DE1194073B - Einrichtung zur UEbertragung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen zwei aufeinander-folgenden, in einem Kanal eines Kernreaktors aufgestapelten Brennstoffelementen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 21

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1194 073

Aktenzeichen: C 29622 VIII c/21 g

Anmeldetag: 10. April 1963

Auslegetag: 3. Juni 1965

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in einem Kanal eines Kernreaktors aufgestapelten Brennstoffelementen, bei der an den beiden Endverschlüssen eines jeden Brennelementmantels ein zentraler und ein peripherer Kontakt angebracht ist, die beide voneinander isoliert sind, und bei der die Verbindung zwischen zwei gleichartigen, an verschiedenen Enden des Mantels angeordneten Kontakten mit Hilfe von isolierten elektrischen Leitern erfolgt.

Dabei berühren sich die Brennelemente jeweils mit ihren Enden und sind einigermaßen ausgerichtet, d. h. gleichachsig. Die Erfindung kann Anwendung finden für die Übertragung eines durch eine Potentialdifferenz darstellbaren Meßwertes längs eines Brennelementstapels, wie z. B. der mit einem Thermoelement gemessenen Temperatur.

Bei einer für diesen Zweck bekannten Einrichtung sind an beiden Enden jedes Brennelementes je zwei voneinander isolierte Kontaktflächen angebracht. Bei der Berührung der Enden zweier aufeinanderfolgender, einigermaßen ausgerichteter Brennelemente stellen diese Kontaktflächen untereinander eine elektrische Verbindung her. Die Abmessungen der Kontaktflächen werden so gewählt, daß eine zufällige elektrische Verbindung zwischen zwei Kontakten verschiedener Polarität ausgeschlossen ist.

In einem der Brennelemente des Stapels sind die Kontakte des einen Endes mit den Klemmen eines Thermoelements verbunden. Bei allen anderen Brennelementen sind die am einen Ende angeordneten Kontakte mit den entsprechenden Kontakten am anderen Ende verbunden. Die auf diese Weise ausgerüsteten Brennelemente übertragen die elektrische Spannung stufenweise entlang dem Stapel.

Bei diesen bekannten Einrichtungen sind beide Enden eines Brennelementes mit einer zentralen Kontaktfläche (deren Symmetrieachse mit derjenigen des Brennelementes zusammenfällt) und mit einer zu ihr konzentrischen, von ihr elektrisch isolierten, ringförmigen Kontaktfläche versehen. Zwei aufeinanderfolgende Brennelemente stoßen mit ihren Enden aneinander, wobei sich das eine auf das andere stützt. Hierbei stellen die betrachteten zentralen bzw. peripheren Kontaktflächen untereinander die notwendigen elektrischen Verbindungen her. Jedoch weisen diese Einrichtungen gewisse Nachteile auf; insbesondere erfordern sie erhebliche Änderungen im Aufbau der Endverschlüsse, die den Abschluß der Brennelementmäntel bilden, da ihre Anwendung zu einer erheblichen Verlängerung der letzteren führt, Einrichtung zur Übertragung einer elektrischen
Potentialdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in einem Kanal eines Kernreaktors
aufgestapelten Brennstoffelementen
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Anmelder:

Commissariat ä l'Bnergie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Jean Liermann, Paris

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. April 1962 (893 925)

was sogar gewisse Änderungen in der Arbeitsweise des Reaktors und im ganzen weiteren Verarbeitungsprozeß des Brennstoffs nach sich zieht.

Zur Behebung dieser Unzulänglichkeiten der bekannten Anordnungen wird erfindungsgemäß eine Abwandlung in der Weise vorgenommen, daß jeder zentrale Kontakt auf einer mit dem Endverschluß verbundenen Grundplatte befestigt ist und jeder periphere Kontakt vom oberen Rand einer Tellerfeder getragen wird, deren Durchmesser ungefähr dem Durchmesser des Endverschlusses entspricht, die auf diesem konzentrisch zum zentralen Kontakt befestigt ist und deren Höhe und Vorspannung so gewählt sind, daß der periphere Kontakt in Abwesenheit einer Belastung über das Ende des Brennelementmantels hinausragt.

Einer der Vorteile der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß sie an bereits vorhandenen Brennelementen angebracht werden kann, ohne deren Länge erheblich zu verändern. Außerdem erlaubt die Anwendung einer relativ großzügig bemessenen Tellerfeder eine Herabsetzung der an ihr auftretenden Belastungen im Vergleich zu denjenigen, welche beispielsweise auf Spiralfedern bei der zur Kontaktgabe notwendigen Deformation in Richtung der Brennelement-Längsachse ausgeübt würden.

Für das einwandfreie Arbeiten einer solchen Einrichtung ist offenbar eine annähernde Ausrichtung

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der beiden mit ihren Enden in Berührung stehenden Brennelemente notwendig; diese Ausrichtung kann bei gewissen Querschnittsformen von Hülse und Kanal von selbst erfolgen; in anderen Fällen können zusätzliche Einrichtungen vorgesehen werden, um eine Ausrichtung zu gewährleisten, welche sonst mangelhaft wäre. Wichtig ist, daß diese zusätzlichen Einrichtungen den mittleren Teil des Endverschlusses des Brennelements völlig frei lassen.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Reaktorkanal, in welchem ein Stapel von Brennelementen aufgeschichtet ist,

F i g. 2 eine Schnittzeichnung in größerem Maßstab der Einzelheiten des Kontaktsystems der Einrichtung,

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein Brennelement.

F i g. 1 zeigt als Beispiel einen Reaktorkanal, welcher quer durch den Moderator 2 des Reaktors verläuft. Der obere Teil 3 des Kanals ist mit einem dichten Verschlußstopfen 4 versehen; er durchsetzt — zwischen Moderator 2 und dem Strahlenschutz 5 — einen freien Raum, in welchen das im Innern des Kanals 1 strömende Kühlmittel nach dem Durchgang durch öffnungen 7 austreten kann. Im betrachteten Kanal ist eine Anzahl von Brennelementen 8 aufgeschichtet, welche einen Stapel bilden. Am Ende dieses Stapels befindet sich ein »blindes« Element 9, das in seinen Abmessungen den Brennelementen 8 gleicht, jedoch kein spaltbares Material enthält. An jedem ihrer Enden 10 tragen die Brennelemente Kontakte, welche im folgenden ausführlich beschrieben werden. Ein beliebiges Brennelement des Stapels, z. B. das Brennelement 8 a enthält einen thermoelektrischen Temperaturfühler 11, der an seinem Mantel befestigt ist und dessen Anschlüsse mit einer an dem Brennelementmantel angebrachten Miniaturklemmleiste 12 verbunden sind. Diese Miniaturklemmleiste ist ihrerseits mittels zweier Leiter, z. B. 13, mit den Kontakten verbunden, welche an dem dem Ausgang des Kanals zugewandten Brennelementende angeordnet sind. Alle anderen, zwischen dem Element 8 a und dem Kanalende gelegene Elemente 8 sind mit elektrischen Leitern 14 versehen, welche eine leitende Verbindung zwischen den einander zugeordneten, von jedem ihrer beiden Enden getragenen Kontakten herstellen. Der Verschlußstopfen 4 enthält eine dichte Durchführung 15, durch welche die Verbindungsdrähte herausgeführt werden, die in Verbindung mit einem geeigneten Meßgerät die genaue Ablesung der an den Klemmen des thermoelektrischen Temperaturfühlers 11 entwickelten Spannung ermöglichen.

Fig. 2 zeigt genauer die Enden zweier aufeinanderfolgender Brennelemente im Innern eines Kanals und veranschaulicht die besondere Ausführungsweise der von jeden dieser Brennelemente getragenen Kontakte. Diese einander gleichenden Brennelemente haben einen Mantel 20, der auf beiden Seiten in Endverschlüsse 21 ausläuft, die den Mantel mittels einer umlaufenden Schweißnaht dicht verschließen. An jedem der Endverschlüsse ist durch Schrauben oder Niete, z. B. 23, eine metallische Grundplatte 24 befestigt. Die eigentliche Kontaktanordnung besteht aus einem zentralen Kontakt 25, welcher in der Längsachse des Brennelements durch eine Schraube 26 mit der Grundplatte 24 verbunden ist, und aus einem peripheren Kontakt 27, welcher mit Hilfe von Nieten 29 an der Tellerfeder 28 angebracht ist. Diese wird durch eine mit der Grundplatte 24 verschraubte Scheibe 30 an jene angepreßt und zentrisch zur Kontaktfläche 25 gehalten. Zwei keramische Unterlagscheiben 31 und 32 gewährleisten eine genügende Isolation zwischen den beiden

ίο Kontakten 25 und 27 einerseits und zwischen diesen Kontakten und dem Brennelementmantel andererseits. Jedes der beiden obigen Kontaktelemente ist mit Hilfe von elektrischen Leitern 33 und 34 (33 für den zentralen Kontakt bzw. 34 für den peripheren Kontakt) entweder mit den entsprechenden, am anderen Ende des Brennelements angeordneten Kontakten verbunden oder unter Zwischenschaltung einer Miniaturklemmleiste mit dem positiven bzw. negativen Schenkel des thermoelektrischen Temperaturfühlers, wie es an Hand der F i g. 1 schon beschrieben wurde. Die Leiter 33 und 34 verlaufen im Innern von Isolierschläuchen 35, welche an einer in Längsrichtung verlaufenden Halterung 36 (Fig. 3) verlegt sind, die auf irgendeine sinnvolle Weise, insbesondere durch eine Schweißverbindung, zwischen den Rippen 37 des Mantels 20 angebracht und befestigt sind. Die Isolierschläuche 35 sind entlang der Halterung 36 mit Hilfe von eingekerbten, regelmäßig über ihre ganze Länge verteilten Führungen 38 (F i g. 3) verlegt.

Man erkennt aus F i g. 2, daß die beschriebenen Brennelemente an beiden Enden mit Vorrichtungen versehen sind, deren Aufgabe einerseits darin besteht, die gegenseitige Zentrierung einer Hülse in bezug auf die nachfolgende über die Länge des Brennelementstapels zu bewirken, anderseits darin, eine hinreichende Berührung zwischen den Kontaktflächen zweier aufeinanderfolgender Brennelemente zu gewährleisten und zugleich die Schweißverbindung der Leiter mit diesen Kontakten zu schützen. Diese Zentrierelemente sind mit 39 und 40 bezeichnet. Sie sind so ausgeführt, daß sie genügend seitliches Spiel haben, um eine möglichst enge Berührung zwischen gleichgearteten Kontakten zweier aufeinanderfolgender Brennelemente zu gewährleisten. Für den Durchlaß der Kabel 35, in welchen die Verbindungsleitungen 33 und 34 verlegt sind, sind die Zentrierelemente 39 und 40 mit Bohrungen 41 und 42 versehen.

Abgesehen von den schon erwähnten Vorteilen erlaubt die Einrichtung eine sehr zuverlässige Übertragung der vom thermoelektrischen Temperaturfühler gelieferten Information, selbst dann, wenn die Ausrichtung der verschiedenen Brennelemente mangelhaft ist. Übrigens kann man, obwohl die Elastizität der Tellerfeder 28 einen wirksamen Kontakt zwischen den peripheren Kontakten 27 auf die Dauer aufrechterhält, auch den Kontakt zwischen den zentralen Kontaktflächen 25 verbessern, indem man diesen eine konkave bzw. konvexe Form gibt, welche bei irgendwelchen Symmetriefehlern der Brennelemente in Bezug aufeinander eine gegenseitige Verschiebung dieser Kontakte zuläßt.

Es versteht sich, daß bei der vorliegenden Einrichtung als elastisches Glied eine Tellerfeder von erheblicher radialer Ausdehnung und relativ dazu geringer Dicke Verwendung findet; daher sind die bei einer vorgegebenen Deformation in Längsrich-

tung in der Tellerfeder auftretenden Spannungen viel geringer als bei einer Spiralfeder, wie sie beispielsweise in Verbindung mit einem beweglichen Mittelkontakt notwendig wäre. Die Folgen von durch die Neutronenstrahlung hervorgerufenen Änderungen der mechanischen Eigenschaften sind daher viel weniger schwerwiegend.

Claims (6)

Patentansprüche: IO

1. Einrichtung zur Übertragung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in einem Kanal eines Kernreaktors aufgestapelten Brennstoffelementen, bei der an den beiden Endverschlüssen eines jeden Brennelementmantels ein zentraler und ein peripherer Kontakt angebracht ist, die beide voneinander isoliert sind, und bei der die Verbindung zwischen zwei gleichartigen, an verschiedenen Enden des Mantels angeordneten Kontakten mit Hilfe von isolierten elektrischen Leitern erfolgt, dadurchgekennzeichnet, daß jeder zentrale Kontakt auf einer mit dem Endverschluß verbundenen Grundplatte befestigt ist und jeder periphere Kontakt vom oberen Rand einer Tellerfeder getragen wird, deren Durchmesser ungefähr dem Durchmesser des Endverschlusses entspricht, die auf diesem konzentrisch zum zentralen Kontakt befestigt ist und deren Höhe und Vorspannung so gewählt sind, daß der periphere Kontakt in Abwesenheit einer Belastung über das Ende des Brennelementmantels hinausragt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Brennelemente mit ringförmigen Zentrierelementen versehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale und der periphere Kontakt mittels horizontal angeordneter keramischer Zwischenschichten voneinander isoliert sind.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragende elektrische Potentialdifferenz von einem an einem der Brennelemente des Stapels befestigten thermoelektrischen Temperaturfühler herrührt, dessen Drähte zu einer kleinen Klemmleiste führen, welche ihrerseits mit den Kontakten dieses Brennelements mit Hufe von isolierten Leitern in Verbindung steht.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter, welche in einem Brennelement die gleichartigen Kontakte der beiden Enden verbinden, an der Außenwand des Brennelements der ganzen Länge seines Mantels befestigt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verbindung der Kontakte dienenden Leiter an einer in Längsrichtung verlaufenden, am Mantel des Brennelements fest angebrachten Halterung verlegt sind und durch Führungen ausgerichtet werden, welche auf dieser in geeigneter Weise verteilt sind.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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