DE2729526A1 - VERTICAL HEAT EXCHANGER CIRCULAR CROSS SECTION - Google Patents
VERTICAL HEAT EXCHANGER CIRCULAR CROSS SECTIONInfo
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Abstract
Description
272952S272952S
7 5 2 57 5 2 5
HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57HIGH TEMPERATURE REAKTORBAU GmbH Hansaring 53 - 57
5000 Köln5000 Cologne
Senkrecht stehender Wärmetauscher kreisförmigen QuerschnittsVertical heat exchanger with a circular cross-section
Die vorliegende Erfindung betrifft einen senkrecht stehenden Wärmetauscher kreisförmigen Querschnitts mit einem innerhalb eines Leitmantels angeordneten kompakten Geradrohrbündel in Dreiecks- oder Quadratteilung, das parallel zu den Rohrachsen von einem inneren und einem äußeren Medium durchströmt wirdThe present invention relates to an upright one Heat exchanger of circular cross-section with an inside a compact straight tube bundle arranged in a triangular or square division, parallel to the tube axes is traversed by an inner and an outer medium
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und bei dem jeweils mehrere Rohre zu einem Teilbündel zusammengefaßt sind. Die Teilbündel sind im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet, und jedes Teilbündel weist an seinem oberen Ende einen Sammler auf, wobei die Sammler in mindestens drei verschiedenen horizontalen Ebenen derart angeordnet sind, daß benachbarte Sammler gegeneinander versetzt sind.and in which several tubes are combined to form a partial bundle are. The sub-bundles are arranged in plan in the hexagonal grid, and each sub-bundle has at its upper end a collector, the collector being arranged in at least three different horizontal planes such that neighboring collectors are offset from one another.
Bekannt sind Wärmetauscher mit einer Vielzahl von innerhalb eines äußeren Leitmantels angeordneten Geradrohrbündeln, die je von einem beidseitig offenen inneren Leitmantel umgeben und an ihren beiden Enden mit einem Rohrboden verbunden sind, an die sich eine Sammlerhaube anschließt. Jedes Rohrbündel bildet mit den zugehörigen Rohrboden und dem inneren Leitmantel eine Box, wobei alle Boxen im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet sind. Die Rohrboden sind auf beiden Seiten der Boxen in verschiedenen Ebenen senkrecht zur Achse des Wärmetauschers installiert. Benachbarte Rohrboden können sich im Grundriß überdecken, oder es ist nur ein sehr geringer Zwischenraum zwischen den Rohrboden der einen Box und dem inneren Leitmantel der dieser Box benachbarten Boxen vorhanden.Heat exchangers are known with a plurality of straight tube bundles arranged within an outer guide jacket, which each surrounded by an inner guide jacket open on both sides and connected to a tube sheet at both ends which is followed by a collector hood. Each tube bundle forms with the associated tube sheet and the inner guide jacket a box, all boxes are arranged in plan in a hexagonal grid. The tube sheets are on either side of the boxes installed in different planes perpendicular to the axis of the heat exchanger. Adjacent tube sheets can appear in the plan cover, or there is only a very small space between the tube sheet of one box and the inner baffle of the boxes adjacent to this box.
Derartige Wärmetauscher sind in den Offenlegungsschriften 2k Zk 355, 2h 30 161, 25 17 693 und 25 17 69h beschrieben. Sie werden bevorzugt in geschlossenen Gasturbinenanlagen und in der Kernkraftwerkstechnik eingesetzt, wo sie beispielsweise beim sogenannten integrierten Kernreaktor im selben Druckbehälter wie der Reaktorkern installiert sind.Such heat exchangers are described in laid-open specifications 2k Zk 355, 2h 30 161, 25 17 693 and 25 17 69h . They are preferably used in closed gas turbine systems and in nuclear power plant technology, where they are installed, for example, in the so-called integrated nuclear reactor in the same pressure vessel as the reactor core.
Ein ähnlich aufgebauter Wärmetauscher ist aus der Offenlegungsschrift 21 20 $hk bekannt, bei dem das äußere Medium, z.B. das von einer Turbine kommende Abgas, entlang der Austauscherrohre innerhalb der beidseitig offenen Leitmäntel geführt wird, wobei seine Strömungsrichtung derjenigen des in den Rohren be-A similarly structured heat exchanger is known from laid- open specification 21 20 $ hk , in which the external medium, e.g. the exhaust gas coming from a turbine, is guided along the exchanger tubes within the guide jackets open on both sides, with its flow direction being that of the
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findlichen Mediums entgegengesetzt ist. Die Leitmäntel sind strömungsdicht in eine senkrecht zu ihnen verlaufende Platte eingesetzt, die ebenfalls strömungsdicht mit dem äußeren Leitmantel des Wärmetauschers verbunden ist. Mit dieser Platte soll eine leicht und funktionssicher herzustellende Führung für das äußere Medium erreicht werden.sensitive medium is opposite. The guide jackets are flow-tight in a plate running perpendicular to them used, which is also connected to the outer conductive jacket of the heat exchanger in a flow-tight manner. With this plate is supposed to a guide for the external medium that can be produced easily and functionally reliably can be achieved.
Zum Stand der Technik gehört ferner ein Wärmetauscher, in dessen Leitmantel eine Anzahl von Rohrkörpern angeordnet ist, die sich aus einer Vielzahl von an ihren Enden mit Kopfstücken oder Rohrböden verbundenen Rohren zusammensetzen. Die im wesentlichen geraden Rohre sind in unmittelbarer Nähe der Kopfstücke derart auseinandergespreizt, daß sie über den größten Teil ihrer Länge eine gleichförmige Verteilung über den Querschnitt des Mantels einnehmen. Auf diese Weise läßt sich bei einer gegebenen Wärmeübertragungsleistung das Gesamtvolumen des Wärmetauschers gering halten. Ein derartiger Wärmetauscher ist in der Offenlegungsschrift \k 01 666 beschrieben.The prior art also includes a heat exchanger, in the guide jacket of which a number of tube bodies are arranged, which are composed of a plurality of tubes connected at their ends with head pieces or tube sheets. The essentially straight tubes are spread apart in the immediate vicinity of the head pieces in such a way that they assume a uniform distribution over the cross section of the jacket over the greater part of their length. In this way, the total volume of the heat exchanger can be kept low for a given heat transfer capacity. Such a heat exchanger is described in laid-open specification \ k 01 666 .
Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, die bekannten Wärmetauscher dahingehend zu verbessern, daß sich eine günstige Ausgangslage zur Durchführung von Wiederholungsprüfungen und eine noch kompaktere Bauweise für den Wärmetauscher ergibt.The present invention is based on this prior art and is based on the object to improve the known heat exchangers in such a way that there is a favorable starting position for carrying out repeat tests and results in an even more compact design for the heat exchanger.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine gerade Anzahl, vorzugsweise zwei, der TeilbUndel zu einer Wärmetauscher-Einheit zusammengeschaltet sind, wobei die Rohre der einen Hälfte der Teilbündel jeder Wärmetauscher-Einheit im Gegenstrom und die Rohre der anderen Hälfte der Teilbündel im Gleichstrom zu dem äußeren Medium von dem inneren Medium durchströmt werden und am unteren Ende der Wärmetauscher-Ein-According to the invention this object is achieved in that a even number, preferably two, of the partial bundles are interconnected to form a heat exchanger unit, the tubes one half of the sub-bundles of each heat exchanger unit in countercurrent and the tubes of the other half of the sub-bundle are flowed through in cocurrent to the outer medium of the inner medium and at the lower end of the heat exchanger inlet
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hexten Einrichtungen zur Umkehrung der Strömungsrichtung des inneren Mediums um 18O vorgesehen sind.hex means for reversing the direction of flow of the inner medium by 180 are provided.
Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung kann mit besonderem Vorteil als Hilfswärmetauscher des Nachwärmeabfuhrsystems von Hochtemperaturreaktoren sowie als Zwischenüberhitzer eingesetzt werden,da er bei guten Wärmeübertragungseigenschaften ein geringes Bauvolumen aufweist und guten Zugang für die Durchführung von Wiederholungsprüfungen bietet. Ferner treten innerhalb seines aktiven Bereichs keine Abdichtungsprobleme auf, wie es bei den bekannten Wärmetauschern in Boxenbauweise der Fall sein kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers liegt darin, daß er aus wenigen voneinander verschiedenen Einzelbauteilen zusammengefügt werden kann, die jeweils in großen Serien anfallen; es ergibt sich somit eine kostengünstige Herstellung.The heat exchanger according to the invention can be used with particular advantage as an auxiliary heat exchanger of the residual heat removal system can be used by high-temperature reactors and as reheaters, as they have good heat transfer properties has a small construction volume and offers good access for the implementation of repeat tests. Further there are no sealing problems within its active area, as is the case with the known heat exchangers can be the case in box construction. Another advantage of the heat exchanger according to the invention is that it consists of a few different individual components can be assembled, each of which is produced in large series; this results in a cost-effective production.
Die TeilbUndel des Wärmetauschers sind in an sich bekannter Weise im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet. Die mögliche Anzahl der TeilbUndel läßt sich nach der mathematischen FormelThe partial bundles of the heat exchanger are arranged in a known manner in plan in the hexagonal grid. The possible Number of sub-bundles can be calculated according to the mathematical formula
η = 6(1+2+3+4 ) +1 = <η = 6 (1 + 2 + 3 + 4) +1 = <
berechnen, wenn mit i die Anzahl der im Gitter ineinanderliegenden Sechsecke bezeichnet wird und auch das Zentrum des Gitters mit einem Teilbündel besetzt ist.calculate, if with i the number of nested in the grid Hexagons is called and the center of the grid is occupied by a partial bundle.
Vorteilhafterweise sind jeweils zwei benachbarte TeilbUndel zu einer Wärmetauscher-Einheit zusammengeschaltet, wobei die Rohre des einen Teilbündels im Gegenstrom und die Rohre des anderen Teilbündels im Gleichstrom von dem inneren Medium durchströmt werden.There are advantageously two adjacent sub-bundles in each case interconnected to form a heat exchanger unit, the tubes of one sub-bundle in countercurrent and the tubes of the other sub-bundle are flowed through in cocurrent by the inner medium.
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Die Teilbündel können auch an ihrem unteren Ende je einen Sammler aufweisen. Zur Umkehrung der Strömungsrichtung des inneren Mediums um 180° sind die unteren Sammler jeder Wärmetauscher-Einheit, die von dem inneren Medium im Gegenstrom durchflossen werden, mit den im Gleichstrom durchflossenen unteren Sammlern der gleichen Wärmetauscher-Einheit durch U-förmig gebogene Rohrleitungen verbunden. Diese besitzen einen größeren Durchmesser als die Rohre der Teilbündel. The sub-bundles can also each have a collector at their lower end. To reverse the direction of flow of the inner medium by 180 °, the lower collectors are each Heat exchanger units through which the internal medium flows in countercurrent, with those through which the internal medium flows in cocurrent lower headers of the same heat exchanger unit connected by U-shaped bent pipes. Own this a larger diameter than the tubes of the sub-bundle.
Wird auf das Vorhandensein von unteren Sammlern verzichtet, so ist zweckmäOigerwexse jedes Rohr eines im Gegenstrom durchflossenen Teilbündels mit einem Einzelrohr eines im Gleichstrom durchflossenen Teilbündels der gleichen Wärmetauscher-Einheit verbunden, und zwar durch eine U-förmig gebogene Rohrleitung von vorzugsweise dem gleichen Durchmesser wie die Einzelrohre der Teilbündel.If the presence of lower collectors is dispensed with, each pipe is expediently one in countercurrent traversed partial bundle with a single tube of an im Partial bundle of the same heat exchanger unit with direct current flowing through it connected, namely by a U-shaped bent pipe of preferably the same diameter like the individual tubes of the partial bundle.
Vorteilhaft ist es, die Rohre jedes Teilbündels vor dem Eintritt in den Sammler bzw. in den oberen und unteren Sammler, falls letzterer vorhanden, mittels eines kleinen Etagenbogens symmetrisch auf ein kleineres Rohrteilungsmaß einzuziehen. Durch diese Maßnahme lassen sich kleinere Rohrteilungen im Bündel erreichen, und/oder der Grundriß der Sammler kann kleiner gewählt werden, was eine noch kompaktere Bauweise des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ermöglicht.It is advantageous to open the tubes of each sub-bundle before entry into the collector or into the upper and lower collector, if the latter is available, by means of a small floor arch to be drawn in symmetrically to a smaller pipe spacing. By this measure allows smaller pipe divisions to be achieved in the bundle, and / or the floor plan of the collector can be chosen to be smaller which enables an even more compact design of the heat exchanger according to the invention.
Vorzugsweise haben die Sammler im Grundriß Sechseckform, wobei die Ecken abgerundet sein können. Sie bestehen aus einer sechseckigen Lochplatte sowie einer gewölbten Haube, die von der Sechseckform an der Anschlußstelle zu der Lochplatte in eine halbkugelige Form übergeht. In die gewölbte Haube tritt ein Stutzen ein, durch den das innere Medium zu- bzw. abgeleitet wird. Die Einzelrohre aller Teilbündel sind imThe collectors are preferably hexagonal in plan, with the corners can be rounded. They consist of a hexagonal perforated plate and a domed hood that merges from the hexagonal shape at the connection point to the perforated plate into a hemispherical shape. In the domed hood a nozzle enters through which the inner medium is supplied or discharged. The individual tubes of all sub-bundles are in
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Dreiecksgitter angeordnet. Mit Rücksicht auf die Ausführbarkeit der im Grundriß sechseckigen Sammler ist der Teilungsabstand der Rohre im Dreiecksgitter nicht beliebig wählbar. Er unterliegt einer bestimmten Gesetzmäßigkeit, wie später noch erläutert wird. Insbesondere muß dabei beachtet werden, daß die Rohre in die Lochplatte eingeschweißt werden müssen.Triangular grid arranged. With regard to the feasibility of the collectors, which are hexagonal in plan, the pitch is of the pipes in the triangular grid cannot be freely selected. It is subject to a certain law, as will be explained later. In particular, it must be ensured that the tubes are welded into the perforated plate Need to become.
Bei einem Wärmetauscher mit einem Geradrohrbündel in Quadratteilung kann für die Sammler im Grundriß auch eine quadratische Form gewählt werden. Die Lochplatte dieser Sammler ist dann ebenfalls quadratisch geformt, und die gewölbte Haube zeigt an der Übergangsstelle zur Lochplatte eine quadratische Form, die in eine halbkugelige Form übergeht.For a heat exchanger with a straight tube bundle in square division a square shape can also be selected for the collectors in the floor plan. The perforated plate of this collector is then also square in shape, and the domed hood shows a at the transition point to the perforated plate square shape that merges into a hemispherical shape.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lochplatten der Sammler kreisrund auszubilden und den Hauben eine halbkugelige Form zu geben. Diese Variante kann mit besonderem Vorteil bei solchen Teilbündeln eingesetzt werden, bei denen die Rohre vor dem Eintritt in die Sammler auf ein kleineres Rohrteilungsmaß eingezogen sind.Another possibility is to make the perforated plates of the collector circular and the hoods hemispherical To give shape. This variant can be used with particular advantage in those partial bundles in which the pipes are drawn in to a smaller pipe spacing before entering the header.
Wie bereits beschrieben, sind alle Sammler in mindestens drei verschiedenen horizontalen Ebenen in einer solchen Weise angeordnet, daß benachbarte Sammler jeweils gegeneinander versetzt sind. Dies ermöglicht es, die Teilbündel so dicht nebeneinander zu installieren, daß sich die Sammler im Grundriß überdecken. Unter Umständen kann bei in halbkugeliger Form ausgebildeten Sammlern mit auf ein kleineres Rohrteilungsmaß eingezogenen Rohren darauf verzichtet werden, die Sammler so eng anzuordnen, daß es - im Grundriß gesehen - zu einer Überdeckung kommt.As already described, all collectors are in at least three different horizontal planes in one Arranged in such a way that adjacent collectors are each offset from one another. This enables the sub-bundle to be so to be installed close to each other so that the collectors overlap in the plan. Under certain circumstances, in hemispherical Form-trained collectors with pipes drawn in to a smaller pipe spacing dimension are dispensed with, to arrange the collectors so closely that - seen in the plan - there is an overlap.
In der Höhe können die Sammler in beliebiger Form, z.B. inThe height of the collectors can be of any shape, e.g. in
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Form eines Kegels, gestaffelt werden, wobei jedoch auf thermodynamische Gegebenheiten und konstruktive Vorteile Rücksicht genommen werden muß.Shape of a cone, staggered, but being thermodynamic Conditions and structural advantages must be taken into account.
Wird das Zentrum des Wärmetauschers nicht mit Rohren besetzt, so ist hier vorteilhafterweise ein Füllkörper vorgesehen, der sich durch den gesamten aktiven Bereich des Wärmetauschers erstreckt. Ähnlich gestaltete Füllkörper können auch in den an den Wärmetauscher-Leitmantel angrenzenden Räumen installiert sein, die frei von Rohren sind. Durch die Füllkörper werden die Strömungsverhältnisse des äußeren Mediums und damit die Wärmeübertragungseigenschaften des erfindungsgemäßen Wärmetauschers verbessert.If the center of the heat exchanger is not occupied by pipes, a filler body is advantageously provided here which extends through the entire active area of the heat exchanger. Packing bodies of similar design can also be used in the be installed on the heat exchanger baffle adjoining rooms that are free of pipes. Through the packing will be the flow conditions of the external medium and thus the heat transfer properties of the heat exchanger according to the invention improved.
Für die Halterung der einzelnen Rohre aller Wärmetauscher-Einheiten sind Stützgitter, z.B. in Waben-, Rhombus- oder Ringform, vorgesehen, wobei zweckmäßigerweise jeweils die Rohre einer Wärmetauscher-Einheit oder weniger Einheiten in einem Stützgitter zusammengefaßt sind. Die Anzahl der Bereiche, in denen Stützgitter erforderlich sind, läßt sich durch Berechnungen ermitteln. Die Stützgitter haben die Aufgabe, die Ausschläge der aus der Anregung des außen strömenden Mediums resultierenden Rohrschwingungen in zulässigen Grenzen zu halten. Sie können in jedem Bereich in verschiedenen horizontalen Ebenen angeordnet sein.For holding the individual pipes of all heat exchanger units support grids, e.g. in a honeycomb, rhombus or ring shape, are provided, whereby the Pipes of a heat exchanger unit or less units are combined in a support grid. The number of areas in which support grids are required can be determined through calculations. The task of the supporting grids is the deflections of the pipe vibrations resulting from the excitation of the outside flowing medium in permissible To keep boundaries. They can be arranged in different horizontal planes in each area.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung sinlin mindestens einem Bereich alle Stützgitter in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet und in einem gemeinsamen Führungsrost längsverschiebbar geführt, wobei sie gleichzeitig durch den Führungsrost horizontal abgestützt werden (um z.B. Erdbebenkräfte aufnehmen zu können).According to an advantageous further development of the invention sinlin at least one area of all support grids in the arranged in the same horizontal plane and guided longitudinally displaceably in a common guide grate, at the same time supported horizontally by the guide grate (e.g. to be able to absorb earthquake forces).
Bei der Zuordnung der Teilbündel bzw. der Wärmetauscher-When assigning the sub-bundle or the heat exchanger
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Einheiten, die jeweils durch ein Stützgitter gehaltert sind, muß darauf Rücksicht genommen werden, wie sich eine Führung dieser Teilbündel bzw. Einheiten in dem Führungsrost realisieren läßt. Bei entsprechender Zusammenfassung der Teilbündel bzw. Wärmetauscher-Einheiten kann der komplette Führungsrost auf das komplett vorgefertigte Geradrohrbündel des Wärmetauschers montiert werden.Units, which are each held by a support grid, must be taken into account as a guide can realize this partial bundle or units in the guide grate. With a corresponding combination of the sub-bundles or heat exchanger units, the complete guide grate can be placed on the completely prefabricated straight tube bundle of the heat exchanger.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Wärmetauschers gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, der für den Einsatz als Hilfswärmetauscher in dem Nachwärmeabfuhrsystem eines mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktors bestimmt ist. Die Figuren zeigen im einzelnen:In the drawing are several embodiments of the heat exchanger according to the invention shown schematically for use as an auxiliary heat exchanger in the residual heat removal system a helium-cooled high-temperature reactor is intended. The figures show in detail:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Hilfswärmetauschers im Längsschnitt nach der Linie A-A der Fig. 2 mit in Dreiecksteilung angeordneten Rohren und im Grundriß sechseckigen Sammlern,Fig. 1 shows a first embodiment of the auxiliary heat exchanger in longitudinal section along the line A-A of FIG. 2 with tubes arranged in triangular spacing and in plan hexagonal Collectors,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie B-B der Fig. 1,Fig. 2 shows a cross section along the line B-B of Fig. 1,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Sammler-Bereich des Hilfswärmetauschers, ebenfalls im Querschnitt,Fig. 3 shows a section from the collector area of the auxiliary heat exchanger, also in Cross-section,
Fig. 4 einen einzelnen Sammler des Hilfswärmetauschers der Fig. 1 im Längsschnitt,4 shows a single collector of the auxiliary heat exchanger of Fig. 1 in longitudinal section,
Fig. 5 den Grundaufbau des Tragrostes dieses Hilfswärmetauschers,5 shows the basic structure of the support grid of this auxiliary heat exchanger,
13/.·.13 /. ·.
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Pig. 6 das Stützgitter für eine Wärmetauscher-Einheit, Pig. 6 the support grid for a heat exchanger unit,
Fig. 7 den Grundaufbau des Führungsrostes des Hilfswärmetauschers der Fig. 1,Fig. 7 shows the basic structure of the guide grate of the Auxiliary heat exchanger of Fig. 1,
Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel im Längss chni 11,Fig. 8 shows a second embodiment in the longitudinal section 11,
Fig. 9 einen Ausschnitt aus einem dritten Ausführungsbeispiel mit im Grundriß runden Sammlern,9 shows a detail from a third exemplary embodiment with collectors that are round in plan,
Fig. 10 einen Ausschnitt aus einem weiteren Ausführungsbeispiel mit im Grundriß quadratischen Sammlern,10 shows a section from a further exemplary embodiment with collectors square in plan,
Fig. 11 eine Variante des in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels.FIG. 11 shows a variant of that shown in FIG. 9 Embodiment.
Die Figuren 1 bis 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des in stehender Anordnung installierten Hilfswärmetauschers 1, der zu dem Primärkreislauf des Hochtemperaturreaktors gehört und wie alle anderen Komponenten dieses Kreislaufs in einem vertikalen Pod innerhalb eines Spannbetondruckbehälters untergebracht ist (nicht dargestellt). Der Hilfswärmetauscher ist von einem Leitmantel 2 umgeben, in den unten eine Gaseintrittsleitung 3 mündet. Das abgekühlte Helium wird oben aus dem Leitmantel 2 abgezogen.Figures 1 to 7 show a first embodiment of the auxiliary heat exchanger 1 installed in an upright position, which belongs to the primary circuit of the high-temperature reactor and like all other components of this circuit in one vertical pod is housed within a prestressed concrete pressure vessel (not shown). The auxiliary heat exchanger is surrounded by a guide jacket 2, into which a gas inlet line 3 opens at the bottom. The cooled helium is on top withdrawn from the conductive jacket 2.
Innerhalb des Leitmantels 2 ist ein kompaktes Geradrohrbündel installiert, dessen einzelne Rohre k in Dreiecksteilung angeordnet sind. Jeweils sieben der Rohre 4 sind zu einem TeilbUndel 5 zusammengefaßt, wie aus der Fig. 3 ersichtlich.A compact straight tube bundle is installed inside the guide jacket 2, the individual tubes k of which are arranged in a triangular arrangement. Seven of the tubes 4 are combined to form a partial bundle 5, as can be seen from FIG.
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Jedes Teilbündel 5 ist an seinem oberen Ende mit einem Sammler 6 versehen, der im Grundriß eine sechseckige Form aufweist. Er besteht aus einer sechseckigen Lochplatte 7 mit abgerundeten Ecken, einem Stutzen 8 und einer gewölbten Haube 9» die von der Sechseckform an der Anschlußstelle 10 zur Lochplatte 7 in eine halbkugelige Form übergeht. Die Rohre 4 sind in die Lochplatte 7 eingeschweißt. Ein solcher Sammler wird in der Fig. 4 gezeigt.Each sub-bundle 5 is provided at its upper end with a collector 6 which has a hexagonal shape in plan. It consists of a hexagonal perforated plate 7 with rounded corners, a connecting piece 8 and a curved one Hood 9 »which changes from the hexagonal shape at the connection point 10 to the perforated plate 7 into a hemispherical shape. the Pipes 4 are welded into the perforated plate 7. Such a collector is shown in FIG.
Der Teilungsabstand t der Rohre 4 im Dreiecksgitter ist mit Rücksicht auf die Ausführbarkeit der im Grundriß sechseckigen Sammler 6 der folgenden Gesetzmäßigkeit unterworfen:The pitch t of the tubes 4 in the triangular grid is hexagonal in plan with consideration of the feasibility Collector 6 subject to the following law:
;-d ^ 3YtVd +2(r+s).; -d ^ 3YtVd +2 (r + s).
ei * Si ei * Si
Darin bedeutet d den Durchmesser der Einzelrohre k; dieHere, d denotes the diameter of the individual tubes k; the
Bedeutung von r und s ist der Fig. 4 zu entnehmen. Nach einigen Umformungen ergibt sich aus dieser Gesetzmäßigkeit für den Teilungsabstand t im Dreiecksgitter:The meaning of r and s can be seen in FIG. After a few transformations, this law results for the pitch t in the triangular grid:
Die Teilbündel 5 sind im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet, wie aus der Fig. 2 zu erkennen ist. Im Zentrum des Hilfswärmetauschers 1 befindet sich ein sechseckiger Füllkörper 11; weitere Füllkörper 12 (nur teilweise gezeigt) sind am ganzen Umfang des Hilfswärmetauschers zwischen den Teilbündeln 5 und dem Leitmantel 2 vorgesehen. Die Sammler 6 sind in zehn verschiedenen horizontalen Ebenen I bis X angeordnet, wobei benachbarte Sammler stets gegeneinander versetzt sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Auf diese Weise ist es möglich, durch das gesamte Geradrohrbündel hindurch eine ununterbrochene Dreiecksteilung der Einzelrohre bei-The partial bundles 5 are arranged in a hexagonal grid in plan, as can be seen from FIG. 2. In the center of the auxiliary heat exchanger 1 there is a hexagonal filler body 11; further packing elements 12 (only partially shown) are on the entire circumference of the auxiliary heat exchanger between the sub-bundles 5 and the guide jacket 2 is provided. The collectors 6 are arranged in ten different horizontal planes I to X, adjacent collectors are always offset from one another, as can be seen from FIG. 1. That way is it is possible to create an uninterrupted triangular division of the individual tubes through the entire straight tube bundle.
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zubehalten. Wie die Fig. 3 zeigt, überdecken sich die versetzt angeordneten Sammler 6 im Grundriß, wodurch sich ein
besonders kompakter Aufbau des Hilfswärmetauschers 1 ergibt.
In der Fig. 2 ist durch die in einige der Teilbündel 5 eingeschriebenen Ziffern I bis X angedeutet, in welcher Ebene
der zu jedem Teilbündel gehörige Sammler 6 angeordnet ist. Es ist klar ersichtlich, daß einander benachbarte Sammler
stets in verschiedenen Horizontalebenen liegen.to keep. As FIG. 3 shows, the offset collectors 6 overlap in plan, which results in a particularly compact construction of the auxiliary heat exchanger 1. In FIG. 2, the numbers I to X inscribed in some of the sub-bundles 5 indicate in which plane the collector 6 belonging to each sub-bundle is arranged. It can be clearly seen that adjacent collectors
always lie in different horizontal planes.
Je zwei der Teilbündel 5 sind zu einer Wärmetauscher-EinheitTwo of the sub-bundles 5 each form a heat exchanger unit
13 vereinigt, und zwar sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils benachbarte Teilbündel 5 zusammengefaßt. Alle Wärmetauscher-Einheiten
13 sind derart geschaltet, daß die Einzelrohre 4 des einen Teilbündels 5a im Gegenstrom und die
Einzelrohre 4 des anderen Teilbündels 5b im Gleichstrom zu
dem außen an den Rohren entlangströmenden Helium durchflossen werden. Am unteren Ende der Wärmetauscher-Einheiten 13 sind
zur Umkehrung der Strömungsrichtung des inneren Mediums
U-förmig gebogene Rohrleitungen 14 vorgesehen, wie in der
Fig. 1 angedeutet. Diese besitzen den gleichen Durchmesser wie die Einzelrohre 4 und verbinden jeweils ein Einzelrohr
eines der Teilbündel 5a mit einem Einzelrohr des zur gleichen
Wärmetauscher-Einheit gehörenden Teilbündels 5*>·13 combined, namely in this embodiment, each adjacent sub-bundle 5 are combined. All heat exchanger units 13 are connected in such a way that the individual tubes 4 of a sub-bundle 5a in countercurrent and the
Individual tubes 4 of the other sub-bundle 5b are traversed in direct current to the helium flowing along the outside of the tubes. At the lower end of the heat exchanger units 13 are to reverse the direction of flow of the inner medium
U-shaped bent pipes 14 are provided, as in FIG
Fig. 1 indicated. These have the same diameter as the individual tubes 4 and each connect an individual tube of one of the sub-bundles 5a with a single tube of the sub-bundle 5 * belonging to the same heat exchanger unit.
Bei dem in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen sind insgesamt 111 Wärmetauscher-Einheiten 13 vorhanden, wobei jede Wärmetauscher-Einheit 13 zwei Sammler 6 undIn the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 7, a total of 111 heat exchanger units 13 are present, each heat exchanger unit 13 having two collectors 6 and
14 Einzelrohre 4 aufweist. Dieses Konzept ergibt für den
erfindungsgemäßen Hilfswärmetauscher die geringste Bauhöhe
und die günstigste Durchmischung des äußeren Mediums Helium.14 has individual tubes 4. This concept results in the
auxiliary heat exchanger according to the invention the lowest overall height and the most favorable mixing of the external medium helium.
Das gesamte aus den Teilbündeln 5 bestehende Geradrohrbündel ist an einem Tragrost 15 aufgehängt, der sich oberhalb der Sammler 6 in dem Hilfswämretauscher 1 befindet. ErThe entire straight tube bundle consisting of the partial bundles 5 is suspended from a support grid 15, which is located above the collector 6 in the auxiliary heat exchanger 1. He
8088 82/0355 l6/···8088 82/0355 l6 / ···
weist Durchbrüche für die Stutzen 8 auf, mit denen er jeweils durch ein Thermosleeve verbunden ist, um das Entstehen von Wärmespannungen zu verhindern (nicht dargestellt). Der Tragrost 15 besteht aus einem Außenring 16, einem Innenring 17 und sechs radial angeordneten Tragarmen 18, wie in der Fig. 5 gezeigt. Die Tragarme 18 sind untereinander durch Zwischenriegel 19 verbunden, an denen sowie an den Tragarmen 18 die Teilbündel 5 aufgehängt sind. In der Fig. 5 ist die Anordnung der Zwischenriegel 19 nur in einem Kreisausschnitt dargestellt. Der zentrale Füllkörper 11 ist ebenfalls an dem Tragrost 15 befestigt.has openings for the nozzle 8, with which it is connected by a thermosleeve in order to create to prevent thermal stresses (not shown). The support grid 15 consists of an outer ring 16, an inner ring 17 and six radially arranged support arms 18, as shown in FIG. The support arms 18 are connected to one another by intermediate bolts 19 on which and the partial bundles 5 are suspended from the support arms 18. In Fig. 5, the arrangement of the intermediate bars 19 is only shown in a section of a circle. The central filling body 11 is also attached to the support grid 15.
Um die Schwingungen der Einzelrohre k in zulässigen Grenzen zu halten, ist eine erste Reihe von Stützgittern 20 vorgesehen, in denen jeweils die Rohre k einer Wärmetauscher-Einheit 13 gehaltert sind, wie aus der Fig. 6 ersichtlich. Die Stutzgitter 20 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Wabengitter ausgebildet. Ihre Anordnung erfolgt in verschiedenen horizontalen Ebenen, beispielsweise in den Ebenen A bis D, wie die Fig. 1 zeigt. Im unteren Teil des Hilfswärmetauschers 1 ist eine weitere Gruppe von Stützgittern 20' vorgesehen, die in horizontalen Ebenen A1 bis D1 angeordnet sind. Jede Wärmetauscher-Einheit 13 ist somit in einem Stützgitter 20 und einem Stützgitter 20· gehaltert.In order to keep the vibrations of the individual tubes k within permissible limits , a first row of support grids 20 is provided, in each of which the tubes k of a heat exchanger unit 13 are held, as can be seen from FIG. In this exemplary embodiment, the support grids 20 are designed as honeycomb grids. They are arranged in different horizontal planes, for example in planes A to D, as FIG. 1 shows. In the lower part of the auxiliary heat exchanger 1, a further group of support grids 20 'is provided, which are arranged in horizontal planes A 1 to D 1 . Each heat exchanger unit 13 is thus held in a support grid 20 and a support grid 20.
Um auch eine horizontale Abstützung der Einzelrohre k zu erreichen, sind je eine Wärmetauscher-Einheit 13 umfassende Stützgitter 21 im unteren Teil des Hilfswärmetauschers 1 vorgesehen, die in einer horizontalen Ebene liegen. Die Stützgitter 21 sind längsverschiebbar in einem Führungsrost 22 geführt, wie aus Fig. 1 zu erkennen. Der Grundaufbau des Führungsrostes 22 ist in der Fig. 7 dargestellt. Er besteht aus einem Außenring 23, einem Innenring Zh mit vieleckigem In order to also achieve horizontal support of the individual tubes k, support grids 21 comprising each heat exchanger unit 13 are provided in the lower part of the auxiliary heat exchanger 1 and lie in a horizontal plane. The support grids 21 are guided in a longitudinally displaceable manner in a guide grate 22, as can be seen from FIG. 1. The basic structure of the guide grate 22 is shown in FIG. It consists of an outer ring 23, an inner ring Zh with a polygonal
17/...17 / ...
809882/0355809882/0355
Grundriß und sechs radialen Armen 25. Zwischen den radialen Armen 25 befindet sich ein Gitterwerk 26, das zusammen mit den Stützgittern 21 die Einzelrohre 4 der Teilbündel 5 abgestützt. Die Stützgitter 21 sind in gleicher Weise ausgebildet wie die Stützgitter 20 und 20·. Falls erforderlich, kann ein solcher Führungsrost 22 noch in einer weiteren horizontalen Ebene vorgesehen sein, z.B. in der halben Höhe des Geradrohrbündels.Plan view and six radial arms 25. Between the radial arms 25 is a latticework 26, which together with the support grids 21, the individual tubes 4 of the sub-bundle 5 supported. The support grids 21 are designed in the same way as the support grids 20 and 20 ·. If required, Such a guide grate 22 can also be provided in a further horizontal plane, e.g. at half the height of the straight tube bundle.
In der Fig. 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hilfswärmetauschers 1 dargestellt. Er weist einen Leitmantel 2 auf, in den von unten das heiße Helium eingeleitet wird. Parallel zu dem inneren Medium Wasser strömt es in dem Leitmantel 2 nach oben.In Fig. 8 is a second embodiment of the invention Auxiliary heat exchanger 1 shown. It has a conductive jacket 2, into which the hot helium from below is initiated. In parallel to the inner medium water, it flows upward in the guide jacket 2.
Wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel ist das innerhalb des Leitmantels 2 angeordnete kompakte Geradrohrbündel in eine Vielzahl von Teilbündeln 5 unterteilt, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur einige gezeigt sind. Jedes Teilbündel 5 umfaßt sieben Einzelrohre k, die im Dreiecksgitter angeordnet sind. An seinem oberen Ende ist jedes Teilbündel 5 mit einem Sammler 6 versehen, der im Grundriß eine secheeckige Form mit abgerundeten Ecken besitzt. Er besteht aus einer Lochplatte 7, in die die Einzelrohre 4 eingeschweißt sind, einem Stutzen 8 und einer gewölbten Haube 9, wie in der Fig. h gezeigt.As in the first exemplary embodiment, the compact straight tube bundle arranged within the guide jacket 2 is subdivided into a multiplicity of sub-bundles 5, of which only a few are shown for the sake of clarity. Each sub-bundle 5 comprises seven individual tubes k, which are arranged in the triangular lattice. At its upper end, each sub-bundle 5 is provided with a collector 6, which in plan has a hexagonal shape with rounded corners. It consists of a perforated plate 7, in which the individual tubes 4 are welded, a nozzle 8 and a domed cover 9, as shown in FIG. H.
Am unteren Ende weist jedes Teilbündel 5 einen in der gleichen Weise ausgebildeten Sammler 27 auf, der also ebenfalls aus Lochplatte, Stutzen und gewölbter Haube besteht. Auch bei diesem Hilfswärraetauscher sind die Teilbündel 5 im Grundriß im Sechseckgitter angeordnet. Sowohl die oberen Sammler 6 als auch die unteren Sammler 27 befinden sich auf verschie-At the lower end of each sub-bundle 5 has one in the same Way trained collector 27, which also consists of a perforated plate, nozzle and domed hood. Also at This auxiliary heat exchanger are the sub-bundles 5 in plan arranged in a hexagonal grid. Both the upper collector 6 and the lower collector 27 are located on different
18/...18 / ...
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denen horizontalen Ebenen I, II, III bzw. I1, II1, III1, wobei benachbarte Sammler stets gegeneinander versetzt sind.those horizontal levels I, II, III or I 1 , II 1 , III 1 , whereby adjacent collectors are always offset from one another.
Aus je zwei benachbarten Teilbündeln 5 ist eine Wärmetauscher-Einheit 13 gebildet, wobei die Rohre h des einen Teilbündels 5a im Gegenstrom und die Rohre k des anderen Teilbündels 5t» im Gleichstrom zu dem Helium vom Kühlwasser durchströmt werden. Die Umkehrung der Strömungsrichtung des Kühlwassers erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe von U-förmigen Leitungsabschnitten 28, die jeweils die beiden Sammler 2 ja und 27b einer Wärmetauscher-Einheit 13 verbinden. Sie besitzen einen wesentlich größeren Durchmesser als die Einzelrohre 4.A heat exchanger unit 13 is formed from two adjacent sub-bundles 5, with the cooling water flowing through the tubes h of one sub-bundle 5a in countercurrent and the tubes k of the other sub-bundle 5t »in cocurrent with the helium. In this exemplary embodiment, the direction of flow of the cooling water is reversed with the aid of U-shaped line sections 28 which each connect the two collectors 2 and 27b of a heat exchanger unit 13. They have a much larger diameter than the individual tubes 4.
Oberhalb der Sammler 6 ist in dem Leitmantel 2 ein Tragrost 15 vorgesehen, an dem die Teilbündel 5 über die Stutzen 8 aufgehängt sind. Der Tragrost kann in der in der Fig. gezeigten Weise ausgebildet sein.Above the collector 6, a support grate 15 is provided in the guide jacket 2, on which the sub-bundles 5 via the nozzle 8 are hung. The support grid can be designed in the manner shown in the figure.
Die Abstützung der Einzelrohre k erfolgt ebenfalls in der bei dem ersten AusfUhrungsbeispiel dargestellten Weise, und zwar einmal über Stützgitter 20, die auf verschiedenen horizontalen Ebenen A, B1 C angeordnet sind, und zum anderen über längsverschiebbar in einem Führungsrost 22 geführte Stützgitter 21 .The individual tubes k are also supported in the manner shown in the first exemplary embodiment, on the one hand via support grids 20 which are arranged on different horizontal planes A, B 1 C, and on the other hand via support grids 21 which are longitudinally displaceable in a guide grate 22.
Die Fig. 9 gibt einen Ausschnitt aus einem dritten Ausführungsbeispiel wieder, der oben den Sammler 29 eines Teilbündels 5 und unten einen Querschnitt durch die Einzelrohre h darstellt, die hier ebenfalls in Dreiecksteilung angeordnet sind. Es sind wieder sieben Einzelrohre k in einem Sammler 29 zusammengefaßt. Der Sammler weist hier jedoch im Grundriß gesehen - einen runden Querschnitt auf. Er be-9 shows a section from a third exemplary embodiment, which shows the collector 29 of a partial bundle 5 at the top and a cross section through the individual tubes h at the bottom, which are also arranged here in a triangular arrangement. There are again seven individual tubes k combined in a collector 29. The collector has here, however, seen in plan - a round cross-section. He loading
809882/0355 r>/ 809882/0355 r> /
steht aus einer halbkugeligen Haube 30, in die oben ein Stutzen 32 eintritt, und einer kreisrunden Lochplatte 31. In letztere sind die sieben Einzelrohre 4 eingeschweißt. stands from a hemispherical hood 30, in the above Stub 32 enters, and a circular perforated plate 31. The seven individual tubes 4 are welded into the latter.
Der in der Pig. 10 gezeigte Sammler 33 ist für einen Hilfswärmetauscher gedacht, der eine quadratische Rohrteilung besitzt, wie aus dem unterhalb des Sammlers 33 dargestellten Querschnitt durch ein Teilbündel 34 ersichtlich. Dieser Rohrteilung ist der Sammler 33 angepaßt, d.h. er hat im Grundriß eine quadratische Form. Seine Lochplatte 35 weist ebenfalls quadratische Form auf, während die Haube "}6 von einer quadratischen Form an der Anschlußstelle 38 zu der Lochplatte 35 in eine halbkugelige Form übergeht. Es sind vier Einzelrohre 4 in einem Sammler 39 zusammengefaßt. An die Haube 36 schließt sich oben ein Stutzen 37 an.The one in the Pig. The collector 33 shown in FIG. 10 is intended for an auxiliary heat exchanger which has a square tube division, as can be seen from the cross section through a partial bundle 34 shown below the collector 33. The collector 33 is adapted to this pipe division, ie it has a square shape in plan. Its perforated plate 35 also has a square shape, while the hood 6 changes from a square shape at the connection point 38 to the perforated plate 35 into a hemispherical shape. Four individual tubes 4 are combined in a collector 39. The hood 36 closes a connecting piece 37 at the top.
In der Fig. 11 ist eine Variante des in der Fig. 9 gezeigten Teilbündels dargestellt. Auch hier handelt es sich um ein Teilbündel 4o, dessen Einzelrohre 41 in Dreiecksteilung angeordnet sind. Die Rohre 41 sind jedoch vor ihrem Eintritt in den Sammler 39 mit Hilfe eines kleinen Etagenbogens 42 auf ein kleineres Röhrteilungsmaß eingezogen. Der Sammler besteht aus einer kreisförmigen Lochplatte 44, einer halbkugeligen Haube 45 und einem Stutzen 46.FIG. 11 shows a variant of that shown in FIG Part of the bundle shown. Here, too, it is a question of a partial bundle 4o, the individual tubes 41 of which are arranged in a triangular division are. The tubes 41 are, however, before their entry into the collector 39 with the aid of a small tier bend 42 drawn in to a smaller tube pitch. The collector consists of a circular perforated plate 44, a hemispherical one Hood 45 and a nozzle 46.
809882/0355809882/0355
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Le e rse i teBlank page
Claims (12)
einem gemeinsamen Führungsrost (22) längsverschiebbar geführt sind, wobei sie gleichzeitig horizontal abgestützt werden.13 · Heat exchanger according to claim 11, characterized in that in at least one area all support grids (21) are arranged in the same horizontal plane and in
a common guide grate (22) are guided in a longitudinally displaceable manner, while being supported horizontally at the same time.
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