[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Gase von hoher Temperatur,
insbesondere für die Übertragung der Wärme eines Hochtemperaturreaktors von einem
Primärgaskreislauf auf einen Sekundärgaskreislauf. Das Sekundärgas soll im Gegenstrom
zum Primärgas in zahlreichen, parallel geschalteten U-Rohren geführt werden.
[0002] Wärmetauscher, deren wärmeübertragende Flächen aus U-Rohren bestehen, haben insbesondere
als Dampferzeuger erhebliche Vorteile gegenüber Wärmetauschern mit geraden Rohren,
weil die U-Rohre zwar an ihren beiden Enden fest eingespannt sind, sich aber mit ihren
U-Bogen gegenüber dem Gehäuse oder gegenüber ihrer Aufhängung frei ausdehnen können.
Gegenüber den für Gase von hoher Temperatur vorgeschlagenen Wenderohrwärmetauschern
haben die U-Rohrwärmetauscher einige wesentliche Vorteile. Einerseits sind sie einfacher
herzustellen und auch leichter zu montieren und sind daher im ganzen preisgünstiger;
andererseits sind U-Rohr nach der Montage und auch nach längerer Betriebszeit leichter
zu prüfen und auch zu reparieren, weil man die langen, geraden Schenkel dieser U-Rohre
schnell und zuverlässig von innen mit langen Sonden prüfen kann, was bei Wendelrohrwärmetauschern
wegen der komplizierten Form sehr schwierig ist. Ausserdem hat ein im Gegenstrom betriebener
Gaswärmetauscher zwischen dem Primär- und Sekundärmedium nur eine geringe und auch
über die Länge der Rohre annähernd konstante Temperaturdifferenz, so dass weder in
den Rohren selbst noch in ihrer Aufhängung oder in den die Rohre umgebenden Kanalwandungen
wesentliche Temperaturdifferenzen auftreten können, die unzulässige Spannungen verursachen.
Ungeachtet dieser Vorteile hat aber ein U-Rohrwärmetauscher für Gase von beispielsweise
950°C erhebliche Probleme, weil man die Zu- bzw. Ableitungen und die entsprechenden
Sammler für das kalte bzw. heisse Gas räumlich und konstruktiv voneinander trennen
muss, um einerseits Spannungen zwischen Bauteilen- unterschiedlicher Temperatur und
andererseits unerwünschte Wärmeverluste zu vermeiden. Da die Zu- bzw. Ableitungen
und die entsprechenden Sammler für das kalte bzw. heisse Gas erhebliche Abmessungen
haben und dementsprechend bei verschiedenen. Betriebszuständen insbesondere in Längsrichtung
sehr unterschiedliche Ausdehnungen zu erwarten sind, sollte wenigstens ein Sammler
elastisch befestigt sein. Die U-Rohre selbst können diese Ausdehnungen nicht aufnehmen,
weil bei den hier vorgesehenen hohen Temperaturen die noch zulässigen Spannungen für
die verwendba- . ren Wirkstoffe-gering sind.
[0003] In der DE-OS 2658086 wird ein Wärmetauscher für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren
beschrieben mit einem um ein zentrales Verteilerrohr für das Heizmittel kreisringförmig
angeordneten U-Rohrbündel für das Kühlmittel, wobei das Kühlmittel durch das U-Rohrbündel
von einer äusseren Verteilerkammer in einen inneren Sammler strömt und das Heizmittel
im Gegenstrom entlang des U-Rohrbündels geführt ist. Die beiden Schenkel der U-Rohre
sind zur Strömungsführung durch eine Wand getrennt. Die U-Rohre sind an beiden Enden
starr befestigt, so dass bei den zu erwartenden unterschiedlichen Temperaturen im
heissen und im kalten Schenkel unterschiedliche Dehnungen und damit unerwünschte Spannungen
in den U-Rohren auftreten.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff
des. ersten Anspruchs so auszubilden, dass er für maximale Temperaturen von etwa 950°C
sowie für Temperaturdifferenzen von etwa 650°C zwischen Gaseintritt und Gasaustritt
geeignet ist und daher unzulässige Spannungen in den U-Rohren aufgrund unterschiedlicher
Temperaturen anderer Bauteile weitgehend vermieden werden. Ausserdem soll dieser Wärmetauscher
vollständig prüfbar sein und, soweit er für Kernreaktoranlagen eingesetzt wird, fernbedient
von der Sekundärgasseite aus geprüft werden können, ohne dass der Primärgaskreislauf
geöffnet werden muss.
[0005] Der im ersten Anspruch vorgeschlagene Wärmetauscher vermeidet Spannungen, weil sich
die. U-Rohre selbst und der an ihnen befestigte Kait= gassammler gegenüber dem Heissgassammler
und gegenüber dem Gehäuse frei ausdehnen können. Da der Kaltgassammler bei einem im
Gegenstrom betriebenen Gas-Wärmetauscherweder auf der -Primär- noch auf der Sekundärseite
durch hohe Temperaturen gefährdet ist, kann man diesen Kaltgassammler durchaus mit
konventionellen-flexiblen Elementen, wie beispielsweise Wellrohren an das Gehäuse
anschliessen. Durch räumliche Trennung und entsprechende Isolierung kann man die Bauteile
des Kaltgassammlers auch vor den hohen Temperaturen des Heissgassammlers schützen.
Die flexiblen Elemente werden nicht durch das Gewicht der U-Rohre belastet.
[0006] Die vorgeschlagene Trennwand hat bei einem im Gegenstrom betriebenen Wärmetauscher
örtlich jeweils eine Temperatur, die sich nur wenig von der Temperatur des benachbarten
Wärmetauscherrohres unterscheidet. Da diese Trennwand dünnwandig und auf einer Seite
isoliert ist und auf der anderen Seite von einem Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit
angeströmt wird, hat diese Trennwand auch bei betriebsbedingten Änderungen der Gastemperatur
etwa die gleiche Temperatur wie das jeweils benachbarte Wärmetauscherrohr und dehnt
sich dementsprechend etwa im gleichen Masse wie dieses Rohr aus. Daher können zwischen
Rohren und Trennwand keine sehr unterschiedlichen Ausdehnungen auftreten, und man
kann diese Trennwand nicht nur für die Gasführung, sondern auch als tragende Verbindung
zwischen dem Heissgassammler und dem Kaltgassammler benutzen.
[0007] Der im zweiten Anspruch vorgeschlagene vom Primärgaskreislauf getrennte Raum ist
bei Wärmetauschern für Kernenergieanlagen von wesentlicher Bedeutung, da ja der Primärgaskreislauf
unvermeidlich radioaktive Verunreinigungen enthält. Wenn man diesen Raum mit dem reinen
Primärmedium füllt und durch eine geeignete Regelung oder durch Druckausgleich über
einen Filter sicherstellt;
-dass in diesem Raum ständig der gleiche Druck herrscht wie im Primärgaskreislauf,
dann ist dieser Raum nicht durch den hohen Druck des Primärgaskreislaufs gefährdet.
Wenn man darüber hinaus in diesem Raum einen geringen Überdruck gegenüber dem Primärgaskreislauf
aufrechterhält, dann ist sogar gewährleistet, dass in diesem Raum auch bei kleinen
Undichtigkeiten keine radioaktiven Verunreinigungen eindringen können. Bei Prüfungen
oder Reparaturen am Wärmetauscher wird aber der Druck im Primärgaskreislauf herabgesetzt,
so dass man diesen Raum unbesorgt von aussen öffnen kann und von diesem Raum aus Sammler,
U-Rohre und die Wände dieses Raumes prüfen kann, ohne den Primärgaskreislauf zu öffnen.
Daher kann dieser Raum, der während des Betriebes nicht als Begrenzung des Primärgaskreislaufs
dient, aus flexiblen Elementen bestehen.
[0008] Diese flexiblen Elemente können entweder zwei konzentrisch ineinander angeordnete
Wellrohre sein, die einen Ringraum bilden oder mehrere, über den Umfang verteilte
Wellrohre von geringerem Durchmesser. Beide Ausführungsformen können den in Anspruch
2 beschriebenen getrennten Raum bilden, wobei die Zuleitungen von aussen zum Kaltgassammler
innerhalb oder ausserhalb dieses Raumes angeordnet sind.
[0009] Die im 3. Anspruch vorgeschlagene Halterung der U-Rohre überträgt das Gewicht der
U-Rohre und ihre Kräfte auf den zentralen Heissgassammler, so dass die von dieser
Einspannung bis zum Heissgassammler mit einem Bogen verlegten U-Rohre nur die an sich
geringen Kräfte aufnehmen müssen, die sich aus einer unterschiedlichen Ausdehnung
von Heissgassammler und Halterung ergeben können.
[0010] Die im 4. Anspruch vorgeschlagene konische Form des zentralen Heissgassammlers gestattet
es, die auf unterschiedlichen Abständen von Sammlermitte angeordneten senkrechten
U-Rohre alle mit dem gleichen Bogen an den zentralen Heissgassammler anzuschliessen,
so dass die Spannungen in allen Rohrbögen gleich sind.
[0011] Die im 5. Anspruch vorgeschlagene isolierende Wand zwischen dem zentralen Heissgassammler
und dem Primärgaseintritt trennt diesen Sammler vom heissen Primärgaskreislauf. Daher
kann dieser Sammler nur die Temperatur des Sekundärgases haben, die etwa 50° unter
der des Primärgases liegt. Bei den hier vorgesehenen hohen Temperaturen sind 50° weniger
von wesentlicher Bedeutung für die Festigkeit des Sammlers.
[0012] Die im 6. und 7. Anspruch vorgeschlagenen Blechmäntel sollen einerseits verhindern,
dass das heisse Primärgas ohne Wärmeaustausch mit den U-Rohren an diesen vorbeifliesst
und andererseits den Wärmeaustausch zwischen zwei Heissgasströmen von unterschiedlicher
Temperatur verringern. Daher ist zunächst in unmittelbarer Nähe des U-Rohr-Bündels
ein nicht isolierter Blechmantel vorgesehen, der ständig etwa die gleiche Temperatur
wie das Rohrbündel selbst aufweist und sich daher mit diesem im gleichen Sinne ausdehnt.
Ein weiterer isolierter Blechmantel ist am Gehäuse befestigt und kann sich daher völlig
unabhängig vom Rohrbündel ausdehnen. Der zwischen diesen beiden Blechmänteln vor-
; handene Spalt ist nur an seinem kalten Ende durch ein dort durchaus zulässiges,
flexibles Ele-. ment, beispielsweise ein Wellrohr, verschlossen, so dass durch diesen
Spalt keine Teilmengen des Primärgases ohne Wärmeaustausch mit den U-Rohren abfliessen
können. Auch an dieser Stelle zeigen sich die Vorteile eines im Gegenstrom betriebenen
Gas-Wärmetauschers, bei dem am kalten Ende tatsächlich nur geringe Temperaturen auftreten
können und die dort zur einwandfreien Abdichtung notwendigen flexiblen Elemente sicher
nicht gefährdet sind. Der wellenförmige Querschnitt der Blechmäntel löst zwei unterschiedliche
Probleme; einerseits werden die Blechmäntel in Umfangsrichtung nachgiebig, so dass
sie sich mit dem Rohrbündel zusammen ausdehnen können; andererseits werden durch diese
Wellen, wenn ihre Teilung der benachbarten Rohrteilung entspricht, vermieden, dass
zwischen . den U-Rohren und den Blechmänteln Kanäle entstehen, in denen das Gas einen
geringeren Strömungswiderstand findet, dementsprechend dort schneller strömt und weniger
abgekühlt wird, so dass am Ende über den Querschnitt unterschiedliche Gastemperaturen
zu erwarten sind.
[0013] Die im 8. Anspruch vorgeschlagene Abstützung soll bei Inspektionen und Reparaturen
den Kaltgassammler und die an ihm befestigten Bauteile tragen, damit der obere Teil
des Heissgassammlers entfernt werden und sein unterer Teil geprüft - werden kann.
Ausserdem kann diese Abstützung als Sicherung gegen Absturz des Wärmetauschers und
als Begrenzung der Schwingungen bei Erdbeben dienen.
[0014] Die Figuren 1 bis 5 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen senkrechten Längsschnitt durch einen
erfindungsgemässen Wärmetauscher für einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor.
Figur 2 zeigt in vergrösserter Darstellung einen waagerechten Teilschnitt A-A durch
Figur 1.
Figur 3 zeigt einen weiteren Teilschnitt B-B durch Figur 1.
Figur 4 zeigt eine Ansicht der Figur 3.
Figur 5 zeigt eine Alternative zu Figur 1.
[0015] In Figur 1 wird das ringsum geschlossene, zylindrische Wärmetauschergehäuse 1 an
seinem oberen Ende durch eine Tragplatte 2 begrenzt, an der ein oberes zentrales Heissgasrohr
3 befestigt ist, das wiederum einen unteren zentralen Heissgassammler 4 trägt. Beide
Teile sind innen durch die Isolierung 5 geschützt. Im unteren konischen Teil des zentralen
Heissgassammlers 4 münden die. heissen Enden der U-Rohre 6, die bei- 7 eingespannt
und mit einer besonderen Halterung 8 vom zentralen Heissgassammler 4 getragen werden.
Ausserdem trägt dieser Sammler 4 eine doppelwandige und im Längsschnitt ebenfalls
U-förmige Trennwand 9, die mit einer Isolierung 10 gefüllt ist. Die U-Rohre 6 bilden
ein ringförmiges Rohrbündel, das sowohl innen als auch aussen zunächst durch einen
konzentrischen, nicht isolierten Blechmantel 11 von U-förmigem Längsschnitt und dann
von zwei konzentrischen, isolierten Blechmänteln 12 und 13 begrenzt ist. Zwischen
diesen Blechmänteln ist ein Spalt vorgesehen, der am kalten Ende durch ein Wellrohr
14 flexibel abgedichtet ist. Die U-Rohre 6 und die doppelwandige Trennwand 9 tragen
an ihrem kalten Ende eine ringförmige Rohrplatte 15, an deren Oberseite ein ebenfalls
ringförmiger Kaltgassammler 16 lösbar befestigt ist. In diesen Sammler 16 münden mehrere,
über den Umfang verteilte schraubenlinienartig gewundene Kaltgasrohre 17, die das
kalte Sekundärgas von aussen zu den U-Rohren 6 leiten. Die Rohrplatte 15 bildet zusammen
mit dem oberen Ende des Gehäuses 1, mit der Tragplatte 2 und mit mindestens zwei konzentrischen
Wellrohren 18 und 19 einen vom darunterliegenden Primärgaskreislauf getrennten Raum
20, der in Figur 1 auch die Rohre 17 umschliesst. Dieser Raum 20 ist bei Betrieb der
Anlage mit dem reinen Medium des Primärgaskreislaufs gefüllt und wird mittels einer
nicht näher dargestellten Regelung oder über einen Druckausgleich auf dem Druck des
Primärgaskreislaufs gehalten. Auf diese Weise wird dieser Raum 20 nicht durch Druckdifferenzen
belastet und kann bei herabgesetztem Druck im Primärgaskreislauf von aussen geöffnet
und zur Inspektion und Reparatur der Sammler 16 und der U-Rohre 6 benutzt werden,
ohne dass der Primärgaskreislauf selbst geöffnet werden müsste. Unterhalb des Heissgassamnilers
4 ist eine isolierende Wand 21 vorgesehen, die an der Halterung 8 befestigt ist und
den Heissgassammler 4 vom Primärgaskreislauf trennt.
[0016] Die Strömungsführung der beiden Wärmetauschermedien sind folgendermassen:
Das heisse Primärgas tritt durch den waagerechten Rohrstutzen 22 in den zentralen,
isolierten Blechmantel 13 ein, wird unterhalb der isolierenden Wand 21 umgelenkt und
fliesst zunächst abwärts und dann aufwärts an den U-Rohren 6 entlang durch einen Raum,
der einerseits durch den Blechmantel 11 und andererseits durch die Trennwand 10 gebildet
wird. Unterhalb der Rohrplatte 15 wird das inzwischen abgekühlte Primärgas nach unten
umgelenkt und fliesst zwischen dem Blechmantel 12 und dem Gehäuse 1 abwärts. Das kalte
Sekundärgas fliesst durch mehrere schraubenlinienartig ineinander gewendelte Rohre
17 in den ringförmigen Sammler 16 und von dort aus durch die in der Rohrplatte 15
befestigten U-Rohre 6 zum Heissgassammler 4 und tritt aus dem oberen Heissgasrohr
3 aus.
[0017] In Figur 2 wird mit denselben Bezeichnungen wie in Figur 1 dargestellt, wie die U-Rohre
6 und zwar mit ihrem kalten Schenkel 6b und dem warmen Schenkel 6a im Querschnitt
angeordnet sind. Bei den hier vorgeschlagenen Gas-Wärmetauschern soll die Primärgastemperatur
mit Rücksicht auf möglichst geringe Wärmespannungen im Querschnitt keine wesentlichen
Differenzen aufweisen. Daher müssen die Strömungswiderstände und damit auch die freien
Querschnitte ausserhalb der U-Rohre im Querschnitt von aussen nach innen gleichbleiben.
Daher hat es sich als zweckmässig erwiesen, die einzelnen U-Rohre mit konstanter Teilung
in evolventenförmig gebogenen senkrechten Flächen anzuordnen. Diese, in Figur 2 aus
jeweils dreizehn U-Rohren 6 bestehenden gebogenen Flächen können in der Werkstatt
vormontiert und dann jeweils als ganze Fläche in den konzentrischen Blechmantel 11
montiert werden. Von innen nach aussen betrachtet, wird die isolierte Blechwand 13,
die als Führung für das eintretende heisse Primärgas dient, mit Abstand von dem inneren
Blechmantel 11a umgeben, der zusammen mit der inneren Trennwand 9a die heissen Schenkel
6a der U-Rohre 6 begrenzt, während die äussere Trennwand 9b zusammen mit dem äusseren
Blechmantel 11 b:die kalten Schenkel 6b der U-Rohre 6 begrenzt. Ausserhalb des Blechmantels
11b ist mit Abstand der isolierte Blechmantel 12 angeordnet, der wiederum mit dem
in Figur 2 nicht dargestellten Gehäuse 1 einen Ringkanal für das abwärts strömende,
abgekühlte Primärgas darstellt. Die Trennwände 9 und Blechmäntel 11 sind in Figur
2 mit einem gewellten Querschnitt dargestellt. Die Vorteile dieses wellenförmigen
Querschnitts wurden bei der Beschreibung des 7. Anspruchs dargestellt. Zwischen den
bereits erwähnten evolventenförmig gebogenen Flächen von U-Rohren 6 sind jeweils waagerechte
Abstandshalter 24 vorgesehen, die bei der Montage in entsprechende Schlitze in Trennwand
9
-und Blechmantel 11 gesteckt und dort gasdicht verschweisst werden.
[0018] In den Figuren 3 und 4 wird dargestellt, wie die heissen Enden der U-Rohre 6 zwischen
der Halterung 8 und der Trennwand 9 befestigt sind. Auf den U-Rohren 6 sind mit kurzem
Abstand übereinander zwei zylindrische Hülsen 30 befestigt, beispielsweise durch Hochtemperatur-Löten.
'Zwischen diese beiden Hülsen 30 werden bei der Montage entsprechende Blechstreifen
31 eingelegt, die evolventenförmig gebogen sind und an beiden Enden abgewinkelt, so
dass sie in eine entsprechende Ausdrehung der Halterung 8 bzw. an der Trennwand 9
passen.
[0019] Figur 5 zeigt als Alternative zu Figur 1 den oberen Teil des Wärmetauschergehäuses
1, das ebenfalls an seinem oberen Ende durch eine Tragplatte 2 begrenzt ist, an der
ein oberes zentrales Heissgasrohr 3 befestigt ist, das wiederum einen unteren zentralen
Heissgassammler 4 trägt. Anstelle der in Figur 1 dargestellten ringförmigen Rohrplatte
15 mit dem darauf verschraubten ringförmigen Kaltgassammler 16 ist hier ein hohlringförmiger
Kaltgassammler-32 vorgesehen, der ähnlich wie in Figur 1 mit mehreren über den Umfang
verteilten Kaltgasrohren 33 von aussen mit Kaltgas versorgt werden kann. Der Kaltgassammler
32 selbst ist während des normalen Betriebes mit einem oder mehreren Deckeln 34 verschlossen,
die innerhalb eines vom Primärgaskreislauf getrennten Raumes 20 angeordnet sind, der
dieselbe Funktion hat wie der entsprechende Raum 20 in Figur 1, aber wesentlich kleiner
ist und nur flexible Elemente 35 von wesentlich geringerem Durchmesser als Anschluss
an die Tragplatte 2 benötigt. Dieser Raum ist bei Betrieb wie in Figur 1 mit einem
Deckel 36 verschlossen und wird über eine nicht näher dargestellte Regelung oder einen
Druckausgleich auf dem Druck des Primärgaskreislaufs gehalten. Teil 37 ist die im
8. Anspruch vorgeschlagene Abstützung für den Kaltgassammler 32 bzw. die Rohrplatte
15 aus Figur 1.
1. Wärmetauscher für Gase von hoher Temperatur, insbesondere für die Übertragung derWärme
eines Hochtemperaturreaktors von einem Primärgaskreislauf auf einen Sekundärgaskreislauf;
das Sekundärgas wird im Gegenstrom zum Primärgas in zahlreichen, parallel geschalteten
und senkrechten U-Rohren (6) geführt; die U-Rohre (6) sind von einem Heissgassammler
(4) getragen, münden am heissen Ende in diesen und am kalten Ende in einen Kaltgassammler
(16); der Heissgassammler (4) ist in.Längsrichtung starr am Gehäuse (1) des Wärmetauschers
befestigt; zwischen den beiden Schenkeln der U-Rohre (6) ist eine Trennwand (9) angeordnet;
dieser Wärmetauscher ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Der Kaltgassammler (16) ist flexibel am Gehäuse (1 befestigt.
b) Die Trennwand (9) dient als tragende; Verbindung zwischen dem feststehenden Heissgassammler
(4) und dem in axialer Richtung, flexibel angeordneten Kaltgassammler (16).
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 für Kernenergieanlagen mit folgenden Merkmalen:
a) An den Kaltgassammler (16) ist ein mit flexiblen Elementen (18 und 19) vom Primärgaskreislauf
getrennter Raum (20) angeschlossen;
b) dieser Raum (20) enthält einen Zugang von aussen durch einen Deckel (36) zum Kaltgassammler
(16).
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit folgendem Merkmal:
a) Die heissen Enden der U-Rohre (6) sind in ihrem oberen, geraden Teil an einer,
am zentralen Heissgassammler (7) angeordneten Halterung (8) eingespannt und führen
von dort jeweils mit einem elastischen Rohrbogen zum Heissgassammler (4).
4. Wärmetauscher nach Anspruch 4 mit folgendem Merkmal:
a) Der zentrale Heissgassammler ist im Bereich der Rohreinmündungen der U-Rohre konisch
gestaltet.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit folgendem Merkmal:
a) Zwischen dem zentralen Heissgassammler für das Sekundärgas und dem Primärgaskreislauf
ist eine isolierende Wand angeordnet.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:
a) Die U-Rohre sind sowohl nach aussen als auch nach innen durch zwei konzentrische
Blechmäntel (11 und 12, bzw. 11 und 13) begrenzt,
b) zwischen diesen beiden Blechmänteln ist ein Spalt vorgesehen,
c) dieser Spalt ist am heissen Ende offen und am kalten Ende durch ein flexibles Element
(14) verschlossen,
d) von diesen beiden Blechmänteln ist der nicht am- Rohrbündel angrenzende Blechmantel
(12 bzw. 13) isoliert.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 2 mit folgendem Merkmal:
a) Die an das Bündel der U-Rohre (6) angrenzenden Trennwände oder Blechmäntel (11)
haben einen wellenförmigen Querschnitt.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 in einem Gehäuse mit folgenden Merkmalen:
a) Unterhalb des Kaltgassammlers (16) ist am Gehäuse (1) eine Abstützung (37) für
diesen Sammler vorgesehen;
b) der obere Teil (3) des Heissgassammlers (4) ist nach oben ausbaubar.
1. A heat-exchanger for gases at high temperature, in particular for the transfer
of the heat of a hightemperature reactor from a primary gas cycle to a secondary gas
cycle; the secondary gas is fed in counter-flow to the primary gas in numerous vertical
U-pipes (6) which are connected in parallel; the U-pipes (6) are supported by a hot-gas
collector (4), and open into this hot-gas collector at the hot end and into a cold-gas
collector (16) at the cold end; the hot-gas collector (4) is rigidly secured to the
housing (1) of the heat exchanger in the longitudinal direction; a partition (9) is
arranged between the two limbs of the U-pipes (6); said heat exchanger is characterized
by the following features:
a) the cold-gas collector (16) is flexibly secured to the housing (1);
b) the partition (9) serves as a supporting connection between the stationary hot
gas collector (4) and the cold-gas collector (16) which is flexibly arranged in the
axial direction.
2. A heat exchanger as claimed in Claim 1 for nuclear power plants having the following
characteristics:
a) a space (20) which is separated from the primary gas cycle by means of flexible
members (18 and 19) and is connected to the cold-gas collector (16);
b) said space (20) contains a channel from the exterior passing through a lid (36)
to the cold gas collector (16).
3. A heat exchanger as claimed in Claim 1 having the following characteristic:
a) the hot ends of the U-pipes (6) are fixed at their upper straight parts to a holder
(8), which is arranged on the central hot-gas collector (7), and from there in each
case lead to the hot-gas collector (4) by means of an elastic pipe bend.
4. A heat exchanger as claimed in Claim 4 having the following characteristic:
a) the central hot-gas collector is conically constructed in the region of the inlet
openings of the U-pipes.
5. A heat exchanger as claimed in Claim 1 having the following characteristic:
a) an insulating wall is arranged between the central hot-gas collector for the secondary
gas and the primary gas cycle.
6. A heat exchanger as claimed in Claim 1 having the following characteristic:
a) the U-pipes are bounded on both the outside and the inside by two concentric sheet-metal
casings (11 and 12, or 11 and 13);
b) a gap is provided between these two sheet-metal casings;
c) said gap is open at the hot end and closed by a flexible member (14) at the cold
end; and ' d) of these two sheet-metal casings the sheet-metal casing (12 or 13) which does not
adjoin the pipe assembly is insulated.
7. A heat exchanger as claimed in Claim 2 having the following characteristic:
a) the partitions or sheet-metal casings (11) which adjoin the assembly of the U-pipes
(6) have an undulating cross-section.
8. A heat exchanger as claimed in Claim 1 in a housing, having the following characteristic:
a) below the cold-gas collector (16), there is arranged on the housing (1), a supporting
means (37) for said collector;
b) the upper part (3) of the hot-gas collector (4) can be extended upwardly.
1. Echangeur de chaleur pour gaz à haute température, notamment pour la transmission
de la chaleur d'un réacteur à haute température d'un circuit de gaz primaire à un
circuit de gaz secondaire; le gaz secondaire passe à contre-courant du gaz primaire
dans un grand nombre de tubes en U (6) verticaux et montés en parallèle; les tubes
en U (6) sont portés par un collecteur de gaz chaud (4), débouchent à l'extrémité
chaude dans celui-ci et à l'extrémité froide dans un collecteur de gaz froid (16);
le collecteur de gaz chaud (4) est fixé dans la direction longitudinale rigidement
à la calandre (1) de l'échangeur de chaleur; entre les deux ailes des tubes en U (6)
est interposée une cloison de séparation (9); cet échangeur est remarquable par les
caractéristiques suivantes:
a) le collecteur de gaz froid (16) est fixé de manière souple à la calandre (1);
b) la cloison de séparation (9) sert de liaison porteuse entre le collecteur de gaz
chaud (4) fixe et le collecteur de gaz froid (16) monté souple suivant la direction
axiale.
2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, pour installations d'énergie nucléaire
ayant les caractéristiques suivantes:
a) au collecteur de gaz froid (16) est raccordée, par des éléments souples (18 et
19), une chambre (20) distincte du circuit de gaz primaire;
b) cette chambre (20) comporte un accès de l'extérieur vers le collecteur de gaz froid
(16) en traversant un couvercle (36).
3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, ayant la caractéristique suivante:
a) les extrémités chaudes des tubes un U (6) sont montées par leur partie rectiligne
supérieures sur une fixation (8) disposée dans le collecteur de gaz chaud (7) central,
et mènent de là, par une courbure de tuyau élastique, au collecteur de gaz chaud (4).
4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, ayant la caractéristique suivante:
a) le collecteur de gaz chaud centrât est conique dans la région des embouchures tubulaires
des tubes en U.
5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, ayant la caractéristique suivante:
a) entre le collecteur de gaz chaud central pour le gaz secondaire et le circuit de
gaz primaire est interposée une paroi isolante.
6. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, ayant les caractéristiques suivantes:
a) les tubes en U sont entourés, aussi bien vers l'extérieur que vers l'intérieur,
de deux enveloppes concentriques en tôle (11 et 12, et 11 et 13);
b) entre ces deux enveloppes de tôle est prévu un intervalle;
c) cet intervalle est ouvert à l'extrémité chaude et est fermé à l'extrémité froide,
par un élément souple (14);
d) l'enveloppe en tôle (12 et 13) qui n'est pas adjacente au faisceau de tube, est
isolée par ces deux, enveloppes de tôle.
7. Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, ayant la caractéristique suivante:
a) les cloisons de séparation ou l'enveloppe de tôle (11) adjacentes au faisceau de
tube en U (6) ont une section droite ondulée.
8. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 dans une calandre ayant les caractéristiques
suivantes:
a) en-dessous du collecteur de gaz froid (16) est prévu, sur la calandre (1), un appui
(37) pour ce collecteur;
b) la partie supérieure (3) du collecteur de gaz chaud (4) peut être démontée par
le haut.