DE1097049B

DE1097049B - Kernbrennstoffelement

Info

Publication number: DE1097049B
Application number: DED27369A
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: 1958-02-06
Filing date: 1958-02-06
Publication date: 1961-01-12

Description

Kernbrennstoffelement Die Erfindung betrifft Kernbrennstoffelemente, die mit einer Hülse versehen sind, die an ihrer inneren Oberfläche Rippen trägt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gute Wärmeabfuhr durch Leitung aus den einzelnen Brennstoffelementen zu erzielen dadurch, daß die Kühlrippen nicht nur in der bisher bekannten Weise am äußeren Umfang der Spaltstoffhülsen angebracht werden, sondern daß die kühlenden Rippen selbst bis in die Brennstoffhülsen eindringen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die vor dem Zusammenhau des Elementes vorhandenen Rippen in der Hülse weitgehend in die Brennstoffmasse eindringen und sich diese Rippen an der äußeren Oberfläche der Hülse als Kühlrippen fortsetzen, Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei welchen die Schutzhüllen in kingnuten oder Kerben des Spaltstoffkörpers eingepreßt sind. Bei diesen Anordnungen kann jedoch nicht von Rippen gesprochen werden., die eine günstigere Wärmeableitung herbeiführen.
Auch ist es bekannt, eine genaue Distanzierung zwischen T-Transtab, und Schutzhülle mit Hilfe von Nocken, Rippen oder Distanzringen zu erzielen, wobei jedoch auch bei diesen Konstruktionen von einer Kühlwirkung der Rippen, die gemäß der Erfindung angestrebt wird, nicht gesprochen werden kann.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kernbrennstoff in den einzelnen Segmenten zwischen den Innenkühlrippen eingebracht, wobei die Innenkühlrippen nach der Achse der Hülse spitz zulaufen.
Nach dem Ausbrennen des Spaltstoffelementes in der Spaltstoffhülse kann diese herausgenommen werden, und die Spaltstoffhülse mit den Kühlrippen, die zweckmäßigerweise aus Beryllium angefertigt wird, steht unbeschädigt für das Einbringen einer neuen Brennstoffhülse in jedem Zwischenraum zwischen den Kühlrippen zur Verfügung. Da der eigentliche Ab- dichtungsteil jeder Brennstoffhülse beim Abnehmen des wärmeübertragenden Teiles der Spaltstc>ffhülse nicht bschädigt wird, kann diese auch nicht durch Spaltprodukte vergiftet werden.
Beim Einbringen der einzelnen Brennstoffhülsen muß während des Betriebes vor allem darauf geachtet werden, daß zwischen ihnen ein guter Wärmekontakt vorhanden ist. Dieser wird dadurch ermöglicht, daß entweder die Innenkühlrippen nach der Mitte der Hülse spitz verlaufen oder daß die Rippen über die Länge der Hülse konisch zusammengefügt sind mit der Maßgabe, ein dichtes Anliegen des Brennstoffes bzw. der Kernbrennstoffhülsen nach dem Einbringen zu gewährleisten. Wenn diese mit Druck in die einzelnen Kanäle eingeführt werden, tritt eine Keilwirkung tin, die mit Sicherheit ein dichtes Anliegen und damit einen guten Wärmeübergang gewährleistet.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Brennstoffmateria'l, die Rippen und das Hülsenmaterial im Strangpreßverfahren herzustellen. Als besonders vorteilhaft ist die Austauschbarkeit zu erwähnen, die sich durch die Unterteilung des Brennstoffvolumens erzielen läßt.
Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung beispielsweise und vereinfacht dar, es zeigt Abb. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spaltstoffhülse und Abb. 2 einen Querschnitt durch ein kombiniertes Moderator-Brennstoffelement. Entsprechend der Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gute Wärmeableitung aus dem Brennstoffmaterial nach außen zu erzielen, um dadurch das Temperaturgefälle zu verringern, wird gemäß der Darstellung in Abb. 1 eine Spaltstoffhülse mit Kühlrippen vorgesehen. Der gut wärmeleitende Stoff der Hülse, z. B. Beryllium, wird mit nach außen und innen gerichteten Kühlflossen 1 versehen, die in axialer Richtung an einer hohlzylindrischen Hülle2 angebracht sind.
Wärmetechnisch und neutronenphysikalisch ist es vorteilhaft, den Kühlrippen 1 nach außen und innen verjüngte Profile zu geben. Der Kernbrennstoff 3, vorzugsweise Uranmetall, wird entweder direkt oder in entsprechend geformten Cans in die Räume zwischen den Kühlrippen 1 eingebracht. Um eine gute Wärmeleitung zu erzielen, ist es zweckmäßig, den Kernbrennstoff bei erhitztem Hülsemnaterial einzuführen, um eine gute Verbindung durch Schrumpfung zu erreichen. Es ist erfindungsgernäß ebenso möglich, an Stelle der Längsrippen Querrippen und eine andere Unterteilung der Elemente vorzusehen.
Eine weitere Maßnahme, hohe Temperaturen im Inneren der aus natürlichem Uran bestehenden Brennstoffelemente zu vermeiden, ist in Abb. 2 dargestellt. Danach werden in eine Bohrung 4 im Graphitmoderator 5 mehrere dünne berippte Stäbe eingeführt.
Diese sind mit nach innen und außen gerichteten Kühlrippen versehen. Die drei Stäbe #, 7 und 8 sind durch nicht dargestellte Verhindungselemente mit dem Moderatorblock 5 verbunden und werden als Einheit in die Bohrung 4 eingeführt Wenn es an und für sich auch bekannt ist, angereicherten Brennstoff ohne Rippen stangenförmig zu unterteilen, so hat es die Praxis doch gezeigt, daß sich auch mit Stangen aus Uranmetall natürlicher Isotopenzusammensetzung ein Neutronenvermehrungsfaktor erzielen läßt, der größer als Eins ist, wenn man eine gute Wärmeabfuhr, wie es die beschriebenen Kühlrippen darstellen, ermöglicht.

Claims

PATENTANSPRüCHE: 1. Kernbrennstoffelement, das mit einer Hülse versehen ist, die an ihrer inneren Oberfläche Rippen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Zusammenban des Elementes bereits vorhandenen Rippen der Hülse weitgehend in die Brennstoffmasse eindringen und sich diese Rippen an der äußeren Oberfläche der Hülse als Kühlrippen fortsetzen.
2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrennstoff in den einzelnen Segmenten zwischen den Innen-Kühlrippen eingebracht ist. 3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen-Kühlrippen nach der Achse der Hülse spitz zulaufen. 4. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen über die Länge der Hülse konisch zusammenlaufen mit der Maßgabe, ein dichtes Anliegen des Kerährennstoffes nach dem Einbringen zu gewährleisten. 5. Brennstoffelernent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse mit den Rippen aus gut wärmeleitendem Stoff, beispielsweise aus Beryllium, angefertigt ist. 6. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen verjüngte Profile nach ihren Kanten aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrif t Nr. 1004 744-britische Patentschrift Nr. 784 890; »Electrical Review«, 26. 4. 1957, S. 752.