DE1055141B - Fuel element for a heterogeneous nuclear reactor - Google Patents

Fuel element for a heterogeneous nuclear reactor

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DE1055141B
DE1055141B DEA28589A DEA0028589A DE1055141B DE 1055141 B DE1055141 B DE 1055141B DE A28589 A DEA28589 A DE A28589A DE A0028589 A DEA0028589 A DE A0028589A DE 1055141 B DE1055141 B DE 1055141B
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fuel element
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Lars Leine
Ragnar Liljeblad
Kristian Dahl Madsen
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ABB Norden Holding AB
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ASEA AB
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Description

DEUTSCHESGERMAN

Es sind bereits Kernreaktoren bekannt, die Uran oder Thorium als Brennstoff und zur Ausnutzung der Atomenergie ein Kühlmittel hoher Temperatur verwenden. Der Moderator aus Schwerwasser steht dabei unter Atmosphärendruck, während der Brennstoff in Form von Stäben vorzugsweise durch geschmolzenes Metall gekühlt wird, wobei auch andere Kühlmittel, wie beispielsweise Gas, möglich sind. Das Kühlmittel strömt an den Brennstoffstäben vorbei in Röhren, die in enger Berührung mit den Stäben stehen. Diese können also hohl und auf der Innenseite mit den erwähnten Rohren bekleidet oder massiv sein. In diesem Falle sind mehrere Stäbe in einem Bündel angeordnet, das von einem Rohr umgeben ist, welches die Stäbe zusammenhält.There are already nuclear reactors known that use uranium or thorium as fuel and to exploit the Atomic energy use a high temperature coolant. The moderator from heavy water is there under atmospheric pressure, while the fuel in the form of rods is preferably melted Metal is cooled, other coolants, such as gas, are also possible. The coolant flows past the fuel rods into tubes that are in close contact with the rods. These can therefore be hollow and clad on the inside with the pipes mentioned, or they can be solid. In In this case, several rods are arranged in a bundle which is surrounded by a tube, which holds the bars together.

Die Rohre selbst bestehen aus einem Neutronen nur in unbedeutendem Grad absorbierenden Metall, beispielsweise aus Zirkonium oder Aluminium, und haben die Aufgabe, den Druck des mit großer Geschwindigkeit durch die Rohre strömenden Kühlmittels aufzunehmen, das die Wärme einem Wärmeaustauscher zuführt, der beispielsweise mit einer Dampfturbine verbunden sein kann. Jedes dieser Druckrohre ist von einem Wärmeschutzrohr umgeben, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Druckrohres. Hierdurch entsteht ein Zwischenraum, der evakuiert oder mit Gas, beispielsweise Kohlensäure, gefüllt sein kann und einen Wärmeisolator gegen das Moderatorwasser bildet, in das die Brennstoffelemente,eintauchen.The tubes themselves consist of a metal that only absorbs neutrons to an insignificant degree, for example made of zirconium or aluminum, and have the task of printing the with great speed coolant flowing through the tubes, which transfers the heat to a heat exchanger feeds, which can be connected, for example, to a steam turbine. Each of these Pressure pipes are surrounded by a heat protection pipe, the inner diameter of which is slightly larger than that Outside diameter of the pressure pipe. This creates a space that evacuates or gas, for example carbonic acid, can be filled and a heat insulator against the moderator water forms in which the fuel elements are immersed.

Die bekannte Anordnung ist nunmehr erfindungsgemäß so gestaltet, daß wenigstens ein wärmeisolierender Zwischenraum innerhalb eines jeden Druckrohres zwischen einem Stützrohr und dem'Druckrohr gebildet und dieser Zwischenraum mit im wesentliehen ruhendem Gas von praktisch demselben Druck wie der des Kühlmittels gefüllt ist.The known arrangement is now designed according to the invention so that at least one heat-insulating Space within each pressure pipe between a support pipe and the pressure pipe formed and this gap with in essence stationary gas is filled with practically the same pressure as that of the coolant.

Mit der Erfindung ist der Vorteil erreicht, daß die Druckrohre trotz der hohen Temperatur des Kühlmittels dank der niedrigen Temperatur des Moderatorwassers aus Magnesium hergestellt werden können. Magnesium hat nur einen Bruchteil des Neutronenabsorptionsvermögens von Aluminium und Zirkon und ist wesentlich billiger als dieses. Gegebenenfalls können die Druckrohre'mit einer dünnen Korrosions-Schutzschicht auf der Wasserseite versehen werden.With the invention, the advantage is achieved that the pressure pipes in spite of the high temperature of the coolant can be made from magnesium thanks to the low temperature of the moderator water. Magnesium has only a fraction of the neutron absorption capacity of aluminum and zirconium and is much cheaper than this. If necessary, the pressure pipes can be provided with a thin corrosion protection layer be provided on the water side.

Die Erfindung bietet besondere Vorteile dann, wenn das Kühlmittel ein Gas, beispielsweise CO2, ist, das unter hohem Druck, beispielsweise 30 bis 100 atü, steht.The invention offers particular advantages when the coolant is a gas, for example CO 2 , which is under high pressure, for example 30 to 100 atmospheres.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser sindTwo embodiments of the invention are described below with reference to the drawing; in these are

Fig. 1 und 3 Längsschnitte undFig. 1 and 3 longitudinal sections and

Brennstoffelement
für heterogenen KernreaktorFuel element
for heterogeneous nuclear reactor

Anmelder:
AllmännaApplicant:
Allman

Svenska Elektriska Aktiebolaget,
Västeräs (Schweden)Svenska Elektriska Aktiebolaget,
Västeräs (Sweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Bismarckstr. 43Representative: Dipl.-Ing. H. Missling, patent attorney,
Giessen, Bismarckstrasse. 43

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 10. Januar 1957Claimed priority:
Sweden 10 January 1957

Ragnar Liljeblad, Kristian Dahl MadsenRagnar Liljeblad, Kristian Dahl Madsen

und Lars Leine, Västeräs (Schweden),and Lars Leine, Västeräs (Sweden),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Fig. 2 und 4 Querschnitte durch je ein Brennstoffelement gemäß der Erfindung.Fig. 2 and 4 cross sections through a fuel element according to the invention.

Die Brennstoffstäbe 1 sind gemäß Fig. 1 und 2 von einem Stützrohr 2 umgeben, das als Leitungsrohr für das Kühlmittel längs der Stäbe dient. Dieses Rohr sitzt in einem zweiten Rohr 3, vorzugsweise aus Magnesium, das den Druck aufnimmt. Der Zwischenraum 4 zwischen beiden Rohren ist mit praktisch ruhendem Gas unter angenähert demselben Druck wie der des Kühlmittels gefüllt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Druckrohr und das Stützrohr nur an einem Ende dicht miteinander verbunden sind, wie Fig. 1 zeigt. Es ist dabei unterstellt, daß das Kühlmittel durch den Reaktor von einem unter seinem Boden befindlichen Gefäß 6 durch die Rohre in ein über dem Deckel des Reaktors angeordnetes Gefäß 7 strömt.The fuel rods 1 are surrounded by a support tube 2 as shown in FIGS. 1 and 2, which serves as a conduit for the coolant serves along the rods. This tube sits in a second tube 3, preferably from Magnesium that absorbs the pressure. The space 4 between the two tubes is practical dormant gas under approximately the same pressure as that of the coolant. This can be, for example can be achieved in that the pressure tube and the support tube are tightly connected to one another only at one end as shown in FIG. It is assumed that the coolant through the reactor by one Vessel 6 located under its bottom through the tubes into a vessel arranged above the cover of the reactor Vessel 7 flows.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 wird das Kühlmittel von oben ein- und ausgeführt. Das Bündel der Brennstoffstäbe 1 ist von einem dünnen Rohr 8, beispielsweise aus Stahl, zusammengehalten, das seinerseits in einem Rohr 9 sitzt. Es hat sich gezeigt, daß Stahlrohre mit einer Wandstärke von nur 0,05 mm eine hinreichende Festigkeit besitzen und dann keine größere Neutronenabsorption bedingen als die gewöhnlich angewendeten Aluminiumkapselungen mit 1 mm Wandstärke. Die Rohre 8 und 9 sind von einem unten geschlossenen Druckrohr 3 umgeben mit einem so großen Innendurchmesser, daß ein Zwischenraum 4' entsteht. Durch diesen wird dasIn the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the coolant is introduced and discharged from above. The bundle of fuel rods 1 is held together by a thin tube 8, for example made of steel, which in turn sits in a tube 9. It has been shown that steel pipes with a wall thickness of only 0.05 mm have sufficient strength and then no greater neutron absorption than the commonly used aluminum enclosures with a wall thickness of 1 mm. The tubes 8 and 9 are surrounded by a pressure tube 3 closed at the bottom with such a large inner diameter that a Gap 4 'is created. Through this it becomes

:X'i '■%■: X'i '■% ■ 809 790/416809 790/416

Kühlmittel zuerst nach unten gedrückt, um dann zwischen den Stäben 1 und dem Rohr 8 nach oben zu· strömen. Der Zwischenraum 4" zwischen dem Rohr 8 und dem Rohr 9 ist mit ruhendem Kühlmittel gefüllt, das eine gewisse*Wärmeisolierung zwischen dem kalten, nach unten strömenden Kühlmittel und dem erhitzten, nach oben strömenden Kühlmittel bewirkt. Ungefähr der gleiche Druck kann im Zwischenraum 4" zwischen den Rohren 8 und 9 erreicht werden, ohne daß eine wesentliche Strömung des Gases im Zwischenraum entsteht, und zwar wieder dadurch, daß die beiden Rohre, wie in der Zeichnung dargestellt ist, am einen Ende dicht miteinander verbunden, aber am anderen Ende offen sind. Um eine Wärmeisolation auch gegenüber dem Moderator 5 zu erreichen, ist im Druckrohr 3 ein Rohr 10 eingesetzt, das einen Zwischenraum 11 bildet und beispielsweise unten geschlossen sein kann. Ungefähr der gleiche Druck wie im Zwischenraum 4 kann hier dadurch erreicht werden, daß das Rohr 10 mit einem oder mehreren feinen Löchern versehen ist.Coolant first pressed down, then between the rods 1 and the tube 8 upwards to · flow. The space 4 ″ between the tube 8 and the tube 9 is with stationary coolant filled, which provides some * thermal insulation between the cold, downward-flowing coolant and the heated coolant flowing upwards. About the same pressure can be in the gap 4 "between the tubes 8 and 9 can be achieved without a substantial flow of the gas arises in the gap, again by the fact that the two tubes, as shown in the drawing are tightly connected at one end but open at the other end. To a To achieve thermal insulation against the moderator 5, a pipe 10 is inserted in the pressure pipe 3, which forms a space 11 and can, for example, be closed at the bottom. About the same Pressure as in the space 4 can be achieved here in that the pipe 10 with an or is provided with several fine holes.

Der Vorteil der Anordnung besteht darin, daß die Wärmeverluste beträchtlich verringert werden. Da das Kühlmittel auf seinem Wege nach unten wenig erwärmt wird, erhält man gleichzeitig eine verringerte Pumpenleistung und niedrige Temperatur der zur Einkapselung der Brennstoffstäbe dienenden Rohre bei einer gegebenen Temperatur des austretenden Gases. Das Druckrohr kann in beiden Vorschlägen mit einem Korrosionsschutz 12, beispielsweise aus Aluminium, versehen sein (angedeutet durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3 und 4). Der Sockel des Moderatortanks wird aus zwei getrennten Gefäßen gebildet, einem Verteilungsgefäß 13 für das einströmende kalte Kühlmittel und einem Sammelgefäß 14 für das ausströmende erhitzte Kühlmittel. 15 ist ein Pfropfen für das Brennstoffelement. Die Stäbe 1 und die Rohre 8 und 9 können gleichzeitig entfernt werden.The advantage of the arrangement is that the heat losses are considerably reduced. There the coolant is slightly heated on its way down, a reduced temperature is obtained at the same time Pump performance and low temperature of the tubes used to encapsulate the fuel rods at a given temperature of the exiting gas. The pressure pipe can be used in both proposals be provided with a corrosion protection 12, for example made of aluminum (indicated by a dashed line Line in Figs. 3 and 4). The base of the moderator tank is made up of two separate vessels a distribution vessel 13 for the inflowing cold coolant and a collecting vessel 14 for the heated coolant flowing out. 15 is a plug for the fuel element. The bars 1 and the tubes 8 and 9 can be removed at the same time.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Brennstoffelement für einen heterogenen Kernreaktor, bestehend aus vorzugsweise in Bündeln angeordneten Brennstoffstäben oder Rohren,1. Fuel element for a heterogeneous nuclear reactor, consisting of preferably in bundles arranged fuel rods or tubes, 40 wobei jedes Bündel von einem Stützrohr umgeben ist, das seinerseits in einem gewissen Abstand von : einem Druckrohr umgeben ist, und d&s vorzugsweise gasförmige Kühlmittel unter hohem Druck längs der Brennstoffstäbe strömt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein wärmeisolierender Zwischenraum innerhalb eines jeden Druckrohres (3) zwischen einem Stützrohr (2) und dem Druckrohr gebildet und dieser Zwischenraum mit im wesentlichen ruhendem Gas von praktisch demselben Druck wie der des Kühlmittels gefüllt ist. 40 each bundle being surrounded by a support tube, which in turn is surrounded at a certain distance by : a pressure tube, and the preferably gaseous coolant flows under high pressure along the fuel rods, characterized in that at least one heat-insulating space within each pressure tube (3 ) formed between a support tube (2) and the pressure tube and this space is filled with essentially resting gas of practically the same pressure as that of the coolant. 2. Brennstoffelement nach Anspruch 1 für einen Reaktor, in dem das Kühlmittel den Reaktorkern nur in einer Richtung durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeisolierende Zwischenraum (4) nur durch den Spalt zwischen dem Druckrohr (3) und dem die Spaltstoffstäbe (1) umgebenden Stützrohr (2) gebildet ist (Fig. 1 und 2).2. Fuel element according to claim 1 for a reactor, in which the coolant is the reactor core only flows through in one direction, characterized in that the heat-insulating space (4) only through the gap between the pressure pipe (3) and the rods (1) surrounding support tube (2) is formed (Fig. 1 and 2). 3. Brennstoffelement nach Anspruch 1 für einen Reaktor, in dem das kalte und das warme Kühlmittel den Reaktorkern in entgegengesetzten Richtungen durchströmen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brennstoff stabbündel (1) von einem dünnen' Isolationsrohr (8) für die Leitung des warmen Kühlmittels umgeben ist, daß dieses Rohr in geringem Abstand· von einem weiteren Stützrohr (9) umgeben und so ein wärmeisolierender Zwischenraum (4") zwischen diesen Rohren gebildet wird, der das zwischen dem Stützrohr (9) und1 dem unten geschlossenen Druckrohr (3) strömende kalte Kühlmittel von dem warmen trennt (Fig. 3 und 4).3. Fuel element according to claim 1 for a reactor, in which the cold and warm coolant flow through the reactor core in opposite directions, characterized in that each fuel rod bundle (1) surrounded by a thin 'insulation tube (8) for the conduction of the warm coolant is that this tube is surrounded at a small distance · by a further support tube (9) and as a heat insulating space (4 ") formed between these tubes, the air flowing between said support tube (9) and 1 to the bottom-closed pressure tube (3) separates cold coolant from warm (Figs. 3 and 4). 4. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckrohr (3) in geringem Abstand von seiner Innenwand ein Rohr (10) eingesetzt und so ein wärmeisolierender Zwischenraum (11) zwischen dem abwärts strömenden Kühlgas und dem Moderator gebildet ist (Fig. 3 und 4).4. Fuel element according to claims 1 and 3, characterized in that in the pressure tube (3) a pipe (10) inserted at a short distance from its inner wall and thus a heat-insulating one Gap (11) is formed between the downward flowing cooling gas and the moderator (Figs. 3 and 4). In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 754 183.Considered publications:
British Patent No. 754 183. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809 790/416 4.59© 809 790/416 4.59
DEA28589A 1957-01-10 1957-12-30 Fuel element for a heterogeneous nuclear reactor Pending DE1055141B (en)

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GB (1) GB822220A (en)

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