DE1573149C

DE1573149C - Intermediate piece with soldered thermocouple probe

Info

Publication number: DE1573149C
Authority: DE
Inventors: Robert CormeiUes en Pansis. VaI dOise Schley Robert OrIy VaI de Marne Le Polles, (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication date: 1971-01-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Metallbarren als Zwischenstück mit angelöteter Thermoelementsonde für das Befestigen der Sonde an einer Metallwand, insbesondere an der Metallhülle eines Kernbrennstoffelements, dessen Oberflächentemperatur gemessen werden soll, wenn das Element in einen Kanal eines im Betrieb befindlichen Reaktors eingesetzt ist.The invention relates to a metal bar as an intermediate piece with a soldered-on thermocouple probe for attaching the probe to a metal wall, in particular to the metal shell of a nuclear fuel element, whose surface temperature is to be measured when the element is inserted into a duct of a reactor that is in operation is.

Es ist bereits bekannt, zwei zur Temperaturmessung dienende Thermoelementdrähte in zwei Nuten einer Metallwand zu befestigen und anschließend durch einen Metallzylinder aus Vollmaterial und eine Metallhülse zu führen, wobei der Metallzylinder an der Metallwand befestigt ist.It is already known to split two thermocouple wires for temperature measurement into two To fix grooves in a metal wall and then through a metal cylinder made of solid material and to guide a metal sleeve, the metal cylinder being attached to the metal wall.

Eine andere bekannte Befestigung eines Thermoelements besteht darin, daß zwei Thermoelementdrähte isoliert durch eine metallische Hülse geführt sind, die ihrerseits an einem Ende von einer Aussparung eines Metallplättchens aufgenommen ist, das beispielsweise an der Oberfläche eines Heizrohrs "20 befestigt wird.Another known attachment of a thermocouple is to have two thermocouple wires insulated are guided by a metallic sleeve, which in turn at one end of a recess a metal plate is received, for example on the surface of a heating tube "20 is attached.

Diese bekannten Metallzwischenstücke sind jedoch für viele Verwendungszwecke, bei denen es insbesondere auf kleine Abmessungen und möglichst geringe Beeinflussung der zu messenden Temperaturverteilung ankommt, wie für die Temperaturmessung an der Metallhülle von Kernbrennstoffelementen, nicht gut geeignet.However, these known metal spacers are for many uses in which there is in particular to small dimensions and the least possible influence on the temperature distribution to be measured arrives, as for the temperature measurement on the metal shell of nuclear fuel elements, not well suited.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Metallbarren der obenerwähnten Art zu schaffen, der mechanisch sehr robust ist und unter den besonderen Anwendungsbedingungen einwandfrei den Beanspruchungen gewachsen ist, die auf die Verbindung zwischen der Thermoelementsonde und der Metallhülle ausgeübt werden und vor allem auf die starke Gasströmung zurückzuführen sind, die üblicherweise zur Kühlung des Brennstoffelements dient. Andererseits soll der Metallbarren nur verhältnismäßig kleine Abmessungen haben, damit er praktisch nicht die aerodynamischen und Wärmeübertragungs-Bedingungen stört, die in der Berührungszone zwischen dem Kühlmedium und dem Brennstoffelement vorhanden sind, an dem die Temperatur gemessen wird. Schließlich soll der .Metallbarren auch hohen Temperaturen widerstehen können, insbesondere muß die feste Verbindung der Thermoelementsonde mit der Metallwand selbst im Falle sehr heftiger Temperatursprünge gewährleistet bleiben.The invention is therefore based on the object of providing a metal bar of the type mentioned above create that is mechanically very robust and flawless under the special application conditions can cope with the stresses placed on the connection between the thermocouple probe and the metal shell and are mainly due to the strong gas flow that usually used to cool the fuel element. On the other hand, the metal bar should only be proportionate have small dimensions so that it practically does not meet the aerodynamic and heat transfer conditions disturbs that in the contact zone between the cooling medium and the fuel element at which the temperature is measured. After all, the .metal bar should can also withstand high temperatures, in particular the fixed connection of the thermocouple probe with the metal wall are guaranteed even in the event of very sharp temperature jumps.

Der Metallbarren sollte außerdem einen ausgezeichneten Wärmeübertragungskontakt zwischen der Sonde und der Metallwand, insbesondere der Brennstoffelementhülle, ergeben, wobei die durch die Sonde * erfolgende Temperaturmessung praktisch punktförmig ist. Schließlich muß die Befestigung derart sein, daß die Verbindung der Sonde mit der Metallwand nicht dazu führt, daß der Baustoff der Sonde brüchig bzw. bruchgefährdet wird.The metal ingot should also have excellent heat transfer contact between the Probe and the metal wall, in particular the fuel element casing, whereby the through the probe * taking place temperature measurement is practically point-shaped. After all, the attachment must be like this be that the connection of the probe with the metal wall does not lead to the building material of the probe becomes brittle or at risk of breaking.

Ein Metallbarren als Zwischenstück mit angelöteter Thermoelementsonde für das Befestigen der Sonde an einer Metallwand fst gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbarren eine im wesentlichen axial verlaufende Sacklochbohrung zur Aufnahme der Thermoelementsonde mit leichtem Spiel aufweist und mit einer ersten Gruppe von Löchern versehen ist, welche senkrecht in die Bohrung münden, und mit einer zweiten Gruppe von Löchern, welche den Metallbarren außerhalb der Sacklochbohrung durchqueren, und daß die beiden Gruppen von Löchern für das Einbringen eines Hartlotmaterials bestimmt sind, das die feste Verbindung einerseits zwischen der Sonde und dem Metallbarren und andererseits zwischen dem Metallbarren und der Metallwand gewährleistet. A metal bar as an intermediate piece with a soldered-on thermocouple probe for attaching the Probe on a metal wall according to the invention, characterized in that the metal bar is a essentially axially extending blind hole for receiving the thermocouple probe with easy Has game and is provided with a first group of holes which are perpendicular to the bore open out, and with a second group of holes, which the metal bars outside the Cross the blind hole, and that the two groups of holes for the introduction of a Brazing material are determined that the solid connection on the one hand between the probe and the Metal bars and on the other hand between the metal bar and the metal wall guaranteed.

Vorzugsweise besteht der Metallbarren aus einem Metall, dessen Art von dem Metall der Metallwand und den metallurgischen Möglichkeiten für die Herstellung einer Hartlotverbindung zwischen diesen beiden Elementen abhängt. Außerdem wird die Stärke des Metallbarrens derart gewählt, daß man die axiale Sacklochbohrung, dessen Durchmesser nur sehr wenig größer ist als der Durchmesser der Thermoelementsonde, derart bohren kann, daß beiderseits der Sacklochbohrung eine möglichst kleine Materialwandstärke stehenbleibt. Die Breite des Metallbarrens ist außerdem so bestimmt, daß die Löcher, die der Barren enthält, eine ausreichende Menge des Hartlotmaterials aufnehmen können, um die feste und zweckmäßige Verbindung des Barrens an der Metallwand und der Sonde in dem Metallbarren zu gestatten.The metal bar is preferably made of a metal, the type of which is different from the metal of the metal wall and the metallurgical possibilities for making a braze joint between them depends on both elements. In addition, the strength of the metal bar is chosen so that the axial blind hole, the diameter of which is only slightly larger than the diameter of the Thermocouple probe, can drill in such a way that the smallest possible material wall thickness on both sides of the blind hole stop. The width of the metal bar is also determined so that the holes which the ingot contains, can hold a sufficient amount of the brazing material to make the solid and properly connecting the billet to the metal wall and the probe in the metal billet allow.

Das Profil des Metallbarrens kann in an sich bekannter Weise durch das Gegenprofil der Metallwand bestimmt sein, um einen ausgezeichneten Wärmeübergangskontakt zu erhalten. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Enden des Metallbarrens nach Art eines Schiffsbuges profiliert, um die Strömung des Kühlgases nicht nennenswert zu stören, insbesondere in dem speziellen Fall, in dem die Metallwand die Hülle eines Kernbrennstoffelements ist.The profile of the metal bar can in a manner known per se through the counter-profile of the metal wall be determined to obtain an excellent heat transfer contact. In advantageous further training the invention, the two ends of the metal bar are profiled like a ship's bow, so as not to disturb the flow of the cooling gas appreciably, especially in the special case in which the metal wall is the shell of a nuclear fuel element.

Schließlich weist der Metallbarren zweckmäßigerweise einen Quer-Ausschnitt auf, der durch die Sacklochbohrung für die Thermoelementsonde hindurchführt und mit einer genügend großen Menge eines das Benetzen verhindernden Materials füllbar ist, um die Ausbreitung des Hartlotes auf der Hülse der Thermoelementsonde über den Ausschnitt hinaus zu verhindern und so zu vermeiden, daß diese Hülse brüchig oder bruchgefährdet wird.Finally, the metal bar expediently has a transverse cutout that passes through the blind hole for the thermocouple probe and with a sufficiently large amount of the Preventing wetting material can be filled to prevent the brazing material from spreading on the sleeve of the thermocouple probe To prevent beyond the cutout and so to avoid that this sleeve is brittle or at risk of breaking.

Ein Ausführungsbeispiel des Metallbarrens gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigtAn embodiment of the metal bar according to the invention is illustrated in the drawing. It shows

F i g. 1 eine Seitenansicht des Metallbarrens zur Befestigung einer Thermoelementsonde undF i g. 1 is a side view of the metal bar for attaching a thermocouple probe and

F i g. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie H-II der Fig. 1.F i g. 2 shows a section along the section line H-II in FIG. 1.

Ein kleiner, langgestreckter Metallbarren Γ zum Befestigen einer Thermoelementsonde an einer Metallwand hat im wesentlichen in Richtung seiner Längsachse eine Sacklochbohrung 2, deren Durchmesser genügend groß ist, um das Einführen der Hülse 3 einer Thermoelementsonde zu gestatten, deren Anschlußdrähte 4 und 5 in der Zeichnung schematisch angedeutet sind. Eine erste Gruppe von radialen Löchern 6 ist in dem Metallbarren 1 derart angeordnet, daß sie in die Sacklochbohrung 2 so einmünden, daß sie mit einem Hartlotmaterial in Pulverform gefüllt werden können, das vollständig das in der Sacklochbohrung 2 zwischen dieser und der Hülse 3 der Sonde vorhandene geringe Spiel ausfüllt. Eine zweite Gruppe von Löchern 7 ist durch den Metallbarren hindurchgebohrt, wobei diese Löcher den Barren derart vollständig durchqueren, daß das pulverförmige Hartlötmaterial, mit dem sie gefüllt werden, sämtliche Stellen der Kontaktflächen zwischen dem Metallbarren 1 und einer Metallwand 8A small, elongated metal bar Γ for attaching a thermocouple probe to a Metal wall has a blind hole 2, the diameter of which is essentially in the direction of its longitudinal axis is large enough to allow the insertion of the sleeve 3 of a thermocouple probe, whose connecting wires 4 and 5 are indicated schematically in the drawing. A first group of radial holes 6 is arranged in the metal ingot 1 so that they in the blind hole 2 so open in that they can be filled with a brazing material in powder form that completely the small play present in the blind hole 2 between this and the sleeve 3 of the probe fills out. A second group of holes 7 is drilled through the metal bar, these Holes so completely traverse the ingot that the powdered brazing material with which they are filled, all points of the contact surfaces between the metal bar 1 and a metal wall 8

erreichen kann, an die der Metallbarren angelegt wird (F i g. 2). Das Hartverlöten der Sondenhülse 3, des Metallbarrens 1 und der Metallwand 8 kann unter diesen Bedingungen in einem einzigen Arbeitsgang in einem Vakuumofen vorgenommen werden, der auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt wird, sobald der Zusammenbau der unterschiedlichen, obenerwähnten Einzelteile erfolgt ist.can achieve to which the metal ingot is applied (Fig. 2). The hard soldering of the probe sleeve 3, of the metal bar 1 and the metal wall 8 can under these conditions in a single operation be made in a vacuum oven heated to a suitable temperature, as soon as the different, above-mentioned items have been assembled.

Wie man aus F i g. 1 erkennt, sind die beiden stirnseitigen Enden 9 und 10 des Metallbarrens 1 vorzugsweise nach Art eines Schiffsbuges profiliert, um die Strömung des Gasmediums zu erleichtern oder zu begünstigen, das über die Metallwand 8, insbesondere die Metallwand der Hülle eines Kernbrennstoffelements, strömt. Schließlich enthält der Metallbarren 1 einen Quer-Ausschnitt 11, der es gestattet, dort eine genügend große Menge eines die Benetzung verhindernden Mittels unterzubringen, das eine Ausbreitung des Hartlotes auf der Hülse 3 über den Bereich des Ausschnittes hinaus unterbindet. * aoAs one can see from FIG. 1 recognizes, the two front ends 9 and 10 of the metal bar 1 are preferably profiled in the manner of a ship's bow in order to facilitate the flow of the gas medium or to favor the over the metal wall 8, in particular the metal wall of the shell of a nuclear fuel element, flows. Finally, the metal bar 1 contains a transverse cutout 11, which allows to accommodate there a sufficiently large amount of a wetting preventive agent that prevents the braze from spreading on the sleeve 3 beyond the area of the cutout. * ao

Es soll darauf hingewiesen werden, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die in der Mitte liegenden Löcher 6 nicht bis zur Berührung mit der Metallwand 8 durchgeführt sind, an der der Metallbarren 1 angebracht wird; diese Anordnung wird insbesondere »5 vorgesehen, wenn das die Hülse 3 der Sonde bildende Material metallurgisch mit dem Material der Metallwand 8 »unverträglich« ist. Bei anderen Ausführungsformen wäre es möglich, die die Sacklochbohrung für die Aufnahme der Sonde durchquerenden Löcher bis zu der zur Befestigung des Barrens dienenden Wand durchzuführen, wodurch das FestIt should be noted that in this embodiment, the lying in the middle Holes 6 are not carried out to the point of contact with the metal wall 8 on which the metal ingot 1 is attached; this arrangement is in particular »5 provided when the material forming the sleeve 3 of the probe is metallurgical with the material of the metal wall 8 is "incompatible". In other embodiments, it would be possible to use the blind hole for receiving the holes through which the probe is traversed up to the one for fastening the ingot serving wall perform, making the feast

legen des Barrens an dieser Wand noch verbessert werden kann.placing the ingot on this wall can still be improved.

Claims

Patent claims:

1. Metal bar as an intermediate piece with soldered-on thermocouple probe for fastening the probe on a metal wall, characterized in that the metal bar is a essentially axially extending blind hole (2) for receiving the thermocouple probe (3) has slight play and is provided with a first group of holes (6), which open perpendicularly into the bore, and with a second group of holes (7) which traverse the metal bar outside the blind hole, and that the two groups of Holes are intended for the introduction of a brazing material that forms the fixed connection on the one hand between the probe and the metal ingot and on the other hand between the Metal bars and the metal wall (8) guaranteed.

2. Metal bar according to claim 1, characterized in that the two ends (9,10) of the Metal bars (1) are profiled in the form of a ship's bow.

3. Metal bar according to claim 1, characterized in that the metal bar (1) has a Has transverse cutout (11) through the blind hole (2) for the thermocouple probe (3) and can be filled with a material preventing wetting.

1 sheet of drawings