DE2711545C2

DE2711545C2 - Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Geradrohrbündeln

Info

Publication number: DE2711545C2
Application number: DE19772711545
Authority: DE
Inventors: Hans 6700 Ludwigshafen Ecker
Original assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau 5000 Koeln De GmbH; Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1984-04-26
Also published as: CH637204A5; DE2711545A1

Description

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9. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzeirohren (8) abgewandten Teile der Zwischensammler (14,15) als Kegelschalen (34) ausgebildet sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 5,6,7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischensammler (14,15) im Bereich der ringförmigen Anschlußstelle (32) ihrer beiden Schalenteile (30, 31) zur Reduzierung des Durchmessers spanend bearbeitet sind.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Geradrohrbündel (3) auf der Eintritts- und der Austrittsseite des sekundären Mediums mehrere Stufen von Zwischensammlern (14, 15) vorgesehen sind.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Zuführung und Abführung des sekundären Mediums auf der gleichen Stirnseite des Wärmetauschers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dieser Stirnseite abgewandten Seite des Wärmetauschers aus zwei trogähnlichen Schalen (38, 39) gebildete Umkehrsammlung (37) angeordnet sind, deren Querschnitt die Projektion des Querschnitts zweier benachbarter Zwischensammler (14, 15) überdeckt, und daß in jeden Umkehrsammler (37) die aus den beiden überdeckten Zwischensammlern (14, 15) austretenden Einzelrohre (8) einmünden, wobei die von dem einen Zwischensammler (14) ausgehenden Einzelrohre (8) in entgegengesetzter Richtung von dem sekundären Medium durchströmt werden wie die zu dem anderen Zwischensammler (15) führenden Einzelrohre (8).

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den Umkehrsammlern (37) an der den Einzelrohren (8) abgewandten Seite Stutzen (40) angebracht sind, die mit einer Tragkonstruktion für die Geradrohrbündel (3) in Verbindungslehen.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrsammler (37) in drei verschiedenen, senkrecht zur Achse des Wärmetauschers liegenden Ebenen (P, IP, IIP) derart angeordnet sind, daß benachbarte Umkehrsammler (37) gegeneinander versetzt sind und sich im Grundriß überdecken.

15. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrsammler (37) zu einer kompakten Struktur (41) mit beliebiger Grundrißform, vorzugsweise mit Kreisoder Kreisringform, zusammengesetzt sind.

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60 Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt ist die Verwendung von Geradrohr-Wärmetauschern in Leichtwasserreaktoren zur Dampferzeugung. Hierbei arbeiten die Wärmetauscher bei einem niedrigen Temperaturniveau (ca. JO(TC). und die Wärmeübertragung erfolgt von dem innerhalb der Rohre strömenden heißen Medium, also dem Primärmedium oder Kühlmedium des Reaktors, im Längsstrom auf das außen an den Rohren entlangströmende sekundäre Medium. Die Geradrohre sind in plattierten Lochplatten eingesetzt, die als Sammler bzw. Verteiler fungieren. Die Lochplattcn sind aus Feinkornbaustahl hergestellt und weisen einen großen Außendurchmesser sowie große Wanddicken auf.

Bei größeren Einheiten der Geradrohr-Wärmetauscher wird der Bi»udurchmesser nicht nur vom Querschnittsbedarf im aktiven Bereich, sondern auch von dem zusätzlich benötigten Platz für die Randbereiche der Sammler bzw. Verteiler bestimmt. Werden für die genannten Wärmetauscher vollberohrte Bündel zugrunde gelegt (d. h. die Bündel sind im Grundriß voll mit Rohren besetzt), so werden entweder kompakte Sammler oder Lochplatten verwendet, oder die Bündel müssen in Teilbereiche mit Einzelsammlern für jeden Bereich rufgeteilt werden.

Im ersten Fall sind große Wanddicken erforderlich, die bei höheren Temperaturen, also beispielsweise beim Einsatz der Wärmetauscher in Hochtemperaturreaktoranlagen, zu Werkstoffproblemen und Wärmespannungsproblemen führen. Infolge der größeren Temperaturtransienten können Feinkornstähle nicht mehr eingesetzt werden. Für hochwarmfeste Werkstoffe dagegen ist die Schmiedbarkeit nicht mehr gewährleistet

Bei Aufteilung der Bündel in Teilbereiche mit Einzelsammlern ergeben sich bei den Lochplatten größere Randzonen, die zwangsläufig separate Leitmäntel für die erfaßten Teilbereiche erfordern. Die Abdichtung der Spalte zwischen den Leitmänteln der einzelnen Teilbereiche stellt ein großes Problem dar. Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise in der DE-OS 21 20 544 beschrieben. Die Einzelelemente, die einen runden oder polygonalen Querschnitt besitzen, sind von einem beidseitig offenen inneren Leitmantel umgeben. Alle Leitmäntel sind strömungsdicht w eine senkrecht zu ihnen verlaufende Platte eingesetzt, die ihrerseits ebenfalls strömungsdicht mit dem Gehäuse des Wärmetauschers verbunden ist. Interne Bypaßströmungen werden hier zwar vermieden, aber die ungehinderte Ausdehnung der einzelnen Bereiche ist nicht gewährleistet.

Die Aufteilung der Rohrbündel in Einzelelemente mit separaten Leitmänteln bedeutet zudem wegen der verlorenen Zwischenräume eine Vergrößerung des Wärmetauscher-Querschnitts. Weitere Wärmetauscher mit einer großen Anzahl von Einzelelementen, die mit ihrem inneren Leitmantel und der, Rohrböden oder Lochplatten sogenannte Boxen bilden, sind aus den DE-Offenlegungsschriften 24 24 355. 24 30 161 und 25 17 693 bekannt.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine kompakte Bauform aufweist und einen geringen Fertigungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann z. B. als Dampferzeuger oder Zwischenüberhitzer in den Primärkreisläufen von Hochteniperaturreaktoren verwendet werden. Sind die Rohre eines Rohrbündels im Grundriß beispielsweise in Dreiecksteilung angeordnet, so sind in einem Zwischensammler sieben Dampferzeugerrohre zusammengefaßt. Die große Zahl der Einzelrohre im Bündel (bei einem Geradrohr-Dampfer-/euger in einer Hochtemperauirreakioranlage sind es ca. 28 000 Rohre) wird hier also um den Faktor 7 reduziert, und es ist nicht mehr notwendig, die kompakten Rohrbündel in hinzeleleniente aufzuspalten. Durch die niedrige H.O-Geschw indigkeit im Bündel ist es hier sogar möglich, die gleiche Abmessung des

Bündels bis zur Anschlußstelle an der Lochplatte beizubehalten, wodurch relativ kleine Lochplatten ausreichen.

Der Einsatz des erfindungsgemä3en Wärmetauschers in den Primärkreisläufen von Hochtemperaturreaktoren ist überall dort möglich, wo die Volumenströme der innen und außen strömenden Medium starke Unterschiede aufweisen. Dies ist der Fall bei Dampferzeugern und Zwischenüberhitzern, bei Vor- und Zwischenkühlern in mit Heliumturbinen gekoppelten Hochtemperaturreaktoren sowie bei den Kühlern von Nachwärmeabfuhrsystemen. In diesen Wärmetauschern werden die zulässigen Strömungsgeschwindigkeiten des in den Rohren strömenden Mediums im Bündelbereich nicht ausgeschöpft, wodurch eine Querschnittsreduzierung durch Zwischensammler auf der Ein- und der Austrittsseite des sekundären Mediums möglich ist. Die Abmessungen der Lochplatten an den beiden Bündelenden können somit wesentlich kleiner gehalten werden als bei direkt an die Heizfläche anschließenden Lochplatten. Dies hat zusätzlich den Vorteil, daß kleinere Lochplatten eine geringere Empfindlichkeit gegenüber zeitlichen Temperaturveränderungen aufweisen, wie sie beispielsweise beim An- und Abfahren der Reaktoranlagen auftreten.

Neben der kompakten Bauform der in Zwischensammlern zusammengefaßten Geradrohrbündel wirkt sich noch vorteilhaft aus, daß die Bündel in kürzeren Zeiten gefertigt wurden können als Bündel, die nur eine Lochplatte auf jeder Seite besitzen. Außerdem ist kein Biegen der Rohre vor dem Eintritt in den Sammler erforderlich.

Die Wärmetauscher-Bündel können noch ,kompakter ausgebildet werden, wenn die gegeneinander versetzt angeordneten Zwischensammler sich im Grundriß überdecken.

Vorzugsweise s nd die Einzelrohre an dem ihnen zugewandten Teil der Zwischensammler angeschweißt bzw. in diesen eingeschweißt, und die weiterführenden Rohre sind mit dem anderen Teil der Zwischensammler ebenfalls durch Schweißnaht verbunden.

Vorteilhaft ist es, die beiden Schalenteile der Zwischensammler als Preßteile oder Gesenkschmiedestücke herzustellen, da sich auf diese Weise die Fertigung sehr wirtschaftlich durchführen läßt. Besonders bei Geradrohrbündeln fur hohe Drücke und hohe Temperaturen mit extrem kleiner Rohrteilung wirkt sich eine solche Herstellungsweise günstig aus. Ein positiver Effekt trii t auch bereits dann ein, wenn nur die den Einzelrohren zugekehrten Schalenteile als Gesenkschmiedestücke vorgefertigt oder aus einem vollen Stück spangebend bearbeitet sind.

Für die Zwischensammler sind mehrere Bauformen möglich. So können die beiden Teile der Zwischensammler als Halbkugelschalen ausgebildet sein, wobei die beiden Halbkugeln den gleichen Radius aufweisen, oder die genannte ι Teile werden als kugelige Schalen mit verschiedenen Radien hergestellt, und zwischen den beiden Schalen is: lineTorusschale vorgesehen.

Die den Einzelrohren zugewandten Schalenteile haben vorzugsweise eine quadratische oder vieleckige Querschnittsform, die bis zum Anschluß an die zugehörigen anderen .Schalenteile in Kreisform über geht. Quadratische Querschnittsformen werden für die erstgenannten ScI ulenteilc zweckniäßigerweise dann gewählt, wenn die Mündel eine quadratische Kuhrteilung aufweisen. Analo.i der Dreiecksteilung, bei der sieben Rohre eines Bdi dels zu einem Zwischensammler

zusammengefaßt sind, treten liier jeweils vier Rohre in einen Zwischensammler ein.

Auch hier wird durch Anordnung benachbarter Zwischensammler in verschiedenen Ebenen eine ununterbrochene Quadratteilung im Bündel erreicht.

Die den Einzelrohren abgewandten Schalenteile weisen in der Regel eine kugelige Form, vorzugsweise halbkugelige Form, auf. Bei manchen Anwendungsbeispielen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann es aber auch zweckmäßig sein, diese Schalenteile als Kegelschalen auszubilden, an die sich jeweils das weiterführende Rohr anschließt.

Um den Durchmesser der Zwischensammler zu reduzieren und damit einen noch kompakteren Aufbau der Geradrohrbündei zu erreichen, können die Zwi> schensammler im Bereich der ringförmigen Anschlußstelle ihrer beiden Schalenteile spangebend bearbeitet sein. Durch diese Maßnahme kann auch eine gewisse Verschiebbarkeit der Zwischensammler erreicht werden, wenn der Abstand der Zwischensammler unverändert bleibt.

Wenn die vorhandene Bauhöhe groß genug ist und die Strömungsgeschwindigkeit des sekundären Mediums es zuläßt, können auf der Ein- und Austrittsseite des sekundären Mediums bei jedem Geradrohrbündel mehrere Stufen von Zwischensammlern vorgesehen sein. Ist z. B. in der ersten Stufe eine Reduktion der Rohrzahl um den Faktor 7 erfolgt, so kann in einer weiteren Stufe nochmals eine Herabsetzung der Rohrzahl um den gleichen Faktor vorgenommen werden usf.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können bei einem Wärmetauscher, bei dem die Zuführung und Abführung des sekundären Mediums auf der gleichen Stirnseite des Wärmetauschers erfolgt, auf der dieser Stirnseite abgewandten Seite des Wärmetauschers Umkehrsammler angeordnet sein, die aus zwei trogähnlichen Schalen zusammengesetzt sind und deren Querschnitt den Querschnitt zweier benachbarter Zwischensammler überdeckt. In jeden dieser Umkehrsammler münden die aus den beiden überdeckten Zwischensammlern austretenden Einzelrohre ein, wobei die von dem einen Zwischensammler ausgehenden Einzelrohre in entgegengesetzter Richtung von dem sekundären Medium durchströmt werden wie die zu dem anderen Zwischensammler führenden Einzelrohre. Die Umkehrsammler treten somit an die Stelle von U-förmig gebogenen Rohren, die üblicherweise bei solchen Wärmetauschern verwendet werden und die infolge hoher Wärmedehnungsdifferenzen oft mit groben Bögen versehen sein müssen. Die bei derartig gebogenen Verbindungsrohren auftretenden Spannungsprobleme sowie der größere Platzbedarf werden durch die Umkehrsammler vermieden.

Die einem Umkehrsammler zugeordneten Zwischensammler sind hinsichtlich des in den Rohren strömenden Mediums hintereinandergeschaltet. Da das äußere Medium nur in einer Richtung strömt, handelt es sich hier also in bezug auf die Wärmeübertragung um einen Wärmeaustauscher, bei dem — im Grundriß gesehen — Gleichstrom- und Gegenstromelemente gleichmäßig »gemischt« sind.

Diese Sammler eignen sich nur für quadratische Rohrteilung, falls keine Gassen zwischen den einzelnen Elementen vorhanden sein dürfen. Anwendungsmöglichkeiten für die Umkehrsammler gemäß der Erfindung ergeben sich für die Zwischenüberhitzer von in Hochtemperaturreaktoranlagen befindlichen Dampferzeugern sowie für die Hilfswärmetauscher von in einer gleichen Anlage angeordneten Nachwärmeabfuhrsystemen.

Vorteilhafterweise sind an den Umkehrsammlern an der den Einzelrohrcn abgewandten Seite Stutzen angebracht, die mit einer Tragkonstruktion für die Geradrohrbündel in Verbindung stehen. Die Umkehrsammler werden somit als Aufhänge- oder Auflagerfestpunkt benutzt, wobei das Gleichstrom- und das

ίο Gegenstromelement jedes Umkehrsammlers (d. h. die in Richtung bzw. Gegenrichtung zum äußeren Medium durchströmten Einzelrohre mit dem anschließenden Zwischensammler) unabhängig voneinander in Achsenrichtung dehnen können.

!5 Die Umkehrsammler können — wie die Zwischensammler — in drei verschiedenen, senkrecht zur Achse des Wärmetauschers liegenden Ebenen derart angeordnet sein, daß benachbarte Umkehrsammler gegeneinander versetzt sind und sich im Grundriß überdecken. Dies erlaubt einen kompakten Aufbau des Geradrohrbündels, wobei die Umkehrsammler so nahe aneinander gerückt werden können, daß ein Geradrohrbündel ohne Gassen entsteht.

Die Umkehrsammler lassen sich auf diese Weise zu einer kompakten Struktur mit beliebiger Grundrißform, vorzugsweise jedoch zu einer Struktur mit kreisförmigem oder kreisringförmigem Querschnitt zusammensetzen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sowie der Zwischensammler schematisch dargestellt, bei denen es sich um zu dem Primärkreislauf einer Hochtemperaturreaktoranlage gehörende Komponenten handelt. Die Figuren zeigen im einzelnen

Fig. 1 einen Geradrohr-Dampferzeuger für einen heliumgekühlten Hochtemperaturreaktor mit zwei Wärmenutzungskreisläufen im Längsschnitt,

Fig.2 die Anordnung der Zwischensammler dieses Dampferzeugers im Längsschnitt nach der Linie A-A der F ig.3,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie B-B der Fig. 2,

Fig.4 eine andere Ausführungsform der Zwischensammler des Dampferzeugers der F i g. 1,

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der Zwischensammler des Dampferzeugers der F i g. 1,

F i g. 6 eine dritte Ausführungsform der Zwischensammler sowie der Rohrteilung des Dampferzeugers der Fig. 1,

so F i g. 7 eine weitere Variante eines Zwischensammlers des Dampferzeugers nach Fig. 1 im Längsschnitt nach der Linie C-Cder F i g. 8,

Fig.8 einen Querschnitt nach der Linie D-D der Fig.7,

F i g. 9 einen Teil der Heizfläche eines Zwischenüberhitzers in Geradrohrausführung mit Umkehrsammlern, Fig. 10 einen Schnitt durch einen Umkehrsammler nach Linie E-£der F i g. 9,
F i g. 11 die Ansicht F des in der F i g. 9 gezeigten Zwischenüberhitzer-Ausschnittes,

Fig. 12 zwei Querschnitte durch die Fig.9, die die Anordnung der Zwischensammler und der Umkehrsammler auf den verschiedenen horizontalen Ebenen zeigen.

Die F i g. 1 läßt einen Dampferzeuger in Geradrohrausführung und in stehender Anordnung erkennen, der zum Primärkreislauf eines heliumgekühlten Hochtemperaturreaktors gehört Er besteht im wesentlichen aus

einem Stahlbehälter 1. einem äußeren Leitmantel 2, der Heizfläche mit einer Anzahl von Ceradrohrbündeln 3, einem Tragrost 4 und einem Auflagerflansch 5. Oberhalb der Heizfläche ist ein Zwischenboden 6 installiert, der mit dem äußeren Leitmantel 2 verbunden ist.

Ein Zentralrohr 7 führt vom Boden des Dampferzeugers durch die gesamte Heizfläche hindurch. Durch dieses Zentralrohr tritt das primäre Medium, also Helium, in den Dampferzeuger ein und wird nach oben geführt, bis es an dein Zwischenboden 6 umgelenkt wird. Darauf strömt es an den Einzelrohren 8 der Geradrohrbündel 3 entlang nach unten, wobei es seine Wärme an das in den Einzelrohren 8 nach oben strömende Wasser als Sekundärmedium abgibt. In einem Ringspalt 9 '⁵ zwischen dem äußeren Leitmantel 2 und dem Stahlbehälter 1 wird das Helium wieder nach oben geleitet und tritt durch öffnungen 10 aus dem Dampferzeuger aus.

In dem kartenförmigen Anschlußteil am Boden des Stahlbehälters 1 sind mehrere Stutzen 11 eingesetzt, an die sich (nicht gezeigte) Rohrleitungen für die Zuführung des Speisewassers anschließen. Unmittelbar oberhalb der Stutzen 11 befinden sich jeweils einem Geradrohrbündel 3 zugeordnete Lochplatten 12, die das Speisewasser auf eine Anzahl von Rohren 13 verteilen, von denen jedes mit einem Zwischenverteiler 14 in Verbindung steht. Die Zwischenverteiler 14 sind analog den in der F i g. 2 näher erläuterten Zwischensammlern

15 ausgebildet, die unterhalb des Zwischenbodens 6 angeordnet sind. Aus den Zwischenverteilern 14 tritt das Wasser in die Einzelrohre 8 ein und strömt in diesen nach oben bis in die Zwischensammler 15. Durch von den Zwischensammlern 15 nach oben führende Rohre

16 gelangt das Wasser bzw. der in den Geradrohrbündeln 3 erzeugte Dampf zu Lochplatten 17, wobei jede dieser Lochplatten einem Geradrohrbündel zugeordnet ist. In dem oberen Abschlußteil des Stahlbehälters 1 sind weitere Stutzen 18 an dem Behälter 1 angesetzt, die sich jeweils über den Lochplatten 17 befinden und an die sich den Dampf abführende Leitungen anschließen (nicht dargestellt).

Das Helium tritt mit ca. 670°C oben in die Dampferzeuger-Heizfläche ein, deren oberer Teil als Überhitzer arbeitet. Der in dem mittleren Teil erzeugte Dampf verläßt den Dampferzeuger mit ca. 520⁰C. Der untere Teil der Dampferzeuger-Heizfläche dient als Vorwärmer, in den das Wasser mit ca. 190° C eintritt, während das Helium sich in dem Vorwärmer bis auf ca. 310⁰C abkühlt.

In der Fig. 2 sind Ausbildung und Anordnung der Zwischensammler 15 dargestellt, die analog auch für die Zwischenverteiler 14 gelten. Jeder Zwischensammler 15 besteht aus zwei zusammengeschweißten halbkugeligen Schalen 19 und 20 gleichen Durchmessers, die als Preßteile oder Gesenkschmiedestücke hergestellt sind. In die untere Schale 19 treten jeweils sieben Einzelrohre 8 eines Geradrohrbündels 3 ein, die mit der Schale 19 bzw. mit an dieser Schale angesetzten Stutzen 21 verschweißt sind. An die obere Schale 20 jedes Zwischensammlers 15 schließt sich eines der nach oben weiterführenden Rohre 16 an, wobei die Rohre 16 an in den Schalen 20 befindliche Stutzen 22 angeschweißt sind. Die Achsen der Rohre 16, deren oberes Ende mit einer der Lochplatten 17 verbunden ist, liegen parallel zu den Achsen der Einzelrohre 8.

Die Zwischensammler 15 sind in drei verschiedenen horizontalen Ebenen I, II, III angeordnet, wobei benachbarte Zwischensammler stets gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise ist es möglich, durch das ganze Bündel hindurch eine ununterbrochene Rohrteilung beizubehalten. Bei dem beschriebenen Ausführtingsbeispiel handelt es sich um eine Dreiecksteilung, wie aus der F i g. 3 zu erkennen ist. Aus dieser Figur geht auch hervor, daß sich die versetzt angeordneten Zwischensammler 15 im Grundriß überdecken, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau der Geradrohrbündel 3 ergibt. Durch die in die Zwischensammler 15 eingeschriebenen Ziffern I, II, III ist angedeutet, in welcher Ebene jeder Zwischensammler 15 angeordnet ist. Es ist klar ersichtlich, daß einander benachbarte Zwischensammler stets in verschiedenen Horizontalebenen liegen.

Die Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform der ;. Zwischenverteiler 14 und Zwischensammler 15 des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Dampferzeugers. Es ist hier nur einer der Zwischensammler 15 gezeigt. Dieser besteht aus zwei kugelig ausgebildeten Schalenteilen 23, 24, die durch eine Torusschale 25 miteinander verbunden sind. Die beiden Schalenteile 23, 24 weisen einen verschiedenen Radius auf. Unterhalb des Zwischensammlers 15 ist ein Querschnitt durch die Einzelrohre 8 dargestellt, die hier ebenfalls in Dreiecksteilung angeordnet sind. Es sind sieben Einzelrohre in ';'■ einem Zwischensammler 15 zusammengefaßt, die an ^; Stutzen 26 angeschweißt sind. Das weiterführende Rohr 16 ist an dem Schalenteil 24 angeschweißt.

In der Fig. 5 ist ein Zwischensammler 15 gezeigt, dessen oberer Schalenteil 27 von einer kugeligen Form in eine Form mit sechseckigem Querschnitt übergeht. Der untere Schalenteil 28 weist durchgehend, also auch an der Anschlußstelle 29, einen sechseckigen Querschnitt auf. Aus dem unterhalb des Zwischensammlers :. 15 dargestellten Grundriß durch die Einzelrohre 8 ist zu ; erkennen, daß diese Rohre in Dreiecksteilung angeordnet sind.

Der in der Fig. 6 gezeigte Zwischensammler 15 ist für einen Dampferzeuger gedacht, der eine quadratische '■'/■ Rohrteilung besitzt, wie aus dem dargestellten Quer- % schnitt unterhalb des Zwischensammlers 15 ersichtlich. ; Dieser Rohrteilung ist der Zwischensammler 15 ;-= angepaßt, dessen unterer Schalenteil 31 an der den '■-Einzelrohren 8 zugewandten Seite einen quadratischen ; Grundriß aufweist, der bis zu dem Anschluß 32 an den oberen, halbkugelig ausgebildeten Schalenteil 30 in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht. Im Bereich des Anschlusses 32 ist der Zwischensammler 15 spangebend bearbeitet, um seinen Durchmesser zu reduzieren und damit eine engere Bündelung zu erreichen. Es sind vier Einzelrohre 8 in einem Zwischensammler 15 zusammengefaßt. _,

In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Variante des Zwischensammlers 15 dargestellt. Hier ist der untere Schalenteil 33 wieder als Halbkugel ausgebildet, in die f sieben Einzelrohre 8 eingesetzt sind. Diese sind — wie >'■ die F i g. 8 zeigt — in Dreiecksteilung angeordnet. Der \ obere Schalenteil besteht aus einer Kegelschale 34.

Die Fig.9,10 11 und 12 zeigen einen Ausschnitt aus ^ einem Zwischenüberhitzer in stehender Anordnung, bei dem das sekundäre Medium, also Wasser, auf der , gleichen Seite zu- und abgeführt wird. Die Zwischenverteiler 14 und Zwischensammler 15, die aus zwei ^r Halbkugelschalen 35, 36 zusammengesetzt sind, befinden sich daher auf ein und derselben Seite des Zwischenüberhitzers, wenn auch auf verschiedenen horizontalen Ebenen, wie im Zusammenhang mit der F i g. 12 noch näher erläutert wird.

Auf der anderen Seite des Zwischenüberhitzers sind Umkehrsammler 37 vorgesehen, die jeweils aus zwei trogähnlichen Schalen 38, 39 zusammengeschweißt sind und im Grundriß einen nebeneinander angeordneten Zwischenverteiler und Zwischensammler überdecken. Die Umkehrsammler 37 sind ebenfalls auf verschiedenen horizontalen Ebenen angeordnet, wie aus den F i g. 11 und 12 erkennbar.

Die Geradrohrbündel 3 weisen eine quadratische Rohrteilung auf, und dementsprechend gehen von jedem Zwischenverteiler 14 vier Einzelrohre 8 nach unten aus, die in den entsprechenden Umkehrsammler 37 einmünden, und ebensoviele Rohre 8 treten aus diesem Umkehrsammler aus und führen zu dem zugehörigen Zwischensammler 15. Der Umkehrsammler 37 hat also die Stelle von U-förmig gebogenen Rohren eingenommen, die üblicherweise die Verbindung zwischen den von der Eintrittsseite kommenden und zu der Austrittsseite führenden Rohrsträngen herstellen. Diese beiden Rohrstränge werden in entgegengesetzter Richtung von dem sekundären Medium durchströmt. Da das äußere Medium nur in einer Richtung (aufwärts oder abwärts) durch den Zwischenüberhitzer geführt wird, stellt die Heizfläche des Zwischenüberhitzers ein Gemisch von Gleichstrom- und Gegenstromelementen dar.

An dem Boden jedes Umkehrsammlers 37 ist ein Stutzen 40 angebracht, der mit einer (nicht gezeigten) Tragkonstruktion für den Zwischenüberhitzer verbunden ist und für die Lastabtragung verwendet wird. Bei einem Zwischenüberhitzer in hängender Anordnung, bei dem zudem die Umkehrsammler oben und die Zwischenverteiler und -sammler unten angeordnet sind, können an den Umkehrsammlern ebenfalls Stutzen angebracht sein, die zur Aufhängung der Geradrohrbündel dienen.

Die Fig. 11 und 12 zeigen das Zusammenfügen einer Vielzahl von Umkehrsammlern 37 zu einer kompakten Struktur 41, das durch die Anordnung der Umkehrsammler auf verschiedenen horizontalen Ebenen möglich ist. Dabei sind benachbarte Umkehrsammler 37 jeweils zueinander versetzt. Die horizontalen Ebenen sind hier mit I', II' und 111' bezeichnet. Die Zwischenverteiler 14 und Zwischensammler 15 sind ebenfalls versetzt angeordnet, und zwar auf den horizontalen Ebenen I, Il und III. Die Fig. 12 zeigt auf der rechten Seite die Struktur 42, die von den Zwischenverteilern 14 und Zwischensammlern 15 gebildet wird. Wie durch gestrichelte Linien und Schraffuren angedeutet, sind der auf der Ebene II befindliche Zwischensammler 15 und der auf der Ebene III befindliche Zwischensammler 14 dem auf der Ebene I' liegenden Umkehrsammler 37 zugeordnet. Zu dem auf der Ebene H' befindlichen Umkehrsammler 37 gehören der auf der Ebene III angeordnete Zwischensammler 14 und der auf der Ebene 1 liegende Zwi<.chenverteiler 15. In gleicher Weise erfolgt die Zuordnung der übrigen Zwischensammler und -verteiler zu den Umkehrsammlern.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 30

1. Wärmetauscher für hohe Temperaturen, insbesondere für den Einsau in Hochtemperaturreaktoren, mit einer Vielzahl von Geradrohrbündeln, wobei jedes Geradrohrbündel auf der Ein- und auf der Austrittsseite des durch die Rohre strömenden sekundären Mediums in einen separaten Sammelraum mündet und die Achsen der Bündelrohre parallel zu der Achse eines weiterführenden Rohres angeordnet sind, das aus dem jeweiligen Sammelraum austritt, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Geradrohrbündel (3) sowohl auf der Eintritts- als auch auf der Austrittsseite des sekundären Mediums eine Anzahl von Zwischen-Sammlern (J 4, 15) vorgesehen ist, die jeweils mehl ere Einzelrohre (8) des Bündels (3) zusammenfassen und aus zwei schalenförmig ausgebildeten Teilen (19, 20; 23, 24; 27, 28; 30, 31; 33, 34; 35, 36) zusammengesetzt sind, wobei die beiden Teile an ihrer Anschlußstelle (29, 32) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, und Zwischensammler (14, 15) in mindestens drei verschiedenen, senkrecht zur Achse des Wärmetauschers liegenden Ebenen (I, II, III) derart angeordnet sind, daß benachbarte Zwischensammler gegeneinander versetzt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionen der gegeneinander versetzt angeordneten Zwischensammler (14, 15) sich im Grundriß überdecken.

3. Wärmetauscher nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß d^;e Einzelrohre (8) an dem ihnen zugewandten Teil (i9, 23, 28, 31, 33, 35) der Zwischensammler (14, 15) angeschweißt bzw. in diesen eingeschweißt oder eingelötet sind und daß die weiterführenden Rohre (13, 16) jeweils an dem anderen Teil (20, 24, 27, 30, 34, 36) der Zwischensammler (14, 15) angeschweißt sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (19, 20, 23, 24, 27, 28, 30, 31, 33, 34, 35, 36) der Zwischensammler (14, 15) als Preßteile oder Gesenkschmiedestücke hergestellt sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der «5 Zwischensammler (14, 15) als Halbkugelschalen (19, 20) ausgebildet sind, wobei die beiden Halbkugeln den gleichen Radius aufweisen.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Zwischensammler (14, 15) als kugelige Schalen (23, 24) mit verschiedenem Radius ausgebildet sind, wobei die beiden Schalen (23, 24) durch eine Torusschale (25) miteinander verbunden sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzelrohren (8) zugewandten Teile (31) der Zwischensammler (14, 15) eine quadratische Querschnittsform aufweisen, die bis zum Anschluß (32) an den zugehörigen anderen Teil (30) in Kreisform übergeht.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzelrohren (8) abgewandten Teile (27) der Zwischensammler (14, 15) eine runde Querschnittsform aufweisen und bis zum Anschluß (29) an die mit vicleckigem Querschnitt versehenen unteren Teile (28) ebenfalls in eine Form mit vicleckigem Querschnitt überge-

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