DE2600147C2

DE2600147C2 - Wärmeaustauscher für hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE2600147C2
Application number: DE2600147A
Authority: DE
Inventors: Rene Gif-sur-Yvette Gugenberger; Roger Paris Martin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-01-06
Filing date: 1976-01-05
Publication date: 1984-06-14
Also published as: US4044825A; DE2600147A1; FR2296832B1; FR2296832A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für hohe Temperaturen mit einem Stapel von Blöcken aus Graphit, welche einerseits den eigentlichen Körper des Austauschers und andererseits die äußeren Anschlußteile bilden, wobei die Blöcke mit primären und sekundären Kanälen versehen sind und einzelne Blöcke des Auslauschers wenigstens zwei in bezug aufeinander geneigte Oberflächen, die miteinander vereinigt sind, aufweisen, auf denen die primären und sekundären Kanäle münden und wobei die äußeren Blöcke ein Trennteil zur Trennung /wischen primärem und sekundärem Strömungsmittel aufweisen.

Ein solcher Wärmeaustauscher isl aus der GB-PS 78 868 bekannt.

Dieser Wärmeaustauscher weist Blöcke auf, die im Innern des Stapels geneigte Oberflächen aufweisen. Die Stapelenden weisen plane Oberflächen auf. In diesen Oberflächen münden auf konzentrischen Kreisen die sekundären und primären Kanäle, durch Dichtungsringe voneinander getrennt In Sammelkanälen zwischen den durch die Dichtungsringe voneinander getrennten Kreisen werden die Strömungsmittel, die in die primären bzw. sekundären Kanäle eintreten bzw. aus diesen ίο austreten, zusammengefaßt und in voneinander getrennte Sammelräume in Aufsatzkappen geleitet Diese Sammeltechnik ist konstruktiv sehr aufwendig und raumverbrauchend.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so auszubilden, .daß er auf einem verhältnismäßig begrenzten Raum untergebracht werden kann und insbesondere seine Strömungsmittelzu- und -abführungsleitungen kompakter geführt werden können. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Durch die auf der Trennlinie der geneigten Oberflächen angeordneten Trennteile wird ohne zusätzliche Maßnahmen bei geringem Raumaufwand kompakt das primäre von dem sekundären Strömungsmittel getrennt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kanäle in Schichten oder geradlinigen Reihen angeordnet sind, wobei jede dieser Schichten entweder vom primären Strömungsmittel oder vom sekundären Strömungsmittel durchströmt wird, und zwar gemäß einer alternativen bzw. abwechselnden Verteilung der Schichten. Hierdurch kann man eine gute Besetzung des Gesamtvolumens von Graphit durch Anordnung der Kanäle in parallelen Schichten bzw. Reihen erhalten, die parallel mit der größeren Dimension des Austauschers in den Blöcken des Körpers sind, während sie geneigt bezüglich dieser letzteren in den äußeren Blöcken verlaufen. Insbesondere kann der Wärmeaustauscher in Weiterbildung der Erfindung so ausgebildet sein, daß der Körper des Austauschers die Form eines aufrechten Zylinders mit kreisförmiger Basis hat, wobei die genannten Oberflächen Teile von Kegeln sind, die in der Weise angeordnet sind, daß ihre fiktiven Spitzen beiderseits der Ebene ihrer Vereinigungs- bzw. Schnittlinie liegen. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie die Zuführung und die Abführung des primären und des sekundären Slrömungsmittels durch zum Körper koaxiale Leitungen gestattet, wodurch der Austauscher besonders vorteilhaft in Hochtemperaturreaktoren anwendbar ist.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele, einschließlich eines Anwendungsbeispiels des Austauschers in einem Hochtemperaturreaktor an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch in einer teilweisen Schnittansicht eine perspektivische Ansicht eines Austauschers von zylindrischer Form mit kreisförmiger Basis, der mit koaxialen Sammelleitungen zur Strömungsmittelzu- und -abführung versehen ist;

Fig. 2 eine teilweise Ansicht der äußeren Blöcke eib5 ncs zylindrischen Austauschers mit kreisförmiger Basis; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Austauschers von Quader- bzw. Parallelepipedform; und

Fig. 4 den Austauscher der F i g. 1 in einem Hoch-

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temperaturreaktor.

Der Körper A des Austauschers besteht aus zylindrischen Blöcken mit kreisförmiger Basis, wie beispielsweise dem Block 2, in denen eine große An7ahl von Kanälen 4 gebohrt sind. Solche Blöcke 2 sind aufeinander gestapelt und sind mit Keilen bzw. Verriegelungsstükken 6 zentriert, so daß die Kontinuität jedes der Kanäle 4 bei ihrem Verlauf von einem Block zum folgenden sichergestellt wird. An den beiden äußeren Enden des Austauschers sind als EndteUe Anschlußieile B und C vorgesehen, wobei das Anschlußteil B einen äußeren Block 8 und ein Trennteil 12 aufweist, während das Anschlußteil Ceinen äußeren Block iO und ein Trennteil 14 besitzt. Diese Trennteile 12 und 14 überragen jeweils die Blöcke 8 und 10 in der Weise, daß sie mit Ringen 16 und 18, welche die gleiche Achse haben, koaxiale Sammelleitungen 20,22 und 24,26 zur Zuführung und zur Abführung jedes der Strömungsmittel begrenzen.

Die äußeren Blöcke 8 und 10, die mit ihrer Basis an die am weitesten nach außen gelegenen Blöcke 2' und 2" des Körpers A des Austauschers angepaßt sind, weisen jeder zwei Oberflächen auf 28, 30 und 32, 34, wobei diese Oberflächen in bezug aufeinander geneigt sind und längs der Trennlinien 36 und 38 aneinanderstoßen. Die Oberflächen 28 und 30 des Blocks 8 sind aufgrund der zylindrischen Form und der kreisförmigen Basis der Blöcke 2 des Körpers A des Austauschers Kegelteile, deren scheinbare Spitzen beiderseits der Ebene der Trennlinie 36 liegen, welche ihrerseits die Stelle repräsentieren, an der sie sich schneiden: das gleiche gilt für die Oberflächen 32 und 34 des Blocks 10.

Jeder der Kanäle 4, der die Blöcke, wie beispielsweise den Block 2, des Körpers A des Austauschers durchquert, setzt sich in die Blöcke 8 und 10 fort, und mündet auf den Oberflächen der Blöcke 8 und 10. Die Kanäle 4 verlaufen geradlinig durch die Blöcke 2, parallel zur Achse 2 des Austauschers.

Die Kanäle 4 sind in Schichten vorgesehen, die alternativ bzw. abwechselnd von primärem oder sekundärem Strömungsmittel durchströmt werden. Zwei Schichten 44 und 46, die jeweils von primärem und sekundärem Strömungsmittel durchströmt werden, sind in den Schnittebenen der F i g. 1 dargestellt. Man sieht, daß die Kanäle für das primäre Strömungsmittel der Schicht 44 auf der äußeren Oberfläche 30 des Blocks 8 beginnen und auf der inneren Oberfläche 32 des Blocks 10 enden; hingegen haben die Kanäle der Schicht 46, für das sekundäre Strömungsmittel ihren Ursprung auf der äußeren Oberfläche 34 des Blocks 10 und ihr Ende auf der inneren Oberfläche 28 des Blocks 8.

Es ist möglich, die Versorgung einer Gruppe von Schichten mit primärem oder sekundärem Strömungsmittel durch alle beiden inneren und äußeren Oberflächen auf jedem der Blöcke 8 und 10, beispielsweise durch die Oberflächen 28 und 32, vorzunehmen, oder durch die inneren Oberflächen auf den Blöcken 8 oder 10 und die äußeren Oberflächen auf den anderen Blökken, beispielsweise die Oberflächen 30 und 34.

Auch können die Blöcke 2, 2', 2" oder die Anschlußteile durch eine bestimmte Anzahl von Sektoren gebildet sein, beispielsweise von den Sektoren 48, die durch Keile, bzw. Verriegelungsstücke verbunden sind.

Außerdem ist es zum Zwecke der Erleichterung des Zusammenfügens möglich, bei den Endteilen die Kanäle, die in bezug auf die Achse 42 geneigt sein müssen, in einer vorbestimmten Anzahl in einer einzigen öffnung zu vereinigen, so wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wo die Kanäle 4 in den Schlitzen 50, bzw. öffnungen, der äußeren Oberfläche 30 enden.

Auch ist es vorteilhaft, die Fläche des Kanalaustritts auf der inneren Oberfläche 28 zu vergrößern, indem man zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sektoren 48 die Oberfläche aushöhlt

In F i g. 2 ist der oberste Block 8, der aus mehreren Sektoren 48 zusammengesetzt ist. vergrößert dargestellt Man erkennt daß in jedem Sektor 48 Kanäle in parallelen Schichten 44,46 zur Synimetrieebene vorgesehen sind.

Die Kanäle, welche von primärem Strömungsmittel durchsetzt werden, sind in einem einzigen Schlitz im Inneren des Blocks 8 vereinigt welcher auf der Oberfläche 30 durch öffnungen 50 beginnt.

Die Kanäle für das sekundäre Strömungsmittel sind zwischen zwei Schichten 44 angeordnet und münden einzeln auf der Oberfläche 28 der Sektoren 48 oder auf einer der Flächen der Hohlräume 70, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sektoren 48 vorgesehen sind.

Die Wirkungsweise des unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 erläuterten Wärmeaustauschers, durch welchen die primären und sekundären Strömungsmittel im Gegenstrom verlaufen, ist wie folgt:

Das primäre Strömungsmittel tritt durch die Sammelleitung 22 in den Austauscher und wird über die Schlitze 50 in der Oberfläche 30 des Blockes 8 in die Kanäle 8 geleitet Nach der Durchquerung des Austauschers gelangt das primäre Strömungsmittel in die Sammelleitung 24.

Das sekundäre Strömungsmittel wird über die Oberflächen 34 des Blockes 10 verteilt, und über die Oberfläche 28 des Blockes 8 gesammelt.

Das primäre und das sekundäre Strömungsmittel werden durch die Ringe 12 und 14 getrennt.

In F i g. 3 ist schematisch eine andere Ausführungsform des Austauschers dargestellt, bei welcher der Körper des Austauschers quaderförmig ist, wobei jeder der Endblöcke zwei rechteckige, geneigte Wände 54,56 besitzt. Die Anordnung der Kanäle im Inneren der verschiedenen Blöcke des Körpers und der endseitigen Anschlußteile folgt einer analogen Konzeption, wie sie vorstehend für den zylindrischen Austauscher beschrieben worden ist.

In Fig.4 ist eine Anwendung eines Wärmeaustauschers gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in einem Hochtemperaturreaktor veranschaulicht.

In der F i g. 4 erkennt man den Kern 74 des Reaktors, der im Inneren eines Betontanks 76 angeordnet ist, und mit dem Austauscher 60 über Sammelleitungen 26 und 20 verbunden ist, durch die das dem Kühlmittel des Reaktors, das primäre Strömungsmittel strömt.

Durch die Sammelleitungen 22 und 24, welche die Wand des Betontanks 76 jeweils durch die Öffnungen 62 und 64 durchsetzen, strömt das sekundäre Strömungsmittel.

Die Kanäle für das primäre Strömungsmittel beginnen, bzw. enden auf den Oberflächen 34 und 28 der AnschluOteile C und B, während die Kanäle für das sekundäre Strömungsmittel auf den Oberflächen 30 und 32 der Anschlußteile B und Cbeginnen und enden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

26 OO Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher für hohe Temperaturen mit einem Stapel von Blöcken aus Graphit welche einerseits den eigentlichen Körper des Austauschers und andererseits die äußeren Anschlußteile bilden, wobei die Blöcke mit primären und sekundären Kanälen versehen sind und einzelne Blöcke des Austauschers wenigstens zwei in bezug aufeinander geneigte Oberflächen, die miteinander vereinigt sind, aufweisen, auf denen die primären und sekundären Kanäle münden und wobei die äußeren Blöcke ein Trennteil zur Trennung zwischen primärem und sekundärem Strömungsmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß nur die äußeren Blöcke (8, IC) geneigte Oberflächen (28, 30; 32, 34; 54,56) aufweisen und das Trennteil (12,14) auf der Trennlinie (36, 38) der geneigten Oberflächen angeordnet ist, um so zwei koaxiale oder parallelaxiale Sammelleitungen (20,22; 24,26) zu bilden.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4) in Schichten (44, 46) angeordnet sind, wobei jede dieser Schichten (44, 46) entweder vom primärem Strömungsmittel oder vom sekundären Strömungsmittel durchströmt wird, und zwar in einer alternierenden Verteilung.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (A) des Austauschers die Form eines Quaders oder Parallelepipeds hat, und die geneigten Oberflächen (54,56) der Anschlußteile (B, C) rechteckig find.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (A) des Austauschers die Form eines aufrechten Zylinders hat, und die geneigten Oberflächen (28, 30; 32, 34) der Anschlußteile (B, C)Teile von Kegeln sind, die in der Weise angeordnet sind, daß ihre fiktiven Spitzen beiderseits der Ebene ihrer Schnittlinie (36) liegen.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4), auf den geneigten Oberflächen in einen einzigen Schlitz (50,52) münden.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (28), die von dem Teil des Kegels gebildet wird, dessen fiktive Spitze unterhalb der Ebene der genannten Schnittlinie (36) liegt, Hohlräume (70) aufweist, die in der Nähe der Vereinigung von zwei aufeinanderfolgenden Sektoren (48) vorgesehen sind.