DE1060506B

DE1060506B - Brennstoffelement fuer einen Kernreaktor

Info

Publication number: DE1060506B
Application number: DER23711A
Authority: DE
Inventors: Norman Battle
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1957-08-08
Filing date: 1958-07-18
Publication date: 1959-07-02
Also published as: GB840010A; US2988495A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffelement für einen Kernreaktor mit einem endseitig offenen rohrförmigen Behälter, durch den das Kühlmittel des Reaktors zu leiten ist, und mit einem Stapel dünner rechteckiger Streifen aus bekleidetem, spaltbarem Material innerhalb des Behälters.

Brennstoffelemente dieser Art sind bekannt. Das erfindungsgemäße Brennstoffelement ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen mit untereinander parallelen Wellungen versehen ist, die gegenüber der Längsachse des Brennstoffelements geneigt sind, und daß die Wellungen eines jeden Streifens die Wellungen benachbarter Streifen berühren und über Kreuz zu ihnen verlaufen.

Brennstoffelemente nach der Erfindung bieten dem Kühlmittel eine große Wärmeübergangsfläche im Verhältnis zur Menge des verwendeten Brennstoffs, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Brennstoff und dem Kühlmittel herabgesetzt werden kann.

Umkleidete Brennstoffstreifen haben an sich den Vorteil, daß sie das Kühlmittel nicht mit Spaltprodukten verunreinigen. Jedoch vermindert die Anwesenheit der Umkleidung die erreichbare Temperatur. Die durch die Erfindung vergrößerte Oberfläche der Brennstoffelemente wirkt diesem Nachteil entgegen.

Der rohrförmige Behälter kann — wie bekannt —■ einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise liegen die Wellungen eines Streifens etwa unter 45° zu seiner Längsachse.

Das spaltbare Material kann umkleidet sein, beispielsweise mit Aluminium, Stahl, Zirkon, Niob oder Beryllium.

Zwei Ausführungsformen von Brennstoffelementen nach der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffelements nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf dieses Element;

Fig. 3 ist ein Schnittbild längs der Linie 3-3
Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Schnittbild längs der Linie 4-4
Fig. 2;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung.

In der ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, besteht das Brennstoffelement 10 aus einem endseitig offenen rohrförmigen Behälter 11 mit rechteckigem Querschnitt, der aus rechteckigen Seitenplatten aus rostfreiem Stahl geformt ist, und aus zehn gewellten Streifen, die mit ihren Ebenen parallel zu der Behälterachse in dem Behälter übereinandergeschichtet sind. Fünf dieser Streifen sind mit dem Bezugszeichen 12 a und fünf weitere mit dem Bezugszeichen 12 b (Fig. 2) versehen. Die Streifen

Anmelder:

Rolls-Royce Limited,
Derby (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann
und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte,
München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien, vom 8. August 1957 und 10. Juli 1958

Norman Battie, Derby (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

12 a und 12 b wechseln einander in dem Stapel ab. Die Streifen bestehen aus Uran, das mit rostfreiem Stahl umkleidet ist. Das Kühlmittel des Reaktors fließt durch die oberen Enden der Behälter in die Durchgänge, die sich zwischen den Wellungen der Platten der Streifen 12a und 12 b befinden.

In den Fig. 3 bzw. 4 sind die Streifen 12a bzw. 12 b dargestellt. Der Streifen 12 a hat Wellungen 12 c, die in ihn gepreßt sind und die sich etwa unter einem Winkel von 45° zur Längsachse des Streifens erstrecken. Der Streifen 12 b hat ähnliche Wellungen 12 d, aber er ist derart in dem Stapel angeordnet, daß die Wellungen 12 c in den Streifen 12 a etwa unter einem Winkel von 90° zu den Wellungen 12 d in den Streifen 12b stehen.

Die Streifen 12a und 12 b sind derart aufeinandergestapelt, daß sich die Wellungen 12 c, 12 d benachbarter Streifen berühren, so daß das durch das Brennstoffelement fließende Kühlmittel gezwungen ist, abwechselnd entlang der Wellungen 12 c und 12 a* zu fließen. Auf diese Weise ist der Weg eines Kühlmittelteilchens zickzackartig, da es abwechselnd entlang der Wellungen 12c und 12d fließt.

Die Streifen 12 α und 12 b können in dem Behälter dadurch gelagert sein, daß sie auf einer Lippe IIa ruhen, die am Fuß der Seitenplatten 11 senkrecht zur Ebene der Streifen angeformt ist.

Auf Grund der Neigung der Wellungen in Beziehung zu der allgemeinen Flußrichtung des Kühlmittels neigt das durch jede Öffnung zwischen einem Paar benachbarter Platten fließende Kühlmittel dazu, sich gleichmäßig über die Weite der öffnung zu verteilen.

909 559/3E8

Claims

In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung dargestellt, in der vier Stapel gewellter streifen, von denen jeder Stapel den bereits beschriebenen ähnlich ist, einer über den anderen in einen kasten gesetzt sind, der aus rechtwinkligen Seitenblatten 111 aus rostfreiem Stahl gebildet ist. Die Ebenen der Streifen in benachbarten Stapeln liegen jnter einem rechten Winkel gegeneinander. Der mterste Stapel kann auf einer Lippe gelagert sein wie 3ei der ersten Ausführungsform nach der Erfindung. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß irgendwelche Fehlverteilungen des Kühlmittels am Eingang zu dem ;rsten Stapel im wesentlichen in den ersten beiden Stapeln ausgeglichen werden, und zwar auf Grund der guten Verteilung, die durch die Wellungen transversal zu einem Übergang zwischen einem Paar der gewellten Streifen erzeugt wird. Das Brennstoffelement 10 in Fig. 1 bis 4 und jeder der vier Stapel des Brennstoffelements in Fig. 5 haben folgende Einzelabmessungen: Die totale Dicke jedes gewellten Streifens 12a, 12b beträgt 0,13 cm, die Umkleidung aus rostfreiem Stahl beträgt 0,04 cm und befindet sich auf einem Uranoxyd-rostfreien Stahl-Keramik-Metall-Gemisch einer Dicke von 0,05 cm. Die Tiefe der Wellungen ist 0,025 cm, und der innere Radius der Wellungen beträgt 1,25 cm. Der Querschnitt jedes Stapels beträgt 100 cm2, und die Länge in der Richtung des Kühlmittelflusses beträgt 22,5 cm. Die Länge des Brennstoffelements in Fig. 5 ist daher 90 cm. Patentansprüche:

1. Brennstoffelement für einen Kernreaktor mit einem endseitig offenen rohrförmigen Behälter, durch den das Kühlmittel des Reaktors zu leiten

ist, und mit einem Stapel dünner rechteckiger Streifen aus bekleidetem, spaltbarem Material innerhalb des Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen mit untereinander parallelen Wellungen versehen ist, die gegenüber der Längsachse des Brennstoffelements geneigt sind, und daß die Wellungen eines jeden Streifens die Wellungen benachbarter Streifen berühren und über Kreuz zu ihnen verlaufen.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Behälter ■— wie an sich bekannt — einen reckteckigen Querschnitt aufweist.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der Streifen etwa um 45° gegen die Längsachse der Streifen geneigt sind, so daß die Wellungen benachbarter Streifen unter einem Winkel von etwa 90° gegeneinander liegen.

4. Brennstoffelement mit mehreren Stapeln gewellter Streifen, die sich in einem Behälter befinden, nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Streifen parallel zu der Behälterachse liegen und daß die Ebenen der Streifen eines Stapels geneigt gegenüber den Ebenen der Streifen benachbarter Stapel angeordnet sind.

5. Brennstoffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen eines Stapels unter einem rechten Winkel zu den Streifen benachbarter Stapel angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 768 078;
Nucleonics, Vol. 14, Nr. 4, S. 14, 1956.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen