DE8317212U1 - Kühlelement für hohe Wärmestromdichten - Google Patents

Description

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INTERATOM GmbH 24.677.8

D-5060 Bergisch Gladbach 1

Kühlelement für höhe Wärmestromdichten

; Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus ein oder

• mehreren hintereinander und/oder parallel geschalteten

plattenförmigen Elementen bestehende Kühlstruktur für

V hohe Wärmestromdichten, insbesondere zur Verwendung als

10 Kalorimeter oder strahlabsorbierender Sumpf in Kernfusions-

j - Versuchsanlagen, Beschleunigern doer Spallationsguellen;

f die Elemente haben zahlreiche parallele Kühlkanäle für ein

flüssiges Kühlmedium, insbesondere Wasser. Mit Rücksicht auf den erheblichen Aufwand für die Versorgung einer εοΐ-

15 chen Kühlstruktur mit einem Kühlmedium von hohem Druck \ soll der Gesamtdruckverlust und auch der Gesamtkühlmitteldurchsatz in solchen Kühlstrukturen möglichst gering sein. : Dennoch müssen örtliche Überhitzungen mit Rücksicht auf

den Werkstoff vermieden werden.
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In dem Bericht 82-HT-31 der American Society of Mechanical Engineers mit dem Titel: "A Heat Absorption Panel

j for Neutral and Ion Beam Dumps" werden Kalorimeterplatten

dargestellt und beschrieben, die unter Ausnutzung drs hohen Wärmeübergangs bei siedendem Wasser eine Wärmestrom-

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dichte von 2 kW/cm erreichen.

Demgegenüber ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kühlelement mit höheren Wänr.estromdichten. 30

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kühlelement nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen.

Bei den Berechnungen wurden ähnliche äußere Abmessungen , der Elemente wie in dem Bericht und auch ein ähnliches

ι 35 Material, nämlich eine Kupferlegierung CuCrZr mit 0,3

bis 1,2 % Cr- und 0,08 bis 0,25 % Zr-Antell berücksichtigt. Weiterhin war von Bedeutung für die Berechnung,

31.03.83 Gö/Pä

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daß die Kühlkanäle auf der der Wärmequelle zugewandten |

Seite eine BerippUng aufweisen _t wobei diese Rippen jeweils *

einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und in StrÖmungs- h

richtung Verläufen» Bei einer Breite von 10 mm eines Kühl- L·

känäls wurden jeweils 10 Dreiecksrippen mit 1 mm Tiefe I

vorgesehen. L

Wenn man die im Anspruch vorgeschlagenen Kühlelemente als ι Kalorimeterplatten in Versuchsanlagen zur Neutralinjektion ι, benutzt, so werden diese, um die äußere Wärmestromdichte ] zu verringern, unter einem geringen Winkel zur Strahlrichtung angeordnet. Bei der Berechnung ergab sich, daß die am höchsten belastete Kante unter den gegebenen Um- ; ständen nicht ausreichend gekühlt werden konnte. Für diesen . Fall wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die am höchsten

belastete Kante mit einer Abschrägung zu versehen. Der Winkel dieser Abschrägung sollte ungefähr 1/3 bis 2/3 des Anstellwinkels der Platte zur Strahlachse betragen. Mit einer solchen Abschrägung, verbunden mit einer entsprechenden geometrischen Anordnung dieser Platte wird die örtliche Wärmsbelastung in ausreichender Weise vermindert, weil damit der Eintrittswinkel des Teilchenstrahls und da- , mit die äußere Wärmestromdichte an dieser am höchsten be- s r lasteten Kante verringert wird.

Die Fig. 1-4 zeigen ein mögliches Ausführungsbeipiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt als Seitenansicht zwei in Serie geschaltete Kalorimeterplatten, die unter einem geringen

Winkel zur Strahlachse angeordnet sind. Fig. 2 zeigt bei gleicher Anordnung zur Strahlachse zwei

parallel geschaltete Kalorimeterplatten. Fig. 3 zeigt einen Schnitt A durch Fig. 1 oder 2. Fig. 4 zeigt einen Schnitt B durch Fig. 3

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In den Pig. 1 und 2 sind die Elemente 1 und 2 in Serie bzw. parallel geöchaltet. Sia haben jeweils einen Eintrittsstüt2ien 3 und einen Austrittsstutsen 4, die mit passenden Rohrleitungen 5-9 verbunden werden können. In Fig. 2 sind die Leitungen 6 und 7 mit einem Verteiler 10 und die Leitungen 8 und 9 mit einem Sammler 11 verbunden. In Fig. 1 hat nur der Austrittsstutzen 4 des Elementes 2 eine als Lochscheibe angedeutete Drossel 12 während in Fig. 2 mit Rücksicht auf die dort dargestellte Parallelschaltung die Austrittsstutzen 4 der beiden Elemente 1 und 2 jeweils eine Drossel 12 aufweisen.

Fig. 3 zeigt die Anordnung von Kühlkanälen in einem EIement 2, die! alle die gleiche Breite aufweisen, aber mit Rücksicht auf die höhere Wärmebelastung eines Elementes in der Mitte von außen zur Mitte ansteigende Kanalhöhen haben. Auf der der Wärmequelle zugewandten Seite hat jeder Kühlkanal eine Berippung mit dreieckigen Rippen parallel zur Strömungsrichtung.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen der Kühlkanäle aus Fig. 3. Fig. 4 zeigt an der rechten oberen Ecke die vorgeschlagene Abschrägung, die etwa 6-12 zur Plattenaußeinf lache betragen sollte, wenn diese unter einem Anstellwinkel von 18° zur Strahlachse geneigt ist.

Claims (1)

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   Kühlelement für hohe Wärmestromdichten 5

   Ansprüche

   1. Piattenförmiges Kühlelement für hohe Wärmestromdichten,

   . mit zahlreichen parallelen Kühlkanälen für ein flüssiges Kühlmedium zur Verwendung als Kalorimeterplatte in einer Kernfusions-Versuchsanlage, wobei das Element unter einem geringen Winkel zur Strahlachse angeordnet ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Kante unter einem Winkel abgeschrägt ist, der 1/3 bis 2/3 des Anstellwinkels der Platte zur Strahlachse beträgt.

   2. Drossel nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel aus mehreren hintereinander angeordneten siebartig durchbohrten Scheiben besteht.

   3. Element nach Anspruch 1 zur Verwendung als Kalorimeterplatte in einer Kernfusions-Versuchsanlage, wobei das Element unter einem geringen Winkel zur Strahlachse angeordnet ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Kante unter einem Winkel abgeschrägt ist, der 1/3 bis 2/3 des Anstellwinkels der Platte zur Strahlachse beträgt .

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