DE1439778C - Kernreaktor-Brennstoffelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kernreaktor-Brennstoffelemente mit einem Brennstoffkörper aus Spaltstoff innerhalb einer rohrförmigen Hülle, welche einstückig mit Wärmeübertragungsrippen versehen ist, die in einer Anzahl von sich längs des Brennstoffelementes erstreckenden Sektoren um die Hülle herum angeordnet sind und die in benachbarten Sektoren jeweils in gleicher Weise, aber in entgegengesetzter Richtung, geneigt so ausgebildet sind, daß ein Fischgrätenmuster entsteht.

Solche sektorweise aufgeteilten Rippen für Brennstoffelementhüllen sind beispielsweise aus der britischen Patentschrift 887 712 und der französischen Patentschrift 1 218 482 bekannt. Die einzelnen Rippen laufen jedoch bei diesen bekannten Brennstoffelementhüllen schraubenlinienförmig. Die Herstellung solcher schraubenlinienförmig verlaufender Rippen ist schwierig und kostspielig, insbesondere dann, wenn diese Rippen ein Fischgrätenmuster bilden sollen, dessen Vorteile bereits erkannt waren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Herstellung der eingangs genannten Verrippung und einen besseren Wirkungsgrad derselben zu ermöglichen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Rippen die Form von Platten aufweisen, welche im senkrecht zur Brennstoffelementachse verlaufenden Querschnitt gerade und pro Sektor zueinander parallel sind und im parallel zur Brennelementachse verlaufenden Querschnitt ebenfalls gerade oder höchstens einmal gekrümmt sind.

Einem weiteren Erfindungsmerkmal zufolge können nur zwei Sektoren vorhanden sein, wobei parallel zur Achse des Brennstoffelementes verlaufende einstückige Verstärkungsrippen in der Mitte eines jeden Sektors vorgesehen sind.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Rippenform liegt nicht nur in einem besseren Betriebsverhalten, sondern vor allem auch darin, daß sie durch Preßwerkzeuge mit einem abnehmbaren Preßform-Werkzeugteil pro Sektor hergestellt werden kann.

Die Rippen müssen natürlich nicht unbedingt mittels eines abnehmbaren Formwerkzeuges gebildet werden. Wie sich aus nachfolgender Beschreibung ergibt, können die Rippen auch durch Schneidverfahren hergestellt werden.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen

Fig. la, 2a, 3a und 4a Ansichten von Querschnitten senkrecht zur Brennstoffelementachse von vier gerippten Kernbrennstoffhüllen, die

Fig. Ib, 2b, 3b und 4b eine Quadrantabwicklung der Fig. la bis 4a, d. h., jeder Schnitt der Fig. Ib bis 4b zeigt einen Aufriß eines Quadranten der Fig. 1 a bis 4a,

Fig. 1 c ein Fonnwerkzeug, das für die Herstellung der in Fig. la gezeigten rohrförmigen Hülle geeignet ist,

Fig. Id einen Schnitt entlang der Linie d-d von Fig. Ic,

Fig. 4c ein Formwerkzeug, das für die Herstellung der in Fig. 4a gezeigten Hülle geeignet ist,

Fig. 4 d einen Schnitt nach der Linie d-d von F i g. 4 c,

Fig. 4e eine Ansicht in Richtung des Pfeiles e in Fig. 4c von zwei zusammengesetzten Formhälften, während

Fig. 5 eine Perspektivansicht eines Brennstoffelementes mit einer gerippten rohrförmigen Hülle ähnlich derjenigen in F i g. 4 a wiedergibt.

In den Fig. la und Ib ist eine rohrförmige Hülle 10 aus Magnesiumlegierung mit Wärmeübertragungsrippen 11 gezeigt, die einstückig mit der Hülle 10 ausgebildet sind. Die Rippen 11 sind flach, nehmen vier Sektoren um die Hülle 10 herum ein, verlaufen parallel in den Sektoren und sind um 45° zur Längsachse der Hülle 10 und in benachbarten Sektoren in entgegengesetzter Richtung geneigt. Typische Abmessungen sind 2,5 cm Innendurchmesser für die Hülle 10 und 5,0 cm Außendurchmesser für die Rippen 11. Die Hülle 10 ist 110 cm lang, die Rippendicke oder -stärke beträgt 1,5 mm und der Abstand zwischen den Rippen 0,5 mm.

Die in den Fig. la und 1 b gezeigte gerippte Hülle kann durch Außenstrangpressen in ein Formwerkzeug mit vier Segmenten 12, wie in den Fig. Ic und 1 d gezeigt, hergestellt werden. Jedes Segment hat leicht konisch zulaufende parallele Ausnehmungen 13, welche sowohl im Aufriß als auch im Grundriß gerade sind und, wie in der Zeichnung gezeigt, von links unten nach rechts oben verlaufen. Zweite und dritte Teile des Formwerkzeugs, die neben dem Segment 12 zu verwenden sind, sind mit Ausnehmungen versehen, die in entgegengesetzter Richtung, d. h. von rechts unten nach links oben, verlaufen. Der vierte Teil der Matrize bzw. des Formwerkzeugs, der dem ersten Teil gegenüberliegt, ist wie der erste Teil genutet. Alle Teile des Werkzeugs haben ein ausgespartes Teilstück 14. Durch diese Aussparung 14 bildet sich eine Längsrippe. Durch Vergrößern der Radialtiefe der Aussparung 14 über den Rippenspitzenradius hinaus kann eine tiefe Rippe 15 (Fig. la und 1 b) über die Wärmeübertragungsrippen hinaus stranggepreßt werden. Diese Rippe 15 wird dann an ihren Enden abgeschnitten, damit ein mittlerer Abschnitt übrigbleibt, der als Knickversteifung dient. Die Werkzeugsegmente 12 können auch zum Innenschmieden statt Außenstrangpressen verwendet werden. Die Rippen können aber auch durch Bearbeiten mit einem Stirnfräser hergestellt werden.

In den Fig. 2 a und 2 b ist eine Hülle 20 aus Magnesiumlegierung mit einmal gekrümmten Wärmeübertragungsrippen 21 dargestellt, die mit der Hülle 20 einstückig ausgebildet sind und in den Sektoren parallel verlaufen. Die Rippen krümmen sich aus einer Richtung, die um 40° zur Längsrichtung der Hülle 10 verläuft, in eine Richtung von 60°. Es sind vier tiefe Rippen 22 vorgesehen. Die gerippte Hülle 20 kann mit Formwerkzeugen hergestellt werden, die denjenigen der Fig. Ic und 1 d ähnlich sind, mit dem Unterschied, daß die Nuten 13 gekrümmt und die Nuten 14 weggelassen sind.

Die Hülle nach den Fig. 3 a und 3 b hat mit derjenigen in den Fig. la und 1 b viel gemeinsam. Sie besteht aus einem Rohr 30 mit flachen Wärmeübertragungsrippen 31. An Stelle der vier einstückig angeformten Knickversteifungsrippen 15 sind tiefe Längsnuten 32 in die Wärmeübertragungsrippen 31 gearbeitet. Die Rippen 31 können bei dieser Rohrform durch Bearbeiten mit einem Schlitzfräser hergestellt werden, der einen Bogen von weniger als 90° beschreibt, wodurch festes Material (gestrichelte Linie 33) an der Verbindungsstelle der Quadranten zurückbleibt. Dieses feste Material wird von einem sich in

Längsrichtung bewegenden Schlitzfräser entfernt, um die Nuten 32 zu bilden. Wenn das feste Material durch einen Formfräser entfernt oder abgenommen wird, kann man einen konischen Schlitz 34 erhalten, in dem mittels eines konischen Ansatzstückes eine Knickversteifung 35 (gestrichelt angedeutet) befestigt werden kann.

In den Fig. 4a und 4b ist ein Rohr40 mit einstückig angeformten Wärmeübertragungsrippen 41 gezeigt, die in zwei Sektoren um das Rohr 40 herum angeordnet sind, wobei die Rippen in entgegengesetzter Richtung und um 60° zur Längsrichtung des Rohres geneigt sind. Zwei einstückig angeformte Verstärkungsrippen 42 sind vorgesehen, um in der schwächsten Richtung die Knicksteifigkeit zu erhöhen.

Formwerkzeuge zur Herstellung des Rohres bzw. der Hülle gemäß den Fig. 4a und 4b sind in den Fig. 4c bis 4e dargestellt. Die zweiteiligen Formwerkzeuge bestehen aus einem Körper 43 mit einem Längsschlitz 44 (für die Rippe 42) und einer Reihe von schrägen Schlitzen 45 (für die Rippen 41).

Die Rippen 41 können auch mit einem Fräser hergestellt werden. Fig. 5 zeigt ein Brennstoffelement in einer Graphithülle 56, welche einen Brennstoffkanal in einem Kernreaktor bildet. Dabei ist eine Hülle entsprechend F i g. 4 verwendet. Das Rohr 40 enthält einen Kernbrennstoffstab 46 aus Uranmetall und ist an beiden Enden mittels eines Endverschlußbauteils 47 abgedichtet, der bei 48 an das Rohr 40 angeschweißt ist. Am oberen Verschlußbauteil ist ein trichterförmiger Bauteil 49 befestigt, und am unteren Verschlußbauteil ist ein Fixierkegel 50 befestigt. Die Rippen 41 haben Schlitze 51, die vier Quadranten bilden. Tiefe Rippen 52 sind in den Schlitzen untergebracht und durch Streben 53 verbunden, die an die Rippen 52 an den Schweißstellen 54 angeschweißt sind. Die Streben tragen einen Block 55, der zur Halterung der Baugruppe aus Rippen 52 und Streben an den Wärmeübertragungsrippen 41 dient.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelement mit einem Brennstoffkörper aus Spaltstoff innerhalb einer rohrförmigen Hülle, welche einstückig mit Wärmeübertragungsrippen versehen ist, die in einer Anzahl von sich längs des Brennstoffelementes erstreckenden Sektoren um die Hülle herum angeordnet sind und die in benachbarten Sektoren jeweils in gleicher Weise, aber in entgegengesetzter Richtung, geneigt so ausgebildet sind, daß ein Fischgrätenmuster entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen die Form von Platten aufweisen, welche im senkrecht zur Brennstoffelementachse verlaufenden Querschnitt gerade und pro Sektor zueinander parallel sind und im parallel zur Brennelementachse verlaufenden Querschnitt ebenfalls gerade oder höchstens einmal gekrümmt sind.

2. Kernreaktor-Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Sektoren vorhanden sind und daß parallel zur Achse des Brennstoffelementes verlaufende einstückige Verstärkungsrippen (42) in der Mitte eines jeden Sektors vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen