DE1102301B - Brennstoffelement fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennstoffelement mit einem in einem Graphitbehälter untergebrachten Behälter für den Kernbrennstoff.

Es ist bekannt, einen mit Kernbrennstoff gefüllten Behälter mit einem Graphitrohr so zu umgaben, daß zwischen der Innenfläche 'des Graphitrohres und der Außenfläche des BrennstofSbehälters ein Ringspalt für den Durchtritt des Kühlmittels entsteht.

Das Material für den Brennstoffbehälter muß niedrig neutronenabsorbierende Eigenschaften haben. Während die meisten, diese Eigenschaften aufweisenden Stoffe den Nachteil aufweisen, daß ihre Festigkeitseigenschaften bei höherer Temperatur nachlassen, sind Stoffe, wie beispielsweise Beryllium, die gering neutronenabsorbierende Eigenschaften und auch bei höheren Temperaturen genügende Festigkeitseigenschaften aufweisen, im allgemeinen nicht in genügendem Umfang verfügbar und überaus teuer. Ein anderer schwerwiegender Nachteil dieser Materialien ist, daß sie schwierig zu verformen sind, wobei zu berücksichtigen ist, 'daß ein wirkungsvoller Wärmeübergang vom Kernbrennstoff zum Kühlmittel von der Anwendung einer möglichst stark gegliederten Oberfläche das den Kernbrennstoff aufnehmenden Behälters abhängt. Als besonders vorteilhaft in dieser Hinsicht haben sich Leitflossen od. dgl. auf der Oberfläche des Brennstoffbehälteiis herausgestellt, die z. B. schraubenförmig verlaufen und von sogenannten Stauiblechen durchsetzt sein können. Selbst wenn die Herstellung eines zylindrischen Hauptkörpers für den Brennstoffbehälter mit diesen Materialien möglich wäre, so würde die Verwendung 'dieses Materials für die Herstellung von aufgegliederten, z. B. mit schraubenförmigen Leitflossen versehenen Brennstoffbehältern die Kosten unerschwinglich machen.

Hier setzt die Erfindung ein, deren allgemeiner Gedanke ist, dem Behälter für den Kernbrennstoff eine möglichst einfache, mit geringem Materialaufwand herzustellende Form zu gaben und unmittelbar und ohne Abstand an dem Behälter einen Mantel aus einem billigen, gut bearbeitbaren und gut wärmeleitenden Material anzuschließen. Dann nämlich kann man Materialien, wie beispielsweise Beryllium, verwenden und daher eine erhöhte Betriebstemperatur im Reaktor gewährleisten und dennoch den Aufwand an diesen notwendigen Materialien auf ein Minimum reduzieren.

Bei dem Brennstoffelement gemäß der Erfindung sitzt der Graphitbehälter satt auf der Mantelfläche des Behälters für den Kernbrennstoff und weist außerdem gegliederte Oberflächen, beispielsweise mit Flossen oder Leitflächen versehene Oberflächen, auf.

Die Erfindung ist in der Zeichnung' beispielsweise und schematisch als Aufsicht auf ein Brennstoff-

Brennstoffelement für Kernreaktoren

Anmelder:

C. A. Parsons & Company Limited,

Newcastle - upon -Tyne, Northumberland

(Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. C-H. Huß, Patentanwalt,
Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 3. August 1956 und 12. Juli 1957

Hugo Heinrich Ludolf Ritz,
Newcastle-up on-Tyne, Nor thumb erland

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

element dargestellt und unter Bezugnahme auf diese nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Das dargestellte Brennstoffelement besteht aus dem Kernbrennstoff 1, der in einem Behälter 2 aus Beryllium oder einem anderen Material aufgenommen ist, das eine gute Festigkeit bei Temperaturen der Größenordnung von 500° C und gering neutronenabsorbierende Eigenschaften aufweist.

Der Behälter 2 ist erfindungsgemäß so in einem Graphitbehälter 3 aufgenommen, daß letzterer satt auf der Mantelfläche des Behälters 2 ,sitzt. Der Graphitbehälter weist dann eine aufgegliederte Oberfläche in Gestalt von Flossen, Leitflächen 4 od. dgl. auf. Diese Flossen können um die Längsachse der Elemente schraubenförmig angeordnet sein, so daß die Strömungskanäle für das Kühlmittel in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung längs der wärmetauschenden Oberfläche angeordnet sind. Außerdem sind Staumittel zur Ab- bzw. Umlenkung des in den Kanälen fließenden Kühlmittels vorgesehen, und die Anordnung kann so getroffen sein, daß dem Kühlmittel ein schraubenförmiger Strömungsweg um eine Achse, die selbst eine Schraubenlinie ist, aufgezwungen wird.

Die Unterbrechung der Strömungswege zwischen den Flossen durch die sich in Längsrichtung erstreckenden Staubleche ist bei 5 in der Zeichnung dargestellt. Zweckmäßig ist die axiale Länge des den Brennstoff aufnehmenden Behälters geringer als die axiale

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Länge des Graphitbehälters, so daß, wenn die Brennstoffelemente im Reaktor über einander gestapelt sind, durch den Brennstoff oder das Material des Behälters 2 keine Kraft aufgenommen wind, wodurch die für dieses Matemal benötigte Stärke so gering wie möglich gehalten werden kann. Außerdem sind bei der Ausbildung nach der Erfindung Schwierigkeiten der Formgebung durch 'die Tatsache ausgeschaltet, daß der Behälter 2 eine ebene Oberfläche aufweist. Dabei wird ein unverminderter Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erhalten, da der Graphitbehälter in Berührung mit dem Kühlfluidum stehende, sich nach auswärts erstreckende Oberflächen aufweist und Graphit ein guter Wärmeleiter äst.

Die Längsstreifen oder Staableche 5 können aus Graphit oder aus Metall bestehen und, wenn gewünscht, so geformt sein, daß einige oder alle von ihnen die aus nachgiebigem Material bestehenden Kanalwände berühren, um das Element festzulegen und sicherzustellen, daß, wenn mehrere Elemente in einem solchen Kanal enthalten sind, sie koaxial liegen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kernreaktorbrennstoffelement mit einem in einem Graphitbehälter untergebrachten Behälter .für den Kernbrennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitbehälter satt auf der Mantelfläche des Behälters für den Kernbrennstoff sitzt und außerdem gegliederte Oberflächen, beispielsweise mit Flossen oder Leitflächen versehene Oberflächen, aufweist.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des den Brennstoff aufnehmenden Behälters geringer ist als die axiale Länge des Graphitbehälters.

3. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitbehälter Flossen oder Leitflächen aufweist, die schraubenförmig um seine Längsachse gewunden angeordnet sind.

4. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswege zwischen den Flossen oder Leitflächen durch Längsstreifen oder Staubleche unterbrochen sind, die sich über die Länge des Graphitbehälters erstrecken.

5. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Brennstoffbehälter (2) aus einem niedrig neutronenabsorbierenden und gute Festigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen aufweisenden Material, beispielsweise Beryllium, besteht..

6. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubleche aus Metall oder Graphit bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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