DE1439778B2 - Kernreaktor brennstoffelement - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktor-B renn- Fig. 5 eine Perspektivansicht eines Brennstoffstoffelemente mit einem Brennstoffkörper aus Spalt- elementes mit einer gerippten rohrförmigen Hülle stoff innerhalb einer rohrförmigen Hülle, welche ein- ähnlich derjenigen in F i g. 4 a wiedergibt,
stückig mit Wärmeübertragungsrippen versehen ist, In den Fig. la und 1 b ist eine rohrförmige Hülle die in einer Anzahl von sich längs des Brennstoff- 5 10 aus Magnesiumlegierung mit Wärmeübertragungselementes erstreckenden Sektoren um die Hülle her- rippen 11 gezeigt, die einstückig mit der Hülle 10 um angeordnet sind und die in benachbarten Sektoren ausgebildet sind. Die Rippen 11 sind flach, nehmen jeweils in gleicher Weise, aber in entgegengesetzter vier Sektoren um die Hülle 10 herum ein, verlaufen Richtung, geneigt so ausgebildet sind, daß ein Fisch- parallel in den Sektoren und sind um 45° zur Längsgrätenmuster entsteht. io achse der Hülle 10 und in benachbarten Sektoren in

Solche sektorweise aufgeteilten Rippen für Brenn- entgegengesetzter Richtung geneigt. Typische Ab-

stoffelementhüllen sind beispielsweise aus der briti- messungen sind 2,5 cm Innendurchmesser für die

sehen Patentschrift 887 712 und der französischen Hülle 10 und 5,0 cm Außendurchmesser für die Rip-

Patentschrift 1 218 482 bekannt. Die einzelnen Rip- pen 11. Die Hülle 10 ist 110 cm lang, die Rippendicke

pen laufen jedoch bei diesen bekannten Brennstoff- 15 oder -stärke beträgt 1,5 mm und der Abstand zwi-

elementhüllen schraubenlinienförmig. Die Herstel- sehen den Rippen 0,5 mm.

lung solcher schraubenlinienförmig verlaufender Die in den F i g. 1 a und 1 b gezeigte gerippte Hülle

Rippen ist schwierig und kostspielig, insbesondere kann durch Außenstrangpressen in ein Formwerk-

dann, wenn diese Rippen ein Fischgrätenmuster zeug mit vier Segmenten 12, wie in den Fig. Ic

bilden sollen, dessen Vorteile bereits erkannt waren. 20 und 1 d gezeigt, hergestellt werden. Jedes Segment

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hat leicht konisch zulaufende parallele Ausnehmun-

einfachere Herstellung der eingangs genannten Ver- gen 13, welche sowohl im Aufriß als auch im Grund-

rippung und einen besseren Wirkungsgrad derselben riß gerade sind und, wie in der Zeichnung gezeigt,

zu ermöglichen. von links unten nach rechts oben verlaufen. Zweite

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß 25 und dritte Teile des Formwerkzeugs, die neben dem

die Rippen die Form von Platten aufweisen, welche Segment 12 zu verwenden sind, sind mit Ausnehmun-

im senkrecht zur Brennstoffelementachse verlaufen- gen versehen, die in entgegengesetzter Richtung, d. h.

den Querschnitt gerade und pro Sektor zueinander von rechts unten nach links oben, verlaufen. Der

parallel sind und im parallel zur Brennelementachse vierte Teil der Matrize bzw. des Formwerkzeugs, der

verlaufenden Querschnitt ebenfalls gerade oder hoch- 30 dem ersten Teil gegenüberliegt, ist wie der erste Teil

stens einmal gekrümmt sind. genutet. Alle Teile des Werkzeugs haben ein ausge-

Einem weiteren Erfindungsmerkmal zufolge kön- spartes Teilstück 14. Durch diese Aussparung 14 nen nur zwei Sektoren vorhanden sein, wobei parallel bildet sich eine Längsrippe. Durch Vergrößern der zur Achse des Brennstoffelementes verlaufende ein- Radialtiefe der Aussparung 14 über den Rippenstückige Verstärkungsrippen in der Mitte eines jeden 35 spitzenradius hinaus kann eine tiefe Rippe 15 Sektors vorgesehen sind. (Fig. la und 1 b) über die Wärmeübertragungs-

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen rippen hinaus stranggepreßt werden. Diese Rippe 15

Rippenform liegt nicht nur in einem besseren Be- wird dann an ihren Enden abgeschnitten, damit ein

triebsverhalten, sondern vor allem auch darin, daß sie mittlerer Abschnitt übrigbleibt, der als Knickverstei-

durch Preßwerkzeuge mit einem abnehmbaren Preß- 40 fung dient. Die Werkzeugsegmente 12 können auch

form-Werkzeugteil pro Sektor hergestellt werden kann. zum Innenschmieden statt Außenstrangpressen ver-

Die Rippen müssen natürlich nicht unbedingt mit- wendet werden. Die Rippen können aber auch

tels eines abnehmbaren Formwerkzeuges gebildet durch Bearbeiten mit einem Stirnfräser hergestellt

weiden. Wie sich aus nachfolgender Beschreibung werden.

ergibt, können die Rippen auch durch Schneidver- 45 In den Fig. 2 a und 2b ist eine Hülle 20 aus

fahren hergestellt werden. Magnesiumlegierung mit einmal gekrümmten Wärme-

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie bei- Übertragungsrippen 21 dargestellt, die mit der Hülle

spielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher er- 20 einstückig ausgebildet sind und in den Sektoren

läutert, und zwar zeigen parallel verlaufen. Die Rippen krümmen sich aus

Fig. la, 2a, 3a und 4a Ansichten von Quer- 50 einer Richtung, die um 40° zur Längsrichtung der

schnitten senkrecht zur Brennstoffelementachse von Hülle 10 verläuft, in eine Richtung von 60°. Es sind

vier gerippten Kernbrennstoffhüllen, die vier tiefe Rippen 22 vorgesehen. Die gerippte Hülle

Fig. Ib, 2b, 3b und 4b eine Quadrantabwick- 20 kann mit Formwerkzeugen hergestellt werden, die

lung der Fig. la bis 4a, d. h., jeder Schnitt der denjenigen der Fig. Ic und Id ähnlich sind, mit

Fig. 1 b bis 4b zeigt einen Aufriß eines Quadranten 55 dem Unterschied, daß die Nuten 13 gekrümmt und

der Fig. 1 a bis 4a, die Nuten 14 weggelassen sind.

Fig. 1 c ein Formwerkzeug, das für die Herstel- Die Hülle nach den Fig. 3a und 3b hat mit der-

lung der in Fig. la gezeigten rohrförmigen Hülle jenigen in den Fig. la und Ib viel gemeinsam. Sie

geeignet ist, besteht aus einem Rohr 30 mit flachen Wärmeüber-

F i g. Id einen Schnitt entlang der Linie d-d von 60 tragungsrippen 31. An Stelle der vier einstückig ange-

Fig. Ic, formten Knickversteifungsrippen 15 sind tiefe Längs-

F i g. 4 c ein Formwerkzeug, das für die Herstel- nuten 32 in die Wärmeübertragungsrippen 31 gear-

lung der in F i g. 4 a gezeigten Hülle geeignet ist, beitet. Die Rippen 31 können bei dieser Rohrform

Fig. 4 d einen Schnitt nach der Linie d-d von durch Bearbeiten mit einem Schlitzfräser hergestellt

F i g. 4 c, 65 werden, der einen Bogen von weniger als 90° be-

F i g. 4 e eine Ansicht in Richtung des Pfeiles e in schreibt, wodurch festes Material (gestrichelte Linie Fig. 4c von zwei zusammengesetzten Formhälften, 33) an der Verbindungsstelle der Quadranten zurückwährend bleibt. Dieses feste Material wird von einem sich in

Längsrichtung bewegenden Schlitzfräser entfernt, um die Nuten 32 zu bilden. Wenn das feste Material durch einen Formfräser entfernt oder abgenommen wird, kann man einen konischen Schlitz 34 erhalten, in dem mittels eines konischen Ansatzstückes eine Knickversteifung 35 (gestrichelt angedeutet) befestigt werden kann.

In den Fig. 4a und 4b ist ein Rohr40 mit einstückig angeformten Wärmeübertragungsrippen 41 gezeigt, die in zwei Sektoren um das Rohr 40 herum angeordnet sind, wobei die Rippen in entgegengesetzter Richtung und um 60° zur Längsrichtung des Rohres geneigt sind. Zwei einstückig angeformte Verstärkungsrippen 42 sind vorgesehen, um in der schwächsten Richtung die Knicksteifigkeit zu erhöhen.

Formwerkzeuge zur Herstellung des Rohres bzw. der Hülle gemäß den Fig. 4a und 4b sind in den Fig. 4c bis 4e dargestellt. Die zweiteiligen Formwerkzeuge bestehen aus einem Körper 43 mit einem Längsschlitz 44 (für die Rippe 42) und einer Reihe von schrägen Schlitzen 45 (für die Rippen 41).

Die Rippen 41 können auch mit einem Fräser hergestellt werden. Fig. 5 zeigt ein Brennstoffelement in einer Graphithülle 56, welche einen Brennstoffkanal in einem Kernreaktor bildet. Dabei ist eine Hülle entsprechend F i g. 4 verwendet. Das Rohr 40 enthält einen Kernbrennstoffstab 46 aus Uranmetall und ist an beiden Enden mittels eines Endverschlußbauteils 47 abgedichtet, der bei 48 an das Rohr 40 angeschweißt ist. Am oberen Verschlußbauteil ist ein trichterförmiger Bauteil 49 befestigt, und am unteren Verschlußbauteil ist ein Fixierke°;el 50 befestigt. Die Rippen 41 haben Schlitze 51, die vier Quadranten bilden. Tiefe Rippen 52 sind in den Schlitzen untergebracht und durch Streben 53 verbunden, die an die Rippen 52 an den Schweißstellen 54 angeschweißt sind. Die Streben tragen einen Block 55, der zur Halterung der Baugruppe aus Rippen 52 und Streben an den Wärmeübertragungsrippen 41 dient.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement mit einem Brennstoffkörper aus Spaltstoff innerhalb einer rohrförmigen Hülle, welche einstückig mit Wärmeübertragungsrippen versehen ist, die in einer Anzahl von sich längs des Brennstoffelementes erstreckenden Sektoren um die Hülle herum angeordnet sind und die in benachbarten Sektoren jeweils in gleicher Weise, aber in entgegengesetzter Richtung, geneigt so ausgebildet sind, daß ein Fischgrätenmuster entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen die Form von Platten aufweisen, welche im senkrecht zur Brennstoffelementachse verlaufenden Querschnitt gerade und pro Sektor zueinander parallel sind und im parallel zur Brennelementachse verlaufenden Querschnitt ebenfalls gerade oder höchstens einmal gekrümmt sind.

2. Kernreaktor-Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Sektoren vorhanden sind und daß parallel zur Achse des Brennstoffelementes verlaufende einstückige Verstärkungsrippen (42) in der Mitte eines jeden Sektors vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen