DE3225104C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/322—Means to influence the coolant flow through or around the bundles
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kern
reaktor mit einem Brennelementskelett, das aus Führungsrohren für
Steuerstäbe, Abstandshaltern, Kopf- und Fußstücken
besteht und Brennstäbe aufnimmt, wobei den Führungs
rohren Strömungsleiteinrichtungen zur Vergleichmäßigung der Temperatur
des Reaktorkühlmittels über den Brennelementquerschnitt
zugeordnet sind.
Nach der deutschen Patentschrift 26 02 124 sind die
Stege der Abstandshalter in der Nähe der Führungs
rohre so gebogen, daß sie den nicht vom Führungs
rohr eingenommenen Querschnitt der das Führungs
rohr haltenden Gittermasche weitgehend oder völlig
versperren, um die Kühlmittelströmung aus der
Umgebung des Führungsrohres zu verdrängen und in
stärker beheizten Zonen umzulenken. Damit ergibt sich
eine gleichmäßigere Aufwärmung des Kühlmittels über
dem Brennelementquerschnitt. Ähnliche Strömungs
leiteinrichtungen, z. B. Aufweitungen des Führungsrohres,
zur Verdrängung des Kühlmittels können auch an
mehreren Stellen des Führungsrohres zwischen
den Abstandhaltern vorgesehen sein.
Die Efindung sucht nach einer anderen Möglichkeit,
die Vergleichmäßigung der Temperatur über größere
Bereiche der Länge der Führungsrohre zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Führungsrohre
als Strömungsleiteinrichtungen auf ihrer Außenseite schrauben
linienförmig verlaufende Nuten aufweisen, die sich mindestens
über den größeren Teil der enge der Führungsrohre erstrecken. Mit
solchen Nuten wird die Strömung des Kühlmittels im Be
reich der Führungsrohre mit einem Drall versehen, der
das Kühlmittel durch Zentrifugalkraft von der Ober
fläche der Fürungsrohre wegführt. Damit ergibt sich
eine Vermischung mit dem Kühlmittel, das von den be
nachbarten heißen Brennstäben erwärmt wurde, so daß
eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den Quer
schnitt des Brennelements, und zwar auf praktisch
der gesamten Länge des Brennelements erreicht wird.
Die Drallerzeugung verursacht dabei einen geringeren
Strömungsverlust als die Abdeckung der die Führungs
rohre umgebenden Gittermaschen in den Abstandshaltern.
Dies ist ein zusätzlicher Vorteil gegenüber der Anord
nung nach der vorgenannten deutschen Patentschrift
26 02 124.
Die Erfindung ist nicht mit den aus der Zeitschrift
"Atomwirtschaft", Dezember 1967, Seiten 595 bis 601,
bekannten Brennelementen für Siedewasserreaktoren zu
vergleichen, bei denen zwischen den Brennstäben Wen
deln vorgesehen sind. Bei Siedewasserreaktoren gibt
es nämlich keine Führungsrohre für Brennelemente, die
Bestandteil des Brennelementskeletts sind. Vielmehr
werden die Steuerstäbe in Siedewasserreaktoren außer
halb des Brennelementquerschnittes bewegt. Außerdem
soll mit den bekannten Wendeln eine Vergrößerung der
Wärmeabfuhr von den Brennstäben erreicht werden, um
die kritische Heizflächenbelastung zu verdoppeln. Mit
einer von Führungsrohren wegführenden, also die Wärme
abfuhr dort verringernden Strömung, hat dies nichts
zu tun.
Die Nuten erstrecken sich vorzugsweise kontinuierlich
über die Länge der Führungsrohre. Dabei ist es günstig,
wenn die Steigung der Schraubenlinien größer als der
Durchmesser der Führungsrohre ist, um bei der üblichen
Strömungsgeschwindigkeit von 4 m/sec eine ausreichen
de, andererseits aber auch nicht störende Drallwirkung
zu erreichen. Vorzugsweise beträgt die Steigung das
2- bis 5fache des Durchmessers der Führungsrohre.
Bei üblichen Führungsrohrabmessungen von ca. 10 mm Au
ßendurchmesser liegt das Maß der Steigung also zwi
schen 20 und 50 mm.
Die Form der Nuten kann unterschiedlich gewählt werden.
Im Hinblick auf eine einfache Herstellung kann man
vorteilhaft Nuten mit dreieckigem, zum Beispiel gleich
seitigem Querschnitt vorsehen. Es ist aber auch denk
bar, Nuten mit einem abgerundeten Nutengrund zu ver
wenden, um die mechanischen Beanspruchungen klein zu
halten.
Die Nuten können insbesondere unmittelbar benachbart
angeordnet sein und die Oberfläche der Führungsrohre
bedecken. Sie ergeben dann eine für die Vergleichmä
ßigung der Temperatur gewünschte Drallwirkung bei
kleinster Nutentiefe. Es ist aber nicht ausgeschlos
sen, daß die Erfindung auch mit wenigen um den Umfang
der Führungsrohre verteilten und nicht aneinander an
grenzenden Nuten verwirklicht wird.
Vorzugsweise werden die Nuten durch spanlose Verfor
mung hergestellt. Hierfür eignet sich das nachträg
liche Walzen. Es ist aber auch denkbar, daß die Nuten
bereits beim Ziehen nahtloser Rohre hergestellt wer
den.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der
beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrie
ben, das in Fig. 1 in einem Ausschnitt eines Brenn
elementskeletts mehrere Führungsrohre in einer Seiten
ansicht zeigt. Der Querschnitt eines Führungsrohres
im größeren Maßstab ist in Fig. 2 gezeichnet.
Fig. 1 zeigt in vergrößertem Maßstab als Ausschnitt
das mit 1 bezeichnete Brennelementskelett für die Brenn
elemente eines Druckwasserreaktors zur Leistungser
zeugung. Dabei sind der Übersichtlichkeit halber nur
ein Abstandshalter 2 und vier Führungsrohre 3 darge
stellt, während die das Brennelement komplettierenden
Kopf- und Fußstücke sowie die Brennstäbe nicht ge
zeichnet sind.
Das Brennelement hat zum Beispiel einen quadratischen
Querschnitt, der in seinen äußersten Abmessungen durch
die aus Zirkonblech hergestellten Teile 4 des Abstands
halters 2 bestimmt ist. Diese Teile bilden ein Gitter
mit Maschen entsprechend dem Brennstabdurchmesser von
ca. 10 mm. Das Brennelement umfaßt zum Beispiel
236 Brennstäbe und zum Beispiel 20 Führungsrohre an
den Maschen dieses Gitters.
Die Führungsrohre 3 dienen zur Aufnahme der nicht wei
ter dargestellten Finger von Steuerstäben, die neutro
nenabsorbierendes Material umfassen und zur Regelung
der Leistungsentwicklung im Kernreaktor in die Füh
rungsrohre 3 eingefahren werden. Die Wärmeentwicklung
in den Führungsrohren ist aber auch für den Fall, daß
sie die eingefahrenen Finger der Steuerstäbe umschlie
ßen, wesentlich kleiner als in den benachbarten Brenn
stäben. Deshalb ist
in dem in Fig. 2 in einem Querschnitt in größerem Maß
stab gezeichneten Führungsrohr 3 die gesamte äußere
Oberfläche 5 mit aneinander angrenzenden Nuten 6 ver
sehen, die einen dreieckigen Querschnitt aufweisen
und sich schraubenlinienförmig mit einer Steigung
vom 3,5fachen des Durchmessers über die gesamte
Länge der Führungsrohre 3 erstrecken. Die Nuten sind
durch Walzen hergestellt. Sie haben eine Tiefe von
0,4 mm. Dies ist die halbe Wanddicke von 0,8 mm, die
das Rohr 3 bei einem Außendurchmesser von 10 mm auf
weist.
Mit der Erfindung wird im Bereich der Führungsrohre 3
eine kontinuierliche Drallwirkung auf das das Brenn
element der Länge nach durchströmende Kühlmittel aus
geübt. Damit wird das im Bereich der Führungsrohre
strömende und nur wenig erwärmte Kühlmittel in
Mischung mit dem Kühlmittel gebracht, das von den
benachbarten Brennstäben aufgeheizt wird. Man erhält
damit eine Vergleichmäßigung der Temperatur, die eine
Steigerung der effektiven Aufwärmspanne im Brennele
ment ermöglicht. Gleichzeitig ist der Druckabfall
im Brennelement nur unwesentlich höher als bei be
kannten glatten Oberflächen der Führungsrohre. Gegen
über Brennelementen mit besonderen Strömungsleitvor
richtungen ergibt sich dagegen eine deutliche Ver
ringerung des Strömungswiderstandes.
Claims (6)
1. Brennelement für einen Kernreaktor
mit einem Brennelement
skelett, das aus Führungsrohren für Steuerstäbe, Ab
standshaltern, Kopf- und Fußstücken besteht und Brenn
stäbe aufnimmt, wobei den Führungsrohren Strömungsleiteinrichtungen zur
Vergleichmäßigung der Temperatur des Reaktorkühlmit
tels über den Brennelementquerschnitt zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Führungsrohre (3) als Strömungsleiteinrichtungen auf ihrer Außenseite (5) schrau
benlinienförmig verlaufende Nuten (6) aufweisen, die
sich mindestens über den größeren Teil der Länge der
Führungsrohre (3) erstrecken.
2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steigung der
Schraubenlinien größer als der Durchmesser der Füh
rungsrohre (3) ist.
3. Brennelemente nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Steigung das 2- bis
5fache des Durchmessers beträgt.
4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Nuten (6) einen dreieckigen Querschnitt haben.
5. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Nuten (6) unmittelbar benachbart angeordnet sind und
die Oberfläche (5) der Führungsrohre (3) bedecken.
6. Brennelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Nuten (6) durch spanlose Verformung, insbesondere
durch Walzen, hergestellt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823225104 DE3225104A1 (de) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | Brennelement fuer einen kernreaktor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823225104 DE3225104A1 (de) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | Brennelement fuer einen kernreaktor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3225104A1 DE3225104A1 (de) | 1984-01-05 |
DE3225104C2 true DE3225104C2 (de) | 1992-10-29 |
Family
ID=6167669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823225104 Granted DE3225104A1 (de) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | Brennelement fuer einen kernreaktor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3225104A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19834041A1 (de) * | 1998-07-29 | 2000-02-10 | Siemens Ag | Brennstab und Brennelement mit geringem Strömungswiderstand |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1062352B (de) * | 1957-09-27 | |||
US3261756A (en) * | 1965-01-28 | 1966-07-19 | Charles C Ripley | Embossed cladding fuel element and manufacturing process therefor |
LU50832A1 (de) * | 1965-11-10 | 1966-06-06 | ||
GB1285883A (en) * | 1968-10-18 | 1972-08-16 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to nuclear fuel element sheaths |
-
1982
- 1982-07-05 DE DE19823225104 patent/DE3225104A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19834041A1 (de) * | 1998-07-29 | 2000-02-10 | Siemens Ag | Brennstab und Brennelement mit geringem Strömungswiderstand |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3225104A1 (de) | 1984-01-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 1000 BERLIN UND 8000 MUENCHEN, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |