DE2216714A1

DE2216714A1 - Tauchrohr-waermetauscher

Info

Publication number: DE2216714A1
Application number: DE19722216714
Authority: DE
Inventors: Gerd Rauschert
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1972-04-07
Publication date: 1973-10-11
Also published as: GB1424434A; JPS5627794B2; JPS498852A; IT982686B; FR2179255B3; DE2216714C2; FR2179255A1

Description

PatentrteHe We/Wi 5. April 19 72 24.185.1 22167U

INTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH. 5o6 Bensberg

Tauchrohr - Wärmetauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Tauchrohr-Bauweise, bestehend aus einem annähernd senkrechten, in das zu kühlende Medium eintauchenden Rohr, in dem das kühlende Medium strömt, wobei der eine Teil des Rohres schraubenförmig um den anderen Teil gewendelt ist. Wärmetauscher dieser Bauart, auch als Tauchsiedertyp bekannt, sind einfach im Aufbau, infolge der unbehinderten Wärmedehnung wenig empfindlich gegen Temperaturänderungen und lassen sich zu Reparatur- und Wartungszwecken leicht aus ihrem Behälter ausbauen. Ihre wenigen Schweißnähte können in einem wenig beanspruchten Teil angeordnet sein.

Bei Verwendung dieser Wärmetauscher in Kernreaktoranlagen, insbesondere in solchen, die mit Flüssigmetall gekühlt sind, treten mehrere Schwierigkeiten auf, deren Überwindung Aufgabe dieser Erfindung ist. So muß der Aus- und

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Einbau durch Fernbedienung erfolgen. Dabei ist es schwierig, den Wärmetauscher so zu positionieren, daß seine Verbindung mit den Zu- und Ableitungen für das kühlende Medium mit der nötigen Genauigkeit erfolgen kann. Der Wärmetauscher muß mit seinem Behälter dicht verbunden werden, beispielsweise durch Schweißung, wobei die Schweißnähte während der Montage leicht zugänglich sein, und beim etwaigen Ausbau einfach zu lösen sein sollen. Auch muß eine Vorrichtung vorgesehen werden, die es ermöglicht, den Wärmetauscher schon vor dem Ausbau wenigstens teilweise zu entleeren, um ein Auslaufen des kühlenden Mediums, beispielsweise Natrium, beim Transport in der Anlage zu vermeiden. Auch sollte sich der Wärmetauscher nach erfolgtem Einbau leicht füllen lassen, ohne daß sich in ihm störende Gaspolster bilden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise, insbesondere für die Verwendung in flüssigmetallgekühlten Kernreaktoranlagen, der bei Bedarf leicht auswechselbar ist, ohne daß dabei erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung gestellt werden müßten, der ein einfaches teilweises Entleeren gestattet, und der möglichst geringe Abmessungen aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Wärmetauscherrohr an einem Stopfen angebracht ist, der lösbar und dichtend in einer öffnung eines Behälters angeordnet ist, und der zwei übereinanderliegende, an ihrer Aussenseite offene Ringkanäle aufweist, in denen je ein Ende des Rohres mündet, und die mit Zu- bzw. Ableitungen für das kühlende Medium verbindbar sind. Diese vorgeschlagene Ausführungsform ermöglicht es , den Wärmetauscher ohne Rücksicht auf seine azimutale Orientierung einzubauen, ihn in einfacher Weise durch eine ringförmige Schweißnaht mit dem Behälter zu verbinden, die bei Bedarf wie-

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der gelöst werden kann, so daß der Stopfen mit dem an ihm befestigten Wärmetauscherrohr durch eine senkrechte Bewegung aus dem Behälter entfernt werden kann. Bei dem Behälter kann es sich um einen mit Primärkühlmittel gefüllten Reaktortank handeln, in das das vom Sekundärmittel durchströmte Wärmetauscherrohr eintaucht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Wärmetauscher eine konzentrisch zur Öffnung und zum Stopfen an der Außenseite des Behälters angeordnete Buchse aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen Buchse und Stopfen außer im Bereich der Ringkanäle durch ringförmige Körper ausgefüllt ist. Durch den Abstand zwischen Buchse und Stopfen bleibt die Verbindungsstelle des letzteren mit dem Behälter so lange zugänglich, bis Stopfen und Behälter durch eine Schweißnaht miteinander verbunden sind. Hierauf wird der Zwischenraum zwischen Buchse und Stopfen nacheinander durch die ringförmigen Körper ausgefüllt, in der Weise, daß die ringförmigen Kanäle erhalten bleiben und nach oben durch eben diese Körper abgeschlossen werden. Die ringförmigen Körper werden dabei jeweils vor dem Einbringen des nächsthöheren mit der Buchse und mit dem Stopfen durch je eine Schweißnaht verbunden. Beim Ausbau des Stopfens wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren, d.h., die den obersten ringförmigen Körper mit der Buchse und mit dem Stopfen verbindenden Schweißnähte werden gelöst und der ringförmige Körper entfernt, wodurch darunter liegende Schweißnähte zugänglich werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Öffnungen der Zu- und Ableitungen für das kühlende Medium in der Buchse im Bereich der Ringkanäle angeordnet sind. Das kühlende Medium strömt also aus

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der Zuleitung in den betreffenden Ringkanal und von diesem in den absteigenden Teil des Rohres und umgekehrt aus dem aufsteigenden Teil des Rohres in den zweiten Ringkanal und aus diesem in die Ableitung, unabhängig davon, in welcher azimutalen Orientierung der Stopfen eingebaut wurde. Auch verhindern beim Füllen des Wärmetauschers die Ringkanäle die Bildung von störenden Gaspolstern bzw. beheben deren ungünstige Wirkung auf den Durchfluß des kühlenden Mediums.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Stopfen einen Hohlraum aufweist, und daß dieser unterhalb des oberen Endes der Rohre mit einem derselben verbunden und mit verschließbaren Überlauföffnungen versehen ist. Diese Überlauföffnungen sind bei normalem Betrieb verschlossen, und werden nur geöffnet, um vor dem Ausbau des Stopfens das Rohr teilweise zu entleeren. Die in den Ringkanälen und den Zu- und Ableitungen noch enthaltene Flüssigkeit strömt über die Überlauföffnungen in den Behälter, so daß nur das Rohr bis zu einer Höhe gefüllt bleibt, die eine Handhabung ermöglicht, ohne daß ein Überfließen der Flüssigkeit befürchtet werden müßte.

Aus Gründen der Raumersparnis sind möglichst geringe Abmessungen des Wärmetauschers erwünscht. Diese werden wesentlich durch den Durchmesser der Wendel des aufsteigenden Teiles des Rohres bestimmt. Wird der Durchmesser der Wendel so bemessen, wie er sich bei Ausnutzung des geringstmöglichen Biegeradius des dafür verwendeten Rohres ergibt, besteht die Schwierigkeit, die unterste Rohrschleife mit dem innerhalb der Wendel gelegenen absteigenden Teil des Rohres zu verbinden, da ein weiteres

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Eindrehen der Spirale nicht möglich ist. Als weiteres Merkmal der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß der eine Teil des Rohres mit dem gewendelten, anderen Teil durch eine senkrecht angeordnete Rohrschleife verbunden ist, so daß an keiner Stelle der mindestzulässige Biegeradius unterschritten wird.

Wie oben bereits angedeutet, ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher vorzugsweise für den Einsatz in Kernreaktoren bestimmt. Handelt es sich um einen Kernreaktor mit Drehdeckel, werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mehrere der beschriebenen Wärmetauscher an einem unterhalb des Drehdeckels befindlichen Gestell befestigt, das zweckmäßigerweise die Gestalt eines an der Außenwand des Reaktortanks angeordneten Ringes aufweist, so daß die Wärmetauscher durch eine über ihre Position verfahrbare Öffnung im Drehdeckel ein- und ausbaubar sind. Dies ergibt eine gute Zugänglichkeit auch für eine grössere Anzahl von Wärmetauschern bei geringstmöglichem Aufwand an Durchbrechungen des Drehdeckels und für deren Abdichtung, Sind die einzelnen Wärmetauscher nicht alle im gleichen Abstand von der Drehachse des Drehdeckels angeordnet, kann die Einbauöffnung in bekannter Weise in einem zweiten, kleineren, innerhalb des ersten drehbaren Drehdeckels angeordnet sein.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbexspiel der Erfindung,und zwar zeigt

Fig, I einen Längsaxialschnitt durch einen Wärmetauscher, Fig. 2 einen Längsaxialschnitt und

Fig. 3 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch einen Stopfen, in dem Wärmetauscherrohre befestigt sind.

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Diese zeigen einen nur teilweise gezeigten Behälter (1), der beispielsweise der Tank eines Kernreaktors ist, und der mit einem zu kühlenden Medium (2), beispielsweise mit flüssigem Natrium, gefüllt ist. In dieses Medium (2) taucht ein Rohr ein, das aus einem absteigenden Teil (U) und aus einem um dieses gewendelten aufsteigenden Teil (5) besteht, die im Beispiel durch eine senkrechte Rohrschleife (6) miteinander verbunden sind, um einen Übergang von dem einen auf den anderen Teil des Rohres zu ermöglichen, ohne daß der mindestzulässige Biegeradius desselben unterschritten wird. Zweckmäßigerweise werden die Teile (4), (5) und (6) aus einem einzigen Rohrstück gebogen, so daß keine möglicherweise zu Schwierigkeiten, wie Leckagen, führenden Schweißnähte vorhanden sind. Der absteigende Teil des Rohres (4) ist in bekannter Weise von einem Verdrängerkörper (7) umgeben, der eine bessere Umströmung des Rohres durch das zu kühlende Medium gewährleistet. Die Enden der Rohrteile (4) und (5) sind in einen Stopfen (8) eingeschweißt, in der Weise, daß das Rohrende (5) in einem Ringkanal (9) mündet und das Rohrende (4) in einem zweiten darübergelegenen Ringkanal (lo), wobei beide Ringkanäle an ihrer Außenseite offen sind. Der Stopfen (8) ist dichtend in einer öffnung des Behälters (1) angeordnet und ist mit einem diese öffnung begrenzenden Ring (11) durch eine Schweißnaht (12) verbunden. Der Ring (11) ist zweckmäßigerweise so gestaltet, daß die Verbindung zwischen ihm und dem Stopfen (8) durch Abtragen der Schweißnaht (12) wieder gelöst werden kann, wenn der Stopfen (8) und das an ihm befestigte Rohr (4) und (5) zu Reparaturzwecken entfernt werden sollen. Konzentrisch um den Stopfen (8), jedoch im Abstand von ihm ist eine Buchse (13) angeordnet, die mit dem Behälter (1) fest verbunden ist. Nach Fertigstellen der Schweißnaht (12)

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wird der Zwischenraum zwischem dem Stopfen (8) und der Buchse (13) nacheinander durch zwei ringförmige Körper

(14) bzw. (15) ausgefüllt, die die Ringkanäle (9) und (lo) nach oben zu abschließen. Der ringförmige Körper

(15) wird erst eingebracht und mit zwei weiteren ringförmigen Schweißnähten (18) und (19) mit dem Stopfen (8) bzw. der Buchse (13) verbunden, nachdem der ringförmige Körper (14) durch zwei weitere ringförmige Schweißnähte

(16) und (17) ebenfalls mit dem Stopfen (8) und der Buchse (13) verbunden worden ist. Die Schweißnähte (16) bis (19) können ebenfalls nacheinander zum Zwecke der Demontage durch Abtragen gelöst werden, so daß die ringförmigen Körper (15) und (14) nach ihrer Entfernung den Zugang zur Schweißnaht (12) frei geben. Die ringförmigen Körper (14) und (15) können zur Wärmeisolierung hohl sein und werden dann zweckmäßxgerweise vor dem Einbau evakuiert, um bei Temperaturerhöhungen einen gefährlichen Druckaufbau in ihnen zu verhindern. In der Buchse (13) sind eine Zuleitung (2o) und eine Ableitung (21) für das kühlende Medium angebracht. Dieses strömt aus der Zuleitung (2o) über den Ringkanal (lo) in den absteigenden Teil (4) des Rohres, kehrt über den aufsteigenden Teil (5) desselben zurück und strömt über den Ringkanal (9) in die Ableitung (21), unabhängig davon, in welcher azimutalen Orientierung der Stopfen eingebaut wurde. Der Stopfen (8) weist, wie in den Figuren 2 und 3 deutlicher gezeigt wird, einen von oben zugänglichen Hohlraum (22) auf, der an seinem unteren Ende im Beispiel mit einem Schraubverschluß (23) verschlossen ist. Beim Öffnen des Schraubverschlusses (23) kann das im aufsteigenden Teil (5) des Rohres stehende Medium durch ein Verbindungsrohr (24) in den Hohlraum (22) fließen und aus diesem über eine Überlauföffnung (25)

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(in Fig. 3 um 90 gegenüber der Fig. 2 versetzt gezeichnet) in das im Behälter befindliche", zu kühlende Medium (2),
das im Beispiel ebenso wie das kühlende Medium flüssiges Natrium ist. Die Ringkanäle (9) und (lo) und die Zu- und Ableitungen (2o) und (21) werden auf diese Weise entleert, bis sich in den Rohrteilen (4) und (5) ein Flüssigkeitsspiegel in Höhe der Überlauföffnungen (25) einstellt. Der Stopfen (8) kann nunmehr aus der Anlage entfernt werden, ohne befürchten zu müssen, andere Teile der Anlage durch ausfließende Kühlflüssigkeit zu verschmutzen.

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Claims

■ 9 " 22167H SCHUTZANSPRÜCHE

1. Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise, bestehend aus einem annähernd senkrechten, in das zu kühlende Medium
eintauchenden Rohr, in dem das kühlende Medium strömt, wobei ein Teil des Rohres schraubenförmig um den anderen Teil gewendelt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Wärmetauscherrohr (¹O bis (6) an einem Stopfen (8) angebracht ist, der lösbar und dichtend in einer
öffnung eines Behälters (1) angeordnet ist, und der
zwei übereinander liegende, an ihrer Außenseite offene Ringkanäle (9) bzw. (lo) aufweist, in denen je ein
Ende (5) bzw. (H) des Rohres mündet und die mit Zu-
bzw. Ableitungen (2o) bzw. (21) für das kühlende Medium verbindbar sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch eine konzentrisch zur Öffnung und zum Stopfen (8) an der Außenseite des Behälters (1) angeordnete Buchse (13), wobei der Zwischenraum zwischen Buchse (13) und Stopfen (8) außer im Bereich der Ringkanäle (9) und (lo) durch ringförmige Körper (IH) und (15) ausgefüllt ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die öffnungen der Zut bzw. Ableitungen (2o) bzw.
(21) für das kühlende Medium in der Buchse (13) im
Bereich der Ringkanäle (9) bzw. (lo) angeordnet sind.

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- Io -

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4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Stopfen (8) einen Hohlraum (22) aufweist, und daß dieser unterhalb des oberen Endes der Rohre (U) und (5) mit einem derselben verbunden und mit verschließbaren Überlauföffnungen (25) versehen ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der eine Teil (4) des Rohres mit dem gewendelten anderen Teil (5) durch eine senkrecht angeordnete Rohrschleife (6) verbunden ist.

6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 in einem Kernreaktor mit Drehdeckel, dadurch gekennzeichnet,

daß er an einem unterhalb des Drehdeckels befindlichen Gestell befestigt und durch eine über seine Position verfahrbare öffnung im Drehdeckel ein- und ausbaubar ist.

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