DE1174434B - Halterung fuer ein Kernreaktor-Brennelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

Nummer: 1174 434

Aktenzeichen: B 55341 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 30. Oktober 1959

Auslegetag: 23. Juli 1964

Die Erfindung betrifft eine Halterung für ein Kernreaktor-Brennelement, das aus einzelnen den Kernbrennstoff enthaltenden Brennstoffstäben besteht und dessen einzelne Stäbe radial auf Abstand gehalten sind und welches von äußeren Ringen bzw. einer Hülse umgeben ist.

Es ist bekannt, die Brennstoffstäbe eines zusammengesetzten Brennstoffelementes mit schraubenförmig verlaufenden Rippen, die zur seitlichen Stabilisierung der Brennstoffstäbe beitragen, zu versehen sowie Brennstoffstäbe durch kurze rohrförmige Verbindungsglieder, welche an bestimmten Stellen entlang den Brennstoffstäben angeordnet und mit diesen verlötet sind, zu distanzieren. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, bei einem Brennelement die einzelnen Stäbe dadurch radial auf Abstand zu halten, daß ein schraubenförmig gewundener Metallstreifen in Längsrichtung zwischen den Stäben als die Verwirbelung begünstigendes Abstandsstück eingeschoben wird.

Um einen günstigen Fluß des Kühlmittels über jedes einzelne Brennstoffteilchen zu erreichen und um das Entstehen heißer Stellen zu vermeiden, d. h. um Flächen auszuschalten, an denen eine überschüssige Temperatur auf Grund einer ungeeigneten Wärmeableitung entsteht, müssen die einzelnen Stäbe eines Brennstoffelementes vollkommen gleichmäßig oder entsprechend der Wärmeabfuhr mit unterschiedlichen Abständen in der Hülle oder in dem einzelnen Element verteilt werden. Dabei müssen die Abstandshalter eine solche Festigkeit aufweisen, daß sie die Brennstoff enthaltenden Teile in ihrer Lage, halten,' während sie gleichzeitig so viel Elastizität aufweisen müssen, um die Ausdehnungen auf Grund unterschiedlicher Betriebstemperaturen einzelner Teile aufnehmen zu können. Außerdem muß der Querschnitt der Abstandshalter so gewählt werden, daß er keinen unverhältnismäßig großen Druckverlust im Kühlmittel hervorruft, da dadurch eine ungenügende Kühlung der einzelnen Teile des Brennstoffelementes entstehen kann. Schließlich sollen die Abstandshalter eine einfache Zusammensetzung eines Brennstoffelementes ermöglichen.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Abstandshalter in an sich bekannter Weise als Schraubenfedern ausgebildet sind, welche von geraden, in Längsrichtung der Brennstoffstäbe verlaufenden Federteilstücken unterbrochen sind. Vorteilhafterweise werden die Federstücke am oberen und unteren Ende und gegebenenfalls gleichmäßig über die Länge der Brennstoffstäbe verteilt angeordnet. Um eine Abstandshalterung in Halterung für ein Kernreaktor-Brennelement

Anmelder:

The Babcock & Wilcox Company,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. E. Karstedt, Patentanwalt,
Oberhausen (RhId.), Lipperheidstr. 30

Als Erfinder benannt:

Lambert Frank Kooistra, Akron, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Oktober 1958

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den beiden Querrichtungen zu erhalten, ist es möglich, die gerade verlaufenden benachbarten Federteilstücke durch gerade oder gewundene Federn oder Abstandshalter miteinander zu verbunden.

Die schraubenförmigen Federn, einschließlich der Federteilstücke, die als Abstandshalter wirken, stellen eine elastische erschütterungsfreie Unterstützung für die einzelenen Brennstoffstäbe dar und verursachen keinen großen Druckverlust im Kühlmittel. Auch das Wärmeabgabeverhältnis zwischen den Brennstoffelementen und der Kühlmittelflüssigkeit wird nicht beeinträchtigt, sondern sogar verbessert, da die Stellung der einzelnen Federringe innerhalb der Brennstoffelemente eine Verwirbelung des Kühlmittels bewirkt, so daß eine bessere Wärmeabfuhr stattfindet. Durch diese Durchwirbelung der Strömung wird außerdem die Möglichkeit der Bildung eines Brüdenfilms auf den Zwischenflächen der Brennstoffstäbe vermieden. Durch die Ausschaltung des Brüdenfilms ist auch die Möglichkeit des Vorkommens des Kochphänomens außerordentlich vermindert, wobei das nukleare Kochen sich in Filmkochen umwandelt. Wenn ein Kochen des Films vorkommt, besteht eine große Gefahr des Ausfalls der Brennstoff enthaltenden Teile auf Grund einer Überhitzung. Die Ausschaltung dieses Mangels ist besonders bei Wasserreaktoren wichtig.

Durch die Wärmeausdehnung eines Brennstoffelementes wird eine gewisse Elastizität der Bewegungen innerhalb des Brennstoffelementes notwendig. Die Abstandshalter der vorliegenden Erfindung er-

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möglichen ein solches Nachgeben, selbst wenn sie angelötet oder auf andere Weise mit den Brennstoff enthaltenden Teilen verbunden sind.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung beispielsweise und vereinfacht dar und zeigt einen Teillängsschnitt eines Brennstoffelementes, bei dem einzelne Federstücke durch gerade Federteilstücke in Verbindung stehen.

Das dargestellte Brennstoffelement 1 besteht aus einer Anzahl von Brennstoff stäben 2. Diese sind mit Abstand verlegt und werden seitlich von serienmäßig miteinander verbundenen Federn 3 und 4 gehaltert. Diese Federanordnung besteht aus einer Reihe von kurzen Federstücken 3, die mit langen Federstücken 4 durch gerade Federteilstücke 5, die parallel zu den Brennstoffstäben 2 verlaufen, in Verbindung stehen. Die Federanordnungen sind so getroffen, daß die kurzen Federstücke 3 in einer gemeinsamen Stirnfläche enden. Ein profiliertes Band 6 umgibt das Brennstoffelement 1 an den Enden der Brennstoffstäbe. Dieses Band bildet zusammen mit den Federn eine feste Halterung für das Bündeln der Brennstoffstäbe. Es ist nach der Erfindung auch möglich, mehrere Federn gleichmäßig über die Höhe des Brennstoffelementes verteilt anzubringen, so daß beispielsweise fünf kurze Federstücke 3 mit Zwischenfedern 5 in einzelnen Höhenschichten des Elementes angeordnet und von Profilringen an der Außenseite der außenliegenden Brennstoffstäbe zusammengehalten werden. Dadurch wird eine feste, erschütterungsfreie Unterstützung für die Brennstoffstäbe gebildet. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, diese kurzen Federn quer zueinander zu verbinden, wobei zweckmäßigerweise die Querfeder in der Mitte der Längsfeder befestigt wird. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Festlegung des Brennstoffbündels sowohl in der Längs- als auch in den Querrichtungen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch andere Federformen zu verwenden, und die Federkonstruktionen sind selbstverständlich nicht auf kreisförmigen Federumfang beschränkt. Außerdem können Federn mit kurzer Ausdehnung genauso verwendet werden wie solche mit größerer Länge. Auch eine Variation verschiedener Federn ist denkbar, um den Strom des Kühlmittels in bestimmten Richtungen zu verstärken oder abzuschwächen. Ebenso kann die beschriebene Halterung bei jeder Querschnittsform der Brennelemente Verwendung finden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen worden, daß die Federn allein durch mechanisches AnHegen an den Brennstoffstäben diese in ihrer Lage haltern. Es ist jedoch auch möglich, die Federn und die Brennstoff enthaltenden Teile an den Berührungsstellen durch Löten, Schweißen oder andere Verbindungen zu befestigen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Halterung für ein Brennelement, das aus einzelnen den Kernbrennstoff enthaltenden Brennstoffstäben besteht, die radial auf Abstand gehalten sind, und das von äußeren Ringen bzw. einer Hülse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter in an sich bekannter Weise als Schraubenfedern ausgebildet sind, welche von geraden, in Längsrichtung der Brennstoffstäbe verlaufenden Federteilstücken unterbrochen sind.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federstücke am oberen und unteren Ende und gegebenenfalls gleichmäßig über die Länge der Brennstoffstäbe verteilt angeordnet sind.

3. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade verlaufenden benachbarten Federteilstücke durch gerade oder gewundene Federn oder Abstandshalter miteinander verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Belgische Patentschrift Nr. 564 208;

USA.-Patentschrift Nr. 2 848 404;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy« Vol. 3, 1955, S. 158/159 und 250/251;

»Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 6, 1958, S. 653/654 und 701.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 141 033.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 637/304 7. 64 © Bundesdruckerei Berlin