DE29615575U1

DE29615575U1 - Fuel element with debris filter

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Publication number: DE29615575U1
Application number: DE29615575U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2006-09-07

Description

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BeschreibungDescription

Brennelement mit TrümmerfilterFuel element with debris filter

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelement mit einem Trümmerfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a fuel element with a debris filter according to the preamble of claim 1.

Es hat sich beim Betrieb von mit Kühlmittel betriebenen Kernreaktoren, insbesondere Siedewasserreaktoren oder Druckwasserreaktoren, gezeigt, daß immer wieder Beschädigungen der in den Reaktoren enthaltenen Brennelemente auftreten, die dadurch verursacht werden, daß während Bau-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten in den Kühlwasserkreislauf gelangte feste, zumeist metallische Teile {= Trümmer) durch die -Kühlwasser-Strömung in das Innere des Brennelementes gespült werden und dort mechanische Beschädigungswirkungen zeitigen. Als derartige Trümmer sind insbesondere zu nennen Schrauben, Muttern, Drähte oder Metallspäne sowie abgebrochene Teile von Abstandshalter federn. Als besonders schädlich werden Trümmer mittlerer Größe (10 - 100 mm} angesehen. Bei diesen besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, daß sie durch die Kühlmittelströmung so in ein Brennelement gespült werden und sich an den unteren Abstandhaltern verlaufen, wo sie durch Vibrationen insbesondere an den Brennstäben Abrieb und Reibverschleiß hervorrufen. Diese Abrieb und Reibverschleiß verursachenden Vibrationen der Trümmer werden durch das strömende Kühlmittel hervorgerufen und wirken sich insbesondere dann aus, wenn die Trümmer sich in Kontakt mit einem Brennstab verkeilen, da die Brennstäbe bedingt durch die Kühlmittelströmung eine Eigenschwingung aufweisen. Auf diese Weise können die Brennstäbe sogar perforiert werden, was die häufigste Schadensursache in Druckwasserreaktoren ist.During the operation of nuclear reactors operated with coolant, especially boiling water reactors or pressurized water reactors, it has been shown that damage to the fuel elements contained in the reactors repeatedly occurs. This is caused by solid, mostly metallic parts (= debris) that have entered the cooling water circuit during construction, repair or maintenance work being flushed into the interior of the fuel element by the cooling water flow and causing mechanical damage. Such debris includes in particular screws, nuts, wires or metal chips as well as broken parts of spacer springs. Medium-sized debris (10 - 100 mm) is considered to be particularly harmful. There is an increased probability that it will be washed into a fuel element by the coolant flow and run along the lower spacers, where it causes abrasion and frictional wear, particularly on the fuel rods, due to vibrations. These vibrations of the debris, which cause abrasion and frictional wear, are caused by the flowing coolant and are particularly noticeable when the debris becomes wedged in contact with a fuel rod, since the fuel rods have their own vibrations due to the coolant flow. This can even perforate the fuel rods, which is the most common cause of damage in pressurized water reactors.

Frühere Versuche zur Lösung dieses Problems sahen extra lange untere Endkappen an den Brennstäben vor, die an der Stelle des untersten Abstandshalters noch massiv waren und daher nicht perforiert werden konnten. Der unterste AbstandshalterPrevious attempts to solve this problem included extra-long lower end caps on the fuel rods, which were still solid at the location of the lowest spacer and therefore could not be perforated. The lowest spacer

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wurde also als Trüinmerfilter benutzt. Diese Lösung zeitigt jedoch den Nachteil, daß hierbei die Länge der Brennstoffsäule reduziert werden muß, wodurch die Reaktorleistung verringert wird.
5was used as a debris filter. However, this solution has the disadvantage that the length of the fuel column has to be reduced, which reduces the reactor power.
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In der vorbezeichneten Europäischen Patentschrift EP-O 455 010-Bl (Spalte 1, Zeilen 44 ff.) werden weitere Schutzrechtsanmeldungen aufgeführt, die Vorschläge zur Lösung des bezeichneten Problems enthalten. Diese zitierten Schutzrechtsanmeldungen sehen zum Teil AbhilfemaSnahmen in der Nähe der unteren Gitterplatte vor, was (ebenso wie die Lösung mit den massiven unteren Endkappen) zu einer Einbuße der aktiven Länge der Brennstäbe führt. Andere vorgeschlagene Schutzmaßnahmen führen zu einem unannehmbaren Kühlmitteldruckverlust.The above-mentioned European patent specification EP-O 455 010-Bl (column 1, lines 44 ff.) lists further patent applications containing proposals for solving the problem described. Some of these patent applications cite remedial measures near the lower grid plate, which (like the solution with the solid lower end caps) leads to a loss of the active length of the fuel rods. Other proposed protective measures lead to an unacceptable loss of coolant pressure.

Ein solcher Kühlmitteldruckverlust würde zu einer ungünstigen Beeinflussung der Wärmeübertragung durch die Brennstäbe auf das Kühlmittel führen.Such a coolant pressure loss would have an adverse effect on the heat transfer through the fuel rods to the coolant.

Um die vorgenannten Nachteile zu beseitigen, wird in der vor-0 bezeichneten Europäischen Patentschrift erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Brennelement eine untere Gitterplatteneinheit mit einem integralen Trümmerfilter zu verwenden oder alternativ hierzu einen Trümmerfilter zu verwenden, der innerhalb der Abmessungen der unteren Gitterplatte angeordnet ist. Der Trümmerfilter besteht dabei im wesentlichen aus einem Plattenelement, das von einer Schürze umgeben ist. Das Plattenelement enthält eine Vielzahl von Blechstreifen, die hochkant (d.h. praktisch vertikal ausgerichtet) stehen, sich der Länge nach geradlinig über den Querschnitt des Plattenelements er-0 strecken und parallel zueinander ausgerichtet sind. Diese vertikal ausgerichteten Blechstreifen sind jedoch senkrecht zu diesem Plattenquerschnitt nicht eben, sondern C-förmig durchgebogen. Die Zwischenräume zwischen den Blechstreifen bilden daher Strömungskanäle, die in einer zur Plattenoberfläche parallelen (x,y)-Ebene jeweils einen langen und schmalen Querschnitt aufweisen, der in der Längsrichtung der Blechstreifen (der x-Richtung) geradlinig ist, während dieserIn order to eliminate the above-mentioned disadvantages, the European patent specification referred to above proposes, according to the invention, to use a lower grid plate unit with an integral debris filter in the fuel assembly or, alternatively, to use a debris filter arranged within the dimensions of the lower grid plate. The debris filter essentially consists of a plate element surrounded by an apron. The plate element contains a large number of sheet metal strips which stand on edge (i.e. practically vertically aligned), extend lengthwise in a straight line over the cross-section of the plate element and are aligned parallel to one another. However, these vertically aligned sheet metal strips are not flat perpendicular to this plate cross-section, but are bent in a C-shape. The spaces between the sheet metal strips therefore form flow channels which each have a long and narrow cross-section in an (x,y) plane parallel to the plate surface, which is straight in the longitudinal direction of the sheet metal strips (the x direction), while this

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Spalt senkrecht zur Plattenoberfläche nicht geradlinig in der (y,z)-Ebene, sondern in y-Richtung an dieser Ebene gekrümmt ist.Gap perpendicular to the plate surface is not straight in the (y,z)-plane, but curved in the y-direction on this plane.

Da dünne und lange Trümmer (z.B. Späne oder Drähte) in einer Strömung ihre Längsrichtung weitgehend parallel zur Strömungsrichtung ausrichten, bleiben diese weitgehend in diesen gekrümmten Spalten des Filters hängen.Since thin and long debris (e.g. chips or wires) in a flow align their longitudinal direction largely parallel to the flow direction, they largely get stuck in these curved gaps in the filter.

Auf die senkrecht stehenden Bleche ist an der Oberseite des Trümmerfilters ein gitterrostartiges Blech aufgesetzt, das den Durchstrom des Kühlmittels erlaubt. Alternativ ist in der vorbezeichneten Europäischen Patentschrift vorgesehen, daß auf den senkrecht stehenden Blechen ein horizontales Gitter liegt. Diese Lösung wird vor allem vorgeschlagen, wenn der Trümmerfilter einteilig als Feingußteil ausgeführt wird. Eine andere Ausführungsform der vorbezeichneten Europäischen Patentschrift sieht vor, daß über die senkrechten Bleche quer zu deren Richtung Verstrebungsstäbe gelegt werden. Diese Verstrebungsstäbe werden mit den Blechen verlötet oder verschweißt. Falls das Filter nicht durch Feinguß einteilig gefertigt ist, sind auch an der Unterseite des Plattenelements, also am unteren Ende der vertikalen Bleche, quer zur Blechrichtung verlaufende Verstrebungsstäbe vorgesehen.A grating-like sheet is placed on the top of the vertical sheets of the debris filter, which allows the coolant to flow through. Alternatively, the aforementioned European patent specifies that a horizontal grid is placed on the vertical sheets. This solution is primarily proposed if the debris filter is made as a one-piece investment cast part. Another embodiment of the aforementioned European patent specifies that bracing rods are placed across the vertical sheets at right angles to their direction. These bracing rods are soldered or welded to the sheets. If the filter is not made as a single piece by investment casting, bracing rods running at right angles to the sheet direction are also provided on the underside of the plate element, i.e. at the lower end of the vertical sheets.

An der erfindungsgemäßen Lehre der vorbezeichneten Europäischen Patentschrift wird als nachteilig empfunden, daß die Herstellung der dort vorgeschlagenen Trümmerfilter einen hohen Fertigungsaufwand mit sich bringt. Um den senkrechten Blechen, welche die Kühlmittelströmungskanäle bilden, die nötige Stabilität zu geben, müssen diese Bleche mit den quer dazu verlaufenden Verstrebungsstäben an der unteren und oberen Oberfläche des Plattenelementes bzw. mit der gitterrostartigen horizontalen Platte an der oberen Oberfläche des Plattenelementes verschweißt oder verlötet werden. Bei den runden Verstrebungsstäben ist zudem vorzusehen, daß die senkrechten Bleche Aussparungen für diese Verstrebungsstäbe ent-The disadvantage of the inventive teaching of the aforementioned European patent is that the manufacture of the debris filters proposed therein entails a high manufacturing effort. In order to give the vertical sheets that form the coolant flow channels the necessary stability, these sheets must be welded or soldered to the transverse bracing rods on the lower and upper surface of the plate element or to the grating-like horizontal plate on the upper surface of the plate element. In the case of the round bracing rods, it must also be provided that the vertical sheets have recesses for these bracing rods.

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halten. Wird der Filter im Druckgußverfahren hergestellt, so kann dies zu einer rauhen Oberfläche mit einem höheren Druckverlust im Kühlmittel führen, falls die Oberfläche nicht besonders behandelt wird.
5If the filter is manufactured using the die-casting process, this can result in a rough surface with a higher pressure loss in the coolant if the surface is not specially treated.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung der technischen Lehre der vorbezeichneten Europäischen Patentschrift dar. Durch sie soll der fertigungsbedingte Aufwand bei der Herstellung von Trümmerfiltern, die dem Erfindungsgedanken der in der vorbezeichneten Europäischen Patentschrift enthaltenen Lehre entsprechen, verringert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre besteht darin, daß die Stabilität des Plattenelementes des Trümmerfilters gesteigert wird, wodurch das Plattenelement so sehr selbsttragend wird, daß auf Verstrebungsstäbe oder Gitterrostplatten praktisch ganz verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Brennelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9.The present invention represents a further development of the technical teaching of the aforementioned European patent specification. It is intended to reduce the manufacturing effort involved in the manufacture of debris filters that correspond to the inventive concept of the teaching contained in the aforementioned European patent specification. A further advantage of the teaching according to the invention is that the stability of the plate element of the debris filter is increased, whereby the plate element becomes so self-supporting that bracing rods or grating plates can be practically dispensed with. This object is achieved by a fuel element with the features of claim 1 or claim 9.

Der grundsätzliche Aufbau eines Trümmerfilters entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere der folgende: Es wird ein Plattenelement von einem Rahmen umfaßt. Dabei kann der Rahmen insbesondere als Vierkantprofil ausgebildet sein. Er kann aber auch (wie in der vorbezeichne-5 ten Europäischen Patentschrift) als Schürzenelement vorgesehen sein. Das Plattenelement wird im wesentlichen gebildet durch parallel angeordnete, vertikal ausgerichtete, also zur Plattenoberfläche ((x,y)-Ebene) praktisch senkrechte Stege, deren Längsrichtung (x-Achse) parallel zur Plattenoberfläche verläuft. Diese Stege werden von Blechstreifen gebildet, die in der x-Richtung nicht geradlinig, verlaufen, sondern profiliert sind. In diesen Profilen treten z.B. Flächenstücke auf, die schräg zur Längsrichtung verlaufen, und Flächenstücke, die parallel verlaufen. Die Stege werden so aneinander gefügt, daß sie sich berühren und Kanäle für das Kühlmittel entstehen, die entsprechend dem Verlauf der Profilierung mit wechselnder Richtung schräg zur &zgr;-Achse verlaufen. An den ge-The basic structure of a debris filter according to a first embodiment of the invention is in particular as follows: A plate element is enclosed by a frame. The frame can in particular be designed as a square profile. However, it can also be provided as an apron element (as in the aforementioned European patent specification). The plate element is essentially formed by parallel, vertically aligned webs, i.e. practically perpendicular to the plate surface ((x,y) plane), whose longitudinal direction (x-axis) runs parallel to the plate surface. These webs are formed by sheet metal strips that do not run straight in the x-direction, but are profiled. In these profiles, for example, surface pieces occur that run obliquely to the longitudinal direction and surface pieces that run parallel. The webs are joined together in such a way that they touch and channels for the coolant are created, which run obliquely to the z-axis in alternating directions according to the course of the profiling.

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genseitigen Berührungsstellen der Stege werden diese verschweißt oder verlötet oder teilweise verschweißt oder verlötet. Die Stege werden an ihren Enden mit dem das Plattenelement umgebenden Rahmen verschweißt oder verlötet bzw. teilweise verschweißt oder verlötet. Des weiteren wird eine Verschweißung oder Verlötung oder teilweise Verschweißung oder Verlötung an den Stellen vorgenommen, an denen die außenliegenden Stege bedingt durch ihre Profilierung am Rahmen anliegen. Die Plattenelemente können auch Einsätze für Führungsrohre enthalten. Führungsrohre sind in einem Brennelement enthaltene, parallel zu den Brennstäben angeordnete zwischen den Brennstäben befindliche stabile Rohre, die nach unten hin langer sind als die Brennstäbe und somit in die Bodenplatte des Brennelements hinein oder durch sie hindurch ragen. Zum Zwecke der Aufnahme eines Führungsrohreinsatzes bei Druckwasser-Brennelementen oder der Befestigung von Tragstäben oder tragenden Wasserrohren bei Siedewasser-Brennelementen werden die Stege unterbrochen und die Enden, mit denen die Stege mit diesen Skelett-Teilen Kontakt haben, mit diesen verschweißt 0 oder verlötet oder teilweise verschweißt oder verlötet.At the mutual contact points of the webs, these are welded or soldered or partially welded or soldered. The webs are welded or soldered or partially welded or soldered at their ends to the frame surrounding the plate element. Furthermore, welding or soldering or partial welding or soldering is carried out at the points where the external webs rest on the frame due to their profile. The plate elements can also contain inserts for guide tubes. Guide tubes are stable tubes contained in a fuel element, arranged parallel to the fuel rods and located between the fuel rods. These tubes are longer towards the bottom than the fuel rods and thus protrude into or through the base plate of the fuel element. For the purpose of accommodating a guide tube insert in pressurized water fuel elements or for fastening support rods or supporting water tubes in boiling water fuel elements, the webs are interrupted and the ends with which the webs are in contact with these skeleton parts are welded or soldered or partially welded or soldered to them.

Darüber hinaus wird eine weitere Ausführungsform vorgeschlagen, die gegenüber dem obengenannten grundsätzlichen Aufbau des Trümmerfilters anstelle der parallelen Stege ein mögliehst dicht gepacktes Bündel senkrechter paralleler Rohre verwendet. Diese parallelen Rohrstücke bilden im wesentlichen das Plattenelement. Sie sind an ihren Kontaktstellen miteinander verschweißt oder verlötet oder teilweise verschweißt oder verlötet. Auch dieses aus Rohren gebildete Plattenelement ist von einem Rahmen umfaßt und die Rohre sind S- oder C-förmig gebogen.In addition, a further embodiment is proposed, which, in contrast to the above-mentioned basic structure of the debris filter, uses a bundle of vertical parallel tubes packed as tightly as possible instead of the parallel webs. These parallel tube pieces essentially form the plate element. They are welded or soldered to one another at their contact points or are partially welded or soldered. This plate element made of tubes is also surrounded by a frame and the tubes are bent in an S or C shape.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Bevorzugte Ausführungsbexspiele der Erfindung sind an Hand der folgenden Zeichnungen erläutert:Advantageous further developments are specified in the subclaims. Preferred embodiments of the invention are explained with reference to the following drawings:

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FIG 1 zeigt die schematische Draufsicht auf ein Trümmerfiltersegment, bei dem die Stege eine Rechteckprofilierung aufweisen. FIG 1 shows a schematic top view of a debris filter segment, in which the webs have a rectangular profile.

FIG 2 zeigt in einer schematischen Perspektivdarstellung, daß diese Stege mit Rechteckprofil in z-Richtung {Querrichtung zum Steg) ein C-förmiges Profil besitzt.FIG 2 shows in a schematic perspective view that these webs with rectangular profile have a C-shaped profile in the z-direction {transverse direction to the web).

FIG 3 zeigt die schematische Perspektivdarstelllung eines Steges mit Rechteckprofil, bei dem diese Profilierung S-förmig verläuft.FIG 3 shows a schematic perspective view of a web with a rectangular profile, in which the profile is S-shaped.

FIG 4 zeigt die Draufsicht auf ein Segment des Filters der FIG 3 mit einem eingeschweißten Führungsrohreinsatz. 15FIG 4 shows a top view of a segment of the filter in FIG 3 with a welded guide tube insert. 15

FIG 5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Filter aus Streifen eines Wellbleches.FIG 5 shows a schematic cross-section through a filter made of strips of corrugated iron.

FIG 6 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung zweier aneinander gefügter Stege mit Trapezprofil in x-Richtung, bei dem das Profil der Stege konkav (C-förmig) aus der (x,z)-Ebene herausgewölbt ist.FIG 6 shows a schematic perspective view of two joined webs with a trapezoidal profile in the x-direction, in which the profile of the webs is concave (C-shaped) and arched out of the (x,z) plane.

FIG 7 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip der FIG 6.FIG 7 shows a simplified embodiment according to the principle of FIG 6.

FIG 8 und FIG 9 zeigen die schematische Perspektivdarstellung von vier parallel zueinander aneinander gefügten Rohren, die entlang ihrer Rohrachse C-förmig gebogen sind.FIG 8 and FIG 9 show the schematic perspective representation of four pipes joined parallel to each other, which are bent in a C-shape along their pipe axis.

Die Figuren 1 bis 7 zeigen Varianten der ersten vorgeschlagenen Ausführungsform. Dabei ist in FIG 1 das von einem Rahmen 1 umfaßte Plattenelement 2 in Draufsicht zu erkennen. Als einfachste Form für den Rahmen 1 kommt ein Vierkantprofil in Betracht, wie es in FIG 1 dargestellt ist. Das vom Rahmen 1 umschlossene Plattenelement 2 wird vor allem gebildet durch eine größere Anzahl paralleler Stege 3. Diese Stege weisenFigures 1 to 7 show variants of the first proposed embodiment. In FIG. 1, the plate element 2 enclosed by a frame 1 can be seen in plan view. The simplest form for the frame 1 is a square profile, as shown in FIG. 1. The plate element 2 enclosed by the frame 1 is mainly formed by a large number of parallel webs 3. These webs have

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eine periodische Profilierung in Form von Rechtecken auf. Diese Profilierung kann insbesondere unter der perspektivischen Darstellung des Steges 3 in FIG 2 gesehen werden. Werden die parallelen Stege so aneinander gefügt, daß die gegensinnigen Ausbauchungen der Profilierung der Bleche aufeinander zu liegen kommen, so entstehen Kühlwasserströmungskanäle 4, durch die das Kühlwasser strömen kann. Dabei strömt das Kühlwasser entsprechend den Pfeilen an der Unterseite des Plattenelements im Kühlwassereintrittsbereich 4.1 in den Kühlwasserkanal 4 ein, durchfließt das Plattenelement 2 und strömt an der oberen Oberfläche des Plattenelements 2 im Kühlmittelaustrittsbereich 4.2 wieder aus dem Plattenelement 2 aus. Hierbei ist das Rechteckprofil in Querrichtung zu dem Steg 3 so in Blechstreifen geprägt, deren Längsrichtung sich in einer zur Plattenoberfläche parallelen (x,y)-Ebene erstreckt und deren seiten zur Plattenoberfläche senkrecht, also in z-Richtung ausgerichtet sind. Die Blechstreifen stehen also hochkant (vertikal). Durch Prägung, Tiefziehen oder ein anderes Profilierungsverfahren sind in diese Blechstreifen Flächenteile 8 eingeformt, die schräg zur x-Achse {bei der hier betrachteten C-Form der ungefähr quadratischen Kühlwasserströmungskanäle also im Kühleintrittsbereich 4.1 und im Kühlwasseraustrittsbereich jeweils senkrecht zur x-Achse) ausgerichtet sind. Diese Flächenteile 8 wechseln mit Flächenteilen 9 ab, die parallel zur (x,z)-Ebene stehen. In diesem Beispiel bestehen die Stege ("Blechstreifen") also nur aus den Flächenstücken 8 und 9. Flächenstücke, die schräg zur (x, z)-Ebene ausgerichtet sind, treten nicht auf. Entsprechend verlaufen die Mittelachsen der Kühlmittelströmungskanä-Ie zwar in wechselnder Richtung schräg zur z-Achse, jedoch liegt jede der Mittelachsen ganz in einer zur (&khgr;,&zgr;)-Ebene parallelen Ebene.a periodic profiling in the form of rectangles. This profiling can be seen in particular in the perspective view of the web 3 in FIG 2. If the parallel webs are joined together in such a way that the opposing bulges of the profiling of the sheets come to rest on top of each other, cooling water flow channels 4 are created through which the cooling water can flow. The cooling water flows into the cooling water channel 4 in accordance with the arrows on the underside of the plate element in the cooling water inlet area 4.1, flows through the plate element 2 and flows out of the plate element 2 again on the upper surface of the plate element 2 in the coolant outlet area 4.2. The rectangular profile is embossed in the transverse direction to the web 3 into sheet metal strips whose longitudinal direction extends in an (x,y) plane parallel to the plate surface and whose sides are perpendicular to the plate surface, i.e. aligned in the z direction. The sheet metal strips are therefore upright (vertical). By embossing, deep drawing or another profiling process, surface parts 8 are formed into these sheet metal strips, which are aligned at an angle to the x-axis (in the case of the C-shape of the approximately square cooling water flow channels considered here, i.e. in the cooling inlet area 4.1 and in the cooling water outlet area, each perpendicular to the x-axis). These surface parts 8 alternate with surface parts 9 that are parallel to the (x,z) plane. In this example, the webs ("sheet metal strips") therefore only consist of surface parts 8 and 9. Surface parts that are aligned at an angle to the (x,z) plane do not occur. Accordingly, the center axes of the coolant flow channels run in alternating directions at an angle to the z-axis, but each of the center axes lies entirely in a plane parallel to the (x,z) plane.

Die zur (x,z)-Ebene parallelen Flächenstücke 8 sind alternierend gegeneinander versetzt und bilden Auflageflächen für die entsprechenden Flächenstücke benachbarter Stege. An diesen Auflageflächen sind benachbarte Stege jeweils fest miteinan-The surface pieces 8 parallel to the (x,z) plane are alternately offset from each other and form support surfaces for the corresponding surface pieces of neighboring webs. Neighboring webs are firmly connected to each other at these support surfaces.

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der verbunden, z.B. verlötet oder verschweißt, etwa Laserstrahlschweißen oder insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen (Schweißnähte 7).which is connected, e.g. soldered or welded, such as by laser beam welding or in particular by electron beam welding (weld seams 7).

Das Plattenelement enthält also zwischen zwei benachbarten Stegen eine Reihe von in x-Richtung aufeinander folgenden Strömungskanälen.The plate element therefore contains a series of flow channels arranged in succession in the x-direction between two adjacent webs.

Gegenüber der erwähnten EP-B-O 455 010 ist die Funktion als Trümmerfilter verbessert, da der Strömungsquerschnitt der Kanäle nicht nur in y-Richtung schmal ist, sondern aufgrund der in x-Richtung vorgenommenen Profilierung auch in x-Richtung ungefähr gleich schmal ist. Da jeder Strömungskanal eine gegenüber der z-Achse wechselnde Richtung besitzt, können somit nur noch Trümmer, deren Abmessungen in allen drei Dimensionen klein sind, den Filter passieren.Compared to the EP-B-O 455 010 mentioned above, the function as a debris filter is improved because the flow cross-section of the channels is not only narrow in the y-direction, but is also approximately equally narrow in the x-direction due to the profiling in the x-direction. Since each flow channel has a direction that changes with respect to the z-axis, only debris that is small in all three dimensions can pass through the filter.

Darüber hinaus stehen ausgedehnte Berührungsflächen zum gegenseitigen Befestigen der Blechstreifen zur Verfugung. Die 0 Stege stützen sich aneinander ab und können auf einfache Weise zu einem robusten Plattenelement verbunden werden, ohne daß zusätzlich Lochplatten, Querrippen oder Haltestangen erforderlich sind. Ebenso ist ein geringer Strömungswiderstand erreichbar.In addition, there are extensive contact surfaces for mutually fastening the sheet metal strips. The 0 webs support each other and can be easily connected to form a robust plate element without the need for additional perforated plates, cross ribs or support rods. A low flow resistance can also be achieved.

FIG 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Steg 13, der ebenso wie der Steg 3 aus FIG 2 eine rechteckige Profilierung aufweist und in Plattenelementen analog dem Steg 3 aus FIG 2 Verwendung findet. Er unterscheidet sich jedoch dadurch, daß das Vierkantprofil in der Querrichtung des Bleches (x, z-Ebene) nicht in einer C-förmigen Kurve verläuft, sondern in einer S-förmigen Kurve.FIG 3 shows a perspective view of a web 13 which, like the web 3 in FIG 2, has a rectangular profile and is used in plate elements analogous to the web 3 in FIG 2. However, it differs in that the square profile in the transverse direction of the sheet (x, z plane) does not run in a C-shaped curve, but in an S-shaped curve.

Auch dadurch werden Kühlmittelströmungskanäle 14 erreicht, die zwischen dem Kühlmitteleintrittsbereich 14.1 und dem Kühlmittelaustrittsbereich 14.2 ein Zwischensegment 14.3 auf-This also results in coolant flow channels 14, which have an intermediate segment 14.3 between the coolant inlet area 14.1 and the coolant outlet area 14.2.

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weisen, das in alternierender Richtung schräg zur z-Achse verläuft. Zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsbereich gibt es also ebenfalls keine gerade Bahn. Jedoch ist hier der Zwischenbereich 14.3 gegenüber dem Kühlmitteleintrittsbereich 14.1 und dem Kühlmittelaustrittsbereich 14.2 mehrfach versetzt. which runs in an alternating direction at an angle to the z-axis. There is therefore no straight path between the inlet and outlet areas. However, the intermediate area 14.3 is offset several times compared to the coolant inlet area 14.1 and the coolant outlet area 14.2.

In FIG 4 sind wiederum die umgebogenen Enden der Stege zu erkennen, die eine Auflagefläche 16 für den Rahmen 11 bilden.In FIG 4, the bent ends of the webs can be seen, which form a support surface 16 for the frame 11.

In ähnlicher Weise ist ein Einsatz 11a zum Befestigen der Führungsrohre an den Stegen 13 befestigt. Daher erstreckt sich nur ein Teil der Stege über den gesamten Querschnitt des Rahmens 11, während andere Stege durch solche Einsätze in Teilstege unterteilt sind.Similarly, an insert 11a for fastening the guide tubes is attached to the webs 13. Therefore, only a part of the webs extends over the entire cross-section of the frame 11, while other webs are divided into partial webs by such inserts.

Während die Stege 3 und 13 in x-Richtung ein Profil aus rechtwinkligen Ecken besitzen, die Strömungskanäle die Strömungskanäle also einen ungefähren rechteckigen Querschnitt haben, sind natürlich auch andere Formen möglich. FIG 5 zeigt Stege 23, 23", 23'', die in Längsrichtung (x-Richtung) ein wellenförmiges Profil haben. Auch hier verlaufen die Mittelachsen jedes Strömungskanals ganz in einer zur (x,z)-Ebene parallelen Ebene, wobei sie z.B. eine C-Form nach FIG 2, eine S-Form nach FIG 3 oder eine ähnliche Form mit einer zur z-Achse alternierenden Richtung beschreiben können. In ähnlicher Weise sind auch Bleche, die in Längsrichtung ein trapezförmiges Profil aufweisen.While the webs 3 and 13 have a profile of right-angled corners in the x-direction, the flow channels therefore have an approximately rectangular cross-section, other shapes are of course also possible. FIG 5 shows webs 23, 23", 23'', which have a wave-shaped profile in the longitudinal direction (x-direction). Here too, the center axes of each flow channel run entirely in a plane parallel to the (x,z) plane, whereby they can, for example, describe a C-shape according to FIG 2, an S-shape according to FIG 3 or a similar shape with a direction alternating with the z-axis. Sheets that have a trapezoidal profile in the longitudinal direction are similar.

Weitere mögliche Ausführungsformen sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Dabei weisen diese Ausführungsformen zwar profilierte Stege auf, jedoch zeigen diese Stege keinen C-förmigen, S-förmigen oder ähnlichen Kurvenverlauf der Profilierung in der (&khgr;,&zgr;)-Ebene. Dieser Kurvenverlauf in Stegquerrichtung ist nämlich ersetzt dadurch, daß die profilierten Flächen im Bereich der Zwischensegmente um eine (oder mehre-Further possible embodiments are shown in Figures 6 and 7. Although these embodiments have profiled webs, these webs do not show a C-shaped, S-shaped or similar curve of the profiling in the (χ,ζ) plane. This curve in the cross-web direction is replaced by the fact that the profiled surfaces in the area of the intermediate segments are bent by one (or more)

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re) Krümmungsachse gebogen sind, die jeweils parallel zur Längsrichtung der Stege ist. Die Stege sind a].so konvex aus der (&khgr;,&zgr;)-Ebene heraus gewölbt. Die Biegung erfolgt dabei in der Art, daß ein Schnitt senkrecht zur Längsrichtung der Stege eine C-Form oder S-Form ergibt. Diese Profilierung ist kombiniert mit der Profilierung in x-Richtung. Dadurch entstehen hintereinander angeordnete Strömungskanäle zwischen benachbarten Stegen, wobei die Mittelachsen der Strömungskanäle jetzt jeweils in einer zur (y,z)-Ebene parallelen Ebene verlaufen.10
re) axis of curvature, which is parallel to the longitudinal direction of the webs. The webs are curved so as to be convex from the (&khgr;,&zgr;) plane. The bending is done in such a way that a cut perpendicular to the longitudinal direction of the webs results in a C-shape or S-shape. This profiling is combined with the profiling in the x-direction. This creates flow channels arranged one behind the other between adjacent webs, with the center axes of the flow channels now running in a plane parallel to the (y,z) plane.

FIG 6 zeigt einen Ausschnitt aus zwei Blechen 33, 43 eines Trümmerfilters, wobei die Bleche (Stege) trapezförmig profiliert sind. Die Bleche sind um eine halbe Profilperiode gegeneinander verschoben. An den Flächenteilen 39, 49, die zur Längsrichtung (x-Achse) parallel sind, sind Anlagevorsprünge 38, 48 angeprägt, an denen die Stege miteinander verschweißt oder verlötet werden können. Dabei entstehen Kühlmittelströmungskanäle mit sechseckigem Querschnitt, wie dies bei dem Bezugszeichen 34 ersichtlich ist. Bei der dargestellten Ausführungsform tragen die Stege Profile, die in ihrer Längsrichtung C-formig gebogen sind.FIG 6 shows a section of two metal sheets 33, 43 of a debris filter, whereby the metal sheets (webs) are profiled in a trapezoidal shape. The metal sheets are offset from one another by half a profile period. On the surface parts 39, 49, which are parallel to the longitudinal direction (x-axis), contact projections 38, 48 are stamped, to which the webs can be welded or soldered together. This creates coolant flow channels with a hexagonal cross-section, as can be seen from the reference number 34. In the embodiment shown, the webs have profiles that are bent in a C-shape in their longitudinal direction.

FIG 7 beschreibt eine Ausführungsform, bei der die Stege vorzugsweise als Gußteile oder Sintergußteile hergestellt werden. Dabei handelt es sich um Stege 63, 73, die in Längsrichtung (x-Richtung) geradlinig verlaufen, aber seitlich vorspringende Rippen 68 tragen. Die Stirnseiten 78 dieser Rippen stellen Flächenteile dar, die zur x-Richtung senkrecht ausgerichtet sind und jeden Zwischenraum zwischen benachbarten Stegen in Strömungskanäle unterteilen, die in x-Richtung nebeneinander liegen. An den zur x-Richtung parallelen Seiten 69 der Rippen liegen die Stege aneinander an und sind miteinander verschweißt. Zwischen der unteren und oberen Fläche ei-FIG 7 describes an embodiment in which the webs are preferably manufactured as cast parts or sintered cast parts. These are webs 63, 73 which run straight in the longitudinal direction (x-direction) but have laterally projecting ribs 68. The end faces 78 of these ribs represent surface parts which are aligned perpendicular to the x-direction and divide each gap between adjacent webs into flow channels which lie next to one another in the x-direction. On the sides 69 of the ribs which are parallel to the x-direction, the webs lie against one another and are welded together. Between the lower and upper surface of a

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nes solchen Plattenelements sind die Stege konvex aus der11
of such a plate element, the webs are convex from the

(x,z)-Ebene heraus gewölbt.(x,z) plane.

Selbstverständlich kommen statt der einfachen, konkaven Wölbung auch andere Wölbungen (z.B. in S- oder Z-Form) in Frage. Nebenbei sei bemerkt, daß z.B. statt der profilierten Stege der Figuren 1 bis 5 auch ähnlich gerippte Bleche möglich sind, d.h. die Rippen können sich wahlweise in der (y,z)-Ebene (FIG 7) oder der (x,z)-Ebene (FIG 1 bis 5) erstrecken.Of course, instead of the simple, concave curvature, other curvatures (e.g. in S or Z shape) are also possible. It should be noted that, for example, instead of the profiled webs in Figures 1 to 5, similarly ribbed sheets are also possible, i.e. the ribs can extend either in the (y,z) plane (FIG 7) or the (x,z) plane (FIG 1 to 5).

In FIG 8 und FIG 9 sind Beispiele nach der zweiten Ausführungsform dargestellt, die sich von der vorhergenannten Ausführungsform dadurch unterscheiden, daß die Strömungskanäle des Trümmerfilters nicht durch miteinander verbundene streifenförmige Stege, sondern durch kurze, enge Rohre 83, 93 gebildet sind. Die Rohre sind zueinander parallel ausgerichtet und so aneinandergefügt, daß ein Plattenelement entsteht, dessen Kühlmittelströmungskanäle 84, 84a bzw. 94, 94a wie in den FIG 2 (oder 3) oder FIG &bgr; verlaufen. Die Aneinanderfügung der Rohre kann vorzugsweise nach Art einer dichtesten Packung erfolgen oder in der Weise, daß die Mittelachsen der Rohre auf einem quadratischen Gitter liegen. Die Rohre 83 bzw. 93 werden an ihren Berührungsstellen 89 bzw. 99 verlötet oder verschweißt. Entlang ihrer Achse sind die Rohre C-förmig oder S-förmig gebogen. Dies bewirkt, daß der durch das Rohr gebildete Kühlmittelströmungskanal ein Zwischensegment 84.1 bzw. 94.1 aufweist, das gegenüber dem Kühlmitteleintrittsbereich und dem Kühlmittelaustrittsbereich seitlich in x-Richtung oder y-Richtung so versetzt ist, daß es zwischen dem Kühlmit-0 teleintrittsbereich und dem Kühlmittelaustrittsbereich keine gerade Bahn gibt. Dadurch werden längliche Trümmer und alle Trümmer, deren Querschnitt größer als der Rohrdurchmesser ist, zuverlässig zurückgehalten.In FIG 8 and FIG 9, examples of the second embodiment are shown, which differ from the previously mentioned embodiment in that the flow channels of the debris filter are not formed by interconnected strip-shaped webs, but by short, narrow tubes 83, 93. The tubes are aligned parallel to one another and joined together in such a way that a plate element is formed, whose coolant flow channels 84, 84a and 94, 94a run as in FIG 2 (or 3) or FIG β. The joining together of the tubes can preferably be carried out in the manner of a very close packing or in such a way that the central axes of the tubes lie on a square grid. The tubes 83 and 93 are soldered or welded at their contact points 89 and 99, respectively. The tubes are bent in a C-shape or S-shape along their axis. This means that the coolant flow channel formed by the pipe has an intermediate segment 84.1 or 94.1 which is offset laterally in the x-direction or y-direction relative to the coolant inlet area and the coolant outlet area in such a way that there is no straight path between the coolant inlet area and the coolant outlet area. This reliably holds back elongated debris and all debris whose cross-section is larger than the pipe diameter.

Claims

GR 96 G 3684 12 Protection claims

1. Fuel element of a nuclear reactor cooled with cooling water, with a debris filter integrated or integrable into the base of the fuel element, which is enclosed by a frame (1) in which there is a plate element (2) containing coolant flow channels (4), each coolant flow channel (4) comprising a coolant outlet region (4.2) on the upper plate surface of the plate element (2) and a coolant inlet region (4.1) on the lower plate surface of the plate element (2) and an intermediate segment (4.3) in between, which is laterally offset from the above-mentioned inlet and outlet regions (4.1, 4.2) to such an extent that there is no straight path between the coolant inlet and the coolant outlet region within the coolant flow channel (4), characterized in that the plate element (2) contains parallel profiled webs (3) which extend through the plate element and contain surface pieces that are oriented obliquely to the longitudinal axis.

2. Fuel element according to claim 1,

characterized in that the profiled webs (3) have a longitudinally periodic rectangular profile or a periodic trapezoidal profile or a periodic wave profile.

3. Fuel element according to claim 1 or 2, characterized in that the profile of the webs (3) runs in a C-shaped or S-shaped curve in a plane parallel to the longitudinal direction and perpendicular to the plate surface.

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4. Fuel element according to claim 1 or 2,

characterized in that the surface pieces (38, 48, 78) directed obliquely to the longitudinal axis each run in a C-shaped or S-shaped manner in a plane perpendicular to the longitudinal axis and to the plate surface.

5. Fuel element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the profiled webs (3) are joined together in such a way that, as a result of the profiling, a plurality of coolant flow channels (4) following one another in the longitudinal direction are formed between two adjacent webs.

6. Fuel element according to one of claims 1 to 5,

characterized in that the webs (3) between the surface pieces inclined to the longitudinal direction contain further surface pieces which run parallel to the longitudinal direction, and that webs lying next to one another touch at least at some of their parallel surface pieces and are firmly connected to one another, in particular soldered or welded.

7. Fuel element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the

profiled webs (3) are at least partially soldered or welded to the frame (1) at the web ends.

8. Fuel element according to claim 7,

characterized in that the profiled webs (3) are bent at the web ends so that they have a support surface (6) towards the frame (1).

9. Fuel element of a nuclear reactor cooled with cooling water, with a debris filter integrated or capable of being integrated into the base of the fuel element, which is enclosed by a frame

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in which there is a plate element containing coolant flow channels, wherein each coolant flow channel comprises a coolant outlet region on the upper plate surface of the plate element and a coolant inlet region on the lower plate surface of the plate element and an intermediate segment therebetween which is laterally offset from said inlet and outlet regions to such an extent that there is no straight path between the coolant inlet and the coolant outlet region within the coolant flow channel, characterized in that the plate element contains parallel tubes (9), the ends of which form the upper and lower surfaces of the plate element.

10, debris filter according to claim 9,

characterized in that the

Pipes are bent in a C-shape or S-shape.

11. Debris filter according to claim 9 or claim 10, characterized in that the tubes touch each other and are firmly connected to each other, in particular soldered or welded.