DE1815100B2

DE1815100B2 - Brennelementanordnung fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE1815100B2
Application number: DE19681815100
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 7501 Blankenloch; Möller Rolf Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe; Casal Valentin Dipl.-Ing. 7501 Leopoldshafen; Rust Klaus Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Baumann
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1968-12-17
Publication date: 1977-03-03
Also published as: BE743220A; NL6918754A; FR2026326A7; DE1815100A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennelementanordnung für Kernreaktoren, bestehend aus einer Vielzahl von stabförmigen, zu einem umhüllten Bündel zusammengefaßten und mit wendelförmig verlaufenden Rippen versehenen Brennelementen, deren Rippen sich durch vorbestimmte Zuordnung einander benachbarter Brennelemente in mehreren Querschnittsebenen (Berührungsebenen) entlang der Längsachse mit ihren Stirnkanten berührend kreuzen, wobei in einer vorgegebenen Berührungsebene (Grundformation) je sechs sich über die Rippen berührende Brennelemente (Ringelemente) ein siebtes Einzelelement umschließen.

Aus der BE-PS 6 92 435 ist ein Brennelement bekannt, bei welchem in einer vorgegebenen Berührungsebene (Grundformation) je sechs sich über die Rippen berührende Brennelemente (Ringelemente) ein siebtes Element (Einzelelement) umschließen. Diese Formation wiederholt sich bei Brennelementen mit je drei Kühlrippen in Abständen von H/3 entlang der Bündellängsachse, wobei H die Steigung der Rippen bedeutet. Das mittlere Einzelelement wird jeweils in Zwischenberührungsebenen, die von den vorgenannten Ebenen einen Abstand von H/6 haben, von jeweils drei benachbarten Brennelementen abgestützt

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, bei einer Brennelementanordnung der eingangs erwghnten Art die gegenseitige Abstützung derjenigen Brennelemente, die an der Peripherie des Bündels liegen, zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfinduogsgemäß darin, daß die an der Bündelperipherie nur teilweise von Ringelementen umschlossenen Einzelelemente eine größere Rippenzahl und/oder eine geänderte, vorzugsweise eine niedrigere Rippensteigung gegenüber den benachbarten Ringelementen aufweisen. Dadurch wird der besondere Vorteil erzielt, daß an der Peripherie zusätzliche Abstützungen, die in Ausscheren einzelner Brennelemente aus dem Bündelverband verhindern, entstehen. Andererseits kann die niedrige Rippenzahl, z.B. drei Rippen, bei allen übrigen, d.h. also beim überwiegenden Teil der Brennelemente erhalten bleiben.

Im einfachsten Fall können z. B. die an der Peripherie liegenden, in einer als Grundformation gedachten Berührungsebene nur teilweise von Ringelementen umschlossenen Einzelelemente eine vielfache, vorzugsweise die doppelte Rippenzahl wie die übrigen Elemente aufweisen.

Es ist jedoch auch möglich, durch geeignete Variation der Rippensteigung der Einzelelemente bei gleichbleibender Rippenzahl die Abstützung der Randelemente zu verbessern.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Rippen der an der Peripherie liegenden Einzelelemente mit einer ²/3-Steigung gegenüber den übrigen Elementen auszuführen. Hierbei ist praktisch kein Mehrbedarf an Strukturmaterial erforderlich, was sich besonders im Hinblick auf schnelle Brutreaktoren günstig auswirkt; andererseits wird eine bessere Abstützung der Randelemente bei voller Erhaltung der Kühlmittelquervermischung und der Wärmeabfuhr bei annähernd gleichbleibendem Kühlmitteldruckverlust im Vergleich zur Bündelinnenregion erzielt.

Ein Austührungsbeispiel dieser zuletzt erläuterten Anordnung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert:

F1 g. 1 zeigt im Querschnitt die Grundformation eines hexagonalen Brennelementbündels mit 61 stabförmigen Brennelementen, die jeweils drei, um 120° gegeneinander versetzte, wendelförmig um die Brennelementlängsachse umlaufende Rippen tragen;

F1 g. 2 und 3 zeigen im Querschnitt jeweils einen Ausschnitt einer Berührungsebene desselben Bündels in verschiedenen Längsabständen von der Grundformation.

Wie aus der F i g. 1 zu ersehen ist, bilden in der Grundformation jeweils sechs Brennelemente Ir (Ringelemente) über ihre Rippen 2r einen Ring um ein zentrales siebtes Einzelelement Iz bzw. Ip. Die Rippen 2z der zentralen Einzelelemente Iz sind auf das Zentrum der benachbarten Ringelemente Ir gerichtet.

Sowohl die Rippen 2r der Ringelemente Ir als auch die Rippen 2z der zentralen Einzelelemente U haben die gleiche Steigung, z. B. Hr = 300 mm bei einem Stabdurchmesser von d«6 mm.

Neben Einzelelementen \z im Bündelinneren gibt es noch Einzelelemente Ip an der Peripherie des Brennelementbündels, die in dem gezeigten Beispiel nur von vier sich gegenseitig über ihre Rippen 2r abstützenden Ringelementen 1« umgeben sind und auf einer Seite an die Bündelhülle 3 angrenzen. Diese Elemente Ip würden normalerweise, d.h. bei gleicher Rippenzahl bzw. Rippensteigung wie die übrigen Elemente Ir bzw. Iz,

eine ungünstigere Abstützung gegen ihre Nachbarelemente erfahren. Um dem abzuhelfen, haben die Rippen 2p der Elemente Ip erfindungsgemäß nur ²h der Steigung der Rippen der benachbarten Elemente i«, also Hp = ²h Hr, wobei Hp die Rippensteigung bei den Elementen Ip und Hr die Rippensteigung bei den benachbarten Ringelementen 1* bedeutet Außerdem weisen bei der in Fig. 1 dargestellten Grundfonnation die Rippen Ip der Elemente \p senkrecht auf die Verbindungslinie der Stabmittelpunkte je zweier benachbarter Ringelemente \r.

Aus einer so eingerichteten Grundformation ergeben sich alle weiteren Berührungsebenen entlang der Bündellängsachse. Die Fig.2 zeigt die Stellung der Rippen in einem Längsabstand von HrII gegenüber der Grundformation. Dies entspricht für die Rippen Ir und 2z einem Drehwinkel von 180° und für Rippen Ip einem Drehwinkel von 270° gegenüber der Rippenstellung in

ίο

Die F i g. 3 zeigt die Rippenstellung in einem Längsabstand von Ve Hr gegenüber der Grundformation in Fig. 1, was einem Drehwinkel von 300° für die Rippen Ir und 2z und einem Drehwinkel von 450° für die Rippen 2p entspricht Auch bei Längsabständen von Hr/6 bzw. ⁷Ze Hr existieren derartige Stützebenen für die Elemente ip.

Die aus den Elementen 1/j gebildeten Ringe um die Elemente Xz bzw. Ip wiederholen sich jeweils in Längsabständen Hr/3.

Wie insbesondere aus den Fi g. 2 und 3 zu erkennen ist wird das Element lpvcn allen seinen benachbarten Elementen Ir in gewissen Abständen entlang seiner Länge se abgestützt, daß es nicht aus dem Verband ausscheren kann, andererseits liegen die Stützabstände in derselben Größenordnung wie bei den übrigen Elementen, so daß mit keinem höheren Druckverlust des Kühlmittels und auch mit keinem Verbiegen der Randelemente zu rechnen ist Ähnliche Abstützungen der Elemente an der Bündelperipherie können auch erhalten werden bei anderen Rippensteigungen der Rippen 2_ft z. B. H_P = «/3 Hr und H_P = 2 Hr.

Vor allem werden die Elemente ip von allen vier benachbarten Elementen 1« in gewissen Abständen abgestützt Die Grundformation selbst kann in bekannter Weise z. B. mittels Haltegittern oder geeigneten Lochplatten eingerichtet werden, die an einem oder beiden Enden des Bündels angebracht sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Brennelementanordnung für Kernreaktoren, bestehend aus einer Vielzahl von stabförmigen, zu einem umhüllten Bündel zusammengefaßten und mit wendelförmig verlaufenden Rippen versehenen Brennelementen, deren Rippen sich durch vorbestimmte Zuordnung einander benachbarter Brennelemente in mehreren Querschnittsebenen (Beruhrungsebenen) entlang der Längsachse mit ihren Stirnkanten berührend kreuzen, wobei in einer vorgegebenen Berührungsebene (Grundformation) je sechs sich über die Rippen berührende Brennelemente (Ringelemente) ein siebtes Eirzelelement umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Bündelperipherie (3) nur teilweise von Ringelementen (Ir) umschlossenen Einzelelemente (l/>) eine größere Rippenzahl und/oder eine geänderte, vorzugsweise eine niedrigere Rippensteigung gegenüber den benachbarten Ringelementen (Ir) aufweisen.
2. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (l/>) gegenüber benachbarten Ringelementen (Ir) eine vielfache, vorzugsweise die doppelte Zahl an Rippen aufweisen.
3. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (Ip) die gleiche Zahl an Rippen, vorzugsweise drei Rippen, wie die übrigen Brennelemente aufweisen, daß jedoch die Steigung (Hp) dieser Rippen (2p) nur Vi der Steigung (Hr) der Rippen (2_R) üer benachbarten Ringelemente (1«) beträgt.
4. Brennelementanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (Ip) in der Grundformation mit ihren Rippen (2p) jeweils zwischen zwei benachbarte Ringelemente (Ip) weisen.

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