DE2437016A1

DE2437016A1 - Waermeaustauscher von kreisfoermigem querschnitt

Info

Publication number: DE2437016A1
Application number: DE2437016A
Authority: DE
Inventors: Hans Ecker; Karl Gasch
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1976-02-19
Also published as: CH591062A5

Description

7408

HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH

5000 Köln 1
Zeppelinstraße 15

Wärmeaustauscher von kreisförmigem Querschnitt

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher von kreisförmigem Querschnitt mit einer Vielzahl von innerhalb eines Leitmantels angeordneten und zu Rohrbündeln vereinigten, parallel zur" Mittelachse des Wärmeaustauschers verlaufenden Geradrohren, wobei die Rohre jedes Bündels an ihren beiden Enden je zu einem Sammler zusammengefaßt sind.

Derartige Wärmeaustauscher werden bevorzugt in geschlossenen Gasturbinenanlagen und in der Kernkraftverkstechnik eingesetzt, wo sie beispielsweise beim sogenannten integrierten Kernreaktor im selben Druckbehälter wie der Reaktorkern liegen.

So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 551 037 ein Dampferzeuger bekannt, der aus einer Vielzahl von Einzelelementen

60S8Q8/.U497 ... 2/

aus dicht nebeneinander angeordneten geraden Rohren derart zusammengesetzt ist, daß sich eine im wesentlichen ringzylindrisehe Gestalt für den Dampferzeuger ergibt. Alle Einzelelemente sind mit Sekundäranschlüssen ausgerüstet, besitzen aber kein eigenes Gehäuse für das Primärmedium, und die Strömungsrichtung des primären Wärmeträgers verläuft im wesentlichen senkrecht zu der des sekundären Wärmeträgers. Durch diese Bauart des Dampferzeugers wird sichergestellt, daß der Reaktor für den Brennelementwechsel ausreichend zugänglich ist.

Ein weiterer Wärmeaustauscher mit kreisförmigem Querschnitt und parallel zu seiner Längsachse angeordneten Rohren ist in der ,deutschen Offenlegungsschrift 2 320 083 dargestellt. Er weist „ebenfalls eine im Querschnitt kreisförmige Strönningskammer auf, in der das primäre Medium zu einer perforierten Platte geleitet ~wird, durch die es in den Mantelraum des Wärmeaustauschers strömt. In diesem Raum wird es im Gegenstrom zu dem in den Rohren strömenden sekundären Medium geführt.

Die deutsche Offenlegungsschrift 2 320 082 zeigt einen in der Anordnung der Rohre und der Ausbildung der Strömungskammern -itir das primäre Medium sehr ähnlichen Wärmeaustauscher. In eine kreisringförmige Rohrwand ist eine Anzahl von Rohren eingesetzt, durch die das sekundäre Medium von unten nach oben strömt, nachdem es in einem Zentralrohr nach unten geführt worden ist. Das primäre Medium wird im Gegenstrom an den Rohren entlang nach unten geleitet.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 331 563 ist ein Wärmeaustauscher bekannt, der aus mehreren zylindrischen Mänteln zusammengesetzt ist, die konzentrisch angeordnet und durch radiale Abstände getrennt sind. Die beiden wärmeaustauschenden Medien werden dabei in Kanäle geführt, die von an den zylindrischen Mänteln angebrachten Segmenten mit einer Vielzahl von Längs-

9808/04 9 7 ... 3/

rippen'gebildet werden. Bei dem beschriebenen Wärmeaustauscher handelt es sich also nicht um einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher; er läßt sich zudem nicht wirtschaftlich herstellen und besitzt eine schlechtere Wärmeübertragungsleistung als ein Wärmeaustauscher mit Rohrbündeln.

Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, einen Wärmeaustauscher der eingangs geschilderten Bauart anzugeben, bei dem bei optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes durch das Bereitstellen möglichst großer Strömungsquerschnitte auf der Primär- und auf der Sekundärseite die Druckverluste gering gehalten werden und damit die Wärmeübertragungsleistung gesteigert wird.

.Diese-Aufgabe wird gemäß-der Erfindung dadurch gelöst,-daß die — Geradrohrbündel einen ringförmigen Querschnitt aufweisen und konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers angeordnet sind und daß die Sammler als^kreisringartige Kammern ausgebildet und ebenfalls konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers angeordnet sind.

Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung kann mit besonderem Vorteil als Rekuperator oder Vorkühler im Primärkreislauf eines gasgekühlten Hochtemperaturkernreaktors mit Heliumturbine eingesetzt werden, da er bei guten Wärmeübertragungseigenschaften ein geringes Bauvolumen aufweist. Der in einem Reaktor-Druckbehälter vorgesehene Raum zur Aufnahme der Rekuperatoren und Vorkühler besitzt nur einen begrenzten Querschnitt, der durch die ringzylindrische und konzentrische Anordnung der Geradrohrbündel und die ringförmige Ausbildung der Sammler sehr gut ausgenutzt wird. Auch wenn innerhalb eines Reaktor-Druckbehälters mehrere identische parallelgeschaltete Wärmenutzungskreisläufe vorgesehen sind, wobei als Wärmequelle ein einziger Reaktorkern zur Verfügung

6Q9808/IU97 -..4/

steht,"kann der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung in den einzelnen Kreisläufen als Rekuperator und Vorkühler verwendet werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bietet sich bei Kernkraftwerken mit geschlossenem Gaskühlkreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärme, bei denen die vom Kühlgas aufgenommene Energie über einen Wärmeaustauscher an einen Sekundärkreislauf abgegeben wird.

Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Gegenstromprinzip; d.h. an der Austrittsstelle des in den Rohren strömenden Mediums tritt das außerhalb der Rohre strömende Medium in den Wärmeaustauscher ein und umgekehrt. Die Größe der Drücke, Druckdifferenzen, Temperaturen und Temperaturdifferenzen des äußeren und des inneren Mediums können dabei beliebig sein. Als wärmeaustauschende Medien kommen sowohl gasförmige als auch flüssige Medien in Betracht, Es können glatte, künstlich aufgerauhte oder auch längs- oder quergerippte Rohre verwendet werden.

Auch die Einbau- oder Betriebslage des Wärmeaustauschers - z.B. horizontal, vertikal oder schräg - sowie die Art der Werkstoffe kann beliebig gewählt werden.

"Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, die kreisringartigen Kammern, die die Sammler bilden, derart durch Trennwände zu unterteilen, daß die Sammler die Form von Kreisringsegmenten hab^u. Jeder Sammler ist mit einer Zu- bzw. Ableitung für das in den Rohren strömende Medium verbunden. Es ist zweckmäßig, .eine geradzahlige Unterteilung zu wählen.

In vorteilhafter Weiterentwicklung des erfindungsgeraäßen Wärmeaustauschers sind die benachbarte Kreisringe bildenden Sammler , in verschiedenen Ebenen senkrecht zur Mittelachse der Wärmeaustauschers angeordnet, wobei die Ebenen jeweils mindestens um die Höhe eines Sammlers voneinander beabstandet sind. Die

6Q9808/Q497 ...5/

Rohrbündel sind bei dieser Ausführung so dicht nebeneinander angeordnet, daß sich die Sammler im Grundriß überdecken. Infolge dieser Versetzung der Sammler kann der zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt werden, da sich auf einem gegebenen Querschnitt eine größere Anzahl von Rohrbündeln unterbringen läßt.

Die ringförmigen Sammler können ein kastenartiges, ein kreisförmiges oder ein halbkreisförmiges Profil aufweisen; d.h. sie sind als Ringplatten,als Torusschalen oder als halbierte Torusschalen ausgebildet oder stellen Segmente dieser verschiedenen Ausfuhrungsformen dar.

Liegt eine Unterteilung der kreisringartigen Kammern in Kreisringsegmentevor, so ist.es zweckmäßig, die Kreisringsegmente einander benachbarter Kreisringe in Umfangsrichtung gegeneinander zu versetzen. Auf diese Weise lassen sich die Zu- bzw. Ableitungen zu den einzelnen Sammlern leichter aus dem Wärmeaustauscher herausführen.

Bei einer Ausführungsbrm des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers liegen die Sammler mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse des Wärmeaustauschers auf Ebenen, die je um die Höhe eines Sammlers voneinander beabstandet sind. Der Sammler (oder bei Unterteilung in Segmente: die Sammler) mit dem geringsten Achsen-Abstand ist dabei am weitesten von dem mittleren Querschnitt des Wärmeaustauschers entfernt, so daß - bei senkrecht angeordnetem Wärmeaustauscher und im Längsschnitt gesehen - die Sammler von innen nach außen stufenartig absteigen.

Es sind auch andere Anordnungen der Sammler möglich; so können beispielsweise einige Sammler mit unterschiedlichem Abstand von der Mittelachse des Wärmeaustauschers auf der gleichen Ebene liegen, wobei sie durch mindestens einen auf anderer Ebene liegenden Sammler voneinander getrennt sind. In diesem Falle

609808/0A97

2 4 3 7 O 1 B

brauchen weniger Ebenen vorgesehen zu sein.

Besonders vorteilhaft ist es, den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher in Elementbauweise herzustellen. Er ist dann aus einer Anzahl von im Querschnitt ringförmigen oder ringsegmentförmigen Elementen zusammengesetzt, die von besonderen Mantelblechen umschlossen sind. Die einzelnen Elemente können auch völlig gegeneinander abgedichtet sein. Bei Undichtigkeiten im Wärmeaustauscher ist es somit möglich, einzelne Elemente stillzulegen und zu reparieren bzw. sie auszutauschen. Die Anzahl der Elemente ist beliebig.

,Zweckmäßigerweise werden die Anschlußleitungen, die der Zuführung bzw. Weiterführung des in den Rohren strömenden Mediums dienen, von den einzelnen Sammlern zunächst zum äußeren Umfang des Wärmeaustauschers und sodann in Richtung der Achse des Wärmeaustauschers oder unter einem Winkel zu ihr geführt. Darauf werden sie in einem weiteren Schritt zur Mitte zurückgeführt und dort gebündelt, bevor sie zu einem Sammelkopf oder Endsammler geleitet werden.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers schematisch dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt eines als Rekuperator in einem Kernkraftwerk eingesetzten Wärmeaustauschers,

Fig. 2 einen Schnitt durch diesen Wärmeaustauscher nach der Linie II - II der Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsart eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung im Längsschnitt mit versetzten Sammlern,

609808/0A97

2437 01 B

Flg. 4 einen Schnitt durch diesen nach' der Linie IV - IV der Fig. 3,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsart des Wärmeaustauschers mit ringsegmentartigen Sammlern im Längsschnitt,

Fig. 6 einen Schnitt durch diesen Wärmeaustauscher nach

der Linie VI - VI der Fig. 5, in vereinfachter - - Darstellung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Wärmeaustauscher gemäß Fig. 5,

Fig. 8 ein weiteres Beispiel für einen Wärmeaustauscher mit versetzten Sammlern, im Längsschnitt gesehen.

Die Fig. 1 läßt einen rekuperativen Wärmeüberträger oder Rekuperator erkennen, der zum Primärkreislauf eines Hochtemperatur- -r-eaktors-mit Heliumturbine gehört und wie alle anderen Komponenten des Kreislaufs in einem vertikalen Pod 1 in_der Wandung 2 des Spannbetondruckbehälters untergebracht ist. Der Pod 1 ist mit einem gasdichten Stahlliner 3 ausgekleidet, der mit Wasser gekühlt und mit einem Temperaturschutz versehen ist (nicht dargestellt). Der Rekuperator besteht im wesentlichen aus einem Leitmantel 4 mit kreisförmigem Querschnitt, aus einer Vielzahl von Rohrbündeln 5, die an ihren beiden Enden je an einen Sammler 6 bzw. 7 angeschlossen sind, und aus den Zu- bzw. Abführungs- -leitungen 8 bzw. 9 für die Sammler. Ferner weist der Wärmeaustauscher noch eine Umlenkeinrichtung 10 für das.äußere Medium auf, durch die der freie Querschnitt des Wärmeaustauschers eingeengt wird.

Die Rohrbündel 5 bestehen aus parallel zur Mittelachse des Wärmeaustauschers verlaufenden Geradrohren, die glatt, aufgerauht oder gerippt sein können. Wie aus Fig. 2 ersichtlich,

9808/0497 . ... 8/

24370 Ί 6

— ο —

besitzen die Rohrbündel einen ringförmigen Querschnitt und sind konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers angeordnet. Die Sammler 6 bzw. 7 sind ebenfalls im Querschnitt ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers angeordnet. Jeder Sammler stellt eine kreisringartige Kammer dar, die die Form eines halbierten Torus hat und deren Boden 11 von einer Lochplatte gebildet wird, in der die Rohre eines Rohrbündels 5 eingesetzt sind. Alle Sammler 6 sind je mit einer Zuführungsleitung 8 und alle Sammler 7 je mit einer Abführungsleitung 9 für das innere Medium verbunden. Das äußere Medium wird durch einen Ringspalt 12 in den Bereich des Wärmeaustauschers geführt und tritt dann seitlich in den Raum zwischen den Rohrbündeln 5 ein, den es von unten nach oben - also im Gegenstrom zu dem inneren Medium - durchströmt.

-JDa das dargestellte Ausführungsbeispiel den Rekuperator eines Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbine betrifft, sind die beiden miteinander im Wärmeaustausch stehenden Medien Helium. Das von der Turbine kommende heiße Niederdruckgas, das durch den Ringspalt 12 dem Wärmeaustauscher zugeleitet wird, durchströmt diesen mantelseitig, wie durch Pfeile angedeutet. Durch einen Ringspalt 13 tritt das abgekühlte Helium seitwärts wieder aus dem Wärmeaustauscher aus und wird zu einem Vorkühler weitergeführt (nicht dargestellt), den es ebenfalls mantelseitig durchströmt. Nachdem das Helium den Vorkühler passiert hat und in einem Kompressor wieder auf hohen Druck verdichtet worden ist, wird es als Hochdruckgas zu dem Rekuperator zurückgeführt. Durch die Zuführungsleitungen 8 und die Sammler 6 gelangt das Helium -in die Rohre der Rohrbündel 5, die es von oben nach unten durchströmt, wobei es sich erwärmt. In den Sammlern 7 wird das Gas wieder gesammelt und durch die Abführungsleitungen 9 aus dem Rekuperator geführt. Hierauf wird das Helium zum Kern des Reaktors zurückgeleitet.

6Q9808/CU97

243701B

Der zentrale Innenraum 14 des Wärmeaustauschers kann ebenfalls für die Wärmeübertragung ausgenutzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel nimmt er ein weiteres Rohrbündel auf, das einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Es ist mit zwei Sammlern 15 und verbunden, an die sich ebenfalls eine Zuführungsleitung 8 und eine Abführungsleitung 9 anschließen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Wärmeaustauscher, der in einem Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärme eingesetzt ist. De* Wärmeaustauscher hat hier die Aufgabe, die vom Kühlgas - dem Primärgas - aufgenommene Energie an einen sekundären Kreislauf abzugeben. In dem gezeigten 'Ausführungsbeispiel wird in beiden Kreisläufen Helium verwendet; als Sekundärmedium kann aber beispielsweise auch Wasser benutzt werden. In allen Figuren sind gleiche Gegenstände mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In. der Wandung 2 eines Spannbetondruckbehälters ist ein mit einem Stahlliner 3 ausgekleideter Pod 1 vorgesehen, der den Wärmeaustauscher aufnimmt. Der Wärmeaustauscher umfaßt eine Vielzahl von in einem Leitmantel 4 angeordneten Rohrbündeln 5 von kreiszylindrischer Gestalt. Jedes Rohrbündel 5 ist an seinen beiden Enden je mit einem Sammler 6 bzw. 7 verbunden, und an jeden Sammler 6 bzw. 7 schließt sich eine Zu- bzw. Abführungsleitung 8 bzw. 9 an.

Die Sammler 6 und 7 bilden kreisringartige Kammern mit halbkreisförmigem Querschnitt, die konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers liegen; in den Boden 11 dieser Kammern sind die Rohre der Rohrbündel 5 eingesetzt. Um eine größere Anzahl von Rohrbündeln 5 auf dem vorgegebenen Querschnitt unterbringen zu können, sind die Sammler 6 bzw. die Sammler 7 in drei verschiedenen horizontalen Ebenen ABC bzw. EFG angeordnet, die je um mehr als die Höhe eines Sammlers voneinander beabstandet sind.

098 08/0497 ... 10/

Benachbarte Sammler liegen stets auf verschiedenen Ebenen, und zwar in einem solchen Abstand von der Mittelachse des Wärmeaustauschers, daß sich die Sammler im Grundriß überdecken. In der Fig. 2 ist dies deutlich erkennbar. Die Sammler mit dem kleinsten Abstand von der Mittelachse des Wärmeaustauschers liegen auf der höchsten Ebene; mit zunehmendem Abstand steigen sie stufenweise nach unten. Der zentrale Innenraum 14 des Wärmeaustauschers bleibt frei von Rohrbündeln 5; er kann beispielsweise für die Zu- oder Rückführung des inneren oder äußeren Mediums ausgenutzt werden. Es ist aber auch möglich, ihn ebenfalls zur Wärmeübertragung heranzuziehen.

«Das im Reaktorkern erhitzte Primär-Helium tritt von oben in den Wärmeaustauscher ein, wie durch Pfeile angedeutet. Es wird an den Rohrbündeln 5 entlang nach unten geführt, wobei es sich durch das in den Rohrbündeln entgegenströmende Helium des Sekundärkreislaufes abkühlt. Nachdem das Primär-Helium den Wärmeaustauscher verlassen hat, wird es in einem Gebläse verdichtet (nicht dargestellt) und zum Kernreaktor zurückgeführt. Das Sekundär-Helium gelangt von unten durch die Zuführungsleitungen in die Sammler 6 und wird von diesen auf die Rohre der Rohrbündel 5 verteilt. Im Gegenstrom zu dem Primär-Heliura strömt es nach oben, erwärmt sich und verläßt den Wärmeaustauscher durch die Sammler 7 und die Abführungsleitungen 9. In (nicht dargestellten) Gasleitungen wird das heiße Sekundär-Helium schließlich aus dem Spannbetondruckbehälter herausgeführt und seiner weiteren Verwendung zugeleitet.

Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, und zwar wird wieder ein zu einem Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf gehörender Rekuperator dargestellt. Das Kernkraftwerk umfaßt jedoch mehrere V/ärmenutzungskreisläufe oder Loops, die untereinander identisch und über den Reaktorkern gekoppelt sind.

609808/0Λ97 ·... ll/

Zu jedem dieser Kreisläufe gehören eine Heliumturbine, Verdichter und wärmetauschende Apparate (Rekuperatoren,Vorkühler und Zwischenkühler). Einer dieser Rekuperatoren - und zwar nur sein oberer Teil - ist in der Fig. 5 gezeigt.

Der Rekuperator ist wieder in einem vertikalen Pod 1 in der Wandung 2 des Spannbetondruckbehälters untergebracht. Der Pod 1 ist mit einem Stahlliner 3 ausgekleidet und der Rekuperator in einem Leitmantel 4 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet. Eine Vielzahl von parallel zur Mittelachse des Rekuperators verlaufenden Geradrohrbündeln 20 ist an ihren beiden Enden in Sammler eingesetzt, von denen nur die Sammler 21, die auf der Zuführungsseite liegen, zu sehen sind. An die Sammler 21 schließen sich Zuführungsleitungen 22 für das innere Medium an, die mit einem Endsammler oder Sammelkopf 23 verbunden sind. Der zentrale Innenraum des Rekuperators ist mit einem im Querschnitt kreisförmigen Rohrbündel 24 bestückt, an das sich oben ein Sammler 25 anschließt. Auch dieser Sammler ist über eine Zuführungsleitung 22 mit dem Sammelkopf 23 verbunden.

Die konzentrisch angeordneten Rohrbündel 20 haben im Querschnitt die Form von Ringsegmenten, die von Mantelblechen 27 und radial angeordneten Blechen 28 umgeben sind, so daß sich einzelne Boxen oder Elemtne 26 herausgebildet haben. Aus der Fig. 6 sind die ringsegmentartigen Querschnitte der Elemente 26 sowie der Rohrbündel 20 gut zu erkennen, wobei der Übersichtlichkeit wegen nur jeweils e ne Wandung aneinandergrenzender Elemente eingezeichnet ist.

Die Sammler 21 haben ebenfalls die Form von Ringsegmenten, wobei die ursprünglich vorhandenen kreisringartigen Kammern durch radial verlaufende Trennbleche 19 unterteilt sind. Die Sammler besitzen ein kastenartiges Profil, so daß sie Teile von Ringplatten darstellen. Jedes Ringplatten-Segment ist mit

809808/Ü497

2437018

einer Zuführungsleitung 22 versehen, vie aus Fig. 7 ersieht- . lieh. Die einen Kreisring bildenden Segmente oder Sammler 21 liegen auf der gleichen horizontalen Ebene, während die Kreisringe untereinander auf verschiedenen Ebenen A, B, C, D senkrecht zur Hittelachse des Rekuperators angeordnet sind. Der Kreisring mit dem kleinsten Mittenabstand liegt auf der Ebene A, die um mehr als die Höhe einer Ringplatte von der nächsten Ebene B entfernt ist. Den gleichen Abstand voneinander weisen auch die Ebenen B und C sowie die Ebenen C und D auf, auf denen weitere Kreisringe angeordnet sind.

Die Zuführung des inneren Mediums und Verteilung auf die einzelnen Rohrbündel 20 erfolgt durch den Sammelkopf 23 und die mit den Sammlern 21 verbundenen Leitungen 22. Wie aus den Figuren 5 und 7 ersichtlich, sind die Leitungen 22 so verlegt, daß sie zunächst von den Sammlern 21 an den äußeren Umfang des Rekuperators und von dort parallel zur Achse des Rekuperators nach oben geführt werden. Hierauf werden sie in die Mitte geführt und gebündelt und darauf zu dem Sammelkopf 23 umgeleitet. Auf diese Weise wird der zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt, und das Leitungssystem besitzt eine große Elastizität.

Das von der Turbine kommende entspannte Gas tritt von unten in den Rekuperator ein, den es mantelseitig durchströmt, wobei es seine Wärme an das in den Rohrbündeln 20 geführte Gas abgibt, das in Gegenrichtung strömt. DurcJh einen Stollen in dem Spannbetonbehälter (nicht dargestellt) wird das abgekühlte Gas einem Vorkühler zugeleitet. Nachdem es in einem Kompressor wieder verdichtet worden ist, wird das Helium durch einen weiteren Stollen 27 zum Rekuperator zurückgeführt, wo es zunächst in den Sammelkopf 23 eintritt. Hier wird es auf die einzelnen Zuführungsleitungen 22 verteilt und tritt durch die Sammler 21 in die Rohrbündel 20 ein. Nachdem das erwärmte Gas durch die unteren

... 13/

609808/CU97

Sammler und die Abführungsleitungen den Rekuperator verlassen hat, wird es in einem unteren Sammelkopf gesammelt und durch einen Gasführungspod zu dem Kernreaktor geleitet.

In der Fig. 8 ist ein weiteres Beispiel eines Wärmeaustauschers mit versetzten Sammlern dargestellt, der wie der in der Fig. gezeigte Wärmeaustauscher als Rekuperator in einem Kernkraftwerk dient. An die ringzylindrischen Rohrbündel 5 schließen •sich oben ringförmige Sammler 30 an, die die Form von Torusschalen haben. Gleichgestaltete Sammler 31 sind an den unteren Enden der Rohrbündel 5 angeschlossen. Die Sammler 30 bzw. 31 sind mit Zuführungsleitungen 8 bzw. Abführungsleitungen 9 für das innere Medium verbunden. Der zentrale Innenraum 14 enthält keine Rohrbündel.

Die Sammler 30 sind derart gegeneinander versetzt angeordnet, daß benachbarte Sammler auf Ebenen liegen, die jeweils um mehr als die Höhe eines Sammlers voneinander beabstandet sind. Im ganzen sind fünf ringförmige Sammler vorgesehen, von denen der in der Mitte befindliche Sammler auf der höchsten Ebene - der Ebene A - liegt. Die beiden diesem Sammler benachbarten Sammler sind auf der nächstfolgenden Ebene - der Ebene B angeordnet, und die ringförmigen Sammler, die den größten und den kleinsten Abstand zur Mittelachse des Rekuperators besitzen, liegen gemeinsam auf der Ebene C. Die Sammler 31 sind in gleicher Weise auf den Ebenen E, F und G angeordnet. Die Rohrbündel 5 sind so d'ent nebeneinander installiert, daß sich die Sammler 30 bzw. 31 im Grundriß überdecken.

Auch bei diesem Rekuperator wird das von einer Heliumturbine kommende heiße Gas mantelseitig von unten durch den Rekuperator geführt, während das zu erwärmende Gas im Gegenstrom durch die Rohre der Rohrbündel 5 geleitet wird. Nach Verlassen der Sammler 31 gelangt das Gas durch die Leitungen 9 und weitere

609808/0 4 97

Gasführungen (nicht dargestellt) zurück zum Kernreaktor.

60 9 808/0497

Claims

Patentansprüche

Wärmeaustauscher von kreisförmigem Querschnitt mit einer Vielzahl von innerhalb eines Leitmantels angeordneten und zu Rohrbündeln vereinigten, parallel zur Mittelachse des Wärmeaustauschers verlaufenden Geradrohren, wobei die Rohre jedes Bündels an ihren beiden Enden je zu einem Sammler zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradrohrbündel (5, 20) einen ringförmigen Querschnitt aufweisen und konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers angeordnet sind und daß die Sammler (6,7,21,30,31) als kreisringartige Kammern ausgebildet und ebenfalls konzentrisch zur Mittelachse des Wärmeaustauschers angeordnet sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringartigen Kammern durch Trennwände (19) derart unterteilt sind, daß die Sammler die Form von Kreisringsegmenten (21) haben, die je mit einer Anschlußleitung (22) verbunden sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarte Kreisringe bildenden Sammler (6,7,21,30,31) in verschiedenen Ebenen (A, B, C, D; E, F, G) senkrecht zur Mittelachse des Wärmeaustauschers ange ordnet sind, die jeweils mindestens um die Höhe eines Samm lers voneinander beabstandet sind, und daß die Rohrbündel (5, 20) so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß sich die Sammler (6, 7, 21, 30, 31) im Grundriß überdecken.

609808/0497

2 4 3 7 Π 1 6
4. .Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammler (21) ein kastenartiges Profil aufweisen.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1,-2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammler (30, 31) ein kreisförmiges Profil aufweisen.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammler (6, 7) ein halbkreisförmiges Profil aufweisen.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Sammler fungierenden Kreisringsegmente (21) benachbarter Kreisringe in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammler (6 bzw. 7, 21) mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse des Wärmeaustauschers auf Ebenen (A, B, C, D bzw. E, F, G) liegen, die je um die Höhe eines Sammlers voneinander beabstandet sind, wobei der oder die Sammler mit dem geringsten Achsen-Abstand am weitesten vom mittleren Querschnitt des Wärmeaustauschers entfernt sind.
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sammler (30 bzw. 31) mit unterschiedlichem Abstand von der Mittelachse des Wärmeaustauschers auf der gleichen Ebene (B oder C bzw. F oder G) liegen, wobei sie durch mindestens einen auf anderer Ebene (A bzw. E) liegenden Sammler (30 bzw. 31) voneinander getrennt sind.
10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3 und einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

609808/ΟΛ97

net, daß der Uärmeaustauscher aus einer Anzahl von im Querschnitt ringförmigen oder ringsegmentförmigen EIe.-menten (26) besteht, die von Mantelblechen (27) umschlossen sind. - "..-..
11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3 und einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (8,9,22) zur Zuführung bzw. Weiterführung des in den Rohrbündeln (5,20) strömenden Mediums von den einzelnen Sammlern (6,7,21,30,31) zunächst zum äußeren Umfang des Wärmeaustauschers und sodann in Richtung der Achse des Wärmeaustauschers oder unter einem Winkel zu ihr geführt werden und daß sie darauf zur Mitte zurückgeführt werden, wo sie gebündelt und zu einem Sammelkopf (23) geleitet werden.

609808/04 97