[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.
Aufl. (1983), S. 588 und 601-602 bekannt.
[0003] Die Anmelderin hat mit ihrer Patentanmeldung 35 19 038 vom 28.05.1985 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
0-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 dadurch gelöst, 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. Für die Zufuhr wird der im Zentrum der Rohrbündel
vorhandene Totraum benutzt.
[0008] Es ist zweckmäßig, wenn das aus den Rohrbündeln 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 Steigrohrs
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 Fig. zeigt einen Schnitt durch einen Dampferzeuger, wie er zur
Erzeugung von Dampf bei gasgekühiten 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 einer nicht weiter dargestellten Umwälzgbllise
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 Fig. schematisch strichpunktiert dargestellt.
Durch Kreuzschraffur sind in der Fig. Isolierungen 13 dargestellt.
[0012] Mit dem unteren Ende des Steigrohrs 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 dem Wärmetauscher 2 als auch mit dem Druckbehälter 1 gasdicht verbunden ist. Wie
aus der Fig. 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 Umlenkmantel 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.
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
achsparalle angeordneten Steigrohr begrenzt wird, das Gas aus diesem 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
Gas-eintrittsende (10a) der Rohrbündel (10) strömt, dann wiederum umgelenkt (15) wird
und längs der Innenwandung des Druckbehältermantels (1) in Richtung auf das Eintrittsende
des Steigrohrs (7) strömt.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, d a-durch 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.
