DE1539774A1

DE1539774A1 - Brennstoffelement fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1539774A1
Application number: DE19661539774
Authority: DE
Inventors: Jean-Marc Haessig; Roland Roche; Jacques Treloen
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-05-19
Filing date: 1966-05-17
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR1444181A; NL6606697A; US3361640A; LU51120A1; GB1079307A; IL25719A; BR6679427D0; BE680508A; CH455953A; ES326885A1

Description

Dr. Hans Ulrich May

8 Mönchen 2 Ottosir. Ia-TeI. 593682

' 17. Mai 1966

B.1570.3 München,

■■ Dr.B./Eh

C-1-P-114/346 C-g-G-114/347

Commissariat a 1'Energie AtomiQue in Paria / Frankreich Brennstoffelement für Kernreaktoren

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffelement für Kernreaktoren» bei welchem der Spaltstoff in Form von Stäben In einer Hülse eingeschlossen ist, wobei die Stäbe zu einem Bündel susammengefaßt sind.

In diesen Bündeln wird die Abstandehaltung der Stäbe allgemein durch Verstrebungen und Gitter an den Enden ersielt, welche gleicl zeitig deren axiale Festlegung gewährleisten.

Diese Gitter und Verstrebungen rufen jedoch außerordentlich große und dementsprechend kostspielige Beschickungsverluste hervor» ohne dabei die Gefahr des Auftretens der Erscheinungen thermischer Instabilität au unterdrücken.

Sie stellen außerdem eine beträchtliche Menge absorbierenden Materials um den Spaltstoff dar« wodurch die Neutronenausbeute des Kernreaktors verschlechtert wird.

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Sie vorliegende Erfindung hat zum Ziel» diese Gitter und Verstrebungen zu beseitigen_f indem ein Brennstoffelement verwirklicht wird, dessen Stäbe durch ihre eigenen Kühlrippen anelnandes anliegen.

Dieses Brennstoffelement ist dadurch gekennzeichnet» daß die Hülse jedes Stabes schraub&ö'rmige Rippen trägt, welche in regelmäßigen Abständen zum Einfügen der dieselben schneidenden Rippen w benachbarter Stäbe und zur gegenseitigen axialen Festlegung die» ser Hippen von Einschnitten durchsetzt sind.

Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung trägt die Hülse mindestens eine schraubenförmige Hippe, deren oberes Ende längs einer parallel zur Achse des Stabes verlaufenden Ebene abgeflacht ist.

Bei einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung weist das Brennstoffelement einen Ring oder eine Klemme zum Festhalten der Stäbe an jedem Ende der Anordnung auf.

Sie Anordnung der Stäbe im Querschnitt des Brennstoffelements wir dabei durch das gegenseitige Anliegen de? lippen gewährleistet, während die axiale Festlegung durch das Einfügen dieser Rippen , gewirkt wird. Durch eine einfache äußere Zwinge, welche das "Bündel¹* der Stäbe zusammenhält ₈ werden die Baschickungsverluate und der Platzbedarf, welche auf Hilfsorgane ssusriickzufuhren sind, auf ein Minimum reduziert.

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Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Bs sseigt ι

Pig. 1 eine Teilechrägansicht eines Brennstoffelements in Stabform,

Pig. 2 die Anordnung der Stäbe im Brennstoffelement,

Pig. 3 das Ende eines Brennstoffelements mit 19 Stäben in vergrößertem Haßstab im Schnitt längs der Linie I-I in Fig.4, wobei die seitlichen Seile vergrößert sind,

Fig. 4 eine Stirnansicht des in Fig. 3 dargestellten Elements und

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Brennstoffelement mit 31 Stäbe?

Im erfindungsgemäßen Brennstoffelement ist der Spaltstoff I₁ beispielsweise in Form von Kugelchen oder Tabletten, im Inneren einei Hülse 2 angeordnet, welche mit fünf schraubenförmigen Kühlrippen 4 in der in Fig. 1 gezeigten Weise versehen ist. um diese Figur etwas klarer zu machen, sind die Kühlrippen mit einer verhältnismäßig kleinen Steigung dargestellt, es werden jedoch vorzugsweise Kühlrippen mit sehr großer Steigung verwendet, wie sie in Fig.2 dargestellt sind, um das Abströmen des Kühlmittels zu erleichtern.

Diese Rippen 4 sind mit Einschnitten 6 versehen, deren Breite der Dicke einer Rippe 4 entspricht und die in Bezug auf die Achse des Stabes leicht geneigt sind, um die Einfügung der schneidenden Rippe 4a des benachbarten Stabes zu ermöglichen (Fig. 2). Zwei benachbarte Stäbe 10 und 10a sind daher durch diese Einpassung

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ihrer Rippen 4 und 4a fest miteinander verbunden und haften in axialer Richtung aneinander. In gleicher Weise ist ein"dritter Stab 10b an den Stäben 10 und 10a durch Einfügung seiner Rippen in die Einschnitte 6 und 6a der Rippen 4 und 4a der beiden aüderei Stäbe befestigt. Jeder Stab des Brennstoffelements stützt sioh daher durch diese Rippen auf die Rippen der benachbarten Stäbe· Sie Tiefe der Einschnitte und die Breite der Rippen bestimmen den Abstand zwischen den verschiedenen Stäben je nach den Eigenschaften, die die Anordnung besitzen soll.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der Stäbe in einem Brennstoffelement dieser Art. Neunzehn Stäbe, deren jeder mit sechs Rippen 14 versehen 1st, sind, in zwei konzentrischen Kreisen zu sechs bzw· zwölf Stäben um einen Mittelstab 15 angeordnet. Auf der Zeichnung bedeutet ein schwächerer Kreis die zylindrische Umhüllung der Rippen 14, wobei zu sehen 1st, daß die Rippen des Stabes 12a die« jenigen der Rippen 12b, 12c, 12d und 12e sowie diejenigen des Hitteletabes 15 schneiden.

An jedem Ende des Elemente hält ein Ring oder eine Zwinge 16 die am Umfang gelegenen Stäbe. Der Ring 16 let bei der in den Flg. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform durch eine innere Einfassung -17 über die Stäbe hinaus verlängert. Sie ist an den Rippen 14 mittels kleiner Zungen 18 befestigt, welche aus ihrer Wandung ausgeschnitten und in eine Aussparung 20 in diesen Rippen 14 gedrückt sind. Zwei Ringe 22 dienen zum Halten eines der Führung und Zentrierung des Elements im Reaktorkanal dienenden ringförmigen Gleitschuhs 24.

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End* dt$
Am anderen /Elementβ besteht die Zwinge 26 (Fig.2) aus einem einfachen Ring, welcher auf den Rippen der Stäbe durch irgendein geeignetes Mittel befestigt 1st und einen Führungsschuh tragen kann»

Um den Eingriff der Rippen mit der Zwinge 26 zu erleichtern oder die gegenseitige Annäherung der Stäbe zu ermöglichen, aind gewisse der Rippen 4- bei 8 durch eine parallel zur Achse des S'tabes verlaufende Ebene abgestumpft, welche eine ebene Anschlagflache: an der entsprech
bildet (Fig, 2).

an der entsprechenden Fläche der benachbarten Rippe oder Zie?

Der Abstand zwischen den Stäben kann auf diese Weise vermindert werden, wodurch sich Elemente mit verhältnismäßig geringem Platzibedarf herstellen lassen, welche eine große Anzahl von Stäben aus Spaltstoff enthalten. Eine Ausführungsform dieser Art ist in Fig. 5 dargestellt, die die Anordnung der Stäbe in einem 31 Stäbe enthaltenden Brennstoffelement zeigt, wobei jeder Stab mit fünf schraubenförmigen Rippen versehen ist, die in regelmäßigen Abständen eingeschnitten sind, wobei bestimmte Rippen an ihrem oberen Ende parallel zur Achse dee Stabes abgeflacht sind, um an der gleichermaßen abgeflachten Rippe des benachbarten Stabes zur Anlage zu kommen.

Biese Stäbe sind um einen Hittelstab 28 in drei konzentrischen Kreisen zu Je 5, 10 und 15 Stäben angeordnet, wobei die Stäbe eines Kreises an denjenigen des benachbarten Kreises mit den abgeflachten Rippen anliegen. In der Figur ist der Mittelstab 28

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von einem/dünnen Idnien ausgezogenen Fünfeck umgeben, welches

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zeigt, daß alle seine Bippen 29 derart abgeflacht sind, daß sie an den Rippen 31 der den Hitteletab umgebenden Stäbe 30 anliegen,

Die Stäbe 30 weisen außer der abgeflachten fiippe 31 mindestens zwei andere abgeflachte Bippen 32,33 zur -Anlage an den Stäben 40 des folgenden Kreises auf, während die einfach alt Einschnitten versehenen Hippen 34 sich in die damit eich achneidenden Rippen der awei benachbarten Stäbe 30 des gleichen Kreises einfügen.

Auch die Stäbe 40 und die am Umfang liegenden Stäbe 50 weisen lediglich eingeschnittene Rippen aur Verbindung mit den Stäben des gleichen Kreises sowie zugleich abgeflachte und eingeschnittene Rippen sur Anlage der Stäbe an anderen Kreisen auf· Die am Umfang gelegenen Rippen 51 sind in gleicher Weise abgeflacht, damit sie an der Swinge 36 zum Zusammenhalten der Anordnung be» festigt werden können.

Indem die Anordnung und die Stärke der Abflmehungen und der Einschnitte verändert wird, kann der Abstand zwischen den Stäben derart geregelt werden, daß man Anordnungen o&er Bündel mit ver-> schieben Formen erhält · Sie Ansahl der Hippen und ihre Steigung beeinflussen gleichermaßen diese Anordnung mnd natürlich weisen die Rippen eines Bündels die gleiche Steigung und die gleiche !Dicke auf, wobei sie so gewählt sind, daß si® den aerodynamisches; Bedingungen entsprechen und den Wärmeaustausch erleichtern«

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Ea ist auf diese Weise möglich, Elemente mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen_t welche die gewünschte Anzahl von Stäben enthalten, die nach einer bestimmten Geometrie angeordnet sindο Ein solches Brennstoffelement hat nur einen minimalen Platzbedarf, da die Stäbe nur durch den für den Abfluß des Kühlmittels absolut notwendigen Abstand voneinander getrennt sind und die den Zusammen« halt des Bündels gewährleistende Struktur auf einen Ring oder eine Zwinge an jedem Ende eingeschränkt ist, wobei die Zwinge im übrigen gleichermaßen zur Führung im Kanal dient.

Verschiedene Abänderungen des beschriebenen Ausführungsbeispiela fallen ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung. Beispielweise können die beiden Zwingen sum Zusammenhalten des

2b Bündels gleich sein und entweder von einem Rlngj, uelcher den Durch tritt der Endstücke der Stäbe gestattet, von einer» Ring 16 mit einei* Halteeinfassung 17 oder irgendeinem anderen Mittel gebildet werden, welcaes den Zusammenhalt der Stäbe gewährleistet.

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Claims

Patentansprüche

1.) Brennstoffelement, welches Stäbe aus Spaltstoff enthält, die von einer Hülse umgeben und zu einem Bündel zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) jedes Stabes (10) schraubenförmige Kühlrippen (4) trägt, welche in regelmäßigen Abständen von Einschnitten (6) zum.Einfügen der dieselben schneidenden Hippen (4a) benachbarter Stäbe und zur gegenseitigen axialen Befestigung dieser Bippen durchbrochen sind.

2.) Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das obere Ende mindestens einer der schraubenförmigen Bippen (4) längs einer parallel zur Achse des Stabes verlaufenden Ebene abgeflacht ist (bei 8).

3.) Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Ring oder eine Zwinge (16) zum Halten der Stäbe an jedem ihrer Enden aufweist.

' 4.) Brennstoffelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge einen ringförmigen Gleitschuh (24) trägt.

5.) Brennstoffelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge durch kleine Zungen (18) in einer Vertiefung (20) in den Bippen (14) der am Umfang des Elements gelegenen Stäbe befestigt ist.

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