DE1930182A1 - Brennelement fuer Hochtemperaturreaktoren - Google Patents
Brennelement fuer HochtemperaturreaktorenInfo
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Description
NUKEM
Nuklear-Chemie und -Metallurgie Gesellschaft m.b.H.
Wolfgang b. Hanau
Brennelement für Hochtemperatürreaktoren.
Brennelemente (stab- oder blockförmige) für ITochtemperatürreaktoren
bestehen alle im Prinzip aus Graphit als Strukturmaterial mit
einer Brennstoffüllung. Der Brennstoff - beschichtete Teilchen befindet sich vorzugsweise in einem Graphitmatrixkörper, der in
das Strukturmaterial eingesetzt wird.
einer Brennstoffüllung. Der Brennstoff - beschichtete Teilchen befindet sich vorzugsweise in einem Graphitmatrixkörper, der in
das Strukturmaterial eingesetzt wird.
Es sind Vorschläge für Elemente mit Aussen- bzw. Aussen- und
Innenkühlung bekannt geworden, bei denen die brennstoffhaltigen
Graphitmatrixkörper als Hohl- oder Vollzylinder bzw. zylindrische Stäbe vorgefertigt und dann in Graphitrohre bzw. in Bohrungen von Graphitblöcken unterschiedlicher Geometrie, d.h. tetragonal,
penta- oder hexagonal eingesetzt werden.
Innenkühlung bekannt geworden, bei denen die brennstoffhaltigen
Graphitmatrixkörper als Hohl- oder Vollzylinder bzw. zylindrische Stäbe vorgefertigt und dann in Graphitrohre bzw. in Bohrungen von Graphitblöcken unterschiedlicher Geometrie, d.h. tetragonal,
penta- oder hexagonal eingesetzt werden.
Bei einem weiteren Verfahren wird der Brennstoff in vorgefertigte
Brennstoffbehälter aus Graphit gemeinsam mit einer binderhaltigen Graphitmatrix eingefüllt. Durch Verkoken des Binders verfestigt
sich die Matrix, wodurch ein mehr oder weniger fester Verbund der Einzelpartikeln untereinander wie mit dem Behälter erreicht wird, wobei der Verbundkörper selbst eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
sich die Matrix, wodurch ein mehr oder weniger fester Verbund der Einzelpartikeln untereinander wie mit dem Behälter erreicht wird, wobei der Verbundkörper selbst eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Alle diese Konzepte haben folgende prinzipielle Nachteile:
1. Das Strukturmaterial besteht praktisch immer aus gut
graphitiertem Elektrographit, während die Kohlenstoffmatrix
des brennstoffhaltigen Körpers aufgrund des Herstellungs-
des brennstoffhaltigen Körpers aufgrund des Herstellungs-
Ü098SA/ 1 074
prozesses stets beträchtliche Anteile an nicht graphitierte«
Kohlenstoff enthält, weil der brennstoffhaltige Körper
nicht auf Graphitierungstemperatur gebracht werden kann,
da sonst die Brennstoffteilchen zerstört werden. Dieses führt zu unterschiedlichen physikalischen, besonders auch
kernphysikalischen Eigenschaften zwischen Strukturgraphit und Brennstoffkörper.
2. Es ist bekannt, dass Kohlenstoff bei der erforderlichen Brennstoffelementstandzeit zunächst eine negative und danach
eine positive Dimensionsänderung erfährt, die je nach Temperatur und schneller Neutronendosis für einzelne Kohlenstoffstrukturen
sehr unterschiedlich ist. Demgemäss können sich die fabrikatorisch bedingten Spalte zwischen Strukturmaterial
und Brennstoffkörper während des Betriebes vergrössern,
was zu schlechterem Wärmeübergang und unerwünscht hohen Brennstofftemperaturen führt, andererseits können sich
die Spalte unter Umständen aber soweit verengen, dass das Strukturmaterial gesprengt wird. Eine Abstimmung zwischen
Strukturmaterial und Brennstoffkörper ist nicht möglich,
da innerhalb des Reaktors sehr unterschiedliche Temperaturen
und Flussverhältnisse herrschen.
Diese Nachteile können durch die vorliegende Erfindung vollständig
beseitigt werden. Beim Element der vorliegenden Erfindung
sind Dimensionsänderungen des Strukturgraphits und des Brennstoffkörpers möglich und zulässig, ohne daas sich dabei die
thermischen Verhältnisse ändern und die mechanischen Festigkeiten in irgendeiner Welse beeinträchtigt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Brennelement für Hoch temperaturreaktoren,
dessen besondere Merkmale darin bestehen, dass, vorzugsweise zylindrische, Brennstoffkörper, bestehend aus einer
Ö098Ü4/1074
homogenen Mischung von Kohl ons toffniatrix und beschichteten I3renns
t-o f fpartikeln und einer allseitig übergangslos umsohl i essenden
parlike1 frei en Schale aus der gleichen Kohlenstoffmatrix unter
Verwendung geeigneter Abstandshalter in ein Graphitrohr oder Bohrungen eines Graphitblocks eingesetzt sind.
Hierdurch werden thermische oder strahlungsindizierte Dimensionsänderungen
der Komponenten aufgefangen, ohne dass Temperatursteigorungen des Brennstoffs oder mechanische Spannungen im Brennelement
entstehen.
Die Herstellung der Brennelemente kann in der Weise erfolgen, dass isotrope Hrennstoffkörper aus einer Mischung von Naturgraphit
und/oder Elektrographit und Binder sowie beschichteten Hrennstoffpartikeln gemeinsam mit einer brennstofffreien Schale
der gleichen Mn<rixzusammensetzung Isostatisch oder quasi
isostatisch -gepresst sind.
Die Brennstoffkörper können unter Beibehaltung der allseitig
umschliessenden brennstofffreien Schale mit einem zentralen
Loch versehen sein. Hierbei ist eine zusätzliche direkte Innenkühlung
des Brennstoffkörpers möglich.
Die Brennstoffkörper können im Brennelement durch Abstandshalter
fixiert werden, die entweder in Form von Rippen oder Steven am Brennstoffkörper selbst schon beim Pressvorgang oder
am Graphitrohr bzw. der Bohrung des Strukturmaterials angearbeitet
sind oder getrennte Konstruktionsteile darstellen, wobei zwischen Rippe und Gegenstück soviel Spiel vorgesehen ist, dass
mögliche Dimensionsänderungen aufgefangen werden.
-A-
00 9 8S^ /Ί07 4
8AO
Zweckmässig ist es, dass die Brennstoffkörper oder das Graphitrohr oder die Bohrung des Strukturgraphits mindestens drei
Rippen aufweisen, von denen eine in eine entsprechende Nut des Gegenstücks eingreift, um eine Verdrehung des Brennstoffkörpers
zu verhindern.
Die Abstandshalter können auch als getrennte Konstruktionsteile
an zylindrischen Fortsätzen der Brennstoffkörper oder deren Mantelflächen angreifen und sioh an der Innenwand des Graphitrohres bzw. der Bohrung des Strukturgraphits mit entsprechendem
Spiel abstützen.
Bei Brennstoffkörpern mit einer zentralen Bohrung kann dieser
durch einen Graphitdorn mit zwischengelegten sternförmigen Abstandshaltern fixiert werden.
In den Abbildungen sind beispielsweise Ausführungen der erfindungsgemässen Brennelemente dargestellt.
In der Ausführung nach Figur la und Ib befinden sich die Abstandshalter 1 und 2 rippenförmig an dem Brennstoffeinsatz 3
oder an der Innenfläche des Rohres bzw. der Bohrung, wobei soviel Spiel vorgesehen wird, dass die grösetmöglichen Dimensionsänderungen aufgefangen werden. Bei dieser Ausführung ist eine
Drehung der Brennstoffeinsätze möglich.
Nach der Ausführung entsprechend Figur 2a und 2b wird die Drehung
durch eine Rippe k bzw. 5 verhindert.
Nach Figur 3a und 3b kann durch drei Rippen 6 bzw. ?, die in
tieferen Nuten des Gegenstücks eingreifen, der Brennstoff exakt
in seiner Position gehalten werden, wobei Dimensionsänderungen
keinen Einfluss haben.
009834/1074 - 5 -
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung eines Brennelementes mit
direkter Kühlung des Brennstoffkörpers kommt auch dann voll
zur Geltung, wenn die Abstandshalter als getrennte Konstruktionsteile 8 ausgeführt werden, wie in Figur ka und 4b dargestellt ist.
Bei Anwendung von Brennstoffkörpern mit zentralem Loch kann dieses auch zur Fixierung der aus den einzelnen Brennstoffkörpern gebildeten Säule durch einen zentralen Dorn 9 in
Kombination mit sternförmigen Abstandshaltern (Figur 5) dienen.
Die Brennstoffkörper haben vorzugsweise zylindrische Geometrie,
der erfindungsgemässe Vorteil bleibt aber auch dann erhalten, wenn andere Querschnitte, z.B. quadratische oder sechseckige
mit scharfen oder abgerundeten Kanten,Verwendung finden.
009884/1074
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHEBrennelement für Hoohtemperaturreaktoren mit direkter Kühlung des Brennstoffkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise zylindrische, Brennstoffkörper, bestehend aus einer homogenen Mischung von Kohlenstoffmatrix und beschichteten Brennstoffpartikeln und einer allseitig iibergangslos umschl!essenden partikelfreien Schale aus der gleichen Kohlenstoffmatrix unter Verwendung geeigneter Abstandshalter in ein Graphitrohr oder Bohrungen eines Graphitblocks eingesetzt sind.2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass isotrope Brennstoffkörper aus einer Mischung von Naturgraphit und/oder Elektrographit und Binder sowie beschichteten Brennstoffpartikeln gemeinsam mit einer brennstofffreien Schale der gleichen Matrixzusammensetzung isostatisch oder quasi isostatisch gepresst sind.3. Brennelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffkörper unter Beibehaltung der allseitig umschlieseenden brennstofffreien Schale mit zentralem Loch versehen ist.k. ,Brennelement nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffkörper durch Abstandshalter fixiert werden, die entweder In Form von Hippen oder Stegen am Brennstoffkörper selbst schon beim Pressvorgang oder am Graphitrohr bzw. der Bohrung des Strukturmaterials angearbeitet sind oder getrennte Konstruktionsteile darstellen, wobei zwischen Hippe und Gegenstück soviel Spiel vorgesehen ist, dass mögliche Dimensionsänderungen aufgefangen werden, .Q09834/1Ö745. Brennelement nach den Ansprüchen 1 bis k, dadurch gekenny.oi chnot, dass die Brennstoffkörper oder das Graphitrohr oder die Bohrung des Strukturgraphits mindestens drei Rippen aufweisen, von denen eine in eine entsprechende Nut des Gegenstücks eingreift, um eine Verdrehung des Brennstoffkörpers zu verhindern.6. Brennelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die drei Rippen oder Nuten des Brennstoffkbrpers in drei Nuten oder Rippen des Graphitrohres bzw. der Bohrung des Strukturgraphits eingreifen.7. Brennelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass Abstandshalter als getrennte Konstruktionsteile an zylindrischen Fortsätzen der Brennstoffkörper oder deren Mantelflächen angreifen und sich an der Innenwand des Graphitrohres bzw. der Bohrung des Strukturgraphits mit entsprechendem Spiel abstützen.8. Brennelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass Brennstoffkörper mit einer zentralen Bohrung durch einen Graphitdorn mit zwischengelegten sternförmigen Abstandshaltern fixiert werden.9. Rrennelement nach den Ansprüchen 1 bis ti, dadurch gekennzeichnet , dass Brennstoffkörper mit zentralen Loch innen zusätzlich direkt durch den Gasstrow kühlbar sind.10. Brennelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Brennsto.ffkörper in einen Graphitrohr oder der Bohrung des Struktur»terials in einer Säule aufeinander gestapelt sind.Frankfurt/Main, II.6.I969
' Schn/Bi 0Q98JA/-1074
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19691930182 DE1930182C3 (de) | 1969-06-13 | Blockförmiges Brennelement für Hochtemperaturreaktoren | |
| FR696929440A FR2046726B1 (de) | 1969-06-13 | 1969-08-28 | |
| BE741879D BE741879A (de) | 1969-06-13 | 1969-11-18 | |
| GB7973/70A GB1293466A (en) | 1969-06-13 | 1970-02-19 | Fuel element for high temperature reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19691930182 DE1930182C3 (de) | 1969-06-13 | Blockförmiges Brennelement für Hochtemperaturreaktoren |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1930182A1 true DE1930182A1 (de) | 1971-01-21 |
| DE1930182B2 DE1930182B2 (de) | 1972-08-24 |
| DE1930182C3 DE1930182C3 (de) | 1976-04-01 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1930182B2 (de) | 1972-08-24 |
| FR2046726A1 (de) | 1971-03-12 |
| FR2046726B1 (de) | 1974-02-22 |
| BE741879A (de) | 1970-05-19 |
| GB1293466A (en) | 1972-10-18 |
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|---|---|---|---|
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