DE2624244C2 - Rekuperativer Wärmetauscher in stehender Anordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen rekuperativen Wärmetauscher in stehender Anordnung für gasförmige Medien mit einer Vielzahl von aus Geradrohren bestehenden Rohrbündeln, die je von einem beidseitig offenen Leitmantel umgeben und an ihren beiden End^r. mit einem Rohrboden verbunden sind, mit einem die Rohrbündel und die Rohrboden umgebenden äußeren Leitmantel, mit einer von unten in den äußeren Leitmantel eintretenden Zuführung für heißes ND-Gas und einer im oberen Bereich des Wärmetauschers seitlich einmündenden koaxialen Gasführung, in deren äußerer Leitung kaltes HD-Gas einem Eintrittssammler zugeführt und in deren innerer Leitung das erwärmte HD-Gas aus dem Wärmetauscher abgeführt wird, und mit einem sich durch den ganzen Wärmetauscher erstrekkenden Zentralrohr für die Rückführung des erwärmten HD-Gases nach oben.

Ein solcher gattungsgemäßer Wärmetauscher ist bekannt Derartige Wärmetauscher sind generell im Anlagenbau verwendbar; beispielsweise können sie in geschlossenen Gasturbinenanlagen eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet bildet die Kernkraftwerkstechnik, bei der die Wärmetauscher in voll- oder teilintegrierten Reaktorsystemen als rekuperative Wärmeüberträger Verwendung finden. Sie sind dann mit dem Kernreaktor zusammen in einem Druckbehälter angeordnet, der aus Spannbeton oder vorgespanntem Metall hergestellt sein kann.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 20 544 ist beispielsweise ein aus parallel angeordneten Einzelelementen bestehender Wärmetauscher bekannt, bei dem die Einzelelemente oder Rohrbündel einen runden oder polygonalen Querschnitt besitzen und von beidseitig offenen Mantelrohren umgeben sind. Das äußere Medium, z. B. das von einer Turbine kommende Abgas, wird entlang der Austauschenohre innerhalb der beidseitig offenen Mantelrohre geführt, wobei seine Strömungsrichtung derjenigen des in den Rohren befindlichen Mediums entgegengesetzt ist. Jedes Rohrbündel ist durch ein Paar Rohrboden mit eigenen Zu- und Abführungsleitungen versehen.

In der deutschen Offenlegungsschrift 14 01 666 wird ebenfalls ein Wärmetauscher beschrieben, der in einem Mantel eine Anzahl von Rohrbündcln enthält, clic sieh aus einer Vielzahl von an ihren Enden mit Kopfstücken oder Rohrböden verbundenen Rohren zusammensetzen. Die im wesentlichen geraden Rohre sind in unmit-

telbarer Nähe der Kopfstücke derart auseinandergespreizt, daß sie über den größten Teil ihrer Länge eine gleichförmige Verteilung über den Querschnitt des Mantels einnehmen. Diese Maßnahme verfolgt den Zweck, daß Gesamtvolumen des Wärmetauschers für eine gegebene Wärmeübei iragungsleistung gering zu halten.

In der deutschen Offenlegungsschrift 24 24 355 ist ein Rohrbündel-Wärmetauscher dargestellt, bei dem die Rohrbündel mit den zugehörigen Rohrböden und den beidseitig offenen Leitmäntel ausbaubare Boxen bilden, die im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet sind. Die Rohrbündel sind an ihrem einen Ende axial und radial fixiert und an ihrem anderen Ende axial frei verschiebbar, und es sind Mittel zum Verspannen der Boxen an diesem Ende vorgesehen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 30 161 ist es ebenfalls bekannt, die Rohrbündel als Boxen auszubilden und die Boxen im Grundriß im Sechseckgitter anzuordnen. Die Rohrboden der einzelnen Boxen sind zumindest an einer Seite in mehreren verschiedenen Ebenen senkrecht zur Achse des Wärmetauschers angeordnet, wobei benachbarte Rohrboden gegeneinander versetzt sind und zwischen den Rohrboden der einen Box und dem Leitmantel der dieser Box benachbarten Box ein sehr geringer Zwischenraum bleibt Hierdurch wird der zur Verfugung stehende Raum noch besser ausgenutzt.

In der deutschen Offenlegungsschrift 24 37 016 wird ein Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Geradrohrbündeln gezeigt, die einen ringförmigen Querschnitt aufweisen und konzentrisch zur Mittelachse des Wärmetauschers angeordnet sind. Die Sammler der einzelnen Rohrbündel sind als kreisringartige Kammern ausgebildet und ebenfalls konzentrisch um die Mittelachse des Wärmetauschers gruppiert

Stand der Technik ist auch ein in der deutschen Patentschrift 8 29 173 beschriebener Wärmetauscher mit einem senkrechten Rohrbündel, bei dem das äußere Medium unter höherem Druck steht als das innere, die Rohre durchströmende Medium. Die Rohre sind oben und unten in eine Rohrplatte eingesetzt, al? die sich zur Zu- bzw. Ableitung des inneren Mediums jeweils eine trichterförmige Erweiterung anschließt Das äußere Medium wird jeweils seitlich durch eine einfache Leitung zu- und abgeführt. An den beiden Einspannstellen des Rohrbündels in dem Wärmetauschermantel sind Stopfbüchsen vorgesehen. Um die im unteren Mantelteil befindliche Einspannstelle vom Rohrbündelgewicht zu befreien, ist als Halterung für das Rohrbündel ein mit Druckausgleichsöffnungen versehenes Tragrohr vorgesehen, das sich etwa in der Mitte des Wärmetauschers abstützt. Das Rohrbündel kann sich von diesem Festpunkt aus etwa gleichmäßig nach oben und unten dehnen.

Nach der österreichischen Patentschrift 3 04 593, die ebenfalls einen senkrecht stehenden Wärmetauscher betrifft, besteht die mit Gas beheizte Fläche aus mehreren Rohrbündeln, die um ein Zentralrohr angeordnet sind. Das wärmeabgebende äußere Medium wird durch eine seitlich angebrachte Koaxialleitung zu- und abgeführt. Der Wärmetauschermantel ist oben mit zwei übereinander angeordneten Druckdeckeln abgeschlossen, um im Falle eines Bruches des ersten Deckels ein sofortiges Entweichen des Gases zu verhindern. Durch den ersten Druckdec'/.pl sind Sammelrohre für das innere Medium verlegt, die zu Rohrplatten für die Bündelrohre führen. Die Rohrplatten sind durch Stutzen an den zweiten Druckdeckel angeschlossen. In dem Zentralrohr sind die Zuführungsrohre für den Vorwärmerteil der Rohrbündel verlegt

Ein Wärmetauscher in liegender Anordnung mit cinem Rohrbündel ringförmigen Querschnitts sowie Sammlern und Verteilern mit ebenfalls ringförmigem Querschnitt ist aus der deutschen Patentschrift 10 74 605 bekannt Sammler und Verteiler sind je durch eine Anzahl von Verbindungsleitungen mit einem Eintritts- bzw. einem Austrittsstutzen verbunden. Der eine der beiden Stutzen ist mittels einer Dehnungsmanschette an dem Mantel des Wärmetauschers befestigt, so daß er sieb in axialer Richtung verschieben kann. Der Mantel kann, da er auf der einen Seite auf Walzen gelagert ist, ebenfalls Längsbewegungen ausführen. Das Rohrbündel selbst ist längsverschieblich auf den Führungsflächen zweier kreisförmiger, an dem Mantel befestigter Platten gelagert

Aus de,^r britischen Patentschrift 11 01 773 ist ein mit flüssigem Natrium beheizter U-Ro'.r_: -Wärmetauscher in stehender Anordnung bekanni, bei <ien> ein Rohrbündel ringförmigen Querschnitts ein für die Zuführung des Natriums ausgenutztes Zentralrohr umgibt Sammler und Verteiler für das Sekundärmedium sind halbtoroidformic ausgebildet und je an eine Rohrplatte angeschlossen. Zwischen den beiden ringförmigen Rohrplatten befindet sich ein ebenfalls ringförmiger Dehnungskompensator. Das obere Ende des Zentralrohres ist mittels einer Schiebeverbindung Iängsbetveglich gelagert

Eine dichte Verbindung gußeiserner Rohre mit einer gewölbten oder ebenen Stahlplatte, bei der die Befestigungsstelle zum Ausgleich von Wärmespannungen hinreichend nachgiebig ist, wird in der deutschen Patentschrift 9 53 456 beschrieben. Auf die Stahlplatte wird eine zylindrische Stahlrohrmanschette aufgeschweißt, in welche das Gußrohrende eingefügt und von außen angewalzt wird.

Die deutsche Patentschrift 8 19 099 zeigt einrn Wärmedehnungsausgleich für einen senkrecht stehenden Wärmetauscher, dessen unteres Ende an einer Bodenplatte fest angebracht ist. An seinem oberen Ende ist zwischen dem Außenmantel und dem Rohrboden ein elastisches Element eingebaut, z. B. in Foim eines Faltenbalges. Um den Druck des aufzuheizenden Mediums in dem elastischen Element möglichst abzusenken, ist noch ein Dichtungselement mit mehreren Kolbenringen vorgesehen.

Eine weitere Möglichkeit, relative Wärmedehnungen bei Wärmetauschern auszugleichen, ist aus dem deutsehen Gebrauchsmuster 19 31 542 bekannt. Hier handelt es sich ebenfalls um einen senkrecht stehenden Apparat mit einem Geradrohrbündel, das in einem oben unc! unten mit einem Deckel verschlossenen Mantel angeordnet ist. Während die obere Rohrplatte fest mit dem Mantel und dem Deckel verbunden ist, ist unierhalb der unteren (konisch geformten) Rohrplatte ein Wellrohrkompensator vorgesehen, der die Längung des Geradrohrbündels aufnimmt.
Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, einen rekuperativen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Bauart zu schaffen, bei dem dte infolge von Wärmedehnungen, Verschiebungen des Bauwerks und Re?ktionskräften auftretenden mechanisehen Belastungen des Wärmetauschers im Bereich des Ein- und Austritts der Hochdruckleitungen und an den Rohrbündeln stark reduziert werden. Gleichzeitig soll der Zugang zu den Trennstellen zwischen dem Wärme-

tauscher und den weiterführenden Leitungen sichergestellt sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Leitmantel des Wärmetauschers eine Glocke aufgesetzt ist, die den in seiner Längsausdehnung vertikal ausgerichteten HD-Eintrittssammler umschließt und als Austrittssammler für das abgekühlte ND-Gas dient, daß der HD-Eintrittssammler starr mit der Leitung für das kalte HD-Gas und durch innerhalb der Glocke verlaufende elastische Verbindungsleitungen mit den oberen Rohrboden der Rohrbündel verbunden sowie an zwei einander gegenüberliegenden Stellen seines Umfangs gleitend in der Glocke gelagert ist, daß innerhalb des HD-Eintrittssammlers ein sich oben an das Zentralrohr anschließender und mit der inneren Leitung der koaxialen Gasführung verbundener Austrittssammler für das HD-Gas angeordnet ist, daS in den HD Eintritts- \iv.d Aüstrittssammler und der Glocke in ihrem oberen Bereich eine jeweils mit einem Deckel abgeschlossene öffnung vorgesehen ist und diese öffnungen miteinander fluchten und daß die Rohrbündel an einem unterhalb der Glocke angeordneten Tragrost aufgehängt sind, der mit dem äußeren Leitmantel direkt verbunden ist und eine zentrale Aussparung besitzt, durch die das Zentralrohr mit Spiel hindurchgeführt ist

An der Eintrittsleitung für das kalte HD-Gas ergeben sich infolge von Wärmedehnungen horizontale Verschiebungen, die zu großen Beanspruchungen des HD-Eintrittssammlers führen. Bei Verschiebungen des Bauwerks, z. B. eines Spannbetondruckbehälters, nach dem Einbau des Wärmetauschers entstehen ebenfalls große Kräfte, die die Bauteile des Wärmetauschers stark belasten. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des HD-Eintrittssammlers wird die Verschiebung der HD-Eintrittsleitung und des Bauwerks elastisch von dem HD-Eintrittssammler aufgenommen, da er — abgesehen von der HD-Eintrittsleitung — keine starren Verbindungen zu anderen Bauteilen des Wärmetauschers aufweist Somit ergibt sich eine wesentlich geringere Beanspruchung des HD-Eintrittssammlers.

Die Rohrbündel sind an einem im kalten Bereich des Wärmetauschers angeordneten Tragrost aufgehängt, der direkt an dem äußeren Leitmantel angeschlossen ist Das Zentralrohr hat keine Verbindung zu dem Tragrost Die Aufhängung der Rohrbündel hat gegenüber einer stehenden Lagerung mehrerer Vorteile; zum einen liegt die Aufiagerstelle nicht im heißen Bereich, so daß keine Wärmespannungsprobleme auftreten; zum anderen sind die K.nickbea:;spruchungen der Rohrbündel und die Schwingungsgefahr erheblich reduziert (bei stehender Anordnung der Rohrbündel würden die aus dem Eigengewicht auftretenden Reaktionskräfte zur Herabsetzung der Eigenfrequenzen und damit zu erhöhter Schwingungsgefahr führen).

Der Zugang zu den Trennstellen zwischen dem Wärmetauscher und den weiterführenden Gasleitungen erfolgt von oben durch Einstieg in den HD-Eintrittssamm-1er, der in seinem oberen Bereich keine Verbindungsleitungen oder -stellen aufweist und dort mit einem Deckel versehen ist Dieser Zugang dient zur L-ösung der Trennstellen vor dem Ausbau des Wärmetauschers und zur Inspektion oder Reparatur der Verbindungsleitungen bzw. Verbindungsstellen. Die erforderlichen Inspektions- und Reparaturarbeiten können direkt oder mittels Fernbedienung vorgenommen werden.

Der HD-Eintrittssammier ist mit den oberen Rohrboden der Rohrbündel über die Verbindungsleitungen ver bunden, die als elastische Zwischenglieder ausgebildet sind. Weitere Verbindungsleitungen sind an dem HD-Eintrittssammler nicht vorgesehen, so daß Verschiebungen der HD-Eintrittsleitung oder des Bauwerks elas stisch aufgenommen und die auftretenden Beanspruchungen so weit reduziert werden, daß sie sich nicht auf den HD-Eintrittssammler auswirken können.

Als Sammler für das ND-Gas dient die Glocke, wobei das unten in den äußeren Leitmantel eintretende Gas an

to den Rohren der Rohrbündel entlang nach oben strömt und seine Wärme an das HD-Gas in den Rohren abgibt. Die Haube dieser Glocke ist mit einem Deckel versehen, der mit dem Deckel des HD-Eintrittssammlers fluchtet. Durch diese beiden Deckel ist der Zugang zu

is den elastischen Verbindungsleitungen zwischen dem HD-Eintrittssammler und den Rohrboden der einzelnen Rohrbündel sichergestellt, so daß auf diesem Wege die inspektion und Abblindung der Rohrbündel vorgenommen werden kann. Zu dem Austrittssammler für das heiße HD-Gas und das Zentralrohr ist der Zugang durch den Deckel im Austrittssammler gegeben.

Die Last des HD-Eintrittssammlers und eines Anteils seiner Verbindungsleitungen wird über die beiden Auflagerstellen auf die Glocke abgetragen. Die Auflager- stellen sind so ausgebildet, daß sie Relativdehnungen zwischen der Glocke und dem HD-Eintrittssammler zulassen, und zwar ist der HD-Eintrittssammler an den genannten beiden Stellen gleitend in der Glocke gelagert Die beiden Sammler sind also in ihrer Dehnung

nicht behindert, so daß sich auch bei unterschiedlichen Temperaturen keine Spannungen einstellen können.

Es ist zweckmäßig, das Zentralrohr über einen Wärmedehnungsausgleich an dem HD-Eintrittssammler aufzuhängen. Das untere, verschlossene Ende des Zen-

tralrohres hängt frei in dem äußeren Leitmantel. Dieser Bereich des Zentralrohres ist über Verbindungsleitungen mit den unteren Rohrboden der Boxen verbunden.

Vorteilhafterweise sind die sich unmittelbar an den Wärmetauscher anschließenden Rohrschüsse der ko axialen Gasführung für das HD-Gas so gestaltet, daß sie nach ihrer Trennung von den weiterführenden Leitungsteilen in den Wärmetauscher hineingezogen werden können. Hierdurch ist es möglich, daß der Wärmetauscher auch dann ausgebaut werden kann, wenn er in einem Raum installiert ist der nicht wesentlich größer ist als der Wärmetauscher selbst

Die Abführung des kalten ND-Gases aus der Glocke kann durch eine horizontale Gasführung geschehen, die auf der gleichen Höhe wie die koaxiale Gasführung für

das HD-Gas angeordnet ist Es ist zweckmäßig, ten Anschluß der ND-Gasführung in der Mitte zwischen den beiden Auflagerstellen des HD-Eintrittssammlers vorzusehen.

Wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher als Re-

kuperator in einem Kernkraftwerk verwendet das in einem Spannbetondruckbehälter integriert ist so ist es üblich, ihn in einem mit einer Auskleidung versehenen Schacht zu installieren. Hierbei kann auf ein besonderes Gehäuse für den rekuperativen Wärmetauscher ver ziehtet werden, da die Auskleidung diese Aufgabe über nimmt Der Wärmetauscher ist dann vorteilhafterweise über einen an der Glocke für das kalte ND-Gas ange-

^b brachten Korbbogenboden mit angesetztem Flansch an einem an der Auskleidung befestigten Wärmedeh nungsausgleich aufgehängt Der Zugang zu den Trenn- stellen der Gasleitungen bleibt hierbei gewahrt

Die Weiterfuhrung des kalten ND-Gases zu einem Vorkühler, der — wie der erfindungsgemäße Rekupera-

tor — Teil des Primärkreislaufs eines einen Hochtemperaturreaktor und eine Heliumturbine umfassenden Kernkraftwerks '.st, erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer koaxialen Gasführung, wobei das von dem Rekuperator kommende ND-Gas durch die innere Leitung geführt und die äußere Leitung für die Rückführung des ND-f-ases aus dem Vorkühler zu dem Rekuperator-Schacht benutzt werden kann. Zwischen dem äußeren l.eitmantcl des rckupcrativcn Wärmetauschers und der Schacht-Auskleidung kann ein Ringspa'.t vorgesehen sein, durch den das ND-Gas nach unten geleitet wird, wo es den Bereich des rekuperativen Wärmetauschers verläßt und einer weiteren Primärkreislaufkomponente zugeführt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des rekuperativen Wärmetauschers gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, der für den Einsatz als Rekuperator im Primärkrcislauf eines mit einer Heüumturbine gekoppelten Hochtemperaturreaktors bestimmt ist. Die Figuren zeigen im einzelnen

F i g. 1 den oberen Teil des Rekuperators im Längsschnitt,

Fig.2 einen Querschnitt durch den Rekuperator nach der Linie IK-II der F i g. 1,

F i g. 3 einen Abschnitt des Rekuperators, der die Rohrbündel mit den Rohrboden zeigt.

Die Figuren lassen einen rekuperativen Wärmetauscher oder Rekuperator erkennen, der zum Primärkreislauf eines Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbini. gehört und wie alle anderen Komponenten des Kreislaufs (außer dem in einem horizontalen Stollen installierten Gasturbosatz) in einem vertikalen Schacht 1 innerhalb eines Spannbetondruckbehälters 2 untergebracht ist. Der Schacht 1 ist mit einer gasdichten Auskleidung 3 aus Stahl versehen, die mit Wasser gekühlt und mit einem Temperaturschutz ausgerüstet ist (nicht dargestellt). Oben ist der Schacht 1 mit einem Betonstopfen 4 verschlossen. Der Rekuperator besteht im wesentlichen aus einem Leitmantel 5 mit kreisförmigem Querschnitt, aus einer Vielzahl von Rohrbündeln 6 mit rundem Querschnitt, aus einem Tragrost 7 und den Sammlern sowie den Zu- und Abführungsleitungen für das HD- und das ND-Gas, die später näher beschrieben werden.

Zu jedem Rohrbündel 6 gehören eine Vielzahl von glatten, geraden Rohren 8, zwei Rohrboden 9, in die die Enden der Rohre 8 eingesetzt sind, und ein innerer Leitmantel 10. Dieser ist an seinen beiden Enden offen. An die Rohrboden 9 schließen sich Sammlerhauben 11 an. Die Rohrböden 9 mit den zugehörigen Sammlerhauben 11 sind derart gegeneinander versetzt angeordnet, daß benachbarte Rohrboden auf verschiedenen horizontalen Ebenen (1, II, III) liegen. Der Tragrost 7 ist unmittelbar mit dem Leitmantel 5 des Rekuperators verbunden. In seiner Mitte weist der Tragrost 7 eine große Aussparung 39 auf. durch die ein Zentralrohr 12 mit viel Spiel hindurchgeführt ist Die Rohrbündel 6 sind über elastische Verbindungsleitungen 24 an dem Tragrost 7 aufgehängt, wobei an jeder Verbindungsleitung 24 ein Wärmedehnungsausgleich 42 angebracht ist, der mit dem Tragrost 7 verbunden ist

Zwischen dem Leitmantel 5 und der Auskleidung 3 befindet sich ein Ringspalt 13, der sich längs des gesamten aktiven Teils des Rekuperators erstreckt Die Wandung des Spannbetondruckbehälters 2 besitzt zwei horizontale Durchbrüche 14 und 15, die im oberen Bereich des Schachts 1 im rechten Winkel zueinander in diesen münden (in der F i g. 1 ist der Durchbruch 15 in die Schnittebene gelegt). In jedem der beiden Durchbrüche 14 und 15 ist eine koaxiale Gasführung 16 bzw. 17 installiert.

Die koaxiale Gasführung 16 dient der Zuführung bzw. Abführung des HD-Gases, wobei in der äußeren Leitung 18 kaltes HD-Gas dem Rekuperator zugeführt wird, während durch die innere Leitung 19 das erwärmte HD-Gas abgezogen wird. An die Leitung 18 schließt sich ein HD-Eintrittssnmmler 20 an, der mit dieser Lei·

ίο tung starr verbunden ist. Der HD-Eintrittssammler hat etwa eine kartuschenähnliche Form und ist vertikal und koaxial zur Längsachse des Rekuperators angeordnet. Seine obere Haube 21 weist in ihrem mittleren Bereich einen Deckel 22 auf. An dem unteren Teil des HD-Eintrittssammlers 20 stützt sich das Zentralrohr 12 über einen Wärmedehnungsausgleich 23 ab. Im oberen Bereich des HD-Eintrittssammlers 20 treten die als elastische Zwischenglied'"' ausgebildeten Verbindungsleitungen 24 aus, die über die zugehörigen Sammlerhauben 11 jeden der oberen Rohrböden 9 der Rohrbündel 6 mit dem HD-Eintrittssammler 20 verbinden. Über die Verbindungsleitungen 24 wird das kalte HD-Gas auf die einzelnen Rohrbündel 6 verteilt, durch deren Rohre 8 es abwärts durch den Rekuperator strömt. Die Rückführung des erwärmten HD-Gases nach oben erfolgt durch das Zentralrohr 12, an das sich ein Austrittssammler 25 anschließt, der innerhalb des HD-Eintrittssammlers 20 installiert ist. Der Austrittssammler 25 ist mit der inneren Leitung 19 der koaxialen Gasführung 16 verbunden.

In seinem oberen Teil weist er einen Deckel 26 auf, der mit dem Deckel 22 des HD-Eintrittssammlers 20 fluchtet

Das heiße ND-Gas wird von unten in den Rekuperator geführt (nicht dargestellt) und tritt dann in die inneren Leitmäntel 10 ein, die es von unten nach oben — also im Gegenstrom zu dem HD-Gas — durchströmt. Oberhalb des Tragrostes 7 ist auf dem Leitmantei 5 des Rekuperators eine Glocke 27 aufgesetzt, die als Sammler für das aus den inneren Leitmänteln 10 austretende ND-Gas dient. Diese Glocke umfaßt den HD-Eintrittssammler 20 sowie die Verbindungsleitungen 24 und weist in ihrer Haube 28 einen Deckel 29 auf, der mit den beiden Deckeln 22 und 26 fluchtet Im äußeren Umfang der Glocke 27 ist ein Korbbogenboden 30 angebracht an dem ein ringartiger Flansch 31 angesetzt ist. Dieser Flansch ist mit einem direkt an der Auskleidung 3 befestigten Wärmedehnungsausgleich 32 verbunden. Der gesamte Rekuperator ist damit an der Auskleidung 3 aufgehängt, wobei sich die Aufhängestelle oberhalb der Durchbrüche 14 und 15 befindet

Im Inneren der Glocke 27 sind an zwei einander gegenüberliegenden Stellen ihres Umfangs zwei Auflagerstellen 33,34 für den HD-Eintrittssammler 20 vorgesehen, die als elastische Gleitverbindungen ausgebildet sind und Relativdehnungen zwischen dem HD-Eintrittssainmler 20 und der Glocke 27 zulassen. Die eine der Auflagerstellen 33 befindet sich gegenüber dem Anschluß der koaxialen Gasführung 16 für das HD-Gas; die andere Auflagerstelle 34 ist an dem Anschlußstutzen für das kalte HD-Gas vorgesehen und ist gleichzeitig als Spaltdichtung zwischen den mit ND-Gas unterschiedlicher Temperatur beaufschlagten Räumen ausgeführt

Die in dem Durchbruch 15 verlegte koaxiale Gasführung 17 besitzt eine innere Leitung 35, die sich an die Glocke 27 anschließt und durch die das abgekühlte ND-Gas aus dem Rekuperator abgeführt wird. Dieses Gas wird einem Vorkühler zugeleitet, der in einem dem Schacht 1 benachbarten weiteren Schacht installiert ist

(nicht dargestellt). Nach weiterer Abkühlung in dem Vorkühler wird das ND-Gas durch die äußere Leitung 36 der koaxialen Gasführung 17 in den Schacht 1 zurückgeführt und strömt in dem Ringspalt 13 nach unten, wo es aus dem Schacht 1 abgezogen und einer anderen Kreislaufkomponente (dem Verdichter) zugeleitet wird. Der Zugang zu der Glocke 27, dem HD-Eintrittssammler 20 und dsm Austrittssammler 25 ist von oben durch den Betonstopfen 4 gegeben, der zu diesem Zweck einen Durchbruch 37 aufweist, sowie durch die einzelnen Deckel 29, 22 bzw. 26. Durch Einstieg von oben oder mittels Fernbedienung können die Verbindungsleitungen 24 inspiziert oder repariert, d. h. abgeblindet werden. Um einen Ausbau des Rekuperators vornehmen zu können, sind an den weiterführenden Gasleitungen Trennstellen vorgesehen, die in den F i g. 1 und 2 mit a... i bezeichnet sind. Auch diese Trennstellen lassen sich nach Abnahme der Deckel 29 und 22 von oben erreichen. Die sich unmittelbar an den Rekuperator anschließenden Rohrschüsse 40 und 41 der Leitun- gen 18 und 19 sind so gestaltet, daß sie bis zur Achse des Rekuperators in diesen hineingezogen werden können, wodurch der Ausbau des Rekuperators nach oben möglich wird. Ein im Mantel des HD-Eintrittssammlers 20 befindliches Mannloch 38 gestattet den Zugang zu der Trennstelle /in der Leitung 35.

Da es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um den Rekuperator eines Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbine handelt, sind die beiden miteinander im Wärmeaustausch stehenden Medien Helium. Das von der Turbine kommende heiße ND-Gas, das unten in den Rekuperator eintritt, weist eine Temperatur von 543°C auf. Es durchströmt den Rekuperator mantelseitig. Aus den inneren Leitmänteln 10 gelangt das ND-Gas in die Glocke 22 und tritt mit 237° C in die innere Leitung 35 der koaxialen Gasführung 17 ein, in der es zu dem genannten Vorkühlcr geleitet wird. Dieser, durchströmt das ND-Gas ebenfalls mantelseitig, wobei es sich auf 19° C abkühlt Mit dieser Temperatur wird das ND-Gas durch die äußere Leitung 36 der koaxialen Gasfüh- rung 17 in den Schacht 1 zurückgeführt und strömt durch den Ringspalt 13 nach unten, wobei es die Auskleidung 3 kühlt.

Nachdem das kalte Helium in einem Verdichter wieder auf hohen Druck gebracht worden ist, wird es als HD-Gas zu dem Rekuperator zurückgeführt Durch die äußere Leitung 18 der koaxialen Gasführung 16 gelangt das Helium mit einer Temperatur von 178° C in den HD-Eintrittssammler 20, von dem es über die Verbindungsleitungen 24 auf die Sammlerhauben 11 der ein- zelnen Rohrbündel 6 verteilt wird. In den Rohren 8 strömt das Helium nach unten, wobei es von dem entgegenströmenden Turbinengas Wärme aufnimmt Durch das Zentralrohr 12 wird das Helium mit einer Temperatur von 494°C wieder nach oben geführt und in dem Austrittssammler 25 gesammelt. Aus diesem tritt das heiße HD-Gas in die innere Leitung 19 der koaxialen Gasführung 16 ein und wird zum Kern des Hochtemperaturreaktors geleitet Das beim Durchgang durch den Reaktorkern erhitzte Helium wird der Turbine zügeführt, in der es sich entspannt Darauf wird es wieder als ND-Gas dem Rekuperator zugeleitet womit der Kreislauf des Heliums geschlossen ist

Hierau 3 Blau Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Rekuperathrer Wärmetauscher in stehender Anordnung für gasförmige Medien mit einer Vielzahl von aus Geradrohren bestehenden Rohrbündeln, die je von einem beidseitig offenen Leitmantel umgeben und an ihren beiden Enden mit einem Rohrboden verbunden sind, mit einem die Rohrbündel und die Rohrböden umgebenden äußeren Leitmantel, mit einer von unten in den äußeren Leitmantel eintretenden Zuführung für heißes ND-Gas und einer im oberen Bereich des Wärmetauschers seitlich einmündenden koaxialen Gasführung, in deren äußerer Leitung kaltes HD-Gas einem Eintrittssammler zugeführt und in deren innerer Leitung das erwärmte HD-Gas aus dem Wärmetauscher abgeführt wird, und mit einem sich durch den ganzen Wärmetauschpr erstreckenden Zentralrohr für die Rückführung des erwärmten HD-Gases nach oben, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Leitmantel (5) des Wärmetauschers eine Glokke (27) aufgesetzt ist, die den in seiner Längsausdehnung vertikal ausgerichteten HD-Eintrittssammler (20) umschließt und als Austrittssammler für das abgekühlte ND-Gas dient, daß der HD-Eintrittssammler (20) starr mit der Leitung (18) für das kalte HD-Gas und durch innerhalb der Glocke (27) verlaufende elastische Verbindungsleitungen (24) mit den oberen RohrbcJen (9) der Rohrbündel (6) verbunden sowie an zwei einander gegenüberliegenden Auflagestellen (33, 34) seines ümfangs gleitend in der Glocke (27) gelagert ist, <<aß innerhalb des HD-Eintrittssammlers (20) ein sich oben an das Zentralrohr (12) anschließender und mit der inneren Leitung (19) der koaxialen Gasführung (16) verbundener Austrittssammler (25) für das HD-Gas angeordnet ist, daß in den HD-Eintritts- und Austrittssammlern (20, 25) und der Glocke (27) in ihrem oberen Bereich eine jeweils mit einem Deckel (29 bzw. 26 bzw. 22) abgeschlossene öffnung vorgesehen ist und diese öffnungen miteinander fluchten und daß die Rohrbündel (6) an einem unterhalb der Glocke (27) angeordneten Tragrost (7) aufgehängt sind, der mit dem äußeren Leitmantel (5) direkt verbunden ist und eine zentrale Aussparung (39) besitzt, durch die das Zentralrohr (12) mit Spiel hindurchgeführt ist.

2. Rekuperativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (12) über einen Wärmedehnungsausgleich (23) an dem HD-Eintrittssammler (20) aufgehängt ist

3. Rekuperativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich unmittelbar an den Wärmetauscher anschließenden Rohrschüsse (40,41) der koaxialen Gasführung (16) derart gestaltet sind, daß sie nach ihrer Trennung von den weiterführenden Leitungsteilen in den Wärmetauscher hineingezogen werden können.

4. Rekuperativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abführung des abgekühlten ND-Gases aus der Glocke (27) eine auf gleicher Höhe wie die koaxiale Gasführung (16) für das HD-Gas liegende horizontale Gasführung (17) vorgesehen ist.

5. Rckuperaliver Wärmetauscher nach Anspruch 1 für den Einsatz in einem innerhalb eines Spannbetondruckbehälters untergebrachten Kernkraftwerk, der in einem mit einer Auskleidung versehenen Schacht installiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher über einen an der Glokke (27) für das abgekühlte ND-Gas angebrachten Korbbogenboden (30) mit angesetztem Flansch (31) an einem an der Auskleidung (3) befestigten Wärmedehnungsausgleich (32) aufgehängt ist

6. Rekuperativer Wärmetauscher nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das abeekühlte ND-Gas durch die innere Leitung (35) einer koaxialen Gasführung (17) zu einem Vorkühler führbar und das in diesem weiter abgekühlte Gas durch die äußere Leitung (36) der koaxialen Gasführung (17) in den Schacht (1) aurückführbar ist und daß .^wischen dem äußeren Leitmantel (5) des Wärmetauschers und der Auskleidung (3) ein Ringspalt (13) vorgesehen ist durch den das ND-Gas nach unten leitbar ist