DE1565403B1

DE1565403B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung von Distanzhaltern an den Huellen von Brennstoffelementen

Info

Publication number: DE1565403B1
Application number: DE19661565403
Authority: DE
Inventors: Arthur E Mccorry
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1966-02-24
Filing date: 1966-11-05
Publication date: 1970-12-23
Also published as: US3397297A; SE324845B; FR1502356A; GB1127290A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Be- in den Löchern örtlich zu konzentrieren, können festigung von Distanzhaltern an den Hüllen von Teile der die Ausbuchtungen bildenden Kanten der Brennstoffelementen sowie eine Induktionsheiz- Aufnahmeringe eine geringere Dicke aufweisen. Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit Um die Hüllen unter Vakuum oder einem Inertgas

einem primären Leiterstreifen und mit einer vom 5 erhitzen zu können, wird zwischen den Aufnahmeprimären Leiterstreifen umgebenen, elektrisch leiten- spulen und den primären Leiterstreifen eine gegen den Aufnahmespule. die Atmosphäre absperrende Haube aus einem ma-

Dieses Verfahren und diese Vorrichtung werden gnetisch durchlässigen und elektrisch isolierenden besonders, aber nicht ausschließlich zum Verbinden Material angeordnet.

von Auflagepuffern oder Distanzhaltern mit den io An Hand der in der Zeichnung dargestellten Aus-Hüllen von Brennstoffelementen für Kernreaktoren führungsformen der Induktionsheizvorrichtung wird verwendet. Derartige Hüllen sind beispielsweise die Erfindung im folgenden beispielsweise erläutert. Rohre aus einer Legierung aus Zirkonium mit 1,2 Es zeigt

bis 1,7 % Zinn, 0,07 bis 0,2 % Eisen, 0,05 bis 0,15 %> F i g. 1 eine zum Teil geschnittene perspektivische

Chrom und 0,03 bis 0,08 % Nickel. 15 Ansicht der Induktionsheizvorrichtung,

Es ist bis jetzt schwierig, Distanzhalter an einer Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

derartigen Hülle wirtschaftlich durch Hartlöten oder F i g. 3 das Schaltbild einer Schaltung zur Speisung

Schweißen zu befestigen, da die Legierung bei Er- der Primärwindungen der Induktionsheizvorrichtung hitzung durch atmosphärischen Sauerstoff angegriffen der F i g. 1 und 2,

wird. Die Befestigung muß daher im Vakuum oder 20 Fig. 4 eine Aufsicht auf einen Aufnahmering und in einer inerten Atmosphäre erfolgen. Es ist bereits Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4.

bekannt, Distanzhalter durch Induktionshartlöten an Die Distanzhalter werden zuerst für die Be-

einem einzelnen Rohr zu befestigen. Ein derartiger festigung an den Hüllen vorbereitet, indem Metall-Lötvorgang umfaßt im allgemeinen das Einsetzen stücke genauer Abmessungen aus einem Blech geder Hülle in einen elektrisch isolierten Behälter, die 25 stanzt werden, mit dem die Lotlegierung anhaftend Erzeugung eines Vakuums oder das Einleiten eines verbunden ist. Die Stanzform hat eine solche Gestalt, inerten Gases sowie das Erhitzen der zu verbinden- daß die Stücke mit einer zylindrischen Oberfläche den Stellen durch eine äußere Induktionsspule. Ob- hergestellt werden, so daß sie der rohrförmigen wohl dieses Verfahren zum Erfolg führt, ist es sehr Hüllenoberfläche angepaßt sind. Die fertigen Distanzzeitraubend, da jede Hülle normalerweise mit minde- 30 halter werden dann an den geeigneten Stellen an stens zwei Distanzhaltern versehen ist und eine sehr diesen Hüllen heftangeschweißt, große Anzahl derselben benötigt wird. Gemäß F i g. 1 hat eine typische Hülle 1 zwei

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auf- Distanzhalter 4, die durch Heftschweißung mit ihr gäbe zugrunde, ein Verfahren und eine Induktions- verbunden sind. Sie wird dann längsseits zu anderen heizvorrichtung der oben beschriebenen Art anzu- 35 Hüllen in der in F i g. 1 abgebildeten Vorrichtung geben, mit deren Hilfe mehrere Hüllen gleichzeitig eingesetzt. Diese Vorrichtung hat einen Bodentisch mit wenigstens je einem Distanzhalter verbunden 10, auf dem ein Halterungssockel 11 montiert ist. werden können. Der Sockel hat einen Bund 12 mit Einlaßöffnungen 9,

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich da- die die Hüllen 1 tragen können. Die Hüllen 1 sind durch aus, daß die mit einer Lotlegierung versehenen 4° vertikal angeordnet und laufen durch eine AufDistanzhalter durch Schweißen an den Hüllen der nahmespule 13, die an Stellen 14 durchlöchert ist, Brennstoffelemente in wenigstens einer Ebene der- um diese aufzunehmen. Eine zweite Aufnahmespule selben angeheftet werden und daß die Distanzstücke 15 befindet sich oberhalb der ersten, durch deren mehrerer Brennstoffelemente gleichzeitig mittels In- Löcher 16 die Hüllen verlaufen. Die oberen Enden duktionsheizung an den Brennstoffelementen befestigt 45 der Hüllen werden durch eine Isolierscheibe 18 festwerden. gehalten, die Löcher 19 aufweist, um diese auf-

Die erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung zunehmen. Die Löcher 19 haben Ausbuchtungen 19', zeichnet sich dadurch aus, daß die Aufnahmespule so daß die gehefteten Distanzhalter 4 nicht die tangential in einen äußeren Aufnahmering und einen Scheibe 18 verschmutzen oder beschädigen, wenn die inneren Aufnahmering unterteilt ist, die beide radial 5° Hüllen in ihre Lage geschoben werden, geschlitzt sind, und daß in der Aufnahmespule durch Wenn die Hüllen ihre Lage eingenommen haben,

innere Ausbuchtungen im äußeren Aufnahmering wird über die Anordnung eine Haube 20 aus Glas und durch äußere Ausbuchtungen im inneren Auf- oder einem anderen geeigneten magnetisch durchnahmering Löcher gebildet sind, in die die zu er- lässigen und elektrisch isolierenden Material gesetzt, hitzenden Hüllen eingesetzt werden können. 55 die gegen die Atmosphäre abdichtet und auf dem

Gemäß der Erfindung ist es nun möglich, Distanz- Bodentisch 10 ruht, mit dem sie in üblicher Weise halter gleichzeitig an einer Anzahl von Hüllen zu be- durch einen O-Ring 21 abgedichtet wird. Unmittelfestigen, so daß die benötigte Anzahl von Hüllen bar außerhalb der Haube 20, aber in Nähe der Aufwährend eines einzigen Lötvorganges bearbeitet wer- nahmespule 13, befindet sich eine einzige Windung den kann. 60 eines primären Leiterstreifens 25, die von einem

In vorteilhafter Ausgestaltung sind eine zweite Hochfrequenz-Wechselstromgenerator bei geringer oder weitere Aufnahmespulen und ein zweiter Impedanz gespeist werden kann. Der primäre Leiterprimärer Leiterstreifen vorgesehen, die gegen die streifen 25 wird durch Wasserleitungen 26 gekühlt, erste Aufnahmespule und den ersten primären Leiter- Ein ähnlicher primärer Leiterstreifen 30 befindet sich streifen versetzt sind, so daß längliche Hüllen oder 65 in der Nähe der oberen Aufnahmespule 15 und wird Werkstücke durch die von den Aufnahmespulen be- durch Wasserleitungen 31 gekühlt. Die beiden grenzten Löcher verlaufen und erhitzt werden. Um Primärwindungen können entweder parallel oder in den von den primären Leiterstreifen erzeugten Fluß Serie mit dem Hochfrequenzgenerator geschaltet sein,

was von der Ausgangsimpedanz des Generators abhängt. Eine typische Parallelschaltung ist in F i g. 3 mit einem Generator 33 abgebildet.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer der Aufnahmespulen abgebildet, das besonders zufriedenstellend arbeitet. Die Aufnahmespule 13 ist in einen Innen- und einen Außenring 36 bzw. 35 unterteilt. Durch die inneren Ausbuchtungen 37 des Außenringes 35 und die äußeren Ausbuchtungen 38 des Innenringes 36 ergeben sich die Löcher 14. Jeder Ring ist an einer Stelle 39 bzw. 40 radial unterbrochen.

Es soll nun angenommen werden, daß der Strom in Richtung der Pfeile 41 im primären Leiterstreifen 25 ansteigt. Da sich die Aufnahmeringe 35 und 36 *5 in dem vom primären Leiterstreif en 25 erzeugten Magnetfeld befinden, werden in den beiden Aufnahmeringen Ströme in Richtung der Pfeile 42 erzeugt, die entgegengesetzt zum Richtungswechsel des Stroms im Primärstreif en 25 gerichtet sind. Da sich das Magnetfeld sehr schnell ändert (mit Hochfrequenz), tritt das Feld kaum in die Aufnahmeringe 35 und 36 ein, so daß der Strom auf den Oberflächen der Aufnahmeringe fließt, wie durch die Pfeile angedeutet ist. An den radialen Schlitzen 39 und 40 schließt sich der Stromkreis für den Strom auf den Oberflächenkanten der Aufnahmeringe. Diese Ströme stören das von den Primärleitern erzeugte Feld, das sich auf die Löcher 14 konzentriert. Einen Widerstand aufweisende elektrische Leiter befinden sich in diesen Löchern, nämlich die Hülle und die Distanzhalter, die auf ihr angelötet werden sollen, so daß sie örtlich stark erhitzt werden. Die Hülle, die einen Widerstand mit einer einzigen Windung darstellt, wird auf ihrem Umfang gleichmäßig erhitzt.

Die tatsächliche Temperatur, auf die das Werkstück erhitzt werden kann, kann durch Steuerung der den primären Leiterstreifen 25 und 30 zugeführten Eingangsleistung, der Kopplung zwischen den Aufnahmeringen 35 und 36, der Kopplung zwischen dem Werkstück und der Aufnahmespule, der Länge der Zeit, während der Leistung zugeführt wird, und der Frequenz des Stroms in den primären Leiterstreifen geändert werden. Auf diese Weise ändert sich durch Änderung des Abstands zwischen den Aufnahmeringen 35 und 36 die Feldstärke in den Löchern 14. Ähnlich ergibt sich bei einem großen Loch 14 und einer kleinen Hülle eine geringere Erwärmung in dieser Hülle als bei einem kleineren Loch.

Der Aufbau der Aufnahmespule 15 ist dem der Aufnahmespule 13 ähnlich. Wenn daher die Hüllen ihre Lage eingenommen haben, wobei die Distanzhalter an ihnen heftangeschweißt sind sowie die Haube 20 aufgesetzt worden ist, wird der Innenraum der Haube 20 entweder evakuiert (z. B. über ein Absperrorgan im Bodentisch 10), oder ein inertes Gas wird in die Haube eingeleitet, um den atmosphärischen Sauerstoff wegzuspülen. Anschließend wird den primären Leiterstreif en 25 und 30 Strom zugeführt, so daß die Aufheizung beginnt. In einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel wurde festgestellt, daß bei Erregung der primären Leiterstreifen 25 und 30 mit einem Strom von einem 1-MHz-Generator eine Lötzykluszeit von 17 Sekunden ausreicht, um 24 Distanzhalter an 12 Rohren zu befestigen.

Wenn die Erhitzung stärker auf die Oberfläche der Hüllen konzentriert werden soll, dann können die Aufnahmespulen gemäß den F i g. 4 und 5 abgewandelt werden. Hier nimmt die Dicke der Aufnahmespulen fortschreitend ab, wenn die dem Werkstück benachbarte Kante erreicht wird. Die dicke Kante 45 an den am weitesten vom Werkstück entfernten Kanten der Aufnahmespule leitet den gleichen Strom wie die Kante 46 in der Nähe des Werkstücks. Die Stromdichte ist daher entlang den Kanten 46 größer als entlang den Kanten 45, und das durch den primären Leiterstreifen erzeugte Feld ist daher im Loch 14 in der Nähe der Kanten 46 stärker konzentriert.

Ein mit der Erfindung erreichter Vorteil besteht darin, daß, falls mehr als zwei Distanzhalter an einer Hülle befestigt werden sollen, eine weitere Aufnahmespule mit einem mit dieser zusammenarbeitenden primären Leiterstreifen an jeder gewünschten Stelle in Längsrichtung der Hülle angebracht werden kann. Jede neue Aufnahmespule ist in ähnlicher Weise wie die Aufnahmespulen 13 und 15 unterbrochen und hat ihren eigenen primären Leiterstreifen und Kühlspulen, falls es nötig ist. Es ist ersichtlich, daß bei einer Gestalt der Aufnahmespulen, die im Zusammenhang mit den F i g. 4 und 5 gezeigt ist, Abwandlungen des Heizungsschemas erreicht werden können. Es kann z. B. für manche Zwecke wünschenswert sein, die Erhitzung nur für einige der Löcher in der Aufnahmespule zu erhöhen oder wahlweise zu gewährleisten, daß einige Teile des Lochs eine größere Erhitzung als andere Teile erlauben. Die Kanten 46 (F i g. 5) können dann in zu den Distanzhaltern benachbarten Bereichen dünn sein, aber die ursprüngliche Dicke der Kanten 45 in zu den Distanzhaltern entfernten Bereichen beibehalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Befestigung von Distanzhaltern an den Hüllen von Brennstoffelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Lotlegierung versehenen Distanzhalter durch Schweißen an den Hüllen der Brennstoffelemente in wenigstens einer Ebene derselben angeheftet werden und daß die Distanzstücke mehrerer Brennstoffelemente gleichzeitig mittels Induktionsheizung an den Brennstoffelementen befestigt werden.

2. Induktionsheizvorrichtung zur Befestigung von Distanzhaltern an Hüllen von Brennstoffelementen mit einem primären Leiterstreifen und mit einer vom primären Leiterstreifen umgebenen, elektrisch leitenden Aufnahmespule zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmespule (13) tangential in einen äußeren Aufnahmering (35) und einen inneren Aufnahmering (36) unterteilt ist, die beide radial geschlitzt sind, und daß in der Aufnahmespule (13) durch innere Ausbuchtungen (37) im äußeren Aufnahmering (35) und durch äußere Ausbuchtungen (38) im inneren Aufnahmering (36) Löcher (14) gebildet sind, in die die zu erhitzenden Hüllen eingesetzt werden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Aufnahmespule (15) und einen damit zusammenarbeitenden zweiten primären Leiterstreifen (30), die gegen die erste Aufnahmespule (13) und den ersten primären Leiterstreifen (25) versetzt sind, so daß längliche

Hüllen (1) durch die von den ersten und den zweiten Aufnahmespulen begrenzten Löcher (14, 16) verlaufen und erhitzt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teile (46) der die Ausbuchtungen bildenden Kanten der Aufnahmeringe eine geringere Dicke aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine gegen die Atmosphäre absperrende Haube (20) aus einem ma- ίο gnetisch durchlässigen und elektrisch isolierenden Material zum Einschließen der Aufnahmespulen (13,15) und der Hüllen (1) zwischen den Aufnahmespulen (13,15) und den primären Leiterstreifen (25, 30).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite primäre Leiterstreifen (25,30) an einen elektromagnetischen Hochfrequenzstromgenerator (33) angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen