DE1501544A1 - Heat exchanger system for the exchange media liquid metal / water - Google Patents

Description

Wärmetauscheranlage für die Austauschmedien Flüssigmetall/Wasser Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauscheranlage Flüssigmetall/Wasser, insbesondere für die Verwendung in Kernreaktoranlagen, die aus ein oder mehreren, jeweils ein-oder mehrteiligen Wärmetauschereinheiten besteht. Bei derartigen Anlagen, beispielsweise für die Medien Natrium/Wasser, besteht das Problem, die 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. Die bekannten Vorschläge für derartige Sicherheitsvorkehrungen sind darauf gerichtet, bei auftretenden Drucküberschreitungen die hochgespannten Medien mittels besonderer Leitungen in Entlastungstanks zu 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 l0-5 sec. Durch diese Druckeinwirkungen können die Leitungen und Aggregate des ganzen 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. Auf diese Aufgabe bezieht sich der wesentliche Gedanke der Erfindung. Zur Lösung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß parallel zu den Wärmetauschereinheiten an die das Flüssigmetall abführende und/oder zuführenden Sammelleitungen ein oder mehrere Entlastungsbehälter mittels jeweils einer oder mehrerer durch Berstscheiben abgeschlossener Verbindungsleitungen angeschlossen sind, und daß in die das Flüssigmetall zu- und/oder abführenden, mit je einer Blende versehenen Sammelleitungen in Strömungsrichtung vor oder nach den Wärmetauschereinheiten ein dauernd durchströmter Pufferbehälter eingeschaltet ist, und daß an die mit diesem verbundenen, zur Wärmequelle führenden Leitungsteilen, und zwar im unmittelbaren Bereich der Pufferbehälter eine oder mehrere, mittels Berstscheiben abgeschlossene zu Abscheidern führende Abzweigleitungen angeschlossen sind, und daß ferner an die zur Wärmequelle führende Rückleitung mittels einer Abzweigleitung ein Stoßtank angeschlossen ist, in dem dauernd ein bestimmter Füllstand des Flüssigmetalls gegen den Druck eines Inertgaspolsters aufrechterhalten wird. Eine abgewandelte Lösung besteht erfindungsgemäß auch darin, daß anstelle des Anschlusses der zu den Abscheidern führenden Abzweigleitungen an die zu der Wärmequelle führenden, mit den Pufferbehältern verbundenen Leitungsteile diese unmittelbar an die Pufferbehälter selbst angeschlossen sind. In diesem Fall ist deren Behälterraum mit der durch eine Berstscheibe abgeschlossenen, zu dem Abscheider führenden Verbindungsleitung unmittelbar verbunden. Wenn nach der Erfindung parallel zu den Wärmetauschereinheiten an die das Flüssigmetall abführende Sammelleitung mittels mehrerer Abzweigleitungen ein oder mehrere Entlastungsbehälter angeschlossen sind, so können das unter hohem Druck stehende Flüssigmetall-'rias:-_er-@Gernisch und die teilweise in diesem enthaltenen Reaktionsprodukte unmittel- bar nach Durchstoßen der Berstscheiben in den oder die Entlastungsbehälter gelangen und damit die Entspannung der hohen Drücke bewirken. Das Volumen der Entlastungsbehälter ist so bemessen, daß die in dem zugehörigen Wärmetauscher- teil enthaltene-Menge an Flüssigmetall zumindest zu einem erheblichen Teil aufgenommen werden kann. Der unmittelbare Anschluß an die das Flüssigmetall abführende Sammelleitung führt daher auf kürzestem Wege zu einer wirksamen Entlastung des Wärmetauschersystems, so daß die weiterführenden Lei- tungen nicht mehr für hohe Drücke ausgelegt werden brauchen. In Abwandlung dieses Gedankens kann in anderer Ausführung nach der Erfindung der Entlastungsbehälter auch parallel zu der das Flüssigmetall zuführenden Sammelleitung ange- schlossen sein. In diesem Falle geschieht die Entlastung des Wärmetauschersystems entgegen der Strömungsrichtung des Flüssigmetalls durch Einströmen des hochgespannten Ge- misches von Dampf und Reaktionsprodukten, in welchem Flüssig- metallmengen mitgerissen werden, in den der auf dieser das Flüssigmetall zuführenden, als., "heißen Seite" des Wärmetauschers nicht so groß bemessen zu werden braucht wie auf der kalten Seite. "Zur Abführung der gas- und dampfförmigen Medien von den mitgerissenen Flüssigmetall- mengen ist auch an diesen Entlastungsbehältor ein hbscheider angeschlossen. Gemäß der Erfindung können auch sowohl auf' der "heißen" wie auch auf der "kalten" Seite des Y:Urmetauschersystems jeweils ein oder mehrere Entlastungsbehälter vorgesehen werden, -cri damit, glb-ichzeitig nach beiden Seiten einen Entlastt;ngs- effekt zu erzielen und insbe-ondere in dem Bereich unmittel- bar zu einer Druckabnahme zu kommen, wo die Schadensstelle auftritt, sei es näher an der Ein- oder Austrittssammelleitung für das Flüssigmetall.Heat exchanger system for the exchange media liquid metal / water The invention relates to a heat exchanger system liquid metal / water, in particular for use in nuclear reactor systems, which consists of one or more, each one-part or multi-part heat exchanger units. In such systems, for example for the media sodium / water, there is the problem of removing the leaks or broken pipes from the reaction products, which assume extremely high pressures and speeds and the resulting highly stressed and accelerated amounts of liquid and gas in such a way that the system is not destroyed or damaged and the safety of the system is not impaired. The known proposals for such safety precautions are aimed at transferring the high-tension media into relief tanks by means of special lines when the pressure is exceeded. Such measures alone are inadequate, however, because the reaction of liquid metal, especially sodium with water, takes place extraordinarily quickly, with a pressure build-up up to the first maximum within a very short time interval, approximately in the order of magnitude of 10-5 seconds the lines and units of the entire circuit, in particular also an upstream heat generating device, for example an intermediate heat exchanger for primary and secondary liquid metal, are damaged or destroyed. 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. The essential idea of the invention relates to this task. To solve this, it is proposed according to the invention that, parallel to the heat exchanger units, one or more relief tanks are connected to the collecting lines removing and / or supplying the liquid metal by means of one or more connecting lines closed by rupture disks, and that into the supplying and / or discharging the liquid metal, each with a diaphragm provided collecting lines in the direction of flow before or after the heat exchanger units, a continuously flowed through buffer tank is switched on, and that on the line parts connected to this, leading to the heat source, namely in the immediate area of the buffer tank, one or more closed by rupture disks leading to separators Branch lines are connected, and that a shock tank is also connected to the return line leading to the heat source by means of a branch line, in which a certain level of liquid metal is constantly maintained against the pressure of an inert gas spolsters is maintained. According to the invention, a modified solution also consists in that instead of connecting the branch lines leading to the separators to the line parts leading to the heat source and connected to the buffer tanks, these are connected directly to the buffer tanks themselves. In this case, their container space is directly connected to the connecting line leading to the separator, which is closed off by a rupture disk. If, according to the invention, one or more relief tanks are connected in parallel to the heat exchanger units to the collecting line discharging the liquid metal by means of several branch lines, this can be done under high pressure liquid metal'rias: -_ er @ Gernisch and die partially contained in this reaction products directly bar after piercing the bursting disc in the Relief container arrive and thus the relaxation of the cause high pressures. The volume of the relief container is dimensioned in such a way that the part contained-amount of liquid metal at least to one a considerable part can be included. The immediate one Connection to the collecting line leading away the liquid metal therefore leads to an effective relief in the shortest possible way of the heat exchanger system, so that the further lines no longer need to be designed for high pressures. A modification of this idea can be carried out in a different way according to the invention of the relief tank also in parallel to the collecting line supplying the liquid metal. be closed. In this case, the discharge takes place of the heat exchanger system against the direction of flow of the liquid metal by the influx of the high tension mixture of steam and reaction products in which liquid amounts of metal are carried away in the the one on which the liquid metal feeds, as., "are called Side "of the heat exchanger not to be dimensioned so large needs like on the cold side. "To discharge the gas and vaporous media from the entrained liquid metal quantities is also a deciding factor for this relief container connected. According to the invention, both on 'the "hot" as also on the "cold" side of the Y: original exchange system one or more relief tanks are provided, -cri so that, at the same time, a relief on both sides; ngs- to achieve an effect and especially in the area of immediate bar to come to a decrease in pressure where the damage point occurs, be it closer to the inlet or outlet manifold for the liquid metal.

Durch diese Einrichtung wird ferner verhindert, daß im Falle eines Lecks oder eines Rohrbruches im Wärmetauscher das unter hohem Druck stehende Flüssigkeitsgemisch mit Reaktionsprodukten in die nur für niedrige Drücke ausgelegten Leitungsteile des Flüssigmetallkreislaufes gelangen. Nach einem Bruch oder'Leck eines Wasser oder Dampf führenden Rohres dringt das unter einem wesentlich höheren 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 VdLlumina erforderlich machen Mangels eines Entlastungssystems nach der Erfindung wnirde das Flüssigmetall aus der betroffenen Wärmetauschereinheit verdrängt und mit großer Geschwindigkeit unter hohem Druck in die Sammelleitung zum Stoßtank, fließen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in die das Natrium vom Pufferbehälter zur Wärmequelle zurückführende und/oder von der Wärmequelle dem Pufferbehälter auf der heißen Seite zuführende Leitung ein Drosselorgan eingesetzt, welches einem Druckabfall in dem Leitungsteil hervorruft, der unmittelbar mit der Wärmequelle verbunden ist. Die in die vom Pufferbehälter zur Wärmequelle führende Leitung eingeschaltete, als Drosselstelle wirkende Blende dient dazu, einen hohen Druckabfall des Flüssigmetalls zu er- reichen, u= die Bea::snr:zchung der nachfolgenden Leitungen des Kreislaufs erheblich herabzusetzen. Die Blende ist - nicht wirksam, wenn sie von Gas, Dampf oder einem Zwei- phasengemisch durchströmt wird. Damit auch bei vordringender stets nur Flüssigmetall zu der Blende ge- langen kann, ist dieser der Pufferbehälter vorgeschaltet, der stets soviel Fl-Ussigmetall enthält, daß der bei einem Unfall rasch absinkende Flüssigmetallspiegel nicht unter das Niveau der 31endenöffnung absinkt. Auch die auf der heißen Seite des Wärmetauschers in die von der Wärmequelle das Flüssigmetall dem Pufferbehälter zuführende Leitung eingesetzte Düse hat die Aufgabe, im Schadensfalle einen hohen Druckabfall bei der StrömungsrichtÜngsumkehr in den zur Wärmequelle führenden Leitungsteilen hervorzurufen, damit diese nur für geringen Druck ausgelegt werden müssen und vor Beschädigungen durch Druckspitzen geschützt werden.This device also prevents, in the event of a leak or a broken pipe in the heat exchanger, the liquid mixture under high pressure with reaction products from getting into the line parts of the liquid metal circuit designed only for low pressures. After a break or leak in a pipe carrying water or steam, the medium which is under a much higher pressure penetrates the flow space of the liquid metal which is under low pressure, with the reaction products resulting from the chemical reactions, in particular hydrogen, making additional lumens necessary In a relief system according to the invention, the liquid metal would be displaced from the affected heat exchanger unit and would flow at great speed under high pressure into the collecting line to the shock tank. According to a further feature of the invention is in the Returning sodium from the buffer tank to the heat source and / or from the heat source to the buffer tank on the line supplying the hot side a throttle device is used, which causes a pressure drop in the line part, which is directly connected to the heat source. In the the line leading from the buffer tank to the heat source activated orifice acting as a throttle point to achieve a high pressure drop of the liquid metal range, u = the Bea :: snr: drawing of the following lines of the circulatory system. The aperture is - ineffective when powered by gas, steam or a double phase mixture is flowed through. So even with advancing always bring only liquid metal to the panel long, this is upstream of the buffer tank, which always contains so much liquid metal that the one in one The liquid metal level does not fall below rapidly in an accident the level of the 31-end opening drops. The nozzle used on the hot side of the heat exchanger in the line that supplies the liquid metal to the buffer tank from the heat source has the task of causing a high pressure drop when the flow direction is reversed in the line parts leading to the heat source so that they only have to be designed for low pressure and protected from damage caused by pressure peaks.

Es müssen daher Vorkehrungen getroffen werden, um das Austreiben des in den Pufferbehältern angesammelten Flüssig. metall.s in Richtung auf die Wärmequelle z. B. den Zwischenwärmetauscher und den gegebenenfalls vorhandenen Stoßtank auf das zulässige Maß zu begrenzen.Precautions must therefore be taken to prevent the liquid accumulated in the buffer tanks. metall.s in the direction of the heat source z. B. the intermediate heat exchanger and the possibly existing shock tank limit the permissible level.

Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß an die mit den Pufferbehälltern verbundenen, zur Wärmequelle führenden Leitungsteilen Abzweigleitungen zu einem oder mehreren Flüssigmetallabscheider angeschlossen, in die je eine Berstscheibe eingesetzt ist. Die Berstscheibe dient dazu, die durch das Vordringen der Reaktionsfront vorangetriebene und die nachfolgenden hochgespannten Dampf-, Gas-und Reaktionsprüduktmengen 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 Flüssigmetallneben die nicht gasförmigen Reaktionsprodukte und den Flüssigmetallanteil zuräckzuhalten. Wenn der NatriumPfropfen vorn 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.For this purpose, according to the invention, those with the buffer containers connected, leading to the heat source line parts branch lines to one or several liquid metal separators connected, each with a bursting disc is used. The rupture disc serves to prevent the reaction front from penetrating advanced and subsequent high-tension steam, gas and reaction products to drain from the buffer tank and thereby bring about a pressure relief. After the rupture disc has been torn open, a liquid metal plug first flows through it the line leading to the separator. The separator has the task of removing the water vapor, Hydrogen and the liquid metal in addition to the non-gaseous reaction products and to hold back the liquid metal content. When the sodium plug in front of the separator has been absorbed, follows a stream of hydrogen or water vapor, which with Reaction products or liquid metal mist can be mixed. This sinks Pressure in the buffer tank drops quickly.

Bei dieser Anordnung 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 hohe Beschleunigungswerte erzielt, und eine entsprechende Verkürzung der Zeitdauer ist zur Erreichung der maximalen Abströmgeschwindigkeit erreicht. Damit wird ermöglicht, daß die Blenden in ganz wesentlich kürzerer Zeit ihre volle Drosselwirkung erreichen.With this arrangement, in the event of damage, the cover is released opens an exit path for the liquid metal that is exiting, on that only very small liquid masses have to be accelerated. As a result of this significantly reduced masses to be accelerated become high acceleration values achieved, and a corresponding shortening of the time is to achieve the maximum discharge velocity reached. This enables the aperture achieve their full throttling effect in a much shorter time.

Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung sind an einen oder mehrere der vorhandenen Entlastungsbehälter mittels Verbindungsleitungen einer oder mehrere Flüssigmetallabscheider angeschlossen. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß mit mehreren Entlastungsbehältern ein einziger Flüssigmetallabscheider verbunden ist, an den gegebenenfalls auch der Pufferbehälter der zugehörigen - heißen oder kalten - Seite des Wärmetauschers angeschlossen sein kann.According to an additional feature of the invention are one or more one or more of the existing relief tanks by means of connecting lines Liquid metal separator connected. The arrangement can also be made that a single liquid metal separator is connected to several relief tanks is to which, if necessary, the buffer tank of the associated - hot or cold side of the heat exchanger can be connected.

Dadurch wird auch für die Entlastungsbehälter die Möglichkeit geschaffen, eine Trennung des Flüssigmetalls von den im Schadensfalle in diesen Behälter eingeströmten Medien durchzuführen.This also creates the possibility for the relief tanks a separation of the liquid metal from the ones that flowed into this container in the event of damage Media carry out.

Die nach dem Grundgedanken der Erfindung zur Druckentlastung parallel zu den Wärmetauschereinheiten angeschlossenen Entlastungsbehälter sind nach einem weiteren Erfindungsmerkmal als zylindrische, horizontal angeordnete, geschlossene Druckkessel ausgebildet, deren mit einem oder mehreren Abscheidern in Verbindung stehende, mittels einer Berstscheibe abgeschlossene Abführungsleitungen im oberen Teil des Kessels münden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, . daß sich im unteren Teil des Kessels ein Flüssigmetallspiegel bildet, während die dampf- oder gasförmigen Medien im oberen Teil des Kessels sich ansammeln und zusammen mit den darin enthaltenen Flüssigmetallanteilen durch die Verbindungsleitung zu den Flüssigmetallabscheidern entweichen können. Nach einem zusätzlichen Erfindungsmerkmal sind die Entlastungsbehälter, die zu den Abscheidern führenden Lei- tungen und die Abscheideräume mit einem Inertgas gefüllt. Damit wird eine zusätzliche Reaktion des Flüssigmetalls mit dem etwa in einer Atmosphäre enthaltenen Wasserdampf vermieden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pufferbehälter als senkrecht stehendes Gefäß ausgebildet, welches be- triebsmäßig auf der heißen Seite axial von unten nach oben und auf der kalten Seite axial von oben nach unten durch- strömt wird. Dabei ist auf der heißen Seite in die das Flüssigmetall zuführende Leitung unmittelbar vor dem Puffer- behälter ein Drosselorgan eingesetzt und vor diesem eine zum Abscheider führende, mit einer Berstscheibe gesicherte Leitung angeschlossen. Auf der kalter ")ei',;e ist in die flüssigmeuallführende LGitiing unmittelbar nach dem Puffer- behälter eine Blende eingesetzt und unmittelbar dahinter eine ebenfalls zwischen Abscheider führende, mit einer Berstscheibe gesicherte Abzweigleitung angeschlossen. Diese Ausbildungsweise hat bewirkt, daß die mit t:o:V .wir, digkeit austretende Gasmenge den Druck im Flüssigmetall so stark erhöht, daß die Berstscheibe reißt und zugleich der Flüssigmetallspiegel im Behälterraum absinkt. Vom Puffer- behälter strömt das Flüssigmetall in die zur Wärmequelle führende Leitung und passiert dabei 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. In einer abgewandelten Ausführungsform ist der Pufferbe- hälter als senkrecht stehendes zylindrisches Gefäß ausgebildd in dessen oberem Bereich eine zum Abscheider führende Lei- tung wändet, in der eine Berstscheibe angeordnet ist. auch durch diese Ausbildungsweise wird erreicht, daß der Flüssig- metallspiegel im Behälterraum absinkt urid beim Passieren der Blende Druck-. und Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigmetallmengen auf ein zulässiges Maß begrenzt werden. Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung ist in die das Flüssigmetall aus dem Pufferbehälter abführende Leitung zwischen der Blende oder der zum Abscheider führenden Abzweigung und der anderen zum Stoßtank führenden Abzweigung ein Schnellschlußorgan eingeschaltet. Wenn dieses sofort nach dem Auftreten eines Schadens geschlossen wird, ist der Kreislauf gegen Beschädigungen aufgrund von gegebenenfalls auftretenden Nachreaktionen geschützt.According to the basic idea of the invention for pressure relief, the relief tanks connected parallel to the heat exchanger units are designed, according to a further feature of the invention, as cylindrical, horizontally arranged, closed pressure vessels, the discharge lines of which are connected to one or more separators and closed by a rupture disk open into the upper part of the vessel . This measure achieves. that a liquid metal level forms in the lower part of the boiler, while the vapor or gaseous media collect in the upper part of the boiler and escape together with the liquid metal components contained therein through the connecting line to the liquid metal separators can. According to an additional feature of the invention, the Relief tanks, the lines leading to the separators lines and the separation spaces are filled with an inert gas. This creates an additional reaction of the liquid metal with the water vapor contained in an atmosphere avoided. In a preferred embodiment, the buffer container is designed as a vertical vessel, which drive-wise on the hot side axially from bottom to top and on the cold side axially from top to bottom is flowing. This is on the hot side in that Line supplying liquid metal directly in front of the buffer container used a throttle and in front of this one leading to the separator, secured with a rupture disc Line connected. On the cold ") ei ',; e is in the Liquid metal-carrying LGitiing immediately after the buffer container a panel inserted and immediately behind it one also leading between the separator, with a Rupture disc secured branch line connected. These The way of training has the effect that those with t: o: V .we, the amount of gas escaping the pressure in the liquid metal so greatly increased that the rupture disc tears and at the same time the Liquid metal level in the container space drops. From the buffer The liquid metal flows into the container to the heat source leading line and passes the aperture, where the Pressure and the flow rate of the circuit further flowing liquid metal quantities are limited in such a way that that none in the lines and units of the circuit Damage or malfunctions can be caused. In a modified embodiment, the buffer zone is container as a vertical cylindrical vessel trained in its upper area a line leading to the separator device walls, in which a rupture disc is arranged. even this way of training ensures that the liquid metal level in the container space drops when passing the aperture pressure. and the flow rate of the liquid metal quantities can be limited to a permissible level. According to an additional feature of the invention, a quick-closing device is switched into the line discharging the liquid metal from the buffer tank between the diaphragm or the branch leading to the separator and the other branch leading to the shock tank. If this is closed immediately after the occurrence of damage, the circuit is protected against damage due to subsequent reactions that may occur.

Ebenfalls kann erfindungsgemäß in die das Flüssigmetall den Pufferbehälter zuführende Leitung vor dem Droseelorgan und/oder der zum Abscheider führenden Abzweigung ein Schnellschlußorgan eingeschaltet sein. Auch diese Maßnahme bewirkt, daß im Schadensfalle bei sofortigem Schließender zur Wärmequelle führende Leitungsteil des Kreislaufes vor Beschädigungen geschützt wird.According to the invention, the liquid metal can also be used in the buffer container supply line in front of the Droseel organ and / or the branch leading to the separator an emergency shut-off device must be switched on. This measure also ensures that in the event of damage when the line part of the circuit leading to the heat source closes immediately is protected from damage.

Ein vorteilhaftes Ausbildungsmerkmal nach der Erfindung besteht auch noch darin, daß der Abscheider mit zwei an gegenüberliegenden Seiten in gleichem Drehsinn tangential in den Abscheidebehälter einmündenden Zuleitungen versehen ist, in die die Zufuhrleitung kurz vor dem Abscheider geteilt ist. Dadurch wird eine gleichmäßigere Zuführung 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.There is also an advantageous training feature according to the invention still in the fact that the separator with two on opposite sides in the same Direction of rotation is provided tangentially into the separator tank, into which the supply line is divided just before the separator. This creates a more even supply of liquid metal, steam, hydrogen and reaction products containing medium, and vibration phenomena are reduced, the greater technical effort for the operationally safe training and arrangement the separator would require.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranlage schematisch dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Bei den Wärmetauseheranlagen nach den Figuren 1 und 2 gelangt das in einer nicht näher dargestellten Wärmequelle erzeugte Heizmedium, beispielsweise auf ca. 560 °c erhitztes Natrium, in der Leitung 1 zu dem Pufferbehälter 41. babei kann als Wärmequelle ein Zwischenwärmetauscher eines Kernreaktors vorgesehen sein.In the drawing, two exemplary embodiments of the heat exchanger system according to the invention are shown schematically and described in more detail below. In the heat exchanger systems according to FIGS. 1 and 2, the heating medium generated in a heat source (not shown), for example sodium heated to approx. 560 ° C, arrives in line 1 to the buffer container 41. An intermediate heat exchanger of a nuclear reactor can be provided as the heat source.

In den Leitungsstrang 1, la ist eine Schnellschlußarmatur 2 und ferner ein Drosselorgan 39 eingesetzt. Das Drosselorgan 39 bewirkt bei Strömungsrichtungsumkehr einen erheblichen Druckabfall in Richtung auf den ZWiSChenwärmetauSCh9! Der Pufferbehälter 41 ist als zylindrisches, senkrecht stehendes Druckgefäß ausgebildet, welches von unten nach oben durchströmt wird.In the wiring harness 1, la is a quick release fitting 2 and further a throttle element 39 is used. The throttle element 39 causes a reversal of the direction of flow a considerable pressure drop in the direction of the INTERMEDIATE HEAT EXCHANGER9! The buffer tank 41 is designed as a cylindrical, vertically standing pressure vessel, which from is flowed through from the bottom to the top.

Bei der Ausführung nach Figur 1 ist außerdem in den Leitungsstrang 1, la zwischen Schnellschlußorgan 2 und Drosselorgan 39 eine Abzweigungsleitung 36a angeschlossen, die durch eine Berstscheibe 37a gesichert ist, Die Abzweigungsleitung 36a führt zum Abscheider 24.In the embodiment of Figure 1 is also in the wiring harness 1, la between the quick-acting closure member 2 and the throttle member 39 is a branch line 36a, which is secured by a rupture disk 37a, the branch line 36a leads to separator 24.

Demgegenüber ist die Anordnung gemäß Figur 2 so getroffen, daß die zum Abscheider 24 führende Abzweigleitung 57 unmittelbar an den Behälterraum des Pufferbehälters 4l an- geschlossen ist. Auch diese Leitung 57 ist im unmittelbaren Bereich des Pufferbehälters 41 mit einer Berstscheibe 42 versehen.In contrast, the arrangement is in accordance with Figure 2 so that the leading to the separator 24 branch line 57 is closed directly on the container space of the buffer tank 4l arrival. This line 57 is also provided with a bursting disk 42 in the immediate area of the buffer container 41.

Bei beiden Ausführungsformen hat die Berstscheibe 42.bzw. 37a die Aufgabe, bei Natrium-Wasser-Reaktionen den hochgespannten Gemischen aus Natrium, Wasser und Reaktionsprodukten einen Entlastungsweg zum Abscheider 24 zu öffnen. Vom dauernd durchströmten Pufferbehälter. 41 gelangt das Natrium ilber die Sammelleitung 3, die Verteilerleitungen 7a in die Wärmetauschereinheiten. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in die*Sammelleitung 3 ein Weiteres Drosselorgan 43 eingesetzt, welches ebenfalls die Aufgabe hat, bei Strömungsrichtungsumkehr in dem dem Pufferbe- hälter zugewandten Leitungsteil einen erheblichen Druck- abfall herbeizuführen. Parallel zu den VerteilArleitungen 7a sind an die Sammel- leitung 3 Abzweigungsleitungen 44 angeschlossen, die zu dem Entlastungsbehälter 45 führen. In die Leitungen 44 sind Berstscheiben 46 eingesetzt, die bei Übersteigen eines kritischen Druckes reißen und dem hochgespannten Reaktionsmedium den Weg in den Entlastungsbehälter 45 freigeben. An diesen ist in seinem oberen Bereich eine zum Abscheider 24 führende Leitung 46 angeschlossen, die dazu dient, die dampf- und gasförmigen Bestandteile und die Reaktionsprodukte dem Abscheider 24 zuzuftihren, um sie von mitgerissenem Natrium zu trennen. Das auf ca. 300 °C abgekühlte Natrium gelangt aus den wärmetauschereinheiten 8 über die htitungen 9a in die Sammelleitung 11, in die ein Putterbehälter 47 einge- schaltet ist, der von dem abgekMten Natrium irwrnd durchströmt Wird. Im Austtthrungsbeispiel nach ftg. t sind in die Leitung il vor und hinter dem FutterllÄVter je#w wolle Blenden 48 und 49 eingesetzt, die die Autpbe haben, bei überkritischem Druokanstieg infolge von Wasserresktio- nen einen Druokabtall in den nachgeschalteten, in StlB# aungerichturg liegenden Leitungsteilen berbrisuMhren. Von der Solleitung 11 gelangt das Natrium durch die Ableitung 34 zu dem nicht dargestellten Zwischenwärme- tauscher zurück, wobei in die Leitung 30 ein Schnell- aehlußorgan 29 eingesetzt ist. An die Leitung 30 ist mittels einer Abzweigung 31 ein Stoßtank 32 angeschlossen, der als Ausgleichsbehälter dient und mit einem Schutzgas beautschlagt ist. __ An die 3aodelleitung 11 parallel zu den Zuführungslei- tungen 9a sind die Abzweigleitungen 50 angeschlossen, in welche Berstscheiben 51 eingesetzt sind. Die Leitungen 50 führen zu dem Entlastungsbehälter 52, der zur Aufnahme des im Falle eines Schadens infolge der auftretenden Reaktionen unter hohem Druck stehenden Natrium- und Wassermengen sowie der gas- und dampfförmigen Bestand- teile und den Reaktionsprodukten dient und die weitere Aufgabe hat, diese zu dem Abscheider 53 abzuführen. Zu diesem Zweck ist im oberen Bereich des Entlastungsbehäl- tern 52 eine Abführungsleitung 54 angeschlossen. Im AusfUhrungabeispiel nach Fig. 1 ist an die das Flüssig- metall aua dem Pufferbehälter 47 abführende Leitung 30 zwischen der Blende 49 und dem Schnellschlußorgan 29 eine Abzweigleitung 36 angeschlossen, die durch eine Berst. scheibe 37 gesichert ist. Die Abzweigleitung 36 führt zu dem Abacheider 53# Eine abgewandelte Ausführung zeigt Fig. z. Bei diesem AunfUhrungsbeispiel ist die zum Abscheider 53 führende Abzweigleitung 55a, die durch eine Berstscheibe 56 ge- sichert ist, uneaittelbar an den Behälterraum des Puffer- behälters 47 angeschlossen und mündet in dessen oberem Bereich. Diese Anordnungsweise bei beiden Ausfuhrungsformen hat den iweak, d:; in Sehadensfalle auftretenden,unter hohem Druck stehenden Flüssigkeits- und Gasmengen sowie Reak- tiemprodukte unter Vermeidung eines unzulässig hohen Druckanstieges aus dem Pufferbehälter 47 abzuführen und da»rit eine wirksame Entlastung herbeizuführen. Um dieses zu erreichen, werden diese Medien dem Abscheider 53 zu- geleitet, wo die Trennung der gas- und dampfförmiger Flüssigmetalle stattfindet. Die Zuführung des Speisewassers geschieht durch die Leitung 12 über ein Schnellschlußorgan 13 zu der Sammelleitung 14. Von dieser zweigen die Speiseleitungen 15 ab, welche zu den Wärmetauschereinheiten 8 führen. Von diesen gelangt der erzeugte Dampf mittels der Leitungen 16 in die Sammelleitung 17 und von dort über das Schnellschluflorgan 18 zu dem Dampfverbraucher.In both embodiments, the rupture disk 42.bzw. 37a has the task of opening a discharge path to the separator 24 for the high-tension mixtures of sodium, water and reaction products in sodium-water reactions. From the buffer tank with continuous flow. 41 the sodium reaches the heat exchanger units via the collecting line 3, the distribution lines 7a. In the exemplary embodiment according to Fig. 2 is in the * manifold 3 another Throttle element 43 used, which also does the job has, when the direction of flow is reversed in the buffer tank line part facing the tank a considerable pressure generate waste. Parallel to the distribution lines 7a are to the collecting line 3 branch lines 44 connected to the lead the relief container 45. In lines 44 rupture disks 46 are used, which when exceeded a critical pressure tear and the high tension Reaction medium makes its way into relief vessel 45 release. In its upper area there is a connected to the separator 24 leading line 46, the serves the vapor and gaseous components and feed the reaction products to the separator 24 in order to to separate them from entrained sodium. The sodium, cooled to approx. 300 ° C, escapes from the heat exchanger units 8 via the lines 9a into the Collecting line 11 into which a putter container 47 is inserted is switched off, which is irwrrrrrrrrrrr of the dislodged sodium Is flowed through. In the example according to ftg. t are in the line il before and after the food collector each # w wool panels 48 and 49 used, which have the autpbe, in the event of a supercritical rise in pressure due to water resistance nen a Druokaball in the downstream, in StlB # aungerichturg overbrisuMhren. From the target line 11 , the sodium passes through the Discharge 34 to the intermediate heat (not shown) exchanger back, whereby in the conduit 30, a quick- aehlußorgan 29 is used. Is connected to the line 30 A shock tank 32 is connected by means of a junction 31, which serves as an expansion tank and with a protective gas is beautschlagt . __ To 3 a odelleitung 11 parallel to the Zuführungslei- lines 9a , the branch lines 50 are connected, in which rupture discs 51 are used. The lines 50 lead to the relief container 52, which is used for receiving in the event of damage as a result of the occurring Reactions under high pressure sodium and Water quantities as well as the gaseous and vaporous constituents parts and the reaction products and the other The task is to discharge these to the separator 53. to for this purpose, in the upper area of the relief container tern 52 a discharge line 54 connected. In the embodiment according to Fig. 1, the liquid metal aua the buffer tank 47 laxative line 30 between the diaphragm 49 and the quick-closing element 29 a branch line 36 connected by a burst. disk 37 is secured . The branch line 36 leads to the Abacheider 53 # A modified embodiment is shown in FIG. With this one The example is the one leading to the separator 53 Branch line 55a, which is formed by a rupture disk 56 is secured, directly to the container space of the buffer container 47 connected and opens into its upper one Area. This arrangement has in both embodiments the iweak, d :; occurring in cases of sight damage, under high Pressurized liquid and gas volumes and reaction tiem products while avoiding an impermissibly high Discharge pressure increase from the buffer tank 47 and thereby to bring about an effective relief. To this to reach, these media are fed to the separator 53 passed where the separation of the gaseous and vaporous Liquid metals takes place. The feed water is supplied through the line 12 via a quick-acting device 13 to the collecting line 14. The feed lines 15, which lead to the heat exchanger units 8, branch off from this line. From there, the generated steam reaches the collecting line 17 by means of the lines 16 and from there via the quick-closing element 18 to the steam consumer.

Claims (9)

Patentansprüche I1. Wärmetauscheranlage für die Austauschmedien Flüssigmetall/Wasser, bestehend aus einem oder mehreren jeweils ein- oder mehrteiligen Wärmetauschereinheiten und einem oder mehreren Entlastungstanks zur Aufnahme von im Falle von Rohrbrüchen austretenden, hochgespannten Flüssigmetall- und Wassermengen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Wärmetauschereinheiten (8) an die das Flüssigmetall abführenden und/oder zuführenden Sammelleitungen (3,11) ein oder mehrere Entlastungsbehälter (+5,52) mittels jeweils einer oder mehrerer durch Berstscheiben (51,46) abgeschlossener Verbindungsleitungen (44,50) angeschlossen sind, und daß in die das Flüssigmetall zu- und/oder abführenden, mit einer Blende (39,49) versehenen Sammelleitungen (3,11) in Strömungsrichtung vor oder nach den Wärmetauschereinheiten (8) ein dauernd durchströmter Pufferbehälter (41,47) eingeschaltet ist, und daß an die mit diesem verbundenen, zur Wärmequelle führenden Leitungsteilen (1a;30), und zwar im unmittelbaren Bereich der Pufferbehälter (41g+7) eine oder mehrere mittels Berstscheiben (37.37a) abgeschlossene, zu Abscheidern (24,53) führende Abzweigleitungen (36,36a) angeschlossen sind, und daß ferner an die zur Wärmequelle führende Rückleitung (30) mittels einer Abzweigleitung (31) ein Stoßtank (32) angeschlossen ist, in dem dauernd ein bestimmter Füllstand des Flüssigmetalls gegen den Druck eines Inertgaspolsters aufrechterhalten wird. Claims I1. Heat exchanger system for the exchange media liquid metal / water, consisting of one or more one-part or multi-part heat exchanger units and one or more relief tanks to contain in the event of a burst pipe escaping, high-tension liquid metal and water quantities, characterized that parallel to the heat exchanger units (8) to the dissipating the liquid metal and / or supplying collecting lines (3, 11) one or more relief tanks (+5.52) by means of one or more rupture disks (51.46) each Connecting lines (44,50) are connected, and that in which the liquid metal inlet and / or outlet manifolds (3.11) provided with a diaphragm (39, 49) in the direction of flow before or after the heat exchanger units (8) a continuous flow Buffer tank (41,47) is switched on, and that to the connected to this, line parts (1a; 30) leading to the heat source, specifically in the immediate area the buffer container (41g + 7) one or more closed by means of bursting disks (37.37a), Branch lines (36, 36a) leading to separators (24, 53) are connected, and that also to the return line (30) leading to the heat source by means of a branch line (31) a shock tank (32) is connected, in which a certain filling level is constantly maintained of the liquid metal is maintained against the pressure of an inert gas cushion. 2. Wärmetauscheranlage für die Austauschmedien Flüssigmetall/Wasser3 bestehend aus einem oder mehreren jeweils ein- oder mehrteiligen Wärmetauschereinheiten und einem oder mehreren Ehtlastungstanks zur Aufnahme von im Falle von Rohribrüchen austretenden, hochgespannten Flüssigmetall- und Wassermengen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Wärmetauschereinheiten (8) an die das Flüssigmetall abführenden und/oder zufLihrenden Sammelleitungen (3,11) ein oder mehrere Entlastungsbehälter (45,52) mittels jeweils einer oder mehrerer durch Berstscheiben (51,46) abgeschlossener Verbin- ä dungsleitungen (44,50) angeschlossen sind, und daß in die das Flüssigfetall zu- und/oder abführenden, mit einer oder mehreren Blenden (39,43,48,49) versehenen Sammelleitungen (3,11) in Strömungsrichtung vor oder nach den Wärmetauschereinheiten (8) ein dauernd durchströmter Pufferbehälter (41,47) eingeschaltet ist, dessen Behälterraum durch jeweils eine Berstscheibe (42,56) von einer zu einem Abscheider (24,53) führenden Verbindungsleitung (55,57) getrennt ist, und daß ferner an die zur Wärmequelle führende Rückleitung (30) mittels einer Abzweigleitung (31) ein Stoßtank (32) angeschlossen ist, in dem dauernd ein bestimmter Füllstand des Flüssigmetalls gegen den Druck eines Inertgaspolsters aufrechterhalten wird. 2. Heat exchanger system for the exchange media liquid metal / water3 consisting of one or more each one-part or multi-part heat exchanger units and one or more discharge tanks to hold pipes in the event of burst pipes escaping, high-tension liquid metal and water quantities, characterized that parallel to the heat exchanger units (8) to the dissipating the liquid metal and / or one or more relief tanks for the collecting lines (3, 11) (45,52) by means of one or more rupture disks (51,46) each Connecting lines (44, 50) are connected, and that in which the liquid metal supply and / or discharge, provided with one or more diaphragms (39,43,48,49) Manifolds (3, 11) in the direction of flow before or after the heat exchanger units (8) a buffer tank (41, 47) through which there is a constant flow is switched on, the tank space of which through one bursting disc (42,56) from one to a separator (24,53) Connection line (55,57) is separated, and that also to the leading to the heat source Return line (30) connected to a shock tank (32) by means of a branch line (31) is, in which a certain level of liquid metal is constantly against the pressure an inert gas cushion is maintained. 3. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu den Wärmetauschereinheiten (8) angeschlossenen Entlastungsbehälter (45,52) als zylindrische, horizontal angeordnete, geschlossene Druckkessel ausgebildet sind, deren mit einem oder mehreren. Abscheidern (24,53) in Verbindung stehende, mittels .. einer Berstscheibe (46,51) abgeschlossene Abführungsleitungen (44,50 und 46,54) im oberen Teil des Kessels (45.52) münden. 3. Heat exchanger system according to claim 1, characterized in that the connected in parallel to the heat exchanger units (8) Relief container (45,52) as a cylindrical, horizontally arranged, closed Pressure vessels are formed, with one or more. Separators (24.53) connected discharge lines closed by means of a rupture disc (46,51) (44.50 and 46.54) open in the upper part of the kettle (45.52). 4. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsbehälter (45,52), die zu den Abseheidern führenden Leitungen (46,54) und die Absoheiderräume (24,53) mit Inertgas gefüllt sind. 4th Heat exchanger system according to claim 3, characterized in that the relief container (45,52), the lines leading to the separators (46,54) and the separators (24,53) are filled with inert gas. 5. Wärmetauscheranlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferbehälter (41,47) als senkrecht stehende, zylindrische Gefäße ausgebildet sind, welche betriebsmäßig auf der heißen Seite axial von unten nach oben und auf der kalten Seite von oben nach unten durchströmt werden. 5. Heat exchanger system according to claims 1 and 2, characterized in that the buffer containers (41, 47) as vertical, cylindrical vessels are formed, which are operationally on the hot side flows through axially from bottom to top and on the cold side from top to bottom will. 6. Wärmetauscheranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (41,47) als senkrecht stehendes* zylindrisches Gefäß ausgebildet ist, in dessen oberem Bereich eine zum Abscheider (24,53) führende Leitung (55,57) mundet, in der eine Berstscheibe (42,56) angeordnet ist. 6. Heat exchanger system according to claim 2, characterized in that the Buffer container (41, 47) designed as a vertical * cylindrical vessel is, in its upper area a line (55,57) leading to the separator (24,53) mouths, in which a rupture disc (42,56) is arranged. 7. Wärmetauscheranlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die das Flüssigmetall aus dem Pufferbehälter (47) abführende Leitung (30) zwischen der Blende (49) oder der zum Abscheider (53) führenden Abzweigleitung (36) und der anderen zum Stoßtank (32) führenden Abzweigung (31) ein Schnellschlußorgan (29) eingeschaltet ist. B. 7. Heat exchanger system according to claims 1 and 2, characterized in that the liquid metal line (30) leading away from the buffer container (47) between the diaphragm (49) or the branch line (36) leading to the separator (53) and the other to the shock tank (32) leading junction (31) a quick release device (29) is switched on. B. Wärmetauscheranlage nach den Ansprüchen 1 und'2, dadurch gekennzeichnet, daß in die das Flüssigmetall dem Pfferbehälter (41) zuführende Leitung (1) vor dem Drosselorgan (39) und/oder der zum Abscheider (24) führenden Abzweigleitung (36a) ein SchnellschluBorgan (2) eingeschaltet ist. Heat exchanger system according to claims 1 and 2, characterized in that in the line (1) feeding the liquid metal to the pepper container (41) upstream of the throttle element (39) and / or the branch line (36a) leading to the separator (24) a quick-release element ( 2) is switched on. 9. Wärmetauscheranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch,. daß der Abscheiden (24,53) mit zwei an gegenüberliegenden Seiten in gleichem Drehsinn tangential in den Abscheidebehälter einmündenden Leitungen versehen ist, in die die Zuführleitung kurz vor dem Abscheider geteilt ist. 9. Heat exchanger system according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that ,. that the separator (24, 53) is provided with two lines which open tangentially into the separator container on opposite sides in the same direction of rotation and into which the feed line is divided shortly before the separator.