DE3133385C2

DE3133385C2 - Wärmeabschirmplattenanordnung für einen Wärmetauscher

Info

Publication number: DE3133385C2
Application number: DE19813133385
Authority: DE
Inventors: Tomio Ooe; Tsukasa Hitachi Yamazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1981-08-24
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3133385A1; GB2082750A; JPS642879B2; GB2082750B; JPS5741594A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeabschirmplattenkonstruktion für einen Wärmetauscher, der zum Kühlen eines Hochtemperaturfluids in einem gekühlten schnellen Brüter verwendet wird. Die Wärmeabschirmplattenkonstruktion bildet einen Wärmeschutz für die zwischen den Heizrohren (9) und den Rohrwänden (4, 8) gebildeten Schweißnähte und umfaßt Wärmeabschirmplatten (11), von denen jede wenigstens radial in eine Vielzahl von Teilen unterteilt ist. Die Endteile benachbarter Teile sind jeweils mit abgestuften Teilen (21) versehen, die übereinander gelegt dieselbe Dicke wie die Wärmeabschirmplatten (11) haben. Dieses Konstruktionsmerkmal vermeidet die Nachteile des Standes der Technik, bei dem die durch die Abschirmung der Teile gegenüber der Wärme erzielten Wirkungen durch das Hochtemperaturfluid verringert werden, das durch die Spalte zwischen den Wärmeabschirmplatten sickert und bei dem übermäßig hohe Belastungen in den Schweißnähten zwischen den Heizrohren und den Rohrwänden erzeugt werden.

Description

dadurch gekennzeichnet.

— daß jede Wärmeabschirmplatte (11) radial und in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Stükken unterteilt ist, und die EndteiJe benachbarter Stücke jeweils mit abgestuften Teilen (21) ineinandergreifen und

— daß die einzelnen Stücke der Wärmeabschirmplatten (11) durch Schrauben (19) miteinander verschraubt sind und korrespondierende öffnungen (H', 11") für den Durchgang der Wärmeübergangsrohre (9) aufweisen.

2. Wärmeabschirmplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe der Mitte befindlichen Wärmeabschirmplatten (11) als Einze'-ing ausgebildet sind.

3. Wärmeabschirmplattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die abgestuften Teile (21) der benachbarten Stücke der Wärmeabschirmplatten (11) aufeinandergelegt dieselbe Dicke haben wie die Abschirmplatten (ti).

4. Wärmeabschirmplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke der Wärmeabschirmplatten (11) aneinanderstoßende Enden haben, die radial nicht zusammenfallen.

Die Erfindung betrifft eine Wärmeibschirmplattenanordnung für einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Wärmeübergangsrohren und die Wärmeübergangsrohre tragenden Rohrwänden, wobei die Wärmeabschirmpiatten in Höhe der Rohrwände angeordnet sind und der Wärmeaustausch mit einem Wärmetauschmittel durch die Wärme'jbergangsrohre erfolgt.

Eine derartige Anordnung zeigt die JP-PS 907 122. An den Rohrwänden des Wärmetauschers sind dabei Wärmeübergangsrohre für den Durchtritt eines Wärmeaufnahmefluids befestigt. Zwischen einer Konrwana und den Wärmeübergangsrohren ist eine Zone für das Einströmen eines Heizfluids mit sehr hoher Temperatur gebildet. Dieser Wärmetauscher hat eine Vielzahl von derart aufgeteilten und angeordneten Wärmeabscbirmplatten, wobei die Wärmeübergangsrohre zwischen den benachbarten Stücken der Wärmeabschirmplatten angeordnet sind. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß das Heizfluid zwischen die Wärmeabschirmplatten sickern kann.

Die DE-OS 22 23 085 betrifft einen Wärmetauscher mit in einem Mantel befestigten Rohrplatten. Die dabei verwendete Wärmeabschirmplatte ist am oberen Ende der Wärmeübergangsrohre mit diesen verschweißt und schließt mit der Rohrplatte einen Raum ein, der zur Durchleitung eines Kühlmediums dient
Die DE-OS 22 59 584 betrifft eine Vorrichtung zum

Durchführen eines Rohrbündels durch eine Behälterwand. Dabei liegen die Schweißverbindungen zwischen den Rohren in einem Raum, sind also hoch hitzebeansprucht Sieiiegen ganz offenbar nicht in dem Raum, der durch ein Meinbranblech abgedeckt ist Die im Durchführungsbereich verdickter. Rohre weisen eine Rippe auf. an die eine Hülse anschließt Diese Hülse ist dann ihrerseits mit dem Rohrboden verschweißt Des weiteren ist das Membranblech an seinem Umfang mit dem Rohrboden und mit jedem einzelnen Wärmerohr verschweißt Offensichtlich handelt es sich um eine sehr komplexe konstruktive Gestaltung und um schwierige Schweißarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeabschirmplattenanordnung der im Oberbegriff des

to Hauptanspruchs angeführten Art dahingehend zu verbessern, daß ein Sickern des heißen Fluids zwischen die Wärmeabschirmplatten durch Beseitigung der Spalte zwischen den aneinander angrenzenden Wärmeabschirmplatten verhindert wird, daß weiter die wirksame Länge der Wärmeaustauschrohre nicht wesentlich vermindert wird und daß insbesondere hohe thermische Belastungen von Schweißnähten der Wärmetauschrohre sowie das Auftreten hoher Wärmespannungen vermieden werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiei der Erfi-v dung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeig!

F i g. 1 einen Gesamtschnitt eines Wärmetauschers, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann;

Fig.2 und 3 Detailschnitte einer Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach dem Stand de^r Technik, wobei Fig.2 einen Schnitt H-II in Fig. 3 jnd Fig. 3 ein Schnitt I-I in F i g. 2 sind;

F i g. 4 und 5 Detailschnitte der Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig.4 ein Schnitt IV-IV in Fig. 5 und F i g. 5 ein Schnitt V-V in F i g. 4 sind;

F i g. 6 eine auseinandergezogene Ansicht zur Erläuterung der Wärmeabschirmplatte im Hinblick auf eine in F i g. 5 gezeigte Einzelheit A.
F i g. 1 zeigt die Konstruktion eines Wärmetauschers, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann. Der Wärmetauscher enthält einen äußeren Mantel 1 mit einf Primärnatriumeinlaßdüse 2 und einer Primärnatriumauslaßdüse 6. Eine sekundärseitige obere Endplatte 3 ist einstückig mit einer oberen Rohrwand 4 ausgebildet und begrenzt darin einen sekundärseitigen oberen Sammeiraum χ der an seinem UDerteii mit einer seKunaarnatriumauslaßdüse 7 versehen ist Wärmeübergangsrohre 9 sind am oberen Ende mit einer oberen Rohrwand 4 und am unteren Ende mit einer unteren Rohrwand 8 verbunden. Jn Nähe jeder Rohrwand sind Wärmeabschirmplatten 11 befestigt.

Eine äußere Abschirmung 10 mit einem Einlaßfenster 12 in einem Oberteil und einem Auslaßfenster 13 in einem Unterteil umgibt die Außenseite der Wärme-Übergangsrohre 9. Ein Sekundärnatriumeinlaßrohr 15 erstreckt sich durch die sekundärseitige obere Endplatte 3, die obere Rohrwand 4 und die untere Rohrwand 8 und hat einen unteren Endteil, der in einen sekundärsei-

tigen unteren Sammelraum 14 mündet

Primärseitiges Natrium mit hoher Temperatur wird durch die Primäreinlaßdüse 2 in den äußeren Mantel 1 eingeführt und durch das Einlaßfenster 12 in der äußeren Abschirmung 10 in diese entleert, wo es sich nach unten bewegt bei gleichzeitigem Austausch von Wärme mit dem in den Wärmeübergangsrohren 9 sich nach oben bewegenden sekundärseitigen Natrium, bevor es durch das Auslaßfenster {3 im Unterteil der äußeren Abschirmung 10 hindurchtritt und durch die Primärnatriumauslaßdüse 6 aus dem Wärmetauscher ström».

lnzw ischen wird sekundärseitiges Natrium mit niedriger Temperatur durch das Sekundärnatriurneinlaßrohr 15 in den Wärmetauscher eingeführt and strömt zum sekundärseitigen unteren Sammelraum 54, ···» -·«; seine Strömungsrichtung umkehrt und 'r. '"ie ""rmeübergangsrohre 9 in der unteren RohrwanJ 8 spornt, bevor es ansteigt, währenddessen es Wärm^ mit dem Primärnatrium sustauseht wonach es ... .., sekundärseitigen oberen Sammeiraum 5 str^vu, ai-s dem es durch die Sekundärnatriumauslaßdüse, " ch außen entleert wird.

Beim Wärmetauscher dieser Konstruktion sind Wärmeabschirmplatten 11 angebracht, um der Verwendung von flüssigem metallischen Natrium mit hohem »Värmeübergang als Kühlmittel gewachsen zu sein und um Wärmebelastungen herabzusetzen, die in den Rohren und Rohrwänden in Nähe der Schweißnähte und der Ober- und Unterseiten der Rohrwände erzeugt werden können auf Grund von plötzlichen Temperaturänderungen im primärseitigen Natrium und im sekundärseitigen Natrium.

Vor der Detailbeschreibung der Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach der Erfindung sol! diejenige nach dein Stand der Technik gemäß F i g. 2 und 3 erläutert werden, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Die Wärmeabschirmplatten 11 sind mit Öffnungen zur Aufnahme einer Vielzahl von Wärmeübergangsrohren 9 versehen. Spalte zwischen den Öffnungen und den Wärmeübergangsrohren 9 sind beinahe beseitigt, wenn sich der Wärmetauscher in Betrieb befindet. Die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 tragen die Wärmeabschirmplatten 11 mittels Tragbolzen 18 zur Bildung einer stillstehenden Natriumschicht zwischen den oberen und unteren Rohrwändpn 4 bzw. 8 und den Wärmeabschimplatten 11. Hierdurch wird ein Wärmestoß vermieden, der sonst auf die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 und Schweißnähte zwischen den Rohren und Rohrwänden und auch den oberen und unteren Seiten der Rohrwände durch plötzliche Temperaturänderungen ausgeübt werden könnte. Die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 sind mit Rohrträgern X7 zum Daranschweißen der Wärrneübergangsrohre 9 versehen. Die Wärmeabschirmplatten 11 sind in Umfangsricntung in regelmäßigen Abständen in konzentrische und kreisförmige Wärmeabschirmplattenstücke unterteilt, die gemäß F i g. 3 angeordnet sind. Die radial aneinandergrenzenaen warmeaDschirmpiatienstücke sind jeweils mit halbkreisförmigen Ausschnitten 20 versehen, die unter Bildung von vollen Kreisen zusammenwirken und als Öffnungen fur den Durchtritt der Wärmeübergangsrohre 9 dienen. Eingebaute Ab slandsstiicke 16 dienen zum Tragen der Wärmeabschirmplatten 11 der oberen und unteren Schichten mit einem ständigen Abstand dazwischen. Die Wärmeabschirmplatten 11 we^rden durch die oberen und unteren Rohrwände 4 bzw. 8 durch die Tragbolzen 18 getragen. Die Wärmeabschirmplattenkonstruktion nach dem Stand der Technik hat den Nachteil, daß die Möglichkeit für ein Durchsickern des Fluids mit hoher Temperatur durch den Spalt in den aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplatten besieht, so daß eine Abschirmung der Rohre und Rohrwände gegenüber Wärme nicht erzielt werden kann und übermäßige Spannungen in den oberen und unteren Rohrwänden und den Schweißnähten naheliegenden Teilen der Rohre und Rohrwände erzeugt werden können.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun in

ίο Verbindung mit F i g. 4 bis 6 beschrieben. Mit F i g. 2 und

3 ähnliche Teile sind weggelassen. Die Wärmeabschirmplatten 11 sind jeweils in Umtangsrichtung und radial in eine Vielzahl von Wärmeabschirmplattenstücken gemäß F i g. 5 unterteilt die mit einer Vielzahl von öffnungen zum Einsetzen der Wärmeübergangsrohre 9 versehen sind. Die Tragbolzen 18 sind jeweils in gestufte Teile 21 an den aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplattenstücken eingesetzt Gemäß F i g. 6 sind die abgestuften Teile 21 so ausgebildet daß beim Überemanderlegen der abgestuften Teiie 2i der aneu.iiidergrenzenden Wärmeabschirmpiattenstücke die sich überdeckenden Teile 21 dieselbe Dicke wie die Abschirmplattenstücke haben. Es ist w.. ientlich, daß die sich überdeckenden Teile 21 dieselbe Dicke wie die Abschirmplattenstücke haben, da beim Vorliegen eines Dickenunterschieds ein mühsames individuelles Bearbeiten der Wärmeabschirmplatten 11 erforderlich wäre und der längs der Abschirmplatten verlaufende Fluidstrom nachteilig beeinflußt werden würde. Ferner ist wichtig, daß hohe Wärmespannungen in Abhängigkeit von der Dicke der sich überdeckenden Endteile erzeugt werden. Die Abstandsstücke 16 halten einen gegebenen Abstand zwischen den Wärmeabschirmplatten 11 und zwischen diesen und den oberen und unteren Rohrwänden 4 bzw. 8 ein. Gegenüber jeder Rohrwand 4 und 8 sind mehrere Wärmeabschirmplatten 11 vorgesehen, die in der Nähe der Mitte aus Ringen mit kleinem Außendurchmesser bestehen. Da die Wärmeabschirmpia τ ten 11 durch die Schweißverbindung der Wärmeübe:

gangsrohre 9 mit den oberen und unteren Rohrwänden

4 bzw. 8 zusammengebaut werden, und zwar ausgehend ν η der Seite des Sekundärnatriumeinlaßrohres 15 bis zur äußeren Abschirmung 10 in F i g. 1 bei gleichzeitiger Ausführung von Prüfungen an den gebildeten Schweißnähten, haben die Wärmeabschirmplatten 1 i in der Nähe der Mitte einen kleinen Durchmesser und können leicht gehandhabt werden, was ihre Unterteilung h Umfangsrichtung unnötig macht.

Die abgestuften Teile 21 der Wärmeabschirmplattenstücke sind durch Schrauben 19 miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, daß die Wärmeabschirmplatten 11 jeweils als einziger Riüg ausgebildet und die Anzahl der Tragbolzen 18 verringert werden können.

I"! Hinblick auf die radiale Breite jeder Wärmeab schirmolatte 1 ί sind die abgestuften Teile 21 übereinandergelegt. wodurch die Gefahr beseitigt wird, daß die

WärrnCSDbCIlirUIJJiai'CllMUlKC einteilt LrcaCuäuigi VvCT

den können.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß gemaß der Erfindung die aneinandergrenzenden Wärmeabschirmplattensüjcke an ihren Enden mit abgestuften Teilen versehen sind, die übereinandergelegt werden, um den Spalt zu beseitigen, der sonst in radialer Richtung zwischen den aneinandergrenzemiei Wärmeabschirmplattenstücken bestehen würde. Hierdurch ergibt sich eine zufriedenstellende Wärmeabschirmung. Die durch Unterteilen jeder Wä.meabschirmplatte erhaltenen Wärmeabschirmplattenstücke sind jeweils mit öff-

nungen zum Einsetzen der Wärmeübergangsrohre versehen. Hierdurch wird der Vorgang vereinfacht, da die Bildung einer öffnung leichter als die Bildung eines Halbkreises und die Vereinigung der beiden Halbkreise erfolgen kann. s

Bei der Erfindung kann das Volumen des Hochtemperaturfluids, das zwischen die Wärmeabschirmplatten und die Rohrwände sickert, stark verringert werden. Hierdurch wird das Auftreten übermäßig hoher Wärmespannungen in der betroffenen Konstruktion auf ein Minimum gebracht

Wenn die Wärmeabschirmplatten einen kleinen Durchmesser haben, ist der Zusammebau eines Wärmetauschers selbst dann nicht mühsam, wenn die Wärmeabschirmplatten nicht in Umfangsrichtung, sondern Ie- diglich radial unterteilt sind. In diesem Fall brauchen die Wärmeabschirmpfatten nur radial unterteilt zu werden, ohne daß die der Ausführungsform von Fig.4 bis 6 eigenen oben angegebenen Wirkungen verringert werden.

Bei der Ausführungsform von F i g. 5 und 6 fallen die in Umfangsrichtung aneinanderstoßenden Teile der WärmeabschirmpIattenstGcke nicht radial miteinander zusammen. Die Anordnung bewirkt eine Entlastung der gegenseitigen Störung def Teile, die sonst auf Grund von Wärmeverformungen z.B. dann auftreten kann, wenn die vier Endflächen der Wärmeabschirmplattenstücke aneinander anstoßen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeabschirmplattenanordnung für einen Wärmetauscher mit

— einer Vielzahl von Wärmeübergangsrohren und

— die Wärmeübergangsrohre tragenden Rohrwänden, wobei

— die Wärmeabschirmplatten in Nähe der Rohrwände angeordnet sind und

— der Wärmeaustausch mit einem Wärmetauschmittel durch die Wärmeübergangsrohre erfolgt,