DE1514462A1 - Brennelement fuer Kernreaktoren - Google Patents

Brennelement fuer Kernreaktoren

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DE1514462A1 DE19651514462 DE1514462A DE1514462A1 DE 1514462 A1 DE1514462 A1 DE 1514462A1 DE 19651514462 DE19651514462 DE 19651514462 DE 1514462 A DE1514462 A DE 1514462A DE 1514462 A1 DE1514462 A1 DE 1514462A1
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Description

Brennelement für Kernreaktoren
"Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelement für Kernreaktoren, vorzugsweise für wassergekühlte Reaktoren mit überkritischem. Druckbereich.. Ein derartiges Brennelement soll einen möglichst einfachen Innenaufbau de3 Kernreaktors ermöglichen. Dazu ist erwünscht, daß der Reaktor möglichst wenige durch Zwischenwände getrennte Zonen aufweist, da diese unter anderem den Brenne!ementwechsel behindern würden. Außerdem soll ein möglichst weitgehender Austausch des Kühlmitteis zwischen den einzelnen
Mü/Fra
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BAD
15H462 P1A
es.
Brennelementen und innerhalb des einzelnen Brennelementeis, also zwischen den einzelnen Brennstäben möglich sein.
Weiterhin wird für solche Brennelemente angestrebt-, daß nur ein möglichst kleiner Teil des im Reaktor befindlichen Wassers au! hoher Temperatur ist und daß die Strömungsgeschwindigkeitdes Kühlmittels in der Nähe der Brennstäbe beeinflußbar ist und nicht nur von der Kerngeometrie abhängt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zwischen den einzelnen Brennstäben der Brennelemente röhrenförmige Einbauten vorgesehen sind, uie auf ihrer den Brennstäben zugekehrten Geite gleichzeitig auch zur Zentrierung der.Brennstäbe dienende Strömungsieit- und Verwirbelungseinrichtungen tragen und das Kühlmittel auf der von den Brennstäben abgewandten Seite der röhrenförmigen Einbauten durchschnittlich von niedrigerer Temperatur als auf der den Brennstäben zugewandten • Jeite ist. 7)ie .notwendigen Kühlmittelverteileinrichtungen sind dabei normalerweise nur auf der einen oeite des Brennelementes angeordnet.
Diese röhrenförmigen Einbauten können zwischen den einzelnen ' · Brennstäben angeordnet sein oder diese konzentrisch umgeben. Sie enthalten auf ihrer den Brennetäben zugewandten oeite "Strömungsieit- und Verwirbelungseinrichtungen, z.B. in Gestalt' "/■■ von Nocken, Finnen usv/. Auf diesem wege wird den; Kühlwasser. in der Kähe der Brennstäbe ein definierter Weg vorgeschrieben,
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so daß dort in gewünschter Weise eine rasche und gleichmäßige Aufheizung desselben,stattfindet. In den 'benachbarten Räumen dagegen, die keine Brennstäbe enthalten, wird das Kühlmittel auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur als in den Kanälen entlang der Brennstäbe gehalten, so daß seine moderierenden Eigenschaften dort in höherem Maße erhalten bleiben. Dies wird erreicht durch eine entsprechende Lenkung der Kühlmittelströmung» was durch die Dimensionierung dieser röhrenförmigen Ein-
■'■; ·■-.- I
bauten u'nd/oder auch durch die Ausbildung der nur auf der einen ^ Seite des Brennelementes angeordneten Kühlmittelverteileinrich— tungen erreicht werden kann.
'Züar besseren. Verständnis dieser Erfindungsgedanken sei auf die in den Figuren dargestellten Beispiele von derartigen Brenn- . elementen verwiesen.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen einBrennelement in schematischer ' Darstellung, bei dem zwischen den Brennstäben 1 röhrenförmige a Einbauten 3 und 4 angeordnet sind* Diese können je nach den Abständsverhältnissen zwischen den Brennstäben 1 gemäß Figur 2 einen kreisrunden oder nach Figur 3 einen den Zwischenräumen angepaßten Querschnitt haben (4). Die Brennstäbe 1 sowie die röhrenförmigen Einbauten 3 und 4 sind dabei zwischen den Endplatten 2 des Brennelementes auf an sich bekannte Weise gelagert. Die Endplätten selbst sind mit Bohrungen 21 zum Durchtritt des Kühlmittels versehen* Durch die röhrenförmigen Einbauten 3 bzw. 4 erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit· an den Oberflächen
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der Brennstäbe 1, wobei der Wärmeaustausch zusätzlich noch durch z;B. schraubenförmige Wülste 5 auf den röhrenförmigen Einbauten 2 gemäß Figur 4 bzw. durch Warzen 6 gemäß Figur 7 erhöht werden kann. .
' Die röhrenförmigen Einbauten 3 bzw. 4 sind an beiden Enden mit kleinen Bohrungen versehen» so daß im Inneren derselben eine leichte Strömung des an sich moderierenden Kühlmittels aufrecht erhalten bleibt. Auf fliese Weise ist sichergestellt, % daß sich diese Flüssigkeit innerhalb der Einbauten stete auf einer niedrigeren Temperatur befindet als außerhalb derselben.
Diese röhrenförmigen Einbauten 7 können aber auch gemäß Figur die Brennetäbe des Elementes konzentrisch umgeben, wobei schraubenförmige Wülste gemäß Figur A bzw, Warzen gemäß Figur 7 nach innen vorstehen können und neben-ihrer strömüngstechnischen Auf- | gäbe gleichzeitig der Zentrierung der. Brennstäbe 1 dienen. In w diesem Beispiel sind diese röhrenförmigen Einbauten 7 in ".entsprechende-'-Bohrungen der Deckplatte 2 eingelassen* Diese Konstruktion eignet sich insbesondere auch für Übeghitzerbrennelemente* wobei es zweckmäßig ist, die röhrenförmigen Einbauten 7 z.B. doppelwandig oder sonst nach an sich bekannten Methoden wärmeisoliert aufzubauen. Durch zusätzliche Bohrungen 24 in « den Deckplatten 2 oder an beiden Enden· der röhrenförmigen Einbauten 7 wird zudem außerhalb derselben eine leichte Strömung aufrechterhalten und dort damit eine niedrigere Kühlmittel- *·
gewährleistet. · BADORiGiNAL
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'■'■■' -■.'"... ; - 4 - ' Mü/Fre. :
, Bei den bisher dargestellten Brennelementformen war nur eine *; Kühlmittelrichtung von unten nach, oben vorgesehen, d.h.. im· unteren Teil des Reaktordruckgefäßes befand sich die Kühlmittel—
■ ■ ■ I
zuführung und im oberen Teil die. Kühlmittelabführung. Es sind , jedoch auch noch andere Brennelementformen denkbar, bei denen j
zwei -otrömungsrichtungen vorgesehen sind. Beispiele solcher j Elemente sind in Figur 8 bis 10 dargestellt. Dabei wird von beiden Prinzipien des Einbaues der röhrenförmigen Einbauten 3 : und 7 Gebrauch gemacht. An normalen Brennstäben 1 strömt das · Kühlmittel von unten nach oben, während an besonderen Überhitzerstäben 9 das Kühlmittel von oben nach unten strömt. Letztere sind von zweckmäßigerweise isolierten Rohren 7 umgeben, während zwischen den anderen Brennelementen röhrenförmige Einbauten· 3 vorgesehen sind. Diese haben wieder auf der einen Seite Bohrungen 31 zum Kühimitteleintritt und sind an ihrer oberen Seite offen in-entsprechenden Bohrungen 22 der Endplatte 2 eingesetzt. In Bohrungen 23 dieser Deckplatte 2 sind die Rohre 7 befestigt. Dieses Brennelement nach Figur 8 und 9 trägt ä an seiner oberen Seite keinerlei besondere Aufbauten, lediglich an seiner unteren Seite ist eine Kühlmittelführungskammer 10 vorgesehen. Diese ist in zwei Räume 11 und 13 unterteilt, wobei der Raum 11 mit seinen seitlichen Bohrungen 12 der Zuführung des Kühlmittels' zum Brennelement über die Bohrungen 21 vorgesehen ist. In dem Raum 13 münden die die Überhitzerstäbe 9 umhüllenden röhrenförmigen Einbauten 7· Dieses Brennelement kann dann z.B. auf eine horizontale Trennwand mit entsprechenden Bohrungen im unteren Teil des Reaktordruckgefäßes aufgesetzt
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werden,, wobei oberhalb desselben das kalte Kühlmittel, zu- und unterhalb desselben abgeführt wird. Durch eine entsprechende · Formgebung dieses Teiles 10 ist eine leichte Auswechselbarkeit der kombinierten Brennelemente gewährleistet.
Ähnliches gilt für das Brennelement nach Figur 10. Der Unterschied zum Brennelement nach Figur -8 besteht darin-·, daß das kalte Kühlmittel nicht den Bohrungen 21 der Endplatte 2 zuge-
" führt wird, sondern über die in diesem Falle U-förmig gebogenen röhrenförmigen Einbauten 32, die mit ihrem einen Ende in die untere Deckplatte 2 eingelassen sind und mit ihrem anderen Ende oberhalb dieser Deckplatte in den Eaum d'er Brennstäbe einmünden. Auf diese V/eise fließt zunächst das kalte Kühlmittel in seiner Gesamtheit durch diese röhrenförmigen Einbauten 32 und umströmt hernach erst die Brennelemente 1. In der oberen Deckplatte sind wiederum Bohrungen 21 vorgesehen, durch die.das aufgeheizte Kühlmittel ausströmen kann und anschließend über die Uberhitzer-
t Brennelemente 9 bzw. durch deren umhüllende Einbauten 7 nach unten zur Kammer 13 gelangt. Auch hier ist es wieder mit entsprechenden Kühlmitteleinbauten sowie Verwirbelungseinrichtungen versehen, so daß ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen den Brennstäben und dem Kühlmittel erzwungen wird.
Bei allen Brennelementen findet eine freie Ausströmung des Kühlmittels durch die oberen Deckplatten statt, so daß_sich dasselbe oberhalb der Brennelemente vermischen kann und damit automatisch ein Temperaturausgleich zwischen Brennelementen unterschiedlicher
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j Anordnung im Reaktorkern gegeben ist. Es ist offen-
'sichtlich» daß derartige Brennelemente, die hier allerdingsnut* schematisch dargestellt sind, also ohne äußere Umhüllung , usw., ohne besondere. Schwierigkeit in den Reaktorkern eingesetzt und aus diesem auch wieder herausgenommen werden können. ■Aber auch die Einführung der Regelstäbe ist hier besonders einfach. Diese können nämlich in die röhrenförmigen Einbauten 3t wenn sie wie in Figur 8 ausgeführt sind, eingreifen. Eine derartige Anordnung dieser Einbauten 3 ist natürlich auch im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ohne weiteres durchführbar. Regelstäbe, die in solche dünne röhrenförmige Einbauten eingeführt werden können, werden in der Reaktortechnik als Finger-Regelstäbe bezeichnet. Selbstverständlich können auch andere größere Regelstäbe zwischen den einzelnen Brennelementen in
an sich bekannter Weise eingeführt werden, da dieser Teil der Kon truktion des Reaktorkernes unabhängig vom Aufbau der ein- * ' zelnen Brennelemente durchgeführt werden kann.
Kernreaktoren mit derartig aufgebauten Brennelementen, die sich selbstverständlich <£och mannigfach in konstruktiver Hinsicht abwandeln ließen, sind insbesondere zum Betrieb mit überkritischem Wasser als Kühl- und Moderatormittel geeignet. Dabei ist zusätzlich noch eine Regelung des Reaktors über eine entsprechende Steuerung der Kühlmitteltemperatur bzw. der ,Strömungsgesohwin-, digkeit des Kühlmittels innerhalb der röhrenförmigen Einbauten bzw. in den von den Brennelementen getrennten Räumen des Brennelementes möglich
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:5.Ansprüche." . '■
8 figuren - 7 - - Mü/Fra

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    T. Brennelement für Kernreaktoren, vorzugsweise für wassergekühlte Reaktoren im überkritischen Druckbereich, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Brennstäben des Brennelementes röhrenförmige Einbauten vorgesehen sind,- die auf ihrer den Brennstäben zugekehrten Seite gleichzeitig auch der Zentrierung· der Brennstäbe dienende Strömungsleit- und Verwirbelungseinrichtungen tragen und das Kühlmittel auf der von den Brennstäben abgewandten Seite der röhrenförmigen Einbauten stets von durchschnittlich niedrigerer Temperatur als auf der den Brennstäben zugewandten Seite ist.
  2. 2. Brennelement nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmitteiverteilungseinrichtungen nur auf der einen Seite des Brennelementes angeordnet sind.
  3. 3. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmigen Einbauten jeden einzelnen Brennstab des Elementes mit geringem Abstand umgeben und an der dem Brennstab zugewandten Seite mit Zentrierung«- und Stromungsleiteinrichtungen versehen sind. ι
    " ■ . BAD ORIGINAL
    , ' - 8 - j . Mü/Fra
    909835/0583 ,
    ■4· Brennelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelverteilungseinrichtungen gleichzeitig zur Zu— und Abführung des Kühlmittels aus dem Brennelement vorgesehen sind. : ■. "
    5· Brennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    das zugeführte Kühlmittel erst nach Durchlauf der röhrenförmig-en Einbauten mit den Brennstäten in Berührung kommt. '
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    ΑΘ
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