DE9414518U1

DE9414518U1 - Nuclear reactor fuel element

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Publication number: DE9414518U1
Application number: DE9414518U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1994-09-07
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2004-09-08

Description

G 3 5 O 3G 3 5 O 3

Beschreibung
KernreaktorbrennelementDescription
Nuclear reactor fuel element

Die Neuerung betrifft ein Kernreaktorbrennelement nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The innovation concerns a nuclear reactor fuel element according to the preamble of claim 1.

Ein solches Kernreaktorbrennelement ist aus der DE-C-32 25 104 bekannt. Die langgestreckten, zu den Brennstäben parallelen Körper dieses Kernreaktorbrennelements sind sogenannte Steuerstabführungsrohre, die keinen Kernbrennstoff enthalten, die zur Aufnahme von Steuerstäben bestimmt sind und in denen daher in einem Kernreaktor keine Kernspaltung stattfindet. Diese Steuerstäbe umfassen neutronenabsorbierenden Werkstoff und können zur Steuerung der Leistungsentwicklung im Kernreaktor, in dem sich das Kernreaktorbrennelement befindet, in diese Steuerstabführungsrohre ein- und ausgefahren werden.Such a nuclear reactor fuel element is known from DE-C-32 25 104. The elongated bodies of this nuclear reactor fuel element, which are parallel to the fuel rods, are so-called control rod guide tubes, which do not contain any nuclear fuel, are intended to accommodate control rods and in which no nuclear fission therefore takes place in a nuclear reactor. These control rods contain neutron-absorbing material and can be moved in and out of these control rod guide tubes to control the power development in the nuclear reactor in which the nuclear reactor fuel element is located.

0 Auf der äußeren Mantelfläche dieser Steuerstabführungsrohre sind mehrere schraubenförmig verlaufende Nuten für ein Kühlmittel wie Wasser ausgebildet, das in einem Kernreaktor, insbesondere in einem Druckwasserkernreaktor, in Längsrichtung der Brennstäbe und der Steuerstabführungsrohre vom Brennelementfuß zum Brennelementkopf strömt. Die Nuten sollen die Strömung des Kühlmittels mit einem Drall versehen und so das Kühlmittel durch Zentrifugalkraft von der Oberfläche der Führungsrohre weg zu Brennstäben des Kernreaktorbrennelements führen und Kühlung dieser Brennstäbe bewirken.0 On the outer surface of these control rod guide tubes, several helical grooves are formed for a coolant, such as water, which flows in a nuclear reactor, in particular in a pressurized water nuclear reactor, in the longitudinal direction of the fuel rods and the control rod guide tubes from the fuel element base to the fuel element head. The grooves are intended to provide the flow of the coolant with a swirl and thus guide the coolant by centrifugal force away from the surface of the guide tubes to the fuel rods of the nuclear reactor fuel element and cool these fuel rods.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Kernreaktorbrennelement weiterzubilden und die Kühlung der Brennstäbe durch das Kühlmittel besonders intensiv zu gestalten.The innovation is based on the task of further developing this nuclear reactor fuel element and making the cooling of the fuel rods by the coolant particularly intensive.

5 Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art neuerungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1.5 To solve this problem, a nuclear reactor fuel element of the type mentioned at the outset has, according to the innovation, the features of the characterising part of claim 1.

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Die Leitschaufel lenkt die Strömung eines das Kernreaktorbrenne leinen t in einem Kernreaktor durchströmenden Kühlmittels derart aus, daß in dieser Strömung am Abströmende der Leitschaufel kräftige und ausgeprägte Wirbel entstehen, die das an der Oberfläche des langgestreckten Körpers entlangströmende Kühlmittel an die Oberflächen von Brennstäben des Kernreaktorbrennelements umlenken und so die Kühlung dieser Brennstäbe stark intensiviert.The guide vane directs the flow of a coolant flowing through the nuclear reactor fuel line in a nuclear reactor in such a way that strong and pronounced vortices are created in this flow at the outflow end of the guide vane, which redirect the coolant flowing along the surface of the elongated body to the surfaces of fuel rods of the nuclear reactor fuel element and thus greatly intensify the cooling of these fuel rods.

Die Neuerung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:The innovation and its advantages are explained in more detail using the drawing of examples:

FIG 1 zeigt in Seitenansicht und schematisch ein Kernreaktorbrennelement für einen Druckwasserkernreaktor. 15FIG 1 shows a side view and schematic of a nuclear reactor fuel element for a pressurized water nuclear reactor. 15

FIG 2 zeigt in Seitenansicht ein Steuerstabführungsrohr in dem Kernreaktorbrennelement nach Figur 1.FIG 2 shows a side view of a control rod guide tube in the nuclear reactor fuel element according to Figure 1.

FIG 3 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts des Kernreaktorbrennelements nach Figur 1.FIG 3 shows a section of a cross section of the nuclear reactor fuel element according to Figure 1.

Wie Figur 1 zeigt, weist ein Kernreaktorbrennelement einen Brennelementkopf 2 und einen Brennelementfuß 3 auf. Ferner sind zwei Steuerstabführungsrohre 4 erkennbar, die keinen Kernbrennstoff enthalten und von denen jedes mit einem Ende am Brennelementkopf 2 und mit dem anderen Ende am Brennelementfuß 3 festgeschraubt ist. Jedes der beiden Steuerstabführungsrohre 4 ist durch jeweils eine Masche von gitterförmigen Abstandhaltern 5 geführt, die mit Abstand voneinander 0 zwischen Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3 angeordnet sind. Diese Steuerstabführungsrohre sind zumindest am oberen Ende, das am Brennelementkopf 2 festgeschraubt ist, offen, so daß ein Neutronen absorbierender Steuerstab in diese Steuerstabführungsrohre 4 eingeschoben werden kann. Die gitterförmigen Abstandhalter 5 sind formschlüssig außen an den Steuerstabführungsrohren 4 gehaltert, z.B. festgeschweißt.As Figure 1 shows, a nuclear reactor fuel element has a fuel element head 2 and a fuel element base 3. Furthermore, two control rod guide tubes 4 can be seen, which do not contain any nuclear fuel and each of which is screwed at one end to the fuel element head 2 and at the other end to the fuel element base 3. Each of the two control rod guide tubes 4 is guided through a mesh of grid-shaped spacers 5, which are arranged at a distance from one another between the fuel element head 2 and the fuel element base 3. These control rod guide tubes are open at least at the upper end, which is screwed to the fuel element head 2, so that a neutron-absorbing control rod can be inserted into these control rod guide tubes 4. The grid-shaped spacers 5 are held in a form-fitting manner on the outside of the control rod guide tubes 4, e.g. welded.

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Mehrere mit Kernbrennstoff gefüllte Brennstäbe, von denen nur ein einziger Brennstab 6 in Figur 1 dargestellt ist, sind parallel zueinander und parallel zu den Steuerstabführungsrohren 4 zwischen Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3 angeordnet. Jeder Brennstab 6 ist jeweils durch eine Masche der gitterförmigen Abstandhalter 5 geführt und in diesen Maschen unter Einwirkung von Blattfedern des Abstandhalters kraftschlüssig gehaltert. Jeder Brennstab 6 hat Abstand sowohl vom Brennelementkopf 2 als auch vom Brennelementfuß 3, so daß sich die Länge dieser Brennstäbe 6 ungehindert Temperaturänderungen anpassen kann.Several fuel rods filled with nuclear fuel, of which only a single fuel rod 6 is shown in Figure 1, are arranged parallel to one another and parallel to the control rod guide tubes 4 between the fuel element head 2 and the fuel element base 3. Each fuel rod 6 is guided through a mesh of the grid-shaped spacers 5 and is held in a force-locking manner in these meshes under the influence of leaf springs of the spacer. Each fuel rod 6 is spaced both from the fuel element head 2 and from the fuel element base 3, so that the length of these fuel rods 6 can adapt to temperature changes without hindrance.

Wie Figur 2 zeigt, hat ein Steuerstabführungsrohr 4 außen auf seiner Mantelfläche voneinander beabstandete ringförmige Bandagen aus jeweils einem Blechstreifen 7 und 8, der flach an der äußeren Mantelfläche des SteuerStabführungsrohrs 4 anliegt und jeweils eine zur Längsachse 11 des Steuerstabführungsrohrs 4 rechtwinklige Oberkante als Abströmkante 7a bzw. 8a hat. An der Abströmkante 7a bzw. 8a für ein in FIG 2 von 0 unten nach oben in Längsrichtung des Steuerstabführungsrohrres 4 strömendes, z.B. flüssiges Kühlmittel wie Wasser weist jeder Blechstreifen 7 und 8 Einschnitte in Längsrichtung des Steuerstabführungsrohrs 4 auf. Jeweils auf der gleichen Seite dieser Einschnitte ist das Blech nach außen gebogen und bil-5 det so an den Einschnitten eine auf der äußeren Mantelfläche des Steuerstabführungsrohrs 4 stehende Leitschaufel 7b bzw. 8b für das z.B. flüssige Kühlmittel, das im Kernreaktorbrennelement im Reaktorkern eines Kernreaktors an der Außenseite des SteuerStabführungsrohrs 4 in Figur 2 von unten nach oben entlangströmt.As shown in Figure 2, a control rod guide tube 4 has spaced-apart ring-shaped bandages on its outer surface, each made up of a sheet metal strip 7 and 8, which lies flat against the outer surface of the control rod guide tube 4 and each has an upper edge perpendicular to the longitudinal axis 11 of the control rod guide tube 4 as a trailing edge 7a or 8a. On the trailing edge 7a or 8a for a liquid coolant such as water flowing from bottom to top in the longitudinal direction of the control rod guide tube 4 in Figure 2, each sheet metal strip 7 and 8 has cuts in the longitudinal direction of the control rod guide tube 4. On the same side of each of these incisions, the sheet metal is bent outwards and thus forms a guide vane 7b or 8b on the outer surface of the control rod guide tube 4 for the liquid coolant, for example, which flows in the nuclear reactor fuel element in the reactor core of a nuclear reactor on the outside of the control rod guide tube 4 in Figure 2 from bottom to top.

Die Längserstreckung zwischen den beiden Enden 7c und 7d bzw. 8c und 8d der Leitschaufeln 7b und 8b hat jeweils eine Komponente 9 bzw. 10 in Umfangsrichtung des Steuerstabführungsrohrs 4. Außerdem ist der Abstand der beiden Enden 7c und 7d bzw. 8c und 8d voneinander in Richtung der Längsachse 11 des Steuerstabführungsrohrs 4 genommen deutlich kleiner als dieThe longitudinal extension between the two ends 7c and 7d or 8c and 8d of the guide vanes 7b and 8b each has a component 9 or 10 in the circumferential direction of the control rod guide tube 4. In addition, the distance between the two ends 7c and 7d or 8c and 8d from each other in the direction of the longitudinal axis 11 of the control rod guide tube 4 is significantly smaller than the

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Länge des Steuerstabführungsrohrs 4. Ferner ist der Winkelabstand &agr; zwischen den beiden Enden Ic und 7d bzw. 8c und 8d der Leitwände 7b und 8b in Bezug auf die Längsachse des Steuerstabführungsrohrs 4 kleiner als 60° und damit auch kleiner als 90°.Length of the control rod guide tube 4. Furthermore, the angular distance α between the two ends 7c and 7d or 8c and 8d of the guide walls 7b and 8b with respect to the longitudinal axis of the control rod guide tube 4 is less than 60° and thus also less than 90°.

Die Längserstreckung der Leitschaufeln 7b und 8b zwischen den Enden 7c und 7d bzw. 8c und 8d hat auch jeweils eine Komponente 12 bzw. 13 in Richtung der Längsachse 11 des Steuer-Stabführungsrohrs 4. Wie aus Figur 2 erkennbar ist, ist der Abstand zwischen den Enden 7c und 7d bzw. zwischen den Enden 8c und 8d in Richtung der Längsachse 11 deutlich kleiner als die Länge des Steuerstabführungsrohrs 4. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise 0 bis 15 mm. Günstig ist ein solcher Abstand von 5 bis 12 mm.The longitudinal extension of the guide vanes 7b and 8b between the ends 7c and 7d or 8c and 8d also has a component 12 or 13 in the direction of the longitudinal axis 11 of the control rod guide tube 4. As can be seen from Figure 2, the distance between the ends 7c and 7d or between the ends 8c and 8d in the direction of the longitudinal axis 11 is significantly smaller than the length of the control rod guide tube 4. This distance is preferably 0 to 15 mm. A distance of 5 to 12 mm is advantageous.

Die Leitwände 7b und 8b lenken z.B. Wasser, das als flüssiges Kühlmittel in Richtung der Längsachse 11 des Steuerstabführungsrohrs 4 an der äußeren Mantelfläche dieses Steuer-Stabführungsrohrs 4 entlangströmt, ab und verleiht ihm einen Drall. Es bilden sich Wirbel 14 aus, die zu einer intensiven Kühlung der Brennstäbe 6 führen, welche - wie FIG 3 zeigt im Kernreaktorbrennelement unmittelbar neben dem Steuerstabführungsrohr 4 angeordnet sind.The guide walls 7b and 8b deflect, for example, water, which flows as a liquid coolant in the direction of the longitudinal axis 11 of the control rod guide tube 4 along the outer surface of this control rod guide tube 4, and gives it a swirl. Vortices 14 are formed, which lead to intensive cooling of the fuel rods 6, which - as FIG 3 shows - are arranged in the nuclear reactor fuel element directly next to the control rod guide tube 4.

Die Längserstreckung der Anströmkanten 31 und 32 der Blechstreifen 7 und 8 in FIG 2 hat zwar eine Komponente in Umfangsrichtung des Steuerstabführungsrohrs 4, im dargestellten Fall aber keine Komponente in Längsrichtung dieses Steuer-0 stabführungsrohr 4, obwohl eine solche Komponente auch möglich ist. Diese Anströmkanten 7 und 8 bilden ebenfalls Leitschaufeln. Auch an diesen Leitschaufeln wird das in Richtung der Längsachse 11 des Steuerstabführungsrohrs strömende Kühlmittel abgelenkt. Dieses Kühlmittel erhält ebenfalls einen Drall, der zu Wirbeln führt, die zur intensiven Kühlung der Brennstäbe 6 beitragen.The longitudinal extension of the leading edges 31 and 32 of the sheet metal strips 7 and 8 in FIG 2 does have a component in the circumferential direction of the control rod guide tube 4, but in the case shown no component in the longitudinal direction of this control rod guide tube 4, although such a component is also possible. These leading edges 7 and 8 also form guide vanes. The coolant flowing in the direction of the longitudinal axis 11 of the control rod guide tube is also deflected by these guide vanes. This coolant also receives a swirl that leads to vortices that contribute to the intensive cooling of the fuel rods 6.

Claims

G3 5 Q 3 Protection claims

1. Nuclear reactor fuel element, the fuel rods filled with nuclear fuel, arranged next to each other and parallel to each other

(6) and at least one elongated body, parallel to the fuel rods and arranged next to the fuel rods (6), which contains no nuclear fuel, characterized in that on the outer surface of the elongated body there is arranged a sheet metal strip (7, 8) lying flat against this outer surface with a trailing edge (7a, 8a) on which a guide vane (7b, 8b) standing on the surface is formed with a longitudinal extension which has a component (9, 10) in the circumferential direction of the elongated body.

2. Nuclear reactor fuel element according to claim 1,

characterized in that the elongated body is a tube (4).