DE1201928B

DE1201928B - Kernreaktor-Brennstoffelement

Info

Publication number: DE1201928B
Application number: DEH39270A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-05-13
Filing date: 1960-04-26
Publication date: 1965-09-30
Also published as: US3177123A; GB882598A; FR1234258A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1 201 928

Aktenzeichen: H 39270 VIII c/21 g

Anmeldetag: 26. April 1960

Auslegetag: 30. September 1965

Kernreaktor-Brennstoffelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennstoffelement mit Innen- und Außenkühlung, bestehend aus einem mit einem koaxialen inneren Längskanal versehenen Stab aus Spaltmaterial, das vom Kühlmittel durchströmt wird, das gegebenen- s falls zugleich ein Moderator sein kann.

Bei solchen Brennstoffelementen kommt es darauf an, die Wärme des Reaktorbrennstoffes unter dessen gleichzeitiger Kühlung bestmöglich zur Aufheizung und gegebenenfalls Verdampfung eines Kühlmediums, z. B. von Wasser oder schwerem Wasser, auszunutzen. Es ist bereits bekannt, die wirksame Kühlung eines Brennstoffelementes und damit zugleich die wirksame Wärmeübertragung auf eine Kühlflüssigkeit dadurch zu unterstützen, daß das Element entweder mehr oder weniger porös ausgebildet oder aus scheiben- oder etwa trichterförmigen Einzelteilen zusammengesetzt wird, wobei das Kühlmedium das Brennstoffelement entweder durch zwischen den Scheiben gebildete Querkanäle oder ao aus dem Längskanal zwischen den trichterförmigen Einzelteilen hindurch nach außen durchsetzen kann. Nachteilig ist, daß solche Gestaltungen des Brennstoffelementes verhältnismäßig kompliziert und empfindlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusätzliche Durchsetzung der rohrförmigen Wandung eines eingangs genannten Brennstoffelementes auf einfachere Weise zu erreichen und die Wanddurchströmung des Brennstoffelementes womöglich zugleich zu einer besonders wirksamen Wärmeübertragung auf das Kühlmedium und einer verbesserten Ausscheidung verdampfender Bestandteile aus dem noch flüssigen Anteil des Kühlmediums auszunutzen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß in der festen Spaltstoffmasse vom Umfang des Stabes ausgehende, tangential in den Längskanal einmündende, schraubenförmige Verbindungskanäle mit gleichbleibendem oder sich veränderndem Querschnitt vorgesehen sind.

Durch eine solche Anordnung ergibt sich nicht nur eine drallförmige Rotation des im Längskanal strömenden Kühlmediums, die einen entsprechend verbesserten Wärmeübergang mit sich bringt, sondem auch eine Zentrifugalwirkung auf das im Längskanal strömende Kühlmedium, die das axiale Abscheiden der verdampfenden Bestandteile des Kühlmediums unterstützt. Die Anordnung ermöglicht gegebenenfalls auch ein Überhitzen oder Nacherhitzen von Dampf, der gegebenenfalls von einem anderen Teil des Reaktors herkommt.

Anmelder:
Andre Huet, Paris

Vertreter:

Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Als Erfinder benannt:
Andre Huet, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 13. Mai 1959 (794630)

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind erfindungsgemäß die Verbindungskanäle nach Anzahl und Abstand voneinander über die Brennelementlänge ungleichmäßig verteilt, wodurch die Abkühlung entlang dem Brennstoffelement beliebig beeinflußt und dessen Wärme bestmöglich verwertet werden kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenwand des Brennstoffelementes und/oder sein Längskanal kegelstumpfförmig ausgebildet, wodurch es der Menge des ihn in der Zeiteinheit durchströmenden Kühlmediums gegebenenfalls vorteilhaft angepaßt werden kann.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Brennstoffelement in einer schematisch gehaltenen Teilseitenansicht, aus der zugleich die Führung des Längskanals und der Verbindungskanäle ersichtlich ist,

F i g. 2 dasselbe Brennstoffelement in einem schematisch dargestellten Querschnitt,

F i g. 3 mehrere in das Wasser eines Reaktors eingetauchte, erfindungsgemäß ausgebildete Brennstoffelemente in einem ebenfalls schematisch gehaltenen axialen Längsschnitt (in gegenüber den F i g. 1 und 2 verkleinertem Maßstab),

F i g. 4 einen Axialschnitt eines abgewandelten Brennstoffelementes, das kegelstumpfförmig ausgebildet ist (die schraubenförmigen Verbindungskanäle sind aus Gründen einer vereinfachten Darstellung lediglich schematisch angedeutet),

509 689/327

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung eines weiterhin abgewandelten Brennstoffelementes, das einen seiner Kegelstumpfform etwa angepaßten, sich konisch erweiternden Längskanal aufweist.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte, dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Stab a, der aus einer festen Spaltstoffmasse besteht und ein Brennstoffelement für einen Kernreaktor bildet, kann entweder aus Metall oder aus Metalloxyden oder auch aus Oxydeinschüssen in einer keramischen Masse bestehen und weist einen axialen Längskanal b kreisförmigen Querschnitts auf.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist die rohrförmige Wandung des Stabes α von schraubenförmigen Verbindungskanälen c durchsetzt, die vom Außenumfang des Stabesa ausgehen und in den Längskanal b mit Austrittsöffnungen d jeweils tangential einmünden. Dem durch die Verbindungskanäle c in den Längskanal b einströmenden Kühlmedium wird dadurch ein Drall in Richtung der PfeileF (Fig. 2) erteilt, der das ganze, im Längskanal b strömende Kühlmedium in eine entsprechende Drallbewegung versetzt, die einerseits den Wärmeübergang an der Innenwandung des Längskanals erhöht und anderseits ein axiales Ausscheiden etwa verdampfender Anteile des Kühlmediums unterstützt.

Die Verbindungskanäle c können in verschiedenen Längsabschnitten des Stabes a in unterschiedlicher Zahl vorhanden sein. In der Fig. 1 weisen die im unteren Teil des Stabes α befindlichen Verbindungskanäle c eine größere Steigung als die im oberen Teil des Stabes vorgesehenen Kanäle auf, wodurch entlang dem Stab eine unterschiedliche Kühlwirkung entsteht. Gemäß dem Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 2) befinden sich jeweils vier Verbindungskanäle c in ein und demselben Querschnittsbereich des Stabes a. Es ist jedoch möglich, die Zahl der in ein und demselben Querschnittsbereich befindlichen Verbindungskanäle c entlang dem Stab α zu ändern. Durch solche Änderungen, die gewünschtenfalls auch Querschnittsänderungen der Verbindungskanäle c umfassen können, kann entlang dem Stab α jede gewünschte Abkühlung erzielt werden, um die bestmögliche Verwertung der Wärme des Brennstoffes zu erreichen.

Handelt es sich beispielsweise um in der Fig. 3 dargestellte, dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende Stäbe a, die in einem Reaktor mit einer siedenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser e oder schwerem Wasser, verwendet werden, so überträgt das in den Verbindungskanälen c zu den Längskanälen b strömende Wasser auf das in den Längskanälen strömende Wasser eine schraubenlinienförmige Bewegung, die ein Abscheiden von Dampf in axialer Richtung des Längskanals b unterstützt. Der abgeschiedene Dampf kann anschließend im Stab α auch noch überhitzt werden.

Der in der F i g. 4 dargestellte, dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechende Stab a¹ ist kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Grundfläche des Kegelstumpfes unten liegt und der Längskanal wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zylindrisch ist. Demgegenüber ist der in der F i g. 5 dargestellte, ebenfalls kegelstumpfförmige Stab, der die Grundfläche seines Kegelstumpfes jedoch oben aufweist, mit einem dem Kegelstumpfprofil angepaßten konischen Längskanal b¹ versehen, was mit Rücksicht auf die Führung des Kühlmediums vorteilhaft sein kann.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Brennstoffstäbe können gewünschtenfalls auch in Verbindung mit Kanälen, Mantelrohren oder Umhüllungen verwendet werden, die Wellungen oder Durchtrittskanäle für das Kühlmedium aufweisen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement mit Innen- und Außenkühlung, bestehend aus einem mit einem koaxialen inneren Längskanal versehenen Stab aus Spaltmaterial, das vom Kühlmittel durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der festen Spaltstoffmasse (α) vom Umfang des Stabes ausgehende, tangential in den Längskanal (b) einmündende, schraubenförmige Verbindungskanäle (c) mit gleichbleibendem oder sich veränderndem Querschnitt vorgesehen sind.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (c) nach Anzahl und Abstand voneinander übei seine Länge ungleichmäßig verteilt sind.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenwandung und/oder sein Längskanal (b) kegelstumpfförmig ausgebildet sind bzw. ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1026 012; 1041174, 1 041177, 1 051422, 1051424;
belgische Patentschrift Nr. 529 777;
französische Patentschrift Nr. 1156133;
USA.-Patentschrift Nr. 2782158.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 689/327 9.65 ® Bundesdruckerei Berlin