DE1764914A1

DE1764914A1 - Spaltstoffanordnung

Info

Publication number: DE1764914A1
Application number: DE19681764914
Authority: DE
Inventors: Michel M Alain; Dewandeleer M Jean
Original assignee: Belgonucleaire SA
Current assignee: Belgonucleaire SA
Priority date: 1967-09-07
Filing date: 1968-09-03
Publication date: 1971-12-02
Also published as: GB1169868A; FR1585673A; BE703561A

Description

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Rudolf Busselmder Augsburg, den 28. August 1968

Patentanwalt ' ■

Augsburg · Rehlingeiutraße β Priorität: Belgien,

FMt*di«kkonto: Münchtn Nr. 7453» ■ f _# September - 1907 ,

Nr. P.V. 48.204 5202/37 belg.P«t. 703.561

Gr/Wa Bu

Patentanmeldung

BELGONUCLEAIRE S.A., 35, Rue des Colonies, Brüssel 1, Belgien

Spaltstoffanordnung

Die Erfindung betrifft Spaltstoffanordnungen für Kernreaktoren.

Bei solchen Anordnungen ist das Spaltmaterial (spaltbar oder brütbar) im allgemeinen in Form von Elementen, etwa Stäben oder Platten usw., angeordnet, welche gebündelt im Inneren eines Gehäuses gruppiert sind. Das Kühlmittel bzw. die Kühlflüssigkeit zirkuliert im allgemeinen zwischen diesen Elementen in Durchgängen, die bei solchen Anordnungen unter dem Namen "Kühlkanäle" ("channels", "Chenaux") bekannt sind.

Im Inneren von bestimmten Spaltstoffanordnungen können die erzeugten Leistungen (Wärme) sehr unterschiedlich sein, je nach Lage des betrachteten Brennstoffelements relativ zur Achse des Kern«· Da eich die

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in den Kanälen fließenden Teilströme des Kühlmittels

im Inneren einer solchen Anordnung bzw. der KühlflüssigkeitVsehr wenig vermischen, ist die Austrittstemperatur des Kühlmittels bei Kanälen im Bereich der starken Leistungsabgabe beträchtlich höher als bei Kanälen des Bereichs mit schwacher Leistungsabgabe. Daraus resultieren Ungleichmäßigkeiten der Verteilung der Temperaturen im Kühlmittel und demzufolge in den Ausrüstungen bzw. Geräten, die mit diesem in Berührung stehen (Gehäuse; Hülle der Brennstoffelemente, usw. ···).

Darüberhinaus ist bei solchen Anordnungen der Durchsatz des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit bedingt durch Kriterien der Temperatur; diese kann einen maximalen Wert in den "heißen Kanälen" nicht überschreiten (d.h. die Grenzen für die maximale Temperatur in heißen Kanälen bestimmen den Mindestdurchfluß in einer solchen Anordnung).

In den Anordnungen mit ungleichmäßiger Freisetzung von Wärme ist die mittlere Temperatur (des Kühlmittels) am Ausgang spürbar geringer als bei Anordnungen mit gleichmäßiger Wärmeabgabe, was ein· Absenkung der Gesamttemperatur des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit beim Ausgang aus dem Reaktor nach sich zieht, woraus ein Wirkungsgradverlust * der gesamten Anlage resultiert·

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Spaltet off anordnung vor, welche diese Nachteile dadurch

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vermeidet, daß der Spaltstoff in Längsrichtung in zwei oder mehrere Bündel unterteilt ist, zwischen denen eine oder mehrere Vorrichtungen zum Umlenken μηα/oder Vermischen des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit bzw. der einzelnen Kühlmittelströme angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der folg enden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.

Diese Vorrichtungen zwingen das Kühlmittel bzw. Teilströme desselben zum Übergang von bestimmten Kanälen eines Bündels zu anderen mit unterschiedlicher Leistungsabgabe im nachfolgenden Bündel. Beispielsweise im Falle einer in zwei Bündel unterteilten Spa. +. et off -anordnung bewirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Umlenken des Kühlmittels von den "heißen Kanälen" des ersten Bündels in die "kalten Kanäle" des zweiten Bündels und umgekehrt. Auf diese Weise erhält man am Ausgang eine gleichmäßigere Temperatur des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit.

Ein Ausführungsbeispiel: der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt;die Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfingungsgemäßen Anordnung,

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Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoffanordnung1 Fig. 3 einen Schnitt gemäß A-A der Fig. 2, Fig. 4

bis 6 unterschiedliche Ausführungeformen der Vorrichtung zum Umlenken bzw. Mischen des Kühlmittelstroms, in perspektivischer Darstellung.

Gemäß Fig. 1 sind die Brennstoffelemente 1 im -Inneren einer Umhüllung oder eines Gehäuses 2 in zwei übereinanderliegenden Bündeln 3 und k angeordnet, wobei jedes einen Bereich 5 mit starker Leistungsabgabe (heiße Kanäle) und einen Bereich 6 mit schwacher Leistungsabgabe (kalte Kanäle) umfaßt· Das Kühlmittel (dessen Zirkulationsrichtung mit Hilfe der Pfeile angedeutet ist) tritt an einer Verlängerung 7 des Gehäuses ein, durchläuft das Bündel in den parallelen Kanälen und gelangt schließlich zur Vorrichtung 9i diese besteht aus einem profiliertem, d.h. Mit Leitflächen zum Umlenken bzw. Mischen des Kühlmittels versehenen Teil, derart, daß die Flüssigkeit, welche die heißen Kanäle 5 des Bündels 3 durchlaufen hat zu den kalten Kanälen 6 des Bündele k und umgekehrt geleitet wird.

Auf diese Weise erreicht man eine wesentliche Vergleichmäßigung der Temperaturen des Kühlmittels am Ausgang aus den verschiedenen Kanälen. Die noch verbleibenden Temperaturunterschiede des Kühlmittels i fi a 8 4 9 / 0 ,

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am Ausgang hängen von der in der Umlenkvorrichtung erzeilten Durchmischung der Flüssigkeit ab; diese Durchmischung könnte im übrigen noch verbessert werden durch eine Einrichtung, welche die Turbulenz erhöht, und welche in der Umlenkvorrichtung selbst angeordnet ist. Darüberhinaus kann man oben am Bündel k eine Mischvorrichtung vorsehen, welche die Ausgangstemperaturen noch weiter vergleichmäßigen würde.

Die hauptsächlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter anderem:

a) Eine bedeutende Verminderung der Temperaturunterschiede des Kühlmittels zwischen den Kanälen einer Spalt stoffanordnung mit ungleichmäßiger Leistungsabgabe, und infolgedessen eine Verminderung der daraus resultierenden (Wärme-) Spannungen und Verformungen,

b) eine Erhöhung der mittleren Temperatur des Kühlmittels in allen Spaltstoffanordnungen mit ungleichmäßiger Leistungsabgabe, und demzufolge eine Erhöhung der mittleren Temperatur des Kühlmittels, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades der gesamten Anlage zur Folge hat.

Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 Beispiel für eine Anwendung der Erfindung ein«

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Anordnung des radialen Mantel^eines schnellen natriumgekühlten Reaktors, d.h. z.B. eine Anordnung des radialen Mantelmaterials, beschrieben. Die Ungleichmäßigkeiten der Leistungsabgabe im Innneren einer solchen Anordnung sind besonders hoch und das Verhältnis zwischen der maximalen Leistung (in den dem Kern am nächsten liegenden Stäben) und der minimalen Leistung (in den vom Kern am weitesten entfernten Stäben) kann die Größenordnung von 5 annehmen.

Die Anordnung umfaßt zwei Bünden 11 und 12 aus jeweils 90 Brutstoffstäben 13, welche eine Umhüllung aus rostfreiem Stahl zur Aufnahme des Brutmaterials besitzen. Die Stäbe 13 sind im Inneren eines hexagonalen Gehäuses lh in einem Dreiecksmuster bzw. Dreiecksgitter angeordnet. Die Brutstoffstäbe sind in jedem der Bündel 11 und 12 durch obere und untere Kerntraggitter I5 und l6 gehalten.

Die Umlenkvorrichtung 17 bildet eine Einheit mit dem oberen Kerntraggitter I5 des Bündels 11 und dem unteren Kerntraggitter l6 des Bündele 12. Die Einheit der Kerntraggitter 15 und l6 und die Vorrichtung 17 sind in dem Gehäuse 14 mit Hilfe eines zentralen Stabes l8 gehalten, welcher im Fuß 19 der Anordnung befestigt ist. Neben der Befestigung der Bündel 11 und 12 im Gehäuse lk ermöglicht der Stab 18 auch ein leichtes Einführen der Bündel in das Gehäuse. Die Zirkulationsrichtung des Natriums ist mit

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den Pfeilen 20 dargestellt.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Umlenkvorrichtung. Die Fig. k zeigt eine Umlenkvorrichtung in Form einer Schraubfläche (nämlich in Art einer archmedischen Schraube); die Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung ähnlicher Art aber mit drei Armen bzw* Flügeln und die Fig. 6 eine Vorrichtung mit gekreuzten Durchgängen, in welcher eine Hälfte Flüssigkeitsmenge durch einen zentralen Kanal hindurchläuft, während die andere Hälfte den zentralen Kanal allseitig umfließt.

- Batentansprüche«·

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Claims

17649U Augsburg, den 28. August I968 Patentansprüche;

1. Spaltstoffanordnung für Kernreaktoren, dadurch gekennz eichnet, daß der Spaltstoff in Längsrichtung in mehrere Bündel (3,4;11,12) unterteilt ist, zwischen denen eine oder mehrere Vorrichtungen (9;17) zum ^umlenken des Kühlmittels bzw./Kühlflüssigkeit bzw. der einzelnen Kühlmittelströme angeordnet sind.

2. Spaltstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spaltstoff in zwei Bündel (3,4; 11,12) unterteilt ist, zwischen denen sich eine Vorrichtung (9,17) zum Umlenken des Kühlmittels bzw. der Kühlflüssigkeit bzw. Teilströme des Kühlmittels befindet.

3. Spaltstoffanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Umlenkvorrichtung (en) (9,17) als Mischvorrichtung(en) ausgebildet ist (sind).

4. Spaltstoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkvorrichtung(en) (9t17) schrau-

flachen beiwörmig ausgebildet ist (sind).

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5. Spaltβtoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz eichn e t , daß die Bündel (3,4;11,12) in an eich bekannter Weise aus parallel zueinander angeordneten Brennstoff stäben JA",^ mit Zwischenräumen bestehen.

6. Spaltstoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkvorrichtung (9»17) in einem Träger angeordnet ist, der zwei in Abstand voneinander angeordnete Stirnwände (l5,l6) besitzt, wobei diese Stirnwände (I5»l6) Widerlager, Bohrungen oder dgl. zur Aufnahme der Brennstoffstabenden der benachbarten Bündel besitzen.

7. Spaltstoffanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (15,l6) Durchtrittsöffnungen für Kühlmittel bzw. die Kühlflüssigkeit besitzen.

8* Spaltstoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 71 dadurch gekennz eichnet, daß ein aus einem Bündel (z.B. 11) ankommender und durchströmender Kühlflüssigkeits-Teilstrom (20) derart umgelenkt wird, daß er in einen oder mehrere andere nicht mit dem Kanal des ankommenden Teilstroms fluchtende Kanäle des nächsten Bündels (12) einströmt.

9. Spaltstoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchf lußrichtunjc gesehen am Ende des letzten Bündele ft'JIMiMUIIMMi eine MHMHBOHMliiaftHt

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Mischvorrichtung angeordnet ist.

10. Spaltstoffanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9« dadurch gekennzeich net, daß die Umlenkvorrichtung (9»17) eine Einrichtung zum Erhöhen der Turbulenz im Kühlmittel aufweist.

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