DE3637872C2 - - Google Patents

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DE3637872C2
DE3637872C2 DE19863637872 DE3637872A DE3637872C2 DE 3637872 C2 DE3637872 C2 DE 3637872C2 DE 19863637872 DE19863637872 DE 19863637872 DE 3637872 A DE3637872 A DE 3637872A DE 3637872 C2 DE3637872 C2 DE 3637872C2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aus­ koppeln von Wärme, z. B. beim kombinierten Gasturbinen-Dampf­ turbinen-Prozeß gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a device for off couple heat, e.g. B. in the combined gas turbine steam Turbine process according to the preamble of claim 1.

Durch die Kombination Gas-Dampfturbine kann der thermische Wirkungsgrad fossiler Kraftwerke aber auch eines Hochtemperatur­ reaktors wesentlich gesteigert werden. Zur Verwirklichung ist es erforderlich, Wärme bei hoher Temperatur von 1000 bis 1100°C aus der Kesselanlage oder sonstigen Wärmeerzeugern auszukoppeln und der verdichteten Luft einer Heißluftturbine zuzuführen. Weiterhin ist auch denkbar, die ausgekoppelte Wärme in chemischen Prozessen oder bei der Gasherstellung zu nutzen.The combination of gas and steam turbine enables the thermal Efficiency of fossil power plants but also of a high temperature reactor can be increased significantly. To achieve it required heat at high temperature from 1000 to 1100 ° C coupling out of the boiler system or other heat generators and supply the compressed air to a hot air turbine. Furthermore, the decoupled heat in chemical is also conceivable Processes or use in gas production.

Zur Wärmeauskopplung wurde bereits in der GB-A 21 70 898 Natrium als Wärmeträger in Hochtemperaturnatriumkreisläufen vorgeschlagen, wie sie bereits für niedere Temperaturen im Bereich bis etwa 600°C bekannt sind. Die bekannten Natriumkreisläufe lassen sich jedoch nur schwer bzw. gar nicht auf hohe Temperaturen umstellen, da dabei eine Reihe besonders schwieriger technischer Probleme auftritt, für welche derzeitig keine Lösungsansätze gesehen werden.For heat extraction was already in GB-A 21 70 898 sodium as a heat carrier in High temperature sodium circuits suggested as they already do are known for low temperatures in the range up to about 600 ° C. However, the known sodium cycles are difficult or do not switch to high temperatures at all, as this Series of particularly difficult technical problems occurs for which are currently not seen as any solutions.

Einige dieser Probleme sind die folgenden:Some of these problems are the following:

  • - Hochtemperaturwerkstoffe mit der erforderlichen Festigkeit für Rohrleitungen und größere Komponenten solcher Kreis­ läufe sind derzeit noch nicht bekannt. Die bekannten Hochtem­ peraturwerkstoffe können zur Zeit in dem geforderten hohen Temperaturbe­ reich nur bis zu ca. NW 50 bei einer noch vertretbaren Wandstärke ein­ gesetzt werden.- High temperature materials with the required strength for piping and larger components of such circle runs are not yet known. The well-known Hochtem temperature materials can currently in the required high temperature range submit only up to approx. NW 50 with an acceptable wall thickness be set.
  • - Na-Pumpen der erforderlichen Größe sind nur für Temperaturen bis zu 600°C entwickelt. Das am weitesten entwickelte Prinzip ist mit vertikaler Welle und Schleifringabdichtung im Schutz­ raum versehen. Da bei hohen Temperaturen eine starke Natrium­ dampfdiffusion in den Schutzgasraum und die Wellenabdichtung stattfindet, ist es zweifelhaft, ob dieses Prinzip der Ab­ dichtung auch bei hohen Temperaturen einsetzbar ist. - Na pumps of the required size are only for temperatures developed up to 600 ° C. The most developed principle is protected with a vertical shaft and slip ring seal provided space. Because at high temperatures a strong sodium vapor diffusion into the protective gas space and the shaft seal takes place, it is doubtful whether this principle of Ab seal can also be used at high temperatures.  
  • - Laufräder von solchen Pumpen sind im Natrium hydrostatisch gelagert, wobei spezielle Werkstoffpaarungen erforderlich sind. Diese müssen zum Anfahren der Pumpen gute Notlauf­ eigenschaften aufweisen und dürfen im Stand nicht zum Selbst­ verschweißen neigen. Auch solche Werkstoffe sind für hohe Temperaturen noch nicht bekannt. Elektromagnetische Pumpen, die die genannten Probleme nicht aufweisen, gibt es in den erforderlichen Größenordnungen nicht. Darüber hinaus haben solche Pumpen den entscheidenden Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades.- Impellers of such pumps are hydrostatic in sodium stored, with special material pairings required are. These must have good emergency operation to start the pumps have properties and are not allowed to stand on their own tend to weld. Such materials are also for high Temperatures not yet known. Electromagnetic pumps, that do not have the problems mentioned, there are in the necessary orders of magnitude not. Furthermore such pumps have the crucial disadvantage of a bad one Efficiency.
  • - Für Natriumarmaturen gelten ähnliche Werkstoffprobleme wie für die Pumpen. Der Armaturensitz muß aus einer Werkstoffkom­ bination bestehen, die auch unter Druck nicht zum Selbstver­ schweißen neigt, dies gilt für alle beweglichen, miteinander in Berührung stehenden Teile.- Similar material problems apply to sodium fittings for the pumps. The valve seat must be made of a material com combination exist, even under pressure not to self-confidence welding tends to apply to all moving, with each other parts in contact.

Aus der DE-OS 27 25 670 sind Wärmerohre als Rekuperatoren be­ kannt, die sich jedoch nicht für Flüssigmetalle eignen.From DE-OS 27 25 670 heat pipes as recuperators be knows, but are not suitable for liquid metals.

Die JP 55-158 493 (Abstract) zeigt Wärmetauscherrohre mit einer Wärmequelle an der unteren und einer Wärmesenke an der oberen Seite, wobei diese in unterschiedlicher geodätischer Höhe an­ geordnet sind und das Kühlmittel in diesen verdampfen bzw. kondensieren soll.JP 55-158 493 (abstract) shows heat exchanger tubes with a Heat source on the bottom and a heat sink on the top Side, these at different geodetic heights are ordered and the coolant evaporates or should condense.

Aus der DE-AS 27 25 347 ist es bekannt, Wärme von Gas auf Was­ ser mittels Flüssigmetall zu übertragen. Das Flüssigmetall bildet jedoch nur eine relativ dünne Schicht zwischen den Wär­ metauscherflächen. Dabei findet in dieser Zone kein Kreislauf statt. Zweck dieser Vorrichtung ist die Leistungsregelung des Wärmetauschers über die Beeinflussung des Füllstandes bzw. des Flüssigmetallspiegels.From DE-AS 27 25 347 it is known to heat gas to what to transmit water using liquid metal. The liquid metal however, only forms a relatively thin layer between the heats exchange surfaces. There is no cycle in this zone instead of. The purpose of this device is to regulate the power of the Heat exchanger on influencing the level or Liquid metal mirror.

Die JP 52-116 950 (Abstract) zeigt einen Einzelkreislauf mit verdampfendem Kühlmittel, bei welchem im oberen Teil desselben eine Schleife vorhanden ist, in welcher das Kühlmittel wieder kondensieren soll. Dabei liegt diese Schleife jedoch nicht in­ nerhalb eines das Sekundärmedium führenden Rohres, sondern ist an die Außenwand angesetzt.JP 52-116 950 (abstract) shows a single circuit evaporating coolant, in the upper part of which  there is a loop in which the coolant again should condense. However, this loop is not in within a tube carrying the secondary medium, but is attached to the outer wall.

Letztlich ist aus der DE-OS 19 10 378 ein Wärmetauscher bzw. ein Rekuperator bekannt, bei welchem ein Rohrsystem mit ge­ meinsamem Hauptkanal durch die Trennwand zwischen zwei Medien hindurchgeführt ist.Ultimately, DE-OS 19 10 378 is a heat exchanger or a recuperator known in which a pipe system with ge common main channel through the partition between two media is passed through.

Ausgehend von diesem Stande der Technik hat nun die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs beschrie­ benen Art ohne Pumpen zu schaffen, welche besonders gut für die Verwendung von siedendem Flüssigmetall geeignet ist und bei der für die Wärmeauskoppelung auf große Natriumkreisläufe und deren Komponenten verzichtet werden kann.Based on this prior art, the present one Invention for the task of a device described above level without creating pumps, which is particularly good for the use of boiling liquid metal is suitable and in the case of heat extraction dispense with large sodium circuits and their components can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Er­ findung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patentan­ spruches 1 aufgeführt sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 2.The present Er proposes to solve this task Find the features that are in the characteristics of the patent Proverb 1 are listed. An advantageous embodiment results from the features in the characterizing part of claim 2.

Auf diese Art kann man nun die hervorragenden Wärmetransport- und Naturkonvektionseigenschaften von siedendem Flüssigmetall in kompakten Naturkonvektionsschleifen ausnutzen, die zu Modulen zusammengefaßt werden. Die Temperaturregelbarkeit ist durch Einstellung des Siededrucks sehr gut, was z. B. für die Ma­ terialbeanspruchung in dem hohen Temperaturbereich, aber auch für die Ausnutzung der Wärme in chemischen Prozessen von großer Bedeutung sein kann. Die Anzahl der einzelnen Modulen ist an sich nicht begrenzt, d. h. es kann jede ge­ wünschte Wärmemenge übertragen werden, ohne neue Komponenten oder Systeme entwickeln zu müssen.In this way you can now use the excellent heat transfer and natural convection properties of boiling liquid metal in take advantage of compact natural convection loops that form modules be summarized. The temperature controllability is through Setting the boiling pressure very well, which, for. B. for Ma material stress in the high temperature range, however also for the use of heat in chemical processes  can be of great importance. The number of each Modules are not limited per se, i. H. it can be any desired amount of heat can be transferred without new components or having to develop systems.

Die wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dabei:The main advantages of the present invention are included:

Hochtemperaturwerkstoffe sind derzeit bereits erhältlich, deren Festigkeit es ermöglicht, Rohre bis zu ca. NW 50 in dem er­ findungsgemäßen Naturkonvektionssystem einzusetzen. Durch den kompakten Aufbau wird die benötigte Menge an teuren Hochtempera­ turwerkstoffen und Flüssigmetall gering im Vergleich zu einem nor­ malen Kreislaufsystem, z. B. Natrium je kW Wärmeleistung nur 0,08 kg, beim bekannten Natriumkreislauf 0,4 kg. Die Entwicklung von neuen Pumpen, Armaturen und Rohrleitungssystemen kann ent­ fallen. Natriumlecks in einem der Moduln stellen keine Probleme für die Anlage dar, da die Moduln untereinander getrennt bzw. getrennt voneinander abgeschaltet werden können.High temperature materials are currently available, their Strength allows it to hold pipes up to approximately NW 50 in size use natural convection system according to the invention. By the compact structure, the required amount of expensive high temperature materials and liquid metal low compared to a nor paint circulatory system, e.g. B. Sodium per kW of heat output only 0.08 kg, 0.4 kg for the known sodium circuit. The development of new pumps, fittings and piping systems can ent fall. Sodium leaks in one of the modules pose no problems for the system, since the modules are separated or can be switched off separately.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im folgenden an Hand der Figur näher erläutert:Further details of the device according to the invention will be provided explained in more detail below with reference to the figure:

Die Figur zeigt das Prinzip einer Wärmeauskoppelvorrichtung mit siedendem Natrium als Wärmeträger am Beispiel einer der Rohrschleifen.The figure shows the principle of a heat extraction device with boiling sodium as a heat carrier using one of the examples Pipe grinding.

Die mindestens teilweise mit einem Flüssigmetall wie z. B. Natrium oder einer Natriumkaliumlegierung gefüllte Rohrschleife 1 transportiert die Wärme von einer nicht näher dargestellten Feuerung 3 durch die Kesselwand 2 nach außen in ein Erhitzer­ rohr 4. Das Erhitzerrohr 4 führt die zu erhitzende Luft und ist zwischen die Sammelleitung 5 z. B. einer Heißluftturbine und die Sammelleitung 6, die die von z. B. einem Verdichter vor­ verdichtete Luft führt, eingeschaltet. Die Rohrschleife 1 ist nun - von der Feuerung 3 aus gesehen - in folgende Abschnitte aufgeteilt:The at least partially with a liquid metal such. B. sodium or a sodium-potassium alloy filled tube loop 1 transports the heat from a furnace 3, not shown, through the boiler wall 2 to the outside into a heater tube 4th The heater tube 4 guides the air to be heated and is between the manifold 5 z. B. a hot air turbine and the manifold 6 , the z. B. leads a compressor before compressed air, turned on. The pipe loop 1 is now - seen from the furnace 3 - divided into the following sections:

  • - Den der Feuerung 3 zugeordneten Abschnitt bzw. das Teilstück 7, in welchem die Wärme aufgenommen wird und das Flüssigmetall zum Sieden gebracht wird,The section assigned to the furnace 3 or the section 7 in which the heat is absorbed and the liquid metal is brought to the boil,
  • - das Steigrohr 8, das über eine bestimmte geodätische Höhendifferenz nach oben führt,the riser pipe 8 , which leads upwards over a certain geodetic height difference,
  • - die bereits im Erhitzerrohr 4 gelegene Kondensationsschleife 9, die praktisch den vorderen Teil des wärmeaufnehmenden Rohrteilstückes 10 bildet,the condensation loop 9 already located in the heater tube 4 , which practically forms the front part of the heat-absorbing tube section 10 ,
  • - den weiteren, dem Erhitzerrohr zugeordneten senkrechten Ab­ schnitt bzw. das Teilstück 10 und- The other, assigned to the heater tube from vertical or section 10 and
  • - das - in Strömungsrichtung gesehen - schäg nach unten vom Teilstück 10 zum Anfang des Teilstückes 7 zurückführende Fallrohr 11.- The - viewed in the direction of flow - sloping down pipe 11 returning downward from section 10 to the beginning of section 7 .

Im Bereich zwischen diesen ist eine regelbare Drosselstelle 12 eingeschaltet, mittels der der Kühlmitteldurchsatz variiert werden kann.In the area between these, an adjustable throttle point 12 is switched on, by means of which the coolant throughput can be varied.

Die Wärmemenge Qk wird somit im Strahlungsteil der Feuerung vom Teilstück 7 aufgenommen, in der Siedephase des Kühlmittels durch das obere Steigrohr 8 und den wärmeabgebenden Abschnitten 9 und 10 zugeführt und dann als Wärme QL im Erhitzerrohr 4, der in Richtung 13 der Heißluftturbine zuströmenden Heiß­ luft zugeführt. Dabei bleibt die Temperatur in der Konden­ sationsschleife 9 in Folge der Rückkondensation konstant, der Schleifenbereich mit Zweiphasenströmung 14 des Flüssigmetalles ist durch die gestrichelte Begleitlinie am Schleifenaußenrand dargestellt. The amount of heat Q k is thus absorbed in the radiation part of the furnace by the section 7 , supplied in the boiling phase of the coolant through the upper riser 8 and the heat-releasing sections 9 and 10 and then as heat Q L in the heater tube 4 , which flows in the direction 13 of the hot-air turbine Hot air supplied. The temperature in the condensation loop 9 remains constant as a result of the back condensation, the loop area with two-phase flow 14 of the liquid metal is shown by the dashed accompanying line on the outer edge of the loop.

Der Lufterhitzer in Form des Rohres 4 ist somit praktisch an der Kesselaußenwand 2 angeordnet, da die geodätische Höhenanordnung und Entfernung vom Kessel durch das Natur­ konvektionsprinzip in der Rohrschleife 1 zwingend vorgegeben sind. Da die Rohrleitungslänge der Schleife 1 nur in engen Grenzen variierbar ist, sind große Lufterhitzereinheiten einzeln nicht möglich, sondern es muß eine modulare Bau­ weise, von welcher in der Figur eine Einzelschleife dar­ gestellt ist, angewendet werden. Die modularen Lufterhitzer bzw. Schleifen 1 münden alle mit ihrem jeweiligen Erhitzer­ rohr 4 in die Sammelleitung 5 zur Heißluftturbine. Auf der Flüssigmetallseite entfallen die sonst bei Rohrregistern üblichen Sammler mit einer die wärmeaufnehmende und wärme­ abgebende Tauscherfläche verbindenden Rohrleitung.The air heater in the form of the tube 4 is thus practically arranged on the outer wall 2 of the boiler, since the geodetic height arrangement and distance from the boiler are inherently prescribed by the convection principle in the tube loop 1 . Since the pipe length of the loop 1 can only be varied within narrow limits, large air heater units are not possible individually, but a modular construction must be used, of which a single loop is shown in the figure. The modular air heaters or loops 1 all open with their respective heater tube 4 in the manifold 5 to the hot air turbine. On the liquid metal side, there is no need for the collectors that are otherwise customary with pipe registers with a pipe connecting the heat-absorbing and heat-emitting exchanger surface.

Für ein 300 000 kWth übertragendes Naturkonvektionssystem er­ geben sich als Beispiel folgende Eckdaten:For a natural convection system that transmits 300,000 kW th , the following key data are given as an example:

Anzahl der Naturkonvektionsrohrschleifen 12 000
Lufterhitzermodule mit je 18 Schleifen 666
Natrium-Inhalt des Systems 30 to
erforderliche Menge an Hochtemperaturwerkstoff 204 to
Werkstoffnummer 4967 (C 0,1%, Co 52%, Cr 20%, Ni 10%, W 15%, Fe 3%)
Number of natural convection pipe loops 12,000
Air heater modules with 18 loops 666 each
Sodium content of the system 30 tons
required amount of high temperature material 204 tons
Material number 4967 (C 0.1%, Co 52%, Cr 20%, Ni 10%, W 15%, Fe 3%)

Verglichen mit einem Wärmeübertragungskreilauf mit flüssigem Natrium bei erzwungener Konvektion sind dies außerordentlich geringe Werte.Compared to a heat transfer circuit with liquid Sodium in forced convection is exceptional low values.

Die Funktionsfähigkeit einer Naturkonvektionsschleife wird we­ sentlich durch das Verhältnis Druckverlust der Zweiphasen­ strömung zu Auftriebsgewinn bestimmt, der sich aus der Gewichts­ differenz zwischen heißer Zweiphasensäule und kalter einphasiger Säule der Schleife ergibt. Dieses Verhältnis wurde unter der Annahme einer vertikal angeordneten Rohrschleife mit 20 mm Innendurchmesser bei einer zu transportierenden Leistung von 20 bzw. 50 kW errechnet. Für den Wärmetransport wurde nur die Dampfphase (1100°C bei 5,6 bar) berücksichtigt. Das Ergebnis zeigt, daß bei 25 kW der Auftrieb über den betrachteten Bereich des Dampfgehaltes (x=0,05 bis 0,7) um ein mehrfaches größer ist, als der Druckverlust durch die Zweiphasenströmung, eine Voraussetzung für einen sicheren Betrieb des Naturumlauf­ systems. Bei 50 kW steigt der Zweiphasendruckverlust in Folge der Verdoppelung der Dampfgeschwindigkeit stark an. Nur noch für Dampfgehalte über X=0,15 wird der Zweiphasendruckverlust kleiner als der Auftrieb. Ein Sicherheitsfaktor für einen sicheren Betrieb durch einen mehrfach größeren Auftrieb stellt sich nicht mehr ein. Die Grenze der übertragbaren Leis­ tung für eine Rohrschleife NW 20 liegt im Bereich zwischen 25 und 50 kW. Da aus Gründen der Stabilisierung der Naturkon­ vektionsschleife eine zusätzliche Drosselstelle 12 im Ein­ phasenbereich der Schleife bzw. des Abschnittes 10 vorgesehen ist, wird in den folgenden Betrachtungen eine gedrosselte, niedrigere Leistung mit 25 kW angenommen. Bei Absenkung der Siedetemperatur geht auch die abführbare Leistung zurück, da der Zweiphasendruckver­ lust - gleiche Leistung vorausgesetzt - in Folge der niedereren Dampfdichte- und damit höheren Dampfgeschwindigkeit stark zunimmt. Eine optimale Funktion der Naturkonvektionsschleife ist daher nur über Siedetemperaturen von 950°C (1,77 bar Dampf­ druck) möglich, bei dem in der Figur angegebenen und oben be­ schriebenen Beispiel betragen die Temperaturen 1000°C am Beginn und 1100°C am Ende des Rohrteilstückes 7.The functionality of a natural convection loop is largely determined by the ratio of the pressure loss of the two-phase flow to the lift gain, which results from the weight difference between the hot two-phase column and the cold single-phase column of the loop. This ratio was calculated assuming a vertically arranged pipe loop with an inner diameter of 20 mm and a power of 20 or 50 kW to be transported. Only the vapor phase (1100 ° C at 5.6 bar) was taken into account for heat transport. The result shows that at 25 kW the buoyancy over the range of the steam content (x = 0.05 to 0.7) is several times greater than the pressure loss due to the two-phase flow, a prerequisite for the safe operation of the natural circulation system. At 50 kW, the two-phase pressure drop increases sharply due to the doubling of the steam speed. Only for steam contents above X = 0.15 will the two-phase pressure drop be less than the buoyancy. There is no longer a safety factor for safe operation due to a higher lift. The limit of the transferable power for a pipe loop NW 20 is in the range between 25 and 50 kW. Since an additional throttle point 12 is provided in the phase region of the loop or section 10 for reasons of stabilization of the natural con vection loop, a throttled, lower power of 25 kW is assumed in the following considerations. When the boiling temperature is reduced, the power that can be dissipated also decreases because the two-phase pressure loss - assuming the same power - increases sharply as a result of the lower vapor density and thus higher vapor velocity. An optimal function of the natural convection loop is therefore only possible at boiling temperatures of 950 ° C (1.77 bar steam pressure). In the example shown in the figure and described above, the temperatures are 1000 ° C at the beginning and 1100 ° C at the end of Pipe section 7 .

Eine solche Rohrschleife muß nach den folgenden zwei Kriterien optimiert werden:Such a pipe loop must meet the following two criteria can be optimized:

Die Rohrleitung der Schleife soll insgesamt so kurz als möglich sein, bei Maximierung der Höhendifferenz zwischen wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Schleifenteilstücken 7 und 10.The overall piping of the loop should be as short as possible, while maximizing the height difference between heat-absorbing and heat-emitting loop sections 7 and 10 .

Für eine geeignete Anordnung gemäß der Figur ergibt sich eine Gesamtrohrlänge von 16 Meter. Die erforderliche Flüssigmetallmenge im Zweiphasenbetrieb beträgt ca. 2,5 Liter pro Schleife, d. h. etwa so viel , daß die Heizfläche an der Feuerung 3 voll ab­ gedeckt ist. Bei einer Wandstärke von 2 mm werden für die Schleife 17 kg eines hochwarmfesten Werkstoffes benötigt. Aus dieser Abschätzung ergeben sich, bezogen auf je 1 kW zu übertragende Wärmeleistung, folgende spezifische Daten:For a suitable arrangement according to the figure, the total pipe length is 16 meters. The required amount of liquid metal in two-phase operation is approximately 2.5 liters per loop, ie approximately so much that the heating surface on the furnace 3 is fully covered. With a wall thickness of 2 mm, 17 kg of a heat-resistant material are required for the loop. The following specific data result from this estimate, based on 1 kW of heat output to be transferred:

Erforderlicher Strömungsquerschnitt 0,125 cm³/kW
Flüssigmetallmenge 0,08 kg/kW
Hochwarmfester Werkstoff 0,68 kg/kW
Required flow cross section 0.125 cm³ / kW
Liquid metal quantity 0.08 kg / kW
Highly heat-resistant material 0.68 kg / kW

BezugszeichenlisteReference symbol list

 1 Rohrschleife
 2 Kesselwand
 3 Feuerung
 4 Erhitzerrohr
 5 Sammelleitung zur Turbine
 6 Sammelleitung vom Verdichter
 7 Teilstück für Wärmeaufnahme
 8 Steigrohr
 9 Kondensationsschleife
10 Teilstück für Wärmeabgabe
11 Fallrohr
12 Drosselstelle
13 Strömungsrichtung
14 Schleifenbereich mit Zweiphasenströmung
1 pipe loop
2 boiler wall
3 firing
4 heater tube
5 manifold to the turbine
6 manifold from the compressor
7 section for heat absorption
8 riser pipe
9 condensation loop
10 section for heat emission
11 downpipe
12 throttling point
13 flow direction
14 Loop area with two-phase flow

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Auskoppeln von Wärme aus einem Wärmeerzeuger durch dessen Wandung hindurch mittels eines Kreislaufes mit Flüssigmetall als Wärmeträger für den Wärmetransport aus dem Wärmeerzeuger zu einem Wärmeverbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf in eine Mehrzahl von modular zusammengefaßten Einzelkreisläufen aufgeteilt ist, bei welchem der Wärmeträgerumlauf durch Naturkonvektion und die Wärmeaufnahme bei Sieden des Wärmeträgers im Bereich von etwa 1000 bis 1100°C erfolgt, daß die Einzelkreisläufe aus je einer Rohrschleife (1) bestehen, bei welcher das die Wärme an ein Erhitzerrohr (4) abgebende und parallel im Erhitzerrohr (4) verlaufende Teilstück (10) in größerer geodätischer Höhe angeordnet ist, als das die Wärme aufnehmende Teilstück (7) und diese beiden im wesentlichen senkrecht stehenden Teilstücke (10, 7) an ihren jeweiligen Enden durch ein schräg nach oben verlaufendes Steigrohr (8) und ein schräg nach unten verlaufendes Fallrohr (11) miteinander verbunden sind, wobei das die Wärme abgebende Teilstück (10) in seinem oberen Bereich als ebenfalls innerhalb des Erhitzerrohres (4) gelegene Rohrschleife (9) ausgebildet ist, in welcher der Wärmeträger, in zwei Phasen strömend, kondensiert, und welche mit ihrem, dem die Wärme aufnehmenden Teilstück (7) zugewandten Ende an das den siedenden Wärmeträger führende Steigrohr (8) angeschlossen ist. 1. Device for decoupling heat from a heat generator through the wall thereof by means of a circuit with liquid metal as a heat carrier for the heat transfer from the heat generator to a heat consumer, characterized in that the heat carrier circuit is divided into a plurality of modularly combined individual circuits, in which the Circulation of the heat transfer medium by natural convection and heat absorption when the heat transfer medium is boiling in the range of approximately 1000 to 1100 ° C means that the individual circuits each consist of a tube loop ( 1 ), in which the heat is transferred to a heater tube ( 4 ) and parallel in the heater tube ( 4 ) extending section ( 10 ) is arranged at a greater geodetic height than the heat-absorbing section ( 7 ) and these two essentially vertical sections ( 10, 7 ) at their respective ends through an inclined upward riser pipe ( 8 ) and an oblique downward-running downpipe ( 11 ) are connected to one another, the heat-emitting section ( 10 ) being designed in its upper region as a pipe loop ( 9 ) likewise located inside the heating pipe ( 4 ), in which the heat transfer medium, flowing in two phases, condensed, and which, with its end facing the heat-absorbing section ( 7 ), is connected to the riser pipe ( 8 ) guiding the boiling heat transfer medium. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigmetall Na oder eine NaK-Legierung Verwendung findet.2. Device according to claim 1, characterized in that as liquid metal Na or a NaK alloy is used.
DE19863637872 1986-11-06 1986-11-06 Device for tapping heat, e.g. in the gas turbine/steam turbine combined cycle Granted DE3637872A1 (en)

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DE3637872A1 DE3637872A1 (en) 1988-05-19
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010119139A2 (en) 2009-04-17 2010-10-21 Highterm Research Gmbh Device comprising heat pipes, for producing product gas from carbonaceous feed material
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1910378A1 (en) * 1968-03-04 1969-11-27 Polska Akademia Nauk Inst Masz High temperature recuperator
CS185442B1 (en) * 1976-06-08 1978-09-15 Frantisek Polasek Waste heat recuperation exchanger operable at work temperature of up to 1000 degrees celsius
DE2725347C3 (en) * 1977-06-04 1980-03-20 Schmidt'sche Heissdampf-Gesellschaft Mbh, 3500 Kassel Heat exchange processes, in particular for cooling fission gases, and heat exchangers for carrying out the process
DE3503610A1 (en) * 1985-02-02 1986-08-07 Klaus Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.H. 5804 Herdecke Knizia METHOD AND DEVICE FOR GENERATING AND RECOVERING PROCESS HEAT

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010119139A2 (en) 2009-04-17 2010-10-21 Highterm Research Gmbh Device comprising heat pipes, for producing product gas from carbonaceous feed material
DE102009017854A1 (en) 2009-04-17 2010-10-21 Highterm Research Gmbh Device for producing product gas from carbonaceous feedstocks with heat pipes
DE102009017854B4 (en) * 2009-04-17 2013-02-21 Highterm Research Gmbh Device for producing product gas from carbonaceous feedstocks with heat pipes
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