DE2101649A1 - Fuß eines Kernreaktor Brennelements - Google Patents

Description

Patentanwälte

DJpl.-lng. R. D Fi E T Z sen.

Dip!.-!ri7. K. LAMP.'iECHT

Dr.-lnc- ϊϊ· OLE T 2 Jr.

Münchon22, Steinsdorfstr. 10 „

410-16.488p 14.1-1971

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Fuß eines Kernreaktor-Brennelements

Die Brennelemente, wie sie in Kernreaktoren, insbesondere in Kernreaktoren mit Kühlung durch ein flüssiges Metall, benutzt werden, haben meist einen rohrförmigen Fußteil, der nach oben über ein Verbindungsstück an ein Gehäuse angeschlossen ist, das ein oder mehrere Bündel dünner Stäbe aus Spalt- oder Brutmaterial enthält und mit Öffnungen für das Eindringen und Austreten des flüssigen Mediums zum Kühlen der dünnen Stäbe versehen ist.

Der Fuß eines derartigen Brennstoffelements ist dazu bestimmt, in eine Bohrung oder Aufnahme einer festen Tragplatte eingesetzt zu werden, durch die hindurch das Kühlmedium zu den einzelnen Brennstoffelementen geführt wird.

In allen diesen Fällen muß zum Vermeiden von Gefahren

410-(B 3437.3)L-r (7)

109838/1066

und Störungen das Kühlmedium - ganz unabhängig davon, welches Medium benutzt wird - rein sein; diese E -dingung hat jedoch besondere Bedeutung im Falle der Kühlung durch ein flüssiges Metall. Die Verunreinigungen oder festen P--" tikel, die durch das Kühlmedium mitgeführt werden, gen die Gefahr eines Verstopfens der außerordentlich schmalen Durchflußwege mit sich, die zwischen den dünnen Brennstoffstäben freigelassen sind: dies kann eine gefährliche Erhitzung dieses Teiles de^ Brennstoffelements bewirken. Eine derartige Verstopfung kann sich gegebenenfalls nur an einer Stelle geringer Flächenausdehnung einstellen, so daß sie, etwa durch die Messung der Austritts temperatur des Kühlmediums, nicht leicht festzustellen ist;,

Die vorliegende Erfindung bezweckt diesen Nachteil durch eine schrittweise Filterung des Kühlmediums entsprechend seinem Eindringen in den Fuß des Brennstoffelements zu beseitigen·

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Fuß eines Kernreaktor-Brennetoffelementsmit einem Rohr, das nach oben über ein Verbindungsstück zum Anschluß an ein das Spalt- oder Brutmaterial enthaltendes Gehäuse verlängert ist und das an seinem unteren Rohrteil Einlaßöffnungen für das flüssige Kühlmedium aufweist; erfindungsgemäß ist im Inneren des Rohres eine axiale Stange angeordnet, und zwischen dieser Stange und der Rohrwand sind in bestimmten Abständen Teilfilter eingebaut, die sich jeweils nur über einen Teil des Innenquerschnitts des Rohres erstrecken und in Form von Schikanen gegeneinander versetzt sind.

Die in den Brennstoffelementfläß eindringende Kühl-

BA0

109838/1066

2101640

flüssigkeit wird so schrittweise und progressiv durch die einzelnen Stufen der Teilfilter filtriert} die zurückgehaltenen Partikel werden bei ihrem Einführen in dem Filter entsprechender Porenweite festgehalten. Es ist dann kein Stillsetzen der Strömung des Kühlrnediums mehr zu befürchten. Falls eines der unteren Teilfilter verstopft werden sollte, fließt das Kühlmedium um dieses Teilfilter herum₈- und die oberhalb angeordneten Filter sichern die Wirksamkeit der Filterungc

Das vollständige Verstopfen eines Filters bringt aber eine Änderung des Durchsatzes an Kühlmedium, die sich nun leicht feststellen läßt, ehe die Verringerung des Kühlfliissigkeitsdurchsatzes gefälkrlich werden kann»

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungrsbeispiels ergeben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. Es >igen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil eines

erfindungsgemäßen Brennstoffelementfußes; Λ

Fig. 2 einen Querschnitt JÄngs der Linie I-I der Fig.

Der dargestellte Brennstoffelementfuß besteht aus einem Rohr 1, das an seinem unteren Ende an einem Montageblock 2 festgelegt ist, der zum Einführen in eine Vertiefung der nicht dargestellten Trag- oder Abstützplatte dient. Das Rohr 1 hat an seinem unteren Ende Einlaßöffnungen h für das Kühlmittel und ist in seinem oberen Teil 6 erweitert,

109838/1066

210164C

um an dem Gehäuse befestigt werden zu können, das die dünnen Stäbe aus Spalt- oder Brutmaterial enthält. Lieses Gehäuse und das Verbindungsstück, das es mit dem Rohr 1 vorbindet, sind aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt.

In der Achse des Rohres 1 ist eine Stange β befestigt, die starr mit dem Rohr und dem Block 2 verbunden ist. Diese Stange trägt in regelmäßigen Abständen Teilfilter 10, nämlich 10a, 10b, 10c, 1Od, die - wie dies die Fig. 2 zeigt zwischen der Stange und der Innenwand des Rohres 1 festgelegt sin J.

Bei den dargestellten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist jedes Filter 10 halbkreisförmig und erstreckt irich über die Hälfte des Durchflußquerschnitts für dar: Kühlmedium bzv. dessen Strömungsweg, der durch das Rohr 1 begrenzt wird. Diese Filter sind in regelmäßigen Abs t<"n^r!r,ji in den Rohr 1 angeordnet und überdecken abwechsolriu jeweils die Hälften des inneren Rohrquerschnittes, so daß sie in ihrer Gesamtheit eine Schikane bilden. Eei dieser erfindungsgemäßen Filteranordnung wird die Kühlflüssigkeit, die durch die Öffnungen k in das Rohr 1 einströmt, veranlaßt, entweder durch die Filter 10c und 10a oder durch die Filter 1Od und 10b zu fließen. Die gesamte "enge des Ilühlnediums wird infolgedessen gefiltert, und jedes der Filter nimmt einen Teil der von der Flüssigkeit mitgebrachten Verunreinigungen auf.

Wenn eines der unteren Filter 10c oder 1Od vollkommen oder zumindest teilweise durch die Verunreinigungen verstopft werden sollte, die sich in dem Filter fangen, strömt

109838/1066

2101640

das Kühlmedium um diese Filter herum; es wird dennoch durch das Hindurch!"ließen durch die oberen Filter 10b und ^v 10a gefiltert. Das verstopfte Filter spielt lediglich die Rolle einer Schikane zur Ablenkung des Kühlmittelflusses,, Die Kühlmittelströmung wird keinesfalls unterbrochen. Der Kühlmitteldurchsatz wird lediglich verkleinert. Dies bringt aber eine Erhöhung der Austrittstemperatur des Kühlmittels mit sich. Diese Austrittstemsperatur läßt sich am Austrittsende der Brennstoffelemente leicht mit Hilfe von Thermoelementen messen, die int allgemeinen an dieser

Stelle angeordnet werden» Λ

Selbstverständlich sind die Anzahl und der Abstand der Teilfilter sowie die Abmessungen und die Anzahl ihrer Maschen leicht in Abhängigkeit von der Art des Kühlmittels _t des gewünschten Durchsatzes und den anderen Betriebsbedingungen zu bestimmen.

Man erhält auf diese Veise eine Sicherheit dafür, daß stets eine Möglichkeit für das Durchfließen des Kühlmediums zu den dünnen Brennstoffstäben gesichert ist und auf jeden Fall auch eine Möglichkeit des Filterns des Kühiraediuras vor seinem Eintreten in die dünnen Zwischenräume zwischen % den Brennstoffstäben. Die Gefahr eines lokalen Veretopfens ™ des Durchflußweges zwischen zwei dünnen Brennstoffstäben wird also beseitigt, während jede Vergrößerung der Mengen an Verunreinigungen oder festen Teilchen, die in dem Kühlmittel enthaltensind, angezeigt wird.

Im übrigen können zahlreiche Abwandlungen bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgenommen werden, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

109838/1066

Claims (2)

1. 210164C

   Patentansprüche

   1J Fuß eines Kernreaktor-Brennstoffelements mit eineu Rohr, das nach oben über ein Verbindungsstück zu:i Anschluß an ein das Spalt- oder Brutmaterial enthaltendes Gehäuse verlängert dsfc und das an seinem unteren Rohrteil Einlaßöffnungen für das flüssige Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rohres (i) eine axiale Stange (8) angeordnet ist und zwischen dieser Stange und der Rohrwand in bestimmten Abständen Teilfilter (iOa, 10b, 10c, 1Od) eingebaut sind, die sich jeweils nur über einen Teil des Innenquerachnitts des Rohres erstrecken und in Form von Schikanen gegeneinander versetzt sind.
2. 2. Brennstoffelementfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfilter (iOa bis 1Od) halbkreisförmig sind und sich abwechselnd über eine der Hälfte des von dem Rohr (i) begrenzten Durchfluflwegea erstrecken*

   BAD

   1098 3 8/1066