DE6601163U - - Google Patents

Description

410-9118H-DfE (5) A 20 993/2Ig Gbm 11.10.1968

Thermische Abschirmung für temperaturempfindliche

Elemente

Die Neuerung bezieht sich auf eine thermische Abschirmung für mit einer von einer Wärmequelle durchsetzten jwetallmasse in Verbindung stehende temperaturempfindliche Elemente mit einer außerhalb der Metallmasse angeordneten und wärmeleitend damit verbundenen Kühleinrichtung.

In vielen Fällen ist es wichtig, zu verhindern, daß die Temperatur von Metallmassen, die sich in der Nähe einer Wärmequelle befinden, zu hohe Werte erreicht. Es ist sogar häufig notwendig, derartige Metallmassen so weit wie möglich auf der normalen Umgebungstemperatur zu halten, damit die Wärme der Metallmassen. nicht Organe oder Geräte beschädigen kann, die mit der Masse mechanisch verbunden sind.

Bisher verwendet man in solchen Fällen Xünlsysteme mit Umlauf eines Kühlmittels; dies bedingt aber das Vorhandenseir zahlreicher leitungen und eines Pumpen- und Umlaufsystems mit erheblichem Raumbedarf; überdies ist ein solches Kühlsystem nur begrenzt wirksam, wenn die äußere Oberfläche der Metailmasse nicht sehr groß ist.

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Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde^ diese
Schwierigkeiten und Nachteile zu vermeiden und aus einer
Metallmasse die Wärme wirksam abzuführen und diese Masse auf
einer genügend tiefen Temperatur zu halten, selbst wenn der f zur Verfugung stehende Raum sehr begrenzt ist. j

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung ausgehend von einer

Abschirmung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß rings ;

ι iim {jig Wärmequelle und zwischen ihr und dem abzuschirmenden * Element eine Mehrzahl von bekannten Stäben aus einem Material I hoher Wärmeleitfähigkeit in die Metallmasse eingelassen und
über einen gemeinsamen Sammelleiter mit großem Querschnitt an
die Kühleinrichtung angeschlossen sind.

Die von der Wärmequelle an die Metallmasse übergeleitete
Wärme wird nach und nach von den wärmeleitenden Stäben aufgenommen und dann nach außen abgeführt, so daß diese Wärme nicht
in die Nähe der zu schützenden Geräte gelangen kann. Diese Geräte befinden sieh also im Kontakt mit einer Metallmasse,
deren Temperatur niedrig bleibt und können nicht durch die
Wärme beschädigt werden, selbst wenn die Temperatur der Wärme- : quelle hoch ist. j

Ein Beispiel für eine Abschirmung gemäß der Neuerung ist ] in der Zeichnung veranschaulicht; in der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer thermischen Abschirmung geisäS der Neuerung;

Pig, 2 die Anordnung der einzelnen Teile der Abschirmung nach Fig. 1 um die Wärmequelle herum;

Pig. 3 eine teilweise geschnittene schaubildliche Darstellung eines Detektors zur Überwachung der Dichtigkeit der Hüllen von Brennstoffelementen eines Kernreaktors, der mit einer thermischen Abschirmung gemäß der Neuerung versehen ist^

In Fig. 1 führt durch eine zu kühlende Metallmasse 1 ein Kanal 2 hindurch, in dem eine buchsenartige Leitung 3 befestigt ist; durch diese Leitung 3 fließt ein Strömungsmedium mit sehr hoher Temperatur, das die Wärmequelle darstellt. Parallel zu der Leitung 3 sind in Sacklochbohrungen der Metallmasse 1 Stäbe 4 aus einem Material sehr hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer, eingepreßt. Diese Stäbe sind um die Leitung 3 herum (Fig.. 2) verteilt und mit einem Sammelleiter 5 verbunden, dessen Querschnitt erheblich größer ist als der Querschnitt der Stäbe 4; dieser Sammelleiter hat eine gebogene Form und umgibt die Leitung 3 mit allseitigem Abstand. Der gebogene Sammelleiter 5 ist mit einem abgewinkelten Anschlußarm 6 versehen, der nach außen von der Masse 1 weggerichtet ist und in einem Zylinderkörper 10 endet, der seinerseits mit Kühlrippen 11 für einen Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft versehen ist und die Kühleinrichtung darstellt.

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Die in der Metallmasse 1 vorhandene Wärme wird so durch unmittelbare Wärmeleitung von den Kupfsrstäben 4 aufgsnsjumen und dann über den Sammelleiter 5 und seinen Anschlußarm 6 - deren Wärmeleitwiderstand sehr klein ist - den Kühlrippen 11 zugeführt, von denen die Wärme durch Konvektion und Strahlung abgeleitet wird. Ein Ventilator 12, der Luft auf die Kühlrippen 11 bläst, dient dazu, die Abführung der Wärme zu verbessern.

Der Wärmefluß ist in Fig. 1 durch Strömungspfeile ver-

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Um einen wirksamen thermischen Schutz eii.as mit der Masse 1 in unmittelbarer Kontaktberührung stehenden Organes oder Gerätes zu erzielen, verwendet man vorzugsweise eine regelmäßige Anordnung von Stäben^ die aus mehreren Stabgruppen besteht, deren Stäbe in unterschiedlichen Richtungen innerhalb der Masse angeordnet sindj die Stäbe jeder dieser Gruppen sind mit einem besonderen Sammelleiter verbunden, und alle diese Sammelleiter sind an den uie Wärme abführenden Wärmeaustauscher angeschlossen-Eine wärmeisolierende Einlage 14, die zwischen der Wand des Kanals 2 und der Strömungsmittelleitung 3 eingesetzt ist, verringert die in der Zeiteinheit von der Wärmequelle auf die Metallmasse 1 und weiter auf die Stäbe 4 übertragene Wärmemenge wesentlich.

Bei dem in Pig, 3 dargestellten Anwendungsbeispiel für eine Abschirmung gemäß der Neuerung ist die Abschirmung in eine Detektoreinrichtung zum Entdecken von Hüisenbrüeiien in

Kernreaktoren eingebaut. Diese Detektoreinrichtung enthält eine drehbare Trommelseheibe 15, die zwischen zwei Metallblökken Ιβ und 17 von im wesentlichen zylindrischer äußerer F~rm eingeschlossen ist; durch diese Metallblöcke führt eine Durchlaßleitung für ein Kühlmittel hindurch, das in der Nähe einer bestimmten Fläche der Wand der Trommelscheibe 15 analysiert wird. Eine Elektrode 21, die Iu dem Strömungsmedium enthaltene radioaktive Ionen an die Oberfläche der Trommelscheibe 15 treibt, und ein Szintillator 22 zum Ermitteln der Aktivität der auf dieser Fläche angesammelten Ionen .ind in zwei radial gerichtete Ausnehmungen der Blöcke ΐβ und 17 eingebaut. Eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung dreht die Trommelscheibe 15 um ihre Achse, so daß die Umfangsflachenteile dieser Trommelscheibe nacheinander der Elektrode 21 und dem Szintillator 22 gegenübergestellt werden.

In einem derartigen Gerät ist der Szintillator 22 mit einem Photo-Multiplikator kombiniert, der an eine nicht dargesi ;llte Impuls-Zählvorrichtung angeschlossen ist.

Nun ist ein Photo-Multiplikator ein sehr empfindliches Organ, das keine höheren Temperaturen aushält. Andererseits hat das Kühlmedium, das den Brennstoff des Kernreaktors kühlt und die Leitung 18 durchströmt, eine Temperatur, die im allgemeinen Werte zwischen 300 und 400°C erreicht. Ein guter thermischer Schutz d3s Photo-Multiplikators ist infolgedessen unbedingt notwendig.

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Gemäß der Neuerung enthält die Detektoreinrichtung zwiscl der Leitung 18, welche die Wärmequelle darstellt, und der Wane der MetallblJcke 16 ta. 17 eine wärmeisolierende Einlage l4. Mit geringem Abstand von dieser wärmeisolierenden Einlage 14 ist parallel zur Achse der Leitung l8 eine Gruppe von Stäben ^] aus einem gut wärmeleitendem Material in die Masse des Blockes 16 eingebettet bzw. eingepreßt. Diese Stäbe 4 sind an ihrem oberen Ende in der Nähe der äußeren Wand des Blockes l6 radial nach außen abgewinkelt und an einen Sammelleiter 5 angeschweiJ der in Form eines U gebogen ist und die Leitung l8 mit Abstanc umgibt. Dieser Sammelleiter ist in einer Ausnehmung 19 des Blockes 16 untergebracht. Ein abgewinkelter Anschlußarm 6, dei aus dem gleichen Material besteht wie der Sammelleiter 5 und die Stäbe 4, ist einerseits mit dem Sammelleiter 5 und andere] seits mit einem Ring 2j5 wärmeleitend verbunden, der seinerseits fest mit einer Wärmeabführvorrichtung verbunden ist, di< aus zwei koaxialen Zylindern 27 und 29 sowie diese Zylinder verbindenden radialen Kühllamellen 28 besteht. Der äußere Zylinder 29 nimmt die Wärme von dem Ring 23 auf, während der innere Zylinder 2? und die Zwischenräume zwischen den Kühllamellen 28 von Luft durchströmt werden, welche die Wärme abführt. Ein zwischen dem Block l6 und den Zylindern 27, 29 koaxial zu diesen Zylindern angeordneter Ventilator j50 beschleunigt den Umlauf dieser Kühlluft.

Weitere wärmeleitende Stäbe 24 sind radial in den Block

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jeweils von dem gleichen Umfangskreis dieses Blockes ausgehend, hineingepreßt und mit einem Sammelleiter 25 verbunden, der in einem Kreisbogen um den Block 16 außerhalb dieses Blockes verläuft. Ein gewickelter Anschlußarm 26, der dem Anschlußarm 6 entspricht, verbindet den Sammelleiter 25 mit dem Ring 23-

Eine zweite und eine dritte Gruppe von Radialstäben 24a, 24b sind in die Blöcke ΐβ und 17 jeweils etwa parallel zu den Stäben 24 eingepreßt. Die Stäbe jeder Gruppe sind mit Sammelleitern 25a bzw. 25b verbunden, die dem Sammelleiter 25 entsprechen und je einen abgewinkelten Ansatzarm 2oa oder 26b aufweisen, der die wärmeleitende Verbindung mit dem Ring 23 herstellt.

Die Wärme an den durch die Stäbe bestimmten Punkten der Blöcke 16 und 17 wird von den Stäben 4 und 24, 24a, 24b aufgenommen, nacheinander über die Sammelleiter 5, 25» 25a, 25b und die Anschlußarme 6, 26, 26a, 26b sowie den Ring 23 fortgeleitet und schließlich durch die Luftströmung abgeführt, welche die Zylinder 27, 29 und die Lamellen 28 umspült. Die Detektoreinrichtung wird so in ihrer Gesamtheit auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten; das Temperaturgefälle zwischen der Wärmequelle und den Blöcken 16 und 17 ist sehr hoch.

Die Größe und die Anordnung der gesamten Wärmeabieitstäbe werden durch den Wert des angestrebten Temperaturgefälles und

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durch die Wärmeleitfähigkeit des benutzten Materials bestinm Diese Stäbe stehen in inniger flächenhafter Berührung mit d·= Metallmasse u. α können sogar mit dieser verschleißt sein. Di Wirkung der zwischengeschalteten Wärmeisolation macht es üb< dies möglich, die Anzahl der Wärmeableitstäbe zu verringern.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel für die Neuerung
zeigt,, daß man ein mit einer Metallmasse verbundenes Organ
ohne Verwendung einer Umlaufkühlung durch ein Strömungsmittel auf einer genügend niedrigen Temperatur halten kann ι daß die zu diesem Zweck benutzte Abschirmung einen sehr kle: Raumbedarf hat, zumal der größere Teil davon in die kühl zu haltende Metallmasse selbst eingebettet ist.

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Claims (1)

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   Schutzansprüche

   1. Thermische Abschirmung für mit einer von einer Wärmequelle durchsetzten Metallmasse in Verbindung· stehende temperaturempfindliche Elemente mit einer außerhalb der Metallmasse angeordneten und wärmeleitend damit verbundenen Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß rings um die Wärmequelle (3) und »wischen ihr und dem abzuschirmenden Element eine Mehrzahl von bekannten Stäben (4,24) aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit in die Metallmaske (l) < ingelassen und über einen gemeinsamen Sammelleiter v5,25) mit großem Querschnitt an die Kühleinrichtung (10,27) angeschlossen sind.

   2. Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß sie mehrere Gruppen von wärmeleitenden Stäben (4,2*0 enthält, die gruppenweise in unterschiedlichen Richtung η angeordnet und mit einem Sammelleiter (5*25) je Gruppe verbunden sind.

   j5„ Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von Stäben (4) um die Wärmequelle herum und zumindest eine zweite Gruppe von Stäben (24) in einer senkrecht zu den Stäben (4) der ersten Gruppe liegenden Ebene angeordnet sind./

   4. Abschirmung nach Anspruch 3, für die Kühlung einer Metallmasse von im wesentlichen zylindrischer Form, durch die in

   : O

   Längsrichtung ein heißes Strömungsmedium hindurchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallmasse eine Gruppe von längs angeordneten Stäben (4) um die Leitung des Ströir.uiigsmediums verteilt und an einen kreisbogenförmigen Sammexleiter (5) angeschlossen ist, daß mehrere Gruppen von radial angeordneten Stäben (24,24a,24b) jeweils an je einen Samnielleiter (25.» 25a325b) angeschlossen sind, der parallel um die zylindrische Masse herumgebogen ist, und daß diese Sammelleiter mit in Längsrichtung der Masse verlaufenden Anschlu^pj.rmen (6,26,26a, 26b) versehen sind, welche die Wärme der Kühleinrichtung zuleiten,

   5· Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung aus einem Wärmetauscher (10,27) und einem Ventilator (12,30) zur Erzeugung eines den Wärmetauscher umspülenden Kühlluftstromes besteht^

   6. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (Leitung 3,18) gegenüber der Metalltr.asse (1 bzw. 16,17) durch «ine zusätzliche Wärmeisolierung (14) abgeschirmt ist, welche die Wärmequelle zumindest teilweise umgibt_v

   .· .>. ι . ,-, ...if ii;A s'cf in d'.-n Ai.'vofic-n SiS si .win ;*jerze)i j.mis Noch«.·¹

   χ·.*» .-tcitii.'-ucrt Iriij.csies gebunfünlfjil eingehen vf«rrf«o. Aul Anlrog w»rd«n hiervon ouch fotoko|jlen oder Fiiititu den üblichen Pf»!sert gelieferte DouHoti·· Pol»ntoml, G«bfouchsmusterslelle.