DE1764914A1

DE1764914A1 - Fissile material arrangement

Info

Publication number: DE1764914A1
Application number: DE19681764914
Authority: DE
Inventors: Michel M Alain; Dewandeleer M Jean
Original assignee: Belgonucleaire SA
Current assignee: Belgonucleaire SA
Priority date: 1967-09-07
Filing date: 1968-09-03
Publication date: 1971-12-02
Also published as: GB1169868A; FR1585673A; BE703561A

Description

».,..-.... . 17649 H»., ..-..... 17649 H.

Rudolf Busselmder Rudolf Busselmder Augsburg, den 28. August 1968Augsburg, August 28, 1968

Patentanwalt ' ■ Patent attorney '■

Augsburg · Rehlingeiutraße β Priorität: Belgien, Augsburg Rehlingeiutraße β Priority: Belgium,

FMt*di«kkonto: Münchtn Nr. 7453» ■ f _# September - 1907 , FMt * di «kkonto: Münchtn Nr. 7453» ■ f _# September - 1907,

Nr. P.V. 48.204 5202/37 belg.P«t. 703.561No. P.V. 48.204 5202/37 Belgium P «t. 703.561

Gr/Wa BuGr / Wa Bu

PatentanmeldungPatent application

BELGONUCLEAIRE S.A., 35, Rue des Colonies, Brüssel 1, BelgienBELGONUCLEAIRE S.A., 35, Rue des Colonies, Brussels 1, Belgium

SpaltstoffanordnungFissile material arrangement

Die Erfindung betrifft Spaltstoffanordnungen für Kernreaktoren.The invention relates to fuel assemblies for nuclear reactors.

Bei solchen Anordnungen ist das Spaltmaterial (spaltbar oder brütbar) im allgemeinen in Form von Elementen, etwa Stäben oder Platten usw., angeordnet, welche gebündelt im Inneren eines Gehäuses gruppiert sind. Das Kühlmittel bzw. die Kühlflüssigkeit zirkuliert im allgemeinen zwischen diesen Elementen in Durchgängen, die bei solchen Anordnungen unter dem Namen "Kühlkanäle" ("channels", "Chenaux") bekannt sind.In such arrangements, the fissile material (fissile or incubable) is generally in the form of Elements, such as rods or plates, etc., arranged, which are grouped bundled inside a housing are. The coolant or the coolant generally circulates between these elements in passages, which in such arrangements are called "Cooling channels" ("channels", "Chenaux") are known.

Im Inneren von bestimmten Spaltstoffanordnungen können die erzeugten Leistungen (Wärme) sehr unterschiedlich sein, je nach Lage des betrachteten Brennstoffelements relativ zur Achse des Kern«· Da eich dieInside of certain nuclear fuel assemblies, the generated services (heat) can be very different, depending on the position of the observed fuel element relative to the axis of the core "· Since the calibration

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Gr/Wa - 2 - 28. August I968Gr / Wa - 2 - August 28, 1968

in den Kanälen fließenden Teilströme des KühlmittelsPartial streams of the coolant flowing in the channels

im Inneren einer solchen Anordnung bzw. der KühlflüssigkeitVsehr wenig vermischen, istMix very little inside such an arrangement or the cooling liquid die Austrittstemperatur des Kühlmittels bei Kanälen im Bereich der starken Leistungsabgabe beträchtlich höher als bei Kanälen des Bereichs mit schwacher Leistungsabgabe. Daraus resultieren Ungleichmäßigkeiten der Verteilung der Temperaturen im Kühlmittel und demzufolge in den Ausrüstungen bzw. Geräten, die mit diesem in Berührung stehen (Gehäuse; Hülle der Brennstoffelemente, usw. ···).the outlet temperature of the coolant in ducts in the region of the strong power output considerably higher than in the case of channels in the region with weak Power output. This results in irregularities in the distribution of the temperatures in the coolant and consequently in the equipment or devices that are in contact with it (housing; casing of Fuel elements, etc. ···).

Darüberhinaus ist bei solchen Anordnungen der Durchsatz des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit bedingt durch Kriterien der Temperatur; diese kann einen maximalen Wert in den "heißen Kanälen" nicht überschreiten (d.h. die Grenzen für die maximale Temperatur in heißen Kanälen bestimmen den Mindestdurchfluß in einer solchen Anordnung).In addition, in such arrangements, the throughput of the coolant or the cooling liquid due to criteria of temperature; this cannot have a maximum value in the "hot channels" (i.e. the limits for the maximum temperature in hot channels determine the minimum flow in such an arrangement).

In den Anordnungen mit ungleichmäßiger Freisetzung von Wärme ist die mittlere Temperatur (des Kühlmittels) am Ausgang spürbar geringer als bei Anordnungen mit gleichmäßiger Wärmeabgabe, was ein· Absenkung der Gesamttemperatur des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit beim Ausgang aus dem Reaktor nach sich zieht, woraus ein Wirkungsgradverlust * der gesamten Anlage resultiert·In the arrangements with uneven release of heat, the mean temperature (des Coolant) at the outlet is noticeably lower than in arrangements with uniform heat emission, which is a Lowering of the total temperature of the coolant or the cooling liquid at the exit from the reactor which results in a loss of efficiency * of the entire system

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Spaltet off anordnung vor, welche diese Nachteile dadurchThe present invention proposes a split-off arrangement which eliminates these disadvantages

109849/0287 BAD ORIGfNAL109849/0287 BAD ORIGfNAL

5202/37 17 6 A 91 A5202/37 17 6 A 91 A

Gr/Wa - 3 - 28. August 196βGr / Wa - 3 - August 28, 196β

vermeidet, daß der Spaltstoff in Längsrichtung in zwei oder mehrere Bündel unterteilt ist, zwischen denen eine oder mehrere Vorrichtungen zum Umlenken μηα/oder Vermischen des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit bzw. der einzelnen Kühlmittelströme angeordnet sind.avoids that the fissile material is divided into two or more bundles in the longitudinal direction, between which one or more devices for deflecting μηα / or mixing the coolant or the coolant or the individual coolant flows are arranged.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der folg enden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.Further details and features of the invention are the following description, claims and to be taken from the drawing.

Diese Vorrichtungen zwingen das Kühlmittel bzw. Teilströme desselben zum Übergang von bestimmten Kanälen eines Bündels zu anderen mit unterschiedlicher Leistungsabgabe im nachfolgenden Bündel. Beispielsweise im Falle einer in zwei Bündel unterteilten Spa. +. et off -anordnung bewirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Umlenken des Kühlmittels von den "heißen Kanälen" des ersten Bündels in die "kalten Kanäle" des zweiten Bündels und umgekehrt. Auf diese Weise erhält man am Ausgang eine gleichmäßigere Temperatur des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit.These devices force the coolant or partial flows of the same to pass through certain Channels from one bundle to others with different power output in the following bundle. For example in the case of a spa divided into two bundles. +. et off arrangement effects the device according to the invention diverting the coolant from the "hot channels" of the first bundle into the "cold channels" of the second bundle and vice versa. That way it gets a more uniform temperature of the coolant or coolant is obtained at the outlet.

Ein Ausführungsbeispiel: der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt;die Figuren der ZeichnungAn embodiment: the invention is shown in the drawing; the figures of the drawing zeigen:demonstrate:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfingungsgemäßen Anordnung,1 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention,

109849/02 8 7109849/02 8 7

Gr/Wa - k - 28. August I968Gr / Wa - k - August 28, 1968

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoffanordnung1 Fig. 3 einen Schnitt gemäß A-A der Fig. 2,2 shows a longitudinal section through a fuel assembly 1 according to the invention 3 shows a section according to A-A of FIG. 2, Fig. 4Fig. 4

bis 6 unterschiedliche Ausführungeformen derup to 6 different versions of the Vorrichtung zum Umlenken bzw. Mischen des Kühlmittelstroms, in perspektivischer Darstellung.Device for deflecting or mixing the Coolant flow, in a perspective view.

Gemäß Fig. 1 sind die Brennstoffelemente 1 im -Inneren einer Umhüllung oder eines Gehäuses 2 in zwei übereinanderliegenden Bündeln 3 und k angeordnet, wobei jedes einen Bereich 5 mit starker Leistungsabgabe (heiße Kanäle) und einen Bereich 6 mit schwacher Leistungsabgabe (kalte Kanäle) umfaßt· Das Kühlmittel (dessen Zirkulationsrichtung mit Hilfe der Pfeile angedeutet ist) tritt an einer Verlängerung 7 des Gehäuses ein, durchläuft das Bündel in den parallelen Kanälen und gelangt schließlich zur Vorrichtung 9i diese besteht aus einem profiliertem, d.h. Mit Leitflächen zum Umlenken bzw. Mischen des Kühlmittels versehenen Teil, derart, daß die Flüssigkeit, welche die heißen Kanäle 5 des Bündels 3 durchlaufen hat zu den kalten Kanälen 6 des Bündele k und umgekehrt geleitet wird.According to Fig. 1, the fuel elements 1 are arranged inside a casing or a housing 2 in two superposed bundles 3 and k , each comprising an area 5 with strong power output (hot channels) and an area 6 with weak power output (cold channels) The coolant (whose direction of circulation is indicated with the aid of the arrows) enters an extension 7 of the housing, runs through the bundle in the parallel channels and finally arrives at the device 9i which consists of a profiled, ie with guide surfaces for deflecting or mixing the Part provided with coolant, such that the liquid which has passed through the hot channels 5 of the bundle 3 is directed to the cold channels 6 of the bundle k and vice versa.

Auf diese Weise erreicht man eine wesentliche Vergleichmäßigung der Temperaturen des Kühlmittels am Ausgang aus den verschiedenen Kanälen. Die noch verbleibenden Temperaturunterschiede des KühlmittelsIn this way, the temperatures of the coolant are substantially evened out at the exit from the various channels. The remaining temperature differences of the coolant i fi a 8 4 9 / 0 ,i fi a 8 4 9/0,

5202/37 17649U5202/37 17649U

Gr/Wa - 5 - 28. August 1968Gr / Wa - 5 - August 28, 1968

am Ausgang hängen von der in der Umlenkvorrichtung erzeilten Durchmischung der Flüssigkeit ab; diese Durchmischung könnte im übrigen noch verbessert werden durch eine Einrichtung, welche die Turbulenz erhöht, und welche in der Umlenkvorrichtung selbst angeordnet ist. Darüberhinaus kann man oben am Bündel k eine Mischvorrichtung vorsehen, welche die Ausgangstemperaturen noch weiter vergleichmäßigen würde.at the outlet depend on the mixing of the liquid produced in the deflection device; this intermixing could also be improved by a device which increases the turbulence and which is arranged in the deflection device itself. In addition, a mixing device can be provided at the top of the bundle k , which would make the starting temperatures even more uniform.

Die hauptsächlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter anderem:The main advantages of the present invention include:

a) Eine bedeutende Verminderung der Temperaturunterschiede des Kühlmittels zwischen den Kanälen einer Spalt stoffanordnung mit ungleichmäßiger Leistungsabgabe, und infolgedessen eine Verminderung der daraus resultierenden (Wärme-) Spannungen und Verformungen,a) A significant reduction in the temperature differences of the coolant between the Channels of a gap material arrangement with uneven Power output, and consequently a reduction in the resulting (thermal) stresses and deformations,

b) eine Erhöhung der mittleren Temperatur des Kühlmittels in allen Spaltstoffanordnungen mit ungleichmäßiger Leistungsabgabe, und demzufolge eine Erhöhung der mittleren Temperatur des Kühlmittels, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades der gesamten Anlage zur Folge hat.b) an increase in the mean temperature of the coolant in all fissile material arrangements with uneven power output, and consequently an increase in the mean temperature of the coolant, which is an improvement the efficiency of the entire system.

Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 Beispiel für eine Anwendung der Erfindung ein«In the following, using FIGS. 2 and 3, an example of an application of the invention is given.

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5202/37 Gr /Em 1 76 A 9 1 A5202/37 Gr / Em 1 76 A 9 1 A

Bu - 6 - 28. August I968Bu - 6 - August 28, 1968

Anordnung des radialen Mantel^eines schnellen natriumgekühlten Reaktors, d.h. z.B. eine Anordnung des radialen Mantelmaterials, beschrieben. Die Ungleichmäßigkeiten der Leistungsabgabe im Innneren einer solchen Anordnung sind besonders hoch und das Verhältnis zwischen der maximalen Leistung (in den dem Kern am nächsten liegenden Stäben) und der minimalen Leistung (in den vom Kern am weitesten entfernten Stäben) kann die Größenordnung von 5 annehmen.Arrangement of the radial jacket ^ of a rapid sodium-cooled reactor, i.e. for example an arrangement of the radial jacket material. The irregularities in the power output inside such an arrangement are particular high and the ratio between the maximum power (in those closest to the core Rods) and the minimum power (in the rods furthest away from the core) can be of the order of 5.

Die Anordnung umfaßt zwei Bünden 11 und 12 aus jeweils 90 Brutstoffstäben 13, welche eine Umhüllung aus rostfreiem Stahl zur Aufnahme des Brutmaterials besitzen. Die Stäbe 13 sind im Inneren eines hexagonalen Gehäuses lh in einem Dreiecksmuster bzw. Dreiecksgitter angeordnet. Die Brutstoffstäbe sind in jedem der Bündel 11 und 12 durch obere und untere Kerntraggitter I5 und l6 gehalten.The arrangement comprises two collars 11 and 12 of 90 breeding material rods 13 each, which have a casing made of stainless steel for receiving the breeding material. The rods 13 are arranged inside a hexagonal housing lh in a triangular pattern or triangular grid. The breeding rods are held in each of the bundles 11 and 12 by upper and lower core support grids 15 and 16.

Die Umlenkvorrichtung 17 bildet eine Einheit mit dem oberen Kerntraggitter I5 des Bündels 11 und dem unteren Kerntraggitter l6 des Bündele 12. Die Einheit der Kerntraggitter 15 und l6 und die Vorrichtung 17 sind in dem Gehäuse 14 mit Hilfe eines zentralen Stabes l8 gehalten, welcher im Fuß 19 der Anordnung befestigt ist. Neben der Befestigung der Bündel 11 und 12 im Gehäuse lk ermöglicht der Stab 18 auch ein leichtes Einführen der Bündel in das Gehäuse. Die Zirkulationsrichtung des Natriums ist mitThe deflection device 17 forms a unit with the upper core support lattice I5 of the bundle 11 and the lower core support lattice l6 of the bundle 12. The unit of the core support lattice 15 and l6 and the device 17 are held in the housing 14 with the help of a central rod l8 which is in the foot 19 of the assembly is attached. In addition to securing the bundles 11 and 12 in the housing 1k , the rod 18 also enables the bundles to be easily inserted into the housing. The direction of circulation of the sodium is with

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Gr/Wa - 7 - 28. August I968Gr / Wa - 7 - August 28, 1968

den Pfeilen 20 dargestellt.the arrows 20 shown.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Umlenkvorrichtung. Die Fig. k zeigt eine Umlenkvorrichtung in Form einer Schraubfläche (nämlich in Art einer archmedischen Schraube); die Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung ähnlicher Art aber mit drei Armen bzw* Flügeln und die Fig. 6 eine Vorrichtung mit gekreuzten Durchgängen, in welcher eine Hälfte Flüssigkeitsmenge durch einen zentralen Kanal hindurchläuft, während die andere Hälfte den zentralen Kanal allseitig umfließt.4, 5 and 6 show exemplary embodiments of the deflection device according to the invention. FIG. K shows a deflection device in the form of a screw surface (namely in the manner of an Archmedic screw); FIG. 5 shows a device of a similar type but with three arms or wings, and FIG. 6 shows a device with crossed passages in which one half of the amount of liquid runs through a central channel, while the other half flows around the central channel on all sides.

- Batentansprüche«·- Batent claims «·

ι (J :i 8 /+ 9 / ':ι (J: i 8 / + 9 / ':

Claims

17649U Augsburg, August 28, 1968 claims;

1. Spaltstoffanordnung für Kernreaktoren, dadurch gekennz eichnet, daß der Spaltstoff in Längsrichtung in mehrere Bündel (3,4;11,12) unterteilt ist, zwischen denen eine oder mehrere Vorrichtungen (9;17) zum ^umlenken des Kühlmittels bzw./Kühlflüssigkeit bzw. der einzelnen Kühlmittelströme angeordnet sind.1. Fissile material arrangement for nuclear reactors, characterized in that the fissile material is divided in the longitudinal direction into several bundles (3, 4; 11, 12), between which one or more devices (9; 17) for ^u menken the coolant or / coolant or the individual coolant flows are arranged.

2. Spaltstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spaltstoff in zwei Bündel (3,4; 11,12) unterteilt ist, zwischen denen sich eine Vorrichtung (9,17) zum Umlenken des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit bzw. Teilströme des Kühlmittels befindet.2. Fissile material arrangement according to claim 1, characterized in that the fissile material in two Bundle (3,4; 11,12) is divided between which a device (9, 17) for deflecting the coolant or the cooling liquid or partial flows of the coolant is located.

3. Spaltstoffanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Umlenkvorrichtung (en) (9,17) als Mischvorrichtung(en) ausgebildet ist (sind).3. Fissile material arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that the deflection device (s) (9, 17) as mixing device (s) is (are) trained.

4. Spaltstoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkvorrichtung(en) (9t17) schrau-4. Fissile material arrangement according to one or more of the Claims 1 to 3 * characterized in that the deflection device (s) (9t17) screw

flachen beiwörmig ausgebildet ist (sind).flat is (are) shaped.

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BAD ORKSSWALBAD ORKSSWAL

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Bu -X- August 28, 1968

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5. Spaltβtoffordnung according to one or more of claims 1 to 4, characterized gekennz eichn et that the bundles (3,4; 11,12) in a manner known to eich of fuel rods arranged parallel to each other JA ", ^ exist with spaces.

6. Fissile material arrangement according to one or more of the Claims 1 to 5 »characterized in that the deflection device (9» 17) in one Carrier is arranged, which has two spaced-apart end walls (l5, l6), these End walls (I5 »l6) abutments, bores or the like for receiving the fuel rod ends of the neighboring ones Own bundle.

7. Fissile material arrangement according to claim 6, characterized in that the end walls (15, l6) Have passage openings for coolant or the coolant.

8 * Fissile material arrangement according to one or more of the claims 1 to 71 by the fact that an incoming from a bundle (e.g. 11) and through-flowing cooling liquid partial flow (20) in such a way is deflected so that it is not aligned with the channel of the incoming partial flow in one or more others Channels of the next bundle (12) flows in.

9. Fissile material arrangement according to one or more of the claims 1 to 8, characterized in that that seen in flow direction at the end of the last bundle ft'JIMiMUIIMMi a MHMHBOHMliiaftHt

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Bu - y~ Bu - y ~ 28. AugustAugust 28th

Mixing device is arranged .

10. Fissile material arrangement according to one or more of claims 1 to 9 « characterized in that the deflecting device (9» 17) has a device for increasing the turbulence in the coolant .

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