DE1639031C - Brennstoffelement Anordnung fur einen Kernreaktor - Google Patents

Description

F i g. 3 eine Ausführungsform eines bei der Anordnung gemäß Fig. I vorgesehenen Gitters mit Ablenkflügeln in Draufsicht,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus F i g. 3 in genauerer Darstellung.

F i e. 5 einen Querschnitt entlanc der Linie V-V in F ig. 4.

F i g. ο eine ausschnittweize Draufsicht auf eine weitere bei der Anordnung gemäß F i g. 1 verwendbare AusfüHrungsform eines Gitters mit Ablenkflügeln.

F i g. 7 in perspektivischer Darstellung unter Beschränkung auf einige der Vielzahl vorhandener Ablenkflügel einen sich zwischen mehreren Gittern gemäß F i g. 6 ergebenden Strömungsweg.

In Fig. 1 und 2 ist eine von mehreren gleichartigen bündeiförmigen Brennstoffelement-Anordnungen 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Das Brennstoffelernentbündel IO umfaßt ein oberes Gerüst 12, ein unteres Gerüst 14. eine Vielzahl von auf dem unteren Gerüst 14 aufsitzenden, parallel angeordneten Drennstoff-F-lementen 22, eine Vielzahl von in Längsrichtung der Elemente 22 beabstandeten und sich quer zu den Elementen 22 erstreckenden Gittern 18, 20, mehrere sich parallel zu den Elementen 22 erstreckende, in den Gerüsten 12, 14 gehaltene und die Gitter 18.20 tragende Röhren 16 und mehrere in die Röhren 16 zu Regelungszwecken einschiebbare, gemeinsam an einem Kopf 36 aufgehängte, ins einem ModeratormaterLl bestehende Steuerstäbe 104. Die Elemente 22 bilden zwischen sich eine Vielzahl von sich in ihrer Längsrichtung erstreckenden Durchflußkanälen 86 (Fi g. 5) für ein Kühlmittel. Der Kühlmittelstrom verläuft im allgemeinen in Längsrichtung der Elemente 22. und /war in Fig. I in senkrechter Richtung nach oben.

Die Ausbildung der Gitter 20 ist aus den Fig. 3 bis 5 erkennbar. Sie bestehen aus einer Vielzahl von sich rechtwinklig kreuzenden, an nicht gezeigten Schlitzen ineinandergesteckten Streifen 62 und Randstreifen 62". Die Streifen 62 bilden zwischen sich öffnungen 66, durch die sich die Elemente 22 und die Rohren 16 erstrecken. Zur seitlichen Halterung der Elemente 22 und zur reibschlüssigen Verbindung mit diesen weisen die Streifen 62 steife Sicken 68 und eingestanzte Federn 70 auf, die sich jeweils auf gegenüberliegenden Seiten ar. ein Element 22 anlegen. Zur Befestigung der Gitter 20 und ebenfalls des obersten und untersten Gitters 18 an den Röhren 16 weisen die Streifen 62 an den entsprechenden Öffnungen 66 jeweils bogenförmige Vorsprünge 74 auf, die sich an den Umfang einer Röhre 16 anlegen. Die Vorsprünge 74 erstrecken sich in Fig. 5 von den Streifen 62 nach unten und oben, wobei jeweils ein oberes Paar von Vorsprüngen 74 gegenüber dem unteren Paar rechtwinklig versetzt ist. Jeder Vorsprung 74 ist an einer Rohre 16 mittels Schweißstellen 76 befestigt.

Jedes Gitter 20 weist weiter an seiner Ober- und an seiner Unterseite eine Vielzahl von oberen bzw. unteren Ablenkflügcln 78 a bzw. 78 b nuf. Diese sind an den Streifen 62 gebildet und an den Kreuzungsstellen 82 der Gitter 20 angeordnet. Zur seitlichen Ablenkung des Kühlmittelsi.'omes sind die Ablenkflügel 78 a, 78 b in bezug auf die Längsrichtung der Elemente 22 und der Durchflußkanäie 86 unter einem Winkel von 20 bis 40°, vorzugsweise von 28 bis 30^c, geneigt angeordnet. Damit die Ablenkflügel 78 a, 78 b eine große Fläche aufweisen, andererseits aber erforderlichenfalls den Durchtritt der Röhren 16 nicht behindern, verjüngen sich die Ablenkflügel 78 a, 78 b /u ihrem freien Ende hin. und zwar weisen sie jeweils zwei bogenförmige, konkave Ausschnitte 84 (Fig. 5) auf. Zur Erleichterung der Montage der Gitter 2G sind die oberen Ablenkflügel 78« auf in einer Richtung verlaufenden, parallelen Streifen 62 und die unteren Ablenkflügel 78 b auf in der dazu senkrechten Richtung verlaufenden Streifen 62 angeordnet. Die Randstreifen 62" tragen auf ihrer Überseite ebenfalls Ab-

lenkflügel 78 α sowie auf ihrer Unterseite weitere Flügel 80.

Das oberste und das unterste Gitter 18 ist im mechanischen Aufbau den übrigen Gittern 20 gleich. Die Gitter 18 weisen jedoch außer an ihren Randstreifen keine Ablenkflügel auf.

Damit das Kühlmittel Zutritt zu den Steuerstäben 104 hat, weisen die Röhren 16 seitliche Öffnungen 106 auf. durch welche das Kü^'nittel in den unteren Teil der Röhre 16 eintritt und zwischen der Röhre 16 und dem Steuerstab 104 nach oben fließt. Die Öffnungen 106 sind so groß, daß eine hydraulische Dämpfung erreicht wird, wenn die Steuerstäbe 104 im Notfall .jhnell abgesenkt werden müssen.

An Hand der F i g. 4 soll die seitliche Ablenkung

des Kühlmittels beschrieben werden. Da das Kühlmittel in F i g. 1 aufwärts strömt, kommt es zunächst mit den unteren Ablenkflügeln 78 b, dann mit den oberen Ablenkflügeln 78 a in Berührung. Jeder Ablenkflügel 78 a. 78/) lenkt das Kühlmittel in Querrichtung zur Längsrichtung der Elemente 22 von einem Durchflußkanal 86 in einen benachbarten ab. Wenn das Kühlmittel auf einen unteren Ablenkflüge! 78 b trifft, wird es in Fig. 4 senkrecht nach oben oder unten abgelenkt, wie dies durch senkrecht verlaufende Strömungspfeile

108 angedeutet ist. Wenn das Kühlmittel auf einen oberen Mischflügel 78 a trifft, wird es in einer in F i g. 4 waagerechten Richtung entsprechend einem in liicscr Richtung verlaufenden Strömungspfeü 108 abgelenkt. Insgesamt wird also jeweils das in einem er-

sten Durchflußkanal 86 fließende Kühlmittel in einer ersten Querrichtung in einen benachbarten zweiten Durchflußkanal 86 und sodann aus diesem in einer zur ersten Querrichtung senkrechten zweiten Querrichtung in einen benachbarten dritten Durchflußka-

nal 86 abgelenkt. Damit ergibt sich eine diagonal verlaufende Strömung, die innerhalb des im allgemeinen in Längsrichtung der Elemente 22 verlaufenden Kühlmitttlstromes eine Durchmischung der Teilströme der verschiedenen Durchflußka-iäle 86 bewirkt.

F i g. 4 stellt die untere Hälfte des Gitters 20 gemäß F i g. 3 dar. DL· obere Hälfte des Gilters 20 in F i g. 3 kann, soweit dies die oberen Ablenkflügel 78 a betrifft, aus der unteren Hälfte durch eine seitliche Drehung um 180° um die Mittelachse der Brennstoff -

element-Anordnung entstanden gedacht werden, d. h., die in einer Ebene oberhalb des Gitters 20 angeordneten, oberen Ablenkflügel 78 u sind punkisymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts des Gitters 20 angeordnet. Hierdurch wird eine starke Durchmischung der in den DurchflußkanäL-n 86 fließenden Teilströme unter Vermeidung deren gegenseitiger Behinderung erzielt. F i g. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem aus mehreren Gitterrosten zusammengesetzten, bei dem Brennstoffelementbündel 10 gemäß Fig. I verwendbaren

Gitter 110. Hierbei bewirken wieder Ablenkflügel 78 a, 78 i> eine Ablenkung in zueinander senkrechten Querrichtungen. Sich dabei ergebende, in entgegengesetzten diagonalen Richtungen verlaufende Strömun-

gen sind durch Strömungslinien 112, 116 angedeutet. Weiter ergibt sich eine wellenförmige, durch eine Strömungslinie 114 angedeutete Strömung, deren Zustandekommen durch die zusätzlichen Flügel 80 unterstützt wird. Es wird so wieder eine starke Durchmischung des Kühlmittels erreicht.

In F i g. 7 ist ein Strömungsweg dargestellt, der durch eine gestrichelte Strömungslinie 122 angedeutet ist. Das Kühlmittel strömt im allgemeinen in Längsrichtung der Elemente 22 a, 22 b, IXc aufwärts durch die übereinander angeordneten, mit Ablenkflügcln 78fl, 78 b versehenen Gitter HOa, 110 6, 110 c. Es wird dabei an jedem Ablenkflügel 78 a, 78 b in Querrichtung derart abgelenkt, daß sich eine räumlich diagonale Strömung ausbildet, so daß die von der Umgebung des Elements 22 c ausgehende Flußlinic 122 ar ihrem oberen Ende in der Umgebung des Element« 22 a verläuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

it

■■ j*

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Brennstoffelement-Anordnung für einen Kernreaktor mit e\ner Vielzahl von länglichen Brennsioff-Elernenten, welche im allgemeinen parallel angeordnet sind und zwischen sich eine Vielzahl \*... in Richtung der Elemente vollaufenden Durchflußkanälen für ein Kühlmittel bilden, mit einer Vielzahl von in Längsrichtung der EIemenle gegeneinander beabstandeten und sich quer zu den Elementen erstreckenden Gittern, durch deren Öffnungen sich die Elemente erstrecken, wobei die Gitter jeweils in mindestens einer zur Gitterebene parallelen Ebene angeordnete Ablcnkflügel zur seitlichen Ablenkung des im allgemeinen in Längsrichtung der Elemente verlaufenden Kühlm>!»elstromes aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ablenkflügel (78 £>) einer Ebene so geneigt ist, daß das in einem ersten Durchflußkanal (86) fließende Kühlmittel in einer ersten Querrichtung zur Längsrichtung der Elemente (22) in einen benachbarten zweiten Durchflußkanal (86) abgelenkt wird, und daß in diesen zweiten Durchflußkanal mindestens ein in der in Flußrichtung nächsten Ebene angeordneter Ablenkflügel (78 a) so geneigt ist, daß das Kühlmittel in einer zur ersten Querrichtung enkrechten zweiten Querrichtung aus dem zweiten Durchflußkaral (86) in einen benachbarten dritten Durchflußkanal (86) abgelenkt wird.

2. Brennstoffelement-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkflügel (78 a; 78 b) unter einem Winkel von 20 bis 40 in bezug auf die Längsrichtung der Durchflußkanäle (86) angeordnet sind.

3. Brennstoffelement-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkflügel (78 a; 78 b) jeweils an der Ober-und an der Unterseite der Gitter (20; 110) angeordnet sind.

4. Brennstoffelement-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkflügel (78«; 78/?) an den Kreuzungsstellen (82) der Gitter (80; 110) angeordnet sind.

5. Brennstoffelement-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Ablenkflügel (78a) auf in eine Richtung verlaufenden Streifen (62) eines Gitters (20; 110) und die unteren Ablenkflügel (78 ft) aut in der dazu senkrechten Richtung verlaufenden Streifen (62) dieses Gitters (20; 110) angeordnet sind.

6. Brennstoffelement-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ablenkflügel (78 a\ 78 6) zu ihrem freien Ende hin verfüngen.

7. Brennstoffelement-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Ebene angeordneten Ablenkflügel (78 a) punktsymmetrisch bezüglich des Mittelpunktes des Gitters angeordnet sind (Fig. 3).

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffriient-Anordnung für einen Kernreaktor mit einer Vielzahl von länglichen Brennstoffelementen, weiche inr alleemeinen parallel angeordnet sind und zwischen sieh efne Vielzahl von in Richtung der Elemente verlaufenden Durchflußkanälen für ein Kühlmittel bilden mit einer Vielzahl von in Längsrichtung der Elemente ^ eneinander beabsiar.deten und sich quer _zu den Elementen erstreckenden Gittern, du-ch deren Öffnungen sich die Elemente erstrecken, wobei die Gitter jeweils in mindestens einer zur Gittercbene parallelen Ebene angeordnete Ablenkflügel zur seitlichen Ablenkung des im allgemeinen in Längsrichtung der Elemente "verlaufenden Kühlmittelstromcs aufweisen.

Fine derartitie Anordnung wurde bereits vorgeschlagen (deutsches Patent 1 276 225). Hierbei erfolgt eine Aolenkuna des Kühlmittelstromes mittels der Ablenkflü°e] entweder in allen Durchflußkanälen in öleicher Richtung oder in entgegengesetzter Richtung. " Es ist auch ein Kernreaktor bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 043 52M), bei dem zwischen den Brennstoffelementen oder zwischen ihnen und zusät.'.ich vorgesehenen Leitkörpern Durchflußkanale fur ein Kühlmittel vorgesehen sind, die eine mehrfache FoI;>e von Richtungsänderungen des Kühlmittels bewirken. Die RichtungsändiTungen finden dabei lediglich innerhalb jedes Durchflußkanals statt. Diese Lösung bedingt eine aufwendige Herstellung, da die Brennsioifelemente und oder die besonderen Leitkörper „-ine besondere Form aufweisen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kernreaktor das Kühlmittel derart zu führen, daß es den Reaktorkern in beliebigen, diagonalen Richtungen durchsetzt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit cin.-r Brennstoffelement-Anordnung der eingangs gelernten Art dadurch gelöst, daß zumindest ein Ablenkf! 1-gel einer Ebene so geneigt ist, dali uas in einem .ersti-n Durchflußkanal fließende Kühlmittel in einer ersten Querrichtung zur Längsrichtung der Elemente in einen benachbarten zweiten Durchflußkanal abgelenkt wird, und daß in diesem zweiten Durchflußkanal mindestens ein in der in Flußrichtung nächsten Ebene angeordneter Ablenkflügel so geneigt ist, daß das Kühlmittel in einer zur ersten Querrichtung senkrechten zweiten Querrichtung aus dem zweiten Durchflußkanal in einen benachbarten dritten Durchflußkanal abgelenkt wird.

Bei der Brennstoffelement-Anordnung gemäß der Ei findung ergibt sich innerhalb des im allgemeinen in Längsrichtung der Elemente verlaufenden Kühlmittelstromes eine Querströmung, wodurch die Durchmischung des Kühlmittels verbessert ist. Insbesondere ist es möglich, einen weitgehenden Temperaturausgleich zwischen der Mitte des Reaktorkerns und dessen Randzonen zu erzielen. Die Führung des Kühlmittels in diagonalen Richtungen hat eine Verlängerung des Kühlmittelwegs innerhalb der Brennstoffelementbündel und innerhalb des Reaktorkerns zur Folge, wodurch sich eine besonders gute Ausnutzung des Kühlmittels ergibt. Weiter wird durch diese Maßnahme die Möglichkeit gewonnen, Zu- und Abfluß des Kühlmittels an beliebigen Stellen vorzusehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausfiihrungsbeispicle dargestellt sind. Es zeigt

F i g. I eine Brennstoffelement-Anordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig.l,