DE1041176B

DE1041176B - Ribbed sleeve for fuel elements

Info

Publication number: DE1041176B
Application number: DED26635A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hartwig Benzler
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1957-10-15
Filing date: 1957-10-15
Publication date: 1958-10-16

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine mit Rippen versehene Hülse zur Aufnahme von Spaltstoffelementen. Erfindungsgemäß besteht der Rippenfuß der Hülse aus einem anderen Material als der Rippenkopf. Zweckmäßigerweise werden für den Fuß der Hülse Beryllium oder Berylliumlegierungen verwendet, während es genügt, für die anderen Teile weniger temperaturfeste Stoffe zu verwenden.The invention relates to a sleeve provided with ribs for receiving fissile material elements. According to the invention if the rib base of the sleeve is made of a different material than the rib head. Appropriately are used for the foot of the sleeve beryllium or beryllium alloys while it It is sufficient to use less temperature-resistant materials for the other parts.

Zur Erzielung einer guten thermischen und mechanischen Haltbarkeit ist darauf zu achten, daß die verwendeten Materialien durch Mischung oder Legierung annähernd gleiche Ausdehnungskoeffizienten haben. Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung ist es möglich, zwischen den als Rippenfuß und Rippenkopf ausgebildeten Hülsenteilen ein Material einzufügen, dessen Ausdehnungskoeffizient zwischen dem der verwendeten Materialien für die beiden Bauteile liegt.In order to achieve good thermal and mechanical durability, care must be taken that the used Materials due to mixture or alloy have approximately the same expansion coefficients. According to a further measure of the invention, it is possible between the rib foot and rib head formed sleeve parts to insert a material whose coefficient of expansion is between that of the used Materials for the two components lies.

Die im Atomreaktorbau verwendeten Brennstoffelemente besitzen im allgemeinen Rippen, durch die die wärmeabgebende Oberfläche der Elemente vergrößert wird. Im einfachsten Fall bestehen die bekannten Rippen aus flachen Leisten, welche sternförmig an einem kreiszylindrischen Grundkörper befestigt sind. Nach einer anderen Bauweise werden ringförmige Scheiben auf die Hülsen für den Spaltstoff aufgeschoben, die dabei senkrecht zur Zylinderachse stehen.The fuel elements used in nuclear reactor construction generally have ribs through which the heat-emitting surface of the elements is increased. In the simplest case, the known ones exist Ribs made of flat strips, which are attached in a star shape to a circular cylindrical base body. According to another construction, ring-shaped disks are pushed onto the sleeves for the fissile material, which are perpendicular to the cylinder axis.

Für die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit einer Atomkraftanlage ist es entscheidend, wieviel Wärme aus einem einzelnen Spaltstoffelement abgeführt werden kann. Den an und für sich zu erstrebenden hohen Oberflächentemperaturen der Elemente steht jedoch die Festigkeit und Stabilität der berippten Hülsen für den Spaltstoff entgegen, die mit steigender Temperatur nachläßt. Die bisher für die Anfertigung der Hülsen verwendeten Magnesiumlegierungen sind nur für eine maximal zulässige Temperatur von etwa 450° C verwendbar. Es ist bekannt, daß sich wesentlich höhere Temperaturen bei der Verwendung von Beryllium oder Berylliumlegierungen erreichen lassen, so daß sich bei diesem Material die Wärmeabfuhr verdoppeln läßt. Trotzdem hat man von dem Einbau eines solchen Materials bisher abgesehen, da der hohe Preis für diesen Stoff den erzielbaren Strompreis merklich beeinflussen würde.For the effectiveness and economy of a nuclear power plant it is crucial how much heat can be discharged from a single fissile material element. The one to strive for in and of itself However, the high surface temperatures of the elements stand for the strength and stability of the ribbed Sleeves for the fissile material against, which decreases with increasing temperature. The so far for the production The magnesium alloys used in the sleeves are only for a maximum allowable temperature of about 450 ° C usable. It is known that significantly higher temperatures are achieved when using Beryllium or beryllium alloys can be achieved, so that the heat dissipation doubles with this material leaves. Nevertheless, one has so far refrained from installing such a material because of the high price would noticeably influence the achievable electricity price for this substance.

Ausgehend von der Beobachtung in der Praxis, daß der Rippenfuß eine Temperatur von 550° C aufweist, während an der Rippenspitze nur eine solche von 350° C herrscht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den wärmemäßig nicht so hoch beanspruchten Teil des Hülsenmaterials aus anderen Stoffen als den hochbelasteten Teil herzustellen. So kann nach einem Ausführungsbeispiel der Rippenkopf aus einer Magnesiumlegierung, die Brennstoffhülse mit dem Rippenfuß dagegen aus Beryllium hergestellt werden. Da sehr Mit Rippen versehene Hülse
für SpaltstoffelementeBased on the observation in practice that the rib base has a temperature of 550 ° C, while the temperature at the top of the rib is only 350 ° C, it is proposed according to the invention that the part of the sleeve material, which is not so highly stressed in terms of heat, be made of materials other than to manufacture highly stressed part. Thus, according to one embodiment, the rib head can be made from a magnesium alloy, while the fuel sleeve with the rib base can be made from beryllium. As very ribbed sleeve
for fissile material elements

Anmelder:Applicant:

Deutsche Babcock & Wilcox-German Babcock & Wilcox-

Dampfkessel-Werke Aktien- Gesellschaft,Dampfkessel-Werke Aktien-Gesellschaft,

Oberhausen (RhId.)Oberhausen (RhId.)

Dr.-Ing. Hartwig Benzler, Oberhausen (RhId.),
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Hartwig Benzler, Oberhausen (RhId.),
has been named as the inventor

häufig in den Rippen mehr Material, als in der Grundhülse vorhanden ist, ergibt sich durch Ersatz eines Teiles der Rippen durch verhältnismäßig billiges Material eine beträchtliche Kostensenkung bei der Anlage eines Atomreaktors. Dabei entsteht der weitere Vorteil, daß die Wärmeleistung eines so ausgestalteten Brennstoffelementes beträchtlich gesteigert wird, da die Magnesiumlegierungen eine bessere Leitfähigkeit als Beryllium besitzen.often more material in the ribs than is available in the base sleeve is obtained by replacing a part of the ribs by means of relatively cheap material a considerable reduction in the cost of the installation of a Nuclear reactor. This has the further advantage that the heat output of a fuel element configured in this way is increased considerably because the magnesium alloys have better conductivity than beryllium own.

Wie bereits erwähnt, liegt der Grund dafür, daß es möglich ist, die Rippenköpfe aus einem Material geringerer Festigkeit herzustellen als den Rippenfuß, darin, daß der Temperaturabfall nach der Rippenspitze zu verhältnismäßig groß ist. Es hat sich gezeigt, daß dieser Temperaturabfall bei Hülsen aus Beryllium besonders große Werte annehmen kann, so daß es möglich ist, an der Rippenspitze eine Magnesiumlegierung zu verwenden, welche Temperaturen bis 450° C aushält, da der Rippenfuß eine höhere Temperatur als die Rippenspitze ausweist.As already mentioned, the reason for this is that it is possible to make the fin heads from one material produce lower strength than the rib base, in that the temperature drop after the rib tip is too large. It has been shown that this temperature drop in sleeves made of beryllium can assume particularly large values, so that it is possible to use a magnesium alloy at the rib tip to use, which can withstand temperatures of up to 450 ° C, as the rib base has a higher temperature as the rib tip identifies.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigtThe invention is shown in the drawing in two exemplary embodiments. It shows

Abb. 1 ein beripptes Spaltstoffelement undFig. 1 a ribbed fissile material element and

Abb. 2 ein anderes Spaltstoffelement in einer Moderatorhülse. Fig. 2 another element of fissile material in a moderator sleeve.

Bei der in Abb. 1 gezeigten Hülse befindet sich der Kernbrennstoff 1 in der Hülse 2, an der die Rippenfüße 3 aus gleichem Material wie die Hülse 2 angebracht sind. An den Rippenfüßen 3 sind die Rippenköpfe 4 aus einem anderen Material angesetzt. Unter Zugrundelegung der Tatsache, daß es vor allem wichtig ist, die eigentliche Spaltstoffumhüllung, d.h. die Hülse mit dem Hohlzylinder unter den Rippenfüßen formbeständig und luftdicht zu erhalten, ist es erfindungsgemäß möglich, nur diesen Teil aus reinem hoch-In the case shown in Fig. 1, the nuclear fuel 1 is located in the case 2, on which the rib feet 3 made of the same material as the sleeve 2 are attached. At the rib feet 3 are the rib heads 4 made of a different material. Given the fact that it is most important is, the actual cladding, i.e. the sleeve with the hollow cylinder under the rib feet, retains its shape and airtight, it is possible according to the invention to only make this part of pure high-

809 658/345809 658/345

wertigem Material anzufertigen. Die Rippen dagegen, von denen im wesentlichen nur eine gute Leitfähigkeit gefordert wird, können neben diesem hochwertigen Material, gegebenenfalls in ihrer gesamten Höhe, aus einem billigeren Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit angefertigt werden.high-quality material. The ribs, on the other hand, of which essentially only good conductivity is required, in addition to this high-quality material, if necessary in its entire amount a cheaper material with high thermal conductivity.

Xach dem Ausfülirungsbeispiel, wie es in Abb. 2 gezeigt ist, kann das Rippeninnere aus einem billigeren Material, beispielsweise einer Afagnesiumlegierung 5 und die Oberfläche der Rippen aus einem hochwertigen Material 6, wie Beryllium, bestehen. Dabei besteht das Spaltstoffelement aus dem Kernbrennstoff 1, der in die Hülse 2 aus hochwertigem Material eingebracht wird, das gleichzeitig für die Rippenoberfläche 6 Verwendung findet. Das innerhalb der Rippen liegende Material 5 kann aus Magnesium oder Graphit bestehen. Das Spaltstoffelement wird in bekannter Weise in die Moderatorhülse 7 eingeführt.According to the exemplary embodiment, as shown in Fig. 2, the interior of the ribs can be made from a cheaper one Material, for example an afagnesium alloy 5 and the surface of the ribs made of a high quality Material 6, such as beryllium, are made. The fissile material element consists of the nuclear fuel 1, which is shown in the sleeve 2 is introduced from high quality material, which is also used for the rib surface 6 finds. The material 5 lying within the ribs can consist of magnesium or graphite. The fissile material element is introduced into the moderator sleeve 7 in a known manner.

Claims

Patent claims:

1. Sleeve provided with ribs for receiving fissile material elements, characterized in that that the rib base (3) of the sleeve (2) consists of a different material than the rib head (4).

2. Sleeve according to claim 2, characterized in that the rib foot made of beryllium and the rib head is made of a magnesium alloy.

3. Sleeve according to claim 2, characterized in that the materials used by Mixture or alloy have approximately the same expansion coefficients.

4. Sleeve according to claim 1 or one of the following, characterized in that between the rib foot and the rib head, a material is inserted, which is one between the expansion coefficient of the components has lying coefficients of expansion.

5. Sleeve according to claim 1, characterized in that the material of the ribs or the The rib head has better thermal conductivity than the material from which the rib foot is made is, has.

6. Sleeve according to claim 2, characterized in that for the ribs or the rib heads a more common material, such as graphite, magnesium or the like, and only for the rib feet the more expensive material, such as B. beryllium, is used.

1 sheet of drawings