DE2133410A1

DE2133410A1 - Waermeaustauscher fuer einen Reaktor

Info

Publication number: DE2133410A1
Application number: DE19712133410
Authority: DE
Inventors: Jean Tellequin
Original assignee: Babcock Atlantique SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1970-07-06
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1972-01-20
Also published as: FR2096841B1; DE2133410C3; FR2096841A1; IT939006B; GB1283010A; DE2133410B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für einen Reaktor mit Natriumkühlung, der mit schnellen Neutronen arbeitet.

Im allgemeinen werden derartige Reaktoren mittels zweier Arten von Wärmeaustauschern gekühlt, die in Reihe arbeiten.

Es ist auch bekannt, zwischengeschaltete Wärmeaustauscher, in denen die Wärme eines durch die Brennstoffelemente des Reaktors erwärmten primären Natriumkreislaufs auf einen nicht radioaktiven sekundären Natriumkreislauf übertragen

109884/1202

-2-

-2- 2133A10

wird, und Dampferzeuger vorzusehen, in denen die von dem sekundären Natriumkreislauf transportierte Wärme auf einen Wasserkreislauf bzw. dessen Dampf übertragen wird, der in einem Turbogenerator zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf zwischengeschaltete Wärmeaustauscher zur Wärmeübertragung zwischen Natrium und Natrium, und insbesondere auf Wärmeaustauscher, die in dem Gehäuse des Reaktors eingebaut sind.

Die bekannten zwischengeschalteten Wärmeaustauscher weisen im allgemeinen Rohrböden mit geraden Rohren auf, die mit diesen Platten bzw. Rohrböden verschweißt sind. Diese Wärmeaustauscher verlaufen im allgemeinen zylindrisch bzw. sind sie zylindrisch längs einer senkrechten Achse angeordnet und sie bringen verschiedene Nachteile mit sich, die nachfolgend kurz geschildert werden.

Zunächst ist die Verwendung eines Ringes oder einer halbmondförmigen Anordnung zwischen dem ersten äußeren Hauptgehäuse und dem zweiten inneren Gehäuse, das den Reaktor aufnimmt, insbesondere im Hinblick auf den Platzbedarf nicht zufriedenstellend, dem erhebliche Bedeutung zukommt. Außerdem werden Rohre mit einem geringen Durchmesser gewählt, um die Abmessungen der Wärmeaustauscher zu verringern.

Die abschließenden Rohrböden sind gegenüber extremen Thermoschocks nur wenig widerstandsfähig, die bei Natrium häufig auftreten, dessen thermische Leitfähigkeit hervorragend und dessen spezifische Wärme relativ gering ist.

-3-109884/1202

Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei einer unsymmetrischen Versorgung oder Wärmebeaufschlagung der geraden Rohre, die zwischen den Rohrböden gehalten bzw. eingespannt sind und damit erheblichen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt werden. Außerdem müssen bei den bekannten Anordnungen, was die Dichtheit der Abschlußplatte oder des Gehäuses des Wärmeaustauschers betrifft, Dehnungskompensatoren vorgesehen werden, die hinsichtlich ihres Aufbaus schwach und durch die hydraulisdi en Verbindungen bzw. Abdichtungen störungsanfällig sind.

Die Schwierigkeiten werden noch erhöht, wenn es darum geht, ein defektes Rohr (Leckage) festzustellen und dieses auszubessern, da hierzu der Wärmeaustauscher aus dem Hauptgehäuse herausgezogen werden muß.

Dabei müssen erhebliche Schutzvorkehrungen hinsichtlich der radioaktiven Verseuchung der Umgebung getroffen werden und es ist offensichtlich, daß solche Arbeitsvorgänge zwangsläufig langwierig, kostspielig*durchzuführen sind.

Schließlich ist es bei einer solchen Anordnung der Bauelemente sehr schwierig, das Hauptgehäuse isotherm mit der Temperatur des kalten Natriums zu halten. In dem Ringraum zwischen dem ersten äußeren Hauptgehäuse und dem zweiten innenliegenden Gehäuse erhält man zwei Temperaturzonen, die im unteren Teil kalt und im oberen Teil warm sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der beschriebenen Art so auszubilden, daß die oben angeführten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Wärmeaustauscher für einen Reaktor mit Natriumkühlung,

*und schwierig _. _

10988W1202

der mit schnellen Neutronen arbeitet und mit einem ersten außenliegenden Hauptgehäuse sowie einem in diesem angeordneten zweiten Gehäuse versehen ist, in dem der Reaktor eingetaucht bzw. eingesetzt ist und das radiale Erweiterungen aufweist, in denen die Wärmeaustauschelemente angeordnet sind, im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Wärmeaustauschelemente als gleiche plattenförmige Rohrkörper bzw. als aus Rohren bestehende Platten ausgebildet sind, die parallel in diesen Erweiterungen angeordnet bzw.in Schlangenlinien gelegt sind.

Ein erster Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist, daß diese plattenförmigen Rohrkörper vorteilhafterweise serienmäßig hergestellt werden können und das gesamte Volumen der jeweils durch die Erweiterungen geULdeten Räume praktisch vollständig ausgefüllt werden kann, wodurch der Platzbedarf der Anlage verringert wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Innenwand des Hauptgehäuses von Zuleitungsrohren für den zweiten, kalten Natriumkreislauf bedeckt, so daß eine kalte Wand ausgebildet wird, durch welche die Temperatur des Hauptgehäuses konstant gehalten werden kann.

Ein weiterer Vorteil der «rfindungsgemäßen Anordnung ist, daß man eine hohe Widerstandsfestigkeit gegenüber Thermoschocks erhält, insbesondere dadurch, daß die verwendeten Rohre eine gleichmäßige Dicke haben können.

Weiterhin können nach der Erfindung die die Platten bildenden Rohre einen größeren Durchmesser haben als die bei den bekannten Anlagen verwendeten, wodurch sie weniger bruchgefährdet sind, während eine freie Dehnung dieser Rohre dadurch gewährleistet wird, daß die Wärmeaustauschplatten

-5-109884/1202

durch Rohre gebildet sind, die In biegsamen Schlangenlinien gestaltet sind.

Weiterhin ergibt sich nach der Erfindung» daß jegliche Einrichtungen für die Dehnungskompensation quer zur Verschlußplatte entfallen, wodurch eine starre Verbindung möglich ist, welche besonders einfach und praktisch auszuführen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung bringt im übrigen auch einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der einfachen Feststellung von Leckagen bzw. undichten Rohren mit sich, die schnell ausgebessert werden können, ohne daß man mit radioaktiv verseuchten Bauteilen umgehen muß.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 in einer Draufsicht schematisch die Anordnung von Wärmeaustauschern für einen Reaktor mit schnellen Neutronen und Natriumkühlung nach dem Stand der Technik darstellt, wobei die Verschlußplatte abgenommen ist.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie II - II in Fig. 1

Fig. 3 zeigt schematisch in einer Draufsicht die Anordnung von Wärmeaustauschern nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie IV - IV in Fig. 3.

-6-109884/1202

Fig. 5 zeigt gleichfalls in einer Draufsicht eine Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Die Fig. 1 und 2, die sich auf den Stand der Technik beziehen, zeigen als wesentliche Elemente eines Wärmeaustauschers für einen Reaktor ein erstes außenliegendes, zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 10, das als Hauptgehäuse bezeichnet wird, und ein zweites, innenliegendes Gehäuse 11, das in dem Hauptgehäuse 10 liegt und in dem ein allgemein mit 12 bezeichneter Reaktor angeordnet ist, der in Natrium eingetaucht ist, das nachfolgend als primäres Natrium Na bezeichnet wird.

Das Innengehäuse 11 weist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, Erweiterungen 13 auf (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier), in denen jeweils zwei Wärmeaustauscher 14 und 15 für die Wärmeübertragung zwischen dem primären Natrium und radioaktiv nicht verseuchtem Natrium angeordnet sind, das nachfolgend als sekundäres Natrium bezeichnet wird. An diesen Wärmeaustauschern ist bei 16 zwischen den beiden Gehäusen 10, 11 eine Abdichtung vorgesehen.

Das primäre Natrium wird nach Durchlaufen der Wärmeaustauscher 14 und 15 durch Pumpen 17 umgewälzt und strömt dabei längs der durch die Pfeile F, F¹, F^fl gekennzeichneten Bahn, wobei es das Gehäuse 11 des Reaktors verläßt.

Die Wärmeaustauscher 14, 15 weisen im allgemeinen Rohrböden und gerade Rohre auf, was zu den oben angegebenen Nachteilen führt. Eine Verschlußplatte 18 schließt das äußere Hauptgehäuse 10 ab.

-7-109884/1202

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine AusfUhrungsform nach der Erfindung, wobei mit 20 ein erstes äußeres Hauptgehäuse und mit 21 ein innenliegendes Gehäuse bezeichnet ist, in dem - wie bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform der Reaktor 22 angeordnet ist.

Das Innengehäuse 21, das das erwärmte primäre Natrium enthält, ist mit vier radialen Erweiterungen 24 bis 27 versehen, die in gleichmäßigen Abständen ausgebildet sind. Diese Erweiterungen umgrenzen Jeweils ein Wärmeaustauschvolumen, in dem mehrere Wärmeaustauschplatten P, P1, P2 parallel angeordnet sind, die vorteilhafterweise so ausgebildet sind, daß sie serienmäßig hergestellt werden können. Jede dieser Platten wird durch eine Vielzahl rohrförmiger Elemente gebildet, die einen Einlaß 29 zum Einleiten des sekundären Natriums und einen Auslaß 30 aufweisen, zwischen denen sie auf- einem Abschnitt in Serpentinen bzw. Schlangenlinien 31 gelegt sind, die sich in einer senkrechten Ebene erstrecken.

Die verwendeten Rohre haben eine gleichmäßige und relativ geringe Dicke, jedoch haben sie in jedem Falle eine größere Dicke als die der oben beschriebenen bekannten Wärmeaustauscher. Sie sind deshalb weniger bruchgefährdet und vor allem können sie sich aufgrund der Ausgestaltung in Schlangenlinien frei ausdehnen.

Zwischen der Innenwand des Hauptgehäuses 20 und den den Erweiterungen 24 bis 27 gegenüberliegenden Wänden sind Zwischenräume E bis E3 ausgebildet, in denen geradlinige Abschnitte 32 der Zuleitungsrohre mit sekundärem Natrium für die verschiedenerjWärmeaustauschplatten verlaufen. In gleich vorteilhafter Weise sind die Innenwände des Hauptgehäuses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erweiterungen mit Rohrbündeln 35 bedeckt, durch welche gleichfalls das

109884/1202 -8-

kalte sekundäre Natrium strömt.

Bei einer solchen Anordnung bilden die Zuleitungsrohre, durch welche das kalt ankommende sekundäre Natrium strömt, eine "Kältemauer", durch welche die Temperatur des Hauptgehäuses konstant gehalten werden kann.

Im Hinblick auf die Zirkulation des primären Natriums in Richtung auf die Erweiterungen, welche die Wärmeaustauschplatten P, P1, P2 ... Pn enthalten, weist das Innengehäuse an seinem freien oberen Rand Durchlässe 36 bis 39 auf, die beispielsweise jeweils die gesamte Breite der Erweiterungen einnehmen. Die Wärmeaustauschplatten lassen sich gut in den im Innern dieseiJErweiterungen vorhandenen Raum einsetzen bzw. fügen sich gut in diesen Raum ein. Die auf diese Weise ausgebildete Anordnung wird durch eine Platte 40 abgeschlossen, durch welche die Zuleitungs- und Ableitungsrohre der Wärmeaustauschplatten einzeln geführt sind, wodurch Undichtigkeiten festgestellt und gegebenenfalls notwendige Ausbesserungsarbeiten von außen durchgeführt werden können, ohne daß ein Element herausgenommen werden muß und mehrere radioaktiv verseuchte Elemente gehandhabt werden müssen.

Dadurch, daß die die Wärmeaustauschplatten bildenden Rohre biegsam sind, können sie sich frei ausdehnen, so daß eine starre Verbindung der Zuleitungs- und Ableitungsrohre mit der Platte 40 möglich ist, ohne daß irgendeine Einrichtung für die Dehnungskompensation vorgesehen zu werden braucht, da die Wärmeaustauschplatten in dem Hauptgehäuse "aufgehängt" sind.

Bei (fern beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Wärmeaustauschplatten Pj, P1, ... Pn in zu einer Radialebene

-9-

109884/1202

des Innengehäuses parallelen Ebenen angeordnet, jedoch können diese plattenförmigen Rohrkörper auch, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung in konzentrischen Reihen parallel angeordnet werden.

-10-

1 0988A/ 1 202

Claims

Patentansprüche

1 J Wärmeaustauscher für einen Reaktor mit Natriumkühlung, der mit schnellen Neutronen arbeitet, mit einem ersten Hauptgehäuse und einem in diesem angeordneten zweiten Gehäuse, in dem der Reaktor eingesetzt ist und das raidale Erweiterungen für die Wärmeaustauschelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente als gleiche plattenförmige Rohrkörper (P, P1 ... Pn) ausgebildet sind, die parallel in diesen Erweiterungen (24 bis 27) angeordnet sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innenliegende Gehäuse (21) radiale Erweiterungen (24 bis 27) zur Aufnahme jeweils einer Anzahl von plattenförmigen Rohrkörpern (P, P1 ... Pn) aufweist, die parallel zu einer Radialebene des Gehäuses angeordnet sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Rohrkörper (P, P1 ... Pn) in Umfangsrichtung in konzentrischen Reihen angeordnet sind.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungen (24 bis 27) in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind und ein Zwischenraum oder Kanal (E bis E3) zwischen dem Hauptgehäuse (20) und dem Endabschnitt jeder Erweiterung ausgebildet ist, durch den Zuleitungsrohre (32) für das kalt ankommende sekundäre Natrium geführt sind.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Hauptgehäuses (20) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erweiterungen (24 bis 27) mit Rohren

-11-109884/1202

(35) bedeckt ist, welche von dem kalten sekundären Natrium durchströmt sind, so daß die Zuleitungsrohre für das sekundäre Natrium eine durchgehende Kältewand längs der Innenwand des Hauptgehäuses bilden.
6. Wärmeaustausch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der die plattenförmigen Rohrkörper (P, P1 ... Pn) bildenden Rohre in Serpentinen oder Schlangenlinien (31) gelegt sind.
7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsrohre (35) mit sekundärem Natrium, die zwischen den Erweiterungen (24.bis 27) längs der Innenwand des Hauptgehäuses (20) verlaufen, in Schlangenlinien gelegt sind.
8. Wärmeaustausch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungs- und Ableitungsrohre einzeln durch eine Verschlußplatte (40) geführt sind, mit der sie starr verbunden sind.

1 09884/1202