DE1257175B - Siedekuehlvorrichtung - Google Patents
SiedekuehlvorrichtungInfo
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Description
DEUTSCHES -KjiTxw PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT DeutscheKL- 17 f-12/09
Nummer: 1 257 175
Aktenzeichen: C 152821 a/17 f
^ 237 1 T 3 Anmeldetag: 6. August 1957
Auslegetag: 28. Dezember 1967
Die Erfindung betrifft eine Siedekühlvorrichtung mit einer konkave Längsnuten enthaltenden, stehenden,
massiven Wärme abgebenden Wand und die Längsnuten unter Bildung von umfänglich im wesentlichen
geschlossenen Kühlkanälen überdeckenden, zusätzlichen, von der massiven Wand allenfalls unwesentlich
Wärme aufnehmenden, von den Kühlkanälen her konkaven Wandungsteilen. Eine derartige
Vorrichtung ist durch die ausgelegten Unterlagen der belgischen Patentschrift 545 457 bekannt.
Bekanntlich kann in mit Verdampfung einer umströmenden Flüssigkeit arbeitenden Wärmeaustauschern
der Wärmefluß wesentlich vergrößert werden, wenn man der geradlinigen Bewegung der Flüssigkeit
eine Drehbewegung überlagert. Die Wirksamkeit dieses Prinzips beruht darin, daß einerseits ein rascher
Umlauf der in Berührung mit der heißen Wand stehenden Flüssigkeit und andererseits ein Abreißen
von Dampfblasen infolge Dichteunterschieds in einem starken Fliehkraftfeld bewirkt und dadurch das Leidenfrostsche
Phänomen vermieden wird. Dieses Prinzip ist bisher jedoch nur bei Wärmeaustauschern in
Form von Röhren angewandt worden, die in ein Medium, dem man Wärme zu entziehen wünscht,
beispielsweise in das Verbrennungsgas eines Heizkessels, eingetaucht sind. Die so aufgebauten Wärmeaustauscher
sind jedoch nicht dafür geeignet, die Wärme eines heißen Körpers quer durch seine
Außenwand hindurch abzuziehen, wie dies beispielsweise bei Anoden von Elektronenröhren notwendig
ist. Wollte man in solchen Fällen die vorgenannten bisher bekannten Wärmeaustauscher verwenden,
wäre es notwendig, den heißen Körper mit einer beträchtlichen Masse aus einem gut wärmeleitfähigen
Werkstoff zu umgeben und in diese Masse Kanäle zu bohren, die in ihrem Inneren mit Ablenkteilen ausgestattet
werden. Eine solche Einrichtung wäre jedoch schwer, sperrig und schwierig herzustellen.
Die durch die ausgelegten Unterlagen der belgischen Patentschrift 545 457 bekannte Siedekühlvorrichtung
stellt eine Siedekühlvorrichtung für Elektronenröhren mit äußerer Anode dar, die einen die
Wärmeaustauschwand umgebenden Mantel aufweist, der jedoch lediglich den Zweck hat, den durch
Thermosiphonwirkung erfolgenden Flüssigkeitsumstrom in senkrechter Richtung in Nähe der
Wärmeaustauschwand zu verstärken, und der hierbei die aufsteigende Flüssigkeitsader von der absteigenden
Flüssigkeitsader trennt. Aus diesem Grunde kann dieser Mantel mit den zwischen den Kühlkanä-Ien
befindlichen Vorsprüngen der Wärmeaustauschwand in Berührung stehen oder nicht; unter der Be-Siedekühlvorrichtung
Anmelder:
Compagnie Frangaise Thomson
Houston-Hotchkiss Brandt, Paris
Houston-Hotchkiss Brandt, Paris
Vertreter:
Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,
Patentanwalt, München-Pasing, Gotthardstr. 81
Patentanwalt, München-Pasing, Gotthardstr. 81
Als Erfinder benannt:
Charles Beurtheret,
Saint-Germain-en-Laye, Seine-et-Oise
(Frankreich)
Charles Beurtheret,
Saint-Germain-en-Laye, Seine-et-Oise
(Frankreich)
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 6. August 1956 (719 972)
dingung, daß in ersterem Fall der Mantel am Wärmeaustausch nicht merklich teilnimmt, treten Instabilitäten
auf, die auf die Bildung von Dampfblasen zurückzuführen sind. Außerdem stehen bei dieser vorbekannten
Siedekühlvorrichtung die Wandungen der Kühlkanäle mit einem von ihrem Strömungseintritt
zum Austritt immer mehr an Dampf reicheren Dampf-Flüssigkeits-Gemisch in Berührung, was einen
Nachteil insofern mit sich bringt, als die zulässige Wärmeabgabe eines Wärmeaustauschers durch die
pro Flächeneinheit ihrer am schlechtesten gekühlten Teile zulässige Wärmeabgabe bestimmt ist. Dieser
geringe Wirkungsgrad wird noch dadurch verschlechtert, daß die Abführung der Dampfblasen dem zufälligen
Einwirken der normalen Strömungsturbulenz und der Schwerkraft überlassen bleibt, so daß sich
große Dampfblasen mit langer Haftdauer bilden und damit die Gefahr örtlicher Überhitzung der Wärmeaustauschwand
besteht.
Es ist im übrigen schon bei Kesselrohren bekannt, in diesen Ablenkteile anzuordnen, die in der Haupterstreckung
einer um das Kanalinnere gewundenen Schraubenlinie folgen, um der Kühlflüssigkeit eine
Drehbewegung zu erteilen, so daß infolge der hierbei auftretenden Fliehkräfte die spezifisch schwerere
Kühlflüssigkeit nach der Kesselrohrwand zu gedrückt wird, während die spezifisch leichteren Dämpfe nach
der Rohrachse gedrängt werden und längs dieser abströmen.
709 710/368
I 257
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Siedekühlvorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der unter Beibehaltung der einfachen Gestaltung der Wärme abgebenden massiven
Wand die Abführung der entstehenden Dampfbläs- S chen erheblich gefördert wird und auch noch bei
geringem Kühlflüssigkeitsdurchsatz durch die Kühlkanäle für eine örtlich und zeitlich gleichmäßigere
Verteilung der Kühlflüssigkeit an den Kanalwänden gesorgt ist. Diese Siedekühlvorrichtung soll hierbei
gleichermaßen für Anoden von Senderöhren großer Leistung als auch für Brennstoffstäbe von Kernreaktoren
geeignet sein.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in den Kühlkanälen Ablenkteile angeordnet
sind, die in der Haupterstreckung einer um das Kanalinnere gewundenen Schraubenlinie folgen
und nur an den zusätzlichen Wandungsteilen befestigt sind.
Durch diese Maßnahme ist gegenüber einer Siedekühlvorrichtung der eingangs genannten vorbekannten
Art der Vorteil einer wesentlich höheren Wärmeaustauschleistungsgrenze gegeben, weil die sich bildenden
Dampfbläschen bereits im Stadium ihres Entstehens abgerissen werden, bevor sie nämlich Abmessungen
annehmen, die geeignet sind, die Erscheinung des Leidenfrostschen Phänomens örtlich entstehen
zu lassen. Dieser Vorteil ist bei der Siedekühlvorrichtung gemäß der Erfindung um so mehr gegeben,
als die Wärmeaustauschleistung pro Flächeneinheit diesen gesteigerten Wert über die gesamte
Länge der Wärmeaustauschwand annimmt, da die Wände der Kühlkanäle von einem zum anderen Ende
hin mit einem rasch bewegten Flüssigkeitsstrom in Berührung stehen, während der Dampf durch den
mittleren Bereich der Kanäle entweicht. Dieser Vorteil macht sich vor allem bei ziemlich langen Siedekühlvorrichtungen
bemerkbar, wie solche häufig bei Elektronenröhren und vor allem bei Brennstoffstäben
von Kernreaktoren notwendig sind.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die zusätzlichen konkaven
Wandungsteile durch eine gemeinsame Hülse gebildet sein. In manchen Anwendungsfällen kann
man am Strömungseingang der Kühlkanäle den Kühlflüssigkeitsstrom drosselnde Elemente vorsehen.
Die Flächenbereiche der Längsnuten können Riefen oder Aufrauhungen zur Erzeugung örtlicher Wirbelungen
aufweisen. Für die Einführung der Kühlflüssigkeit in die Kühlkanäle kann ein zu deren Wandüngen
tangential gerichtetes Röhrchen vorgesehen sein.
Die Zeichnung veranschaulicht schematisch in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen Siedekühlvorrichtungen
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art.
F i g. 1 und 2 zeigen Siedekühlvorrichtungen gemäß der Erfindung mit einer Mehrzahl von Kanälen
gleichbleibenden Querschnitts, die von konkaven Längsnuten und zusätzlichen konkaven Wandungsteilen
gebildet sind, die bei der Siedekühlvorrichtung der F i g. 1 einzeln vorgesehen und bei der Siedekühlvorrichtung
der F i g. 2 durch eine gemeinsame Hülse gebildet sind.
F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Siedekühlvorrichtung gemäß Fig. 1 mit zwischen
benachbarten Kanälen vorgesehenen massiven Vorsprüngen.
F i g. 1 zeigt einen hohlen zylindrischen Metallkörper, welcher die Wärme von der Innenseite her
empfängt, wie dies z. B. bei der Außenanode einer Hochleistungselektronenröhre oder bei dem Kollektor
eines Klystrons großer Leistung der Fall ist. In dem Metallblock ist an seiner Außenseite ringsum
eine bestimmte Zahl von Kühlkanälen 14 ausgespart, welche eine konkave Querschnittsform und lotrechte
Achsen aufweisen und durch ebenfalls lotrechte massive Rippen 15 voneinander getrennt sind. Die
Kühlkanäle 14 sind von in den Metallkörpern vorgesehenen konkaven Längsnuten und sie überdeckenden
zusätzlichen konkaven Wandungsteilen 16 gebildet, die im Innern der Kühlkanäle erfindungsgemäß
ausgestaltete Ablenkteile 17 tragen.
F i g. 2 veranschaulicht eine Siedekühlvorrichtung, die sich von der Vorrichtung nach F i g. 1 dadurch
unterscheidet, daß die Längsnuten der Metallkörperwand zu Kühlkanälen 14 nicht einzeln durch je einen
Wandungsteil 16, sondern durch eine gemeinsame Hülse 18 entsprechender Form berandet sind, welche
die Ablenkteile 17 auf ihrer Innenseite aufweist. Da bei der erfindungsgemäßen Siedekühlvorrichtung der
thermische Kontakt zwischen den Enden der Rippen 15 und der sie umschließenden Hülse 18 nur einen
unwesentlichen Beitrag zur Kühlung des heißen Körpers liefern soll, kann es in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein, die Hülse 18 mit den Ablenkteilen
17 als getrennten und abnehmbaren mechanischen Teil auszuführen.
Die in F i g. 1 und 2 in den aufeinanderfolgenden Kanälen 14 angeordneten Ablenkteile 17 sind vorzugsweise
mit im Wechsel entgegengesetzten Steigungen ausgerichtet, so daß die Drehbewegungen der
Flüssigkeit in den aufeinanderfolgenden lotrechten Kanälen 14 gegensinnig sind. Dadurch wird die Trennung
der Flüssigkeit und des Dampfes nach Austritt aus den Kühlkanälen erleichtert. Der Querschnitt der
Kühlkanäle 14 kann auch eine nicht gleichförmige Krümmung aufweisen, und man kann Änderungen
der Krümmung zur Erhöhung der Wirksamkeit der Vorrichtung an den am meisten belasteten Teilen der
heißen Wand benutzen, wie dies in F i g. 2 angedeutet ist, in der der kleinste Krümmungsradius am
Grund des Kanalquerschnitts vorgesehen ist.
Der Querschnitt der nach F i g. 1 und 2 oder ähnlich ausgebildeten rohrförmigen, die Ablenkteile für
die Flüssigkeit erfindungsgemäß enthaltenden Kanäle kann auch über deren ganze Länge hin ungleichförmig
sein; er kann sich insbesondere von der Flüssigkeitseintrittsöffnung nach der Austrittsseite
hin kontinuierlich erweitern. Bei anderen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Kühlflüssigkeit
durch Röhrchen tangential von der Seite in die Kühlkanäle einzuführen, und zwar zweckmäßig da,
wo der Querschnitt am größten ist, um von der Beschleunigung der Drehbewegung Nutzen zu ziehen,
welche auftritt, wenn der Krümmungsradius der Flüssigkeit abnimmt. Die senkrechten Rippen 15 der
Vorrichtung nach F i g. 2 können gegebenenfalls in der Form von Zähnen auf einen Teil ihrer Länge
unterteilt sein, ohne die erfindungsgemäß erfolgende Wirkungsweise der Siedekühlvorrichtung merklich
zu stören.
F i g. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung zur Kühlung der Oberfläche der
Außenanode von Elektronenröhren. Wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind die Kanäle 14 je-
Claims (5)
1. Siedekühlvorrichtung mit einer konkave Längsnuten enthaltenden, stehenden, massiven
Wärme abgebenden Wand und die Längsnuten unter Bildung von umfänglich im wesentlichen
geschlossenen Kühlkanälen überdeckenden, zusätzlichen, von der massiven Wand allenfalls unwesentlich
Wärme aufnehmenden, von den Kühlkanälen her konkaven Wandungsteilen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlkanälen
(14) Ablenkteile (17) angeordnet sind, die in der Haupterstreckung einer um das Kanalinnere
gewundene Schraubenlinie folgen und nur an den zusätzlichen Wandungsteilen (16) befestigt
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Wandungsteile
(16) durch eine gemeinsame Hülse (18) gebildet sind (F i g. 2).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Kühlkanäle
(14) den Kühlflüssigkeitsstrom drosselnde Elemente vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenbereiche
der Längsnuten Riefen oder Aufrauhungen zur Erzeugung örtlicher Wirbelungen aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die
Einführung der Kühlflüssigkeit in die Kühlkanäle (14) ein zu deren Wandungen tangential gerichtetes
Röhrchen vorgesehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 901 421, 597 472,
222, 3 861;
Deutsche Patentschriften Nr. 901 421, 597 472,
222, 3 861;
deutsche Patentanmeldung D 198 Ia/17f (bekanntgemacht am 29. 6. 1951;
schweizerische Patentschrift Nr. 152 051;
belgische Patentschrift Nr. 504 253;
französische Patentschrift Nr. 1 079 141;
USA.-Patentschriften Nr. 2 024 743, 1 821434;
Unterlagen der belgischen PatentschriftNr. 545457.
belgische Patentschrift Nr. 504 253;
französische Patentschrift Nr. 1 079 141;
USA.-Patentschriften Nr. 2 024 743, 1 821434;
Unterlagen der belgischen PatentschriftNr. 545457.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 710/368 12.67 ö Bundesdruckerei Berlin
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Family Applications (1)
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