DE1203888B - Kernreaktor-Brennelementbuendel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. σ.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1203 888

Aktenzeichen: K 50550 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. August 1963

Auslegetag: 28. Oktober 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennelementbündel, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Einzelelementen mit Längskühlrippen, die gleichzeitig als Abstandshalter dienen.

Da bei schnellen Kernreaktoren aus einer relativ kleinen Volumeneinheit sehr viel Wärme abgeführt werden muß, wird das Kühlmedium mit hoher Geschwindigkeit durch den Reaktor gepumpt. Einerseits soll daher der Strömungswiderstand im Reaktor möglichst klein gehalten werden, andererseits sollen aber die Brennelemente auch nahe beisammenstehen und im Reaktor möglichst wenig Neutronen absorbierendes Strukturmaterial vorhanden sein, damit die kritische Masse des Reaktors klein gehalten werden kann. Trotzdem müssen die Brennelemente im Reaktor so festgehalten werden, daß sie sich aus ihrer vorgegebenen Lage nicht lösen und auch bei extrem hoher Geschwindigkeit des Kühlmittels nicht in Schwingungen geraten können.

Bei den meisten bekannten Konstruktionen werden die Brennelemente durch Gitter oder Roste, die an der Reaktorinnenwand oder an besonderen Führungskästen angebracht sind, festgehalten. Bei anderen bekannten Ausführungsformen befinden sich in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Brennelementen wendelförmig gedrehte Blechstreifen, durch die die umliegenden Brennelemente in kurzen Abständen abgestützt werden. Auch hiermit können die Brennelemente jedoch noch nicht sicher genug gehalten werden. Daher werden sie bei einer weiteren bekannten Konstruktion zusätzlich durch Zwischengitter gehalten, die in bestimmten Abständen in den Reaktor eingebaut sind.

Besonders bei schnellen Reaktoren sind aber Einbauten in den Strömungskanälen für das Kühlmedium unerwünscht, weil dort für die Wärmeabfuhr hohe Geschwindigkeiten des Kühlmediums erforderlich und weil die Abstände zwischen den Brennelementen relativ klein sind, um eine möglichst kleine kritische Masse zu erhalten. Aus diesem Grunde sucht man auch möglichst wenig Neutronen absorbierendes Strukturmaterial für die Halterung der Brennelemente zu verwenden.

Hierfür ist auch schon ein Kernreaktorbrennstoffelement bekanntgeworden, das zu den Nachbarelementen gerichtete Längskühlrippen trägt, die gleichzeitig als Abstandshalter dienen und untereinander sowie durch an ihren oberen Enden angebrachte Verbindungsrohre" fest zu einem Bündel verbunden sind. Diese Halterung ermöglicht jedoch nicht eine in axialer Richtung gegenüber den Nachbarelementen begrenzte Beweglichkeit zum Kernreaktor-Brennelementbündel

Anmelder:

Gesellschaft für Kernforschung m. b. H.,

Karlsruhe, Weberstr. 5

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Gerhard Schmidt,
Leopoldshafen über Karlsruhe

Ausgleich der Wärmespannungen. Außerdem ist keine beim Zusammen- oder Auseinanderbau leicht lösliche Verbindungsmöglichkeit vorhanden. Weiterhin sind auch Brennelemente bekannt, bei denen zur gegenseitigen Lösbarkeit der Einzelelemente diese

so über größere und kleinere Halterohre miteinander verhakt sind; es handelt sich hierbei jedoch um sehr komplizierte Anordnungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kernreaktor-Brennelementbündel aus mehreren nebeneinander angeordneten Einzelelementen zu schaffen, das bei kleinem Strömungswiderstand für das Kühlmedium und einfachstem Aufbau so stabil gehalten ist, daß es über seine ganze Länge auch bei hohen Kühlgasgeschwindigkeiten nicht in Schwingungen kommen kann; dabei soll die Halterung zum Ausgleich der Wärmespannungen in axialer Richtung gegenüber den Nachbarelementen begrenzt beweglich sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Kernreaktor-Brennelementbündel gemäß der Erfindung darin, daß die Rippen teilweise zu in Achsrichtung der Brennelemente offenen Haken geformt sind, die in entsprechend ausgebildete Haken der Rippen an den Nachbarelementen greifen. Zweckmäßig werden die Haken so bemessen, daß die Rippen benachbarter Elemente sich zusätzlich berühren. Dann halten sich die Brennelemente gemäß der Erfindung praktisch auf ihrer ganzen Länge gegenseitig fest, so daß Schwingungen ausgeschlossen werden.

Die besondere Ausbildung der Verbindung gestattet zwar Ausdehnung in axialer Richtung, doch können sich die Brennelemente nicht voneinander lösen oder gegenseitig verdrehen. Durch Verbinden der Rippen entsteht eine so gute Vernetzung der

Brennelemente untereinander, daß auch geringfügige seitliche Bewegungen der Brennelemente aus ihrer vorgegebenen Lage unmöglich sind. Außerdem wer-

509 719/307

den durch die Rippen und die Brennelemente Kanäle für das Kühlmedium gebildet, die völlig frei von Einbauten oder Querschnittsverengungen sind.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einige Brennelemente,

Fig. 2 die Haken an den Rippen der Brennelemente,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch zwei miteinander verbundene Brennelemente.

In der Fig. 1 sind die Brennelemente 1 in einem Dreiecksverband dargestellt. An jeder Brennelementhülse 2 sind in Längsrichtung sechs Rippen 3 angebracht, die zu den benachbarten sechs Brennelementen zeigen, mit deren Rippen 3 sie verbunden sind. Jeweils drei durch ihre Rippen miteinander verbundene Brennelemente bilden Kanäle 7 für den Durchfluß des Kühlmediums.

Die Rippen 3 tragen in kurzen Abständen Haken 4, wie in der F i g. 2 im einzelnen dargestellt ist. Ferner sind in den Rippen Aussparungen 5 vorgesehen, so daß die Haken 4 zur Verbindung der Brennelemente 1 ineinandergeschoben werden können. Die Längskanten der Rippen 3 sind angeschrägt, wobei die Anschrägungen 6 mindestens über einen Teil der Rippenlänge den gleichen Winkel mit dem Radius des Einzelelementes bilden, jedoch oberhalb und unterhalb eines Hakens 4 entgegengesetzt gerichtet sind. Hierbei sind die Anschrägungen von Kühlrippen benachbarter Brennelemente 1 einander angepaßt, so daß sie entsprechend der Fig. 3 zusammengesetzt werden können. Während die Haken 4 die Brennelemente 1 zusammenhalten, werden sie durch die wechselnden Anschrägungen der Rippen 3 daran gehindert, sich gegeneinander zu verdrehen. Eine axiale Bewegung der Brennelemente gegeneinander — etwa bei verschiedener Wärmeausdehnung — ist aber in gewissen Grenzen möglich.

Um den Zusammenbau des Brennelementbündels zu ermöglichen, müssen die Haken dreier benachbarter Rippen eines Einzelelementes gleich ausgerichtet sein, z. B. nach unten zeigen, während die Haken der übrigen drei Rippen nach oben gerichtet sind.

Das erfindungsgemäß aufgebaute Brennelementbündel kann man in Führungskasten bringen, durch die die Brennelementbündel im Reaktor gehalten werden und mit denen sie leicht in den Reaktor hineingeführt und aus dem Reaktor herausgezogen werden können. Man kann aber auch alle Brennelemente miteinander verbinden, ohne Führungskasten in den Reaktor einzubauen, wobei das Brennelementbündel nach der Erfindung sich dann an der

ίο Reaktorwand abstützt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten beschränkt. So kann man statt Einzelelementen mit sechs Rippen, d. h. Brennelementbündeln im Dreierverband, auch andere Anordnungen der Einzelelemente anwenden, wobei die Zahl der Kühlrippen jeweils mindestens der Zahl der Nachbarelemente entsprechen muß. Vorzugsweise werden die Längskanten der Rippen zum Verhindern einer Drehbewegung angeschrägt,

ao sie können jedoch auch Stufen oder ähnliche Ausbildungen an Stelle der schrägen Flächen aufweisen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennelementbündel, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Einzelelementen mit Längskühlrippen, die gleichzeitig als Abstandshalter dienen, dadurchgekennzeichnet, daß die Rippen teilweise zu inAchsrichtung der Brennelemente offenen Haken geformt sind, die in entsprechend ausgebildete Haken der Rippen an den Nachbarelementen greifen.

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanten der Rippen angeschrägt sind, wobei die Anschrägungen mindestens über einen Teil der Rippenlänge den gleichen Winkel mit dem Radius des Einzelelemehtes bilden, jedoch oberhalb und unterhalb eines Hakens entgegengesetzt gerichtet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1071856;
britische Patentschrift Nr. 904 618.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 719/307 10.65 © Bundesdruckerei Berlin