DE1194511B

DE1194511B - Kernreaktor-Brennstoffelement

Info

Publication number: DE1194511B
Application number: DEP27684A
Authority: DE
Inventors: Edward Rae Elliott; Heinrich Hugo Ludolf Ritz
Original assignee: CA Parsons and Co Ltd
Current assignee: CA Parsons and Co Ltd
Priority date: 1955-11-16
Filing date: 1956-10-23
Publication date: 1965-06-10
Also published as: FR1189866A; DE1200449B; NL108493C; CH368549A; NL220534A; NL212214A; NL105005C; GB847214A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G 21

Deutsche KL: 21g-21/20

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 27684 VIII c/21g
23. Oktober 1956
10. Juni 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement, bestehend aus einem den Kernbrennstoff enthaltenden rohrförmigen Behälter, der mit in Richtung der Achse des Elementes angeordneten und sich radial zu dieser erstreckenden Leitflächen versehen ist.

Es ist bei Wärmetauschern bereits bekannt, die wärmetauschenden Flächen mit Flossen oder Leitflächen auszurüsten, um so durch Vergrößerung der Oberfläche den Wärmeübergang zu verbessern. Dabei ist es z. B. bei Rohren bekannt, glatte Leitflächen vorzusehen, die in Richtung der Achse der Rohre verlaufen und so Kanäle bilden, durch die ein wärmetauschendes Kühlmittel strömen muß. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß nur die den wärmetauschenden Flächen benachbarten Schichten des Kühlmittels erwärmt bzw. gekühlt werden, während die weiter entfernten Schichten gegenüber diesen eine wesentliche Temperaturdifferenz aufweisen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und durch die Anordnung besonders ausgebildeter Leitflächen eine wesentliche Verbesserung des Wärmeüberganges zu erzielen. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß in die Leitflächen Strömungskanäle im Winkel zur Behälteroberfläche eingeformt, wobei die einander gegenüberliegenden Kanäle aufeinanderfolgender Leitflächen in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Auf diese Weise wird eine sehr intensive Durchwirbelung des Kühlmittels erreicht.

Zwar ist bei plattenförmigen Wärmetauschern bereits bekannt, die Platten mit schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Wellungen zu versehen, doch läßt sich diese Maßnahme nicht ohne weiteres auf rohrförmige Brennstoffelemente für Kernreaktoren übertragen, da sich in beiden Fällen sehr verschiedene Strömungsbilder ergeben. Bei den plattenförmigen Wärmetauschern entsteht nämlich ein Strömungsbild, bei dem das Kühlmittel mehreren annähernd schraubenförmigen Strömungswegen folgt, wobei die Achsen der Schraubenlinien der Hauptströmungsrichtung entsprechen; beim Brennstoffelement nach der Erfindung verläuft die Achse der schraubenförmigen Strömung hingegen selbst wieder schraubenförmig.

Das Brennstoffelement nach der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und an Hand dieser nachfolgend beschrieben.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind am Rohr 1 eine Anzahl von Leitflächen 2 angebracht, die sich in Richtung der Längsachse des Rohres, die Kernreaktor-Brennstoffelement

Anmelder:

C. A. Parsons & Company Limited,

Newcastle-upon-Tyne, Northumberland

(Großbritannien)

Vertreter:

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

Als Erfinder benannt:

Heinrich Hugo Ludolf Ritz,

Edward Rae Elliott, Newcastle-upon-Tyne,

Northumberland (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 16. November 1955 (32 819)

auch die allgemeine Strömungsrichtung des Kühlmittels ist, erstrecken. Die Leitflächen weisen Wellungen auf, wodurch Kanäle 3 gebildet werden.

Die Wellungen und damit auch die Kanäle liegen zu jeder Seite einer Leitfläche in gleicher Richtung und sind in einem Winkel zur Oberfläche des Rohres 1 geneigt. Benachbarte Leitflächen sind so angeordnet, daß die Kanäle der einen Leitfläche im entgegengesetzten Richtungssinn zu denen der anderen Leitflächen liegen, wie in der Figur gezeigt ist.

Stellt man sich das Kühlmittel zwischen zwei benachbarten Leitflächen2α und Ib in der allgemeinen durch den Pfeil 4 gekennzeichneten Richtung strömend vor, so wird es einen schraubenförmigen Weg längs den Kanälen in der Leitfläche 2 b in Richtung zu dem Rohr hin und einen ebenfalls schraubenförmigen Weg längs den Kanälen in der Leitfläche 2 α in Richtung von dem Rohr weg nehmen. Der Kühlmittelstrom in den zu jeder Seite der Leitfläche 2 b gebildeten Kanälen ist zu dem Rohr 1 hin gerichtet, während der Kühlmittelstrom durch die zu jeder Seite der Fläche 2 a gebildeten Kanäle von dem Rohr weg gerichtet ist. Dadurch wird verhindert, daß das Kühlmittel über die Außenkanten der einzelnen Leitflächen hinwegströmt.

Wenn sich das mit Leitflächen ausgerüstete Rohr in dem ihm zugeordneten Kanal eines Kernreaktors befindet, dann wird das Kühlmittel einen schraubenförmigen Weg durch die Kanäle der Leitflächen 2 & nehmen, dann längs der Oberfläche des Rohres ab-

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gelenkt durch die Kanäle der Leitfläche la nach außen strömen und anschließend durch die Wandung der Bohrung abgelenkt, wieder in die Kanäle der Leitfläche 2 & strömen. So fließt das Kühlmittel kontinuierlich längs der Fläche des Rohres in schraubenförmiger Bewegung durch jeden Kanal längs einer Achse, die selbst im wesentlichen eine Schraubenlinie ist, weiter fort.

Die Folge ist ein kontinuierlicher Austausch der in Berührung mit der Oberfläche des Rohres geratenden Moleküle des Kühlmittels, wodurch der Wärmeübergang vom Rohr auf das Kühlmittel erhöht wird. Dabei wirkt die Oberfläche des Rohres 1 als Staukörper, indem sie den Kühlmittelstrom durch die Kanäle der Leitflächen unterbricht.

Während die Leitflächen hier als im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rohres gezeigt sind, können sie selbstverständlich auch ihrerseits einer schraubenförmigen Bahn auf dem Rohr folgen.

Die Leitflächen können mit dem Rohr verbunden sein, oder das Ganze kann aus einem Stück bestehen. Bei einem anderen Herstellungsverfahren werden die Leitflächen aus glatten Blechtafeln geformt, die von den Längskanten ausgehend so gewellt werden, daß in der Mitte des Bleches ein glattes Stück verbleibt. Die Wellungen sind dabei in einem Winkel zur Schmalseite der Streifen angebracht. Die die Wellungen enthaltenden Teile des Streifens werden dann so winklig abgebogen, daß sie radial gerichtete Leitflächen bilden, während der ebene Mittelteil des Streifens so kurvenförmig gebogen wird, daß er mit der Oberfläche des Rohres, mit dem dieser Teil dann verbunden wird, übereinstimmt.

Während bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel die Kanäle auf jeder Seite jeder Leitfläche gleiche Richtung aufweisen, kann man die Leitflächen natürlich auch so ausbilden, daß die Kanäle der einen Seite der Leitfläche entgegengesetzten Richtungssinn zu denen der anderen Seite aufweisen.

In diesem Falle werden die Kanäle nicht durch Wellungen der Leitflächen selbst gebildet, sondern durch z. B. Hilfsleitflächen, Vorsprünge, die mit der Leitfläche verbunden sein können, oder mit dieser in einem Stück hergestellt werden können.

Die Kanäle auf der einen Seite einer Leitfläche sollen aber immer einen anderen Richtungssinn aufweisen als die gegenüberliegenden Kanäle in der angrenzenden Leitfläche.

Das für die Rohrelemente und für die Leitflächen verwendete Material muß geringes Neutronenabsorptionsvermögen aufweisen; Magnesiumlegierungen oder Graphit stellen diesbezüglich geeignete Materialien dar.

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement, bestehend aus einem den Kernbrennstoff enthaltenden rohrförmigen Behälter, der mit in Richtung der Achse des Elementes angeordneten und sich radial zu dieser erstreckenden Leitflächen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitflächen Strömungskanäle im Winkel zur Behälteroberfläche eingeformt sind, wobei die einander gegenüberliegenden Kanäle aufeinanderfolgender Leitflächen in entgegengesetzter Richtung verlaufen.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Seite einer Leitfläche geformten Kanäle in der gleichen Richtung wie die Kanäle auf der anderen Seite dieser Leitfläche verlaufen.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der einen Seite der Leitfläche eingeformten Kanäle in entgegengesetzter Richtung zu den auf der anderen Seite der Leitfläche eingeformten Kanälen verlaufen.

4. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle durch wellenförmige Ausbildung der Leitflächen gebildet sind.

5. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle an den Leitflächen durch z. B. Hilfsleitflächen, Vorsprünge gebildet sind.

6. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen aus Graphit bestehen.

7. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement, auf welchem die Leitflächen angebracht sind, aus Graphit besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 864 560.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen