DE1098019B

DE1098019B - Heat exchanger with an elongated body having transversely directed ribs, which is surrounded by a wall that forms an annular channel with the outer edges of the ribs

Info

Publication number: DE1098019B
Application number: DEU4603A
Authority: DE
Inventors: Louis Afzal Husain
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1956-06-22
Filing date: 1957-06-21
Publication date: 1961-01-26
Also published as: DK91186C; NL91911C; BE558588A; ES236160A1; FR1177397A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, welcher einen länglichen Körper, der mehrere mit Abstand voneinander angeordnete quergerichtete Rippen aufweist und von einer Wandung umgeben ist, die zusammen mit den Umfangsflächen der Querrippen einen glatten ringförmigen Kanal bildet, der in Längsrichtung von einem Wärmeübertragungsmittel zur Kühlung des Körpers durchströmt wird.The invention relates to a heat exchanger, which has an elongate body, the several has spaced transverse ribs and is surrounded by a wall, which, together with the circumferential surfaces of the transverse ribs, forms a smooth annular channel, which in A heat transfer medium for cooling the body flows through the longitudinal direction.

Ein besonderes Anwendungsgebiet eines derartigen Wärmeaustauschers ist ein Kernreaktor, bei welchem die Wärme von den Brennstoffelementen abgeleitet werden muß, die üblicherweise stabförmig ausgebildet und in kreisförmigen Kanälen des Reaktors angeordnet sind.A particular field of application of such a heat exchanger is a nuclear reactor in which the heat must be dissipated from the fuel elements, which are usually rod-shaped and are arranged in circular channels of the reactor.

Bei solchen Wärmeaustauschern ergeben die Querrippen oder die im wesentlichen querverlaufenden Rippen, z. B. Rippen in schraubenliniger Form mit enger Steigung, auf dem länglichen Körper eine bessere Wärmeübertragung als Längsrippen oder im wesentlichen längsverlaufende Rippen bei einer gegebenen Menge von Rippenwerkstoff, was auf die Turbulenz der Gasströmung zurückzuführen ist, die in kreisenden Wirbeln zwischen den Rippen entsteht.In such heat exchangers, the transverse ribs or the substantially transverse ribs result Ribs, e.g. B. Ribs in a helical shape with a narrow pitch, on the elongated body a better one Heat transfer as longitudinal fins or substantially longitudinal fins for a given Amount of rib material, which is due to the turbulence of the gas flow, which is in orbiting Vortex is created between the ribs.

Gemäß der Erfindung soll nun der Wirkungsgrad solcher Wärmeaustauscher dadurch verbessert werden, daß der Körper außer der Querrippe wenigstens einen Staukörper aufweist, der zur Längsrichtung des Körpers geneigt verläuft und mindestens ein Außenstück jeder Querrippe schneidet oder durchdringt. Bei einer solchen Anordnung werden die zwischen den Rippen kreisenden Wirbel einer quergerichteten Unterbrechung unterworfen, und es wird in ihnen eine Querströmungskomponente geschaffen, wobei das Wärmeaustauschmittel in den Wirbeln durch frisches ersetzt und das an den Rippenwurzeln angestaute aufgewirbelt wird.According to the invention, the efficiency of such heat exchangers should now be improved by that in addition to the transverse rib, the body has at least one damming body which faces the longitudinal direction of the body runs inclined and cuts or penetrates at least one outer piece of each transverse rib. At a In such an arrangement, the vertebrae orbiting between the ribs become a transverse interruption subjected, and a cross-flow component is created in them, the heat exchange means replaced by fresh in the vertebrae and whirled up what had accumulated at the roots of the ribs will.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawing showing it for example be, namely shows

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines kurzen Teilstücks eines bekannten quergerippten Kern-Brennstoffelementes, welches in einem kreisförmigen Kanal angeordnet ist, der im Schnitt dargestellt ist,1 is a schematic side view of a short section of a known cross-ribbed core fuel element. which is arranged in a circular channel, which is shown in section,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche beispielsweise eine praktische Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.Fig. 2 is a view similar to Fig. 1 showing, for example, a practical embodiment of the invention illustrated.

Fig. 3 eine Schnittansicht nach den Schnittlinien HI-III der Fig. 2, währendFig. 3 is a sectional view according to the section lines HI-III of FIG. 2, while

Fig 4 in kleinerem Maßstab ein Herstellungsverfahren eines Bestandteils der Fig. 2 und 3 veranschaulicht.4 shows a manufacturing process on a smaller scale of a component of FIGS. 2 and 3 illustrated.

In Fig. 1 enthält eine bekannte Ausführungsform der Kern-Brennelemente eine den länglichen Körper darstellende zylindrische Hülse 1, welche spaltbares Material enthält und mit radialen Querrippen 2 ver-Wärmeaustauscher mit einem länglichen,In Fig. 1, a known embodiment of the core fuel elements contains a cylindrical sleeve 1 representing the elongated body, which contains fissile material and with radial transverse ribs 2 ver heat exchanger with an elongated,

quer gerichtete Rippen aufweisenden
Körper, der von einer mit den Außenkanten der Rippen einen ringförmigen
Kanal bildenden Wandung umgeben isthaving transverse ribs
Body formed by one with the outer edges of the ribs an annular
Channel forming wall is surrounded

Anmelder:Applicant:

United KingdomUnited Kingdom

Atomic Energy Authority,Atomic Energy Authority,

LondonLondon

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen, Oranienstr. 14th

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien, vom 22. Juni 1956Claimed priority:
Great Britain, 22 June 1956

Louis Afzal Husain, London,
ist als Erfinder genannt wordenLouis Afzal Husain, London,
has been named as the inventor

sehen ist. Aus Zweckmäßigkeitsgründen in bezug auf die Herstellung haben die Rippen 2 die Form eines eingängigen Gewindes, wobei sie jedoch etwa quer zur Achse der Hülse 1, wie es dargestellt ist, verlaufen. Das Element ist zentral innerhalb eines zylindrischen Kanals 3 angeordnet. Die Wärmeübertragung erfolgt durch eine Gasströmung, wie durch die Pfeile 4 angedeutet, entlang dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den Spitzen der Rippen 2 und der Kanalwand 3, wobei durch die Strömung heftige kreisende Wirbel 5 zwischen den Rippen hervorgerufen werden.see is. For reasons of convenience in terms of manufacture, the ribs 2 are in the form of a single thread, but they run approximately transversely to the axis of the sleeve 1, as shown. The element is arranged centrally within a cylindrical channel 3. The heat is transferred by a gas flow, as indicated by the arrows 4, along the annular space between the tips of the ribs 2 and the channel wall 3, the flow causing violent circling vortices 5 between the ribs.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein kontinuierlicher schraubenförmiger Staukörper 6 in radiale Schlitze in den Rippen 2 so eingepaßt, daß er sich radial nach außen über die Rippen 2 hinaus und radial nach innen nur über einen Teil des Abstands von der Hülsenoberfläche 1 erstreckt.In the embodiment of the invention shown in FIGS. 2 and 3 is a continuous screw-shaped baffle 6 fitted into radial slots in the ribs 2 so that it extends radially on the outside beyond the ribs 2 and radially inwards only over part of the distance from the sleeve surface 1 extends.

Der schraubenförmige Staukörper erstreckt sich über die Gesamtlänge des Brennelements und kann mehrere Windungen aufweisen. In der Zeichnung ist nur eine halbe Windung dargestellt. Der Staukörper 6 kann, wie in Fig. 4 dargestellt, aus einem Blechring, der bei 7 radial aufgespalten ist, hergestellt werden und kann somit in Richtung der Achse des Ringes aus-The helical baffle extends over the entire length of the fuel assembly and can have several turns. Only half a turn is shown in the drawing. The bluff body 6 can, as shown in FIG. 4, be produced from a sheet metal ring which is split radially at 7 and can thus extend in the direction of the axis of the ring.

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gezogen werden. Durch eine solche Herstellungsart wird eine eingängige Schraube ohne irgendeinen Metallverformungs-Vorgang geschaffen. Die Schraube kann dadurch weiter ausgedehnt werden, daß weitere Elemente jeweils mit den Enden aneinanderstoßend angeordnet werden.to be pulled. With such a method of manufacture, a catchy screw is created without any Metal deformation process created. The screw can be expanded further that further Elements are each arranged with the ends abutting one another.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform hat es sich herausgestellt, daß eine Steigerung der Wärmeübertragung von etwa 50 % gegenüber einer bekannten quergerippten Anordnung mit ähnlichen Abmessungen erzielt wird, und zwar ohne unzulässige Steigerung des Reibungsverlustes.In the embodiment described above, it has been found that an increase in the heat transfer of about 50% over a known cross-ribbed arrangement of similar dimensions is achieved without undue increase in friction loss.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei schraubenförmige Staukörper vorgesehen, um dadurch ein doppelgängiges Gewinde zu bilden, dessen Steigung etwa fünfmal den Außendurchmesser beträgt.In a preferred embodiment, two helical baffles are provided to thereby to form a double thread, the pitch of which is about five times the outer diameter.

Bei einer weiteren Ausführungsart kann der Staukörper 6 so angeordnet sein, daß er sich bis nach der Oberfläche der Hülse 1 erstreckt und kann dort zusammengefügt sein, um so eine Wärmeübertragungsfläche ähnlich den Rippen 2 zu bilden, jedoch ist dies für den Zweck der Erfindung nicht wesentlich. In ähnlicher Weise kann der Staukörper 6 so angeordnet sein, daß er sich nach außen bis an die Kanalwand heran erstreckt.In a further embodiment, the bluff body 6 can be arranged so that it is up to the Surface of the sleeve 1 extends and can be joined there to form a heat transfer surface similar to the ribs 2, but this is not essential for the purpose of the invention. In a similar way The baffle 6 can be arranged in such a way that it extends outwards up to the channel wall extends.

Bei einer weiteren abgeänderten Ausführungsform ist der Staukörper 6 im Querschnitt gekrümmt oder in einem geringen Winkel zu einem Radius angeordnet (wie in Fig. 3 dargestellt), so daß das Gas eine nach innen gerichtete radiale Strömungskomponente erhält.In a further modified embodiment, the bluff body 6 is or is curved in cross section arranged at a slight angle to a radius (as shown in Fig. 3) so that the gas has a inwardly directed radial flow component receives.

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger having an elongated body which has a plurality of spaced apart provided transversely directed ribs and is surrounded by a wall which forms a smooth annular channel together with the circumferential surfaces of the transverse ribs, which flows through in the longitudinal direction of a heat transfer medium for cooling the body is, characterized in that the body in addition to the transverse rib at least one Has bluff body, which runs inclined to the longitudinal direction of the body and at least one The outer part of each transverse rib cuts or penetrates.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the transverse ribs each have a turn form a helical rib with a narrow pitch.

3. Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the bluff body is a has a wide slope.

4. Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the bluff body extends in the radial direction beyond the transverse rib.

Considered publications:
German Patent No. 542 106;
British Patent No. 732,468.

1 sheet of drawings