CS273451B1

CS273451B1 - Sealing terminal of fuel cell with measuring line's output

Info

Publication number: CS273451B1
Application number: CS553188A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Ing Priman; Ladislav Ing Stepanek; Pavel Ing Vesely
Original assignee: Vojtech Ing Priman; Ladislav Ing Stepanek; Vesely Pavel
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS553188A1

Abstract

The hermetical end cap comprises an outer part based on zirconium with a cylindrical recess on its inner end, while the recess is provided with chromium interlayer. The cylindrical recess is inserted into the cylindrical hole of the steel transition piece. The space between the chrome interlayer of the cylindrical recess and inner surface of cylindrical hole is filled with a binding and sealing layer. A central opening is made in the outer part and in the steel transition piece, in which the control track is placed inside the binding and sealing layer. The binding and sealing layer is made of a compound based on vacuum brazed palladium, nickel and silicon at temperatures of 1130 K.<IMAGE>

Description

CS 273 451 BlCS 273 451 Bl

1í1í

Vynález se týká hermetizační koncovky palivového elementu s výstupem měřicí trasy, připojené k povlakové trubce palivového elementu, vytvořené na bázi zirkonia.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a hermetically sealed tip of a fuel element having an outlet of a measurement path connected to a zirconium-based fuel element coating tube.

Pro výstup tras z palivového elementu je třeba vytvořit přechodový člen, ve kterém jsou vzájemně utěsněny materiál pokrytí například na bázi zirkonia a materiál měřicí trasy, obvykle nikl nebo nerezavějící chromniklová ocel.To exit the paths from the fuel element, it is necessary to provide a transition member in which the coating material, for example based on zirconium, and the measurement path material, usually nickel or stainless steel, are sealed together.

Jsou známa řešení tohoto spoje mechanickou cestou, například mechanický šroubový spoj, která ale vyhovují pouze pro kratší dobu a nižší teploty, mimo to při výraznějším teplotním cyklování může dojít, vzhledem ke značně rozdílným koeficientům lineární teplotní roztažnosti spojovaných materiálů, k porušení hermetičnosti spoje.Solutions of this joint by mechanical means are known, for example a mechanical screw joint, but which are only suitable for shorter periods of time and lower temperatures;

Uvedený nedostatek odstraňuje hermetizační koncovka podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořena vnější částí na bázi zirkonia, na jejímž vnitřním konci je vytvořeno válcové osazení opatřené chromovou mezivrstvou, které je vloženo ve válcové díře vytvořené v přechodovém dílu. Prostor mezi chromovou mezivrstvou válcového osazení a vnitřním povrchem válcové díry ocelového přechodového dílu je vyplněn spojovací těsnicí vrstvou. Ve vnější části a v ocelovém přechodovém dílu je vytvořen středový otvor, v němž je ve spojovací těsnicí vrstvě uložena měřicí trasa. Výhodným provedením vynálezu je, že spojovací těsnicí vrstva je vytvořena ze slitiny na bázi paladia, niklu a křemíku a je vytvořena vakuovým pájením při teplotě 1 130 K.This drawback is remedied by the hermetizing terminal according to the invention, which consists of a zirconium-based outer part with a cylindrical shoulder provided with a chrome intermediate layer at its inner end, which is inserted in a cylindrical hole formed in the transition piece. The space between the chrome intermediate layer of the cylindrical shoulder and the inner surface of the cylindrical bore of the steel transition piece is filled with a joint sealing layer. A central opening is formed in the outer part and in the steel transition piece, in which the measuring line is located in the joint sealing layer. A preferred embodiment of the invention is that the joint sealing layer is formed from a palladium, nickel and silicon based alloy and is formed by vacuum brazing at a temperature of 1130 K.

Hermetizační koncovka představuje důležitý komponent pro kompletaci vnitřně instrumentovaných palivových elementů, které jsou podmínkou pro hlubší studium procesů v aktivní zóně reaktoru. Hlubší poznání v souhrnu umožňuje další zvýšení ekonomiky provozu jaderných elektráren. Technologie výroby pájené hermetizační koncovky vykazuje velmi dobrou reprodukovatelnost a vlastní spoj je hermetický i po dlouhodobých korozních testech, teplotním cyklování, tlakových testech, vibračních testech a ozařovacích zkouškách v aktivní zóně reaktoru, kde byly koncovky podrobeny působení gama záření a neutronovému toku. Podstatnou výhodou je i malá náročnost na technologické vybavení oproti spojům realizovaným laserovým svařováním a dále skutečnost, že při pájení nedochází k míšení zirkoniového materiálu s ocelí, případně niklem, jako je tomu u sváření. Vzájemné míšení těchto materiálů má za následek vznik křehkých fází s následnou možností vzniku trhlin ve svarovém spoji.The hermetization terminal is an important component for the assembly of internally instrumented fuel elements, which are a prerequisite for deeper study of reactor core processes. Deeper knowledge in the aggregate allows for a further increase in the economy of nuclear power plant operation. The technology of soldered hermetization terminal production has very good reproducibility and the joint itself is hermetic even after long-term corrosion tests, thermal cycling, pressure tests, vibration tests and radiation tests in the reactor core where the terminals were subjected to gamma radiation and neutron flux. An important advantage is also low demands on technological equipment compared to joints realized by laser welding and also the fact that during soldering there is no mixing of zirconium material with steel or nickel, as is the case with welding. Intermixing of these materials results in brittle phases with the consequent possibility of crack formation in the weld joint.

Na výkresu je v řezu' znázorněn příklad provedení vynálezu.In the drawing, an exemplary embodiment of the invention is shown in cross-section.

Hermetizační koncovka je sestavena ze tří základních dílů, a to z vnější části £, ocelového přechodového dílu £ a z měřicí trasy £, Vnější část 1 je vyrobena z materiálu používaného pro koncovky standardních palivových elementů, například ze slitiny zirkonia s 1 % niobu. Přechodový díl £ je vyroben z chromové oceli. Vlastní výstup měřicí trasy £ je tvořen trubkou z niklu, případně nerezavějící chromniklové oceli, nebo přímo pláštovaným kabelem s pláštěm z niklu, případně z nerezavějící chromniklové oceli nebo inconelu. Vnější část £ je na vnitřním konci opatřena válcovým osazením 2, které je na povrchu opatřeno chromovou mezivrstvou. Válcové osazení 2 zapadá do válcové díry ocelového přechodového dílu £. Prostor mezi chromovou mezivrstvou válcového osazení 2 a vnitřním povrchem válcové díry ocelového přechodového dílu £ je vyplněn spojovací těsnicí vrstvou £. Ve vnější části £ a v ocelovém přechodovém dílu £ je vytvořen středový otvor, ve kterém je ve spojovací těsnicí vrstvě £ uležena měřicí trasa £, Všechny tři díly jsou s výhodou vzájemně hermeticky spojeny tvrdým pájením ve vakuu. Pro pájení je použita pájka obsahující 56 % paladia, 37 % niklu a 7 % křemíku s pracovní teplotou 1 130 K. Aby během pájení nedocházelo k sycení pájky zirkoniem, je povrch vnější části £, který přichází do styku s pájkou, předem opatřen chromovou mezivrstvou. Po zapájení je vnější část £ hermetizační koncovky nad. válcovým osazením 2 připojena k povlakové trubce £ na bázi zirkonia prostřednictvím svaru £ vytvořeného elektronovým svazkem.The hermetizing terminal is made up of three basic parts, the outer part 6, the steel transition piece 6 and the measuring path 6. The outer part 1 is made of a material used for standard fuel element terminals, e.g. The transition piece 6 is made of chrome steel. The actual output of the measuring line 6 consists of a nickel or stainless steel tube or a directly sheathed cable with a nickel or stainless steel jacket or inconel. The outer part 6 is provided at the inner end with a cylindrical shoulder 2, which is provided with a chrome intermediate layer on the surface. The cylindrical shoulder 2 fits into the cylindrical hole of the steel transition piece 6. The space between the chrome intermediate layer of the cylindrical shoulder 2 and the inner surface of the cylindrical hole of the steel transition piece 6 is filled with a joint sealing layer 6. A central opening is formed in the outer part 6 and in the steel transition piece 6, in which a measuring line 6 is located in the sealing sealing layer. For soldering, a solder containing 56% palladium, 37% nickel and 7% silicon is used with a working temperature of 1130 K. To avoid solder saturation with zirconium during soldering, the surface of the outer portion 6 which comes into contact with the solder is pre-coated with a chrome interlayer. . After soldering, the outer portion 6 of the hermetic terminal is above. connected to the zirconium-based coating tube 4 by means of an electron beam weld 6.

Hermetizační koncovka je určena pro vyvedení měřicí trasy £ z vnitřního prostoru palivového elementu s povlakovou trubkou £ na bázi zirkonia. Nahrazuje při aplikaci jednu ze standardních koncovek palivového elementu a používá se v náročných podmínkách aktivní zóny jaderného reaktoru, kde zajišíuje spolehlivou hermetičnost vnitřního prostoru palivovéhoThe hermetizing terminal is intended to lead the measuring line 6 from the interior of the fuel element with the zirconium-based coating tube 6. It replaces one of the standard fuel element terminals on application and is used in harsh nuclear reactor core conditions to ensure reliable hermetic integrity of the fuel cell interior.

CS 273 451 Bl elementu vůči chladivu. Navazující trasy pro měření vnitřního tlaku štěpných plynů, centrální teploty, paliva, případně odběr štěpných plynů, mohou být realizovány z niklu nebo ohromniklové nerezavějící oceli.CS 273 451 B1 of the refrigerant element. Subsequent routes for measuring the internal pressure of fissile gases, central temperature, fuel, and possibly fissile gas sampling can be realized from nickel or stainless steel.

« Vzhledem ke specifice materiálového problému spoje je hlavní využití hermetizační koncovky v oblasti jaderné techniky, zejména při realizaci experimentálních palivových souborů. Koncovka řeší korozně odolný spoj mezi zirkoniovým materiálem a chromniklovou nerezavějící ocelí, případně niklem, jehož potřeba by mohla vzniknout i mimo jaderné techniky, například v chemickém průmyslu.«Due to the specifics of the material problem of the joint, the main use of the hermetization terminal in the field of nuclear technology, especially in the implementation of experimental fuel assemblies. The end piece solves a corrosion-resistant joint between zirconium material and chromium-nickel stainless steel or nickel, the need of which could arise outside of nuclear technology, for example in the chemical industry.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A sealing element of a fuel element with a measuring path outlet connected to a fuel element train tube, characterized in that it is formed by a zirconium-based outer part (1) having a cylindrical shoulder (2) provided on its surface with a chrome intermediate layer which is inserted in a cylindrical bore formed in the steel transition piece (3), the space between the chrome intermediate layer of the cylindrical shoulder (2) and the inner surface of the cylindrical bore of the steel transition piece (3) is filled with a joint sealing layer (5); A central hole is formed in the steel transition part (3) and a measuring line (4) is received in the joint sealing layer (5).

2. The sealing end piece according to claim 1, characterized in that the joint sealing layer (5) is made of a palladium-nickel-silicon-based alloy.

Hermetic terminal according to Claims 1 and 2, characterized in that the joint sealing layer (5) is formed by vacuum soldering at a temperature of 1 130 K.

1 drawing