DE1107259B

DE1107259B - Rohrfoermiger Hohlkoerper fuer Waermeaustauscher, der in axialer Richtung angestroemt wird und auf der Aussenseite mit ring- oder schraubenfoermig verlaufenden Rippen versehen ist

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.
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.
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.
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.
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.
In den Abb. 1 und 2 ist eine übliche ringförmige Anordnung der Rippen 1 dargestellt, die zu der Rohrwand 2 senkrecht stehen.
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.
Die Strömungsverhältnisse sind dabei sehr kompliziert, können aber zweckmäßig vereinfacht dargestellt werden, um den Unterschied zwischen der üblichen Rippenanordnung und der vorgeschlagenen Rippenanordnung darzustellen.
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.
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.
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.
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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Rohrförmiger Hohlkörper für Wärmeaustauscher, insbesondere als Umhüllung für Reaktor-Brennstoffelemente, runden, ovalen oder eckigen Querschnittes, der in axialer Richtung angeströmt und auf der Außenseite mit ring- oder schraubenförmig verlaufenden Rippen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen in an sich bekannter Weise am Umfang gewellt sind.
2. Rohrförmiger Hohlkörper für Wärmeaustauscher, insbesondere als Umhüllung für Reaktor-Brennstoffelemente, runden, ovalen oder eckigen Querschnittes, der in axialer Richtung angeströmt und auf der Außenseite mit ring- oder schraubenförmig verlaufenden Rippen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Rippen am Umfang in eine gerade Zahl von Rippenteilen unterteilt sind und die benachbarten Rippenteile in entgegengesetzter Richtung abgebogen sind.
3. Rohrförmiger Hohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner Innenseite mit ring- oder schraubenförmig verlaufenden Rippen versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1732 055; schweizerische Patentschrift Nr. 207 254; französische Patentschrift Nr. 1126 414; britische Patentschriften Nr. 757 982, 414 345, 331392; USA.-Patentschrift Nr. 2 667 337.