DE1551445A1

DE1551445A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1551445A1
Application number: DE19671551445
Authority: DE
Inventors: Marcel Robin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-05-16
Filing date: 1967-05-16
Publication date: 1970-04-23
Also published as: DE6606786U; CH476276A; FR1495451A; BE697840A; GB1144297A; ES340526A1; LU53682A1

Description

410-12.4llP(12.412H) I6.5.I967

Patentanwalt« DIpL-Ing. R. Beetz u. 1551445

Dipl.-ing. Lcmprecht

München 22, Stelnsdorfrtt. 10

Goßiiaißsariat ä l'&nergie Afcoraique, Paris (Frankreich)

Wärmetauscher

Die Erfindung hat einen Wärmetauscher zum Gegenstand, der sur Ermöglichung eines Wärmeaustausche zwischen zwei in Gefahr bringender Weise miteinander reagierenden Flüssigkeiten gedacht und insbesondere zur Verdampfung von Wasser durch Wärmeaustausch mit einem flüssigen Metall., wie beispielsweise Natrium, bestimmt ist.

Bei Kernkraftwerken wird im allgemeinen und insbesondere

dann, wenn der Reaktor zu den mit schnellen Neutronen arbeitenden Typen gehört, der Dampferzeuger mit flüssigem Natrium beheizt, welches das sekundäre Kühlmittel des Reaktors darstellt. Bekanntlich wirft jedoch der Wärmeaustausch zwischen flüssigem Natrium und Wasser komplizierte Sieherheitsprobleme auf, praktisch ist es erforderlich, jeglichen Kontakt zwischen den beiden Flüssigkeiten auszuschalten, da sie mit Heftigkeit miteinander reagieren würden.

Zur Herstellung von solchen Dampferzeugern benutzt man mitunter doppelwandige Austauscherrohre, gegebenenfalls mit ' einem Umlauf eines zwischengeeshalteten Str&?mmgsmediums, das j die Erkennung von Rohrbrüchen gestattet.

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Anlagen sind jedoch äußerst kostspielig, daher zieht man heute einwandige Wärmetauscher wegen ihrer größeren Wirtschaftlichkeit vor, die aus von flüssigem Natrium durchflossenen Leitungen bestehen, in die Rohre von sehr kleinem Querschnitt eintauchen, in denen das Wasser umläuft. Jedoch ist es erforderlich, die Qualität der verwendeten Leitungen und der Schweißverbindungen in geeigneter Weise kontrollieren zu können.

Die Erfindung schlägt daher einen Wärmetauscher der Bauart mit einfachen Wänden vor, der so aufgebaut ist, daß die Schweiß» nähte, die gleichzeitig mit dem Wasser und dem Natrium in Berührung stehen, begrenzt sind, denn diese inneren Schweißnähte stellen eine potentielle Gefahrenquelle dar und kommen besonders teuer wegen der Güte der an ihnen vorzunehmenden Kontrolle. Oleich falls zielt die Erfindung darauf ab, die' Anwesenheit von gekrümmten Wasserrohren zu vermeiden, die in das Natrium eintauchen, da jede Krümmung die Unversehrtheit der Wände dieser Rohre beeinträchtigen kann.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kennzeichnet sich im wesentlichen durch:

- eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen, von einem ersten an Wärmeaustausch beteiligten Strömungsmedium, im allgemeinen flüssigem Natrium, durchflossen© Leitungen, die jeweils an beiden Enden durch gewölbte Böden abgeschlossen sind und an ihren Seitenwänden abwechselnd in der Nähe des einen oder des anderen Bndee querverlaufende, die Leitungen miteinander verbindend* Rohrstutzen Aufwelsen;

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- und durch parallel von einem ζ vielten am Wärmeaustausch beteiligten Strömungsmedium, im allgemeinen Wasser, durchflossene Rohre mit sehr kleinem Querschnitt, von denen jedes im Innern der verschiedenen Leitungen verlaufende geradlinige Abschnitte aufweist, welche die Böden der Leitungen durchsetzen und miteinander über außerhalb der Leitungen gelegene, kreisbogenfürraig gekrümmte Abschnitte verbunden sind.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 eine besondere Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher beschrieben. Diese Beschreibung ist jedoch lediglich als Beispiel zu verstehen und schränkt den Bereich der Erfindung in keiner Weise ein. Die Beschreibung bezieht eich auf einen Dampferzeuger« bei dem Wasser durch flüssiges Natrlun aufgeheizt wird, welches das sekundäre Kühlmittel eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen darstellt.

Fig. 1 ist eine sohematisohe Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;

Fig. 2 1st eine Seitenansicht des gleichen Wärmetauschers;

und . - ,

Fig. j5 zeigt Einzelheiten an einem Ende einer Leitung ■. für das Natrium.

Der beschriebene Dampferzeuger verwendet als Heizflüssigkeit flüssiges Natrium, welches da· Mkundlre Kühlmittel eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen darstellt. Dieses sekundäre Kühlmittel wird seinerseits durch Wärmeaustausch mit dem Haupt-

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kUhlaittel dee Reaktors aufgeheizt» das ebenfalls aus flüssigem Natrium besteht.

Der Dampferzeuger besteht aus mehreren Einheiten, die einander ähneln und parallel zueinander geschaltet sind. Die Fig. 1 zeigt eine dieser Einheiten .und der Block der Fig. 2 weist dx 1 davon auf. Die Wahl der Anzahl der Einheiten ergibt •loh aus einem Kompromiß zwischen der Verringerung der Anzahl der Verblndungerohrleitungen und der Qesajntabaessungen auf der einen Seite und der Möglichkeit, eine dar Einheiten fUr den Fall eines Rohrbruches außer Betrieb nehmen zu können, ohne die ausgetauschte Wärmeleistung zu stark herabzusetzen auf der anderen Seite. Jede Einheit wird mit Wasser gespeist, das nacheinander im Wärmeaustausch mit dem im Gegenetroos umlaufenden

flüssigen Natrium vorgewärmt, verdampft und überhitzt wird. Außerdem ist parallel zu der überhitzungszone eine Zwischenüberhitzung für den teilweise entspannten Dampf vorgesehen.

Jede Gruppe aus drei Baueinheiten befindet sich i« Innern eines Gehäuses 1 aus feuerfestem Stein, das normalerweise alt Stickstoff angereicherte Luft enthält. Außerhalb der WäÜffi» dieses Gehäuses befinden sich Eingangssammler 2 und > und ' Aüsgangssammler 4 für das Natrium, Sammler 5 für das Wasser/ " Sammler 6 für den überhitzten Dampf, Sammler 7 für defl erneut zu überhitzenden Dampf und Sammler 8 für den erneut überhitzten Dampf. Die verschiedenen alt den Sammlern verbundenen Leitungen oder Rohre sind mit Isolierschiebern versehen, die außerhalb des Gehäuse? 1 liegen, so daß für den Fall eines Bruotiee Jede ;

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Leitung und jedes Rohr einzeln aus dem Umlauf genommen werden kann, während die übrige Anlage in Betrieb bleibt«

Jede Baueinheit besteht aus im wesentlichen horizontal verlaufenden Leitungen 10, die in Serie an Eingangs- und Ausgangssaramler für das Natrium angeschlossen sind. Diese Leitungen liegen übereinander und werden durch einen Aufbau 11 aus miteinander verschraubten Balken an Ort und Stelle gehalten. Jede Baueinheit enthält außerdem Rohre 12 mit sehr kleinem Querschnitt« in denen Wasser oder Dampf umläuft·' In den sechs unteren Leitungen 10 jeder Baueinheit wird die Vorwärmung und die Verdampfung des Wassers vorgenommen. Zm oberen Teil liegen zwei Reihen von je vier Leitungen 10 parallel zu der Folg© der sechs unteren Leitungen 10, wobei die eine aus einem Sammler 2 für das Natrium * und die andere aus einem Sammler J für das Natrium gespeist wird und den Überhitzer bzw. den Zwischenüberhitzer (Fig· 2) bildet. ... ,μ.

Die Leitungen 10 sind an beiden Enden durch gewölbte Böden abgeschlossen, die dem Druck des Natriums standzuhalten vermögen. Sie sind untereinander über querverlaufende Rohrstutzen 14 verbunden, die abwechselnd an dem einen und an dem anderen Ende ' der Leitungen 10 von deren Seltenwandung ausgehen. Dei* letzte Rohrstutzen am oberen Ende der unteren, den Verdampfer bildenden Leitungen teilt sich in zwei Zweige auf, die das Natrium für die Leitungen des Überhitzers bzw. die Leitungen des ZwisohenUbör-' hitzers aufnehmen. Auf dieser Höhe sind die Leitungen für das Natrium über ein Rohr 15» in das eine Sicherheitsmembran 16

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eingebaut ist« mit einem Sammler 17 verbunden« der seinerseits mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Membran 16 schützt die Vorrichtung gegen Überdrucke« die infolge einer etwaigen Reaktion zwischen dem Wasser und dem Natrium auftreten könnten.

Jedes der Rohre 12 für das Wasser oder den Dampf besitzt geradlinige Abschnitte 18« die parallel zueinander in den Leitungen 10 liegen. Diese geradlinigen Abschnitte durchqueren die gewölbten, die Enden der Leitungen 10 abschließenden Böden einzeln« wie dies insbesondere in Fig. 3 gezeigt ist. Sie sind außerhalb der Leitungen 10 über halbkreisförmig gebogene Abschnitte 19 miteinander verbunden·' Im Inneren der Leitungen werden die parallelen Bohre 12 durch Gitter an Ort und Stelle gehalten« die Schwingungen verhindern. ■*

Die auf diese Weise geschaffene Vorrichtung gestattet es« das Auftreten von gekrümmten Teilen« die stets eine sohwache Stelle des Systems bilden« im Inneren der das Natrium transportierenden Leitungen zu vermelden. Außerdem befindet sich der unter hohem Druck stehende Dampf ständig im Innern von Rohren mit relativ kleinem Querschnitt« wodurch sich eine erhebliche' Ersparnis durch das Pehlen von starken Rohrplatten ergibt.

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Claims

Patentansprüche

Wärmetauscher, insbesondere für einen Wärmeaustausch zwischen zwei in Gefahr bringender Weise miteinander reagierender Strömungsmedien, wie flüssiges Natrium und Wasser, gekennzeichnet durch eine Hehrzahl von im wesentlichen parallelen, von einem ersten am Wärmeaustausch beteiligten Strömungsmedium, im allgemeinen flüssigen Natrium,durchflossen« leitungen (10) und durch parallel v©n eisern «weiten an Wärmeaustausch beteiligten Strömungsmedium, im allgemeinen Wasser» durohflossene Bohre. (12) mit sehr kleinem Querschnitt* wmi denen jeweils geradlinige Abschnitte (l8) Im den ¥#i»8ofei«d<&»n Leitungen (10) verlaufen, welche Leitimgia (HJ) jetftile an beiden Enden durch gewölbte dem Brück des @Mt»n ant beteiligten Strömungsmediums standhaltende Baden sind und an ihren Seitenwänden inte; Hihe der Enden verlaufende, die Leitungen (10) miteinander verbindende Rohrstutzen aufweisen, wobei die geradlinigen Abschnitte (18) der Rohre (12) die Böden der Leitungen (lo) durcheetsen und auSerhalb der Leitungen (10) über kreisbogenförmig gekrüaete Abechnltte (19) miteinander verbunden sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die Leitungen (10) auf untereinander gleiche Baueinheiten verteilt sind, die parallel zueinander an gemeinsame Eingangs« und Ausgangssamller für das Natrium angeschlossen sind, wobei die zugehörigen Rohre (12) parallel zueinander mit gemeinsamen Sammlern für das Wasser und den Dampf verbunden sind.

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j5. Wärmetauscher naeh Anspruch 1 oder 2, dadurch gete rmsG lohnet, daß jede Baueinheit hintereinander Verdampfer und Überhitzer bildende Leitungen (10) und parallel zu den überhitzer bildenden Leitungen (10) Leitungen (10) enthält, die einen Zwischenübei»- hitzer bilden, wobei die Rohre (12) mit verschiedenen Sammlern verbunden sind.

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