DE1952841U - Rohrfoermiges waermetauscherelement. - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-lng.R.Beatzu,

Dipl.-ing. lamprecht

München ^ S^do^ir. 10

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410-10.203P-DfMt (7)

24.11.1966

C 12 694/17f

Rohrförmiges Wärmetauscherelement

Die Neuerung bezieht sich auf ein rohrförmiges Wärmetauscherelement, auf dessen in Sektoren unterteilter äußerer Oberfläche senkrecht darauf stehende Kühlrippen angeordnet sind, die innerhalb jedes Sektors unter dem gleichen Winkel,, in benachbarten Sektoren jedoch unter dem entgegengesetzten Wfinkel gegen die Rohrachse geneigt sind.

Wärmetauscherelemente dieser Art finden insbesondere als metallische Hüllen von zylindrischen Stäben aus Kernbrennstoff für Atomreaktoren Verwendung. Die Kühlrippen sind dann schräg zu der HauptStrömungsrichtung eines Kühlmittels gerichtet, das die in dem Brennstoff entstehende Wärme abführen soll, und dienen der Verbesserung des Wärmeübergangs von dem Kernbrennstoff auf das Kühlmittel. Die von Sektor zu Sektor der Hüllenoberfläche wechselnde Neigung der Kühlrippen gegen die Hüllenachse führt zur Entstehung eines Sparren- oder Fischgrätenmusters im Rippenverlauf benachbarter Sektoren.

Derartige Wärmetauscherelemente sind in den französischen

Hie«r^9»'t Diö*e Untertags (Bssdirsibung invii SdWtzanspr.) fsf di§ zöJeTzf eingereichte;«5e weiehf van fassung/iic!· t'rsprt-tjjiich iMngsfeiehie« Unterlagen ob. Die rechtliche.ßsdauiung der Abweichung ist nkhft^ejac'jff. Ρίο w-.f... V «^:--h ·■ '-^oca^t^ri L'i-.iaHagan b«^ft«ian sich in d*fi Ampsakisn. Sie können jederzeit*<*^>».4 »'•'..-■iiv/'jiS eines. α,Ί-L; .«1 \·\\λ:Oises ■!-^■■■■■''•'»'"'ffsi oingesahen werden. Auf Antrag worden hiervon auch T- ^:f*'5;:ien F^:i!"".i:v^.ytiii\'Q zu Ucr. üblichen Pvaissn g.sliefart, Deutschos Pcitsniörat»

Patentschriften 1 291 702 und.l 320 186 beschrieben. Die einzelnen Kühlrippen sind entweder ebene oder in Längsrichtung gekrümmte oder gewellte Streifen meist gleichbleibender Höhe. Im ersteren Falle bei ebenen Rippen wird die Herstellung der Elemente einfach, Schwierigkeiten ergeben sich jedoch im Betriebe im Reaktor durch die hohen thermischen und mechanischen Belastungen, denen sich die Eigensteife der Rippen über längere Zeit nicht voll gewachsen zeigt. Gekrümmte oder gewellte Kühlrippen sind zwar widerstandsfähiger, verteuern aber die Herstellung der Hüllen erheblich. Zu ihrer Herstellung müssen nämlich die ursprünglich ebenen Hippen in einem gesonderten Arbeitsgang verformt werden, wobei stets die Gefahr besteht, daß am Rippengrund, also dort, wo die Rippen aus der Rohroberfläche herauswachsen, durch die Verformungskräfte Risse oder Brüche im Material von Rippen oder Rohren entstehen. Zur Vermeidung solcher Beschädigungen ist man gezwungen, die Wandstärke vor allem der Rippen zu erhöhen, was Jedoch wegen der damit verbundenen Beeinträchtigung der Kühlwirkung unerwünscht ist.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauscherelement der oben erwähnten Art so auszubilden, daß es eine große Widerstandsfähigkeit gegen thermische und mechanische Belastungen auch bei geringer Materialstärke aufweist und sich außerdem billig und bequem herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst, daß der äußere Teil jeder Rippe bis maximal· zur Mitte, der Rippenhöhe derart mit einer Längswellung versehen ist, daß auf die Rippenlänge mindestens eine halbe und höchstens zwei Wellenlängen entfallen.

Durch die Rippenausbildung gemäß der Neuerung wird die Elastizität der Rippen federartig;verstärkt, ohne daß sich an der Parallelität der Rippen innerhalb eines Oberflächensektors etwas ändert. Außerdem kommt es zu keinerlei Störungen im Durchflußquerschnitt für das Kühlmittel oder im Verlauf der Oberfläche der Rippen. Eine in strömungsteehnischer Hinsicht besonders günstige Ausführungsform eines Wärmetauscherelemerites gemäß der Neuerung zeichnet sich dadurch aus, daß die Amplitude der Längswellung der Rippen maximal gleich dem halben Abstand benachbarter Rippen eines Oberflächensektors ist.

Zur weiteren Erläuterung der Neuerung ist in der Zeichnung ein im folgenden ausführlicher beschriebenes Ausführungsbeispiel einer gemäß der Neuerung ausgebildeten Kernbrennstoffhülle mit parallelen Rippen, die in längs verlaufende Sektoren auf dieser Hülle im Sparren- oder Fischgrätenmuster angeordnet sind, dargestellt; es zeigeni

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Hülle;

Fig..2 eine schematische Darstellung eines Teilquerschnittes durch einige der in Fig. 1 dargestellten Rippen vor und nach ihrer Umformung im Verlaufe der Hüllenherstellung.

Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, weist die Hülle 1 Kühlrippen 2 auf, die über ihre Außenwand reihenweise auf verschiedene benachbarte Sektoren Ja, 3b, 3c usw« verteilt sind.

Gemäß der Neuerung ist jede Rippe 2 in ihrem oberen Teil örtlich umgeformt, so daß sie ein gewelltes Längs-Profil aufweist. Jede Längswellung ist jedoch höchstens zwei Wellenlängen lang, und alle Rippen 2 in einem Sektor bleiben zueinander parallel, um ein gleichmäßiges Durchströmen des Kühlmediums zu ermöglichen, dessen allgemeine Strömungsrichtung durch den Pfeil 4 in der Zeichnung angedeutet ist. Wie übrigens besonders aus Fig. 2 zu ersehen 3öb, erstreckt sich die Umformung der Rippen 2 nur über ihren oberen Teil im Bereich einer Höhe a, die höchstens die Hälfte der Höhe b der Rippe beträgt. Durch die Wellung iwird die Elastizität der Rippen 2 merklich vergrößert, ohne daß in der Strömung des Kühlmediums nennenswerte zusätzliche Druckverluste hinzunehmen wären.

Selbstverständlich ist die Neuerung nicht auf die vorerwähnte Ausführungsform beschränkt, sondern umfaßt alle möglichen Abwandlungen» So kann insbesondere die Brennstoffhülle 1 mit Zentrier-

anordnungen versehen."sein* das heißt mit im allgemeinen kontinuierlich verlaufenden, ebenen Längsstegen, die in den Längs-^MRinnenⁿ 5 angeordnet sind, die jeweils zwischen Sektorpaaren am Umfang der Hülle liegen und die von der Hülle entweder unabhängig oder mit ihr starr bzw. einstückig verbunden sind. In diesem letzteren Fall, und insbesondere aus praktischen Erwägungen heraus, werden die gewellten Rippen mit den Zentrierstegen im Bereich eines Wellenknotenpunktes verbunden«

Claims (2)

Schutzansprüehe

1. Rohrförmiges Wärmetauscherelement, auf dessen in Sektoren ■unterteilter äußerer Oberfläche senkrecht darauf stehende Kühlrippen angeordnet sind, die innerhalb jedes Sektors unter dem gleichen Winkel, in benachbarten Sektoren jedoch unter dem entgegengesetzten Winkel gegen die Rohrachse geneigt sind, dadurch ge kenn ζ eichnet , daß der äußere Teil jeder Rippe {2) bis maximal zur Mitte der Rippenhöhe (b) derart mit einer Längswellung versehen ist, daß auf die Rippenlänge mindestens eine halbe und höchstens zwei Wellenlängen entfallen.

2. Wärmetauscherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Längswellung der Rippen (2) maximal gleich dem halben Abstand benachbarter Rippen (2) eines Oberflächensektors (3a, 3b, 3c)