DE1589664C - Brennstoffelement für Kernreaktoren - Google Patents

Description

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der Brennelementanordnung in axialer Richtung und unteren Bündel 14 frei gelassenen Durchgangs einder damit einhergehenden Verlängerung des Kühl- nimmt, besteht aus Nadeln, deren Ausdehnungsmittelweges im Ganzen gesehen doch eine entschei- kammern oberhalb des mit Spaltmaterial gefüllten dende Reduzierung des Druckverlustes im gesamten Teils angeordnet sind. Diese Nadeln sind an Schie-Brennstoffelement durch die Vergrößerung des 5 nen 40 aufgehängt, welche am Kopf 22 befestigt sind. Strömungsquerschnitts für den Kühlmittelstrom im Um ihre freie Ausdehnung zu ermöglichen, sind Bereich der Ausdehnungskammern bei unveränder- diese an ihren unteren Enden freien Nadeln der tem Druckabfall im Bereich der mit Spaltmaterial ersten Gruppe 10 α einfach von den Nadeln der gefüllten Teile der Nadeln erreicht. zweiten Gruppe 10 b und denen des oberen Bündels

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden io 12 geführt.

als Beispiel eine Ausführungsform des erfindungs- Die vom Rest der Nadeln des mittleren Bündels

gemäßen Brennstoffelements mit Bezug auf die gebildete zweite Gruppe 10 b, die die zwischen den

F i g. 1 und 2 beschrieben, die einen Aufriß des obe- Nadeln der ersten Gruppe 10 α und dem Gehäuse 16

ren Teils und des unteren Teils des Brennstoffele- bestehende Ringzone einnimmt, besitzt Ausdehnungs-

ments im Schnitt längs einer durch die Achse gehen- 15 kammern 17 unterhalb des vom Spaltmaterial ein-

den Ebene zeigen. genommenen Bereichs. Diese Nadeln sind am Rost

Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Brennstoffelement 32 aufgehängt und an ihrem unteren Ende vom Git-

besteht aus einem Gehäuse, das einerseits ein mitt- ter 36 geführt. Der mit Spaltmaterial gefüllte Teil

leres Bündel 10 a, 10 b von mit Spaltmaterial gefüll- aller zum mittleren Bündel 10 gehörenden Nadeln

ten Nadeln, das den gesamten Querschnitt des 20 befindet sich auf der gleichen Höhe, während die

Gehäuses einnimmt, und andererseits ein oberes Ausdehnungskammem nach der einen und anderen

Bündel 12 und ein unteres Bündel 14 von mit Brut- Seite axial entgegengesetzt zu den Nadeln der jeweils

material gefüllten Nadeln enthält. Das Gehäuse anderen Gruppe angeordnet sind, und zwar die einen

besteht aus einem rohrförmigen Mantel 16 mit hexa- oberhalb des mit Spaltmaterial gefüllten Bereichs, die

gonalem Querschnitt, dessen unteres und dessen 25 anderen unterhalb davon.

oberes Ende an einem massiven, mit Kühlmittelein- Der Kühlmittelkreislauf in einem solchen Brenn-

trittsöffnungen 20 versehenen Fuß 18 bzw. an einem Stoffelement ergibt sich aus den Figuren. Das gemäß

mit Kühlmittelaustrittsöffnungen 24 versehenen Kopf den Pfeilen / durch die Öffnungen 20 eintretende

22 befestigt sind. Kühlmittel steigt im Fuß nach oben. Der größte Teil

Die Nadeln, welche das untere Bündel 14 und das 30 des Kühlmittelstroms strömt längs des von den obere Bündel 12 bilden, sind in einem zentrierten Nadeln des unteren Bündels 14 und den Ausdehhexagonalen Gitter angeordnet. Sie ruhen auf am nungskammern 17 der Gruppe 10 b begrenzten Mit-Fuß 18 befestigten Schienen 30 bzw. einem mit dem telgangs nach oben, wobei er diese Bereiche überMantel 16 fest verbundenen Rost 32. Die oberen brückt, deren Wärmeentwicklung verhältnismäßig Enden der Nadeln dieser beiden Bündel werden 35 gering ist. Der Kühlmittelstrom verteilt sich anjeweils von Rosten 36 und 38 geführt. schließend zwischen den Einschnürungen der Gruppe

Im Gegensatz zum mittleren Bündel 10 a, 10 b 10 b und kühlt homogen die mit Spaltmaterial genehmen das untere Bündel 14 und das obere Bündel füllten Teile der zu den beiden Gruppen 10 b und 12 nur eine Ringzone des Gehäuses bis zum Mantel 10 α des mittleren Bündels gehörenden Nadeln. In ein und lassen einen axialen Bereich frei. 40 der Höhe des Rostes 32 entweicht der Hauptteil des

Die einen kleineren Durchmesser als die Nadeln Kühlmittelstroms seitlich in das obere Bündel 12, das des oberen Bündels 12 und unteren Bündels 14 auf- infolge des größeren Durchmessers der Nadeln einen weisenden Nadeln des mittleren Bündels 10 sind geringeren Druckabfallkoeffizienten als die Gruppe ebenfalls in einem zentrierten hexagonalen Gitter 10 a im axialen Bereich des Bündels aufweist. Inzusammengefaßt. Jede dieser Nadeln besitzt einen 45 folgedessen umströmt nur ein geringer Teil des Geersten, mit Spaltmaterial (beispielsweise einer Säule samtstroms im Brennstoffelement die Ausdehnungsvon Oxidpastillen) gefüllten und im wesentlichen die kammern, und der Druckabfall ist durch das Vorhan-Hälfte der Länge der Hülle einnehmenden Teil sowie densein eines Parallelkanals von großem Querschnitt einen zweiten Teil, der vom ersten Teil durch eine erheblich herabgesetzt.

Einschnürung 42 getrennt ist, welche eine Ausdeh- 50 Es sind zahlreiche Abwandlungen der Erfindung nungskammer 17 darstellt, in der sich die Spaltgase möglich. Insbesondere kann die Anordnung der Aussammeln. Bei der gezeigten Ausführungsform sind dehnungskammern umgekehrt werden. Ferner kann die Ausdehnungskammem langer als die Nadeln des das untere Bündel den gesamten Querschnitt des oberen Bündels 12 und des unteren Bündels 14. Gehäuses einnehmen, wenn man in Kauf nimmt, daß

Erfindungsgemäß sind die Nadeln des mittleren 55 das obere und das untere Bündel nicht identisch

Bündels 10 in zwei Gruppen 10 α und 10 b aufgeteilt. sind. Auch können die Ausdehnungskammem in ver-

Die erste Gruppe 10 a, die den axialen Bereich des schiedener Weise abwechseln, beispielsweise im

Bündels mit einem Querschnitt entsprechend dem Zickzack oder in Reihen. Schließlich kann das

Querschnitt des vom oberen Bündel 12 und vom Brennstoffelement eine Mittelstütze besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 . ordneten Nadeln aufweist. Dieses Gehäuse beste! Patentansprüche: aus ejnem rohrförmigen Mantel, der an seinem ob<

1. Brennstoffelement für Kernreaktoren, das ren Ende mit einem Handhabungskopf und an seinei mindestens ein Bündel von mit Spaltmaterial ge- unteren Ende mit einem Fuß versehen ist, welche füllten, an ihrem einen Ende mit Ausdehnungs- 5 in ein die Gesamtheit der Brennstoffelemente tragen kammern versehenen und in einem einen Kühl- des Traggerüst eingreift. Die Nadeln eines Bündel mittelkreislauf bildenden rohrförmigen Gehäuse sind in einem zentrierten hexagonalen Gitter an angeordneten Nadeln aufweist, wobei die mit geordnet, nehmen fast den gesamten Querschnitt de Spaltmaterial gefüllten Teile aller Nadeln sich Mantels ein und werden an ihrem einen Ende voj im Gehäuse auf gleicher Höhe befinden, da- io am Fuß oder am Mantel befestigten Schienen ge durch gekennzeichnet, daß die Nadeln tragen. Das mittlere Bündel der Nadeln enthält Spalt in zwei Gruppen (10 a, 10 b) unterteilt sind, deren material, während die beiden in axialer Richtung Ausdehnungskammern (17) axial entgegengesetzt äußeren Nadelbündel Brutmaterial enthalten ode zu den Enden der Nadeln der jeweils anderen eine Neutronenabschirmung bilden.

Gruppe angeordnet sind, und zwar die einen 15 Außer bei den mit Gasabzuglöchern versehener

oberhalb des mit Spaltmaterial gefüllten Be- Brennstoffelementen umgrerfzt die Hülle der dat

reichs, die anderen unterhalb davon. Spaltmaterial enthaltenden Nadeln außerhalb einer

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, da- von diesem Material (im allgemeinen eine Säule von durch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe (10 a)' Oxid-Tabletten) eingenommenen Zone eine Ausdehvon Nadeln im axialen Bereich des Bündels und 20 nungskammer zur Aufnahme der Spaltgase. Die die andere Gruppe (10 έ) von Nadeln in einer Länge dieser Kammer kann von der gleichen Größenvon den Nadeln der ersten Gruppe (10 a) und dem Ordnung wie die vom Spaltmaterial eingenommene Gehäuse (16) gebildeten Ringzone angeordnet ist. Zone sein.

3. Brennstoffelement nach Anspruch 2, da- Gemäß einer auf Seite 84 bis 86 des Juli/Augustdurch gekennzeichnet, daß es außerdem in axialer 25 Hefts 1965 des »Bulletin d'Information Scientifique et Richtung beiderseits des Bündels (10) je ein Technique« beschriebenen Ausführungsform besitzt äußeres Bündel (12, 14) von mit Brut- oder Ab- ein Brennstoffelement der beschriebenen Art außer schirmungsmaterial gefüllten Nadeln mit gegen- den drei Nadelbündeln einen oberen Neutronenüber den mit Spaltmaterial gefüllten Nadeln des abschirmungsstopfen.

mittleren Bündels (10) größerem Durchmesser 30 Die eine und die andere dieser Ausbildungen beaufweist und daß dabei das eine äußere Bündel sitzen einen Nachteil darin, daß der größte Teil des (12) die von den Ausdehnungskammern (17) der Druckabfalls des Kühlmittels im Brennstoffelement Nadeln der im axialen Bereich angeordneten bei dessen Durchtritt durch das mittlere Bündel von Gruppe (10 a) und dem Gehäuse (16) begrenzte mit Spaltmaterial gefüllten Nadeln von kleinerem freie Ringzone einnimmt. 35 Durchmesser als dem der mit Brutmaterial gefüllten

4. Brennstoffelement nach Anspruch 3, da- Nadeln des oberen und unteren Bündels auftritt. Die durch gekennzeichnet, daß auch das andere Ausdehnungskammern, deren Länge etwa die Hälfte äußere Bündel (14) eine vom Gehäuse (16) be- der Länge der Nadeln beträgt, sind daher für einen grenzte Ringzone einnimmt und innen einen erheblichen Teil (etwa ein Drittel im Fall eines Brenn-Hohlraum frei läßt, dessen Querschnitt dem 40 Stoffelements mit drei übereinander angeordneten Raumbedarf der Gruppe (10 a) im axialen Be- Bündeln) des gesamten Druckabfalls des Kühlmittels reich entspricht. . im Brennstoffelement verantwortlich. Anders gesagt,

5. Brennstoffelement nach einem der An- da die Förderhöhe der Kühlmittelpumpen des Reak-

sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tors hauptsächlich zur Überwindung des Druckver-

Hüllen der Nadeln des mittleren Bündels (10) 45 lusts beim Durchströmen der Brennstoffelemente

eine Einschnürung (42) zwischen dem mit Spalt- benötigt wird, erfordert die Ausdehnungskammer

material gefüllten Teil und der Ausdehnungs- allein bereits etwa ein Viertel dieser Förderhöhe,

kammer (17) aufweisen. während infolge fehlender Wärmeentwicklung auf

dieser Höhe der Durchgang der gleichen Kühlmittel-

50 menge wie im Bereich des Spaltmaterials unnütz ist.

Durch die Erfindung soll ein Brennstoffelement geschaffen werden, das diesen Nachteil vermeidet

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffelement für und durch Verringerung des Druckabfalls im Bereich Kernreaktoren, das mindestens ein Bündel von mit ' der Ausdehnungskammer eine geringere Förder-Spaltmaterial gefüllten, an ihrem einen Ende mit 55 leistung des Kühlmittelkreises erfordert bzw. bessere Ausdehnungskammern versehenen und in einem Kühlung der mit Spaltmaterial gefüllten Nadeln ereinen Kühlmittelkreislauf bildenden rohrförmigen reicht.

Gehäuse angeordneten Nadeln aufweist, wobei die Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Brenn-

mit Spaltmaterial gefüllten Teile aller Nadeln sich Stoffelement der eingangs angegebenen Art gelöst,

im Gehäuse auf gleicher Höhe befinden. Ein solches 60 das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nadeln in

Brennstoffelement ist besonders in einem mit schnei- zwei Gruppen unterteilt sind, deren Ausdehnungs-

len Neutronen betriebenen und durch einen Kreislauf kammern axial entgegengesetzt zu den Enden der

von flüssigem Metall gekühlten Kernreaktor ver- Nadeln der jeweils anderen Gruppe angeordnet sind,

wendbar. und zwar die einen oberhalb des mit Spaltmaterial

Beispielsweise ist aus der französischen Patent- 65 gefüllten Bereichs, die anderen unterhalb davon,

schrift 1 291 633 ein Brennstoffelement bekannt, das Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den

drei axial übereinander angeordnete Bündel von in Unteransprüchen,

einem Gehäuse mit hexagonalem Querschnitt ange- Durch die Erfindung wird trotz einer Vergrößerung