DE2058158B2

DE2058158B2 - Kugelhaufenreaktor

Info

Publication number: DE2058158B2
Application number: DE2058158A
Authority: DE
Inventors: Franz 8520 Erlangen Rohr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1970-11-26
Publication date: 1974-01-17
Also published as: GB1366368A; US3794560A; DE2058158C3; DE2058158A1

Description

Bei der Anordnung von Brennelementen in einem Reaktor muß mit Rücksicht auf eine gleichmäßige Erwärmung der Brennelemente und des sie umspülenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels darauf geachtet werden, daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Brennelemente in dem dafür vorgesehenen Raum vorhanden ist.

Wie unter anderem aus dem Aufsatz »Der Einfluß des Spaltgasdruckes auf die Konstruktion von Kernreaktorbrennelementen mit metallischer Umhüllung« von J. H. Eisner, veröffentlicht in »Atompraxis«, 16, Heft 2, 1970, S. 96 bis 100 hervorgeht, sind im wesentlichen kugelförmige und zylinderförmige Brennelementformen geeignet, um eine gleichmäßige Verteilung des Brennelementvolumens im Reaktor zu erzielen.

Bei einem Kugelhaufenreaktor, bei dem die Brennelemente kugelförmig ausgebildet und aufeinandergeschüttet sind, ergibt sich zweifellos eine gleichmäßige Verteilung des Brennmaterials als bei zylinderförmig ausgebildeten Brennstäben, da hierbei sowohl in senkrechter als auch waagerechter Richtung die gleiche Brennstoffdichte pro Längeneinheit erzielt wird. Ein Vorteil der zylinderförmigen Ausbildung von Brennelementen gegenüber der Kugelschüttung ist im obengenannten Aufsatz auf S. 100 beschrieben, wo nachgewiesen ist, daß man mit sehr hohen Spaltgasdrücken bei kugelförmiger Ausbildung der Brennelemente rechnen muß, wenn diese mit einem gasdichten Hüllmantel umgeben sind, da außerhalb der aktiven Zone kein Raum zur Aufnahme des Spaltgases (Plenum) zur Verfügung steht. Ein derartiger Raum wäre zwar vorhanden, wenn der Brennstoffkern kleiner gemacht würde als der gasdichte Hüllmantel; allerdings ist eine solche Anordnung wegen des schlechten Wärmeüberganges vom Brennstoffkern zum gasdichten Hüllmantel nicht mehr wirtschaftlich. Jedes Anbringen von Räumen zur Aufnahme des Spaltgases zwischen Brennstoffkern und gasdichtem Hüllmantel an bestimmten Stellen der Kugel würde jedoch die Kugelform verändern und damit bei einfacher Schüttung der Kugeln im Reaktor gleichmäßige Verteilung der Brennelemente im Raum verändern, was zu örtlichen Überhitzungserscheinungen im Reaktor führen könnte.

Aus der britischen Patentschrift 1 084 999 ist eine Anordnung mit kugelförmigen Brennelementen bekannt, bei denen die mit einem gasdichten Hüllmantel versehenen Brennelemente im Innern einer mit Öffnungen für das Kühlmittel versehenen Umhüllung gehalten sind. Hierdurch besteht die Möglichkeit, unter Beibehaltung einer Kugelhaufenschüttung den Durchflußquerschnitt für das Kühlmittel gegenüber einem Kugelhaufenreaktor mit Brennelementen ohne solche Umhüllung zu vergrößern. Um einen gleichmäßigen Abstand der Brennstoffkugeln voneinander zu gewährleisten, sind diese mit Hilfe von Abstandshaltern in der perforierten Umhüllung zentriert. Bei dieser Anordnung ist der Nachteil des zu erwartenden sehr hohen Spaltgasdruckes in einem kugelförmigen Brennelement jedoch nach wie vor gegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. ein Brennelement für einen Kugelhaufenreaktor zu schaffen bei dem unter Beibehaltung der Kugelform zusätzlicher Spaltgasraum in jedem Brennelement vorhanden ist, ohne daß eine Verschiebung des Brennstoffkernes nach der einen oder anderen Richtung möglich ist, wie sie sich z.B. bei Anordnung eines Spaltgasraumes im Innern der einzelnen Brennstoffkugeln ergeben könnte. Würde man nämlich einen Spaltgasraum im Innern der Kugel vorsehen, so könnten selbst geringe Temperaturdifferenzen dazu führen, daß das im Innern der Kugel nicht mehr feste Material von einer Seite auf die andere gelangt, wie dies z.B. durch Verdampfer von Material und Niederschlagen desselben an einer anderen Stelle zu erwarten ist.

Die Erfindung betrifft damit ein kugelförmiges Brennelement für einen Kugelhaufenreaktor, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist. Das Neue besteht dabei darin, daß das Brennelement mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen versehen ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In F i g. 1 besitzt die kugelförmige perforierte Umhüllung 3 nach innen gerichtete Einkerbungen 4, die räumlich um je 120° versetzt sind und so das Brennelement zentriert in der perforierten Umhüllung 3 halten. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß die Richtung des Kühlmittelstromes beliebig gewählt werden kann, ohne daß ungleichmäßige Verteilungen des Brennstoffs im Reaktor zu befürchten sind, und daß weiterhin eine gleichmäßige Kühlung des Brennelementes 1 dadurch erfolgen kann, daß die Berührungsfläche zwischen der Umhüllung 3 und dem Hüllmantel 2 des Brennelementes 1 kleingehalten und gleichmäßig über dessen Umfang verteilt ist. Die einzelnen Kugeln sind jeweils aus Halbschalen zusammengesetzt, die an Schweißnähten 5 miteinander verschweißt sind. Der gasdichte Hüllmantel 2 des Brennelementes 1 weist Abweichungen von der Kugelform auf, indem er dort durch Ausweiten mit nach außen gerichteten Warzen versehen ist. Das Innere dieser Warzen dient zur Aufnahme des entstehenden Spaltgases, so daß der Hüllmantel 2 für das Brennelement 1 gegenüber ku-

gelförmigen Brennelementen öhre Spaltgasraum mechanisch schwächer ausgebildet sein kann. In F i g. 1 sind diese Warzen kleiner gewählt als die Einkerbungen 4 in der perforierten Umhüllung 3, die nach innen gerichtet sind und an dem gasdichten Hüllmantel 2 anliegen. Auf diese Weise kommt man unabhängig /on der Anzahl der vorgesehenen Warzen nach wie vor mit nur vier Berührungsstellen zwischen dem gasdichten Hüllmantel und der perforierten Umhüllung aus.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der gesamten Brennelementanordnung ergibt sich dann, wenn man _die Hohe ^^^νΐ

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den geringere Anforderungen gestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit einem gasdichten Hüllmantel versehenes, kugelförmiges Brennelement für einen Kugelhaufenreaktor, das in einer kugelförmig ausgebildeten, perforierten, für das Kühlmittel durchlässigen Umhüllung zentriert gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gasdichte Hüllmantel (2) des Brennelementes an be- ίο stimmten Stellen nach außen vorstehende Warzen besitzt, an denen die Innenwand des Hüllmantels nicht an der Oberfläche des Brennstoffkernes anliegt, so daß zusätzlicher Raum für die Aufnahme von Spaltgasen entsteht (F i g. 1).

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen vorstehenden Warzen des gasdichten Hüllmantels (2) an der Innenwand der perforierten Umhüllung (3) anliegen und damit das Brennelement (1) zentrieren *o (F ig. 2).

3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Umhüllung (3) aus einem Maschendraht besteht.

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