CN101427092B - 第一流体和第二流体之间热交换组件 - Google Patents
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Abstract
第一流体和第二流体之间热交换用的组件(1)，包括：多个在第一和第二流体之间热交换用的模块(12)，其分布在中轴线(X)周围并具有相应的面对着的侧表面(47)；供给模块(12)以第一和第二流体的供应汇集器(14，16)和排放这些流体的排放汇集器(18，20)。汇集器(14、16)中的至少某些或者所述汇集器(18)的某些部分延伸在模块(12)之间，环绕同一模块(12)的所述汇集器(14、16)或所述汇集器(18)的所述部分相对位于所述模块(12)的两侧表面(47)之间的中间平面以基本对称的方式设置，从而所述汇集器(14、16)或者所述汇集器(18)的所述部分在所述模块(12)的侧表面(47)中产生基本相同的热应力。
Description
技术领域
本发明总体涉及热交换器，其尤其是用于高温核反应堆(HTR)或者特高温核反应堆(VHTR)。
背景技术
从文献JP-2004-144422了解到前述类型的热交换组件，在所述组件中，次级供应汇集器和次级排放汇集器分别设置于容器的周围和中央，并且初级供应汇集器和初级排放汇集器设置于所述模块之间。
在此类型的组件中，所述汇集器的壁和所述模块之间的连接承受极大的应力，这可能导致所述某些连接过早断裂。
发明内容
在这种背景下，本发明致力于提出一种热交换组件，在所述组件中热机械应力更小。
更确切地，本发明涉及第一流体和第二流体之间热交换用的组件，该类型的热交换组件包括：
-具有中轴线的容器；
-多个在第一流体和所述第二流体之间热交换用的模块，这些模块在所述容器的内部分布在所述中轴线周围，且这些模块具有相应的面对着的侧表面；
-至少一初级供应汇集器，其供给所述模块以第一流体；
-至少一次级供应汇集器，其供给所述模块以第二流体；
-收集和排放从所述模块出来的第一流体的至少一收集和排放汇集器；
-收集和排放从所述模块出来的第二流体的至少一收集和排放汇集器。
为此，本发明涉及前述类型的热交换组件，其特征在于：所述汇 集器中的至少某些或者所述汇集器的某些部分延伸在连续布置于所述中轴线周围的模块之间，环绕同一模块的所述汇集器或所述汇集器的所述部分相对于位于所述模块的两侧表面之间的中间平面以基本对称的方式设置，从而所述汇集器或者所述汇集器的所述部分在所述模块的侧表面中产生基本相同的热应力。
所述组件还可以具有如下的一项或多项特征，所述特征可能独立考虑或者是所有可能的技术组合：
-所述组件包括唯一的次级排放汇集器，该次级排放汇集器沿所述外封壳的中轴线延伸，所述初级供应汇集器相对于所述次级供应汇集器和所述初级排放汇集器朝向所述外封壳的内部，被设置于所述次级排放汇集器的周围；
-连接同一模块的所述初级供应汇集器和所述次级排放汇集器，与所述模块的朝向所述外封壳内部的端部分相连通，并且连接该模块的所述次级供应汇集器和所述初级排放汇集器，与所述模块的朝向所述外封壳外部的端部分相连通；
-所述模块每一个均包括板件的堆叠体，所述第一流体和所述第二流体交替地在所述板件之间循环；
-每个模块包括多个彼此分开的子模块，每个模块通过至少一次级供应汇集器连接，所述至少一次级供应汇集器包括管区段和多层折叠部分，所述管区段与所述子模块相连结，而所述多层折叠部分使所述管区段彼此连接；
-每个子模块通过支管与所述次级供应汇集器相连通，所述次级供应汇集器的管区段和所述支管的水力直径小于500mm；
-所述外封壳的中轴线是竖直的，所述组件包括支撑所述模块的支撑环体，所述支撑环体悬置于所述外封壳，所述支撑环体和所述模块能自由地相对于所述外封壳朝下热膨胀；
-所述模块每一个均包括由所述第一流体和所述第二流体之间热交换用的单元构成的连续堆叠体，这些单元能相对发生形变；
-所述组件在每对连续设置所述中轴线周围的模块之间包括次 级分配汇集器，所述次级分配汇集器至少部分地由板块限定，所述板块刚性固定在所述模块的侧表面上；
-所述次级排放汇集器至少部分地由所述热交换模块的内端部分限定；
-所述第一流体和所述第二流体为气体，所述第一气体用于以高于700℃的温度进入所述外封壳，并且所述第二气体用于以高于700℃的温度流出所述外封壳；
-所述第一流体主要含氦，而所述第二流体主要含氦和/或氮；和
-所述第一流体和所述第二流体为高温核反应堆或特高温核反应堆的一次侧流体和二次侧流体。
附图说明
借助以说明而非限定性的方式给出的后续详细阐述并参考附图，本发明的其他特征和优点将得以更好地体现，附图包括：
图1是本发明的第一实施方式给出的热交换组件的轴向剖面视图；
图2是沿图1的箭头II的入射方向考虑的在垂直于图1组件的中轴线的平面内的剖面视图；
图3A是图1的两热交换模块和通达这些模块的两次级供应汇集器的立视图；
图3B是和图3A相似的视图，其示出了次级供应汇集器的一实施变型；
图4是本发明的第二实施方式给出的热交换组件的轴向剖面视图；
图5是按图4箭头V的入射方向考虑的在垂直于图4组件的中轴线的平面中的剖面视图；
图6是板件的透视图，板件为形成图1所示组件的热交换模块的板件的类型；
图7是图1组件的热交换子模块的透视图，所述子模块由图6所示的板件构成；
图8是图7的子模块的透视图，所述子模块安装于其支撑环上，且在所述子模块上附接有：在次级排放汇集器上进行连接的支管、和次级供应汇集器的管区段；和
图9是图4所示组件的热交换模块的剖面视图。
具体实施方式
图1和图2所示的组件1用于高温核反应堆和特高温核反应堆(HTR/VHTR)，以实现第一流体和第二流体之间的热交换。
所述第一流体是核反应堆的一次侧流体，且在所述核反应堆中以闭环流通。一次侧流体流经所述核反应堆的堆芯(未示出)，然后穿过所述组件1，最后回到所述堆芯的入口。一次侧流体在所述核反应堆的堆芯内被加热，并且例如在约为850℃的温度下从所述堆芯流出。一次侧流体在所述组件1中将其热量的一部分传递给二次侧流体，且例如以约为400℃的温度从所述组件1出来。一次侧流体典型地是技术上纯净的气态氦。
所述第二流体是所述核反应堆的二次侧流体，且在所述核反应堆中以闭环方式循环。二次侧流体穿过所述组件1，然后流到驱动发电机的燃气涡轮中，最后回到所述组件1的入口。二次侧流体例如以约为350℃的温度流入所述组件1，并且例如以约为800℃的温度从所述组件1流出。所述二次侧流体是主要包括氦和氮的气体。
所述组件1包括：
-外封壳2，所述外封壳具有基本竖直的中轴线X，所述外封壳配设有一次侧流体的一入口4和一出口6、以及二次侧流体的四个入口8和四个出口10；
-八个热交换模块12，这些模块设置于所述外封壳2中，在所述模块中实现所述一次侧流体和所述二次侧流体之间的热交换；
-供给所述模块12一次侧流体的环状初级供应汇集器14；
-供给所述模块12二次侧流体的环状次级供应汇集器16；
-排放和收集从所述模块12流出的一次侧流体的初级排放和收集汇集器18；
-排放和收集从所述模块12流出的二次侧流体的次级排放和收 集中央汇集器20；
-输入室22和输出室24，所述输入室22将所述二次侧流体分配到所述汇集器16中，所述输出室24将从所述次级排放汇集器20流出的二次侧流体分配到所述出口10；
-下内部设备26，其一方面在所述汇集器14和18之间、另一方面在一次侧流体的入口4和出口6之间引导一次侧流体；和
-固定于所述外封壳2上的使一次侧流体循环的风机28。
所述外封壳2包括容器30，在所述容器内部设置有交换器12和汇集器14、16、18、20，所述容器朝上具有一开口32、和用于密封关闭所述容器30的开口32的可拆卸式盖34。
二次侧流体的入口8设置于所述容器30的上部，且规律地分布在所述容器的同一周边上。
二次侧流体的出口10设置于所述容器30的上部，在所述入口8下方略低处，并且这些出口规则地分布在所述容器的同一周边上。
所述容器30在下部包括单一支管(piquage)，所述一次侧流体的入口4和出口6通过所述支管实现。所述入口4和所述出口6同轴，如图2所示，所述出口6包围所述入口4。
所述容器30朝下被鼓起的底部封闭，所述底部具有圆形的中央开口，所述开口定中在所述轴线X上，所述风机28固定在所述开口内。
如图2所示，八个模块12围绕所述轴线X呈圆形设置，且在所述轴线X周围规则分布。
在本发明的第一实施方式——其对应于图1到图3A/3B——中，所述交换器12是刚性结构的板型的热交换器。每个刚性模块12包括三个彼此相同的子模块36。
热交换模块比如是PMHE(板件机加工热交换器“Plate MachinedHeat Exchanger”)类型，在这种情况下，所述子模块36如图6和图7所示的那样构成。
如图6所示，每个子模块36基于全都相同的板件38形成，这些板件相互叠置且朝相反方向交替地布置。
每块板件38在上表面39上载有多条相互平行的蚀刻成的凹槽40，所述凹槽沿纵向的方向延伸。这些凹槽40在第一端部通向所述板件的横向边缘42。这些凹槽40在与所述边缘42相对的端部通到宽度较大的横向凹槽44，所述横向凹槽44延伸穿过整个板件。所述横向凹槽44沿与所述边缘42相对的横向边缘46被封闭，并在其相对的两横向端部开放。
相同子模块的板件38叠置，所述上表面39朝上，从而所述横向凹槽44在所述子模块36的两相反的纵向端部交替布置。这些板件相互粘接或者焊接在一起。
第一流体和第二流体交替地在所述堆叠体的两板件之一中，于板件38的凹槽40和44中循流。因此，如图7所示，第一流体(实心箭头)通过流道44的两敞开端部进入所述子模块36，所述流道44位于所述子模块36的第一纵向端部。第一流体通过该子模块的两相反的侧表面47流入所述子模块36中。接着，第一流体流经流道40，通过横向表面48从所述子模块36流出，所述横向表面48位于与所述子模块36的与第一端部相反的一纵向端部。
二次侧流体(图7的空心箭头)通过位于所述子模块36的第二纵向端部的流道44的敞开端部流入所述子模块36中，并从位于第一纵向端部的横向表面50流出。所述一次侧流体和所述二次侧流体在所述子模块36内部以逆流的方式循环。
作为变型，所述热交换模块12可以是PFHE(板翅式热交换“PlateFin Heat Exchange”)类型的。在这种情况下，纵向流道40并非蚀刻在所述板件38的上表面39中，而是通过在所述上表面上焊接相互平行的、且其之间形成流道40的翅片而构成。
如图1所示，同一热交换模块12的三个子模块36轴向叠置并且相互隔开。为了方便所述热交换模块12的维护，这些模块集中在一支撑架52中，所述支撑架可以通过开口32从所述容器30取出。
所述支撑架52包括上柱形环体54、下柱形环体56与分隔环体54和56的分隔板58，所述上环体同轴于所述中轴线X并在内部限定二次侧流体的输入室22，所述下环体也与所述中轴线X同轴，而所述分隔板 58基本垂直于所述中轴线X。
支撑架52借助板58悬置在凸肩59上，所述凸肩在所述容器30内部形成。
二次侧流体的输出室24位于室22的内部。
支撑架52还包括用于支撑热交换模块12的支撑环体60、和内环体62，所述内环体62限定二次侧流体的排放汇集器20。
柱形的环体60悬置在所述分隔板58的下面，且共轴于所述中轴线X。子模块36采用任意合适的方式固定在窗口64内，所述窗口在所述环体60内切割而成(也参见图8)。二次侧流体的横向输出表面48和一次侧流体的输入流道44径向地位于所述环体60的内部。一次侧流体的横向输出表面50和二次侧流体的输入流道44径向地位于所述环体60的外部。
下环体56和支撑环体60之间形成的环状空间朝上由分隔板58封闭，并且朝下由环状金属多层折叠系统66封闭，该系统可轴向压缩。
内环体62朝下由鼓起的底部68封闭。内环体朝上穿过板58并通到二次侧流体的输出室24。
所述支撑环体60和所述内环体62之间延伸的环状空间形成初级供应汇集器14。所述环状空间朝上由环状板70封闭，所述板70在所述分隔板58下方隔开一定距离延伸。所述环状空间在下部通过一可拆卸的密封接套72与中间汇集器区段74相连通，所述中间汇集器区段共轴于所述中轴线X，所述中间汇集器区段本身与一次侧流体的入口4径向连通。当所述支撑架52从所述容器30中取出时，所述接套72使所述环体60可以从所述汇集器区段74脱离。
下环体56载有供一次侧流体循环的孔76，所述孔76设置在板58下方一段极小的距离。这些孔76使一方面位于环体56和60之间的环状空间78、与另一方面在所述环体56和所述外封壳2之间形成的环状空间80相连通。这两个环状空间一起形成初级排放汇集器18。环状空间80朝上由板58和外封壳2之间的连接以密封的方式封闭。环状空间80朝下开放。所述下内部构件26布置成形成一次侧流体用的从所述环状空间80 的下部直到循环器28的入口、再从所述循环器28的出口直到一次侧流体的出口6的通路(图1)。
所述组件1包括十六个次级供应汇集器16，这些汇集器设置在所环体56和60之间的环状空间78中，所述环体平行于所述中轴线X延伸。如图2和图3A所示，每个热交换模块12由两个次级供应汇集器16通达，每个汇集器16供给所述模块12的三个相互叠置的子模块36。通达同一模块12的两汇集器16沿所述子模块36的两相反的侧表面47延伸。
如图3所示，每个汇集器16包括三个刚性的管区段82，每个管区段连结并刚性固定在一子模块36的侧表面47上，这些管区段通过多层折叠部分84相互连接，所述多层折叠部分84轴向可压缩。如图8所示，管区段82与同一子模块的相反两横向表面47的区域连结，且和二次侧流体的输入横向流道44的端部相连通。
如图2和图3A所示，设置于两相继的热交换模块12之间的两个次级分配汇集器16在上部具有弯头86，所述弯头通过穿过所述分隔板58的区段88，与所述次级供应室22相连通。所述弯头86每一个均通过轴向可压缩的另一多层折叠部分84连接于最上部的管区段82。汇集器16在其下端部均为封闭的。上部的多层折叠部分84可以适配甚至加衬(doublé)，以便吸收径向热膨胀引起的位移。弯头86可以被取消。在这种情况下，所述上部的多层折叠部分配设有管子89，所述管子保证了穿过所述板58与所述次级供应汇集器22的连接(图3B)。
每个子模块36包括一箱体90，所述箱体完全覆盖所述二次侧流体的输出横向表面50，所述箱体90借助半径减小的管道92连接到所述次级排放汇集器20上。
最终，所述组件1的热部分，即一次侧流体在流入热交换模块12之前流经的部分和二次侧流体从所述热交换模块12流出后流经的部分，通过一绝热材料层94在所述组件1的较冷部分中被隔绝。如图1清楚地示出的，这些部分位于所述组件1的中央，沿着封壳2的中轴线X。因此，所述绝热材料94设置于以下部件的周围：一次侧流体的入口4、中间汇集器区段74、支撑环60、环状板70、输出室24以及次级排放汇集器20的延 伸于环状板70和室24之间的区段。
所述一次侧流体和所述二次侧流体在上述的热交换组件1中的循环将在后续的段落中参考图1加以详述。
一次侧流体(图1所示的虚线箭头)通过入口4流入所述组件1，穿过中间汇集器区段74，并沿着初级分配汇集器14围绕着次级排放汇集器20轴向上升。
如图1和图8所示，一次侧流体接着通过所述横向流道44的开放端部流入所述子模块36，穿过所述子模块36并将其热量传递给所述二次侧流体，经横向表面48流出所述子模块36，轴向上升到环状空间78中，穿过孔76并流到环状空间80中，沿着环状空间80再轴向下降，然后通过下内部构件26被引导直到循环器28，且被压送直到初级出口6。
二次侧流体通过入口8进入所述组件1，且通过室22被分配到十六条次级供应汇集器16中。从所述组件1的外部朝向内部，二次侧流体轴向朝下流经所述汇集器16，从所述横向流道44的开放端部流入所述子模块36中，径向穿过所述子模块36并在所述一次侧流体放出的热量的作用下承受加热，经表面50流出所述子模块36，穿过所述箱体90和所述支管92，通到所述次级排放汇集器20内，然后经次级排放汇集器20朝上沿着所述中轴线一直被引导到所述输出室24，所述输出室将所述二次侧流体分配到不同的次级出口10。
上述的热交换组件有多个优点。
环绕同一模块的汇集器或汇集器部分以相对于所述模块两侧表面的中间平面P基本对称的方式设置，以使在所述模块的侧表面中产生的热应力基本相同。所述模块的两侧表面的热膨胀因此是类似的。热交换模块因此不承受沿周向的挠曲。相反，这些热交换模块相对于其侧表面的中间平面保持基本对称。因此，所述热交换模块的支撑环中的热机械应力减小了。
在图1到图3A/3B所示的实施例中，所述模块的两侧表面平行，且所述中间平面P是平行于所述侧表面的平面，并与所述两侧表面等距且通过所述封壳的中轴线X。
更一般地，所述中间平面P是以在所述模块的两侧表面之间中央的方式延伸的平面。
而且，由所述模块和所述支撑环的轴向热膨胀所产生的应力通过多项结构设置最小化了。
将模块12分隔成多个轴向叠置的、且相互分隔的子模块36的事实，可以使在所述支撑环内由所述模块的轴向膨胀所引发的应力最小化。另外，所述支撑环体60悬挂于所述板58，且可以自由地朝下热膨胀。该自由度尤其被赋予的：分隔支撑环体60和下环体56的环状空间78朝下通过一多层折叠部分66被封闭，所述多层折叠部分66能轴向形变。所述子模块36能轴向移动(débattre)，因为多层折叠部分84在不同的子模块36之间沿着所述次级供应汇集器叠置，并且因为所述子模块36通过截面减小的支管92连接于所述次级排放汇集器。
将所述次级排放汇集器和所述初级供应汇集器集中于所述外封壳中央，对于将所述外封壳2的壁保持在适中的温度是有利的。实际上，所述两汇集器引导温度高于700℃、典型地是高于800℃的气体。都位于所述外封壳2的周边的所述初级排放汇集器和次级供应汇集器引导温度显著更低的、例如介于400℃到500℃之间的气体。
使用大量的呈管状的次级供应汇集器，这里是每个模块两个次级供应汇集器，一方面可以将气体的速度保持在足够低的量级约为34m/s的水平，且另一方面可以对于每个次级供应汇集器使用水力直径较小的管道，比如小于500mm。将气体的循环速度保持在适中的水平，对于热交换模块的热工水力学特征是有利的。当所述初级回路和所述次级回路之间的压差超过5MPa时，使用小直径的呈管状的次级供应汇集器对于这些汇集器的抗压强度是有利的，尤其是在初级回路或者次级回路断裂的故障情况下。
有利的是，出于相同的原因，所述支管92的水力直径也小于500mm。
另外，使用小直径的管道允许在刚性固定于所述子模块36的汇集器区段之间插置一些多层折叠部分。
图4和图5示出了本发明的第二实施方式。
在所述第二实施方式中，热交换模块是专利文献US-5983992中所述类型的板式交换器，如图9所示。所述交换器包括多个相互堆叠的热交换单元C。每个单元C包括上板件A，流体入口E在上板件的第一端部中切割而成，且在所述上板件的相反端部中切割成流体出口S。所述单元C还包括下板件B，所述下板件B基本平行于所述上板件A布置，且在所述下板件中切割成入口E和出口S，所述上板件和所述下板件的入口对齐，所述出口同样对齐。如图9所示，所述板件A和B通过其周向边缘被焊接起来。上板件A的入口E和出口S被一边缘包围，该边缘相对于所述单元C的内部凸起，即在与下板件B相反的一侧凸起。下板件B的入口E和出口S以对称的方式朝向所述单元的外部、即在与所述上板件A相反的一侧凸起。在所述板件A和B之间布置有波状的金属薄片F，所述薄片焊接于这些板件上。所述金属薄片在所述单元C的内部形成翅片网。同样类型的第二波状金属薄片F也焊接在所述板件A的朝向所述单元C外部的表面上。第三波状的金属薄片F被焊接在所述板件B的朝向所述单元C外部的表面上。
所述单元C相互堆叠，且这些单元通过它们相应的入口及出口的突出边缘相互连接。这些单元设置成所有单元C的入口和出口对齐。
第一流体经入口E进入所述单元C，在由布置于每个单元内部的波形薄片F限定的流道中循环，并从所述出口S流出。第二流体在由单元C之间限定的空间中循环。
以这种方式构成的热交换模块的特征在于，每个单元能相对于相邻单元移动(jouer)并能形变，比如通过压缩、弯曲或者伸长。
图4和图5示出了热交换组件，所述热交换组件的模块是图9所示类型的柔性板件式交换器。下文只描述了本发明第二实施方式给出的该组件与图1到图3A/3B所示的本发明第一实施方式给出的组件的区别。
在这两种实施方式中，相同的元件或者作用类似的元件采用相同的标号。
如图4所示的，所述热交换模块12没有被分割成多个子模块36，相反地是整体式的，并且所述热交换模块由单元的连续堆叠体形成，所述 第一流体和第二流体在这些单元中循环。
所述热交换模块12每个均呈平行六面体状。所述模块12中的所述一次侧流体和所述二次侧流体的入口相应地由所述模块的侧表面47的径向内区域和径向外区域构成。
而且，和所述第一实施方式中的一样，所述组件1不包括所述模块12的单一的呈环状、并包围次级排放汇集器的一次侧流体供应汇集器，相反地所述组件1包括八个分离的初级供应汇集器14，这些分离的初级供应汇集器在所述模块12之间轴向延伸，并通向位于所述模块12下面的分配室95。所述室95与所述中间汇集器区段74相连通。每个汇集器14通过围绕着它的两热交换模块12。每个模块由所述二次侧流体的输出横向表面50朝内径向地限定，由所述一次侧流体的输出横向表面48朝外径向限定，且由朝向相邻模块的表面47侧向地加以限定。
模块12的支撑结构96在围绕所述中轴线X连续布置的每对模块12之间，包括呈柱状区部的板块98和100，所述板块同轴于所述中轴线、且沿所述模块12的整个轴向高度延伸。这些板块焊接在围绕它们的两模块12的相面对的侧壁47上。所述板块100在所述模块12的外横向表面48处基本径向地延伸，所述一次侧流体经所述外横向表面48流出。所述板块98径向插置在所述板块100和所述初级供应汇集器14之间。
由所述模块12和所述板块98和100所形成的组件通过柱形环体102被悬挂在所述分隔板58上。
而且，所述环状空间78朝下由环状板件104封闭。
所述组件1包括八个次级供应汇集器16，这些汇集器设置于所述模块12之间，且为所述板块98和100以及所述模块12的侧表面47限定。每条汇集器16连接围绕它的模块12。
二次侧流体从由所述环体102的内空间形成的室106，被分配到所述供应汇集器16中。
每个初级供应汇集器14在与所述外封壳2的中轴线X相垂直的平面中，具有基本是椭圆状的截面。
每个汇集器14由两个呈凹状的板块108和110限定，这两板块 的凹面相互面对，并延伸在所述模块12的整个轴向高度上。板块108和110焊接在围绕它们的所述模块的侧表面47上。所述板块110基本在所述模块12的内横向表面50处延伸。热绝缘材料94填充了分隔凹形的板块108和呈环状区部的板块98的空间。
如本发明的第一实施方式所述的，所述次级排放汇集器20沿所述组件1的中轴线延伸。所述次级排放汇集器由所述模块12的内横向表面50和所述凹形的板块110在周向上交替地加以限定。热的二次侧气体因此直接从所述模块12流出进入所述次级排放汇集器20中。所述次级排放汇集器20朝下由鼓起的底部68限定，所述底部将所述次级排放汇集器与所述初级分配室95分开。所述次级排放汇集器朝上由大直径的排放管道112轴向延长，所述管道112穿过所述次级分配室106和所述分隔板58。
所述二次侧流体的入口114和出口116在一中央柱形的环体118中制出，所述环体118由所述热交换组件的盖34支撑。所述环体118沿所述组件1的中轴线X延伸。所述入口114径向连接在所述环体118上。所述次级出口116呈弯肘状，且包括轴向管部120和一部分122，所述轴向管部120在所述环体118的延长部分中延伸，而所述部分122相对于所述轴向管部120径向地延伸。所述次级排放管道112将所述轴向管部120连接到所述次级排放汇集器20。
所述次级分配室106借助未示出的、设于所述分隔板58中的孔与所述盖34的内空间连通，所述内空间自身与所述二次侧流体的入口114连通。
现在参考图4描述所述一次侧流体和所述二次侧流体在所述组件1中的循环。
一次侧流体(图4所示的虚线箭头)通过所述入口4流入所述封壳2内，穿过中间汇集器区段74，并进入所述分配室94中，所述流体从所述分配室被分配到八个初级供应汇集器14中。一次侧流体侧向流入所述模块12中，并经所述模块的外横向表面48径向流出进入所述环状空间78中。一次侧流体沿着所述环状空间78上升直到所述孔76，然后沿着所述环状空间80下降。然后内部构件26引导所述流体直到被所述循环器28 抽吸，然后受到所述循环器28的压送直到所述初级出口6。
二次侧流体从所述次级入口114流入所述组件1，穿过所述盖34和所述分隔板58，并流入所述次级分配室106中，所述二次侧流体从该分配室被分配到所述八个次级供应流道16中。二次侧流体侧向地流入所述模块12中，并经所述模块的内横向表面50流出所述模块12，所述内横向表面通到所述次级排放汇集器20中。接着，二次侧流体沿着该汇集器和所述排放管道112向上流动直到次级出口116。
如上所述，绝热材料94围绕所述组件1的最热部分设置，最热部分也就是一次侧流体在流入所述热交换模块12之前、和二次侧流体从所述热交换组件12流出后流动的部分。如图4所示，绝热材料沿着以下部件加以设置：一次侧流体的入口4、所述中间汇集器区段74、初级分配室95，在所述板块98和108之间、所述次级排放管道112和所述次级出口116。
本发明的第二实施方式也具有多项优点。
和所述第一实施方式中一样，环绕同一模块的汇集器相对于所述模块两侧表面的中间平面P以基本对称的方式布置，从而这些汇集器在所述模块的侧表面上产生基本相同的热应力，所述中间平面通过所述中轴线X。所述模块因此不存在沿所述组件1周向方向的挠曲。连接两连续模块的板块98、100、108和110因此承受最小的热机械应力。
另外，所述热交换模块12为柔性类型的情况使得：这些模块所承受的轴向热膨胀较所述第一实施方式中的要小得多。考虑到所述模块12的轴向膨胀，施加于所述板块98、100、108和110上的应力因此是适中的，从而没有必要为封闭所述模块12下部的环状空间78而设置如所述第一实施方式给出的多层折叠部分66类型的多层折叠部分。也无需再设置如所述环体62那样通过支管连接到所述模块12的一特殊的环体以限定所述次级排放汇集器20。该汇集器可以以简单经济得多的方式由所述模块12的内横向表面50和所述板块110形成，所述板块110部分地限定所述初级分配汇集器。
在所述第二实施方式中，所述组件1特别紧凑，这是因为所述热交换模块是整体式的，同时也因为所述次级入口114和出口116的布置以 及因为所述分配室95和106的布置。
和所述第一实施方式中一样，所述组件1的最热部分沿所述中轴线就位，从而所述外封壳2被保持在适中的温度。
上述的组件有多种变型。
所述组件可以包括多于8个或者少于8个的热交换模块12，比如4个、6个、10个或者12个，甚至更多。
在本发明的第一实施方式中，每个模块12可以包括多于3个或者少于3个的子模块，比如2个或者4个甚至多于4个。
汇集器的数量可以和上述的不同。每个模块可以由各类型(供应/排放，初级/次级)的一个汇集器、两个汇集器甚至多于两个汇集器通达。一相同的汇集器可以专用于一模块，或者连达两个模块，或者连通所有模块。
所述模块无需一定是平行六表面体的，而可以是任意合适的几何形状(截面为菱形，六边形等)。
所述封壳可以具有多个同轴或者不同轴的一次侧流体的入口和出口。所述封壳可以包括多于4个或者少于4个的同轴或者不同轴的二次侧流体入口和出口。
所述一次侧流体无需一定是技术上纯净的氦，也可以是氦和氮的混合体。
所述二次侧流体可以是技术上纯净的氦、或者氦和氮的混合体(比如20％的氦、80％的氮或者40％的氦、60％的氮)。
Claims (13)
1.第一流体和第二流体之间热交换用的组件(1)，该组件包括：
-外封壳(2)，所述外封壳具有中轴线(X)；
-多个在所述第一流体和所述第二流体之间热交换用的模块(12)，这些模块在所述外封壳(2)的内部分布在所述中轴线(X)周围，且这些模块具有相应的面对着的侧表面(47)；
-至少一初级供应汇集器(14)，其供给所述模块(12)以第一流体；
-至少一次级供应汇集器(16)，其供给所述模块(12)以第二流体；
-收集和排放从所述模块(12)出来的第一流体的至少一初级收集和排放汇集器(18)；
-收集和排放从所述模块(12)出来的第二流体的至少一次级收集和排放汇集器(20)，
其特征在于，所述的初级供应汇集器、次级供应汇集器、初级收集和排放汇集器、次级收集和排放汇集器中的至少某些汇集器或者所述初级供应汇集器的或所述次级供应汇集器的或所述初级收集和排放汇集器的或所述次级收集和排放汇集器的某些部分延伸在连续布置于所述中轴线(X)周围的模块(12)之间，环绕同一模块(12)的汇集器或汇集器部分相对位于所述模块(12)的两侧表面(47)之间的中间平面以对称的方式设置，从而环绕同一模块的所述汇集器或者所述汇集器部分在所述模块(12)的侧表面(47)中产生相同的热应力。
2.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件包括唯一的次级收集和排放汇集器(20)，该次级收集和排放汇集器沿所述外封壳(2)的中轴线(X)延伸，所述初级供应汇集器(14)相对于所述次级供应汇集器(16)和所述初级收集和排放汇集器(18)朝向所述外封壳(2)的内部，被设置于所述次级收集和排放汇集器(20)的周围。
3.按照权利要求1或2所述的组件，其特征在于，连接同一模块(12)的所述初级供应汇集器(14)和所述次级收集和排放汇集器(20)，与所述模块(12)的朝向所述外封壳(2)内部的端部分相连通，并且连接该模块(12)的所述次级供应汇集器(16)和所述初级收集和排放汇集器(18)，与所述模块(12)的朝向所述外封壳(2)外部的端部分相连通。
4.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述模块(12)每一个均包括板件(38；A、B)的堆叠体，所述第一流体和所述第二流体交替地在所述板件之间循环。
5.按照权利要求4所述的组件，其特征在于，每个模块(12)包括多个彼此分开的子模块(36)，每个模块(12)通过至少一次级供应汇集器(16)连接，所述至少一次级供应汇集器包括管区段(82)和多层折叠部分(84)，所述管区段(82)与所述子模块(36)相连结，而所述多层折叠部分(84)使所述管区段(82)彼此连接。
6.按照权利要求5所述的组件，其特征在于，每个子模块(36)通过支管(92)与所述次级收集和排放汇集器(20)相连通，所述次级供应汇集器(16)的管区段(82)和所述支管(92)的水力直径小于500mm。
7.按照权利要求5或6所述的组件，其特征在于，所述外封壳(2)的中轴线(X)是竖直的，所述组件包括支撑所述模块(12)的支撑环体(60)，所述支撑环体悬置于所述外封壳(2)，所述支撑环体(60)和所述模块(12)能自由地相对于所述外封壳(2)朝下热膨胀。
8.按照权利要求4所述的组件，其特征在于，所述模块(12)每一个均包括由所述第一流体和所述第二流体之间热交换用的单元(C)构成的连续堆叠体，这些单元能相对发生形变。
9.按照权利要求8所述的组件，其特征在于，所述组件在每对连续设置在所述中轴线(X)周围的模块(12)之间包括次级供应汇集器(16)，所述次级供应汇集器至少部分地由板块(98、100)限定，所述板块刚性固定在所述模块(12)的侧表面(47)上。
10.按照权利要求8或9所述的组件，其特征在于，所述次级收集和排放汇集器(20)至少部分地由所述热交换模块(12)的内端部分限定。
11.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一流体和所述第二流体为气体，所述第一流体用于以高于700℃的温度进入所述外封壳(2)，并且所述第二流体用于以高于700℃的温度流出所述外封壳(2)。
12.按照权利要求11所述的组件，其特征在于，所述第一流体主要含氦，而所述第二流体主要含氦和/或氮。
13.按照权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一流体和所述第二流体为高温核反应堆或特高温核反应堆的一次侧流体和二次侧流体。
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