DE1501512A1

DE1501512A1 - Double-walled heat exchanger

Info

Publication number: DE1501512A1
Application number: DE19661501512
Authority: DE
Inventors: Lucien Kestemont
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1965-09-06
Filing date: 1966-09-05
Publication date: 1969-10-30
Also published as: LU51840A1; BE669258A; US3438430A; NL6611498A

Description

PA TCNTAN WAL TEPA TCNTAN WHALE

. J3cr»er 1501512 . J7ian4-\i/ieinrich ^We . J3cr »er 1501512 . J7ian4- \ i / ieinrich ^ We

PATENTANWALT MULLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. WEY PATENTANWALT MULLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. WEY

BERLIN 33 (DAHLEM) - PO D BIELS K IA L LEE M 8 MÜNCHEN 22 WIDENM AYERSTR ASS E 49 BERLIN 33 (DAHLEM) - PO D BI ELS K IA L LEE M 8 MUNICH 22 WIDENM AYERSTR ASS E 49

TELEFON 76 2907 TELEGRAMME: PROPlNDUS TELEFON 22 55 85 TELEG RAMME: PROPINDUS TELEPHONE 76 2907 TELEGRAMS: PROPlNDUS TELEPHONE 22 55 85 TELEG RAMME : PROPI NDUS

17 551/2 Berlin, den 5o September 196617 551/2 Berlin, September 5, 1966

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM), Rue Belliard 51-531 Brüssel (Belgien)European Atomic Energy Community (EURATOM), Rue Belliard 51-531 Brussels (Belgium)

Doppelwandiger WärmeaustauscherDouble-walled heat exchanger Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen Wärmeaustauscher.The invention relates to a double-walled heat exchanger.

Ein derartiger Wärmeaustauscher ermöglicht es, die Polgen zu vermeiden, die sich aus einer undichten Stelle in einer Wand oder aus einem Bruch derselben ergeben können. Auf dem Gebiet der Kerntechnik, beispielsweise bei der Herstellung von Bestrahlungskapseln, für Austauscher NaK-Wasser schneller Reaktoren oder bei bestimmten Brennstoffelementen von Kernreaktoren ist es vom Gesichtspunkt der Sicherheit her praktisch unerlässlich, doppelte Wände zwischen den Medien anzuordnen, zwischen denen ein Wärmeaustausch erfolgen soll, ohne dass das eine Medium das andere verunreinigen oder mit ihm in Berührung kommen darf. Dieses Gebot der doppelten Abdichtung, die u. a. auch notwendig ist, um in dem Raum zwischen den Wänden Lecknaohweissysteme vorzusehen, damit der Beginn eines Bruchs rechtzeitig festgestellt werden kann, bringt unvermeidlich starke Temperaturgefälle mit sich, wenn der Raum zwischen den WändenSuch a heat exchanger allows the Polgen to avoid that may result from a leak in a wall or from a break in the same. In the area nuclear technology, for example in the manufacture of radiation capsules, is faster for NaK-water exchangers For reactors, or for certain fuel elements of nuclear reactors, it is practical from the point of view of safety indispensable to arrange double walls between the media between which a heat exchange should take place without that one medium may contaminate the other or come into contact with it. This requirement of double sealing, which inter alia. it is also necessary to provide leak-proofing systems in the space between the walls so that the start of a break can be detected in good time, brings inevitably strong ones Temperature gradient with it when the space between the walls mit Gas gefüllt ist.is filled with gas.

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Eine Lösung des Problems kann darin bestehen, diesen Zwischenraum mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise einem flüssigen Metall guter Wärmeleitfähigkeit, zu füllen. Mit einer derartigen Lösung riskiert man jedoch eine Unverträglichkeit oder die Gefahr einer Reaktion zwischen dem flüssigen Metall und anderen Werkstoffen, z.B» dem warmen Medium (Brennstoffelement, zu bestrahlende Probe oder wärmetragendes Medium) oder zwischen dem flüssigen Metall und dem wärmetragenden Kühlmittel. Ein anderer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass bei geringen Leckverlusten keine Löslichkeit in dieser Flüssigkeit besteht, was die Feststellung verhindert.One solution to the problem can be to fill this gap with a liquid, such as a liquid Metal good thermal conductivity to fill. With such a solution, however, there is a risk of intolerance or the risk of a reaction between the liquid metal and other materials, e.g. the warm medium (fuel element, sample to be irradiated or heat-carrying medium) or between the liquid metal and the heat-carrying coolant. Another The disadvantage of this solution is that there is no solubility in this liquid with low leakage losses, which prevents the finding.

Eine andere Lösung könnte darin bestehen, extrem dicke, einfache Wände zu verwenden oder auch das warne und das kalte Medium glatt voneinander zu trennen, indem man zwischen ihnen eine feste Verbindung läset. Dieses System hat jedoch den Nachteil einer schwachen Wärmeleistung. Another solution could be to use extremely thick, simple walls or even to separate the warn and the cold medium from one another by making a solid connection between them . However, this system has the disadvantage of poor heat output.

Schliesslich könnte noch «ine Lösung mit gasgefüllten! Wand zwischenraum verwirklicht werden, indem der warne Teil und der kalte Teil an Stellen oder in Zonen durchgehend ausgebildet werden. Jede starre Verbindung'würde jedoch auf Grund der Wärmegefälle zwischen den beiden in Rede stehenden Teilen mechanische Spannungen erzeugen, die die Verwirklichung des Systems in Frage stellen können. Finally, a solution with gas-filled! Wall space can be realized in that the warning part and the cold part are continuously formed in places or in zones. Any rigid connection would, however, due to the thermal gradient between the two parts in question, generate mechanical stresses which could jeopardize the implementation of the system.

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Die Erfindung bringt eine andere Lösung mit gasgefülltem Zwischenraum. Anstelle einer starren Verbindung schlägt sie eine biegsame bzw. dehnbare oder nachgiebige Verbindung vor, die ein bestimmtes Spiel sowie Ausgleichsdehnungen zwischen den beiden Teilen zulässt.The invention brings another solution with gas-filled Space. Instead of a rigid connection, it suggests a flexible, flexible or flexible connection, which allows a certain amount of play and compensatory expansion between the two parts.

Ein doppelwandiger Wärmeaustauscher ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum zwischen den beiden Wänden biegsame, aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit bestehende, sich an den Wänden mit guter Wärmeleitung durch Berührung abstützende Lamellen angeordnet sind und dass der Zwischenraum mit einem Gas gefüllt ist, das einem trägen Umlauf unterworfen ist, bei dem es in Lecknachweisgeräte gelangt.A double-walled heat exchanger according to the invention is thereby characterized in that in the space between the two walls flexible, made of a material with good thermal conductivity, supporting itself on the walls with good heat conduction by touch Lamellae are arranged and that the space is filled with a gas that is subjected to an inert circulation, where it gets into leak detection devices.

Die wärmeleitenden, biegsamen Lamellen können ein verschiedene Formen und Abmessungen aufweisendes Querschnittprofil haben, das vorzugsweise jedoch das Einführen in mindestens eine in wenigstens einer der Wände vorgesehene Nut, die ein seitliches Verschieben der Lamellen verhindert, ermöglicht, wobei zwischen den Wänden ein eine Verformung der Lamellen unter dem Einfluss der Temperaturechwankungen erlaubender, ausreichender Abstand vorhanden ist. Bevorzugt können die wärmeleitenden, biegsamen Lamellen aus Bimetall bestehen und bei Temperaturerhöhung sich mit stärkerem, die Wärmeübertragung steigernden Druck gegen die Wände anlegen.The thermally conductive, flexible fins can have a various shapes and dimensions having cross-sectional profile, the however, preferably the introduction into at least one groove provided in at least one of the walls, which has a lateral Moving the slats prevents, allows between the walls a deformation of the slats under the influence Sufficient distance to allow temperature fluctuations is available. The heat-conducting, flexible lamellae can preferably consist of bimetal and, when the temperature rises, they can expand Apply stronger pressure against the walls to increase the heat transfer.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. The drawings show exemplary embodiments of the subject matter of the invention.

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Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Teiles eines Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung;Fig. 1 is a cross-section of part of a heat exchanger according to the invention;

Fig. 2, 3 und k sind Querschnitte verschiedenartiger Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung;Figures 2, 3 and k are cross-sections of various types of heat exchangers according to the invention;

Fig. 5 und 6 sind Querschnitte von Teilen von Wärmeaustauschern gemäss der Erfindung, in denen die biegsamen Lamellen aus Bimetall hergestellt sind.5 and 6 are cross-sections of parts of heat exchangers according to the invention, in which the flexible blades are made of bimetal.

In den Figuren sind nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.In the figures, only the parts necessary for understanding the invention are shown, the same parts being provided with the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines zwischen einem warmen Medium und einem kälteren Medium 2 angeordneten Wärmeaustauschers, der zwei Wände aufweist, und zwar eine warme Wand 3 und eine kalte Wand k, zwischen denen sich ein gasgefüllter Raum 5 befindet. Um so früh wie möglich etwaige undichte Stellen in einer der Wände 3, 4 feststellen zu können, strömt das Gas in einem nicht dargestellten Kreislauf, auf dem es in Lecknachweisgeräte gelangt, die ebenfalls nicht dargestellt sind. Diese Lecknachweisgeräte können sowohl in dem Zwischenraum 5, als auch ausserhalb desselben vorgesehen sein. Auch sind die Mittel vorhanden, die notwendig sind, um das Gas in Bewegung zu versetzen«1 shows part of a heat exchanger which is arranged between a warm medium and a colder medium 2 and has two walls, namely a warm wall 3 and a cold wall k, between which a gas-filled space 5 is located. In order to be able to detect any leaks in one of the walls 3, 4 as early as possible, the gas flows in a circuit, not shown, on which it reaches leak detection devices, which are also not shown. These leak detection devices can be provided both in the space 5 and outside it. The means are also available that are necessary to set the gas in motion «

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Die Wärmeübertragung zwischen den Wänden 3 und 4 erfolgt über den Zwischenraum 5 mittels biegsamer Lamellen 6, die aus einem Material hergestellt sind, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und wenig Neutronen absorbiert, wenn man sich in einem Neutronenmedium (z.B. Bestrahlungekapseln, Brennstoffelemente) befindet. Die Lamellen 6 werden einfach gleichzeitig an den Wänden 3 und k angebracht, wobei die Kraft, mit der sie sich an diesen Wänden abstützen und folglich ihre Wärmeleitfähigkeit im wesentlichen von ihrer Profilform, ihrer Stärke und ihrer Elastizität abhängig sind. Auf Grund ihrer Elastizität und auf Grund der Tatsache, dass sie an den Wänden weder festgesohweiset, noch sonstwie befestigt sind, können die verschiedenen Formänderungen dieser Wände frei und ohne mechanische Beanspruchung erfolgen, wobei die Lamellen sich verformen und an den Wänden gleiten können. Dazu genügt es, einen ausreichenden Abstand zwischen zwei benachbarten Lamellen vorzusehen. Um zu vermeiden, dass die Lamellen sich aus einer Stellung in eine andere, benachbarte verschieben, ist es vorzuziehen, wenn auch nicht obligatorisch, wenigstens eine der beiden Wände mit Längsnuten 7 zu vosehen, in denen sich entweder Ecken oder Vorsprünge des Profile der biegsamen Lamellen 6 festklemmen können« Die Lamellen sind zwecke Vereinfachung der Zeichnung in allen Figuren, mit Ausnahme der Figuren 5 und 6, mit einem V-förmigen Profil dargestellt, doch kann selbstverständlich auoh jede andere Form und jedes andere Profil,The heat transfer between the walls 3 and 4 takes place via the space 5 by means of flexible lamellas 6, which are made of a material that has good thermal conductivity and absorbs few neutrons when you are in a neutron medium (e.g. radiation capsules, fuel elements). The lamellas 6 are simply attached simultaneously to the walls 3 and k , the force with which they are supported on these walls and consequently their thermal conductivity are essentially dependent on their profile shape, their strength and their elasticity. Due to their elasticity and the fact that they are neither welded nor otherwise attached to the walls, the various changes in shape of these walls can take place freely and without mechanical stress, the slats being able to deform and slide on the walls. For this purpose, it is sufficient to provide a sufficient distance between two adjacent slats. In order to avoid the slats shifting from one position to another, it is preferable, although not mandatory, to provide at least one of the two walls with longitudinal grooves 7 in which either corners or protrusions of the profile of the flexible slats are located 6. In order to simplify the drawing, the slats are shown with a V-shaped profile in all figures, with the exception of Figures 5 and 6, but of course any other shape and profile can also be used.

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wie beispielsweise ein dreieckiges, rundes, trapezförmiges, X-förmiges oder M-förmiges Profil, verwendet werden.such as a triangular, round, trapezoidal, X-shaped or M-shaped profile can be used.

Die Figuren 5 und 6 zeigen Wärmeaustauscher gemäse der Erfindung, in denen die biegsamen Lamellenleiter 6 aus Bimetall hergestellt sind, so dass sie unter der Wirkung einer Temperaturerhöhung bestrebt sind, sich geradezurichten. Wenn die warme Wand beispielsweise eine Temperaturerhöhung erfährt, stützen sich die sich aufrichtenden Lamellen 6 stärker an den Wänden 3 und 4 ab, wodurch die Wärmeleitung an den Berührungsflächen zwischen den Lamellen und den Wänden verbessert wird. Man erhält so eine Selbstregelung der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeaustauschers in Abhängigkeit von der Temperatur. Selbstverständlich kann für die Bimetalllamellen ebenfalls jede beliebige Profilform in Frage kommen, die bewirkt, dass die Lamellen auf eine Temperaturerhöhung in der Weise reagieren, dass sie sich mit einem stärkeren Druck gegen die Wände anlegen.Figures 5 and 6 show heat exchangers according to the Invention in which the flexible lamellar conductors 6 are made of bimetal so that they are under the action strive to straighten out a rise in temperature. For example, if the warm wall has a temperature increase experiences, the erecting lamellas 6 are more strongly supported on the walls 3 and 4, whereby the heat conduction at the contact surfaces between the slats and the walls is improved. This gives you self-regulation the thermal conductivity of the heat exchanger as a function of the temperature. Of course, any profile shape can also be used for the bimetal lamellae, which causes the lamellas to react to a rise in temperature in such a way that they respond to a stronger one Apply pressure against the walls.

Patentansprüche; Claims ;

Ga/Hi - 17 551/2Ga / Hi - 17 551/2

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Claims

1.iDoppelwandiger Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum (5) zwischen den beiden Wänden (3, 4) biegsame, aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit bestehende, sich an den Wänden (3, k) mit guter Wärmeleitung durch Berührung abstützende Lamellen (6) angeordnet sind und dass der Zwischenraum (5) mit einem Gas gefüllt ist, das einem trägen Umlauf unterworfen ist, bei dem es in Lecknachweisgeräte gelangt.1.iDoppelwandiger heat exchanger, characterized in that in the space (5) existing between the two walls (3, 4) flexible, made of a material of good thermal conductivity, which is supported on the walls (3, k) of good heat conduction by contact blades ( 6) are arranged and that the space (5) is filled with a gas that is subjected to slow circulation, in which it gets into leak detection devices.

2, Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitenden, biegsamen Lamellen (6) ein verschiedene Formen und Abmessungen aufweisendes, vorzugsweise jedoch das Einführen in mindestens eine in wenigstens einer der Wände vorgesehene Nut (7), die ein seitliches Verschieben der Lamellen verhindert, ermöglichendes Querschnitt sprof 11 aufweisen, wobei zwischen den Wänden (3, 4) ein eine Verformung der Lamellen unter dem Einfluss der Temperaturschwankungen erlaubender, ausreichender Abstand vorhanden ist. 909844/0630 _o 2, heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat-conducting, flexible lamellae (6) have different shapes and dimensions, but are preferably inserted into at least one groove (7) provided in at least one of the walls, which allows the lamellae to slide laterally prevents, enabling cross section brof 11, with a sufficient distance between the walls (3, 4) allowing deformation of the lamellas under the influence of temperature fluctuations. 909844/0630 _o

- 3t- - 3t-

3« Wärmeaustauscher naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitenden, biegsamen Lamellen (6) aus Bimetall bestehen und bei Temperaturerhöhung eich mit stärkerem, die Wärmeübertragung steigernden Druck gegen die Wände (3, M anlegen.3 «Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-conducting, flexible fins (6) consist of bimetal and when the temperature increases, calibrate against a stronger pressure that increases the heat transfer the walls (3, put on M.

Ga/Hi - 17 551/2Ga / Hi - 17 551/2

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