DE1564050C - Nuclear reactor fuel bundle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennelementbündel, dessen von einem gemeinsamen, Kühlmittel führenden Hüllrohr umschlossene Einzelelemente entlang ihrer Länge abschnittweise mit Spaltstoff bzw. mit Brutstoff gefüllt sind, wobei das Hüllrohr Durchbrüche aufweist, die das Innere des Hüllrohres mit der zugehörigen Zu- bzw. Abströmseite verbinden.The invention relates to a nuclear reactor fuel assembly, its individual elements enclosed by a common, coolant-carrying cladding tube are filled in sections with fissile material or with breeding material along their length, the Cladding tube has openings, which the interior of the cladding tube with the associated inflow and outflow side associate.

Bei der Auslegung von Kernreaktoren, insbesondere bei schnellen dampf gekühl ten Brutreaktoren, ist man bestrebt, in der Kernzone möglichst wenig Strukturmaterial einzusetzen, da dieses Material zur Vergrößerung der notwendigen Spaltmaterialmenge beiträgt und die erzielbare Brutrate reduziert. Man versucht daher, durch die Verwendung von Werkstoffen hoher Festigkeit die Wandstärke der Hüllrohre möglichst dünnwandig auszuführen. Die erforderliche Mindestwandstärke hängt andererseits wieder von der Druckdifferenz des Kühlmittels im Innern des Hüllrohres gegenüber dem Außenraum ab. Es ist daher erstrebenswert, die durch den Druckverlust im Brennelementbündel bedingte Druckdifferenz zu verringern, um einerseits die Beanspruchung der Hüllrolire herabzusetzen und andererseits die Umwälzleistung des Kühlmittels zu minimalisieren.When designing nuclear reactors, especially in the case of fast, steam-cooled breeder reactors, the aim is to use as little structural material as possible in the core zone, as this material is used for Increases the amount of fissile material required and reduces the achievable breeding rate. Man therefore tries to reduce the wall thickness of the cladding tubes by using high-strength materials to be as thin-walled as possible. The minimum wall thickness required, on the other hand, depends again from the pressure difference of the coolant inside the cladding tube compared to the outside away. It is therefore desirable to reduce the pressure loss in the fuel assembly To reduce the pressure difference, on the one hand to reduce the stress on the roller blind and on the other hand to minimize the circulation capacity of the coolant.

Aus der USA.-ratentschrift 3 255 091 ist ein Kernreaktor-Brennelement bekannt, dessen Hüllrohr gleichmäßig verteilte Durchbrüche aufweist und das abschnittsweise mit Spaltstoff und Brutstoff gefüllt ist. Die Durchbrüche dienen dabei einerseits zur S Verbesserung der Neutronenökonomie und andererseits zu einer lokalen· Vermischung des Kühlmittels. Auf Grund dieser Durchbrüche kann jedoch keine unterschiedliche, Beeinflussung"; der Kühlmittelgeschwindigkeit in den einzelnen Bereichen bzw.From the USA.-Ratentschrift 3 255 091 is a Nuclear reactor fuel assembly known, the cladding tube has evenly distributed openings and the is partially filled with fissile material and breeding material. The breakthroughs serve on the one hand to S Improvement of the neutron economy and, on the other hand, local mixing of the coolant. Due to these breakthroughs, however, no different "influencing"; the coolant speed in the individual areas or

ίο keine Änderung des Druckverlustes erreicht werden. • Aus der belgischen Patentschrift 664 802 und aus der britischen Patentschrift 920 256 sind Kernreaktor-Brennelemente bekannt, bei welchen durch Verengung des Strömungsquerschnitts im Brennelement eine. Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erzielt wird. Damit können Zonen stärkster Wärmeerzeugung auch stärker ge- _ kühlt werden. Diese Art der Anpassung stört jedoch den Reaktorquerschnitt, führt zu Inhomogenitäten im Reaktor und ist außerdem konstruktiv schwierig auszuführen.ίο no change in pressure loss can be achieved. • From the Belgian patent specification 664 802 and from the British patent specification 920 256 nuclear reactor fuel elements are known in which by Narrowing of the flow cross-section in the fuel assembly. Increase in the flow rate of the coolant is achieved. This means that zones with the greatest possible heat generation can also be _ be chilled. However, this type of adaptation disrupts the reactor cross-section and leads to inhomogeneities in the reactor and is also difficult to carry out structurally.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat nun die Erfindung zur Aufgabe, eine besonders günstige Anpassung der Kühlmittelleistung an die Wärmeerzeugung der einzelnen Zonen zu ermöglichen, wodurch vor allem die Umwälzleistung der Kühlmittelgebläse bzw. -pumpen herabgesetzt. werden soll.On the basis of this prior art, the object of the invention is to provide a particularly favorable one To enable adaptation of the coolant output to the heat generation of the individual zones, which mainly reduces the circulation capacity of the coolant fans or pumps. will target.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Brennelementbündel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß mindestens eine die Kühlmittelströmung in eine Zuströmseite und eine Abströmseite mit unterschiedlichen Druckbereichen unterteilende Halteplatte als Träger für die Brennelementbündel vorgesehen ist und daß das Hüllrohr mindestens entlang einem an einen Spaltstoffabschnitt angrenzenden Brutstoff- bzw. Spaltgasraumabschnitt Durchbrüche aufweist, die das Innere dieses Brutstoffabschnittes mit der zugehörigen Zu- oder Abströmseite verbinden.The solution to this problem consists in a fuel assembly of the type mentioned at the beginning according to the invention in that at least one coolant flow into an inflow side and one Retaining plate dividing the downstream side with different pressure areas as a carrier for the fuel assembly is provided and that the cladding tube at least along one of a fissile material section adjoining brood material or cracked gas space section has openings that the interior connect this breeding material section with the associated inflow or outflow side.

Dadurch findet entlang der mit Durchbrüchen versehenen Abschnitte ein Druckausgleich, z. B. mit dem Zuströmdruckstand, statt, so daß der die Hüllrohre belastende Differenzdruck entlang diesem Abschnitt sehr gering ist. Die Durchbrüche können verhältnismäßig groß sein, da die verbleibende Hülle lediglich noch die Aufgabe hat, die Einzelelemente in diesem Abschnitt zusammenzuhalten und gegen Berührung mit Nachbarelementen zu schützen. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß das Kühlmittel zur Anpassung des Durchsatzes an die radiale Leistungsverteilung der Spaltzone und zur Erzielung gleichmäßiger Aufheizspannen nur im Bereich der Spaltstoffabschnitte zwangläufig durchAs a result, pressure equalization takes place along the sections provided with openings, e.g. B. with the inflow pressure level, so that the differential pressure loading the cladding tubes along this section is very low. The openings can be relatively large, as the remaining shell only has the task of holding the individual elements in this section together and against Protect contact with neighboring elements. The invention is based on the knowledge that the coolant to adapt the throughput to the radial power distribution of the gap zone and in order to achieve even heating-up spans only in the area of the fissile material sections

das Hüllrohr geführt werden muß. .the cladding tube must be guided. .

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 schematisch mehrere Brennelementbündel, die mit ihrem Fuß in einer Halteplatte befestigtF i g. 1 schematically several fuel assemblies, which are fastened with their feet in a holding plate

sind, ■'are, ■ '

Fig. 2 das zu Fig. 1 gehörige schematische Druckverlaufsdiagramm des Kühlmittels entlang der Brennelcinentlänge,FIG. 2 shows the schematic pressure curve diagram of the coolant belonging to FIG. 1 along the line Brennelcinent length,

Fig. 3 mehrere Brennelementbündel, die am Ende des Spaltstoffabsclmitts an der Halteplatte befestigt sind,Fig. 3 several fuel bundles, which on The end of the cladding material is attached to the retaining plate are,

F i g. 4 das zu F i g. 3 gehörige Druckverlaufsdiagramm entlang der Brenneleinentlänge.F i g. 4 the to F i g. 3 corresponding pressure curve diagram along the length of the fuel line.

Die Fig. 1 zeigt ein Brennelementbündel mit einem mittleren Spaltstofiabschnitt 1 und zwei äußeren Brutstoff- und Spaltgasabschnitten 2 und 3, das mit seinem Fuß auf einer Halteplatte 4 befestigt ist und in senkrechter Richtung (Pfeile) von dem Kühlmittel durchströmt wird. Das die Einzelelemente 5 umschließende Hüllrohr 6 weist im oberen Brutstoff- und Spaltgasabschnitt 2 Durchbrüche 7 auf, durch die das Innere des Bündels mit der Zuströmseite A der Kernzone direkt verbunden ist. Nach Durchströmen der Abschnitte 1 und 3 fließt das Kühlmittel auf der Abströmseite B unterhalb der Halteplatte 4 ab.Fig. 1 shows a fuel assembly with a central Fissionstofiabschnitt 1 and two outer Brutstoff- and fission gas sections 2 and 3, which is fastened with its foot on a holding plate 4 and through which the coolant flows in a vertical direction (arrows). The cladding tube 6 enclosing the individual elements 5 has openings 7 in the upper brood material and fission gas section 2 through which the interior of the bundle is directly connected to the inflow side A of the core zone. After flowing through sections 1 and 3, the coolant flows off on the outflow side B below the retaining plate 4.

Die F i g. 2 zeigt den Druckabfall des Kühlmittels über der Länge des Brennelementes, wobei A p' den Druckabfall über ein vergleichbares Brennelement ohne Hüllrohrdurchbrüche (Kurve α) und Ap₁ den Druckabfall über das in F i g. 1 dargestellte Brennelement bedeutet (Kurve b). The F i g. 2 shows the pressure drop of the coolant over the length of the fuel assembly, where A p 'is the pressure drop across a comparable fuel assembly without cladding tube openings (curve α) and Ap _{1 is} the pressure drop across the fuel assembly shown in FIG. 1 denotes the fuel assembly (curve b).

In F i g. 3 ist ein Brennelementbündel dargestellt, dessen Hüllrohr auch im unteren Brutstoflabschnitt 3 mit Durchbrüchen 7 versehen ist. Die Halteplatte 4 umfaßt das Brennelement an einem Ende des mittleren Spaltstoffabschnitts 1. Wie aus dem zugehörigen Druckverlaufsdiagramm in F i g. 4 entnommen werden kann, ist hier der Druckverlust A p₃ (Kurve c) noch geringer als bei dem in F i g. 1 und 2 gezeigten Beispiel.In Fig. 3 shows a fuel assembly, the cladding tube of which is also provided with openings 7 in the lower Brutstoflabschnitt 3. The holding plate 4 comprises the fuel element at one end of the central fissile material section 1. As can be seen from the associated pressure curve diagram in FIG. 4, the pressure loss A p ₃ (curve c) is even lower here than in the case of that in FIG. Example shown 1 and 2.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß die Kühlmittelströmung der Leistungsverteilung in den einzelnen Zonen optimal angepaßt wird und damit auch die erforderliche Umwälzleistung der Kühlmittelgebläse herabgesetzt wird. Außerdem wird durch das auf Grund der Durchbrüche eingesparte Strukturmaterial eine höhere Brutrate, eine kompaktere Bauweise der Kernzone und damit eine kleinere kritische Masse erzielt. Der geringere Druckverlust des Kühlmittels in der Kernzone hat darüber hinaus eine niedrigere Beanspruchung der Hüllrohre zur Folge, so daß die Wandstärke dieser Hüllrohre weiter reduziert werden kann.The advantages of the invention are in particular that the coolant flow of the power distribution is optimally adapted in the individual zones and thus also the required circulation capacity the coolant fan is reduced. In addition, the structural material saved due to the openings makes a higher one Breeding rate, a more compact design of the core zone and thus a smaller critical mass. the The lower pressure loss of the coolant in the core zone also has a lower stress the cladding tubes result, so that the wall thickness of these cladding tubes can be further reduced can.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kernreaktor-Brennelementbündel, dessen von einem gemeinsamen, Kühlmittel führenden Hüllrohr umschlossene Einzelelemente entlang ihrer Länge abschnittsweise mit Spaltstoff bzw. mit Brutstoff gefüllt sind, wobei das Hüllrohr Durchbrüche aufweist, die das Innere des Hüllrohres mit der zugehörigen Zu- bzw. Abströmseite verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine die Kühlmittelströmung in eine Zuströmseite (A) und eine Abströmseite (B) mit unterschiedlichen Druckbereichen unterteilende Halteplatte (4) als Träger für die Brennelementbündel vorgesehen ist und daß das Hüllrohr (6) mindestens entlang einem an einem Spaltstoffabschnitt (1) angrenzenden Brutstoffbzw. Spaltgasraumabschnitt (2; 3) Durchbrüche (7) aufweist, die das Innere dieses Brutstoffabschnittes (2; 3) mit der zugehörigen Zu- oder Abströmseite (A; B) verbinden.1. Nuclear reactor fuel assembly, the individual elements of which are enclosed by a common, coolant-carrying cladding tube and filled in sections along their length with fissile material or with breeding material, the cladding tube having openings which connect the interior of the cladding tube with the associated inflow and outflow side, characterized in that at least one retaining plate (4) dividing the coolant flow into an inflow side (A) and an outflow side (B) with different pressure areas is provided as a carrier for the fuel assembly and that the cladding tube (6) at least along one of a fissile material section (1 ) adjacent breeding material or Fissure gas space section (2; 3) has openings (7) which connect the interior of this brood material section (2; 3) with the associated inflow or outflow side (A ; B) . 2. Kernreaktor-Brennelementbündel nach Anspruch 1, das mit seinem Fuß auf der Halteplatte befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (7) am Hüllrohr (6) an einem äußeren, der Halteplatte (4) abgewandten Brutstoffbzw. Spaltgasraumabschnitt (2) vorgesehen sind.2. Nuclear reactor fuel assembly according to claim 1, which with its foot on the holding plate is attached, characterized in that the openings (7) on the cladding tube (6) on an outer, the holding plate (4) facing away from Brutstoffbzw. Gap gas space section (2) are provided. 3. Kernreaktor-Brennelementbündel nach Anspruch 1, mit einem mittleren Spaltstoff abschnitt und je einem äußeren Brutstoffabschnitt, der gegebenenfalls noch einen Spaltgasraum enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (6) entlang beider Brutstoffabschnitte (2; 3) Durchbrüche (7) aufweist und auf der Höhe von einem Ende des mittleren Spaltstoffabschnitts (1) an der Halteplatte (4) befestigt ist.3. Nuclear reactor fuel assembly according to claim 1, section with a central fissile material and one outer section of the brood material, which may also contain a cracked gas space, characterized in that the casing (6) has openings along both breeding material sections (2; 3) (7) and at the level of one end of the middle section (1) of the Holding plate (4) is attached.