Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heissen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heissen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren, mit einem Druckbehälter, einem Wärmetauschergefäss, in diesem angeordneten Rohrbündeln, einer mit einem Gaseintritt an einem Ende des Wärmetauschermantels verbundenen Heissgasleitung einschliesslich eines Gasführungsrohres, einem Gasaustritt aus dem Wärmetauschergefäss zu einem Umwälzgebläse hin und Zu- und Ableitungen für das aufzuheizende Strömungsmittel, wobei beim Einströmen des Heissgases in den Wärmetauscher eine Umlenkung um im wesentlichen 90° erfolgt.

[0002] Ein solcher Wärmetauscher ist aus Dubbel, «Taschenbuch für den Maschinenbau», 15. Auflage (1983), S. 588 und 601-602 bekannt.

[0003] Die Anmelderin hat in der EP-A2-205 973 [fällt unter Artikel 54(3) EPÜ] einen Wärmetauscher vorgeschlagen, bei dem das Gasführungsrohr der Heissgasleitung seitlich in den Wärmetauschermantel einmündet und dem Gaseintritt im Wärmetauschermantel ein Ringkanal nachgeordnet ist, der nach innen von einem den Gasaustritt zum Umwälzgebläse hin bildenden und zum Druckbehältermantel und zum Wärmetauschermantel achsparallel angeordneten Steigrohr begrenzt wird, bei dem das Gas aus diesem Ringraum in die Rohrbündel eintritt und aus diesen unter Umlenkung um im wesentlichen 180° austritt und über das Steigrohr dem Umwälzgebläse zugeführt wird. Bei der vorgeschlagenen Anordnung strömt das Gas in dem Ringraum zwischen Wärmetauscher, insbesondere Dampferzeugermantel und Druckbehältermantel in Richtung auf die 90°-Umlenkung und wird vorher durch mehrere das obere Ende des Dampferzeugermantels durchdringende Gaskanäle in das Steigrohr eingeleitet und von dort dem Umwälzgebläse zugeführt, wobei das Steigrohr im längs zur Behälterachse verlaufenden Teil der Heissgasumlenkeinrichtung angeordnet ist, die die Umlenkung um 90° bewirkt.

[0004] Bei der bekannten Anordnung und bei der vorgeschlagenen Anordnung sind die Dampferzeugerheizflächen um einen Totraum herum angeordnet.

[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der vorgeschlagenen Art so zu gestalten, dass das aus den Rohrheizflächen austretende Gas auf möglichst einfache Weise der Umwälzpumpe zugeführt wird, insbesondere Gaskanäle vermieden werden, die den Dampferzeugermantel und die seinem oberen Ende zugeordneten Kompensationsrohrbündel durchdringen müssen.

[0006] Diese Aufgabe wird dadurchgelöst, dass das Steigrohr sich von der den Ringkanal aufbauenden Heissgasumlenkeinrichtung bis zu dem Austrittsende der Rohrbündel hin erstreckt.

[0007] Durch diese Anordnung kann das aus den Rohrbündeln austretende Gas in einer mittigen Strömung dem Umwälzgebläse zugeführt werden, ohne dass ein Durchdringen des Wärmetauschers durch Gasführungskanäle erforderlich ist, wie in der EP-A2-205 973 vorgeschlagen. Für die Zufuhr wird der im Zentrum der Rohrbündel vorhandene Totraum benutzt.

[0008] Es ist zweckmässig, wenn das aus den Rohrbündein austretende Gas durch eine Gasführungseinrichtung so umgelenkt wird, dass es entlang der Oberfläche des Wärmetauschermantels in Richtung auf das Eintrittsende der Rohrbündel strömt, dann wiederum umgelenkt wird und längs der Innenwandung des Druckbehältermantels in Richtung auf das Eintrittsende des Steigrohres strömt. Durch Anordnung eines derartigen Umlenkbleches wird die Betriebssicherheit des Wärmetauschers verbessert. Ein aus dem Mantel des Wärmetauschers austretender Heissgasstrahl kann nicht direkt auf die Innenwandung des Dampferzeugers auftreffen, sondern trifft zunächst auf das Strömungsleitblech. Weiterhin sorgt die bevorzugte Strömungsführung dafür, dass der Druckbehälter im Bereich des Wärmetauschers mit einer gleichmässigen Betriebstemperatur beaufschlagt wird. Es wird bevorzugt, dass der Wärmetauscher aufrecht steht.

[0009] Die Erfindung soll nun in einer Ausführungsform anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden. Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Dampferzeuger, wie er zur Erzeugung von Dampf bei gasgekühlten thermischen Reaktoren zum Einsatz kommt.

[0010] In einem Druckbehälter 1 ist ein Wärmetauschergefäss 2 angeordnet. Zur Beaufschlagung des Dampferzeugers wird über eine Koaxialleitung 3 in einem Hochtemperaturreaktor erhitztes Kühlgas, z.B. Helium, herangeführt. Die Koaxialleitung wird von einem innenliegenden Gasführungsrohr 4 und einem aussenliegenden Rohr 5 gebildet, das mit dem Druckbehälter 1 verschweisst ist. Der seitlich herangeführten Koaxialleitung 3, die sich bei aufrecht stehendem Dampferzeuger somit horizontal erstreckt, ist in dem Mantel 6 des Dampferzeugers eine Gaseintrittsöffnung 6a zugeordnet. Zentrisch zum Wärmetauscher 2 und zum Druckbehälter 1 erstreckt sich durch den Wärmetauscher ein Steigrohr 7, das das untere Ende des Wärmetauschers 2 mit dem Einlassende 8 eines nicht weiter dargestellten Umwälzgebläses verbindet. Im Bereich der Einlassöffnung 6a begrenzt der Mantel 6 des Wärmetauschers zusammen mit der Aussenwandung des Steigrohres 7 einen Ringkanal 9, in den über die Gaseintrittsöffnung 6a das Heissgas HG einströmt.

[0011] In dem Wärmetauschermantel 6 sind die von dem Heissgas zu beaufschlagenden Rohrheizflächen 10 um das Steigrohr 7 herum angeordnet. Das untere Ende der Rohrheizflächen 10 ist mit einem Speisewassereintritt 11 verbunden, während ihr oberes Ende mit einem Heissdampfaustritt 12 verbunden ist. Die Verbindungen sind in der Figur schematisch strichpunktiert dargestellt. Durch Kreuzschraffur sind in der Figur Isolierungen 13 dargestellt.

[0012] Mit dem unteren Ende des Steigrohres ist eine Gasumlenkung 14 verbunden, die aus einem Umlenkboden 14a und einem Mantel 14b besteht, der sich in dem Ringraum zwischen Mantel 6 des Wärmetauschers 2 und Innenwandung des Druckbehälters 1 erstreckt. Dem freien Ende des Umlenkmantels ist mit Abstand eine Umlenkhaube 15 zugeordnet, die sowohl mit einem Wärmetauscher 2 als auch mit dem Druckbehälter 1 gasdicht verbunden ist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist der Wärmetauscher vorzugsweise über diese Umlenkhaube 15 in dem Druckbehälter aufgehängt. Das über das Gaseintrittsende 10a in die Rohrbündel 10 eintretende Gas verlässt diese an ihrem Gasaustrittsende 10b und wird durch das Bodenblech in den Ringraum zwischen Wärmetauschermantel 6 und Umlenkmanntel 14 umgelenkt.

[0013] Danach erfolgt eine Umlenkung durch die Umlenkhaube 15, so dass das Gas zwischen der Aussenseite des Mantels 14b und der Innenwandung des Mantels 1 nach unten strömt und von dort in das untere Ende des Steigrohres 7 eintreten kann.

[0014] Sollte der Mantel 6 im Bereich der Heizflächen perforiert werden, trifft der austretende Heissgasstrahl auf den Umlenkmantel 14b und nicht auf den Druckbehälter 1 auf.

Ansprüche

1. Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heissen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren, mit einem Druckbehälter, einem Wärmetauschergefäss, in diesem angeordneten Rohrbündeln, einer mit einem Gaseintritt an einem Ende des Wärmetauschermantels verbundenen Heissgasleitung einschliesslich eines Gasführungsrohres, einem Gasaustritt aus dem Wärmetauschergefäss zu einem Umwälzgebläse hin und Zu- und Ableitungen für das aufzuheizende Strömungsmittel, wobei das Gasführungsrohr der Heissgasleitung seitlich in den Wärmetauschermantel einmündet und dem Gaseintritt im Wärmetauschermantel ein Ringkanal nachgeordnet ist, der nach innen von einem den Gasaustritt zum Umwälzgebläse hin bildenden und zum Druckbehältermantel und zum Wärmetauschermantel achsparallel angeordneten Steigrohr begrenzt wird, das Gas aus dem Ringraum in die Rohrbündel eintritt und unter Umlenkung, vorzugsweise im wesentlichen 180°, austritt und über das Steigrohr dem Umwälzgebläse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (7) sich von dem Ringkanal (9) in Richtung der Rohrbündel (10) bis zu deren Gasaustrittsende (10b) hin erstreckt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus den Rohrbündeln (10) austretende Gas durch eine Gasführungseinrichtung (14; 14a, 14b; 15) so umgelenkt wird, dass es entlang der Oberfläche des Wärmetauschermantels (6) in Richtung auf das Gaseintrittsende (1 Oa) der Rohrbündel (10) strömt, dann wiederum umgelenkt (15) wird und längs der Innenwandung des Druckbehältermantels (1) in Richtung auf das Eintrittsende des Steigrohres (7) strömt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aufrecht steht.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (7) zentrisch zum Wärmetauschergefäss (2) und zum Druckbehälter (1) angeordnet ist.

Claims

1. Heat exchanger for the heat exchange between a hot gas and a flowing medium that is conveyed in tube bundle heat transfer surfaces, especially steam generator for gas-cooled high-temperature reactors, including a pressure tank, a heat echanger vessel, tube bundles arranged in the heat exchanger vessel, a hot gas conduit connected with a gas inlet at one end of the heat exchanger wall and including a gas guiding tube, a gas outlet from the heat exchanger vessel towards a circulation fan, and inlet and outlet conduits for the flowing medium, the gas guiding tube of the hot gas conduit opening into the heat exchanger wall from the side and within the heat exchanger wall an annular chamber being connected to the gas inlet, which chamber is inwardly delimited by a riser tube, which riser tube provides the gas outlet to the circulation fan and is arranged axis parallel to the pressure tank wall and the heat exchanger wall, the gas entering into the tube bundles from the chamber and leaving under deflection, preferably by substantially 180°, and being conveyed via the riser tube to the ciculation fan characterized in that the riser tube (7) extends from the annular chamber (9) towards the tube bundles (10) to the gas outlet end (10b) thereof.

2. Heat exchanger according to Claim 1, characterized in that the gas leaving the tube bundles (10) is deflected by gas guiding means (14; 14a, 14b; 15) in such a mannerthat it flows along the surface of the heat exchanger wall (6) in the direction of the gas inlet end of the tube bundles (10), then is again deflected (15) and flows along the inner surface of the pressure tank wall (1) in the direction of the inlet end of the riser tube (7).

3. Heat exchanger according to Claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger is disposed vertically.

4. Heat exchanger according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the riser tube (7) is centrally disposed with respect to the heat exchanger vessel (2) and the pressure tank (1).

Revendications

1. Echangeur de chaleur pour l'échange thermique entre un gaz chaud et un fluide qu'on fait passer dans les surfaces chauffantes d'un faisceau tubulaire, notamment générateur de vapeur pour réacteurs à haute température refoidis par gaz, comprenant une cuve de pression, une enveloppe d'échangeur de chaleur, das faisceaux tubulaires disposés dans celle-ci, une tubulure de gaz chaud, comportant un tuyau d'amenée de gaz et reliée à une entrée de gaz qui est située à une extrémité de l'enveloppe d'échangeur de chaleur, une sortie de gaz hors de l'enveloppe d'échangeur de chaleur et conduisant à une soufflante de circulation, et des tuyauteries d'introduction et d'évacuation pour le fluide à chauffer, tandis que le tuyau d'amenée de gaz de la tubulure de gaz chaud débouche latéralement dans l'enveloppe d'échangeur de chaleur et une chambre annulaire, qui est située dans l'enveloppe d'échangeur de chaleur en aval de l'entrée de gaz, est délimitée vers l'intérieur par un tuyau de montée qui forme la sortie de gaz vers la soufflante de circulation et dont l'axe est parallèle à celui de l'enveloppe de la cuve de pression et de l'enveloppe d'échangeur de chaleur, et que, à partir de cette chambre annulaire, le gaz entre dans les faisceaux tubulaires et sort en étant dévié, de préférence d'à peu près 180°, pour être envoyé à la soufflante de circulation par le tuyau de montée, caractérisé en ce que le tuyau de montée (7) s'étend de la chambre annulaire (9), suivant la direction des faisceaux tubulaires (10), à l'extrémité de sortie de gaz (10b) de ceux-ci.

2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz sortant des faisceaux tubulaires (10) est dévié par un dispositif de guidage de gaz ( 14; 14a, 14b; 15) de façon telle qu'il s'écoule le long de la surface de l'enveloppe d'échangeur de chaleur (6) en direction de l'extrémité d'entrée de gaz (10a) des faisceaux tubulaires (10), qu'il soit à nouveau dévié (en 15) et qu'il s'écoule le long de la paroi intérieure de l'enveloppe de cuve de pression (1) en direction de l'extrémité d'entrée du tuyau de montée (7).

3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est disposé verticalement.

4. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tuyau de montée (7) est disposé au centre de l'enveloppe d'échangeur de chaleur (2) et de la cuve de pression (1

Zeichnung