DE1927388C3 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem mit flüssigem Natrium füllbaren Behälter, mit an Rohrplatten befestigten Wärmetauscherrohren und mit die Enden der Wärmetauscherrohre umgebenden Schutzwänden.

Ein derartiger Wärmetauscher ist in der US-PS 30 29 796 beschrieben. Bei ihm sind auf die den Verbindungsstellen zwischen Wärmetauscherrohren und Rohrplatte benachbarten Endabschnitte der Wärmetauscherrohre spielfrei Schutzrohre aufgesetzt, welche bei den Enden der Wärmetauscherrohre den thermischen Widerstand für die Wärmeleitung erhöhen. Flüssiges Natrium kommunizier*, aber weiterhin direkt mit der Rohrplatte und durch Wärmeleitung über die letztere entstehen weiterhin starke Wärmespannungen an den Verbindungsstellen zwischen den Wärmetauscherrohren und der Rohrplatte, da durch letztere verhältnismäßig kaltes Wasser bzw. verhältnismäßig kalter Dampf strömt Auf diese Weise erhält man an den Verbindungsstellen große thermische Spannungen, welche zu Undichtheiten führen können. Derart undichte Stellen vergrößern sich dann rasch, da das flüssige Natrium heftig mit Wasser reagiert.

Diese Gefahr ist vermindert bei einem anderen Wärmetauscher, der in der US-PS 32 51 404 beschrieben ist. Dort ist zwischen dem Natrium und der Rohrplatte ein Polster aus Inertgas vorgesehen, welches zugleich ein thermisches Schutzschild darstellt. Diese Lösung kann jedoch nur bei vertikalen Wärmetauschern verwendet werden, und außerdem müssen die Wärmetauscherrohre sämtlich U-förmig gebogen werden, damit man ein derartiges Schutzschild bei beiden Enden der Wärmetauscherrohre anwenden kann.

In der US-PS 31 32 691 ist ferner ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem Wärmeschutzschilde transversal zur Richtung der Wärmetauscherrohre unter Abstand vor den Rohrplatten angeordnet sind. Diese Schutzschilde geben zusammen mit den Wärmetauscherrohren und den Rohrplatten verhältnismäßig enge Drosselstellen für das flüssige Natrium vor und begrenzen so die Erhitzung der Rohrplatten. Auch hier hat man aber an den Verbindungsstellen zwischen den Wärmetauscherrohrenden und den Rohrplatten immer noch einen radialen Wärmegradienten, welcher in entgegengesetzter Richtung verläuft wie bei dem Wärmelauscher nach derUS-PS30 29 796.

In der DE-AS 12 05 121 ist ein Wärmetauscher

beschrieben, bei dem die Wärmetauscherrohrenden ebenfalls von Schutzrohren umgeben sind. Diese

Schutzrohre sind ihrerseits von einer parallel zur

s Rohrplatte verlaufenden Trägerplatte getragen.

In der US-PS 31 40 792 ist ferner ein Deckel für den Druckbehälter eines Reaktors beschrieben, der wabenförmige Struktur hat Auf diese Weise erhält man bei geringem Gewicht die erforderliche mechanische Festigkeit Die Waben geben zugleich einen zickzackförmigen Weg für Kühlwasser vor, wozu in den Wänden der Waben Durchbrechungen vorgesehen sind.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so ausgebildet werden, daß auch dann eine unzulässig starke thermische Beanspruchung der Verbindungsstellen zwischen Wärmetauscherrohren und Rohrplatten ausgeräumt sind, wenn der Behälter bis hin zu den Rohrplatten mit Natrium gefüllt ist

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angesprochenen Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzwände köcherförmige Räume bilden, die rohrplattenseitig abgeschlossen sind und zum Innenraum des Behälters hin offen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher erhält man einen allmählichen Abfall der Temperatur bei den Wärmetauscherrohrenden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß man vor der Rohrplatte gestreckte Säulen aus stagnierendem Natrium innerhalb der köcherförmigen Räume hat, welche infolge ihrer großen axialen Abmessungen einen großen Widerstand gegen Wärmeleitung bilden. Damit wird ein guter thermischer Schutz der Rohrplatten erhalten. Zur Rohrplatte hin nimmt das in den köcherförmigen Räumen befindliche Natrium die Temperatur der Wärmetauscherrohre an, welche von Wasser oder Dampf durchströmt sind. Es können also an den Verbindungsstellen zwischen Wärmetauscherrohren und Rohrplatte keine steilen Temperaturgra- dienten auftreten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schutzwände ist der, daß auch rasche Temperaturänderungen des dem Wärmetauscher zugeführten flüssigen Natriums nur langsam und abge- schwächt zur Rohrplatte gelangen, da das Natrium in den köcherförmigen Räumen praktisch stagniert.

Bei unerwarteten Druckerhöhungen an den Verbindungsstellen zwischen den Wärmetauscherrohren und den Rohrplatten kann das Natrium über die offenen Enden der köcherförmigen Räume unbehindert in den Innenraum des Wärmetauscherbehälters entweichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch die Rohrplatte und die oberen Enden eines Wärmetauschers;

F i g. 2 einen transversalen Schnitt durch den Wärme-

tauscher nach F i g. 1 längs der dortigen Schnittlinie II-ll;und

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den oberen Teil des Wärmetauschers, in welchem zusätzlich Einzelheiten der Ausbildung des Wärmetauscherbehälters und der

M Zufuhr flüssigen Natriums wiedergegeben sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind von Wasser oder Dampf durchströmte Wärmetauscherrohre 1 fest an der Unterseite einer Rohrplatte 2 befestigt. Die Rohrplatte

hat mit den Wärmetauscherrohren 1 fluchtende Durchgänge 3, über welche die Wärmetauscherrohre 1 mit einem Kopfraum 4 in Verbindung stehen.

Schutzwände 5 umgeben die oberen Enden der Wärmetauscherrohre 1 und bilden zusammen ein als ein Teil handhabbares Gitter, das von einem kurzen Zylinder 6 getragen ist

Der Zylinder 6 trägt einen durchgehenden flanschförmigen Ring 7, über welchen der Zylinder 6 mittels Stiftschrauben 8 und Muttern 9 an der Rohrplatte 2 to befestigt ist

Die beiden Sätze unter einem Winkel schräg gegeneinander geneigter und untereinander paralleler Schutzwände 5 (vgL insbesondere Fig.2) bilden eine große Anzahl köcherförmiger Räume 10, die jeweils ein Wärmetauscherrohr 1 ganz umgeben.

Die köcherförmigen Räume 10 sind bei der Rohrplattenunterseite 11 abgeschlossen und stehen an ihrem unteren Ende 12 in freier Verbindung mit dem Inneren des Behälters des Wärmetauschers, wo flüssiges Natrium an den Wärmetauscherrohren 1 vorbeiströmt

Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, wird dieses an den Wärmetauscherrohren 1 vorbeiströmende flüssige Natrium über eine Zuführleitung 13 bereitgestellt und gelangt von dieser in einen ringförmigen Raum 16, welcher durch einen Mantel 14 des Wärmetauscherbehälters und durch eine Leitwand 15 begrenzt ist. Aus dem ringförmigen Raum 16 gelangt das flüssige Natrium in die köcherförmigen Räume 10, in welchen die Strömungsgeschwindigkeit des Natriums sehr stark abnimmt Beim dicht gegen die Rohrplatte 2 verschlossenen Ende der köcherförmigen Räume 10 kommt das Natrium völlig zum Stillstand.

Man erhält also auf diese Weise eine stillstehende Schicht flüssigen Natriums, die der Rohrplatte 2 benachbart ist und aus einer Mehrzahl verhältnismäßig schmaler, nebeneinander liegender und die Wärmetauscherrohre 1 an-den Verbindungsstellen zur Rohrplatte 2 umgebender Säulen aus flüssigem Natrium besteht

Man erkennt daß das Natrium so in der Nachbarschaft der Rohrplatte 2 die Temperatur der durch die köcherförmigen Räume 10 verlaufenden Wärmetauscherrohre 1 annehmen kann, so daß man keinen steilen Temperaturgradienten an den Verbindungsstellen zwischen den Wärmetauscherrohren 1 und der Rohrplatte 2 erhält Auch schnelle Temperaturänderungen in dem durch die Zuführleitung 13 bereitgestellten flüssigen Natrium führen nicht zu raschen Temperaturänderungen an den Verbindungsstellen zwischen den Wärmetauscherrohrenden und der Rohrplatte 2, so daß man auch hierbei keine thermischen Sperrungen an den Verbindungsstellen erhält

Man erkennt weiter, daß bei unvermuteten Druckerhöhungen an den vitalen Verbindungsstellen zwischen den Wärmetauscherrohren und den Rohrplatten keine unzulässig große mechanische Beanspruchung der Verbindungsstellen erhält da das flüssige Natrium über die offenen Verbindungen der köcherförmigen Räume 10 mit dem Rest des Wärmetauschers leicht entweichen kann.

Hierzu 2 Blati Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   J, Wärmetauscher mit einem mit flüssigem Natrium fällbaren Behälter, mit an Rohrplatten befestigten Wärmetauscherrohren und mit die Enden der Wärmetauscherrohre umgebenden Schutzwänden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwände (5) köcherförmige Räume (10) bilden, die rohrplattenseitig abgeschlossen sind und zum Innenraum des Behälters hin offen sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwände (S) zusammen ein Gitter bilden.
3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwände (5) zusammen einen einstöckigen Körper bilden, der lösbar auf der Rohrplattenunterseite (11) befestigt ist