den Behälter 2 eingeführt wurde. Das Primärkühlmittel wird bei 3 in das Rohrbündel 1 eingespeist und verläßt den Wärmetauscher bei 4. Das Sekundärkühlmittel wird bei 5 eingespeist, strömt im Behälter 2 an den Rohren des Rohrbündels 1 entlang und verläßt den Wärmetauscher bei 6.F i g. 1 shows a U-shaped heat exchanger consisting of a tube bundle 1 and a Container 2 in which the tube bundle 1 is mounted in the center. The bow of the container 2 is made of two Trough-shaped parts built up and welded after the tube bundle 1 has been introduced into the container 2 became. The primary coolant is fed into tube bundle 1 at 3 and leaves the heat exchanger at 4. The secondary coolant is fed in at 5, flows in container 2 on the pipes of the Tube bundle 1 along and leaves the heat exchanger at 6.

F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt aus F i g. 1 in größerem Maßstab. Die Rohre des Rohrbündels 1 werden durch Haltegitter 7 in ihrer Position gehalten. Der Ringraum 8 zwischen Behälterwand 2 und Rohrbündel 1, der eine radiale Ausdehnung von wenigen Zentimetern hat, wird durch Füllkörperringe 9 und 10 auf weniger als 20%F i g. 2 shows a section from FIG. 1 in larger Scale. The tubes of the tube bundle 1 are held in their position by holding grids 7. The annulus 8 between the container wall 2 and tube bundle 1, which has a radial extension of a few centimeters, is through packing rings 9 and 10 to less than 20%

ίο eingeengt Nur die am Anfang und am Ende des Ringraumes 8 eingefügten Füllkörperringe 10 sind fixiert, während alle anderen Füllkörperringe 9 mit axialem Spiel 11 und radialem Spiel 12 eingefügt sind. Die Spiele betragen einige Millimeter. Die Länge der Füllkörperringe 9 und 10 entspricht den Abständen zwischen den Haltegittern 7, wobei die Enden der Haltegitter 7 in Ausnehmungen 13 der Füllkörperringe 9 und 10 gelagert sind. Jeder Füllkörperring 9 und 10 weist eine radiale Bohrung 14, sowie eine Umfangsrille 15 auf. Außerdem sind alle Füllkörperringe 9 und 10 entweder mit orthogonal zum Umfang verlaufenden parallelen Längsrillen 16 oder mit schraubenförmig angeordneten Rillen 17 versehen. Die Umfangsrillen 15 sorgen für Verbindungen zwischen den Längsrillen 16 bzw. den schraubenförmigen Rillen 17 und den radialen Bohrungen 14. Je nach den besonderen Bedingungen können unterschiedliche Füllkörperringe verwendet werden, wobei die Art der Rillenführung, orthogonal zum Umfang oder schraubenförmig, den gewünschten Temperaturverhältnissen angepaßt ist.ίο narrowed only those at the beginning and at the end of the Annular space 8 inserted packing rings 10 are fixed, while all other packing rings 9 with axial play 11 and radial play 12 are inserted. The games are a few millimeters. The length of the Packing rings 9 and 10 corresponds to the distances between the holding grids 7, the ends of the Retaining grids 7 are mounted in recesses 13 of the packing rings 9 and 10. Each packing ring 9 and 10 has a radial bore 14 and a circumferential groove 15. In addition, all packing rings are 9 and 10 either with parallel longitudinal grooves 16 extending orthogonally to the circumference or with a helical shape arranged grooves 17 provided. The circumferential grooves 15 provide connections between the longitudinal grooves 16 or the helical grooves 17 and the radial bores 14. Depending on the particular conditions Different filler rings can be used, the type of groove guide being orthogonal is adapted to the circumference or helical, the desired temperature conditions.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger with a bundle of identical tubes through which a primary circuit with a Liquid out as a heat transfer medium and that through holding grids in a container that carries a liquid Secondary circuit in the thermal connection with the tube bundle takes up, is centered supported, wherein an annular space remains free between the tube bundle and the container wall, into which the flow therein inhibiting elements are built, characterized in that the flow restraining elements in the annular space (8) are packing rings (9, 10) that are more radially than the Cover half of the annular space (8), the two end packing rings (10) at the beginning and at the The end of the annular space (8) are fixed on the outer tube and the remaining filler rings (9) with axial (11) and radial play (12) are inserted.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that recesses (13) in the packing rings (9, 10) take up the ends of the grille (7) for the tube bundle (1).

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the holding grid (7) up to Extend the container wall (2) and receive the packing rings (9,10) in recesses.

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that packing rings (9, 10) and 3 » Retaining grids (7) are installed flush in the container (2).

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that radial bores (14) in the packing rings (9, 10) for limited bypass from the space between the tubes of the tube bundle (1) into the gap between the packing rings (9, 10) and the container wall (2) are provided.

6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the outer Outer surfaces of the packing rings (9, 10) parallel, longitudinally directed bypass grooves (16) or helical Bypass grooves (17) are arranged.

7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that each packing ring (9,10) has a bypass groove (15) running over its circumference on the outer lateral surface, as a connection between the radial bores (14) and the longitudinal bypass grooves (16) or the helical bypass grooves (17).

8. Heat exchanger according to claims 1 to 7, characterized in that on the outer Outer surfaces of the packing rings (9, 10) strips, knobs or rollers are attached.