DE1501542C3

DE1501542C3 - Heat exchanger system for the exchange media liquid metal / water

Info

Publication number: DE1501542C3
Application number: DE1501542A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 5060 Steinenbrueck Dreyer; Rudolf Dr. 5060 Bensbergrefrath Harde; Walter Jansing; Friedel 5047 Wesseling Kalkoffen; Hans Dr. Mausbeck; Werner Schnitker
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1966-05-31
Filing date: 1966-05-31
Publication date: 1975-02-06
Also published as: GB1173024A; DE1501542A1; DE1501542B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranlage für die Austauschmedien Flüssigmetall und Wasser, bestehend aus mindestens einer Wärmetauschereinheit mit Leitungen zum Zu- und Abführen von Flüssigmetall und aus mindestens einer über eine Berstscheibe angeschlossene Entlastungseinrichtung zur Aufnahme von im Falle von Rohrbrüchen austretendem hochgespanntem Flüssigmetall und Wassermengen, sowie Reaktionsprodukten. The invention relates to a heat exchanger system for the exchange media liquid metal and water, consisting of at least one heat exchanger unit with lines for supplying and removing liquid metal and at least one relief device connected via a rupture disc for receiving in the case of pipe bursts escaping high-tension liquid metal and amounts of water, as well as reaction products.

Bei derartigen Anlagen, beispielsweise für die Medien Natrium und Wasser, besteht das Problem, die bei Lecks oder Rohrbrüchen entstehenden Reaktionsprodukte, die außerordentlich hohe Drücke und Geschwindigkeiten annehmen, und die dadurch hochgespannten und beschleunigten Flüssigkeits- und Gasmengen so abzuführen, daß die Anlage nicht zerstört oder beschädigt und die Sicherheit der Anlage nicht beeinträchtigt wird.In such systems, for example for the media sodium and water, there is a problem with Leaks or burst pipes result from reaction products, the extraordinarily high pressures and velocities assume, and the resulting highly stressed and accelerated amounts of liquid and gas to ensure that the system is not destroyed or damaged and that the safety of the system is not impaired will.

Die bekannten Vorschläge für derartige Sicherheitsvorkehrungen sind darauf gerichtet, bei auftretenden Drucküberschrcitungen die hochgespannten Medien mittels besonderer Leitungen in Entlastungstanks zuThe known proposals for such safety precautions are aimed at occurring The high-pressure media are supplied to excess pressure by means of special lines in relief tanks

überführen. Solche Maßnahmen allein sind jedoch ungenügend, weil die Reaktion Flüssigmetall, insbesondere Natrium mit Wasser, außergewöhnlich rasch erfolgt, wobei sich ein Druckaufbau bis zum ersten Maximum innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls ergibt, etwa in der Größenordnung von 10~⁵ see. Durch diese Druckeinwirkungen können die Leitungen und Aggregate des übrigen Kreislaufes, insbesondere auch einer etwa vorgeschalteten Wärmeerzeugungsvorrichtung, beispielsweise eines Zwischenwärmetauschers für Primär- und Sekundär-Flüssigmetall beschädigt oder zerstört werden. Da hierdurch aktiviertes Flüssigmetall in die freie Atmosphäre gelangen könnte, würde in einem weiten Umkreis eine für Mensch und Tier bedrohliche Situation geschaffen, was unbedingt verhütet werden muß.convict. However, such measures alone are insufficient, because the reaction liquid metal, especially sodium with water, is carried out extremely rapidly, resulting in a pressure build up to the first maximum within a very short time interval results, for example in the order of 10 ~ ⁵ see. These pressure effects can damage or destroy the lines and units of the rest of the circuit, in particular also an upstream heat generating device, for example an intermediate heat exchanger for primary and secondary liquid metal. Since this activated liquid metal could get into the free atmosphere, a dangerous situation for humans and animals would be created in a wide area, which must be prevented.

In der USA.-Patentschrift 3 090 433 wird ein Behälterwärmetauscher für Flüssigmetall/Wasser beschrieben, der zahlreiche wasser- bzw. dampfführende Doppelrohre enthält, die an zwei Rohrboden befestigt ao sind und in den mit strömenden Flüssigmetall gefüllten Behälter hineintauchen. Der obere Bereich dieses Flüssigmetallbehälters ist mit Schutzgas unter Druck gefüllt und trägt seitlich einen Rohrstutzen, der mit einer Berstscheibe verschlossen ist. Über die an diese Berst- as scheibe anschließende Entlastungsleitung sowie über die in den Behälter hinein- und herausführenden Flüssigmetall-Leitungen ist nichts gesagt. Die im Schadensfall durch eine Natrium-Wasser-Reaktion in einem solchen Behälter auftretenden Druckstöße werden durch die Flüssigmetall-Leitungen ungehindert an die angrenzenden Rohrleitungen und Aggregate weitergegeben, da diese Druckstöße sehr schnell einen hohen Wert annehmen und die zur Entlastung vorgesehene Berstscheibe erst später aufreißen kann, wenn nämlich das Schutzgas oberhalb des Flüssigmetalls zu einem Teil komprimiert wurde.U.S. Patent 3,090,433 discloses a tank heat exchanger for liquid metal / water described, which contains numerous water or steam-carrying double pipes, which are attached to two tube sheets ao and immerse themselves in the container filled with flowing liquid metal. The top of this liquid metal container is filled with protective gas under pressure and has a pipe socket on the side, which is connected to a Rupture disc is closed. About the at this Berst- as The relief line connected to the disk and via the liquid metal lines leading into and out of the container nothing is said. In the event of damage through a sodium-water reaction in such a Pressure surges occurring in the container are unhindered by the liquid metal lines to the adjacent ones Pipelines and units passed on, as these pressure surges very quickly take on a high value and the rupture disc provided for relief can only tear open later, namely when that Protective gas was partially compressed above the liquid metal.

In der USA.-Patentschrift 2 971 746 wird eine Wärmetauscheranlage beschrieben, bestehend aus einem Reaktor als Wärmequelle, einer Pumpe und einem Natrium-Wasser-Wärmetauscher. In der Rohrleitung vom Wärmetauscher zum Reaktor ist ein Druckhalter angeschlossen. Wärmetauscher und Druckhalter sind beide durch je ein Sicherheitsventil oder eine Berstscheibe gegen Überdruck geschützt. Als wesentlich hervorgehoben wird eine besondere Leitung von der Berstscheibe des Wärmetauschers zur Entlastungsleitung des Druckhalters, und zwar zu einem Punkt zwischen dem Gasraum und der Berstscheibe dieses Druckhalters. Dieser Druckhalter oder auch Expansionstank hat eine von Druckwasserreaktoren her bekannte Funktion, nämlich bei Normalbetrieb den Druck im Hauptkreislauf konstant zu halten. Damit nun bei einem Schadensfall am Natrium-Wasser-Wärmetauscher nicht der Hauptkreislauf über die aufgerissene Berstscheibe entleert wird, ist die besondere Leitung von der Berstscheibe des Wärmetauschers zum Druckhalter notwendig. Dadurch werden aber im Schadensfall Reaktionsprodukte über den Druckhalter in den Hauptkreislauf befördert.US Pat. No. 2,971,746 describes a heat exchanger system consisting of a Reactor as a heat source, a pump and a sodium-water heat exchanger. A pressurizer is connected in the pipeline from the heat exchanger to the reactor. The heat exchanger and pressurizer are both each provided with a safety valve or a bursting disc protected against overpressure. A special line from the rupture disc is emphasized as essential of the heat exchanger to the relief line of the pressurizer, namely to a point between the Gas space and the rupture disc of this pressure holder. This pressurizer or expansion tank has one function known from pressurized water reactors, namely the pressure in the main circuit during normal operation to keep constant. So now in the event of damage to the sodium-water heat exchanger, not the Main circuit is emptied via the ruptured rupture disc, is the special line from the rupture disc of the heat exchanger to the pressurizer is necessary. In the event of damage, however, this results in reaction products conveyed into the main circuit via the pressurizer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Wärmetauscheranlage zu schaffen, bei der nicht nur der Flüssigmetall-Wasser-Wärmetauscher sondern auch die anschließenden, im Normalfall nur flüssigmetallführenden Anlageteile gegen die Folgen einer Flüssigmetall-Wasser-Reaktion geschützt sind.The object of the present invention is to create a heat exchanger system in which not only the liquid metal-water heat exchanger but also the subsequent ones, which normally only carry liquid metal System components against the consequences of a liquid metal-water reaction are protected.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in mindestens einer der das Flüssigmetall führenden Leitungen der Wärmetauschereinheiten ein von der Wärmetauschereinheit getrennter, mit Flüssigmetall gefüllter Pufferbehälter derart eingeschaltet ist, daß der den Pufferbehälter mit der Wärmetauschereinheit verbindende innere Leitungsteil im oberen Bereich und der von der Wärmetauscheranlage wegführende äußere Leitungsteil im unteren Bereich in den Pufferbehälter einmündet und im äußeren Leitungsteil eine Drosseleinrichtung eingesetzt ist, und daß vom oberen Bereich des Pufferbehälters eine im Normalzustand durch die Berstscheibe abgeschlossene Überströmöffnung zu einem die Entlastungseinrichtung bildenden Entlastungsraum mit einem daran angeschlossenen Abscheider führt.To solve this problem, the invention proposes that in at least one of the liquid metal leading lines of the heat exchanger units with a separate from the heat exchanger unit Liquid metal-filled buffer tank is switched on in such a way that the buffer tank with the heat exchanger unit connecting inner pipe part in the upper area and that of the heat exchanger system Outer line part leading away opens into the buffer tank in the lower area and in the outer line part a throttle device is used, and that of the upper region of the buffer tank one in the normal state overflow opening closed by the rupture disk to the relief device leading forming relief space with a separator connected to it.

Durch diese Einrichtung wird verhindert, daß im Falle eines Lecks oder eines Rohrbruchs im Flüssigmetall-Wasser-Wärmetauscher das unter hohem Druck stehende Flüssigkeits-Gas-Gemisch mit Reaktionsprodukten in die nur für niedrige Drücke ausgelegten Leitungsteile des Flüssigmetallkreislaufes gelangen. Nach einem Bruch oder Leck eines wasser- oder dampfführenden Rohres dringt das unter einem wesentlich höherem Druck stehende Medium in den Strömungsraum des unter niedrigem Druck stehenden Flüssigmetalls ein, wobei die auf Grund der chemischen Reaktionen entstehenden Reaktionsprodukte, insbesondere Wasserstoff, zusätzliche Volumina erforderlich machen. Dadurch wird das Flüssigmetall aus der betroffenen Wärmetauschereinheit verdrängt und fließt mit großer Geschwindigkeit unter hohem Druck in die anschließende Leitung. Die in diese Leitung eingeschaltete, als Drosselstelle wirkende Blende dient dazu, einen hohen Druckabfall des Flüssigmetalls zu erreichen, um die Beanspruchung der nachfolgenden Leitungen des Kreislaufs erheblich herabzusetzen. Die Blende ist nicht wirksam, wenn sie von Gas, Dampf oder einem Zweiphasengemisch durchströmt wird. Damit auch bei vordringender Reaktionsfront stets nur Flüssigmetall zu der Blende gelangen kann, ist dieser der Pufferbehälter vorgeschaltet, der stets so viel Flüssigmetall enthält, daß der bei einem Unfall rasch absinkende Flüssigkeitsspiegel nicht unter das Niveau der Blendenöffnung absinkt. This facility prevents the liquid metal-water heat exchanger from leaking or breaking a pipe the high pressure liquid-gas mixture with reaction products get into the line parts of the liquid metal circuit, which are only designed for low pressures. To a break or leak in a pipe carrying water or steam, this penetrates below a much higher level Pressurized medium into the flow space of the liquid metal under low pressure a, whereby the reaction products resulting from the chemical reactions, in particular hydrogen, require additional volumes. This removes the liquid metal from the affected heat exchanger unit displaces and flows at great speed under high pressure into the subsequent Management. The orifice that is switched on in this line and acts as a throttle point serves to achieve a high Pressure drop of the liquid metal to achieve the stress on the subsequent lines of the circuit considerably reduce. The orifice is not effective when operated by gas, steam, or a two-phase mixture is flowed through. Thus, even when the reaction front is advancing, only liquid metal is always added can reach the cover, this is upstream of the buffer container, which always contains so much liquid metal, that the liquid level, which drops rapidly in the event of an accident, does not drop below the level of the aperture.

Es müssen daher Vorkehrungen getroffen werden, um das Austreiben des im Pufferbehälter angesammelten Flüssigmetalls auf das zulässige Maß zu begrenzen. Die Berstscheibe dient dazu, die durch das Vordringen der Reaktionsfront vorangetriebene Flüssigmetallmenge und die nachfolgenden hochgespannten Dampf-, Gas- und Reaktionsproduktmengen aus dem Pufferbehälter abzulassen und dadurch eine Druckentlastung herbeizuführen. Nach Aufreißen der Berstscheibe strömt zunächst ein Flüssigmetallpfropfen durch die zum Abscheider führende Leitung. Der Abscheider hat die Aufgabe, aus dem Wasserdampf, Wasserstoff und dem Flüssigmetallnebel die nicht gasförmigen Reaktionsprodukte und den Flüssigmetailanteil zurückzuhalten. Während dieser Zeit ist auch noch im Pufferbehälter mit einem hohen Druck aus dem Dampfsystem zu rechnen. Wenn der Natriumpfropfen vom Abscheider aufgenommen worden ist, folgt ein Strom von Wasserstoff oder Wasserdampf, der mit Reaktionsprodukten oder Flüssigmetallnebel vermischt sein kann. Dabei sinkt der Druck im Pufferbehälter schnell ab.Therefore, precautions must be taken to expel the accumulated in the buffer tank Limit liquid metal to the permissible level. The rupture disc serves to prevent the penetration the amount of liquid metal driven forward by the reaction front and the subsequent high-tension vapor, Let off gas and reaction product quantities from the buffer tank and thereby relieve the pressure bring about. After the rupture disc has been torn open, a liquid metal plug first flows through the line leading to the separator. The separator has the task of removing water vapor, hydrogen and to retain the non-gaseous reaction products and the liquid metal content in the liquid metal mist. During this time there is still a high pressure from the steam system in the buffer tank calculate. When the sodium plug has been picked up by the separator, a stream of hydrogen follows or water vapor, which can be mixed with reaction products or liquid metal mist. Included the pressure in the buffer tank drops quickly.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pufferbehälter als senkrecht stehendes zylindrisches Gefäß ausgebildet, an dessen oberem Ende die den ganzen Querschnitt abschließende Berstscheibe angebracht ist.In a preferred embodiment, the buffer container is designed as a vertical cylindrical vessel, at the upper end of which the whole Cross-section final rupture disc is attached.

Diese trennt den Behälterraum von einem Überleitungsraum, in den die zum Abscheider führende Zuleitung mündet, wobei die Zuleitung, die das im Schadensfall zuströmende Flüssigmetall führt, im oberen Teil des Behälterraumes vor der Berstscheibe mündet und die das Flüssigmetall im Schadensfall abführende Leitung im unteren Bereich des Behälterraumes an diesen angeschlossen ist. Diese Ausbildungsweise hat zur Folge, daß die mit hoher Geschwindigkeit austretende Gasmenge den Druck im Flüssigmetall so stark erhöht, daß die Berstscheibe reißt und zugleich der Flüssigmetallspiegel im Behälterraum absinkt. Vom Pufferbehälter strömt das Flüssigmetall in die anschließende Leitung und passiert darauf die Blende, wobei der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit der im Kreislauf weiterströmenden Flüssigmetallmengen so begrenzt werden, daß in den Leitungen und Aggregaten des Kreislaufs keine Schäden oder Störungen hervorgerufen werden können.This separates the container space from a transfer space into which the supply line leading to the separator opens, whereby the supply line, which leads the liquid metal flowing in in the event of damage, in the upper part of the The container space opens in front of the rupture disc and the line leading away the liquid metal in the event of damage is connected to this in the lower area of the container space. This type of training has the consequence that the amount of gas escaping at high speed increases the pressure in the liquid metal so much that the rupture disk tears and at the same time the liquid metal level in the container space sinks. From the buffer tank the liquid metal flows into the adjoining line and then passes the diaphragm, whereby the pressure and the flow rate of the liquid metal flowing on in the circuit can be limited in such a way that that no damage or malfunctions are caused in the lines and units of the circuit can.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß an den äußeren Leitungsteil des Pufferbehälters, in der das Flüssigmetall abführenden Leitung mittels einer Abzweigleitung ein gesonderter Stoßtank angeschlossen ist, in dem dauernd ein bestimmter Füllstand des Flüssigmetalls gegen den Druck eines Inertgaspolsters aufrechterhalten wird. Dieser Stoßtank hat an dieser Stelle nicht die Funktion des von Druckwasserreaktoranlagen bekannten Druckhalters, sondern soll bei einem Schadensfall einen Teil des in Richtung auf die anschließenden Anlagenteile beschleunigten Flüssigmetalls aufnehmen und dergestalt unzulässige Druckstöße in den anschließenden Anlageteilen verhindern. In a further embodiment of the invention it is proposed that on the outer line part of the buffer container, a separate shock tank by means of a branch line in the line discharging the liquid metal is connected, in which a certain level of liquid metal against the pressure of an inert gas cushion is maintained. This shock tank does not have the function of pressurized water reactor systems at this point known pressurizer, but should in the event of damage a part of the in the direction absorb accelerated liquid metal on the subsequent system parts and thus inadmissible Prevent pressure surges in the subsequent system parts.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist der Überleitungsraum des Pufferbehälters zwischen Berstscheibe und Abführungsleitung erheblich, etwa auf das Doppelte des Behälterdurchmessers erweitert. Dadurch wird ein Ausdehnungsraum geschaffen, welcher nach dem Reißen der Berstscheibe eine Ausdehnung des Metallpfropfens und ein beschleunigtes Hindurchtreten des gas- und dampfförmigen Mediums ermöglicht, was zur Folge hat, daß die eingeströmten Gasmengen und Reaktionsprodukte rascher unter geringerem Druckverlust in den Abscheider gelangen können.According to a further feature of the invention, the transfer space of the buffer container is between the bursting disc and discharge line expanded considerably, approximately to twice the container diameter. Through this an expansion space is created, which expansion space after the rupture disc ruptures of the metal plug and an accelerated passage of the gaseous and vaporous medium enables, As a result, the gas quantities and reaction products flowing in more rapidly and less Pressure loss can get into the separator.

In einer abgewandelten Ausbildungsweise mündet erfindungsgemäß der innere Leitungsteil, der den Pufferbehälter mit der Wärmetauschereinheit verbindet, über ein im Pufferbehälter angebrachtes, von unten nach oben führendes Rohr unmittelbar unterhalb der Berstscheibe. Diese Ausführung bewirkt einen zusätzlichen Effekt, der darin besteht, daß die sich im Behälterraum sammelnden Gasmengen ejektorartig mitgerissen und damit rascher abgeführt werden. Dadurch kann zusätzlich eine Unterdrückung der Bildung eines Metallpfropfens erreicht werden.In a modified embodiment, according to the invention, the inner line part, which is the buffer container, opens out connects with the heat exchanger unit, via a mounted in the buffer tank, from below upward pipe immediately below the rupture disc. This execution causes an additional Effect that consists in the fact that the quantities of gas that collect in the container space are entrained in the manner of an ejector and can therefore be discharged more quickly. This can also suppress the formation of a metal plug can be achieved.

Eine abgewandelte Ausbildung nach der Erfindung besteht darin, daß der Entlastungsraum als Vorabscheider ausgebildet ist, dessen Gasableitungsrohr zum nachgeschalteten Abscheider führt. Diese Ausbildungsweise dient dem Zweck, den Pufferbehälter möglichst klein dimensionieren zu können. Dazu ist es erforderlich, die Zeitdauer, während welcher der hohe Reaktionsdruck herrscht, möglichst kurz zu halten. Hierzu sind alle Maßnahmen geeignet, die ein rasches Abführen der Reaktionsgase und ein rasches Trennen der Flüssigmctallnebel von diesen Reaktionsgasen und Wasserdampf ermöglichen. Der Vorabscheider dient in erster Linie dazu, die nicht im Pufferbehälter zurückgebliebenen Mengen an Flüssigmetall, insbesondere den vom Druck der Gase und Dämpfe ausgetriebenen Flüssigmetallpfropfen aufzunehmen und möglichst rasch von den Gasen und Dämpfen zu trennen, so daß diese über die Verbindungsleitung in den nachgeschalteten Abscheider austreten können.A modified embodiment according to the invention is that the relief space as a pre-separator is formed, the gas discharge pipe leads to the downstream separator. This way of training serves the purpose of making the buffer tank as small as possible. For this it is necessary to keep the period of time during which the high reaction pressure prevails as short as possible. For this all measures are suitable that allow rapid removal of the reaction gases and rapid separation of the Allow liquid metal mist from these reaction gases and water vapor. The pre-separator is used in primarily to the amounts of liquid metal not left in the buffer tank, especially the absorb plugs of liquid metal expelled by the pressure of the gases and vapors and as quickly as possible to separate from the gases and vapors, so that they can be fed into the downstream via the connecting line Separator can escape.

Besonders vorteilhaft ist es nach der weiteren Erfindung, daß die zum Vorabscheider führende Überströmleitung horizontal angeordnet ist und seitlich tangentialAccording to the further invention, it is particularly advantageous that the overflow line leading to the pre-separator is arranged horizontally and tangentially to the side

ίο in diesen einmündet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn diese Leitung sehr kurz gehalten wird, um die maximale Länge des Pfropfens möglichst klein zu halten.ίο flows into this. It is useful if this line is kept very short in order to keep the maximum length of the plug as small as possible.

Ein vorteilhaftes Ausbildungsmerkmal nach der Erfindung besteht auch noch darin, daß der Abscheider an den Pufferbehälter über eine Leitung angeschlossen ist, die kurz vor dem Abscheider geteilt ist, und die zwei Leitungsteile an gegenüberliegenden Seiten in gleichem Drehsinn tangential in den Abscheidebehälter einmünden. Dadurch wird eine gleichmäßigere Zufüh-An advantageous design feature according to the invention is that the separator is on the buffer tank is connected via a line that is divided just before the separator, and the two Line parts on opposite sides in the same direction of rotation tangentially into the separator tank merge. This results in a more even feed

ao rung des Flüssigmetall, Dampf, Wasserstoff und Reaktionsprodukte enthaltenden Mediums erreicht, und es werden Schwingungserscheinungen reduziert, die einen größeren technischen Aufwand für die betriebssichere Ausbildung und Anordnung des Abscheiders erfordern würden.ao tion of the liquid metal, steam, hydrogen and reaction products containing medium reached, and vibration phenomena are reduced, the one require greater technical effort for the operationally reliable training and arrangement of the separator would.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß vom äußeren Leitungsteil des Pufferbehälters eine Leitung abzweigt, die zu einem weiteren Abscheider führt und in die ebenfalls eine Berstscheibe eingesetzt ist.Another feature of the invention provides that a line from the outer line part of the buffer container branches off, which leads to another separator and in which a rupture disc is also inserted.

Damit wird im Falle eines Schadens dem aus der Blende austretenden Flüssigmetall ein Austrittsweg eröffnet, auf dem nur sehr geringe Flüssigkeitsmassen beschleunigt werden müssen. Infolge der dadurch erheblich herabgesetzten zu beschleunigenden Massen werden um den Faktor 10 bis 100 höhere Beschleunigungswerte erzielt und eine entsprechende Verkürzung der Zeitdauer bis zur Erreichung der maximalen Abströmgeschwindigkeit erreicht. Damit wird ermöglicht, daß die Blende in ganz wesentlich kürzerer Zeit ihre volle Drosselwirkung erreicht.In the event of damage, this opens up an exit path for the liquid metal emerging from the diaphragm, on which only very small amounts of liquid have to be accelerated. As a result of this considerably reduced masses to be accelerated are achieved by a factor of 10 to 100 higher acceleration values and a corresponding shortening of the Time taken to reach the maximum outflow velocity. This enables the aperture reaches its full throttling effect in a much shorter time.

Ein weiteres Ausbildungsmerkmal der Wärmetauscheranlage nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei der Anordnung mehrerer Wärmetauschereinheiten in die Zuleitung zu einzelnen oder in die gemeinsamen Zuleitungen zu mehreren Wärmetauschereinheiten Rückschlagarmaturen eingesetzt sind, die die Leitung bei Durchflußrichtungsumkehr selbsttätig absperren. Dadurch wird im Falle von Reaktionen des Flüssigmetalls mit Wasser oder Dampf infolge von Rohrbrüchen die vom Wärmeerzeuger kommende Flüssigmetallzufuhr gegenüber den betroffenen Wärmetauschereinheiten abgesperrt und der Durchtritt von Wasser, Dampf oder Reaktionsprodukten unterbunden. Wenn die Rückschlagarmaturen in die gemeinsamen Zuleitungen zu mehreren Wärmetauschereinheiten eingesetzt sind, hat dies den Vorteil, daß sich keine stehende Reaktionszone ausbildet, weil sich der in Geschwindigkeit umgesetzte Reaktionsdruck in die der betroffenen Wärmetauschereinheit benachbarte Einheit auswirken kann, so daß eine Verteilung der beschleunigten Flüssigkeitsmenge und der Reaktionsprodukte und Gase in den Nachbareinheiten und damit eine Druckentlastung stattfindet. Auf diese Weise erreicht man ferner eine bewegte Reaktionszone, durch die die Rohrwandungen örtlich nicht so stark erhitzt werden, wie dies bei einer stehenden Reaktionszone der Fall wäre.Another feature of the heat exchanger system according to the invention can be seen in the fact that when arranging several heat exchanger units in the supply line to individual or in the common Supply lines to several heat exchanger units check valves are used, which the line Shut off automatically when the direction of flow is reversed. This will in case of reactions of the liquid metal the liquid metal supply coming from the heat generator with water or steam as a result of pipe bursts blocked from the affected heat exchanger units and the passage of water, steam or reaction products prevented. When the check valves in the common supply lines are used to several heat exchanger units, this has the advantage that there is no standing reaction zone develops because the reaction pressure converted into speed is converted into that of the affected Heat exchanger unit can affect neighboring unit, so that a distribution of the accelerated amount of liquid and the reaction products and gases in the neighboring units and thus a pressure relief takes place. In this way one also achieves a moving reaction zone through which the pipe walls are not locally heated as much as would be the case with a stationary reaction zone.

Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in dem äußeren Leitungsteil des PuffcrbchältcrsAn additional feature of the invention is that in the outer conduit part of the buffer tank

zwischen der Drosseleinrichtung und der zum Stoßtank führenden Abzweigleitung ein Schnellschlußorgan eingeschaltet ist. Wenn dieses nach dem Auftreten eines Schadens geschlossen wird, ist der Kreislauf gegen Beschädigungen auf Grund von gegebenenfalls auftretenden Nachreaktionen geschützt.A quick-closing device is switched on between the throttle device and the branch line leading to the shock tank is. If this is closed after damage has occurred, the cycle is against damage protected due to any secondary reactions that may occur.

Die Erfindung umfaßt die weiter oben beschriebenen Maßnahmen auch auf der sogenannten »heißen Seite« des Flüssigmetallkreislaufes, also in dem von der Wärmequelle kommenden und zum Wärmetauscher führenden Zuleitungsteil, zur Abführung der rückströmenden Reaktionsprodukte und der betroffenen Flüssigkeitsmengen. Bei dieser Ausbildungsweise sind besondere Rückschlagarmaturen in den zu den Wärmetauschereinheiten führenden Leitungen überflüssig. Die Anordnung des Pufferbehälters auf der »heißen Seite« hat den Vorteil, daß das rückströmende Flüssigmetall, wie auf der »kalten Seite« des Wärmetauschers, mit maximaler Geschwindigkeit aufgenommen und abgeschieden werden kann, ohne daß Rückwirkungen auf die Wärmeerzeugungsanlage, insbesondere dem gegebenenfalls vorgeschalteten Zwischenwärmetauscher, zu befürchten sind. Die Wirkungsweise des Pufferbehälters auf der »heißen Seite« in Verbindung mit dem angeschlossenen Abscheider ist dieselbe wie die bereits beschriebene auf der »kalten Seite«. Das Flüssigmetall sammelt sich im unteren Bereich des Pufferbehälters an, soweit es nicht als Pfropfen beim Reißen der Berstscheibe zusammen mit dem dampf- und gasförmigen Medien in den Abscheider gelangt. Für das im unteren Teil des Pufferbehälters angesammelte Flüssigmetall ist ein besonderer Entlastungsweg vorgesehen. Es tritt jedoch die zusätzliche Schwierigkeit auf, daß in den Zuleitungen eine Durchflußrichtungsumkehr stattfinden muß, damit das Druckentlastungssystem wirksam wird. Diese wird dadurch begünstigt, daß zwischen der Wärmequelle und dem Pufferbehälter eine Abscheidung vorgesehen ist, durch die die im Pufferbehälter sich ausbildenden Drücke in einer sehr kurzen Zeit infolge Entlastung durch Überströmen in die durch die Berstscheibe gesicherte Abzweigungsleitung abgebaut werden. Daher ist erfindungsgemäß in der das Flüssigmetall zuführenden Leitung als Drosseleinrichtung eine Düse mit einem in Betriebsdurchflußrichtung geringen, bei Durchflußrichtungsumkehr jedoch hohen Druckverlust eingeschaltet.The invention includes the measures described above also on the so-called "hot side" of the liquid metal circuit, i.e. in the one coming from the heat source and leading to the heat exchanger Inlet part, for discharging the backflowing reaction products and the affected amounts of liquid. This type of training is special Check valves in the lines leading to the heat exchanger units are superfluous. The order the buffer tank on the "hot side" has the advantage that the flowing back liquid metal, such as on the "cold side" of the heat exchanger, picked up and separated at maximum speed can be without repercussions on the heat generation system, in particular if necessary upstream intermediate heat exchanger are to be feared. How the buffer tank works on the »hot side« in connection with the connected separator is the same as that already described on the "cold side". The liquid metal collects in the lower area of the buffer tank to the extent that it does not act as a plug when the rupture disc ruptures along with the vaporous and gaseous Media enters the separator. For the liquid metal accumulated in the lower part of the buffer tank is a special relief route is provided. However, there is the additional difficulty that in the leads a reversal of flow direction must take place for the pressure relief system to take effect. This is promoted by the fact that there is a separation between the heat source and the buffer container is provided, through which the pressures developing in the buffer tank in a very short time as a result of relief by overflow in the branch line secured by the rupture disc. Therefore, according to the invention, a nozzle is used as a throttle device in the line supplying the liquid metal with a low pressure loss in the operating flow direction, but high when the flow direction is reversed switched on.

Nach einem weiteren Ausführungsmerkmal der Wärmetauscheranlage nach der Erfindung ist in die Flüssigmetallabführungsleitung jeder einzelnen oder mehrerer Wärmetauschereinheiten gemeinsam je ein Wasserstoffblasennachweisgerät eingeschaltet. Dies hat den Zweck, bei Porenbildung in der Größenordnung von 0,01 bis etwa 0,5 mm in den Wasser- bzw. Dampfrohren der Wärmetauschereinheiten diese Schaden sofort erkennbar zu machen, um danach die Schnellschlußventile abzusperren. Bei derartigen Schäden treten infolge der Flüssigmetall-Wasser-Reaktionen Wasserstoffbildungen auf, die in Form von Blasen vom Flüssigmetall mitgerissen werden und dann von diesen Geräten registrierbar sind.According to a further design feature of the heat exchanger system according to the invention is in the liquid metal discharge line each individual or several heat exchanger units together have a hydrogen bubble detection device switched on. The purpose of this is to prevent pore formation in the order of magnitude of 0.01 to about 0.5 mm in the water or steam pipes the heat exchanger units to make this damage immediately recognizable, and then the quick-closing valves lock off. In the event of such damage, hydrogen formation occurs as a result of the liquid metal-water reactions which are carried away by the liquid metal in the form of bubbles and can then be recorded by these devices are.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht noch darin, daß zwei oder mehr Wärmetauschereinheiten mit ihren Pufferbehältern an eine gemeinsame Flüssigmetallzuleitung angeschlossen sein können, wobei in jede Abzweigleitung eine Düse mit einem in Betriebsdurchflußrichtung geringen, bei Durchflußrichtungsumkehr jedoch hohem Druckverlust eingeschaltet ist. Durch eine solche Anordnung wird ein noch stärkerer Entlastungseffekt erzielt, weil bei Strömungsrichtungsumkehr aus dem betroffenen Wärmetauschersystem die Flüssigkeitsmenge zunächst die erste Düse mit hohem Druckverlust passiert und mit erheblich verringertem Druck in die Abzweigleitung eintritt, wo sie die Düse mit geringem Druckabfall ohne großen Widerstand passieren und sich auf das zweite Druckentlastungssystem der nicht betroffenen Wärmetauschereinheit auswirken kann. Ein besonders günstiger Effekt wird dadurch hervorgerufen, daß die Beschleunigungen in Richtung auf das Druckentlastungssystem der parallelen Wärmetauschereinheit erheblich höher sind als in Richtung auf den Wärmeerzeuger, weil wesentlich geringere Flüssigkeitsmengen zu bewegen sind.A particular advantage of the system according to the invention is that two or more heat exchanger units be connected with their buffer tanks to a common liquid metal supply line can, with a nozzle in each branch line with a low in the operating flow direction, at Flow direction reversal is switched on, however, high pressure loss. Such an arrangement will an even stronger relief effect is achieved, because when the direction of flow is reversed from the affected heat exchanger system the amount of liquid first passes the first nozzle with a high pressure loss and with significantly reduced pressure enters the branch line, where it exits the nozzle with little pressure drop without pass great resistance and rely on the second pressure relief system of the unaffected heat exchanger unit can affect. A particularly favorable effect is caused by the accelerations in the direction of the pressure relief system of the parallel heat exchanger unit are higher than in the direction of the heat generator, because much smaller amounts of liquid have to be moved are.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wärmctauscheranlage sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Wärmetauscheranlage nach der Erfin-Embodiments of the heat exchanger system according to the invention are shown schematically in the drawing and explained in more detail below. It shows
F i g. 1 a heat exchanger system according to the invention

»° dung in schematischer Darstellung,»° formation in a schematic representation,

F i g. 2 den Pufferbehälter aus F i g. 1 im Schnitt,
F i g. 3 einen Pufferbehälter gemäß F i g. 2 in anderer Ausführung im Schnitt,F i g. 2 the buffer container from FIG. 1 on average,
F i g. 3 a buffer container according to FIG. 2 in a different version in section,

Fig.4 einen Pufferbehälter mit einem nachgeschal-4 shows a buffer tank with a downstream

»5 teten Vorabscheider im Schnitt,»5 ked pre-separators on average,

F i g. 5 eine Wärmetauscheranlage in einer gegenüber der F i g. 1 abgewandelten Ausbildungsweise mit einem Pufferbehälter auf der »heißen Seite«.F i g. 5 shows a heat exchanger system in a configuration compared to FIG. 1 modified training method with a buffer container on the »hot side«.

In F i g. 1 führt die Leitung 1 das aus dem Zwischenwärmetauscher (Austauschmedien Primär-Natrium/Sekundär-Natrium) kommende Natrium mit einer Temperatur von etwa 560⁰C. In die Leitung 1 ist ein Schnellschlußorgan 2 eingeschaltet, welche es ermöglicht, beim Auftreten von Flüssigmetall-Wasser-Reaktionen infolge von Rohrbrüchen den Leitungsteil 1 rasch abzusperren und gegen Nachreaktionen zu schützen. Der nachgeschaltete Leitungsteil 3 dient als Verteilerleitung, von dem die Leitung 4 abzweigt, die zu der Sammelleitung 5 führt. In die Leitung 4 ist eineIn Fig. 1, line 1 carries the sodium coming from the intermediate heat exchanger (exchange media primary sodium / secondary sodium) at a temperature of about 560 ^° C. In line 1, a quick-release device 2 is switched on, which makes it possible to prevent liquid metal water from occurring when liquid metal occurs -Reactions as a result of pipe bursts to shut off the line part 1 quickly and protect against secondary reactions. The downstream line part 3 serves as a distribution line, from which the line 4 branches off and leads to the collecting line 5. In the line 4 is one

4» Rückschlagarmatur 6 eingesetzt, die beim Auftreten von Flüssigmetall-Wasser-Reaktionen sofort schließt und die Verteilerleitung 3 gegenüber der Sammelleitung 5 absperrt. Von der Sammelleitung 5 zweigen die Zuleitungen 7 zu den Wärmetauschereinheiten 8 ab, die in Doppelrohrkonstruktion ausgebildet sind, d. h. das Natrium ist im Außenrohr geführt und tritt durch die Ableitungsrohre 9 in die Sammelableitung 10 über. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen sein, daß aus der Verteilerleitung 3 zu jeder Wärmetauschereinheit 8n unmittelbar ein Zuleitungsrohr Ta führt, in welches jeweils eine Rückschlagarmatur 6 eingeschaltet ist. Dabei können ferner jeweils zwei Wärmetauschereinheiten 8a natriumseitig mittels einer Leitungsverbindung Tb miteinander gekoppelt sein. Die einzelnen Wärmetauschereinheiten 8<i stehen über Einzelableitungen 9a mit der Hauptableitung 11 in Verbindung, in die auch die Sammelableitung 10 einmündet. In die einzelnen Ableitungen 9a und in die Sammelableitung 10a sind besondere Wasserstoffblasen-Nachweisgeräte 40 eingeschaltet. 4 »Check valve 6 is used, which closes immediately when liquid metal-water reactions occur and blocks the distribution line 3 from the collecting line 5. From the collecting line 5, the supply lines 7 branch off to the heat exchanger units 8, which are designed as a double pipe construction, ie the sodium is guided in the outer pipe and passes through the discharge pipes 9 into the collecting discharge line 10. The arrangement can, however, also be made such that a feed pipe Ta leads directly from the distributor line 3 to each heat exchanger unit 8n , in each of which a non-return valve 6 is connected. Two heat exchanger units 8a can also be coupled to one another on the sodium side by means of a line connection Tb. The individual heat exchanger units 8 <i are connected via individual lines 9a to the main line 11, into which the collective line 10 also opens. Special hydrogen bubble detection devices 40 are switched into the individual discharge lines 9a and the collective discharge line 10a.

Diese dienen dazu, in den Natriumableitungen mitgeführte Wasserstoffblasen nachzuweisen. Im Schadensfall kann Wasserstoff durch feinere oder gröbere Poren in den Leitungswandungen aus den Wasser- bzw. Dampfrohren in die Natriumrohre gelangen. Die mit 12 bezeichnete Leitung führt das für die Dampferzeugung benötigte Wasser zu. Mit 13 ist ein Schncllschlußorgan bezeichnet, welches dazu dient, im Gefahrenfalle denThese serve to detect hydrogen bubbles carried along in the sodium drains. In case of damage can hydrogen through finer or coarser pores in the pipe walls from the water or Steam pipes get into the sodium pipes. The line labeled 12 carries out the steam generation needed water too. At 13 is a snap closure denotes, which is used in case of danger

409 525/293409 525/293

Wasserzulauf abzusperren. Von der Wassersammelzuleitung 14 zweigen die Einzelzuleitungen 15 ab, mittels denen den Wärmetauschereinheiten 8, 8a das Speisewasser zugeführt wird. Der erzeugte Dampf wird in den Dampfableitungen 16 der Dampfsammelleitung 17 zugeführt, in die ebenfalls ein Dampfschnellschlußorgan 18 eingeschaltet ist. Nach dem Durchlauf der einzelnen Wärmetauschereinheiten 8, 8a verläßt das auf 300⁰C abgekühlte Natrium in der Hauptleitung 11 den Wärmetauscherbereich und gelangt in den Pufferbehälter 19, in dessen Behälterraum 20 die Hauptleitung 11 im oberen Bereich einmündet. Der Behälterraum 20 ist nach oben durch eine Berstscheibe 21 (s. Fig.2 bis4) gegenüber dem Entlastungsraum 22 abgeschlossen, in den eine Verbindungsleitung 23 einmündet, welche zum Abscheider 24 führt. Die Verbindungsleitung 23 verzweigt sich in die Leitungen 23a, 23b, die tangential im gleichen Drehsinn in den Abscheider 24 einmünden. Die dampf- und gasförmigen Medien werden über die Leitung 25 abgeführt, während das sich ansammelnde Flüssigmetall mittels der absperrbaren Leitung 26 entnommen werden kann. Die Leitung 25 ist innerhalb des Abscheiders mit den Öffnungen 39 versehen, um den Durchtritt dampf- und gasförmiger Medien auch dann noch zu ermöglichen, wenn die Leitungsmündung unterhalb des Natriumspiegels liegt. Das sich im Behälterraum 20 ansammelnde Flüssigmetall wird durch die Leitung 27 abgeführt, in die eine Blende 28 eingeschaltet ist. Ferner ist in den Leitungsteil 30 nach der Blende 28 ein Schnellschlußorgan 29 eingesetzt und eine Abzweigleitung 31 angeschlossen, die zum Stoßtank 32 führt, in dem oberhalb des Natriumspiegels ein Inertgaspolster unter einem bestimmten Druck aufrechterhalten wird. Bei einem Innenrohrbruch in einer Wärmetauschereinheit 8 oder 8a sprechen sofort die zugehörigen Rückschlagarmaturen 6 an und sperren die Natriumverteilerleitung 3 ab. Die Druckspitze vor den Schnellschluß bzw. Rückschlagarmaturen 6 wird durch die gruppenweise verbundenen Zuleitungsrohre Ta abgeschwächt, und vor allem wird die Bildung einer stehenden Reaktionszone und damit eine Gefährdung der äußeren Ummanrelung der Wärmetauschereinheiten 8, 8a vermieden. Die Reaktionszone wandert nunmehr in den Ableitungsrohren 9, 9a, 10, 10a in die Hauptleitung 11. Die übrigen als Rohrbruchsicherungen dienenden Rückschlagarmaturen 6 schließen ebenfalls, so daß die Verteilerleitung 3 praktisch abgesperrt ist. Kurz vor Eintritt der Reaktionszone in den Behälterraum 20 reißt die Berstscheibe 21, und der Natriumspiegel steigt in der Rohrleitung 23, 23a, 236 zum Abscheider 24 hoch. Beim Eintritt der Reaktionszone in den Entlastungsraum 22 wird das über der Reaktionszone befindliche Natrium (Natriumpfropfen) mit großer Geschwindigkeit in den Abscheider 24 gedrückt. Durch die Erweiterung des Entlastungsraumes 22 unmittelbar über der Berstscheibe 21 kann die Bildung eines geschlossenen Natriumpfropfens und damit eine zu starke Belastung des Abscheiders 24 vermieden werden. Das Volumen des Pufferbehälters 19, die Erweiterung des Entlastungsraumes 22 und die Blende 28 sowie das Gasvolumen im Stoßtank 32 sind so bemessen, daß keine Gefährdung des sekundären Natriumsystems, insbesondere des Zwischenwärmetauschers, zu befürchten ist. Die dosierende Wirkung der Blende 28 hinter dem Pufferbehälter 19 sowie die Pufferwirkung des Gaspolsters im Stoßtank 32 verhindern einen unzulässig hohen Druckanstieg im sekundären Natriumsystem.
In F i g. 2 ist der Pufferbehälter 19 aus F i g. 1 im einzelnen dargestellt. In seinem oberen Bereich mündet die das Natrium zuführende Hauptleitung 11. Im unteren Bereich mündet die Abführungsleitung 27 für das Natrium, in welche eine Blende 28 eingesetzt ist. Der Pufferbehälter 19 ist oben durch eine Flanschanordnung 21a abgeschlossen, die zugleich als Einspannung für die Berstscheibe 21 dient. Der erweiterte Raum über der Berstscheibe 21 dient als Entlastungsraum 22 und führt zur Verbindungsleitung 23, durch die das Natrium dem in F i g. 1 dargestellten Abscheider 24 zugeführt wird.Shut off the water inlet. The individual feed lines 15 branch off from the water collecting feed line 14, by means of which the feed water is fed to the heat exchanger units 8, 8a. The generated steam is fed in the steam discharge lines 16 of the steam collecting line 17, in which a steam quick-closing element 18 is also switched on. After passing through the individual heat exchanger units 8, 8a, the ^{sodium in the main line 11, cooled to 300 °} C., leaves the heat exchanger area and enters the buffer tank 19, into whose tank space 20 the main line 11 opens in the upper area. The container space 20 is closed at the top by a rupture disk 21 (see FIGS. 2 to 4) from the relief space 22, into which a connecting line 23 opens, which leads to the separator 24. The connecting line 23 branches into the lines 23a, 23b, which open tangentially into the separator 24 in the same direction of rotation. The vaporous and gaseous media are discharged via line 25, while the accumulating liquid metal can be removed by means of line 26 which can be shut off. The line 25 is provided with the openings 39 within the separator in order to allow the passage of vaporous and gaseous media even when the line mouth is below the sodium level. The liquid metal that collects in the container space 20 is discharged through the line 27, into which a diaphragm 28 is switched on. Furthermore, a quick-closing element 29 is inserted into the line part 30 after the diaphragm 28 and a branch line 31 is connected which leads to the shock tank 32, in which an inert gas cushion is maintained above the sodium level under a certain pressure. In the event of an inner pipe rupture in a heat exchanger unit 8 or 8a, the associated check valves 6 respond immediately and shut off the sodium distribution line 3. The pressure peak in front of the quick- action or non-return valves 6 is weakened by the supply pipes Ta connected in groups, and above all the formation of a standing reaction zone and thus a risk to the outer casing of the heat exchanger units 8, 8a is avoided. The reaction zone now migrates in the discharge pipes 9, 9a, 10, 10a into the main line 11. The other non-return valves 6 serving as pipe rupture safeguards also close, so that the distribution line 3 is practically shut off. Shortly before the reaction zone enters the container space 20, the rupture disk 21 ruptures and the sodium level rises in the pipeline 23, 23a, 236 to the separator 24. When the reaction zone enters the relief space 22, the sodium (sodium plug) located above the reaction zone is pressed into the separator 24 at high speed. By widening the relief space 22 directly above the rupture disk 21, the formation of a closed sodium plug and thus excessive loading of the separator 24 can be avoided. The volume of the buffer tank 19, the expansion of the relief space 22 and the diaphragm 28 as well as the gas volume in the shock tank 32 are dimensioned so that there is no danger of the secondary sodium system, in particular the intermediate heat exchanger. The metering effect of the diaphragm 28 behind the buffer container 19 and the buffer effect of the gas cushion in the shock tank 32 prevent an inadmissibly high pressure increase in the secondary sodium system.
In Fig. 2 is the buffer container 19 from FIG. 1 shown in detail. The main line 11, which supplies the sodium, opens in its upper area. In the lower area, the discharge line 27 for the sodium, into which a diaphragm 28 is inserted, opens. The buffer container 19 is closed at the top by a flange arrangement 21 a, which also serves as a clamp for the rupture disk 21. The expanded space above the rupture disc 21 serves as a relief space 22 and leads to the connecting line 23 through which the sodium to the in FIG. 1 illustrated separator 24 is supplied.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung des Pufferbehälters 19 aus Fig. 1. Auch hier wird das abgekühlte Natrium dem Behälterraum 20 zugeführt, der durch eine Berstscheibe 21 von dem Entlastungsraum 22 getrennt ist. Vom Entlastungsraum 22 führt die Verbindungsleitung 23 zu dem in F i g. 1 dargestellten Abscheider 24. Im Gegensatz zu der Ausführung nach F i g. 2 ist die Hauptleitung 11 zur Zufuhr des Flüssigmetalls im unteren Teil des Pufferbehälters 19 angeschlossen und führt innerhalb des Behälterraumes 20 senkrecht nach oben, wo sie unmittelbar vor der Berstscheibe 21 mündet. Die Flanschanordnung 21a schließt den Pufferbehälter 19 oben wiederum ab. Übereinstimmend mit der Ausführung nach F i g. 2 wird das Flüssigmetall im unteren Bereich des Pufferbehälters 19 mittels der Leitung 27 abgeführt, in die eine Blende 28 eingesetzt ist.F i g. 3 shows a modified embodiment of the buffer container 19 from FIG. 1. Here, too, the cooled one is cooled Sodium supplied to the container space 20, which is passed through a rupture disk 21 from the relief space 22 is separated. The connecting line 23 leads from the relief space 22 to the one shown in FIG. 1 shown separator 24. In contrast to the embodiment according to FIG. 2 is the main line 11 for supplying the liquid metal connected in the lower part of the buffer container 19 and leads within the container space 20 vertically upwards, where it opens immediately in front of the rupture disc 21. The flange arrangement 21a closes the buffer tank 19 from the top again. Consistent with the design according to FIG. 2 becomes the liquid metal discharged in the lower region of the buffer container 19 by means of the line 27 into which a diaphragm 28 is used.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsweise des Pufferbehälters 19 aus F i g. 1. Hier ist an den Pufferbehälter 19 noch ein Vorabscheider 33 angeschlossen. Dabei ist im unteren Bereich des Pufferbehälters ebenfalls die Hauptleitung 11 zur Zufuhr des Flüssigmetalls eingeführt und senkrecht nach oben geleitet. Ebenfalls im unteren Bereich mündet die Abführungsleitung 27, in die die Blende 28 wie in F i g. 1 eingesetzt ist. Im oberen Teil des Pufferbehälters 19 ist seitlich eine Abzweigleitung 34 von einem dem Behälterquerschnitt entsprechenden Durchmesser angeschlossen, in welche die Berstscheibe 21 eingesetzt ist. An die Abzweigleitung 34 schließt sich der Vorabscheider 33 an, dessen Gasableitungsrohr 35 zum in Fig.] dargestellten Hauptabscheider 24 führt. Das unten offene Gasableitungsrohr 35 ist an seinem Rohrmantel mit Öffnungen 35a versehen, durch die auch bei Ansteigen des Natriumspiegels über die untere Öffnung die Reaktionsgase entweichen können. Der Vorabscheider 35 ist mit einer absperrbaren Ablaßleitung 26a für das Flüssigmetall versehen.F i g. 4 shows a further embodiment of the buffer container 19 from FIG. 1. Here is the buffer tank 19 a pre-separator 33 is also connected. There is also the in the lower area of the buffer tank Main line 11 introduced for the supply of the liquid metal and passed vertically upwards. Also in The discharge line 27 opens into the lower area, into which the diaphragm 28 as in FIG. 1 is used. At the top Part of the buffer container 19 is a branch line 34 laterally from one of the container cross-sections connected corresponding diameter in which the rupture disc 21 is inserted. To the branch line 34 is followed by the pre-separator 33, the gas discharge pipe 35 of which is shown in FIG Main separator 24 leads. The gas discharge pipe 35, which is open at the bottom, has openings on its pipe jacket 35a, through which the reaction gases are released even when the sodium level rises above the lower opening can escape. The pre-separator 35 is provided with a shut-off drain line 26a for the liquid metal Mistake.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung der Wärmetauscheranlage. In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Blende 28 und dem Schnellschlußventil 29 in den Leitungsteil 30 der Abführungsleitung eine Abzweigleitung 36 angeschlossen, die zu einem nicht dargestellten Abscheider führt und in die eine Berstscheibe 37 eingesetzt ist. Die zu beschleunigende Masse wird durch die Abzweigleitung 36 wesentlich herabgesetzt; dadurch werden in dem Leitungsteil 30 um den Faktor 10 bis 100 höhere Beschleunigungswerte erzielt, weil ein erheblicher Teil der Flüssigmetallmengen über die Abzweigleitung 36 in den Abscheider entweichen können, während die Geschwindigkeit auf dem Wege über das Schnellschlußventil 29 zur Wärmequelle sich nur verhältnismäßig langsam verändert. Eine weitere Verbesserung der dargestellten Wärmetauscheranlage besteht noch darin, daß auf der heißen Seite des Flüssigmetallkreislaufes zwischen Zuleitung la und Verteilerleitung 3 ein dauernd durchströmter Pufferbehäl-F i g. 5 shows a modified embodiment of the heat exchanger system. In this embodiment is between the diaphragm 28 and the quick-acting valve 29 in the line part 30 of the discharge line Branch line 36 connected, which leads to a separator, not shown, and into which a rupture disc 37 is inserted. The mass to be accelerated is significantly reduced by the branch line 36; as a result, acceleration values higher by a factor of 10 to 100 are achieved in the line part 30, because a considerable part of the liquid metal quantities escape via the branch line 36 into the separator can, while the speed is on the way via the quick-acting valve 29 to the heat source only changed relatively slowly. Another improvement of the heat exchanger system shown there is still the fact that on the hot side of the liquid metal circuit between supply line la and distributor line 3 a continuously flowing buffer tank

ter 19a eingeschaltet ist, dessen Behälterraum 20 ebenfalls mittels einer Berstscheibe 21 vom Entlastungsraum 22 getrennt ist. Vom Entlastungsraum 22 führt eine Verbindungsleitung 23 zu einem nicht näher dargestellten Abscheider. Im Gegensatz zu der Ausbildung beim Pufferbehälter 19 auf der sogenannten kalten Seite mündet die Zuführungsleitung la für das Flüssigmetall im unteren Bereich des Pufferbehälters 19a, während die Verteilerleitung 3, durch die das Flüssigmetall aus dem Pufferbehälter 19a abgeführt wird, im oberen Bereich unterhalb der Berstscheibe 21 am Pufferbehälter 19a angeschlossen ist. An den Zuführungsleitungs-ter 19a is switched on, the container space 20 of which is also separated from the relief space 22 by means of a rupture disk 21. From the relief space 22 leads a connecting line 23 to a separator not shown in detail. In contrast to the training the supply line la for the liquid metal opens out at the buffer tank 19 on the so-called cold side in the lower region of the buffer tank 19a, while the distribution line 3 through which the liquid metal is discharged from the buffer container 19a, in the upper area below the rupture disk 21 on the buffer container 19a is connected. At the feed line

strang la ist eine Abzweigleitung 36a angeschlossen, in die eine Berstscheibe 37a eingeschaltet ist, welche zu einem nicht dargestellten Abscheider führt. Diese Ausbildungsweise hat den Vorteil, daß die sich im Pufferbehälter 19a ausbildenden Drücke in sehr kurzer Zeit infolge Entlastung durch Überströmen in die durch die Berstscheibe 37a gesicherte Abzweigungsleitung 36a abgebaut werden. Dabei ist es vorteilhaft, in die kurz zu haltende Leitung Ib zwischen der Abzweigung 36a und dem Pufferbehälter 19a eine Düse 38 einzusetzen, die in Betriebsdurchflußrichtung geringen, bei Durchflußumkehr jedoch einen hohen Druckverlust bewirkt.line la is connected to a branch line 36a into which a rupture disk 37a is connected, which leads to a separator, not shown. This design has the advantage that the pressures that develop in the buffer container 19a are reduced in a very short time as a result of relief from overflow in the branch line 36a secured by the rupture disk 37a. It is advantageous to insert a nozzle 38 into the line Ib , which is to be kept short, between the branch 36a and the buffer container 19a, which causes a low pressure loss in the operating flow direction, but a high pressure loss when the flow is reversed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

1. Wärmetauscheranlage für die Austauschmedien Flüssigmetall und Wasser, bestehend aus mindestens einer Wärmetauschereinheit mit Leitungen zum Zu- und Abführen von Flüssigmetall und aus mindestens einer über eine Berstscheibe angeschlossene Entlastungseinrichtung zur Aufnahme von im Falle von Rohrbrüchen austretendem hochgespanntem Flüssigmetall und Wassermengen, sowie Reaktionsprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der das Flüssigmetall führenden Leitungen (11, 27) ein von der Wärmetauschereinheit (8) getrennter, mit Flüssigmetall gefüllter Pufferbehälter (19) derart eingeschaltet ist, daß der den Pufferbehälter (19) mit der Wärmetauschereinheit (8) verbindende innere Leitungsteil (11) im oberen Bereich und der von der Wärmetauscheranlage wegführende äußere Leitungsteil (27) im unteren Bereich in den Pufferbehälter (19) einmündet und im äußeren Leitungsteil (27) eine Drosseleinrichtung (28) eingesetzt ist, und daß vom oberen Bereich des Pufferbehälters (19) eine im Normalzustand durch die Berstscheibe (21) abgeschlossene Überströmöffnung zu einem die Entlastungseinrichtung bildenden Entlastungsraum (22) mit einem daran angeschlossenen Abscheider (24) führt.1. Heat exchanger system for the exchange media liquid metal and water, consisting of at least a heat exchanger unit with lines for supplying and removing liquid metal and from at least one relief device connected via a rupture disc to accommodate of high-tension liquid metal and amounts of water escaping in the event of pipe bursts, as well as Reaction products, characterized in that that in at least one of the liquid metal leading lines (11, 27) one of the Heat exchanger unit (8) separate buffer container (19) filled with liquid metal is switched on in this way is that the buffer tank (19) with the heat exchanger unit (8) connecting the inner line part (11) in the upper area and the outer line part leading away from the heat exchanger system (27) opens into the buffer container (19) in the lower area and in the outer line part (27) a throttle device (28) is used, and that from the upper area of the buffer container (19) an overflow opening closed in the normal state by the rupture disk (21) to a die Relief device-forming relief space (22) with a separator connected to it (24) leads.

2. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (19) als senkrecht stehendes zylindrisches Gefäß ausgebildet ist, an dessen oberem Ende die den ganzen Gefäßquerschnitt abschließende Berstscheibe (21) angebracht ist.2. Heat exchanger system according to claim 1, characterized in that the buffer container (19) is designed as a vertical cylindrical vessel, at the upper end of which the whole Rupture disk (21) closing the vessel cross-section is attached.

3. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Leitungsteil (27) des Pufferbehälters (19), in der das Flüssigmetall abführenden Leitung (30) mittels einer Abzweigleitung (31) ein gesonderter Stoßtank (32) angeschlossen ist, in dem dauernd ein bestimmter Füllstand des Flüssigmetalls gegen den Druck eines Inertgaspolsters aufrechterhalten wird.3. Heat exchanger system according to claim 1, characterized in that on the outer line part (27) of the buffer container (19), in which the liquid metal discharging line (30) by means of a Branch line (31) a separate shock tank (32) is connected, in which a certain The level of the liquid metal is maintained against the pressure of an inert gas cushion.

4. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsraum (22) des Pufferbehälters (19) zwischen Berstscheibe (21) und Abführungsleitung (23), etwa auf das Doppelte des Behälterdurchmessers, erweitert ist.4. Heat exchanger system according to claim 2, characterized in that the relief space (22) of the buffer container (19) between the rupture disc (21) and discharge line (23), roughly doubled of the container diameter, is expanded.

5. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Leitungsteil (11), der den Pufferbehälter (19) mit der Wärmetauschereinheit (8) verbindet, über ein im Pufferbehälter (19) angebrachtes, von unten nach oben führendes Rohr (11) unmittelbar unterhalb der Berstscheibe (21) mündet.5. Heat exchanger system according to claim 2, characterized in that the inner line part (11), which connects the buffer tank (19) to the heat exchanger unit (8), via an in the buffer tank (19) attached, from bottom to top leading pipe (11) directly below the rupture disc (21) opens.

6. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsraum als Vorabscheider (33) ausgebildet ist. dessen Gasableitungsrohr (35) zum nachgeschalteten Abscheider (24) führt.6. Heat exchanger system according to claim 1, characterized in that the relief space as Pre-separator (33) is formed. its gas discharge pipe (35) to the downstream separator (24) leads.

7. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Vorabscheider (33) führende Überströmleitung (34) horizontal angeordnet ist und seitlich tangential· in diesen einmündet. 7. Heat exchanger system according to claim 6, characterized in that the pre-separator (33) leading overflow line (34) is arranged horizontally and laterally tangentially opens into this.

8. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Vorabscheider (33) ragende Gasableitungsrohr (35) an seinem8. Heat exchanger system according to claim 6, characterized in that the pre-separator (33) protruding gas discharge pipe (35) on his

im Vorabscheider befindlichen Teil mit Öffnungen (35;;) in der Rohrwandung versehen ist.The part located in the pre-separator is provided with openings (35 ;;) in the pipe wall.

9. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (24) an den Pufferbehälter (19) über eine Leitung (23) angeschlossen ist, die kurz vor dem Abscheider (24) geteilt ist, und die zwei Leitungsteile (23;; und 23ö) an gegenüberliegenden Seiten in gleichem Drehsinn tangential in den Abscheidebchältcr (24) einmünden. 9. Heat exchanger system according to claim 1 to 5, characterized in that the separator (24) is connected to the buffer tank (19) via a line (23), which shortly before the separator (24) is divided, and the two line parts (23 ;; and 23ö) on opposite sides in the same direction of rotation open tangentially into the separating bowl (24).

10. Wärmetauscheranlage nach Anspruch I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vom äußeren Leitungsteil (30) des Pufferbehälters (19) eine Leitung (36) abzweigt, die zu einem weiteren Abscheider führt und in die ebenfalls eine Berstscheibe (37;;) eingesetzt ist.10. Heat exchanger system according to claim I to 9, characterized in that the outer line part (30) of the buffer tank (19) branches off a line (36) which leads to a further separator leads and in which a rupture disc (37 ;;) is also inserted.

11. Wärmetauscheranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung mehrerer Wärmetauschereinheiten (8;;) in die Zuleitung (7;i) zu einzelnen oder in die gemeinsamen Zuleitungen (4) zu mehreren Wärmetauschereinheiten (8, 8;;) Rückschlagarmaturen (6) eingesetzt sind, die die Leitung bei Durchfhißrichtungsumkehr selbsttätig absperren.11. Heat exchanger system according to one of claims 1 to 10, characterized in that at the arrangement of several heat exchanger units (8 ;;) in the supply line (7; i) to individual or in the common supply lines (4) to several heat exchanger units (8, 8 ;;) check valves (6) are used, which the line at Durchfhißrichtung reversal lock automatically.

12. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Leitungsteil (30) des Pufferbehälters (19) zwischen der Drosseleinrichtung (28) und der zum Stoßtank führenden Abzweigleitung (31) ein Schnellschlußorgan (29) eingeschaltet ist.12. Heat exchanger system according to claim 3, characterized in that in the outer line part (30) of the buffer container (19) between the throttle device (28) and the one leading to the shock tank Branch line (31) a quick-closing device (29) is switched on.

13. Wärmetauscheranlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in der das Flüssigmetall zuführenden Leitung (1;;, Ib) als Drosseleinrichtung eine Düse (38) mit einem in Betriebsdurchflußrichtung geringen, bei Durchflußrichtungsumkehr jedoch hohen Druckverlust eingeschaltet ist.13. Heat exchanger system according to claim I, characterized in that in the line (1 ;;, Ib) supplying the liquid metal, a nozzle (38) is switched on as a throttle device with a pressure loss which is low in the operating flow direction but high when the flow direction is reversed.

14. Wärmetauscheranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die Flüssigmetallabführungsleitung (9;?, 10;/) jeder einzelnen oder mehrerer Wärmetauschereinheiten (8, 8.·;) gemeinsam je ein Wasserstoffblasen-Nachweisgerät (40) eingeschaltet ist.14. Heat exchanger system according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the Liquid metal discharge line (9;?, 10; /) of each individual or a plurality of heat exchanger units (8, 8th ·;) together each have a hydrogen bubble detection device (40) is switched on.