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Hülle für Brennstoffelemente für Kernreaktoren
Die Erfindung betrifft eine Hülle für Brennstoffelemente für Kernreaktoren, u. zw. im besonderen eine
Weiterentwicklung der im Stammpatent Nr. 215562 beschriebenen, die an ihrem zylindrischen Körper mit gewinkelten Kühlrippen (Kühllamellen) versehen ist und bei der die Kühlrippen an dem Hüllenkörper ab- wechselnd in zwei unterschiedlichen Serien von Schraubenlinienabschnitten angeordnet sind, die innerhalb einer Serie parallel zueinander, in den jeweils benachbarten Serien jedoch mit entgegengesetzter Neigung verlaufen.
Die gewinkelte Anordnung der Rippen bei der oben geschilderten Hülle hat den Zweck, die Wärme- übertragung zwischen einer im Inneren der Hülle angeordneten Wärmequelle und einem aussen um die Hülle strömenden Medium zu verbessern, so dass die Differenz zwischen der Temperatur der Hülle und dem Met. hum möglichst klein ist.
Ganz allgemein ergibt die Ausgestaltung und Anordnung der Rippen gemäss dem Stammpatent einen sehr wirksamen Wärmeaustausch zwischen einem flüssigen oder gasförmigen Medium und einem festen Körper.
Im Stammpatent sind nun im wesentlichen Rippenanordnungen beschrieben und dargestellt, bei denen die Grenzep zwischen einander benachbarten Serien von parallel zueinander liegenden Rippen in Längsrichtung der Hülle verlaufen und die Winkelhalbierungsebenen der von zwei einander gegenüber in benachbarten Serien liegenden Rippen eingeschlossenen Winkel ebenfalls parallel zur Achse der Hülle gerichtet sind.
Die gegeneinander geneigten und dadurch die Winkel bildenden Rippen können an den Winkelscheiteln zusammenhängen ; es können aber auch zwischen den benachbarten Serien von Rippen Durchlässe vorhanden sein, wenn die Rippen an den Scheiteln der Winkel, bei denen der Übergang zu einer benachbarten Serie liegt, unterbrochen sind.
Der Vorteil einer derartigen Rippenanordnung liegt darin, dass sich eine turbulente Strömung im Bereich der Rippen bzw. der Hüllenoberfläche ausbildet, die durch an zahlreichen Stellen auftretende, den Charakter von Querströmungen aufweisende Bewegungen des flüssigen oder gasförmigen Mediums eine innige Durchmischung der gesamten Masse dieses Mediums bewirkt und trotzdem unerwünschten Druckverlust sowie eine Rotationsbewegung des Mediums um die Achse der Hülle vermeidet, wie sie sich bei schraubenlinienförmig angeordneten Rippen ergeben würde, die jeweils im gleichen Richtungssinn verlaufen.
Es wurde nun gefunden, dass die gleiche Wirkung erzielt werden kann, wenn gemäss der vorliegenden Zusatzerfindung die Winkelhalbierungsebenen der von je zwei Rippen eingeschlossenen Winkel im wesentlichen quer zur Achse der Hülle und die Grenzen zwischen einander benachbarten Serien von Rippen ebenfalls quer zur Achse der Hülle liegen.
Die von Rippen freien Durchlässe liegen dann ebenfalls in Umfangsrichtung, also quer zur Längsachse des Hüllenkörpers, und können gerade, gebogene oder auch gebrochene Kanäle bilden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können die Rippen in der gleichen, sich quer zur Längsachse der
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matische Abwicklung der zylindrischen Hülle in eine Ebene, in der die Rippen der Fig. l als Striche dargestellt sind ; Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform gemäss der Erfindung, bei der die Ebenen, welche die von den Rippen einer bestimmten Serie eingeschlossenen Winkel halbie-
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Striche veranschaulicht sind und Fig. 5 - 9 Abwicklungen der zylindrischen Hüllenfläche, die unterschied- liche Möglichkeiten für die Anordnung der wiederum nur durch Striche veranschaulichten Rippen zeigen.
In allen Abwicklungsdarstellungen der Fig. 2 und 4 - 9 stellen die Linien a b c d e, längs derer die Mantelfläche der Hülle aufgeschnitten ist, Erzeugende der zylindrischen Mantelfläche dar.
Die Fig. 1 und 2 lassen erkennen, dass der Hüllenkörper 1 mit Rippenserien 2 und 3 versehen ist ; die
Trennlinien zwischen diesen Serien, wie die in dem rippenfreien Durchlass liegende Trennlinie 4 zwi- schen den Serien 2 und 3, verlaufen quer zur Richtung der Hüllenachse. Die Rippen 5 bzw. 6 liegen inner- halb jeder Rippenserie parallel zueinander und sind längs Schraubenlinien gekrümmt ; die Schraubenli- ! ntenabschnitte der Rippen unterschiedlicher Serien sind abwechselnd nach rechts und nach links geneigt.
Jeweils zwei mit ihren Enden einander gegenüberliegende Rippen 5, 5'zweier benachbarter Rippenserien schliessen miteinander einen Winkel ein. Die diesen Rippenwinkel halbierende Ebene verläuft quer zur Hüllenachse und liegt im wesentlichen in der Trennlinie 4 zwischen den betreffenden Rippenserien. Die jeweils diese Winkel bildenden Rippenabschnitte sind nicht miteinander verbunden und begrenzen mit ihren stirnseitigen Enden quer zur Hüllenachse liegende Durchlässe in sämtlichen Trennlinien 4.
Die Ausführungsform gemäss den Fig. 3 und 4 zeigt ebenfalls in Längsrichtung der Hülle aufeinander- folgende Serien 2,3 von Rippen ; die Trennlinien 4 zwischen diesen Serien verlaufen ebenfalls quer zur HUllenlängsachse. Jede Rippenserie besteht aus vier Rippengruppen 7,8, 9 und 10, von denen jede sechs
Rippen enthält, beispielsweise die Rippen 11,12, 13,14, 15 und 16 in der Gruppe 7 ; alle Rippen inner- halb der gleichen Gruppe liegen zueinander parallel. Die Rippen der weiteren Gruppen sind jeweils in bezug auf die Trennlinie 17 zwischen den beiden Gruppen symmetrisch zu den Rippen der benachbarten
Gruppe angeordnet.
Jede Rippe bestimmt mit der ihr gegenüberliegenden Rippe einer benachbarten Grup- pe einen Rippenwinkel, wie beispielsweise die Rippe 11 der Gruppe 7 mit der Rippe 11" der Rippengruppe 10 ; sie schliesst gleichzeitig einen andern Winkel mit der ihr gegenüberliegenden Rippe einer Gruppe der benachbarten Serie ein, wie beispielsweise die gleiche Rippe 11" mit der Rippe 11'der Serie 3. Die je- weils einen Winkel miteinander einschliessenden Rippenabschnitte sind nicht miteinander verbunden, sie begrenzen längs der Trennungslinien 4 zwischen den Serien verlaufende Querdurchlässe und in den Tren- nungslinien 17 zwischen den unterschiedlichen Gruppen der Serien liegende Längsdurchlässe.
Sowohl im Falle der Ausbildung der Hülle gemäss den Fig. l und 2 als auch bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 sind die einzelnen Teilströmungen des Wärmetauschermediums, die in den von parallel zueinander verlaufenden Rippen begrenzten einzelnen Kanälen geführt werden, der Sitz oder Ursprung einer sich jeweils in den im Bereich der Trennlinien 4 und/oder 17 verlaufenden Zonen oder Durchlässen bildenden Turbulenz. Wie bereits im Stammpatent beschrieben, wird durch eine Umlenkung und das Um- strömen der Kanten die an sich bereits gegebene Turbulenz verstärkt, wenn die Strömungen des Kühlme- diums aus unterschiedlichen Richtungen aufeinander treffen. Für die Wirkung der Kanten kommen die
Stirnflächen 18 und 19 der Rippen in Betracht, die an den Quer- bzw. Längsdurchlässen zwischen einander benachbarten Serien oder Gruppen liegen.
Die Fig. 5 veranschaulicht eine abweichende Ausbildungsform, die aus der Form gemäss den Fig. 3 und 4 abgeleitet ist und bei der die absoluten Werte der Neigungen der einzelnen Rippen bzw. Gruppen von Rippen an sich gleich sind und ihre Richtung nicht immer von einer zur benachbarten Gruppe oder
Serie wechselt. Es können mehrere einander benachbarte Rippengruppen gleiche Neigungswinkel der Rip- pen aufweisen. Die Fig. 5 zeigt beispielsweise, dass in dem gekästelten Abwicklungsfeld jeweils zwei einander benachbarte Rippengruppen innerhalb jeder Serie mit gleicher Rippenneigungsrichtung ausgeführt sind und in der nächsten Serie sich diese gleiche Neigung bei um einen Umfangsteilschritt der Kästelung versetzten Rippengruppen wiederholt.
Die Fig. 6 und 9, die zwei unterschiedliche Anordnungsweisen der Rippen betreffen, leiten sich aus derAusfi1hrungsform gemäss den Fig. 1 und 2 ab ; bei ihnen ändert sich der Abstand der Rippen schrittweise, bei der Ausführung gemäss Fig. 6 in Quer- bzw. Umfangsrichtung jeweils innerhalb der gleichen Serie und
Im Falle der Fig. 9 in Längsrichtung jeweils von einer Serie zur benachbarten Serie.
Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen, bei denen der gegenseitige Abstand und die Neigungswinkel der Rippen sich von einer Serie bzw. einer Gruppe zur benachbarten Serie oder Gruppe ändern.
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Die in den Fig. l- 5 und 7 dargestellten Quer- oder Längsdurchlässe zwischen benachbarten Serien oder Gruppen von Rippen können bei allen oder bei einem Teil der Trennlinien zwischen benachbarten Rippenserien und/oder zwischen den Rippengruppen der gleichen Serie fortfallen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hülle für Brennstoffelemente für Kernreaktoren nach Patent Nr. 215562, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelhalbierungsebenen (4) der von zwei einander gegenüber in benachbarten Serien liegenden Rippen eingeschlossenen Winkel sowie. die Grenzlinien zwischen benachbarten Serien im wesentlichen quer zur Achse der Hülle liegen.