DE1033808B

DE1033808B - Nuclear reactor with displacement internals

Info

Publication number: DE1033808B
Application number: DES52666A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Bachl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-03-09
Filing date: 1957-03-09
Publication date: 1958-07-10

Description

Bekanntlich muß bei Kernreaktoren mit Stabgitter, die mit Gas oder einer im Betrieb in die Gasphase überführten Flüssigkeit gekühlt werden, für eine sehr gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels gesorgt werden, um örtliche Übertemperaturen und dadurch verursachte Schädigungen an den Brenstofrelementen zu vermeiden. Die Anforderungen sind bei Reaktoren besonders hoch, da die Dichte des Kühlmittels zugleich die Stärke des Neutronenflusses und damit die örtlich entwickelte Wärme bestimmt.It is well known that nuclear reactors with rod lattice that operate with gas or one in the gas phase transferred liquid are cooled, a very even distribution of the coolant is ensured, to avoid local excess temperatures and damage to the fuel elements caused by them avoid. The requirements for reactors are particularly high, as the density of the coolant is at the same time determines the strength of the neutron flux and thus the locally developed heat.

Brennstoffstäbe, bei denen der innere Kühlkanal allseitig mit spaltbarem Material umgeben ist und bei denen das Kühlmittel auch an der äußeren Mantelfläche entlang geführt wird, sind durch die bei unterschiedlicher innerer und äußerer Kühlung auftretenden Wärmespannungen besonders gefährdet.Fuel rods in which the inner cooling channel is surrounded on all sides with fissile material and at which the coolant is also guided along the outer jacket surface, are by the at different internal and external cooling occurring thermal stresses are particularly at risk.

Vergleicht man bei einem Brennstoffgitter mit hohlzylindrischen Brennstoff stäben die verfügbaren Strömungsquerschnitte innerhalb und außerhalb der Brennstoffstäbe oder die entsprechenden Volumeinheiten, bezogen auf die inneren und äußeren Brennstoffmantelflächen, so ergibt sich, daß den erzeugten Dampfblasen im anteiligen Volumen um die Brennstoffstäbe herum wesentlich mehr Platz für die Ablösung zur Verfügung steht als im inneren Strömungskanal. Hierzu sei Bezug auf Fig. 1 genommen.If one compares the available flow cross-sections with a fuel grid with hollow cylindrical fuel rods inside and outside the fuel rods or the corresponding volume units, based on the inner and outer fuel jacket surfaces, it follows that the generated Vapor bubbles in the proportionate volume around the fuel rods provide significantly more space for detachment is available than in the inner flow channel. Reference is made to FIG. 1 for this purpose.

Bei der Anordnung nach Fig. 1, die im Schnitt vier aus dem Stabgitter herausgegriffene hohlzylindrische Brennstoff stäbe darstellt, ist jeweils sowohl die innere wie die äußere Mantelfläche 1, 2 in gleiche FlächeiT-einheiten unterteilt, die sich in der Schnittansicht als Kreisbögen gleicher Länge darstellen. Nimmt man an, daß je Flächeneinheit die gleiche Wärmemenge aus dem Brennstoffelement austritt, dann zeigt die sektorartige Aufteilung der für die Strömung verfügbaren Räume, daß den Dampfblasen zur Ablösung von den Mantelflächen im äußeren Strömungsraum bedeutend mehr Platz zur Verfügung steht als im inneren Strömungskanal. Hier ist vielmehr bei der Dampfblasenbildung mit einer Kühlmittelstauung, also einer erheblich verminderten Kühlwirkung, zu rechnen.In the arrangement according to Fig. 1, which shows in section four hollow cylindrical fuel rods picked out of the rod lattice, both the inner and outer lateral surface 1, 2 is divided into equal FlächeiT units, which are represented in the sectional view as circular arcs of equal length . If one assumes that the same amount of heat escapes from the fuel element per unit area, then the sector-like division of the spaces available for the flow shows that there is significantly more space available for the vapor bubbles to detach from the jacket surfaces in the outer flow space than in the inner flow channel. Rather, a build-up of coolant, i.e. a considerably reduced cooling effect, is to be expected here with the formation of vapor bubbles.

Die auf der inneren Mantelfläche sich hierdurch einstellende höhere Werkstofftemperatur erzeugt gegenüber dem äußeren Mantel des Brennstoffstabes einen starken Temperatursprung bzw. so große Wärmespannungen, daß die Brennstoffstäbe entweder verzogen oder unter Umständen zerstört werden können. Beides muß aber aus Gründen der Betriebssicherheit unter allen Umständen vermieden werden.The one that is set on the inner lateral surface as a result higher material temperature produces a compared to the outer jacket of the fuel rod sharp temperature jump or thermal stresses so great that the fuel rods either warped or can be destroyed under certain circumstances. Both must, however, for reasons of operational safety be avoided at all costs.

Die Schwierigkeiten werden bei einem gasgekühlten Reaktor bzw. einem Siedewasserreaktor mit einem Stabgitter der beschriebenen Art mit einfachen Mitteln von vornherein dadurch vermieden, daß gemäß der Erfindung in den Zwischenräumen des Stab-Kernreaktor mit VerdrängungseinbautenThe difficulties arise with a gas-cooled reactor or a boiling water reactor a bar grid of the type described with simple means avoided from the outset that according to of the invention in the interstices of the rod nuclear reactor with displacement internals

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und ErlangenBerlin and Erlangen

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Herbert Bachl, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Herbert Bachl, Erlangen,
has been named as the inventor

gitters Verdrängungseinbauten angeordnet sind. Auf diese Weise wird der anteilige äußere Kühlquerschnitt jedes Brennstoffstabes bzw. das zugeordnete Volumen auf die entsprechenden Abmessungen des inneren Strömungskanals abgestimmt.Grid displacement internals are arranged. In this way, the proportionate external cooling cross-section each fuel rod or the assigned volume to the corresponding dimensions of the inner flow channel matched.

Als Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Anordnung nach Fig. 2 eine Stabanordnung mit Verdrängungseinbauten. The arrangement is illustrated as an exemplary embodiment according to FIG. 2, a rod arrangement with displacement fixtures.

Zwischen die hohlzylindrischen Brennstoffstäbe, bestehend aus den Mantelhülsen 1, 2 mit dem dazwischen befindlichen Kernbrennstoff 3, sind die Verdrängungskörper 4 eingebaut. Die Körper sind massiv ausgebildet und besitzen quadratischen Querschnitt. Statt dessen können die Verdrängungskörper auch hohl, beispielsweise als Hohlsäule ausgebildet sein. Fig. 3 veranschaulicht eine solche Ausführung, bei der die Hohlsäulen einen verzerrt quadratischen Querschnitt besitzen. Sie sind zugleich als Halterungs- bzw. Führungsstücke für die Regelstäbe benutzt, werden aber zweckmäßig nicht vom Kühlmittel durchströmt.The displacement bodies 4 are installed between the hollow cylindrical fuel rods, consisting of the jacket sleeves 1, 2 with the nuclear fuel 3 located in between. The bodies are solid and have a square cross-section. Instead, the displacement bodies can also be hollow, for example designed as a hollow column. Fig. 3 illustrates such an embodiment in which the hollow columns have a distorted square cross-section. They are also used as mounting or guide pieces for the control rods, but it is practical if the coolant does not flow through them.

An sich ist es möglich, diese Verdrängungskörper auch als Brennstoffstäbe auszuführen, deren geometrische Form von der der Hohlzylinderelemente abweicht. Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem zwischen die hohlzylindrischen Elemente runde, massive Brennstoffstäbe zum Ausgleich der Strömungsquerschnitte verteilt sind.It is actually possible to design these displacement bodies as fuel rods, their geometric Shape deviates from that of the hollow cylinder elements. Fig. 4 shows an example in which between the hollow cylindrical elements round, solid fuel rods to compensate for the flow cross-sections are distributed.

Claims

Patent claims:

1. Gas-cooled or boiling water reactor with a rod grid, the fuel rods of which are hollow cylinders

809 560/392

are formed umi both inside and outside in contact with a flowing coolant stand, characterized in that displacement fixtures in the interstices of the bar grating are arranged.

2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the displacement internals such interstitial positions are arranged that do not lie on the main axes of the lattice.

3. Nuclear reactor according to claim 1, characterized ge ίο indicates that the displacement internals take the form of solid or hollow, cylindrical or have a prism-like body.

4. Nuclear reactor according to claim 3, characterized in that that hollow displacement body at the same time as a holder and guide of control rods are used.

5. Nuclear reactor according to claim 3, characterized in that a displacement body second group of fuel rods is provided, the geometric shape of which differs from that of the first Group deviates.

1 sheet of drawings