DE1153465B - Huelle fuer Kernreaktor-Brennstoffelemente - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 23627 Vmc/21g

ANMELDETAG: 11. MÄRZ 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 29. AUGUST 1963

Gegenstand des Hauptpatentes 1 095 958 ist eine Hülle für Kernreaktor-Brennstoffelemente, deren Kühlrippen an dem zylindrischen Hüllenkörper abwechselnd in unterschiedlichen Serien von Schraubenlinienabschnitten angeordnet sind; diese Kühlrippen verlaufen in den einander benachbarten Serien mit jeweils entgegengesetzter Neigung und können an den Grenzen benachbarter Serien durch schmale, von Rippen freie Durchlässe getrennt sein.

Durch diese gewinkelte Anordnung der Rippen wird die Wärmeübertragung zwischen dem Brennstoffelement und dem Kühlmedium verbessert.

Im Hauptpatent sind nun im wesentlichen Rippenanordnungen beschrieben und dargestellt, bei denen die Grenzen zwischen einander benachbarten Serien von parallel zueinander liegenden Rippen in Längsrichtung der Hülle verlaufen und die Winkelhalbierungsebenen der von zwei in benachbarten Serien einander gegenüberliegenden Rippen eingeschlossenen Winkel ebenfalls parallel zur Achse der Hülle gerichtet sind.

Die gegeneinander geneigten und dadurch die Winkel bildenden Rippen können an den Winkelscheiteln zusammenhängen; es können aber auch zwischen den benachbarten Serien von Rippen Durchlässe vorhanden sein; solche Durchlässe ergeben sich, wenn man die Rippen an den Scheiteln der Winkel unterbricht.

Mit einer derartigen Rippenanordnung wird eine turbulente Kühlmittelströmung im Bereich der Rippen bzw. der Hüllenoberfiäche erzielt, wodurch eine innige Durchmischung des Kühlmittels erfolgt. Unerwünschte Druckverluste sowie Rotationsbewegung des Kühlmittels um die Achse der Hülle, die sich bei schraubenlinienförmig angeordneten Rippen ergeben würden, die jeweils im gleichen Richtungssinn verlaufen, werden hiermit vermieden.

Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die Rippenanordnung so getroffen wird, daß die Grenzlinien zwischen benachbarten, sich in Umfangsrichtung um den Hüllenkörper herum erstreckenden Rippenserien im wesentlichen quer zur Längsachse der Hülle liegen.

Die in Umfangsrichtung, also quer zur Längsachse des Hüllenkörpers verlaufenden Durchlässe können gerade, gebogene oder auch gebrochene Kanäle bilden.

In Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung können die Rippen jeder Serie mehrere Rippengruppen bilden, wobei die Rippen in jeder der Gruppen zueinander parallel liegen, während die Rippen in zwei benachbarten Gruppen derselben Serie Hülle für Kernreaktor-Brennstoffelemente

Zusatz zum Patent 1 095 958

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 17. März 1960 (Nr. 821 588)

Marc Salesse, Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise,

und Jacques Andre Stohr,

Bures-sur-Yvette, Seine-et-Oise (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

einander entgegengesetzte, ihrem Absolutwert nach gleich große Neigungen haben. Bei einer solchen Ausbildung ergeben sich an der gleichen Hülle dann Winkelhalbierungsebenen, die im wesentlichen längs der Achse der Hülle verlaufen, und Winkelhalbierungsebenen, die im wesentlichen quer zur Achse der Hülle verlaufen.

Bei dieser Ausführungsform sind die entweder gerade oder gekrümmt oder gebrochen verlaufenden Durchlässe zwischen benachbarten Rippenserien längs eines Teiles der Grenzen oder an allen Grenzen zwischen den Serien und/oder den Gruppen vorhanden, die einander benachbart sind. Man kann aber auch in einem Sonderfall Quer- und/oder Längsdurchlässe vollkommen fortfallen lassen.

Sowohl bei Rippenanordnungen, bei denen die Grenzen zwischen den Serien und/oder Gruppen quer zur Hüllenachse liegen, als auch bei Anordnungen, bei denen die Grenzen sowohl quer als auch längs verlaufen, kann z. B. der Abstand der einzelnen Rippen überall gleich sein. Der Abstand der Rippen kann aber auch unterschiedlich sein. Er kann beispielsweise in Längsrichtung der Hülle schrittweise zunehmen und/oder sich schrittweise in Umfangsrichtung der Hülle, d. h. in einer Richtung quer zur Hüllenachse ändern. Es sei indessen darauf hingewiesen, daß im Abstand der Rippen in der gleichen Umfangszone keine plötzliche größere Änderung vorgesehen werden darf. Dieser Abstand soll im Sinne des Fortschreitens in der betreffenden Umfangszone

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schrittweise zunehmen und abnehmen, jeweils zumindest einmal auf jedem Umfang.

Die Neigung der Rippen kann gegenüber den die Rippenserien oder Rippengruppen trennenden Grenzen unterschiedlich sein.

Die Neigung der Rippen gegenüber der Hüllenoberfläche kann unterschiedlich groß sein.

Die Vorteile, die sich aus der Anwendung einer derartigen Rippenanordnung ergeben, sind grundsätzlich die gleichen wie bei den im Hauptpatent vorgeschlagenen Rippenanordnungen.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung sollen nun mehrere Ausführungsbeispiele von Rippenanordnungen nach der Erfindung beschrieben werden. Es zeigt

Fig.l eine schaubildliche Darstellung einer ersten Ausführungsform, bei der die Ebenen, welche die von den gegeneinander gewinkelten Rippen eingeschlossenen Winkel halbieren, sämtlich quer zur Achse der Hülle liegen,

Fig. 2 in verkleinertem Maßstab eine schematische Abwicklung der zylindrischen Hülle in eine Ebene, in der die Rippen der Fig. 1 als Striche dargestellt sind,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform, bei der die Ebenen, welche die von einigen Rippen eingeschlossenen Winkel halbieren, parallel zur Hüllenachse verlaufen, während die entsprechenden Winkelhalbierungsebenen der anderen Rippenwinkel quer zur Hüllenachse liegen,

Fig. 4 in verkleinertem Maßstab eine Abwicklung der Rippenanordnung nach Fig. 3 in eine Ebene, in der die einzelnen Rippen nur durch Striche veranschaulicht sind,

Fig. 5 bis 9 Abwicklungen der zylindrischen Hüllenfläche, die verschiedene Varianten für die Anordnung der wiederum nur durch Striche veranschaulichten Rippen zeigen.

In den Figuren sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt, wobei einander entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In den Fig. 2 und 4 bis 9 stellen die Linien a, b, c, d, e, längs denen die Mantelfläche der Hülle aufgeschnitten ist, Erzeugende dieser zylindrischen Mantelfläche dar.

Die Fig. 1 und 2 lassen erkennen, daß der Hüllenkörper 1 mit Rippenserien 2 und 3 versehen ist; die Trennlinien zwischen diesen Serien, wie die in dem rippenfreien Durchlaß li^ende Trennlinie 4 zwischen den Serien 2 und 3, verlaufen quer zur Richtung der Hüllenachse. Die Rippen 5 bzw. 6 liegen innerhalb jeder Rippenserie parallel zueinander und sind längs Schraubenlinien gekrümmt. Die Schraubenlinienabschnitte der Rippen unterschiedlicher Serien sind abwechselnd nach rechts und nach links geneigt. Jeweils zwei mit ihren Enden einander gegenüberliegende Rippen 5, 5' zweier benachbarter Rippenserien schließen miteinander einen Winkel ein. Die diesen Rippenwinkel halbierende Ebene verläuft quer zur Hüllenachse und liegt im wesentlichen in der Trennlinie 4 zwischen den betreffenden Rippenserien. Die jeweils diese Winkel bildenden Rippenabschnitte sind nicht miteinander verbunden und begrenzen mit ihren stirnseitigen Enden quer zur Hüllenachse liegende Durchlässe in sämtlichen Trennlinien 4. Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 zeigt ebenfalls in Längsrichtung der Hülle aufeinanderfolgende Serien 2, 3 von Rippen; die Trennlinien 4 zwischen diesen Serien verlaufen ebenfalls quer zur Hüllenlängsachse. Jede Rippenserie besteht aus vier Rippengruppen 7, 8, 9 und 10, von denen jede sechs Rippen enthält, beispielsweise die Rippen 11, 12, 13, 14, 15 und 16 in der Gruppe 7. Alle Rippen innerhalb der gleichen Gruppe liegen zueinander parallel. Die Rippen der weiteren Gruppen sind jeweils in bezug auf die Trennlinie 17 zwischen zwei Gruppen symmetrisch zu den Rippen der benachbarten Gruppe angeordnet, ίο Jede Rippe bestimmt mit der ihr gegenüberliegenden Rippe einer benachbarten Gruppe einen Rippenwinkel, wie beispielsweise die Rippe 11 der Gruppe 7 mit der Rippe 11" der Rippengruppe 10. Jede Rippe schließt gleichzeitig einen anderen Winkel mit der ihr gegenüberliegenden Rippe einer Gruppe der benachbarten Serie ein, wie beispielsweise die Rippe 11" mit der Rippe 11' der Serie 3. Die jeweils einen Winkel miteinander einschließenden Rippenabschnitte sind nicht miteinander verbunden; sie begrenzen längs der Trennungslinien 4 zwischen den Rippenserien verlaufende Querdurchlässe und in den Trennungslinien 17 zwischen den unterschiedlichen Gruppen der Rippenserien liegende Längsdurchlässe.

Sowohl bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 als auch bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 sind die einzelnen Teilströmungen des Wärmetauschermediums, die in den von parallel zueinander verlaufenden Rippen begrenzten einzelnen Kanälen verlaufen, verantwortlich für die jeweils in den im Bereich der Trennlinien 4 und/oder 17 verlaufenden Zonen oder Durchlässen sich bildende Turbulenz. Wie bereits im Hauptpatent beschrieben ist, wird durch Umlenkung und Umströmen der Rippenkanten die an sich bereits gegebene Turbulenz verstärkt, wenn die Strömungen des Kühlmediums aus verschiedenen Richtungen aufeinandertreffen. Für die Wirkung der Rippenkanten kommen die Stirnflächen 18 und 19 der Rippen in Betracht, die an den Querbzw. Längsdurchlässen zwischen einander benachbarten Serien oder Gruppen liegen.

Die Fig. 5 veranschaulicht eine aus den Fig. 3 und 4 abgeleitete Ausführungsform, bei der die absoluten Werte der Neigungen der einzelnen Rippen bzw. Gruppen von Rippen an sich gleich sind und ihre Richtung nicht immer von einer zur benachbarten Gruppe oder Serie wechselt. Es können mehrere einander benachbarte Rippengruppen gleiche Neigungswinkel der Rippen aufweisen. Die Fig. 5 zeigt beispielsweise, daß in dem gekästelten Abwicklungsfeld jeweils zwei einander benachbarte Rippengruppen innerhalb jeder Serie mit gleicher Rippenneigungsrichtung ausgeführt sind und in der nächsten Serie sich diese gleiche Neigung bei um einen Umfangsteilschritt der Kästelung versetzten Rippengruppen wiederholt.

Bei den in den Fig. 6 und 9 dargestellten Ausführungen, die sich aus der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ableiten, ändert sich der Abstand der Rippen schrittweise, und zwar bei der Ausführung nach Fig. 6 in Quer- bzw. Umfangsrichtung jeweils innerhalb der gleichen Serie und nach Fig. 9 in Längsrichtung jeweils von einer Serie zur benachbarten Serie.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen, bei denen der gegenseitige Abstand und die Neigungswinkel der Rippen sich von einer Serie bzw. einer Gruppe zur benachbarten Serie oder Gruppe ändern.

Die in den Fig. 1 bis 5 und 7 dargestellten Queroder Längsdurchlässe zwischen benachbarten Serien oder Gruppen von Rippen können bei allen oder bei einem Teil der Trennlinien zwischen benachbarten Rippenserien und/oder zwischen den Rippengruppen der gleichen Serie fortfallen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hülle für Kernreaktor-Brennstoffelemente, deren Kühlrippen an dem zylindrischen Hüllenkörper abwechselnd in unterschiedlichen Serien von Schraubenlinienabschnitten angeordnet sind, die in einander benachbarten Serien mit jeweils entgegengesetzter Neigung verlaufen, nach Patent 1095 958, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzlinien zwischen benachbarten, sich in Umfangsrichtung um den Hüllenkörper herum erstreckenden Rippenserien im wesentlichen quer zur Längsachse der Hülle liegen.

2. Hülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Rippen einer Serie zueinander parallel sind.

3. Hülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen jeder Serie mehrere Rippengruppen bilden und die Rippen in jeder der Gruppen zueinander parallel liegen, während die Rippen in zwei benachbarten Gruppen derselben Serie einander entgegengesetzte Neigungen haben.

4. Hülle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungen der Rippen in einander benachbarten Serien ihrem Absolutwert nach gleich sind.

5. Hülle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungen der Rippen in zwei einander benachbarten Gruppen derselben Serie bzw. zweier einander benachbarter Serien ihrem Absolutwert nach gleich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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