DE1241539B - Process for providing thin-walled, tubular casings for ceramic nuclear reactor fuels with axially extending folds - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

DeutscheKl.: 21g-21/20German class: 21g-21/20

Nummer: 1241539Number: 1241539

Aktenzeichen: C 34917 VHI c/21 gFile number: C 34917 VHI c / 21 g

^ 24 1 539 Anmeldetag: 21. Januar 1965^ 24 1 539 filing date: January 21, 1965

Auslegetag: 1. Juni 1967Open date: June 1, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Versehen von dünnwandigen, rohrförmigen Hüllen für keramische Kernreaktor-Brennstoffe mit einer geraden Anzahl axial verlaufender Falten mit verschwindendem innerem Krümmungsradius.The invention relates to a method for providing thin-walled, tubular casings for ceramic nuclear reactor fuels with an even number of axially extending folds with a vanishing inner radius of curvature.

Bekanntlich hat die Hülle für keramische Kernreaktor-Brennmaterialien, insbesondere für Uraniumoxyd, die Neigung, während des Reaktorbetriebes sich vom Brennstoff infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen loszulösen.It is well known that the shell for ceramic nuclear reactor fuels, in particular for uranium oxide, the tendency to separate from the fuel during reactor operation as a result of different thermal expansions to detach.

Der äußere Druck des Kühlmittels wirkt diesem Loslösen entgegen und verursacht dann, wenn das Spiel zwischen Brennmaterial und Hülle genügend groß ist und die Hülle nicht genügend stark ist, um den Druck allein aufzunehmen, die Bildung von Falten. Im Verlauf der zyklischen Wärmebeanspruchung verschwinden und erscheinen diese Falten immer wieder und brechen so leicht an ihren Biegekanten auf.The external pressure of the coolant counteracts this loosening and causes, if that The clearance between the fuel and the envelope is large enough and the envelope is not strong enough to to take the pressure alone, the formation of wrinkles. In the course of the cyclical thermal stress These folds disappear and reappear again and again and so easily break at their bending edges on.

Man hat daran gedacht, »kontrollierte« Falten bei der Herstellung der Hülle vorzufonnen; aber diese Maßnahme hat nicht zum erwarteten Ergebnis geführt, denn der Krümmungsradius der (innenliegenden) Spitze dieser Falte ist niemals gleich Null, und das Metall ist dort auf Druck beansprucht.Thought has been given to "controlled" folds in the manufacture of the casing; but these Measure did not lead to the expected result because the radius of curvature of the (internal) The tip of this fold is never equal to zero, and the metal is under pressure there.

Andererseits ist es bekannt, Falten mit einem Krümmungsradius Null in der Spitze zu erzeugen, indem man an der Hülle Rippen vorsieht, die innen ausgefräst werden. Wenn diese Maßnahme auch für eine innere Umhülllung gute Ergebnisse bringt, so ist sie doch für eine äußere Umhüllung von keramischen Materialien nicht anwendbar, da dazu sehr lange Rohre mit geringem Durchmesser erforderlich sind. Außerdem besteht kein Interesse an der Oberflächenvergrößerung bei Umhüllungsmaterialien, die, wie nichtrostender Stahl, Neutronen stark absorbieren, oder, wie das Zirkonium, schlecht wärmeleitend sind.On the other hand, it is known to create folds with a radius of curvature of zero in the tip, by providing ribs on the shell that are milled out on the inside. If this measure is also for an inner cladding gives good results, but it is for an outer cladding of ceramic Materials cannot be used as very long tubes with a small diameter are required for this. In addition, there is no interest in increasing the surface area of wrapping materials which, like Stainless steel, strongly absorbing neutrons, or, like zirconium, have poor thermal conductivity.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, eine Herstellungsweise der Umhüllungen für keramische Kernreaktor-Brennmaterialien zu schaffen, die den unterschiedlichen Forderungen der Praxis besser angepaßt ist. Dabei sollen vorgeformte Falten mit einem inneren Krümmungsradius an der Spitze von Null auf einfache Art erzeugt werden können, und es soll zwischen diesen Falten und dem Brennstoff stets eine gewisse Lücke vorhanden sein, wie auch immer die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen ablaufen.The main object of the invention is to provide a method of manufacturing the casings for ceramic nuclear reactor fuel materials to create that is better adapted to the different requirements of practice. It should be preformed folds with an inner Radius of curvature at the tip can be easily generated from zero, and it is said to be between these folds and the fuel there must always be a certain gap, however that different thermal expansions.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die rohrförmigen Hüllen flach zusammengedrückt bzw. plattgewalzt und anschließend mit Preßluft wieder aufgeblasen werden.The solution to this problem is, according to the invention, that the tubular casings are flat pressed together or rolled flat and then re-inflated with compressed air.

Durch die totale Abflachung bilden sich an den Verfahren zum Versehen von dünnwandigen,
rohrförmigen Hüllen für keramische Kernreaktor-Brennstoffe mit axial verlaufenden FaltenAs a result of the total flattening, the processes for providing thin-walled,
tubular casings for ceramic nuclear reactor fuels with axially extending folds

Anmelder:Applicant:

Commissariat ä FEnergie Atomique, Paris
Vertreter:Commissariat ä FEnergie Atomique, Paris
Representative:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht,
Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10Dipl.-Ing. R. Beetz and Dipl.-Ing. K. Lamprecht,
Patent Attorneys, Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Maurice Gauthron, ParisNamed as inventor:
Maurice Gauthron, Paris

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 22. Januar 1964 (961157)France January 22, 1964 (961157)

Rändern der Hülle scharfe Kanten aus, die beim Aufblasen des Rohres mit Preßluft mehr oder weniger erhalten bleiben und die Randfalten ergeben. Zur Verstärkung der Faltengebung und zum Abflachen von deren Form empfiehlt sich die Halterung der Hülle während des Aufblasens in einer Außenform, die die Ränder des plattgewalzten Rohres umgreift.Edges of the envelope from sharp edges that more or more when the tube is inflated with compressed air are less preserved and result in the edge folds. To reinforce the wrinkles and to flatten them the shape of the cover is recommended to be held in an external shape during inflation, which engages around the edges of the flat-rolled tube.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es günstig, die rohrförmigen Hüllen vor dem Zusammendrücken mit einer inneren Auskleidung aus hitzebeständigem Material zu versehen. Man kann dann höhere Walzdrücke anwenden, ohne Gefahr zu laufen, daß die Innenwandungen der Hülle durch den Walzvorgang aneinander festbacken oder gar miteinander verschweißen, und außerdem braucht der Aufblasvorgang zeitlich nicht unmittelbar an den Walzvorgang anschließend durchgeführt zu werden.According to a further development of the invention, it is advantageous to remove the tubular casings before they are pressed together to be provided with an inner lining made of heat-resistant material. Then you can Apply higher rolling pressures without running the risk of the inner walls of the shell through Bake the rolling process to one another or even weld them together, and also needs the inflation process cannot be carried out immediately after the rolling process.

Als Material für die Hülle selbst hat sich nichtrostender Stahl oder Zirkonium am besten bewährt, während für die innere Auskleidung vor allem Aluminiumoxyd oder Zirkoniumoxyd in Frage kommt.Stainless steel or zirconium has proven to be the best material for the shell itself, while aluminum oxide or zirconium oxide is particularly suitable for the inner lining.

An Hand der Zeichnung soll der Erfindungsvorschlag näher erläutert werden; es zeigtThe proposed invention is to be explained in more detail using the drawing; it shows

Fig. 1 einen Querschnitt eines Brennelementes, das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde,Fig. 1 is a cross-section of a fuel assembly produced by the method according to the invention became,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine plattgewalzte rohrförmige Hülle undF i g. 2 shows a cross section through a flat-rolled tubular casing and

Fig. 3 einen Querschnitt einer Hülle nach dem Aufblasen mit Preßluft.Fig. 3 shows a cross section of a shell after inflation with compressed air.

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Claims (4)

I 241 539 Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, wird der keramische Brennstofi 1 von einer Hülle 2 umgeben, die beispielsweise aus nichtrostendem Stahl oder aus Zirkonium besteht. Die Hülle 2 weist Falten 3 auf, deren (innerer) Krümmungsradius im Scheitelpunkt 4 Null ist, wobei zwischen den Falten 3 und dem Brennstoff 1 ein Zwickelraum 5 verbleibt, der niemals verschwindet, wie auch immer der Betriebszustand durch die gegenseitigen Wärmeausdehnungen im Kernreaktor ist. Die Ausbildung gemäß der Zeichnung bietet den Vorteil, daß die Spitze 4 der Falte 3 keine Neigung zum Bruch zeigt, da sie sich an der (innenliegenden) Spitze mit ihrem Krümmungsradius Null nicht mehr biegen kann. Zur Herstellung einer solchen rohrförmigen Hülle 2 mit Falten 3 geht man von einem normalen Rohr aus nichtrostendem Stahl oder Zirkonium aus, das man vorteilhafterweise zuvor mit einer inneren Auskleidung 6 aus hitzebeständigem Material, wie Aluminium- oder Zirkoniumoxyd, versieht und walzt das Rohr platt aus (Fig. 2); die Auskleidung6 verhindert dabei die Materialdiffusion und damit das Verschweißen der beiden aneinandergepreßten Innenflächenteile des Rohres 2 während des Walzvorganges. Mit dem Auswalzen kann gleichzeitig die Wandstärke des Rohres auf sehr kleine Werte verringert werden, etwa bis auf eine Wandstärke in der Größenordnung von 0,1 mm, wobei die Faltenränder »gesund« und ohne Risse bleiben. Das zusammengedrückte Rohr 2 (Fig. 2) wird anschließend mit Preßluft wieder aufgeblasen, und man erhält leicht das gewünschte Profil, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist, wobei eine Außenform, die die Ränder des plattgewalzten Rohres 2 umgreift, zur Sicherung der Faltenform von Vorteil sein kann. Es sei erwähnt, daß es nicht notwendig ist, das Rohr 2 (Fig. 2) sofort nach dem Plattwalzen aufzublasen; denn das Vorhandensein der Auskleidung 6 erlaubt es, das Rohr 2 in abgeplattetem Zustand zu belassen und es aufzuspulen, wodurch Lagerung und Transport erleichtert werden. Das Rohr 2 kann erst später und an der Verwendungsstätte wieder aufgeweitet werden. Patentansprüche:I 241 539 As shown in FIG. 1 shows, the ceramic fuel 1 is surrounded by a shell 2, which consists for example of stainless steel or zirconium. The shell 2 has folds 3, the (inner) radius of curvature of which is zero at the apex 4, with a gusset space 5 remaining between the folds 3 and the fuel 1, which never disappears, whatever the operating state due to the mutual thermal expansions in the nuclear reactor. The design according to the drawing offers the advantage that the tip 4 of the fold 3 shows no tendency to break, since it can no longer bend at the (inner) tip with its zero radius of curvature. To produce such a tubular casing 2 with folds 3 one starts from a normal pipe made of stainless steel or zirconium, which is advantageously provided beforehand with an inner lining 6 made of heat-resistant material, such as aluminum or zirconium oxide, and the pipe is rolled flat ( Fig. 2); the lining 6 prevents the material diffusion and thus the welding of the two inner surface parts of the pipe 2 pressed against one another during the rolling process. With the rolling, the wall thickness of the pipe can be reduced to very small values at the same time, for example down to a wall thickness in the order of 0.1 mm, with the fold edges remaining "healthy" and without cracks. The compressed tube 2 (FIG. 2) is then re-inflated with compressed air, and the desired profile is easily obtained, as shown in FIG. 3 is shown, wherein an outer shape which engages around the edges of the flat-rolled tube 2 can be advantageous for securing the fold shape. It should be noted that it is not necessary to inflate the tube 2 (Fig. 2) immediately after the flattening; because the presence of the lining 6 makes it possible to leave the tube 2 in the flattened state and to wind it up, whereby storage and transport are facilitated. The tube 2 can only be expanded later and at the place of use. Patent claims: 1. Verfahren zum Versehen von dünnwandigen, rohrförmigen Hüllen für keramische Kernreaktor-Brennstoffe mit einer geraden Anzahl axial verlaufender Falten mit verschwindendem innerem Krümmungsradius, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Hüllen (2) flach zusammengedrückt bzw. plattgewalzt1. A method for providing thin-walled, tubular casings for ceramic nuclear reactor fuels with an even number of axially extending folds with a vanishing inner radius of curvature, characterized in that the tubular casings (2) are pressed flat or rolled flat ao und anschließend mit Preßluft wieder aufgeblasen werden.ao and then re-inflated with compressed air. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Hüllen (2) vor dem Zusammendrücken mit einer inneren Auskleidung (6) aus hitzebeständigem Material versehen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the tubular casings (2) are provided with an inner lining (6) made of heat-resistant material before being compressed. 3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die rohrförmigen Hüllen (2) nichtrostender Stahl oder Zirkonium verwendet wird.3. The method according spoke 1 or 2, characterized in that stainless steel or zirconium is used as the material for the tubular casings (2). 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die innere Auskleidung (6) Aluminiumoxyd oder Zirkoniumoxyd verwendet wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that aluminum oxide or zirconium oxide is used as the material for the inner lining (6). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 588/271 5.67 ©BundesdruckereiBerliti709 588/271 5.67 © BundesdruckereiBerliti