DE2812766A1 - Waermeaustauscher fuer fluessige metalle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für flüssige Metalle wie Natrium, "bei dem das sekundäre flüssige Metall durch parallele Rohre eines oder mehrerer Rohrbündel fließt, wobei die Rohre zwischen Rohrplatten oder anderen Halteteilen sitzen und das primäre flüssige Metall längs der Rohre an deren Außenseite fließt, oder umgekehrt.

Vorgesehen ist ein Wärmeaustauscher zum Übertragen von Wärme von einem primären Natriumsystem zu einem sekundären Natriumsystem in natriumgekühlten Schnellen Brütern* Das primäre System kühlt den Reaktor, und das sekundäre System überträgt die Wärme auf die Dampfgeneratoren, die mittels Turbinen und Generatoren Strom erzeugen. Das Medium im primären und sekundären System besteht vorzugsweise aus Natrium, jedoch sind auch andere flüssige Metalle wie Natrium-Kalium anwendbar. Wärmeaustauscher dieser

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Bauart, die auch Zwischen-Wärmeaustauscher genannt werden^ sind in getrennten Behältern oder in einem gemeinsamen Bassin oder Behälter angeordnet, bei dem die Trennung zwischen primärem und sekundärem I¹IuB durch eine große Zahl paralleler Rohre erfolgt. Das Rohrsystem (Bündel) kann in der verschiedensten Form ausgeführt sein, z.B. in der Form gerader Rohre, Rohre mit örtlichen Vorkehrungen zur Expansion, U-förmiger Rohre, schlangenförmig gewickelter Rohre usw.

Bei allen bekannten Ausführungen für den genannten Anwendungsfall bestehen die Rohrbündel, die Rohrplatten oder anderen Halteteile sowie die anderen Bauteile des Wärmeaustauschers aus einer Konstruktion aus nichtrostendem Stahl.

Die Wahl dieses Materials erfolgt _r auf Grund der Korrosionsbeständigkeit, der Festigkeits- und Kriecheigenschaften auch bei langer Betriebsdauer, z_eB«, 300„000 Betriebsstunden, der Stabilität der Legierung in der entsprechenden Umgebung unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen usw. Die Erfahrung mit nichtrostendem Stahl wurde in lo-jähriger Forschung in Testanlagen gewonnen^ die in verschiedenen Ländern erstellt worden sind«,

In Anbetracht ihrer Experimentierbasis machen die bekannten Bauarten von Reaktoren der schnellen Brüter^ die immer noch eine begrenzte Leistung haben,, von Wärmeaustauschern Gebrauch^ die einen Wärmeausgang von etwa 100 MW haben? das bedeutet_p daß für

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ein Kraftwerk der Bauart, wie es in Kaikar errichtet wird, neun Wärmeaustauscher mit je 85 MW erforderlich sind.

Es steht zu erwarten, daß für zukünftige Kraftwerke mit einem Leistungsbereich von 1200-200 3We die Leistung der Anlagenteile wie der Wärmeaustauscher erhöht wird, weil Anlagen mit einer sehr großen Zahl von Anlagenteilen, z.B. 60 Wärmeaustauschern und/oder 120 Dampfgeneratoren aus wirtschaftlichen Gründen und aus betrieblichen Gründen außer Frage stehen. Obgleich eine Leistungserhöhung solcher Anlagenteile offensichtlich erscheint, entstehen bereits schwerwiegende Probleme bei einer Hoehstufung von 300 auf 1000 MW, besonders für diese Art von Vorrichtungen mit Flüssigmetall-Kühlung. Die Probleme liegen im speziellen Verhalten dieser Reaktorbauart, bei der schnelle Temperaturwechsel schneller auf die Anlagenteile durch das betreffende Wärme übertragende übertragen werden, als das in der normalen Technologie üblich ist_s und es können erhebliche Wärmestöße auftreten.

Es läßt sich nicht vermeiden, daß die Dimensionen der Teile in der durchschnittlichen Bauart von Wärmeaustauschern aus nichtrostendem Stahl mit der Leistung größer werden. Wegen der relativ schlechten Wärmeleitung der Abtrennung aus nichtrostendem Stahl im Vergleich zum Wärmeaustausch zwischen dem flüssigen Metall und der Abtrennung kann die Fläche, die für eine bestimmte Leistung und unter bestimmten Betriebsbedingungen eingebaut werden mußJu durch konstruktive Änderungen kaum beeinflußt werden, bei-

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spielsweise durch Änderung des Querschnitts der eingesetzten Rohre oder durch eine Erhöhung der Natriumdurchflußgeschwindigkeiten in den Rohren und/oder um die Rohre herum₀

Obgleich das nachteilig ist, impliziert eine Hochstufung in der Praxis "bisher in allen Fällen eine Abstufung in der Zahl der Rohre; wenn die Leistung einer solchen Vorrichtung jeweils er-= höht wird, werden die Rohrlänge und der Rohrdurchmesser vergrößert. Die Zahl der Rohre kann verringert werden,, indem die Rohr= länge vergrößert wird« Weil die Gesamtkosten der Wärmeaustauscher mit der Vergrößerung des Durchmessers und mit der Begren=» zung in der Verfügbarkeit von Schmiedestücken steigen_p beispiels= weise Rohrplatten erheblicher Dicke und mit einem großen Durch= messer, sind bisher Lösungen nur in einer erheblichen Gesamtlän= ge der Bündel und folglich in der Gesamtlänge der Vorrichtung gesucht worden_o Wärmeaustauscher mit einer Leistung von 300 MW (Th) haben Bündel mit einer Länge von 10=12 m und mit einem Querschnitt bis zu 3 m.

Die Gesamtlänge von Wärmeaustauschern dieser Bauart einschließ= lioh des Oberteils und des Bodens überschreitet 20-25 m_o Längen über diese Größe hinaus sind mit Sicherheit zu vermeiden^ weil die Kosten des gesamten Kraftwerks exorbitant werden„ Es werden Lösungen in Erwägung gesogen„ bei denen mehr Bündel in einem Behälter oder sogenannten Bassin aufgenommen werden _g Z₀B₀ derart₉ daß eine Kombination von + 1000 MW gebildet wird_o Behälter die=

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ser Art haben einen Durchmesser von 6 Ms 7 m, und die Herstellung ist nur für begrenzte Drücke wirtschaftlich.. Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit von Mat erial für solche Abmessungen relativ begrenzt.

Weil die zwischen die beiden Medien geschaltete Gesamtfläche durch die Wahl von nichtrostendem Stahl als das Zwischenmedium bestimmt wird, hat eine Erhöhung in den Strömungsgeschwindigkeiten des fluids einen geringen Effekt. Darüber hinaus führt jedes Ergebnis, das mit dieser Methode erreicht werden soll, bald zu einem unvertretbaren Druckverlust und auf alle Fälle zu einer unvertretbar großen Zahl von Rohren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der vorstehend genannten Bauart zu schaffen, der nicht die erwäimten lachteile hatv- Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Rohre der Rohrbündel aus Molybdän, Tantal oder Mob oder Legierungen daraus bestehen und einen Außendurchmesser von 6 bis 16 mm haben.

Das ideale Zwischenmedium, das zu verwenden ist, besteht aus einen ordnungsgemäß wärme-leitenden Material wie Molybdän, Santal und UiOb₊. die bemerkenswerte und unerwartete Ergebnisse liefern. Ausgehend von einem bekannten Wärmeaustauscher mit dem gleichen Rohrdurchmesser und der gleichen Wanddicke zeigt die Yerwendung eines ordnungsgemäß leitenden Mat erial für das Zwischenmedium

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eine sofortige Reduktion der wärme-übertragenden Fläche;, die als Abtrennung eingebaut werden muß_o Die eingebaute wärme-übertragende Fläche kann also z.B«, auf 60 oder 70% verringert werden«, Dieser Vorteil geht jedoch wegen der erheblich höheren Kosten des Materials für die Zwischenmedien verloren^ und als Folge davon ist deren Verwendung nicht vorteilhaft« Ferner erfordert die Verarbeitung dieses Materials ₉ besonders das Verschweißen der Rohre mit den Rohrplatten oder den Halteteilen aus dem gleichen oder einem anderen Material und an den Übergangsstellen der Platten oder Halteteile in gängigere Werkstoffe wie nichtrostendes Stahl unübliche und teure Methoden^ die sich noch im Stadium der Entwicklung befinden«,

Das herausragende Merkmal von Wärmeaustauschern dieser neuen Bauart besteht darin, daß nur für ordnungsgemäß leitende Zwischen= medien in flüssigen Metallen die erforderliche wärme-übertragen= de Fläche im starken Maße von der Abmessung (dem Durchmesser) der eingesetzten Rohre abhängig ist und grob im Verhältnis dazu eingerichtet werden kann*,

Beim Ersetzen des Zwischenmediums aus nichtrostendem Stahl durch Molybdän, Tantal oder Niob wird eine Verringerung der eingebaut ten wärmeVöbertragenden Fläche Z₀B₀ auf 60 oder 70% erreicht? eine Verringerung im Rohrdurchmesser von Z₀B₀ 20 oder 25 nun auf 10 oder 12 mm ergibt eine susätsliohe Verringerung von 25 bis % der ursprünglich eingebauten Fläche _v während die wärme-übertra·=

gende Leistung die gleiche bleibt. Die Volumina der Bündel verringern sich fast quadratisch, d.h. bis auf ± 10% des ursprünglichen Volumens.

Es ist zu beachten, daß die Relation für einen Vergleich von Wärmeaustauschern, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, mit einem ordnungsgemäßen wärme-übertragenden Zwischenmedium nur für ein konstantes Teilkreis-Durchmesserverhältnis der Rohre gilbt und daß andere Konstruktionsmaßnahmen denkbar sind.

Es ist evident, daß ein Vergleich zwischen dem Wärmeaustauscher in gängiger Bauart mit der gleichen Leistung und dem Wärmeaustauscher nach der Erfindung zeigt, daß im Falle der letzteren Bauart die Kosten erheblich verringert werden.

Wegen der geringen Abmessungen eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung kann eine Vorrichtung mit einem Rohrbündel ineinem Behälter mit einer Wärmeleistung von 500 bis 1000 MW ohne Probleme hergestellt werden, wie sie für den Pail von Wärmeaustauschern in gängiger Bauart in einer Konstruktion aus nichtrostendem Stahl erwähnt worden sind.

Wegen ihrer geringen Abmessungen können die Vorrichtungen auch zum Arbeiten mit wesentlich höheren Drücken ausgelegt werden, als das bisher geschehen ist, ohne daß eine nennenswerte Kostenerhöhung eintritt.

Die Verkleinerung der installierten Heizfläche ist nur durch den zulässigen Druckverlust an den Rohren begrenzt_o

Es ist festgestellt worden, daß für den IPaIl eines konstanten zulässigen Druekverlustes für ein schlecht leitendes Material wie nichtrostenden Stahl die Bündellänge sich fast proportional zum Rohrdurchmesser erhöht»

Im Falle eines gut leitenden Materials wie Molybänp Tantal oder Niob vergrößert sich die Bündellänge bei einem konstanten zulässigen Druckverlust weniger als quadratisch und verringert sich mit dem Durchmesser der Rohre_o Weil ein schlecht wärme=3ieiten= dendes Material eine große Zahl von Rohren benötigt und die erwärmte ELäehe sich kaum mit der Verkleinerung des Rohrdurchmessers verringert ₉ während bei einem gut leitenden Material sich die Heizfläche erheblich mit der Verkleinerung des Rohrdurchmes= sers verkleinert j hat dieser scheinbare Nachteil den Vorteil^ daß bei einem gut leitenden Material und einem kleineren Durch= messer bei einem bestimmten Druckverlust die Länge des Bündels erheblich verringert wird_p d_oh_o fast quadratische Weil die Länge des Bündels direkt proportional zum Druokverlust am Bündel ist;, kann das ein erheblicher Vorteil sein₉ weil im lalle eines glei= chen Druokverlustes die Strömungsgeschwindigkeiten in einem BUn= del mit einem gut leitenden Zxfischenmedium höher als bei einem herkömmlichen Wärmeaustauscher sein können₀ Die Erhöhung in der Strömungsgeschindigkeit In einem Wärmeaustauscher nach der Er=

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findung hat deshalb einen vergleichsweise weniger ungünstigen Effekt auf den Druckverlust. Eine weitere Zunahme im Druckverlust, und/oder eine Erhöhung in der Strömungsgeschwindigkeit hat einen positiven Effekt auf die Effizienz des Wärmeaustauschers und führt zu einer noch weiteren Verkleinerung der erhitzten Fläche.

Es ist zu berücksichtigen, daß der Gesamtdruckverlust einer Vorrichtung nur zum Teil durch den Druckverlust am Bündel bestimmt wird und daß der Rest durch Verluste während des Einströmens aus den Druckdüsen in den Bündelabschnitt hervorgerufen wird. Als Folge der großen Abmessungen des Bündels bei den bekannten Wärmeaustauschern in einer Konstruktion aus nichtrostendem Stahl ist es das Bestreben, die Gesamtbaugröße zu begrenzen. Wegen der Vorkehrungen für den Zustrom beträgt folglich der Druckverlust am Bündel nur 10 bis 30% des Gesamtdruckverlustes in der Vorrichtung. In Anbetracht der G-esamtgrÖße der Vorrichtung sind die Abmessungen des Bündels in den Wärmeaustauschern nach der Erfindung von vergleichsweise geringer Bedeutung, so daß die Abmessungen der Vorkehrungen für den Zufluß und Abfluß zum und vom Bündel großzügig bemessen sein können und trotzdem eine vergleichsweise kleine Vorrichtung hergestellt wird. Folglich kann ein viel größerer Seil des G-esamtdruckverlustes der Vorrichtung, s.B. 60 bis 8Q^, am Bündelabschnitt zugelassen werden. Diese Vorkehrung verbessert wiederum den Wirkungsgrad und die Funktion des Wärmeaustauschers. Bei einem vergleichsweise großen Druckverlust am Bün-

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del verringert sich die Möglichkeit von örtlichen Instabilitäten in bezug auf den Durchfluß durch das Bündel₀ Im Falle eines vergleichsweise hohen Druckverlustes am Bündel müssen keine zusätzlichen Vorkehrungen für eine gleichmäßige Verteilung des Stroms der Flüssigkeit, z_eB. mittels Siebplatten, Lochplatten oder anderen künstlichen Barrieren, getroffen werden, ehe die Flüssigkeit in das Bündel einströmt und aus ihm herausströmt» Die Barrieren, die definitiv bei gängigen Wärmeaustauschern benötigt werden, erhöhen den Gesamtdruckverlust in der Vorrichtung und verringern den Teil des Druckverlustes am Bündel im Falle eines konstanten vorgegebenen Druckverlustes<,

Im Falle eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung kann der Druckverlust am Bündel deshalb erheblich höher als bei gängigen Wärmeaustauschern sein, und die genannten höheren Strömungsgeschwindigkeiten können noch weiter erhöht werdenj, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Gesamtdruckverlust der Vorrichtung exzessiv wird. Diese Vorkehrung verbessert den Wirkungsgrad und den Betrieb des Wärmeaustauschers noch weiter*, Ferner entsteht eine sehr einfache Konstruktion durch das Entfallen verschiedener Vorkehrungen für einen regelmäßigen Strom der Flüssigkeit„ Wegen des regelmäßigen Stroms durch das Bündel läßt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung über jede Querschnittsfläche des Bündels und. folglich eine sehr gleichmäßige Temperatur für alle Einzelrohre feststellen^ und als Folge davon werden Materialspannungen wesentlich verringert«, Die gut leitenden Materia-

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lien, verglichen mit schlecht -leitenden Werkstoffen wie nichtrostendem Stahl, sind aiißerdem durch geringe Temperaturausdehnungskoeffizienten gekennzeichnet, und als Folge davon verringern sich die Materialspannungen weiter. Der Ausdehnungskoeffizient von Molybän beträgt z.B. nur ein Viertel des Ausdehnungskoeffizienten von nichtrostendem Stahl, Im Falle von gängigen Wärmeaustauschern "beschränken die auftretenden Spannungen jede zulässige Betriebsbedingung, während die Wärmeaustauscher nach der Erfindung fast gar nicht auf extreme Wechsel in den Betriebsbedingungen ansprechen.

Die weitere Verkleinerung des Teilkreises und des Durchmessers wird schließlich durch den Druckverlust und wegen der Schwierigkeiten in der Herstellung begrenzt. Der Außendurchmesser der Rohre im Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann zwischen ca. 6 und 16 mm liegen. Unter 6 mm verkleinert sich die Heizfläche, und die länge des Bündele wird extrem kurz, so daß in Anbetracht des Zustroms und Abflusses eine denkbare Herstellung nicht möglich ist. Über 16 mm wird die erwärmte Fläche nicht ausreichend verkleinert j, um die hohen Kosten des Materials und der Konstruktion zu rechtfertigen.

Der Abstand zwischen den Rohren von Außenwand zu Außenwand liegt allgeinin zwischen 2 und 5,5 mm? die Wanddicke der Rohre liegt zwischen 0,5 und 1mm. Wegen der ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit der Materialien hat die Wanddicke der Rohre nvüf einen gerin-

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gen Einfluß auf den Wärmetransport„

In Anbetracht der Festigkeit wird die Dicke der Rohrwand ₉ die vom Durchmesser und von der Korrosion abhängt, beides in Relation zum gewählten Material, bei Anwendung kleiner Rohre verringert. Weil die Korrosion aber nicht vom Durchmesser abhängt, die vergleichsweise groß für ein Material wie nichtrostenden Stahl und relativ gering für ein hoch korrosionsbeständiges Material wie Molybdän ist, verkleinert sich auch die Wanddicke für Rohre aus dem letzt genannten Material viel mehr mit der Verklei-= nerung des Rohrdurchmessers als für den Fall weniger korrosionsbeständigen Materials wie nichtrostenden Stahls„ Folglich nimmt der kleine Effekt der Abtrennung„ der beim Wärmeaustauscher nach der Erfindung zur Geltung kommt ₉ weiter ab_o Wegen der geringen lemperaturdiffezenz an der Rohrwand und dem geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten der vorstehend genannten Gruppe von Werkstoffen sind die Spannungen;, die durch einen Wärmeaustausch durch die Wand hindurch hervorgerufen werden_p gering^ und Wechsel führen nicht zu einem Bruch«,

In der Reihenfolge der Präferenz werden die folgenden zuverwendenden Materialien^ die gute wärme-leitende Eigenschaften bei flüssigen Metallen haben,, in Betracht gezogens Molybdän_p !Dantal, Niob und Legierungen daraus„ Yerglichen mit herkömmlichen Werkstoffen wie nichtrostendem Stahl und ferritischen Stahl= Qualitäten sind die vorstehend genannten Werkstoffe durch eine

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hohe Korrosionsbeständigkeit, einen geringen TeEiperaturausdehnungskoeffizienten, eine ausgezeichnete Festigkeit "und ein ausgezeichnetes Kriechverhalten bei hohen Temperaturen gekennzeichnet, und als Folge davon werden weniger schwere Konstruktionen benötigt. Von den erwähnten Werkstoffen hat Molybdän bei weitem die besten Eigenschaften und ist im Gegensatz zu nichtrostendem Stahl auch gegen Natronlauge beständig; bei .Anwendung in einem Wärmeaustauscher nach der Erfindung ist der Wärmeaustauscher weniger verwundbar, wenn kleine iecks, wenn überhaupt, in den Dampfgeneratoren auftreten.

Als Folge der vorstehend genannten Eigenschaften, die eine Konstruktion mit geringerer Dicke und ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeiten ermöglichen, werden die Materialspannungen, die als Folge von TemperaturSchwankungen auftreten, verringert, so daß die Konstruktion weniger stark auf Wärmestöße anspricht, die ein typisches Merkmal von Flüssigmetall-Reafctoren sind.

Bei Konstruktionen, in denen ein schlecht wärme-leitendes Material mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird, führt ein schneller Temperaturwechsel häufig zu Schwierigkeiten, die nicht gelöst werden können und die bei der Ausführung nach der Erfindung vermieden werden.

Zusätzlich zu den genannten Vorteilen eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung gibt es noch einige weitere Vorteile, die zu

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erwähnen sind.

Wegen der kurzen länge des Wärmeaustauschers nach der Erfindung können Anschlüsse in anderer Weise und an anderen Stellen angeordnet werden. Z.B. kann der primäre Natriumauslaß am tiefsten Punkt anstatt am Mantel sitzen, und der Wärmeaustaischer kann ganz oder zum größeren l'eil über dem Natriumspiegel im Reaktor angeordnet sein. Das hat den Vorteil, daß während eines Lecks des Wärmeaustauschers der Natriumspiegel im Reaktor nicht sinkt und nur geringfügig als Folge des Lecks sinkt und damit die Jicherheit erhöht wird.

Ferner aktiviert ein kurzer Wärmeaustauscher, der an höherer Stelle angeordnet ist, den natürlichen Zyklus des primären Natriumflusses, was während geringer Belastung des Reaktors und im Falle von Defekten in der primären Natriumpumpe sehr wichtig ist. Wenn die Primärpumpen und die Wärmeaustauscher im Kreis oder in einem sogenannten Umlaufbehälter angeordnet sind, so daß Lecks im Wärmeaustauscher, in der Pumpe oder in den Rohren, die einen Abfall des Natriumspiegels unter das kritische Niveau im Reaktor bewirken, verhindert werden, wobei der Reaktor und der Umlaufbehälter als kommunizierende Behälter zu betrachten sind, hat der kleine Wärmeaustauscher den Vorteil, daß auch ein Umlaufbehälter kleiner Baugröße verwendet werden kann und daß im Falle eines Lecks das Niveau im Reaktor weniger stark abfällt,^aIs das bisher der Fall gewesen ist, und dadurch wird die

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Sicherheit weiter erhöht. Natrülich verringern sich die Kosten des kleineren Uinlaufb ehält er s erheblich. Wegen der erheblichen Verringerung im Inhalt des Umlaufbehälters steigt nun der Leckspiegel im Umlaufbehälter vergleichsweise schneller während eines Lecks als bevor, und als Folge davon kann auch die Primärpumpe an höherer Stelle angeordnet werden; die primäre Bedingung für diese Pumpe ist, daß im Falle eines Lecks die innere Wellendichtung zwischen Gas und Natrium unter dem Leckspiegel liegen muß. Der Vorteil einer höheren Anordnung der Primärpumpe ist, daß die Längen des Pumpenbehälters und der Antriebswelle wesentlich kleiner sind.

Durch Anwendung kleiner wärme-übertragender Rohre und eines konstanten oder fast konstanten Verhältnisses zwischen Teilkreis und Durchmesser der Rohre ist der gegenseitige Abstand zwischen den Rohren kleiner. Die Folge eines kleinen Abstands zwischen den Rohren ist, daß die Rohrplatte nun dünner als zuvor sein kann, was ein wichtiger Faktor bezüglich Kosten und Verfügbarkeit ist.

Die kleinen Abmessungen des Wärmeaustauschers nach der Erfindung erfordern weniger Platz im Reaktorgebäude, und die Baukosten sind deshalb geringer. Zu berücksichtigen ist, daß bei einem Ausfall der Vorrichtung die Möglichkeit bestehen muß, das Bündel aus der Vorrichtung herauszunehmen, wenn diese noch radioaktiv verseucht ist. Zu diesem Zweck wird das auszutauschende Bündel vertikal in einen Zylinder gezogen, der über dem Wärmeaustauscher aufgehängt

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ist und mit einer Abdichtung versehen ist_P tun das Entweichen von Schadstoffen zu verhindern. Bei der Auslegung des Gebäudes für den Wärmeaustauscher oder des Reaktorgebäudes müssen also die Höhe des Wärmeaustauschers und die Länge eines Bündels mit den erforderlichen Anschlußteilen berücksichtigt werden, was in Vergleichsfällen, die vorstehend im Zusammenhang mit Bündeln aus nichtrostendem Stahl erwähnt worden sind, zu einer Differenz in der Gesamthöhe von 15 bis 30 m führen kann. Natürlich erfüllt auch eine weniger schwere. Tragkonstruktion die Anforderungen bezüglich der Fundamente, die Längen der Anschlußleitungen für das Primär- und Sekundärnatrium können verkürzt werden, und die Wärmeaustauscher können an besseren Stellen angeordnet werden, und als Folge davon verringern sich die Kosten und die Druckverluste für diesen Seil des Rohrleitungssystems.

Das kleine Volumen führt zu einem geringen Gehalt von flüssigen Metallen in den Wärmeaustauschern nach der Erfindung«, Im Falle eines Ausfalls der Anlage muß das flüssige Metall in sogenannten Beistelltanks gelagert werden, die für diesen Zweck zur Verfügung stehen. Es ist evident, daß der Inhalt der Tanks bei dem geringen Inhalt der Wärmeaustauscher verringert werden kann, und der im Gebäude benötigte Platz kann entsprechend beschränkt werden.

Schließlich sind Molybdän, Tantal und Mob sowie deren Legierungen gegen Natrium beständiger als nichtrostender Stahl« Darüber hinaus ist Molybdän sehr beständig gegen Natriumoxide und Natron-

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lauge.

Die wesentlichen Daten einer Reihe -von berechneten Wärmeaustauschern sind in den folgenden Tabellen 1 "bis 5 angegeben. Tabelle 1 bis 4 beziehen sich auf Wärmeaustauscher mit einer Wäimeaustauschleistung von 450 MW; Tabelle 5 bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher mit einer Wärmeaustauschleistung von 900 IiW.

Der äußere Wärmeaustauschkoeffizient in den Tabellen istdv, d.h. vom Medium zur Trennwand, der Wärmeaustauschkoeffizient der Trennwand ist ck , und der innere Wärmeaustauschkoeffizient, d.h. von der Trennwand zum Medium in den Rohren, ist <K*,

Tabelle 1 und 2 veranschaulichen einige Beispiele unter Verwendung eines schlecht leitenden Materials wie nichtrostendem Stahl, und Beispiele unter Verwendung gut leitender Werkstoffe wie Molybdän, Tantal oder Mob sind in Tabelle 3 bis 5 angegeben.

In Tabelle 2 bis 5 sind die Abmessungen der Rohre im kleineren Maßstab im Vergleich zu jenen nach Tabelle 1 angegeben; es-,ist festzustellen, daß der Effekt des verbesserten Wärmetransports im schlecht leitenden Material vernachlässigbar und im Falle von Wärmeaustauschern nach der Erfindung einigermaßen drastisch ist.

In den in Tabelle 1 bis 4 angegebenen Beispielen haben die miteinander zu vergleichenden Vorrichtungen eine Wärmeleistung von

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450 MW. Es ist evident, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und daß die speziellen Vorteile der Erfindung für höhere und geringere Leistungen "bewahrt bleiben; im Falle von höheren Leistungen sind die Vorteile jedoch entscheidend, was klar aus Tabelle 5 ersichtlich ist, die einen Wärmeaustauscher mit einer Leistung von 900 MW veranschaulicht. Zusätzlich wird auf die beiliegenden Zeichnungen und deren Beschreibung verwiesen.

Es geht aus den Tabellen hervor, daß die Heizfläche bei Wärmeaustauschern nach der Erfindung wesentlich kleiner ist, mitunter noch mehr als 25% im Vergleich zu den gängigen Wärmeaustauschern. Tabelle 1 veranschaulicht ein Beispiel von Wärmeaustauschern, bei denen nichtrostender Stahl benutzt wird und bei denen die Natriumströmungsgeschwindigkeit in Schritten von 2 auf 4 m/sec erhöht wird} wegen dieser Erhöhung verringert sich die Heizfläche von 1906 auf 1700
auf 0,927 Bar.

1906 auf 1700 m , und der Druckverlust erhöht sich von 0,146 Bar

Bezüglich des Druckverlustes ist die in der letzten Spalte der Tabelle 1 (Type A) angegebene Bündeltype funktionell äquivalent mit dem Bündel des Wärmeaustauschers nach der Erfindung (Type B, letzte Spalte in Tabelle 4), vcau. sie ist mit Wärmeübertragungsrohren aus Molybdän bestückt. Die Heizfläche des Wärmeaustauschers beträgt jedoch
herkömmlichen Type A.

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schers beträgt jedoch nur 466 m , verglichen mit den 1700 m der

Wie vorstehend angegeben worden ist, können die Strömungsge-

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schwindigkeiten des Mediums in einem Vergleichsbündel der neuen Type wesentlich höher als bei der gängigen Bündeltype sein.

Die Bündel der Type A und B haben eine länge von 15,3 m bzw. 3,02 m. Wenn ein Bündel mit einer länge von 15, 3m gewählt wird, ist es sehr sdiwierig, die Vorrichtung einzusetzen; die kurze Bündellänge von 3,02 m (Type B) hat diese Nachteile nicht.

Die vorstehenden Analysen gehen vom gleichen Druckverlust am Rohrbündel aus. Weil jedoch für eine richtige Abschätzung der Gesamtdruckverlust an der Vorrichtung gleich sein muß, ist die vorstehende Analyse für den gängigen Wärme aust aus da. er zu günstig. Denn etwa 80% des Druckverlustes für die Type B wird durch den Druckverlust am Rohrbündel bestimmt, während dieser Wert für die Type A nur 10 bis 30% beträgt. Für eine richtige Abschätzung muß deshalb die Vorrichtung mit dem gleichen Gesamtdruckverlust verglichen werden. Der Wärmeaustauseher mit der Bündeltype B nach Tabelle 4 ist mit Wärmeaustauschern mit der Bündeltype 0 oder D nach Tabelle 1 zu vergleichen.

Die Heizfläche der Type C und D erhöht sich bis zu 1839 m bzw.

p

1906 m , und die Heizfläche der Type A erhöht sich bis zu 1700 m ,

Die Bündellängen betragen 10,34» 8,57 bzw. 15»3 m.

Obgleich die Watriumströmungsgeschwindigkeiten in den Wärmeaustauschern nach der Erfindung ohne Überschreiten des zulässigen

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Druekverlustes viel höher sind, geht aus Tabelle 3 und 4 hervor, daß Rohrbündel mit einem kleinen Druckverlust und einer kleinen Heizfläche im Vergleich zu herkömmlichen Rohrbündeln eingesetzt werden können. Die Heizfläche der Bündeltype D (Tabelle 4) beträgt also lediglich 496 m bei einem Druckverlust von Oj, 37 Bar.

Ein Vergleich zwischen der Rohrbündeltvpe E und F (Tabelle 4) zeigt, daß der Effekt einer Verkleinerung des Rohrdurchmessers auf die Heizfläche selbst für diese kleinen Rohrgrößen fast im gleichen Verhältnis weitergegeben wird, d«h_e eine Verkleinerung im Rohrdizrehmesser von 12 auf 11,2 mm führt zu einer Verringerung der Heizfläche von 462 auf 436,6 m bei gleichen Hat riumströmungsgesohwindigkeiten und gleichem Druckverlust am Rohrbündel.

Um den Effekt einer Verkleinerung des Rohrdurchmessers bei einem konstanten Teilkreisdurohmesserveriiältnis auf die Heizfläche von Rohrbündeln aus einem schlecht wärme-leitenden Material wie nichtrostendem Stahl zu untersuchen, sind die Daten für Rohrbündel aus Rohren mit Außendurchmessern von 12 mm und einer Wanddioke von 1,5 mm in Tabelle 2 angegeben.

Die Type Q- (Tabelle 2) hat fast den gleichen Druckverlust am Bündel wie die Type A (Tabelle 1)_o Die Verkleinerung im Rohr= durchmesser hat einen geringen Effekt auf die Heizfläche. Die Heizfläche verringert sich von 1700 m² (Tyoe A) auf 1600 m²| die Zahl der Rohre erhöht sich jedoch con 1631 auf 8828₃ Um einen

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richtigen Eindruck von der gesaraten Vorrichtung zu erlangen, wird die Aufmerksamkeit auf einen Wärmeaustauscher (Type B, Tabelle 4) nach der Erfindung, auf einen gängigen Wärmeaustauscher mit Bündeln (Type G, Fig. 1) und auf Wärmeaustauscher mit Bündel (Type H, Pig. 2) gelenkt. Diese drei Vorrichtungen haben den gleichen Gesamtdruckverlust. Die Type C hat eine Heizfläche

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von 1839 m , und die Heizfläche der Type H verringert sich nur

2
auf 1643 m , die Zahl der Rohre erhöht sich jedoch zur absurden

ZaIiI von 12811.

Die dargestellten Beispiele zeigen klar, daß eine Verkleinerung im Durchmesser eines Rohrs aus schlecht leitendem Material zu Schwierigkeiten führt, die nicht gelöst werden können. Wenn ein schlecht leitendes Material benutzt wird, macht die Kraftzunahme in jedem Reaktoranlagenteil die Verwendung von größeren Durchmessern für die Rohre erforderlich, eine Tendenz, die durch Anwendungsfälle in der Praxis bestätigt wird.

Aus Tabelle 5 geht hervor, die die entsprechenden Daten eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung mit einer Wärmeleistung von 900 MW vermittelt, daß trotz einer Verdoppelung der leistung und einer Verdoppelung (fast) der Heizfläche in Vergleich zu Tabelle 4 insbesondere die Länge und der Durchmesser sowie die Zahl der Rohre (und damit deren Inhalt, d.h. die Menge an Natrium) sich nicht sehr erhöht haben.

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Die "beiliegenden Zeichnungen zeigen klar den signifikanten TJn= terschied in den Abmessungen zwischen einem herkömmlich kon·= struierten Wärmeaustauscher (siehe Fig„ 1) und einem Wärmeaustauscher, der nach der Erfindung konstruiert ist (siehe Pig₀ 2)₀ Beide Wärmeaustauscher sind im Maßstab 1s100 gezeichnet«, Figo zeigt den Wärmeaustauscher nach Pig_e 2 im größeren Maßstab und teilweise im Querschnitt«,

Pig. 4 zeigt einen Wärmeaustauscher mit der gleichen Leistung wie der in Pig» 2 und 3 gezeigte Wärmeaustauscher, jedoch mit einer anderen Anordnung der Primäreinlaßdüse· Pig„ 5 zeigt einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung mit einer Leistung von 900 MW im gleichen Maßstab wie der in Pig_e 3 gezeigte«,

Der in Pig. 1 dargestellte Wärmeaustauscher ist derjenige nach der Type C in Tabelle 1₉ wie vorstehend erläutert. Diese Vorrichtung ist eine Konstruktion aus nichtrostendem Stahl_o Aus Tabelle 1 geht hervor, daß die effektive Länge der Rohre 10,34 m beträgt. In Anbetracht der Vorkehrungen für den Zufluß wie LochplattBn, Barrieren und Trennplatten, die für die gleichmäßige Verteilung des flüssigen Natriums über alle Rohre erforderlich sind, beträgt die Gesamtlänge des Wärmeaustauschers 21, 7m, und dessen Gewicht beträgt ca. 130 Tonnen. Der Wärmeaustauscher aus nichtrostendem Stahl, der konstruiert worden ist und der in Kaikar eingesetzt werden soll, ist 11,5 hoch und hat eine Leistung von 85 MW.

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Die Bezugszahlen 1 und 2 (siehe Pig. 1) geben die Einlaßdüsen bzw. Auslaßdüsen des Primärsystems an, und die Bezugszahlen 3 und 4 bezeichnen die Einlaß- bzw. Auslaßdüsen des Sekundärsystems. Das Rohrbündel ist gestrichelt mit der Bezugszahl 5 bezeichnet.

Der Wärmeaustauscher hat einen G-esamtdurchmesser von 3,18 m und eine äußere Wanddicke "von 40 mm.

Das flüssige Natrium fließt an der Einlaßdüse 1 in das Primärsystem, um die äußere Wand des Bündels 5 herum und wendet sich nach oben. An der Oberseite unmittelbar unter der Rohrplatte 11 sind löcher in der Bündelwand mit der Bezugszahl 6 bezeichnet, und durch diese kann Natrium nach unten um die Rohre im Bündel und zwischen ihnen strömen. Das Natrium verläßt das Bündel durch Löcher 7, die unmittelbar über der Rohrplatte 12 vorgesehen sind, fließt nach oben und verläßt den Wärmeaustauscher durch die Auslaßdüse 2. Lochplatten und Trennplatten befinden sich zwischen den Düsen 1 und 2.und den Löchern 6 und 7, und diese Platten verteilen das flüssige Natrium so gleichmäßig wie möglich über das Bündel. Die Loohplatten und die Trennwände machen eine zusätzliche Pumpleistung erforderlich, und der am Bündel zugelassene Druckverlust ist begrenzt.

Pig, 2 zeigt das Ausführungsbeispiel des Wärmeaustauschers nach der Erfindung, d.h. einen V/ärmeaustauscher der Type B (Tabelle 4)» jedoch im gleichen Maßstab wie der in Pig, 1 gezeigte Wärmeaus-

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tauscher« Wie in Fig« 1 bezeichnen die Bezugszahlen 1 bis 4 entsprechende Einlasse und Auslässe,, Beide Wärmeaustauscher sind für eine leistung von 450 MW eingerichtete

Der Wärmeaustauscher nach Figo 2 ist mit Rohren und Rohrplatten aus Molybdän versehen» Die anderen Teile des Wärmeaustauschers bestehen hauptsächlich aus nichtrostendem Stahl„

Wenn das Bündel 5 eine effektive Rohrlänge von 3p02 m hat_s be= trägt die G-esamthöhe dieses Wärmeaustauschers _ΰ der die gleiche Leistung wie der Wärmeaustauscher nach Figo 1 hat₉ nur 10 m₉ was weniger als die Hälfte der länge der herkömmlichen Bauart eines Wärmeaustauschers nach Figo 1 ist_o Der Gesamtdurchmesser des Wärmeaustauschers nach der Erfindung beträgt 2₉15 m_p und die äußere Wanddicke beträgt 27 mm₀ Im Bereich des Bündels ist der Durchmesser lediglich 1₉77 m bei einer Wanddicke von 22 mm₀ Die angeschlossene Heizfläche beträgt hier 513 m ₉ d_oh_o etwa 1/4

2 der korrigierrten Heizfläche von 2099 m des Wärmeaustauschers nach Fig, 1_β Das Gewicht des Wärmeaustauschers nach Figo 2 beträgt ca. 30 Tonnen«,

Figo 3 ist ein Schnitt durch den Wärmeaustauscher nach Figo 2 im größeren Maßstäbe Die gleichen Bezugszahlen wie die in Fig_o und 2 benutzten zeigen entsprechende Seile an_o Die Abmessungen in dieser Figur sind in mm angegeben_o

Der primäre Natriumstrom gelangt bei 1 in das Primärsystem₉ geht

281276Θ

- 25 -

• as.

nach unten weiter und passiert die Öffnung 6, die im Bündel vorgesehen ist, und zwar unmitterbar unter der Rohrplatte 11, fließt um die Rohre des Bündels 5 herum und verläßt das Bündel durch die Öffnung 7, die über der Rohrplatte 12 vorgesehen ist. Der primäre Natriumstrom verläßt den Wärmeaustauscher durch den Primärauslaß 2, der hier unten am Wärmeaustauseher vorgesehen ist. In diesem Fall sind die Öffnungen 6 und 7 nicht mit Lochwänden versehen.

Der Sekundärnatriumstrom fließt in das Sekundärsystem bei 5 und strömt durch das weite Zuflußrohr 8 nach unten. Die Richtung des Natriumstroms wird unten am Boden 9 des Sekundärkreises umgerichtet, und die Flüssigkeit fließt nach oben durch die Rohre des Bündels 5 und verläßt den Wärmeaustauscher am Auslaß 4.

Im Falle des Wärmeaustauschers nach der Erfindung sind der Primäreinlaß 1 und der Primärauslaß 2 im Vergleich zum Einlaß und Auslaß des Wärmeaustauschers nach Fig. 1 versetzt. Der Primäreinlaß sitzt hier höher, d.h. über der oberen Endpartie des Rohrbündels, und der Primärauslaß befindet sich in einem niedrigen Bereich, d.h. unter dem unteren Ende des Bündels. Der Strom des Primärnatriums um die Rohre herum wird damit wesentlich gefördert und hat den Vorteil eines mittigen Abflusses. Darüber hinaus kann die Pumpleistung verringert werden.

Die Zunahme im Volumen des unteren Teils unter der Rohrplatte in Kombination mit dem vergleichsweise großen Anteil des Bündels

- 26 -

§09822/0493

"beim Gesamtdruckverlust machen zusätzliche Vorkehrungen am Boden für eine gleichmäßige Verteilung des Natriumstroms über die Ein= laßöffnung in der Rohrplatte überflüssig,,

Die Bezugszahl 13 bezeichnet ein Auslaßrohr zum Pumpen des flüssigen. Uatriums aus dem Wärmeaustauseher„

Im Falle des herkömmlichen Wärmeaustauschers nach I¹Ig₀ 1 ist eine Anordnung des Primäreinlasses und -auslasses nicht in der gleichen Weise möglich, wie das bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaus= tauscher geschieht, weil die Länge des bekannten Wärmeaustau= schers noch größer werden würde ₉ besonders durch das Einlaßgehäu= se, das für den Primäreinlaß erforderlich wäre und sich über dem Bündel befände. Wenn jedoch im Falle des Wärmeaustauschers nach der Erfindung der Primäreinlaß 1 sich neben dem Bündel befindet (wie das beim Wärmeaustauscher nach Figo 1 der Fall ist), kann die Länge des Wärmeaustauschers nach der Erfindung sogar noch weiter verkürzt werden.

Ein Wärmeaustauscher dieser Ausführung ist in Fig. 4 gezeigt.

Die Einlaßdüse 1 befindet sich wiederum an einer unteren Region in Anschluß an das Rohrbündel (wie in Fig. 1 dargestellt). Weil das Einlaßgehäuse für den Primäreinlaß nicht über dem Bündel sitzt, sondern daneben, kann die Gesamtlänge im Vergleich zum Wärmeaustauscher nach Fig. 2 verkürzt werden, und die Leistung bleibt die gleiche. Ferner erhält man einen größeren Abstand

- 27 -

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. 30·

zwischen dem Primäreinlaß und dem Sekundärauslaß, so daß der zwischen diesen benötigte Strahlungsschirm in einer dickeren Konstruktion vorgesehen sein kann. Weil in diesem Pail wegen des vergleichsweise großen Teils an Bündelwiderstand die Lochplatten, die Trennplatten und die Barrieren für einen Wärmeaustauscher aus nichtrostendem Stahl weggelassen werden können, braucht die Puinpleistung nicht stark erhöht zu v/erden.

Pig. 5 zeigt einen Wärmeaustauscher ähnlich dem in Pig. 4 gezeigten, jedoch mit einer doppelten Leistung von 900 MW. Wegen der Lage des Primäreinlasses 1 in Anschluß am Bündel ist dieser Wärmeaustauscher nicht viel größer als der 45O-MW-Wärmeaustauscher nach Pig. 3. Er ist im gleichen Maßstab wie der in Pig. 3 gezeichnet. Die Pfeile zeigen die Richtung des Natriumstroms an. Darüber hinaus entspricht der Wärmeaustauscher dem in Pig. 3 gezeigten, und die Bezugszahlen sind in beiden Piguren gleich und bezeichnen gleiche Teile.

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Tabelle 1

Leistung Rohrgröße Teilung Rohrmaterial

450 I«

24 x 1,5 nun 30 mm

Nichtrostender Stahl

Durchs chnitti· Sek.-Strömungsge schwindigkeit	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
Anzahl der Rohre	3243	2594	2162	1853	1621
<*. u W/m2 K	46835	50283	53455	56457	59340
ά i ( cor. ) W/m	2 K25963	27878	30194	32436	34619
d w W/m2 K	12981	12981	12981	12981	12981
k W/m2 K	7264	7530	7760	7963	8145
Erforderl. Heiz fläche (m )	1906	1839	1784	1739	1700
Eff. Rohrlänge (m)	8,57	10,34	12,04	13,69	15*30
Δρ in den Rohren	(bar)0,146	0,332	0s429	0,649	0,927
Rohrdurchmesser (m	2) 2,53	2,02	1,69	1,44	1»26

. 33·

Tabelle 2

Leistung Rohrgröße Teilung Rohrmaterial

450 MW

12 χ 1,5 mm

Mlentrostender Stahl

Type

Durchs chiii t ti. Sek-Strömungsge- s chwindi gke it	2,75	3,0	3,25	4,0
Anzahl der Rohre	12841	11771	10865	8828
*u	82489	82489	82489	85050
<λί (oor.)	42407	43573	44720	48061
	12050	12050	12050	12050
Erforderl» Heiz fläche (m )	1643	1635	1627	1600
Eff. Rohrlänge (ra)	3,73	4,05	4,37	5,29
A P in den Rohren (Bar)	0,320	0,402	0,501	0,885
Rohrdurchmesser (m )	2,50	2,29	2,12	1,72

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Leistung (MW) Rohrgröße (mm) Teilung (mm)

Durchscnnittl_e Primär-Strömungs-

450

12x1

15

4,2

geschwindigkeit (m/s)

DurdBchnittl.
Sekundär-Strömungsgeschwindigk (m/s)

Zahl der Rohre

(¥/m² K)

(¥/m² E)
Rohrdurchmesser On²)

7151 90882

J49980 I 1,39

Tabelle 3

450

12x1

15

4,7

450

12x1

15

5,3

6356 94262

52327 1 «24

450

12xO₉6

15

4,9

28127'

450

12x0p6

15

450 12x0,6 15

5721
97442

6131 95331

54620 ! 51487

1,11

1,19

4₈5

5449 98975

53986

1₉06

4904 102448

56427 0,96

Rohrmaterial

<^_w (W/m²K)
k (W/m²K)

Erforderl. ₀ Heizflache (πτ) Eff. Rohrlänge (jn)

Δ ρ in den Rohrer (Bar)

Molybdän

125 W/mK) 114267

14267 25149

550,6

2,25 0,38

25994

532,7

2,45

0,51

114267
26794

516,8
2,64
0,67

197734 28596

545,2 2,30 0,36

Molybdän

197734 29688

446,4 2,50 0,49

197734 30731

450,6 2,68 0,63

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Tabelle 5 (Fortsetzung)

Rohmaterial

<^w (W/m²K)
k (¥/m² K)

Tantal

55020 20051

Heizfläche, erfor-j, derlich (m²)

Eff. Rohrlänge (m)

ßp in den Rohren (Bar)

690,5

2,82 0,46

L	58 W/mK)	53020	Tantal	91748
53020	21083		25300
20585	656,7	91748	547,3
672,6	3,35	24503	2,93
3,09	0,81	565,1	0,55
0,62	2,69
	0,41

91748 26054

531,4

Rohrmaterial	Mob	= 55	W/mK)	Niob	87003	87003	87003
	(A-	50277	50277		24151	24925	25656
cLw (w/m2K)	50277	20158		573,3	555,5	539,7
k (W/m2K)	19646	686,9		2,73	2,98	3,21
Erforderlicheο Heizfläche (πΤ)	704,8	3,15		0,42	0,56	0,73
Eff. Rohrlänge (m)	2,88	0,63
Λ ρ in den Rohren (Bar)	0,47		20635
		671,0
	3,42
	0,82

909822/0493

Tabelle 4

!leistung (MW) 450

Rohregröße (mm) 12x0,6

Teilung (mm) 15,5

Durchschnittliche Primär-Strömungsgeschwindigkeit (m/s) 4*2

Durchschnittliche Sekun-

där-Strömungsgeschwindig-

keit (m/s) 4

Zahl der Rohre 6131

<£_u (W/m²K) 87851

<&. (cor₀) (W/m²K) 51487

Rohrdurchmesser (m ) 1,28

450 450 450 450 450 12x0,6 12x0,6 11,2x0,6 12,5x0,75 12,5x0,75 15,5 15,5 14 15,5 15,5

4,8

4,5

5449

91225

53986

5,3

4904

94431

56427

1,02

6,1

5721

106743

58521

O_P97

5,6

5187 97321

52494 1_s08

6,7

4332

103392

56786

0,90

Type	D	Molybdän	E	i1	56454	B
Rohrmaterial		197734		Molybdän	27998	Molybdän
<* w (¥/m2K)	197734	28950	197734	196962 1	494,5	156454
k (¥/m2K)	27884	478,3	29968	31713	2,67	29697
Erforderliche Heizfläche (m )	496,6	2,36	462,0	436,6	0,62	466,2
Effο Rohrlänge (m)	2,36	0,50	2P75	2,39	3,02
Ap in den Rohren (Bar)	0,37	Os64	0,62	0,93

Tabelle 4 (Fortsetzung)

-ff-CO
CO

Rohrmat erial

<K (W/m²K) 91748

W ο

k (v/ml) 23978

Erforderl. Heizfläche

(m^z) 577,4

Eff. Rohrlänge (m) 2,75 &k ρ in den Rohren (Bar) 0,42

Rohrmaterial

^,_r

k (W/nrK)

Erforderl. Heizfläche (m^z)

Eff. Rohrlänge (m)

87003 23641

585,7 2,79

Δ ρ in den Rohren (Bar) 0,43

Tantal	91748
91748	25503
24762	542,9
559,2	3,23
3,00	0,73
0,56
Nioh	87003
87003	25122
24403	551,2
567,4	3,28
3,04	0,74
0,57

91390 26739

517,8 2,83 0,71

Niob 86663 26319

526,1 2,87 0,71

Tabelle 5

Leistung Rohrgröße Teilung Rohrmaterial 900 MW

12,5 x Q75 15,5

Molybdän

Durchschnittliche

Sefcundär-Strömungs-

gesehwindigkeit

Zahl der Rohre ol_u (¥/m²K) A₁ (cor.) (¥/m²K) oC_w (¥/m²K) k (W/m²K) Erforderliche Heizfläche Eff. Rohrlänge Δρ in den Rohren (Bar)

6,0	6,2	6,4	6S6
7880	7625	7387	7163
106758	108006	109237	110459
59214	60122	61019	61913
156454	156454	156454	156454
30631	30976	31314	31649
904	894	884,3	875,0
3,21	3,28	3,35	3,42
1,02	1,10	1,19	1,28

909822/0493

Claims (1)

1. Patentansprüche

   ( 1.Nwärmeaustauscher für flüssige Metalle wie Natrrum^ bei dem das sekundäre flüssige Natrium durch parallele Rohre eines oder mehrerer Rohrbündel fließt, bei dem die Rohre zwischen Rohrplatten oder Halteteilen sitzen und "bei dem das primäre flüssige Metall längs der Rohre an deren Außenseite fließt, oder umgekehrt ₉ dadurch gekennzeichnet,, daß mindestens die Rohre der Rohrbündel aus Molybdän _s Tantal oder Mob oder Legierungen davon bestehen und die Rohre einen Außendurchmesser τοη 6 bis 16 mm haben»

   2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch ge= kennzeichnet _; daß der Durchmesser der Rohre zwischen etwa 8 und 12 mm liegt.

   = 2 —

   ORIGINAL INSPECTED

   3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daiB der Abstand zwischen der Außenwand der Rohre zwischen etwa 2 und 5,5 mm liegt.

   4. wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 Ms 3, bei dem der iJinlaß für das Primärsystem sich in der Seitenwand des Wärmeaustauschers befindet und der Einlaß und der Auslaß für das Sekundärs3'"stei]i sich im oberen Teil des Wärmeaustauschers befinden, dadurch gekenn zeichnet, daß der Einlaß des Primärsystems über dem oberen Ende des Rohrbündels sitzt und daß der Auslaß des Primärsystems am Boden des Wärmeaustauschers sitzt, derart, daß der Strom des flüssigen Metalls eine ständig nach tmten gerichtete Komponente hat.

   5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündellänge (höchstens) die Hälfte der Länge eines Wärmeaustauschers aus nichtrostendem Stahl mit der gleichen Leistung beträgt,

   6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsgeschwindigkeit in und um die Rohre herum mindestens 4 m/sec und vorzugsweise 6 bis 8 m/sec. beträgt.

   7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlust

   $09322/0493

   ₃. 2812768

   in den Rohren zwischen O₉ 2 und 1₉2 Bar "beträgt«

   8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 "bis 7₉ dadurch gekennzeichnet _? daß der Druckverlust in der Primärpartie und in der Sekundärpartie des Bündels min= destens 60% und vorzugsweise mindestens 80% des Druckverlustes am gesamten Wärmeaustauscher beträgt.

   9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis S₉ dadurch gekennzeichnet ρ daß die Heizfläche sich etwa proportional zum Durchmesser der Rohre vergrößert und verkleinert ·

   10₀ Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis S₀ d a ~ durch gekennzeichnet _g daß der Inhalt des Bündels sich etwa quadratisch zum Durchmesser der Rohre vergrößert und verkleinert„

   11, Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 1O₉ da= durch gekennzeichnet;, daß das Produkt aus Rohrlänge und -zahl für eine bestimmte Leistung fast konstant ist .αϊ