DE2254232A1

DE2254232A1 - Stromdurchflossener heizleiter mit axial unterschiedlicher leistungsverteilung, verfahren zu dessen herstellung und vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2254232A1
Application number: DE2254232A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Von Holzen
Original assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Current assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1973-05-24
Also published as: AT310890B; US3851150A; CH545577A; IT969250B; GB1401468A

Description

Gesellschaft zur Förderung der Forschung 8006 Zürich an der Eidgenössischen Technischen Hochschule» (Schweiz)

Stromdurchflossener Heizleiter mit axial unterschiedlicher Leistungsverteilung, Verfahren zu dessen Herstellung und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft einen stromdurchflossenen Heizleiter mit axial unterschiedlicher Leistungsverteilung, der eine metallische, rohrförraige Hülle von mindestens annähernd konstanter Wandstärke umfasst, auf welcher eine Metallschicht veränderlicher axialer Schichtdicke aufgebracht ist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Zur Erforschung des Wärmeüberganges von Reaktorbrennelementen

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an das umgebende Kühlmittel werden Versuche in entsprechenden Kreisläufen durchgeführt. Für diese Versuche benötigt man an Stelle der Reaktorbrennelements elektrisch beheizte Elemente, welche die Verteilung der Wärmeproduktion, wie sie im Kernreaktor durch die Neutronenfluss verteilung gegeben ist, möglichst genau simulieren. Im allgemeinen ändert sich die Wflrmeproduktion entlang der Elemente in Form einer stetigen Funktion, z.B. als Cosinusfunktion.

Bisher gebraucht man hauptsächlich die zwei folgenden Verfahren, um Heizrohre mit axial veränderlicher Leistungsverteilung zu fabrizieren:

1. Aus einzelnen Rohrstücken werden treppenförmig aufgebaute Heizelenente durch Verschweissen oder Verlöten zusammengefügt. Man erhält auf diese Weise ein Rohr mit diskontinuierlich sich ändernder Wanddicke. Dadurch wird die Heizleistung, der örtlichen Wanddickenverteilung folgend, ebenfalls treppenförmig verteilt.

Man kann mit dieser Methode die gewünschte Verteilung nur annähern. Sie ist ausserdem sehr arbeitsintensiv und liefert Heizstäbe von geringer mechanischer Festigkeit.

2. Ein Rohr wird an seinem ausseren Durchmesser durch Schleifen oder Drehen mechanisch bearbeitet, um den für die gewünschte Leistungsverteilung erforderlichen Verlauf der Wanddicke zu erzielen.

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Diese Methode ist sehr teuer und stellt hohe Anforderungen an die Genauigkeit der mechanischen Bearbeitung.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines erstklassigen Produktes sowie eines billigeren und einfach durchzuführenden Verfahrens zu dessen Herstellung. In diesem Sinne zeichnet sich der erfindungsgenässe Heizleiter dadurch aus, dass die Hülle und die Metallschiebt direkt metallisch miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird anschliessend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen in schenatiseher Darstellung:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Heizleiter,

Fig. 2 eine Anlage zur Herstellung von Heizleitern gemäss Fig. 1, mit den hauptsächlichsten Aggregaten.

Trägt man auf ein zylindrisches Grunörolsr 1 konstanter Wanddicke & eine Schicht 3 aus einem elektrisch gut leitenden Material, z.B. Silber, Kupfer oder dgl·* mit variablem Verlauf der Decke h über der Länge L auf₉ so erhält man einen Heizleiter mit veränderlicher Leistungsverteilung. Derartige Grundrohre können beispielsweise eine Länge von 2 m, einen Innendurchmesser von 8,35 mm und einen Aussendurchmesser von

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9,5 nun aufweisen, während die Dicke der Schicht 3 an dem Ende des Grundrohres 1 beispielsweise 20 /u betragen kann und in der Rohrmitte 0/u. Der Dickenverlauf kann im Längsschnitt einer Cosinusfunktion folgen.

Das in Pig. I dargestellte Heizrohr ergab einen 2,5^-fachen Unterschied zwischen der grössten örtlichen Leistung in der Stabmitte und der kleinsten örtlichen Leistung an dessen Enden. Nach dem Beschichten kann das Heizrohr 5 zum Schutz der Silberschicht 3 durch ein dünnwandiges Rohr geschützt werden, das aufgezogen oder aufgehämmert wird (nicht dargestellt).

Ein solches Heizelement kann z.B. folgendermassen auf galvanischem Wege hergestellt werden:

Eine von einem Elektrolyten 7, z.B. Silbercyanidlösung, durchströmte, vorzugsweise aus PVC bestehende Galvanisierkammer 9, welche eine ringförmige Silberelektrode 11 enthält, wird mit veränderlicher Geschwindigkeit auf einem Grundrohr 1 längsverschoben. Die Kammer 9 ist gegenüber dem Grundrohr 1 mittels 0-Ringen 10 abgedichtet. Den Vorschub der Kammer 9 besorgt ein frequenzgesteuerter Antrieb 15, d^r durch ein Tonband mit vorgängig aufgezeichnetem Programm angesteuert wird, wie in der Folge erläutert wird. Dieses Programm wird

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durch Tongeneratoren erzeugt. Das zu beschichtende Rohr 1 wird während des Vorganges mit konstanter Drehzahl durch einen Antrieb 16 in Drehung gehalten, um über den Umfang eine gleichmässig dicke Schicht 3 zu erzeugen.

Daher ergibt sich dort, wo die Vorschubgeschwindigkeit der Kammer 9 klein ist, eine grössere Schichtdicke 6 und umgekehrt.

Unmittelbar vor und hinter der Kammer 9 wird das Rohr 1 mit Wasser aus Leitungen 17 gespült, um restlichen Elektrolyt von der Rohr- bzw. Heizleiteroberfläche zu entfernen. Die Vorrichtung ist in einer Auffangwanne 19 angeordnet.

Während des Betriebes der Öalvanisierstation zirkuliert der Elektrolyt 7 in der Anlage. Zu diesem Zwecke schöpft eine Pumpe 27 aus einem Elektrolytbehälter 25 den Elektrolyten, wobei ein Druckregler 28 in der Leitung 30 dem Einstellen der Umwälzmenge des Elektrolyten 7 dient. Der Rückfluss erfolgt über die Rückflussleitung 32 zurück in den Elektrolytbehälter 25. Die Anlage ist auf einem Ständer 21 mit seitlichen Lagerstützen 22 und 23 angeordnet, welche ihrerseits in der Auffangwanne 19, wie dies in Fig. 2 ersichtlich ist, stellen. Der Stromanschluss erfolgt mit dem +Pol 34 direkt an die Silberelektrode 11, während der -Pol 35 an die Lagerstutse 23 angeschlossen ist.

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Die Herstellung des erwähnten Programmbandes zur Steuerung des Vorschubes erfolgt in dem Sinn, dass in ersten Verfahrensschritten das Programm auf ein Tonband gegeben wird und anschliessend die Steuerung der Kammer mit Hilfe dieses Tonbandes erfolgt. Zu diesem Zwecke ist es nötig, den Verlauf der Schichtdicke und der Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der gegebenen axialen Leistungsverteilung des Wärmeträgers, insbesondere eines Reaktorbrannelementes, zu berechnen. Anschliessend erfolgt die Berechnung des Verlaufes der Steuerfrequenz in Abhängigkeit von der Zeiti f (t). Anschliessend wird das entsprechende, zum Steuern vorgesehene Tonband mit der gefundenen Funktion f Ct) bespielt. Nun liegt ein Tonband mit dem Punktionsverlauf der Steuerfrequenz in Abhängigkeit der Zeit, f (t), vor, mit welchem der Vorschubmotor zum Antrieb 15 angesteuert werden kann. Auf diese Weise wird die p;anze Vorrichtung mit dem Elektrolyten 7, der Kammer 9, der Silberelektrode 11 und dem Antrieb 15 programmässig derart bewegt, dass der Auftrag der Schicht 3 in dem gewünschten Dickenmass erfolgt.

Es ist natürlich grundsätzlich auch möglich, eine Schicht 3 auf ein Grundrohr 1 im Vakuum aufzudampfen oder durch thermisches Spritzverfahren aufzubringen. Zu diesem Zwecke kann eine Vorrichtung verwendet werden, welche grundsätzlich nach dem erläuterten Prinzip steuerbar ist,

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Claims

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Patentansprüche

Iy Stromdurchflossener Heizleiter mit axial unterschiedlicher Leistungsverteilung, der eine metallische, rohrförmige Hülle von mindestens annähernd konstanter Wandstärke umfasst, auf welcher eine Metallschicht veränderlicher axialer Schichtdicke aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (1) und die Metallschicht (3) direkt metallisch miteinander verbunden sind.
2. Heizleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) im Axialschnitt als gekrümmte Kurve, insbesondere als Cosinusfunktion verläuft.
3. Heizleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) galvanisch oder mittels Vakuumbedampfung auf die Hülle (1) aufgebracht ist.
4. Verfahren zum Herstellen eines Heizleiters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man auf eine metallische Hülle (1) direkt eine Schicht (3) eines elektrisch leitenden Materials aufträgt.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch Gekennzeichnet, dass man auf die Schicht (3) ein Schutzrohr aufbringt, z.B. aufhämmert oder aufzieht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schicht galvanisch aufträgt und den Elektrolyten (7) in der Galvanisierkammer (9) umwälzt.
7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ¹J, gekennzeichnet durch eine mit unterschiedlicher Vor- bzw. Rückwärtsbewegung bezüglich der Hülle gesteuerte Einrichtung zum Auftragen der Schicht (3) auf die Hülle (1).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, cass zum Relativbewegen ein Antrieb (15) und zu dessen Steuerung ein Tonträger, z.B. ein Tonband, vergesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (16) vorgesehen sind, um die rohrförmige Hülle

(1) bezüglich der Vorrichtung eine Drehbewegung ausführen zu lassen.

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