CH500455A

CH500455A - In einem Druckgefäss angeordneter Wärmetauscher

Info

Publication number: CH500455A
Application number: CH708768A
Authority: CH
Inventors: Viktor Dr Gilli Paul; Kurt Dr Fritz
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1967-06-16
Filing date: 1968-05-13
Publication date: 1970-12-15
Also published as: AT289867B; GB1197348A

Description

In einem Druckgefäss angeordneter Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen in einem Druckgefäss angeordneten Wärmetauscher, insbesondere Durchlaufdampferzeuger für nukleare Zwecke.

Es ist bekannt, Wärmetauscher nach dem Gleichtromprinzip bzw. nach dem Gegenstromprinzip auszubilden. Wärmetauscher nach dem Gleichstromprinzip erfordem in gewissen Fällen eine zu grosse Konstruktion und ergeben eine relativ geringe Endtemperatur des zu erhitzenden Mediums.

Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip benötigen unter Umständen teures und wärmebeständiges Rohrmaterial, da an der Eintrittsstelle des wärmeabgebenden Mediums auch das erhitzte wärmeaufnehmende Medium austritt und sich damit eine hohe Wandtemperatur des die Zwischenwand bildenden Materials ausbil det
Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile.

Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher mindestens zwei Rohrbündel umfasst, wobei das wärmeaufnehmende Medium in mindestens einem der Rohrbündel vorwiegend im Gleichstrom und in einem anderen vorwiegend im Gegenstrom zum wärmeabgebenden Medium geführt ist, dass in das Druckgefäss hereingeführte Rohre zum Ein- bzw. Ausführen des wärmeaufnehmenden Mediums in den bzw. aus dem Wärmetauscher und Verbindungsrohre der Rohrbündel im wärmeabgebenden Medium liegen und dass mindestens ein Rohrbündel von Verbindungsrohren durchsetzt ist.

Die Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 zeigt im Aufriss einen Schnitt durch einen Durchlaufdampferzeuger;
Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführung, ähnlich Fig. 1.

Fig. 1 offenbart eine erste Ausführungsform des Durchlaufdampferzeugers ohne innere Zwischensammlung des wärmeaufnehmenden Mediums. Das wärmeabgebende Medium tritt gemäss Pfeil 1 in das Wärmetauscherdruckgefäss 14 ein und verlässt dasselbe abgekühlt gemäss Pfeil 2. Das wärmeaufnehmende Medium, im vorliegenden Falle Wasser, tritt vom Speisewassereintrittsammler 17 durch die Rohre 3, welche innerhalb eines
2 Zentralrohrs 4 über dessen ganze Länge nach unten geführt werden, in den Wärmetauscher ein und strömt über die als Rohrbogen ausgebildeten Verbindungsrohre 5 in das untere Heizflächenpaket 6.

Die Wärmetauscherrohre des Heiztlächenpakets 6 sind in der Fig. 1 nur schematisch eingezeichnet. Sie werden vom Wasser vorwiegend im Gegenstrom zum wärmeabgebenden Medium durchflossen. Sie können schraubenlinienförmig, spiralig oder auch evolventenförmig gekrümmt sein, indem sie das zylindrische Druckgefäss über seinen Querschnitt ausfüllen. Nach Passieren des unteren Heizbündels 6, welches im allgemeinen von einer Schar parallel geschalteter Rohre gebildet wird, sind weitere Verbindungsrohre in Form von Rohrbogen 7, Tragrohren 8 und Rohrbogen 9 vorgesehen. An dieser Stelle des Wärmetauschers ist das Wasser im Normalbetrieb bereits verdampft und gegebenenfalls leicht überhitzt. Durch den Rohrbogen 9 gelangt der Dampf sodann in das obere Rohrbündel 10 eines Hochdrucküberhitzers und durchströmt dieses vorwiegend im Gleichstrom zum wärmeabgebenden Medium.

Das obere Rohrbündel 10 ist beispielsweise von schraubenlinienförmigen Rohren gebildet. Am Austritt dieses Heizflächenpakets sind Umlenkbogen 11 angeordnet, die sich schliesslich in die im Inneren des äusseren Zentralrohrs 12 befindlichen Rohre 13 fortsetzen, die den Heissdampf zu den aussenliegenden Dampfsammlern 20 ableiten.

In dieser Figur ist auch ein Zwischenüberhitzer 10' eingezeichnet. Ohne den Rahmen der Erfindung zu sprengen, können selbstverständlich auch mehrere Zwischenüberhitzer angeordnet werden. Nach einer teilweisen Entspannung und Abkühlung des Dampfes im Hochdruckteil einer Turbine wird der Mitteldruckdampf vom Sammler 19 durch Rohre 15 wieder in das unter Gasdruck stehende Druckgefäss 14 des Dampferzeugers eingebracht und durchströmt, wie im Hochdrucküberhitzer, vorwiegend im Gleichstrom zum wärmeabgebenden Medium das Rohrbündel 10' des Zwischenüberhitzers.

Die Rohre 10' des Zwischenüberhitzers sind ähnlich den Rohren 10 des Hochdrucküberhitzers gekrümmt und bilden parallel geschaltete Rohrstränge, die in radialer und/oder axialer Richtung abwechseln. Wenn also die Rohrstränge des Zwischenüberhitzers und des Hochdrucküberhitzers genau gleiche Krümmungsverhältnisse aufweisen, wird in axialer Richtung auf ein Rohr des Hochdrucküberhitzers ein Rohr des Zwischenüberhitzers folgen. Im andern Fall, in dem die Rohre der beiden Heizflächengruppen unterschiedliche Krümmungen aufweisen, wird in radialer Richtung auf ein Rohr des Hochdrucküberhitzers eines des Zwischenüberhitzers folgen.

Selbstverständlich können statt eines Rohrs auch mehrere Rohre in der gleichen Art angeordnet werden, so dass auf beispielsweise zwei Überhitzerrohre zwei oder drei Zwischenüberhitzerrohre folgen. Im Falle einer schraubenlinienförmigen Krümmung der Rohre der Rohrbündel 10 und 10' sind die Rohre des Zwischen überhitzers und jene des Hochdrucküberhitzers in koaxialen Zylindern angeordnet, wobei der I(rümmungssinn in radialer Richtung aufeinanderfolgender Wicklungen abwechselt. Der Mitteldruckdampf strömt nach der Überhitzung im Zwischenüberhitzer über die Rohre 16 zum Mitteldruckaustrittssammler 8 und weiter zur Turbine.

Die Sammler 17, 18, 19 und 20 sind bei dieser Ausfüh rungsform ausserhalb des Wärmetauscher-Druckgefässes angeordnet. Die Druckschale 21 wird von den einzelnen Rohren 3, 13, 15 und 16 zum Ein- bzw. Ausführen des wärmeaufnehmenden Mediums in den bzw. aus dem Wärmetauscher, durchsetzt. Die Haltestangen 22 für die obere Schar von Rohrbündeln 10 sind in einer sternförmigen Haliekonstruktion 23 befestigt. Die Rohre der Bündel 10 und 10' sind mit Klemmuffen 24, Ösen oder dgl. an den Tragrohren 8 befestigt. Die Lagerung der Rohre der unteren Schar von Rohrbündeln 6 erfolgt in bekannter Weise mittels Stern 26 und Tragstangen 25.

Der Stern 26 ist am inneren Zentralrohr 4 befestigt.

Der Durchfluss durch die schematisch dargestellten Rohre ist durch Pfeile angedeutet. In den einzelnen Heizflächenpaketen, die aus mehreren Rohrbündeln 6 und 10 bzw. 10' bestehen, können Schraubenrohre längs Zylinder derart angeordnet sein, dass mehrgängige Schrauben entstehen, deren Windungssinn sich ebenso wie im unteren Bündel von einem Zylinder zum benachbarten ändert.

Im Bereich des Wärmetauscher-Druckgefässes 14 sind keine Querverbindungen der Rohre, insbesondere innenliegende Zwischensammler vorgesehen. Auf diese Weise ist es in einfacher Weise von aussen möglich, bei auftretenden Beschädigungen einzelner Rohre, diese von aussen abzuklemmen und damit stillzulegen.

Die Tragrohre 8 können auch vorteilhaft zum Fixieren der Rohre 10 und 10' herangezogen werden, indem die Rohre 10 und 10' direkt an den Tragrohren 8 fixiert werden, die als Verbindungsrohre fungieren. Die Tragrohre 8 selbst werden dann am oberen Ende des Bündels
10 bzw. 10' mit Hilfe von Tragstangen in Ösen gehalten.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Durchlaufdampferzeugers, bei der die vom wärmeaufnehmenden Medium durchströmten Rohre noch innerhalb des Druckgefässes 14 in Sammler 31 bis 34 münden, bzw.

von Sammlern ausgehen, die mit Hilfe von in das Druckgefäss hereingeführten Rohren 27 bis 30 von relativ grossem Durchmesser zum Ein- bzw. Ausführen des wärmeaufnehmenden Mediums in den bzw. aus dem Wärmetauscher durch die Druckschale 21 nach aussen geführt sind. Es bezeichnet 28 das Rohr für den Speisewassereintritt, 31 den Speisewassersammler, 32 den Hochdruckaustrittssammler, 27 das Rohr für den austretenden Hochdruckheissdampf, 30 das Rohr des Zwischenüberhitzereintrittssammlers 34, 33 den Zwischen überhitzeraustrittssammler und 29 dessen Austrittsrohr.

Die geraden Rohre 27 bis 30 der Sammler 31 bis 34 gestatten im Schadensfall eine einfache Stillegung der schadhaften Rohre.

Vorteilhafterweise sind die Hochdruckheissdampfsammler 32 in einer Mehrzahl, z.B. 2- oder 4fach, je Dampferzeugereinheit vorhanden und die Zwischendampfsammler 33 und 34 in einer grösseren Anzahl wie die ersteren, beispielsweise 6fach, vorgesehen. Die übrigen Bezeichnungen entsprechen jenen der Fig. 8.

Bei den Konstruktionen nach Fig. 1 und 2 sind alle Wärmetauschereinbauten, die Rohrbündel 6 und 10 bzw.

10' mit ihren Tragkonstruktionen, an der Druckschale 21 befestigt, mit welcher sie leicht in einer Richtung ausgebaut werden können.

Selbstverständlich sind auch ähnliche Ausführungen des Erfindungsgedankens möglich. Wesentlich ist, dass die Vorteile des vorwiegenden Gegenstroms im unteren Rohrbündel, die Vorteile des vorwiegenden Gleichstroms im Heissdampfbündel und die Vorteile der gekühlten Aufhängung des Heissdampfbündels unter Verwendung der in jedem Fall erforderlichen Verbindungsrohre angewendet werden. Darüber hinaus werden die Heissdampfrohre wärmeisoliert aus dem Druckgefäss herausgeführt.

Claims

PATENTANSPRUCH

In einem Druckgefäss angeordneter Wärmetauscher, insbesondere Durchlaufdampferzeuger für nukleare Zwecke, dadurch gekennzeichnet, dass derWärmetauscher mindestens zwei Rohrbündel (6, 10 bzw. 10') umfasst, wobei das wärmeaufnehmende Medium in mindestens einem der Rohrbündel (10 bzw. 10') vorwiegend im Gleichstrom und in einem anderen (6) vorwiegend im Gegenstrom zum wärmeabgebenden Medium geführt ist, dass in das Druckgefäss (14) hereingeführte Rohre (3, 13, 15, 16; bzw. 27, 28, 29, 30) zum Ein- bzw. Ausführen des wärmeaufnehmenden Mediums in den bzw. aus dem Wärmetauscher und Verbindungsrohre (7, 8, 9) der Rohrbündel (6, 10 bzw. 10') im wärmeabgebenden Medium liegen und dass mindestens ein Rohrbündel (10 bzw. 10') von Verbindungsrohren (7, 8, 9) durchsetzt ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das vorwiegend im Gleichstrom durchströmte Rohrbündel (10, 10') an Verbindungsroh ren (8) befestigt ist, welche das genannte Rohrbündel durchsetzen.

2. Wärmetauscher nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsrohre (8) an einem Tragstern (23) mit Tragstangen (22) und Ösen angeschlossen sind.

3. Wärmetauscher nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbün del (6, 10, 10') zumindest teilweise in Serie geschaltet angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach Patentanspruch und den Un teransprüchen 1 bis 3, als Durchlaufdampferzeuger aus gebildet, dadurch gekennzeichnet, dass im vorwiegend im Gleichstrom durchströmten Rohrbündel mehrere parallel angeordnete Rohrstränge (10, 10') verschiedenartiger Heizflächen, insbesondere Überhitzer (10) und ein oder mehrere Zwischenüberhitzer (10') vorgesehen sind.

5. Wärmetauscher nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstränge (10, 10') verschiedenartiger Heizflächen des vorwiegend im Gleichstrom durchströmten Rohrbündels (10, 10') in axialer und/oder radialer Richtung in alternierenden Schichten angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Rohrstränge des Rohrbündels in radial aufeinanderfolgenden Schichten gegenläufigen Krümmungssinn aufweisen.

7. Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherrohre der einzelnen Rohrbündel (6, 10 bzw. 10') schraubenlinienförmig, spiralig oder evolventenförmig gebogen sind.

8. Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Druckgefäss (14) hereingeführten Rohre (3, 13, 15, 16) zum Ein- bzw. Ausführen des wärmeaufnehmenden Mediums in den bzw. aus dem Wärmetauscher im Innern des Wärmetauschers axial geführt sind und die Mehrzahl dieser Rohre vom wärmeabgebenden Medium durch ein oder mehrere zentral angeordnete Rohre (4, 12) abgeschirmt sind.

9. Wärmetauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Druckgefäss (14) hereingeführten Rohre (27, 28, 29, 30) zum Ein- bzw. Ausführen des wärmeaufnehmenden Mediums in den bzw. aus dem Wärmetauscher in im Innern des Wärmetauscher-Druckgefässes (14) axial angeordnete Sammelkammern (31, 32, 33, 34) münden, an die die Rohrbündel (6, 10 bzw. 10') angeschlossen sind. wobei an einer zentralen Sammelkammer (31) eine Trageinrichtung (26) für das vorwiegend im Gegenstrom durchströmte Rohrbündel (6) angeordnet ist.

10. Wärmetauscher nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet. dass an dem einen zentralen Abschirmungsrohr (12) eine Trageinrichtung (23) für das vorwiegend im Gegenstrom durchströmte Rohrbündel (10 bzw.

10') angeordnet ist.