DE1551445A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
410-12.4llP(12.412H) I6.5.I967410-12.4llP (12.412H) I6.5.I967
Dipl.-ing. LcmprechtDipl.-ing. Lcmprecht
Goßiiaißsariat ä l'&nergie Afcoraique, Paris (Frankreich)Goßiiaißsariat ä l '& nergie Afcoraique, Paris (France)
WärmetauscherHeat exchanger
Die Erfindung hat einen Wärmetauscher zum Gegenstand, der sur Ermöglichung eines Wärmeaustausche zwischen zwei in Gefahr bringender Weise miteinander reagierenden Flüssigkeiten gedacht und insbesondere zur Verdampfung von Wasser durch Wärmeaustausch mit einem flüssigen Metall., wie beispielsweise Natrium, bestimmt ist.The invention has a heat exchanger for the subject sur enabling heat exchange between two at risk Bringing way fluids reacting with each other thought and in particular for the evaporation of water by heat exchange with a liquid metal, such as sodium is.
Bei Kernkraftwerken wird im allgemeinen und insbesondereIn the case of nuclear power plants, in general and in particular
dann, wenn der Reaktor zu den mit schnellen Neutronen arbeitenden Typen gehört, der Dampferzeuger mit flüssigem Natrium beheizt, welches das sekundäre Kühlmittel des Reaktors darstellt. Bekanntlich wirft jedoch der Wärmeaustausch zwischen flüssigem Natrium und Wasser komplizierte Sieherheitsprobleme auf, praktisch ist es erforderlich, jeglichen Kontakt zwischen den beiden Flüssigkeiten auszuschalten, da sie mit Heftigkeit miteinander reagieren würden.then, if the reactor is one of the types that work with fast neutrons, the steam generator is heated with liquid sodium, which is the reactor's secondary coolant. As is known, however, the heat exchange between liquid sodium and water raises complicated security problems , in practice it is necessary to eliminate all contact between the two liquids, since they would react violently with one another.
Zur Herstellung von solchen Dampferzeugern benutzt man mitunter doppelwandige Austauscherrohre, gegebenenfalls mit ' einem Umlauf eines zwischengeeshalteten Str&?mmgsmediums, das j die Erkennung von Rohrbrüchen gestattet.For the production of such steam generators is sometimes used double-exchanger tubes, optionally with 'a circulation of a zwischengeeshalteten Str & mmgsmediums, the j is the detection of burst pipes permitted.
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Anlagen sind jedoch äußerst kostspielig, daher zieht man heute einwandige Wärmetauscher wegen ihrer größeren Wirtschaftlichkeit vor, die aus von flüssigem Natrium durchflossenen Leitungen bestehen, in die Rohre von sehr kleinem Querschnitt eintauchen, in denen das Wasser umläuft. Jedoch ist es erforderlich, die Qualität der verwendeten Leitungen und der Schweißverbindungen in geeigneter Weise kontrollieren zu können.However, systems are extremely expensive, which is why single-walled heat exchangers are preferred today because of their greater economic efficiency which consist of pipes through which liquid sodium flows and into which pipes with a very small cross-section are immersed, in which the water circulates. However, it is necessary to consider the quality of the cables and welded joints used to be able to control in a suitable manner.
Die Erfindung schlägt daher einen Wärmetauscher der Bauart mit einfachen Wänden vor, der so aufgebaut ist, daß die Schweiß» nähte, die gleichzeitig mit dem Wasser und dem Natrium in Berührung stehen, begrenzt sind, denn diese inneren Schweißnähte stellen eine potentielle Gefahrenquelle dar und kommen besonders teuer wegen der Güte der an ihnen vorzunehmenden Kontrolle. Oleich falls zielt die Erfindung darauf ab, die' Anwesenheit von gekrümmten Wasserrohren zu vermeiden, die in das Natrium eintauchen, da jede Krümmung die Unversehrtheit der Wände dieser Rohre beeinträchtigen kann. The invention therefore proposes a heat exchanger of the type with simple walls which is constructed so that the welds which are simultaneously in contact with the water and the sodium are limited because these internal welds are and are a potential source of danger particularly expensive because of the quality of the controls to be carried out on them. The invention also aims at avoiding the presence of curved water pipes immersed in the sodium, since any curvature can compromise the integrity of the walls of these pipes.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kennzeichnet sich im wesentlichen durch:The heat exchanger according to the invention is essentially characterized by:
- eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen, von einem ersten an Wärmeaustausch beteiligten Strömungsmedium, im allgemeinen flüssigem Natrium, durchflossen© Leitungen, die jeweils an beiden Enden durch gewölbte Böden abgeschlossen sind und an ihren Seitenwänden abwechselnd in der Nähe des einen oder des anderen Bndee querverlaufende, die Leitungen miteinander verbindend* Rohrstutzen Aufwelsen; - A plurality of essentially parallel flow mediums, generally liquid sodium, which are involved in heat exchange, flowed through © lines, each of which is closed at both ends by curved bottoms and alternately transversely running on its side walls near one or the other band , connecting the lines with each other * Rohrstutzen Aufwelsen;
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- und durch parallel von einem ζ vielten am Wärmeaustausch beteiligten Strömungsmedium, im allgemeinen Wasser, durchflossene Rohre mit sehr kleinem Querschnitt, von denen jedes im Innern der verschiedenen Leitungen verlaufende geradlinige Abschnitte aufweist, welche die Böden der Leitungen durchsetzen und miteinander über außerhalb der Leitungen gelegene, kreisbogenfürraig gekrümmte Abschnitte verbunden sind.- and by a ζ many times in heat exchange involved flow medium, generally water, through-flow pipes with a very small cross-section, of which each having rectilinear sections extending inside the various ducts which form the bottoms of the Lines through and with each other over outside of the Lines located, circular arc-shaped curved sections are connected.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 eine besondere Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher beschrieben. Diese Beschreibung ist jedoch lediglich als Beispiel zu verstehen und schränkt den Bereich der Erfindung in keiner Weise ein. Die Beschreibung bezieht eich auf einen Dampferzeuger« bei dem Wasser durch flüssiges Natrlun aufgeheizt wird, welches das sekundäre Kühlmittel eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen darstellt.In the following, a particular embodiment for a heat exchanger according to the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. However, this description is only to be understood as an example and in no way restricts the scope of the invention. The description refers to a steam generator in which water is heated by liquid sodium , which is the secondary coolant of a nuclear reactor with fast neutrons.
Fig. 1 ist eine sohematisohe Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;Fig. 1 is a schematic front view of a heat exchanger according to the invention;
Fig. 2 1st eine Seitenansicht des gleichen Wärmetauschers;Fig. 2 is a side view of the same heat exchanger;
und . - ,and . -,
Fig. j5 zeigt Einzelheiten an einem Ende einer Leitung ■. für das Natrium.Fig. 5 shows details at one end of a line ■. for the sodium.
Der beschriebene Dampferzeuger verwendet als Heizflüssigkeit flüssiges Natrium, welches da· Mkundlre Kühlmittel eines Kernreaktors mit schnellen Neutronen darstellt. Dieses sekundäre Kühlmittel wird seinerseits durch Wärmeaustausch mit dem Haupt-The steam generator described uses liquid sodium as the heating fluid, which is the secondary coolant of a nuclear reactor with fast neutrons. This secondary coolant is in turn exchanged with the main
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kUhlaittel dee Reaktors aufgeheizt» das ebenfalls aus flüssigem Natrium besteht.Coolant of the reactor is heated up, also made of liquid Sodium is made up.
Der Dampferzeuger besteht aus mehreren Einheiten, die einander ähneln und parallel zueinander geschaltet sind. Die Fig. 1 zeigt eine dieser Einheiten .und der Block der Fig. 2 weist dx 1 davon auf. Die Wahl der Anzahl der Einheiten ergibt •loh aus einem Kompromiß zwischen der Verringerung der Anzahl der Verblndungerohrleitungen und der Qesajntabaessungen auf der einen Seite und der Möglichkeit, eine dar Einheiten fUr den Fall eines Rohrbruches außer Betrieb nehmen zu können, ohne die ausgetauschte Wärmeleistung zu stark herabzusetzen auf der anderen Seite. Jede Einheit wird mit Wasser gespeist, das nacheinander im Wärmeaustausch mit dem im Gegenetroos umlaufendenThe steam generator consists of several units that resemble each other and are connected in parallel to each other. FIG. 1 shows one of these units and the block of FIG has dx 1 of them. The choice of the number of units results from a compromise between reducing the number the facing pipes and the Qesajnta measurements on the one hand and the possibility of one of the units for to be able to shut down the case of a pipe burst without reducing the exchanged heat output too much on the other side. Each unit is fed with water, one after the other, exchanging heat with that circulating in the opposite direction
flüssigen Natrium vorgewärmt, verdampft und überhitzt wird. Außerdem ist parallel zu der überhitzungszone eine Zwischenüberhitzung für den teilweise entspannten Dampf vorgesehen.liquid sodium is preheated, evaporated and superheated. In addition, reheating for the partially expanded steam is provided in parallel to the superheating zone.
Jede Gruppe aus drei Baueinheiten befindet sich i« Innern eines Gehäuses 1 aus feuerfestem Stein, das normalerweise alt Stickstoff angereicherte Luft enthält. Außerhalb der WäÜffi» dieses Gehäuses befinden sich Eingangssammler 2 und > und ' Aüsgangssammler 4 für das Natrium, Sammler 5 für das Wasser/ " Sammler 6 für den überhitzten Dampf, Sammler 7 für defl erneut zu überhitzenden Dampf und Sammler 8 für den erneut überhitzten Dampf. Die verschiedenen alt den Sammlern verbundenen Leitungen oder Rohre sind mit Isolierschiebern versehen, die außerhalb des Gehäuse? 1 liegen, so daß für den Fall eines Bruotiee Jede ;Each group of three building units is located inside a casing 1 made of refractory brick, which normally contains old nitrogen-enriched air. Outside the WäÜffi » This housing contains input collectors 2 and> and 'outlet collector 4 for the sodium, collector 5 for the water / " Collector 6 for the superheated steam, collector 7 for the steam to be superheated again and collector 8 for the steam that is superheated again Steam. The various lines or pipes connected to the collectors are provided with insulating slides on the outside of the housing? 1 lie so that in the event of a Bruotiee each;
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Leitung und jedes Rohr einzeln aus dem Umlauf genommen werden kann, während die übrige Anlage in Betrieb bleibt«Line and each pipe can be taken out of circulation individually while the rest of the system remains in operation «
Jede Baueinheit besteht aus im wesentlichen horizontal verlaufenden Leitungen 10, die in Serie an Eingangs- und Ausgangssaramler für das Natrium angeschlossen sind. Diese Leitungen liegen übereinander und werden durch einen Aufbau 11 aus miteinander verschraubten Balken an Ort und Stelle gehalten. Jede Baueinheit enthält außerdem Rohre 12 mit sehr kleinem Querschnitt« in denen Wasser oder Dampf umläuft·' In den sechs unteren Leitungen 10 jeder Baueinheit wird die Vorwärmung und die Verdampfung des Wassers vorgenommen. Zm oberen Teil liegen zwei Reihen von je vier Leitungen 10 parallel zu der Folg© der sechs unteren Leitungen 10, wobei die eine aus einem Sammler 2 für das Natrium * und die andere aus einem Sammler J für das Natrium gespeist wird und den Überhitzer bzw. den Zwischenüberhitzer (Fig· 2) bildet. ... ,μ. Each structural unit consists of substantially horizontally extending lines 10 which are connected in series to input and output Saramler for the sodium. These lines lie one on top of the other and are held in place by a structure 11 made up of bolted beams. Each structural unit also contains tubes 12 with a very small cross-section in which water or steam circulates. In the six lower lines 10 of each structural unit, the preheating and evaporation of the water are carried out. In the upper part there are two rows of four lines 10 each parallel to the sequence © of the six lower lines 10, one being fed from a collector 2 for the sodium * and the other from a collector J for the sodium and the superheater or forms the reheater (Fig. 2). ... , μ.
Die Leitungen 10 sind an beiden Enden durch gewölbte Böden abgeschlossen, die dem Druck des Natriums standzuhalten vermögen. Sie sind untereinander über querverlaufende Rohrstutzen 14 verbunden, die abwechselnd an dem einen und an dem anderen Ende ' der Leitungen 10 von deren Seltenwandung ausgehen. Dei* letzte Rohrstutzen am oberen Ende der unteren, den Verdampfer bildenden Leitungen teilt sich in zwei Zweige auf, die das Natrium für die Leitungen des Überhitzers bzw. die Leitungen des ZwisohenUbör-' hitzers aufnehmen. Auf dieser Höhe sind die Leitungen für das Natrium über ein Rohr 15» in das eine Sicherheitsmembran 16The lines 10 are at both ends through curved bottoms completed, which are able to withstand the pressure of sodium. They are connected to one another via transverse pipe sockets 14, who alternate at one end and at the other ' of the lines 10 start from their rare wall. The last one The pipe socket at the upper end of the lower lines forming the evaporator is divided into two branches, which carry the sodium for the Lines of the superheater or the lines of the intermediate unit record hitzer. At this height are the lines for the sodium via a pipe 15 'into a safety membrane 16
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eingebaut ist« mit einem Sammler 17 verbunden« der seinerseits mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Membran 16 schützt die Vorrichtung gegen Überdrucke« die infolge einer etwaigen Reaktion zwischen dem Wasser und dem Natrium auftreten könnten.built in is "connected to a collector 17" which in turn is related to the atmosphere. The membrane 16 protects the device against overpressures «as a result of any Reaction between the water and the sodium could occur.
Jedes der Rohre 12 für das Wasser oder den Dampf besitzt geradlinige Abschnitte 18« die parallel zueinander in den Leitungen 10 liegen. Diese geradlinigen Abschnitte durchqueren die gewölbten, die Enden der Leitungen 10 abschließenden Böden einzeln« wie dies insbesondere in Fig. 3 gezeigt ist. Sie sind außerhalb der Leitungen 10 über halbkreisförmig gebogene Abschnitte 19 miteinander verbunden·' Im Inneren der Leitungen werden die parallelen Bohre 12 durch Gitter an Ort und Stelle gehalten« die Schwingungen verhindern. ■* Each of the tubes 12 for the water or the steam has straight sections 18 ″ which lie parallel to one another in the lines 10. These rectilinear sections traverse the curved bottoms closing off the ends of the lines 10 individually, as is shown in particular in FIG. 3. They are connected to one another outside of the lines 10 via semicircular curved sections 19. Inside the lines, the parallel bores 12 are held in place by grids, which prevent vibrations. ■ *
Die auf diese Weise geschaffene Vorrichtung gestattet es« das Auftreten von gekrümmten Teilen« die stets eine sohwache Stelle des Systems bilden« im Inneren der das Natrium transportierenden Leitungen zu vermelden. Außerdem befindet sich der unter hohem Druck stehende Dampf ständig im Innern von Rohren mit relativ kleinem Querschnitt« wodurch sich eine erhebliche' Ersparnis durch das Pehlen von starken Rohrplatten ergibt.The device created in this way allows "the appearance of curved parts" that are always awake Place of the system «to report inside the lines transporting the sodium. There is also the Steam under high pressure constantly inside pipes with a relatively small cross-section "which creates a considerable" Savings result from peeling thick tube plates.
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