DE1539758A1 - Brennstoffelement fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

410-11.312P . 25.3.1966

Commissariat a 1»Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Brennstoffelement für Kernreaktoren

Das Hauptpatent ... (Patentanmeldung C 30 266 YIIIc/21g vom 24.6.1963} bezieht sich auf ein umhülltes, rohrförmiges Kernbrennstoff element, aas durch ein außen und innen zirkulierendes Strömungsmedium gekühlt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberfläche der inneren Hülle Vorsprünge verminderter Höhe aufweist» die dem Kühlmittelstrom einen sehr geringen Widerstand pro Flächeneinheit entgegensetzen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zusätzliche Verbesserung eines solchen Brennstoffelementes und sie betrifft mehl im einzelnen eine besondere Gestaltung bzw. Anordnung, die den vorspringenden Teilen der inneren Hülle gegeben wird, wodurch bei gleichzeitiger Erhaltung eines geringen Druckverlustbeiwertes der Wärmeaustausch zwischen dieser inneren Hülle und dem Kühlmittel noch verbessert wird.

Das zu diesem Zweck gemäß der Erfindung vorgesehene Brennstoffelement der genannten Art 1st im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Inneren Hülle in eine gerade Zahl

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von Längsabschnitten unterteilt ist, von denen jeder Bippen geringer Höhe aufweist, die längs von Teilstrecken von parallelen Schraubenlinien mit geringer Neigung gegen die Achse des Elementes angeordnet sind, wobei die Richtung der Neigung dieser Schraubenlinienteilstrecken von einem Längsabschnitt zum angrenzenden In der Weise entgegengesetzt ist, daß die Rippen auf der Oberfläche der inneren Hülle ein Fischgrätenmuster bilden. "

Die Erfindung besteht neben diesem wesentlichen Merkmal in

gewissen weiteren Besonderheiten, die vorzugsweise gleichzeitig, aber avißli getrennt davon oder gemäß allen technisch möglichen- kombinationen vorgesehen werden kennen3 es sind dies insbesondere!

- Das Verhältnis der Höhe dieser Hippeii zum der inneren Hülle ist kleiner als \$$%

- die iMeigixQgswinkel der Schraubenlinienteilstreeken gegen die Äöiise des Elementes sind geringer als 20°§

=> die Längsabsohnitte sind voneinander durch schmale rippenfreie Zonen bzw«,. Binnen getrennt j

- die ©inselnen Längsabsohnitte der inneren Hülle liegen aneinander aa_s derart ₉ daß jede der Sippesa eines Abschnittes Eiit den entsp:eseilenden Sippen der beiden benachbarten Abseimitte verbunden ist_;i derart5 &&.S die Rippen &ln über «äie gesamte Oberfläche dos? Ιεώθγθώ Hülle foi'tlaiifendss Fischgrätenmuister¹ bilden;

- geviisSQ L&igsabsehnitts stoßen em. zumindest eiiiGa öjbt bösaelübarcfesn /Ässluiitt© an₃ während andea?© Äbsefeitto Äareia solaaal® rippenfsfelQ Zonen bgw_s Hinaen voneinsnd©r gotsomiö ΰίη*ι

- die Heigimgsmiafeel der Hippen sind yqu eiiLOL; .^xcotoiitt zum angrenzenden LSagsafesehnitt paarweise sjKaaetrls©Ii^ ^D

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UIe nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die angefügten Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsvarianten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, die als Beispiele und nicht einschränkend angegeben werden. Es zeigen*

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Brennstoffelement, bei dem die , Längsabschnitte durch schmale rippenfreie Zonen bzw. Hinnen getrennt sind, teilweise im Schnitt in Richtung a-a der Fig. 2}

Fig. 2 den Querschnitt der Anordnung gemäß Fig. 1 (Schnitt b-b)!

Fig:. 3 einen Schnitt in Sichtung c-c der Flg. 1 in vergrößertem Maßstab}

:^?1ίτ. h Teile eines Schnittes in.Richtung d-d der Fig. 5 durch ein erfIntlungsgemäßes Btemst© fiel eisest mit aneinanderstoßenden Längsabschnitten}

:="i«j« 5 einen Ausschnitt eines Längsschnittes durch das gleiche Element; und

FIs;· 6 Teile eines Schnittes in Richtung e-e der Fig. 5 in ■ ■ vergrößertem Maßstab.

Wie iaan Ir Flg. 1 sieht, folgt die innere Hülle 2 eines Brennstoffelementes der allgemeinen Form eines Zylinders und kann Insbesondere außen bei 4 und 6 an seinen beiden Enden mit Gewinde versehen sein, zur Aufnahme von (nicht gezeigten) Abschlußorganen» welche die innere Hülle mit einer ebenfalls nicht gezeigten äußeren Hülle fest verbinden, wobei der Brennstoff den ringförEigen Zwischenraum zwischen den beiden Hüllen und den Abschlufi-

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Die innere Oberfläche der inneren Hülle 2 ist in eine gerade Anzahl von Längsabschnitten 12a und 12b eingeteilt. Jeder dieser Abschnitte weist Rippen,^%wle 1^a und 14b auf, deren Füßpunkte bzw. Trasse auf der Oberfläche der inneren Hülle 2 Teile" von parallelen und von einem Abschnitt zum anderen entgegengesetzt gerichteten Schraubenlinien bilden.

Wie man in Figo 2 sieht, stehen die Hippen, wie lk&, und 14-to, senkrecht auf der Oberfläche der inneren Hülle 2 und sie sind mit dieser Hülle fest verbunden.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zvm. Verlauf der Rippen und nicht mehr senkrecht zur Achse der Hülle 2 in"vergrößertem Maßstab durch Rippen, wie l4b, deren Querschnitt insbesondere-rechteckig sein kann und die im Innern des Zylinders der Hülle 2 ausgearbeitet werden können«

Wie man in den Fig« 1 und 2 sieht, sind die Längsabschnitte, wie 12a und 12b bei dem vorstehend beschriebenen Ausftthrungstoeispiel eines Brennstoffelementes durch schmale rippenfreie Zonen oder Zwischenraumes wie 16, voneinander getrennte

Als Seispiel kann man für eine solohe innere Hülle 2 folgende kaBe angeben? Länge 6co mm, Außendurchmesser 77 mm, Innendurchmesser , gemessen in den Hinnen 16, 73 πιπί? diese Hülle hat um 10° gegen die Achse der Hülle 2 geneigte Hippen einer Höhe von 5 mm und einer Dicke ^on 0,8 mm, deren Abstände 0,8 mm betragen»

Fig. k zeigt eine innere Hülle 2, deren Abschnitte 12a und 12b aneinanderstoßen, derart, daß keine Rinne, wie 16, zwischen den

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verschiedenen Abschnitten vorhanden ist.

Wie man in Pig. 5 sieht, vereinigen sich die Rippen, wie lAa und I¹Hj, auf der Höhe einer fiktiven Trennungslinie zwischen den beiden aneinanaergrenzenden Abschnitten 12a und 12b unter Bildung eines durchlaufenden Fischgrätenmusters mit Spitzen bzw, Scheitelpunkten 18.

Wie der als Fig. 6 gezeigte Schnitt senkrecht zu den Rippen 14a und. nicht mehr senkrecht zur Achse der Inneren Hülle 2 erkennen läßt, können die Rippen ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt haben und durch innere Bearbeitung des Zylinders der Hülle 2 hergestellt sein.

Als Beispiel kann man für eine solche innere Hülle 2 folgende Maße angeben? Länge 6ÖÖ mm, Außendurchmesser ^k mm_t Innendurchmesser 45 mm, gemessen an der Außenkante der Rippen; die Hülle 1st dabei mit Rippen einer Höhe von 2,5 mm versehen, deren Dicke 0,8 mm und Abstand 0,8 mm beträgt.

Die geringe Höhe der Rippen ermöglicht ihre Herstellung in feiner und enggedrängter Form in Abmessungen, die mit ihrem technologischen Verhalten im Reaktor verträglich sind. Dieses (auf Grund ihres mechanischen Verhaltens) mögliche starke Zusammendrängen von feinen Rippen gestattet esi die Oberfläche für den Wärmeaustausch sehr stark zu erhöhen und derart gute Eigenschaften für den Wärmeaustausch zu erzielen, daß sie noch diejenigen übertreffen, die mit Profilen mit "Runzeln¹¹ oder Unebenheiten (corrugations), mit Längsrippen oder mit schraubenlinienförmigen Rippen erhalten werden.

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Dabei ist bemerkenswert, daß der Querschnitt des Metalls solcher Hüllen gering ist, was den Neutroneneinfang vermindert.

Außerdem kann eine solche innere Hülle einer äußeren Hülle irgendeines Typs zugeordnet werden, die jedoch vorzugsweise vom Typ "mit V-förmigen Rippen" sein kann und in diesem Falle sollte man ein gewisses Verhältnis zwischen den Werten der Reibungsbeiwerte pro Oberflächeneinheit für die äußere und innere Hülle beachten bzw. einhalten? dieses Verhältnis liegt in der Gegend von 5» wenn die innere HuIIe₉ wie es wünschenswert ist, einen Reibungsbeiwert von größenordnungsmäßig dem 5- bis 10-fachen desjenigen einer glatten Hülle aufweist,,

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Ii Innen und außen gekühltes ummanteltes Brennstoffelement in Röhrenform, bei dem die Oberfläche der inneren Hülle mit Vorsprüngen geringer Höhe versehen ist, die dem Kühlmittelstrom einen sehr geringen Widerstand pro Flächeneinheit entgegensetzen, nach Patent ... (Patentanmeldung G 30 266 VIIIc/21g vom 2^.6.1963}, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der inneren Hülle in eine gerade Anzahl von Längsabschnitten eingeteilt ist, von denen'jeder Rippen geringer Höhe aufweist, die längs Teilstrecken von parallelen Schraubenlinien mit geringer heizung gegen die Achse des Elementes angeordnet sind, wobei die Neigung der SchraubenllnlentelIstrecken von einem Abschnitt zu den abgrenzenden Abschnitte?* tmt^. ·» - · ·ρ· ^r#t ^"lcirkst. 1st, derart, cav- die Rippen auf ύ.ζτ Oberfl Whe ~*„ * "' h sin Fisch- - ' ■ ί-r'-it-erinmster bilden.

   ". brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, de S das Verhältnis der Höhe der Rippen zum Innendurchmesser der iäir.i-ren nulle kleiner als 0,15 ist.

   3» Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da^!? die Neigungswinkel der Schraubenlinienteilstrecken gegen die Achse des Elementes kleiner als 20° sind.

   4. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabsohnitte voneinander durch rippenfreie Rinnen getrennt sind. - .

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   5· Brennstoffelement naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_t daß die Längsabschnitte aneinanderstoßen und jede der Rippen eines Abschnitts mit den entsprechenden Hippen der beiden benachbarten Abschnitte derart verbunden ist, daß die Rippen ein zusammenhängendes Fischgrätenmuster auf der gesamten Oberfläche der inneren Hülle bilden.

   6. Brennstoffelement nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, _f daß gewisse Abschnitte an zumindest einen der benachbarten Abschnitte anstoßen, während andere Abschnitte voneinander durch rippenfreie Rinnen getrennt sind.

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   ORIGINAL '

   L e e r s e it e