DE1243794B - Kernreaktor-Brennstoffgruppe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 21 c

DeutscheKl.: 21g-21/20

Nummer: 1243 794

Aktenzeichen: U 9486 VIII c/211

Anmeldetag: 4. Januar 1963

Auslegetag: 6. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernreaktor-' Brennstöffgruppe mit einem Bündel aus ebenen Brennstoffplatten in einem rohrförmigen. Gehäuse und mit gewellten, brennstoff freien Metällblechen als Abstandshalter, die sowohl, die Brennstoffplätteh untereinander als auch die äußeren Brenhstbffplatten. des Bündels von dem röhrenförmigen Gehäuse auf Abstandhalten, , .'...",. ..

Bei · Brennstoffgruppen- müsseh die ..einzelnen Brennstoffelemente, ob sie nun in Stab- oder in Plattenform vorgesehen sind, in vorher festgelegten Abständen voneinander angeordnet und oft in einem rohrförmigen Gehäuse untergebracht werden. Wegen der Länge der Brennstoffelemente ist es erforderlich, _:. diese an mehreren Punkten ihrer Länge zjx fixieren. Bei stabförmigen Brennstoffelementen wird, die Fixierung dadurch erreicht, daß. in Abständen ein Abstandshaltegitter vorgesehen wird, das gewöhnlich ein Netzwerk aus dünnen Metallstreifen ist, die. _;. hochkant in Längsrichtung der Stäbe angeordnet und gegebenenfalls gewellt sind. - ".

Bisher erfolgte die Fixierung von ebenen plattenförmigen Elementen nur an den Kanten. Ein bekanntes Beispiel, hierfür ist die Art der. Plattenanordnung, die bei Materialprüfreaktoren allgemein verwendet wird, wobei die Plattenkanten in Gehäuseseitenwänden fixiert sind. Zum Zweck der .starren Befestigung der Plattenkanten werden hartgelötete VerbihdungssteUen bevorzugt, da .im Tauehlötver- ,. fahren die vielen Verbindungsstellen in der Anord-; nung gleichzeitig hergestellt werden können. BeiBauarten, wo die Platten an den Kanten fixiert sind-, besteht keine Unterstützung über die Breite der Platte, und man muß sich einfach auf die Eigenfestigkeit der Platte verlassen. Diese Festigkeit ist aber nur. ausreichend, wenn der Wärmeausgang gering ist. Die Verbiegefestigkeit kann etwas verbessert werden,-, wenn die Platten gekrümmt, sind, aber sie müsseh trotzdem, zusätzlich abgestützt.. werden,..wenn, der _Iä Wärmedurchsatz hoch is.t ,und der Brennstoff stärk abgebrannt werden soll.

Zur Schaffung dieser zusätzlichen Abstützung sind bereits Vorschläge gemacht worden, die es mit sich bringen, daß die Brennstoffplatten nicht mehr mit einfachen ebenen Flächen ausgebildet sein können.; Einerseits ist vorgeschlagen worden, -die Platten selbst mit Wellungen zu versehen und in der Gruppe so anzuordnen, daß benachbarte Platten in Linienberührung miteinander an deri Scheiteln. der Wellungen stehen. Andererseits geht ein_; Vorschlag dahin, die Verkleidungen der Platten mit einstückigen Rippen zu versehen, die an. der benachbarten-Platte Kernreaktor-Brennstoffgruppe

Anmelder:- - '.'..:.··

United Kingdom Atomic Energy Authority,
London

Vertreter: ",' " . ·
DipMhg. E, Schubert, Patentanwalt, ". ·
Siegen (Westf.), Eiserner Str.-227 ..

' Als. Erfinder benannt:-
John Michael Laithwaite,
Eric Watson, London ..

Beanspruchte Priorität: - , .

- Großbritannien vom 8. Januar 1962 (J39)

anstoßen. Bei. keinem dieser' Vorschläge kann erwartet werden, daß er einen nachgiebigen Halt ermöglicht; daher kann, wenn die Platten in einem rohrförmigen Gehäuse untergebracht werden müssen, kein enger Sitz erzielt werden; außerdem werdenzusätzliche Befestigungselemente erforderlich, .wenn der Plattenpacken in dem Gehäuse nicht rattern, soll. Was. den Vorschlag, betrifft, die Platten mit Weitungen zu versehen, so besteht der. Einwand, daß durch das Ausbilden der Wellungen die Umhüllung geschwächt wird, was um so mehr der Fall sein wird,- je näher die Wellungen aneinanderliegen.,

Durch beide vorstehend - erwähnten.. Vorschläge wird die Dichte der Untefsrützungslinien, d. h. der Linien,. entlang, denen die Platten miteinander in Berührung stehen, begrenzt. Dies trifft insbesondere für. den- Vorschlag zu, Verkleidungsrippen zu verwenden, da jede Rippe einen großen Raumverlust für den Kühlmittelstrom bedeutet. Es hat sich .nunmehr herausgestellt, .daß die Dichte dieser Berührangslinieri .von einem. weiteren· Gesichtspunkt her, nämlich vom Gesichtspunkt der Bindung zwischen Umkleidung und Brennstoff, wichtig ist. Insbesondere dann., wenn. der Druck, des über die Platten strömenden Kühlmittels niedrig, ist,, wie es -bei einem durch flüssiges Metall gekühlten Schnellreaktor der Fall ist, besteht die- Gefahr, daß bei umkleideten

709 609/352

Claims (1)

1. 3 4

   Brennstoffplatten die Umkleidung sich von dem aus dem Rahmenll und den Deckplatten 12 aus

   Brennstoff infolge des Innendrucks löst, der bei . rostfreiem Stahl. Der Brennstoff 13 besteht aus

   zunehmendem Abbrennen des Brennstoffs entsteht. Cermet-Material (Keramik/Metall) und zwar aus

   Dieses Ablösen der Umkleidung von dem Brennstoff gemischten Plutonium- und Uranoxyden, die in einer

   kann eine bedenkliche Einschränkung für den Kühl- 5 Matrix aus rostfreiem Stahl dispergiert sind, und das

   mittelstrom zwischen den Platten mit sich bringen Brutmaterial 14 besteht aus gegebenenfalls abgerei-

   und somit dort, wo der Brennstoff einen starken chertem metallischem Uran.

   Wärmeumsatz hat, rasch zu einer Überhitzung des Ein rohrförmiges Gehäuse 15, ebenfalls aus rostBrennstoffs führen. freiem Stahl, weist am oberen Ende einen Kopfteil 16

   Es sind zwar gewellte Bleche zur Abstands- io für den Eingriff einer Greifvorrichtung und am

   halterung von Brennstoffplatten bekannt, doch unteren Ende eine Hohldornverlängerung 17 (nur

   dienen diese IedigHch zum Fixieren der Kanten. teilweise gezeigt) zum Fixieren des Gehäuses 15 im

   Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Reaktorkern auf.

   ausreichenden Halterung und Abstützung des Brenn- Wie aus F i g. 2 am besten zu ersehen ist, ist ein

   Stoffs gegen den vorstehend umrissenen Ablöseeffekt. 15 Stapel 18 aus Brennstoffplatten in dem Gehäuse 15

   Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der zwischen oberen und unteren Stapeln 19 und 20 aus

   Erfindung darin, daß bei einer Kernreaktor-Brenn- Brutplatten, die von geringerer Länge sind, ange-

   stoffgruppe der eingangs erwähnten Gattung die ordnet, wobei zwischen den getrennten Stapeln

   Abstandshalter aus über die ganze Breite der Brenn- Zwischenräume gelassen sind. Zwischen den Platten

   stoffplatten sich erstreckenden gewellten, nachgie- ao der Stapel 18 bis 20 sind Abstandhalter 21 (Fig. 1)

   bigen Metallblechen bestehen, die derart angeordnet in Form von gewellten Blechen aus rostfreiem Stahl

   sind, daß zur Längsachse des röhrenförmigen zwischengeordnet, die sich mit den benachbarten

   Gehäuses parallel verlaufende Strömungskanäle für Platten gleich weit erstrecken, wobei die gewellten

   das Kühlmittel verbleiben. Bleche derart angeordnet sind, daß zur Längsachse

   Durch die erfindungsgemäß getroffene Anordnung 25 des röhrenförmigen Gehäuses parallel verlaufende können die Berührungslinien an den Stellen, wo die Strömungskanäle für das Kühlmittel verbleiben. Um Umkleidung unterstützt wird, dicht aneinander ange- von der Strömungsfläche nicht mehr als notwendig ordnet sein, da durch die dünnen Metallblech- zu opfern, ist das Stahlblech der Abstandshalter 21 abstandshalter nicht viel Kühlrrüttel-Strömungsraum dünn, z. B. 0,38 mm. Diese Abstandshalter sind nachverlorengeht. Außerdem wird die einfache eben- 30 giebig bei Druck. Jeder Stapel 18 mit seinen flächige Art der Brennstoffplatten beibehalten und Abstandshaltern 21 ist zusammen mit ähnlichen dennoch die Anordnung nachgiebig, um einen engen Abstandshaltern 22, die zwischen den gegenüberlie-Sitz bei einem Minimum an Befestigungsteilen zu genden Gehäusewänden und den äußeren Platten des ermöglichen. Insbesondere wird durch das Fehlen Stapels angeordnet sind, in das Gehäuse 15 eingevon hartgelöteten Verbindungsstellen das Auftreten 35 führt, derart, daß ein geringer Kompressionsgrad in von Verunreinigungen verhindert, die durch derartige den Abstandshaltern vorhanden ist, und demzufolge Verbindungsstellen leicht in die Reaktoranlage haben die Stapel 18 einen engen Sitz,
   geraten können. Bei einem flüssigen Kühlmittel Eine Fixierung der Stapel 18 in Längsrichtung des sollte die Krümmung an den Scheitelpunkten der Gehäuses 15 wird mittels Bolzen 23 erreicht, die in Wellungen, wo eine Berührung mit den Platten- 4° Bohrungen am Gehäusemantel eingeschweißt sind flächen erfolgt, das Eindringen von Kühlmittel in und durch die Stapel 18 senkrecht zu den Brennstoffden Berührungswinkelraum liinein ermöglichen. bzw. Brutstoffplatten hindurchführen, wobei jeder Daher sollte die Krümmung dementsprechend Stapel nahe seinen Enden je einen Bolzen aufweist, gewellt werden, wobei die Art des verwendeten Die Löcher in den Platten und Abstandshaltern, Kühlmittels zu beachten ist. Dies gilt insbesondere 45 durch die jeweils die entsprechenden Bolzen hinbei einem Flüssigmetallkühlmittel, wie z. B. Natrium durchführen, sind in Längsrichtung verlängert, wie oder einer Legierung von Natrium mit Kalium, und bei 24 angedeutet ist, so daß eine Längsausdehnung unter diesen Umständen wird als allgemeine Richt- der Platten möglich ist.

   linie angenommen, daß der Abstand der Wellungen · Vorzugsweise sind die Abstandshalter 21 und 22

   bei den Abstandshaltern das Siebenfache des 50 an ihren Seitenkanten beispielsweise an einer der

   Abstandes zweier benachbarter Brennstoffplatten unmittelbar benachbarten Platten befestigt. Demzu-

   nicht übersteigt. folge haben die Platten für die dargestellte Anordnung

   Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie je einen befestigten Abstandsbauteil, der über der

   beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher einen der Flächen liegt. Die Befestigung von

   erläutert werden, und zwar zeigt 55 Abstandsbauteilen an beiden Flächen ist bei einer

   F i g. 1 teils einen Grundriß und teils einen Quer- der äußeren Platten jedes Stapels vorgesehen,
   schnitt, und

   Fig. 2 einen Schnitt entlang der LinieU-II der

   Fig. 1 einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kern- Patentansprüche:

   reaktor-Brennstoffgruppe. 60

   Bei der dargestellten Ausführungsform, die für die 1. Kernreaktor-Brennstoffgruppe mit einem Verwendung in einem durch flüssiges Metall Bündel aus ebenen Brennstoffplatten in einem gekühlten 'Schnellreaktor bestimmt ist, sind sowohl rohrförmigen Gehäuse und mit gewellten, brennBrennstoffplatten als auch Brutplatten vorgesehen, stofffreien Metallblechen als Abstandshalter, die die von einem Rahmen mit Deckplatten über die 65 sowohl die Brennstoffplatten untereinander als Ober- und Unterseite des Rahmens umgeben sind, die auch die äußeren Brennstoffplatten des Bündels so gebildete Bauteilgruppe wird auf eine gewünschte von dem röhrenförmigen Gehäuse auf Abstand DickeausgerolltDiegezeigteUmmantelungbesteht halten, dadurch gekennzeichnet, daß