DE1107259B

DE1107259B - Rohrfoermiger hollow body for heat exchangers, which is flown against in the axial direction and is provided on the outside with annular or helical ribs

Info

Publication number: DE1107259B
Application number: DED24884A
Authority: DE
Inventors: Erhart Arndt
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1957-02-09
Filing date: 1957-02-09
Publication date: 1961-05-25

Description

Rohrförmiger Hohlkörper für Wärmeaustauscher, der in axialer Richtung angeströmt wird und auf der Außenseite mit ring- oder schraubenförmig verlaufenden Rippen versehen ist Die Erfindung betrifft Hohlkörper für Wärmeaustauscher, wie sie als Umhüllung für Reaktor-Brennstoffelemente Verwendung finden, die runden, ovalen oder eckigen Querschnitt aufweisen, in axialer Richtung angeströmt werden und auf der Außenseite mit ring- und schraubenförmig verlaufenden Rippen versehen sind.Tubular hollow body for heat exchangers, which in the axial direction is flowed against and on the outside with annular or helical The invention relates to hollow bodies for heat exchangers, such as they are used as a cladding for reactor fuel elements that are round, have oval or angular cross-section, are flown against in the axial direction and provided on the outside with annular and helical ribs are.

Es ist bei Reaktoren bereits bekannt, die Brennstoffstäbe in langen Bohrungen des Moderators unterzubringen und das Kühlmittel in axialer Richtung heranzuführen. Ebenfalls sind quer zur Hohlkörperachse angeströmte Wärmeaustauscher mit den verschiedensten Rippenfoimen bekannt, um die Oberfläche der Hohlkörper zu vergrößern und dementsprechend die Wärmeübertragung zu erhöhen.It is already known in reactors that the fuel rods are long To accommodate holes of the moderator and bring the coolant in the axial direction. There are also various types of heat exchangers with a flow across the axis of the hollow body Rippenfoimen known to enlarge the surface area of the hollow body and accordingly to increase the heat transfer.

Als weitere Maßnahme wurde bereits vorgeschlagen, bei axial angeströmten Brennstoffelementen auf der Außenseite nicht nur Längs-, sondern auch ring-oder schraubenförmige Rippen anzuordnen. Es ist aber festgestellt worden, daß bei diesen bekannten Rippenanordnungen keine genügende Wärmeübertragung stattfindet und daß bei der reinen Anordnung von Querrippen der Druckverlust in den Kühlkanälen der Reaktoren zu groß wird. Allerdings hat eine solche Rippenanordnung den Vorteil, entscheidend mehr Wirbel zu erzeugen, so daß eine bessere Wärmeübertragung mit dem Nachteil eines größeren Druckverlustes erkauft werden mußte.As a further measure, it has already been proposed that there should be an axial flow Fuel elements on the outside not only longitudinal, but also ring or to arrange helical ribs. But it has been found that with these known fin arrangements no sufficient heat transfer takes place and that with the pure arrangement of transverse ribs, the pressure loss in the cooling ducts of the Reactors getting too big. However, such a rib arrangement has the advantage crucial to generate more eddies, so that better heat transfer with the Disadvantage of a greater pressure loss had to be bought.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, wird nach der Erfindung eine Rippenrohranordnung vorgeschlagen, die die Wärmeübertragung bei axialer Strömung noch weiter steigert, dagegen aber den Druckverlust herabsetzt, indem die ring- oder schraubenförmig verlaufenden Rippen in an sich bekannter Weise am Umfang gewellt werden. Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung werden die Rippen am Umfang in eine gerade Anzahl von Rippenteilen unterteilt und jeweils die benachbarten Rippenteile in entgegengesetzter Richtung abgebogen. Dadurch wird ein ganzer Längsstreifen der Rippenteile in einer Richtung und die benachbarten Streifen in entgegengesetzter Richtung geneigt, so daß das hindurchtretende Kühlmittel in eine größere Anzahl von Wirbel aufgeteilt wird und dadurch eine bessere Wärmeübertragung erreicht wird.Based on this prior art, according to the invention, a Finned tube arrangement proposed that the heat transfer with axial flow increases even further, but on the other hand reduces the pressure loss by the ring- or helically extending ribs are corrugated on the circumference in a manner known per se will. According to a further measure of the invention, the ribs on the circumference are in divided an even number of rib parts and each of the adjacent rib parts turned in the opposite direction. This creates a whole longitudinal strip of the Ribs in one direction and the adjacent strips in opposite directions Direction inclined so that the coolant passing through in a greater number is divided by eddies and thereby a better heat transfer is achieved.

Ein so ausgestalteter Hohlkörper kann in einem zylindrischen Gefäß koaxial eingebaut werden, so daß die Strömung axial verläuft. Es ist ebenfalls möglich, im Inneren des Hohlkörpers ein Kühlmittel entlangzuführen, wobei auch die Innenseite mit den erfindungsgemäßen oder anderen Rippenanordnungen ausgerüstet werden kann. Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und vereinfacht dargestellt. Es bedeutet Abb. 1 die übliche Rippenanordnung im Schnitt, -Abb.2 die Abwicklung einer üblichen kippenanordnung gemäß der Abb. 1, Abb. 3, 4 und 5 die abgebogenen Rippen mit der entsprechenden Abwicklung einer wellenförmigen Anordnung, Abb. 6 und 7 einen Hohlkörper mit unterteilten Rippen.A hollow body designed in this way can be placed in a cylindrical vessel be installed coaxially so that the flow is axial. It is also possible a coolant to run along inside the hollow body, the inside also can be equipped with the inventive or other rib arrangements. The subject matter of the invention is shown in the drawing, for example and in a simplified manner shown. It means Fig. 1 the usual rib arrangement in section, -Fig.2 the Development of a conventional tilting arrangement according to Fig. 1, Fig. 3, 4 and 5 the bent ribs with the corresponding development of a wave-shaped arrangement, Fig. 6 and 7 show a hollow body with subdivided ribs.

In den Abb. 1 und 2 ist eine übliche ringförmige Anordnung der Rippen 1 dargestellt, die zu der Rohrwand 2 senkrecht stehen.In Figs. 1 and 2 there is a common annular arrangement of the ribs 1, which are perpendicular to the pipe wall 2.

Wie aus den Abb. 3 bis 5 zu ersehen ist, sind die gemäß Abb. 1 ausgeführten Rippen erfindungsgemäß abgebogen, so daß die Abwicklung wie in Abb.5 aussieht, wobei die Schnitte A-A wie in Abb. 1 verbleiben und die Schnitte B-B gemäß Abb. 3 und C-C gemäß Abb. 4 aussehen.As can be seen from Figs. 3 to 5, those according to Fig. 1 are executed Ribs bent according to the invention, so that the development looks like in Fig.5, wherein the sections A-A remain as in Fig. 1 and the sections B-B according to Fig. 3 and C-C look like Fig. 4.

Die Strömungsverhältnisse sind dabei sehr kompliziert, können aber zweckmäßig vereinfacht dargestellt werden, um den Unterschied zwischen der üblichen Rippenanordnung und der vorgeschlagenen Rippenanordnung darzustellen.The flow conditions are very complicated, but they can expediently simplified to the difference between the usual To illustrate rib arrangement and the proposed rib arrangement.

Die Hauptströmung verläuft bei der Rippenanordnung gemäß Abb. 1 und 2 in Richtung des Pfeiles 3. In dem Zwischenraum zwischen den Rippen entstehen dabei Wirbel 4, die mit entschieden kleinerer Geschwindigkeit die Rippen bespülen, nicht bis zur Rippenwurzel reichen, größere Temperatur als der Hauptstrom haben und der Austausch zwischen frischen Kühlgasen aus dem Hauptstrom und den im einzelnen Wirbel umlaufenden Kühlgasen eine Verzögerung aufweist. Diese Verhältnisse vermindern die Wärmeübertragung beträchtlich. Dazu wirkt diese Rippenanordnung wie eine Labyrinthdichtung stark drosselnd und verursacht einen großen Druckverlust.The main flow runs in the rib arrangement according to Fig. 1 and 2 in the direction of arrow 3. In the space between the ribs arise included Vertebrae 4, which wash the ribs at a much slower rate, do not reach to the root of the rib, have a higher temperature than the main stream and the Exchange between fresh cooling gases from the main stream and the individual eddies circulating cooling gases has a delay. These ratios diminish that Heat transfer considerable. For this purpose, this rib arrangement acts like a labyrinth seal strongly throttling and causes a large pressure loss.

Die erfindungsgemäße Rippenanordnung bewirkt eine grundsätzlich andere Strömung, indem gemäß Abb. 3 ein Teil des Hauptstromes 3 als Teilströme 3' zwischen den Rippen mit großer Geschwindigkeit einströmt und gemäß Abb. 4 wieder zu dem Hauptstrom zurückströmt. Die einzelnen Rippen werden demnach, wie in den Abb.3 bis 5 dargestellt, von dem Hauptstrom, der sich auf eine große Zahl von Teilströmen aufteilt, mit großer Geschwindigkeit bespült, wodurch die oben angeführten Nachteile ausgeschaltet werden und eine bedeutend bessere Wärmeübertragung bei entschieden kleinerem Druckverlust zustande kommt.The rib arrangement according to the invention causes a fundamentally different flow in that, according to FIG. 3, part of the main flow 3 flows in as partial flows 3 ' between the ribs at high speed and flows back to the main flow according to FIG. 4. As shown in Figs. 3 to 5, the individual ribs are washed at high speed by the main flow, which is divided into a large number of partial flows, which eliminates the disadvantages mentioned above and significantly better heat transfer with a much smaller one Pressure loss occurs.

Wie aus der Abb. 5 zu ersehen ist, verbleiben die Rippenwurzeln unverändert. Außerdem verbleiben auch die Rippenprofile an einigen Stellen, die mit Linien A-A angedeutet sind, unverändert und zur Rohr- bzw. Zylinderachse senkrecht. Diese Linien A-A können, wie in Abb. 5, gerade und mit der Rohr- bzw. Zylinderachse parallel sein, können aber auch schraubenförmige Kurven bilden. Es ist auch in den Abb. 1 bis 5 die Erfindungsmaßnahme an Hand eines Rippenrohres mit ringförmig angeordneten Rippen dargestellt, dieselbe Maßnahme kann aber auch erfindungsgemäß bei schraubenförmiger Rippenanordnung durchgeführt werden.As can be seen from Fig. 5, the roots of the ribs remain unchanged. In addition, the rib profiles also remain in some places, which are indicated by lines A-A are indicated, unchanged and perpendicular to the tube or cylinder axis. These lines As in Fig. 5, A-A can be straight and parallel to the tube or cylinder axis but can also form helical curves. It is also shown in Fig. 1 to 5 the inventive measure on the basis of a finned tube with annularly arranged Ribs shown, but the same measure can also be used according to the invention for helical Rib arrangement can be carried out.

Eine weitere Entwicklung der Erfindung ist in den Abb.6 und 7 dargestellt, wobei die Rippen am Hohlkörperumfang in je eine gerade Zahl von Rippenteilen 5 und 6 unterteilt sind, und die benachbarten Rippenteile abwechselnd so abgebogen sind, daß ein ganzer Streifen der Rippenteile, z. B. die Rippenteile 5, zwischen zwei Unterteilungsflächen in einer Richtung und die benachbarten Streifen, z. B. die Rippenteile 6, in entgegengesetzter Richtung geneigt sind. Die Unterteilung kann auch hier so wie im ersten Falle vorgenommen werden, und zwar durch Ebenen, die durch die Rohrachse verlaufen, oder durch schraubenförmige Flächen. Die Strömung wird ähnlich, wie schon beschrieben, verlaufen, indem auch hier vom Hauptstrom 3 die Teilströme 3' in der linken Seite der Abb. 7 abgezweigt werden und zwischen den Rippen 5 einströmen. Diese Teilströme 3' strömen wieder aus an den Stellen, wo die Rippenteile 6 gemäß der rechten Seite der Abb. 7 in entgegengesetzter Richtung abgebogen sind. Die Rippenteile können dabei so schräg abgebogen werden, daß dadurch eine gebrochene Wellenlinie in der Abwicklung entsteht, es scheint aber vorteilhafter zu sein, daß die Rippenteile so abgebogen werden, daß die entsprechenden Stellen jeder Rippe, die in einer Richtung abgebogen ist, auf einem Kreis steht, der sich in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene befindet.A further development of the invention is shown in Figures 6 and 7, wherein the ribs on the hollow body circumference are divided into an even number of rib parts 5 and 6, and the adjacent rib parts are bent alternately so that a whole strip of the rib parts, e.g. . B. the rib parts 5, between two subdivision surfaces in one direction and the adjacent strips, e.g. B. the rib parts 6, are inclined in the opposite direction. The subdivision can also be made here as in the first case, namely by planes that run through the pipe axis, or by helical surfaces. The flow will proceed in a manner similar to that already described, in that the partial flows 3 'are branched off from the main flow 3 in the left-hand side of FIG. 7 and flow in between the ribs 5. These partial flows 3 'flow out again at the points where the rib parts 6 are bent in the opposite direction according to the right-hand side of FIG. 7. The rib parts can be bent at an angle so that a broken wavy line is created in the development, but it seems to be more advantageous that the rib parts are bent so that the corresponding points of each rib, which is bent in one direction, on a circle which is located in a plane perpendicular to the pipe axis.

Claims

CLAIMS: 1. A tubular hollow body for heat exchangers, in particular as cladding for reactor fuel elements, round, oval or polygonal cross-section, which is incident flow in the axial direction and provided on the outside with annular or helical ribs, characterized in that the ribs in are wavy on the circumference in a manner known per se.

2. Tubular Hollow bodies for heat exchangers, in particular as a casing for reactor fuel elements, round, oval or angular cross-section, which flows in the axial direction and is provided on the outside with annular or helical ribs, characterized in that in a known manner, the ribs on the circumference in a even number of rib parts are divided and the adjacent rib parts into have turned in the opposite direction.

3. Tubular hollow body according to claim 1 or 2, characterized in that it is annular or helical on its inside running ribs is provided. Publications considered: Deutsches Utility model no. 1732 055; Swiss Patent No. 207 254; french U.S. Patent No. 1126,414; British Patent Nos. 757,982, 414,345, 331392; U.S. Patent No. 2,667,337.