DE2326150A1

DE2326150A1 - Kernreaktor-brennstoffelementanordnung

Info

Publication number: DE2326150A1
Application number: DE2326150A
Authority: DE
Inventors: Frank Bevilacqua; Donald Michael Krawiec
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2191209B3; JPS4950389A; FR2191209A1; DE2326151A1; ES416279A1

Description

Beschreibung zum Patentgesuch der

Combustion Engineering Inc., Windsor, Connecticut

USA . ' ■ '

betreffend
Kernreaktor-Brennstaffelementanordnung

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktor-Brennstoffelementanordnung.

Der Brennstoff oder das spaltbare Material für Kernreaktoren wird üblicherweise in Form von Brennstoffelementen oder Stäben verwendet, die wiederum in den Reaktoren bündelweise gruppiert sind, wobei diese Bündel Brennstoffelementgruppen umfasseno In der Brennstoffelementgruppe ist ein langgestrecktes Stützglied vorgesehen, um die Brennstoffelemente oder Stäbe vertikal abzustützen. Eine Vielzahl von in Längsr richtung mit Abstand angeordneten Gittern erstreckt sich, quer zu diesen Abstützungen und ist an diesen befestigte Die Brennstoffstäbe wiederum erstrecken sich in Parallelanordnung durch öffnungen in den Gattern und werden vertikal durch den Boden-Endabschnitt der Abstützung abgestützt. Jedes Gitter weist iJinrichtungen zum. seitlichen Auf-Abstand-Halten der Brennstoffstäbe auf. Die Kernreaktoren weison eine Vielzahl derartiger Brennstoffelementgruppen auf, welche

23261

den Reaktorcore bilden. Das flüüsige Modeartor-Kühlmittel, normalerweise Wasser, fliesst durch den Reaktorcore in den Kanälen zwischen den Brennstoffelementen nach oben_s um die Wärme abzuführen. Für eine detailliertere Beschreibung einer typischen Brennstoffelementegruppe oder Brennstoffelementanordnung dieser Art wird auf die USA-Patentschrift 3 379 619 verwiesen.

Bei den in Betrieb befindlichen Reaktoren werden Einschränkungen der Betriebsmöglichkeiten dadurch hervorgerufen, .dass sich an der Oberfläche der Brennstoffelemente ein sogenanntes Filmsieden bildet." Dieses Phänomen wird üblicherweise qualitativ als Abweichung vom Keim- oder Kernsieden (DNB) und quantitativ als kritischer Wärmefluss (CHF) oder Wärmebetragsfluss beschrieben, der auftritt, ä wenn DNB vorliegt. Diese Betriebsbedingung wird durch den Abstand der Brennstoffelemente, dem Systemdruek, den Wärmefluss, die KühlmitteG.enthalpy und die Kühlmittelgeschwindigkeit beeinflusst. Wenn ein sogenanntes DNB auftritt, steigt die Temperatur der BrennstoffelementuTnmantelung schnell an, weil die Wärmeübertragung produziert wird, wodurch die Ummantelung im allgemeinen defekt wird. Um daher einen Sicherheitsfaktor zur Verfügung zu haben, muss der Reaktor beträchtlich unterhalb des CHF und demjenigen Punkt, an dem DNB auftritt, betrieben werden. Dieser Bereich wird normalerweise als "thermischer Spielraum" bezeichnet.

Kernreaktoren weisen im Core normalerweise Bereiche auf, die einen höheren neutronischen Fluss und eine höhere Ener— giedichte als die anderen Bereiche aufweisen. Dies kann durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden, von denen einer das Vorliegen von Kontrollstabkanälen im Core ist. Wenn die Kontrollstäbe zurückgezogen werden, werden die Kontrollstabkanäle mit Moderator gefüllt, wodurch die lokale Moderatorkapazität gesteigert und daher die in dem angrenzen-

301883/0389

den Brennstoff erzeugte Wärme vergrössert wird. In diesen Bereichen hoher Energie dichte, "bekannt als "heisse Kanäle¹¹, steigt die Kühlmittelenthalpie stärker an als in den anderen Kanälen. Diese Kanäle bestimmen die maxiamale Betriebsbedingung für den Reaktor und begrenzen die erzeug "bare Leistung da in diesen Kanälen der kritische thermische Spielraum zuerst erreicht wird.

Bs hat sich herausgestellt, dass ein Kühlmittelstrom, der zu den Brennstoffelementen schräg geneigt ist, für den kritischen Wärmefluss einen höheren Wert ergibt, wahrscheinlich deshalb, weil eine derartige Strömung die Bildung von Dampfblasen und Schichten überhitzten Wassers oder Leerräumen verhindert, welche unmittelbar vor dem DNB bei einer Parallelströmung beobachtet werden können. Es hat sich auch herausgestellt, dass Mischflügel oder Strömungsdeflektoren, die in den Strömungskanälem des Kühlmittels eines Reaktorcores angeordnet sind, Kühlmittel von verschiedenen Kanälen mischen und hierdurch die" Tendenz haben, den Einfluss der Heissen Kanäle zu reduzieren. Durch die Durchmischung wird der hohe Kühlmittelenthalpieanstieg in den heissen Kanälen herabgesetzt, wobei die Wärmeaufnahme des Kühlmittels über den gesamten Corequerschnitt ausgeglichen wird. Durch beide Effekte wird es möglich, dass der Reaktor auf einem höheren Leistungsniveau betrieben werden kann, wobei immer noch ein thermischer Sicherheitspielraum eingehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Anordnung von Kühlmittel-Strömungsdeflektoren im Reaktoreore zu schaffen. Dabei sollen die Strömungsdeflektoren den Kühlmittelstrom nahe der Oberfläche der Brennstoffelemente effektiv verwirbeln und gleichzeitige eine Durchmischung des Kühlmittels in verschiedenen Kanälen bei gleichzeitigem minimalem Strömungswiderstand gegenüber der Kühlmittelströmung gewährleisten. Die Strömungsdeflektoren sollen eine einheitlichere Verteilung des Kühlmittels über die Oberfläche jedes Brennstoffstabes

3 0 9 8 8 3/0389

■ \

, · 23261

in der Anordnung gewährleisten. Die Deflektorflügel, die an den Stützgittern für die Brennstoffelemente befestigt werden sollen, sollen weniger dazu neigen, mechanische Schwingungen auf die. Befestigungseinriehtungen zu übertragen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch a) eine Vielzahl von parallel angeordneten Brennstoffelementen 12; b) Einrichtungen 14, 16, 2o zum Abstützen der Brennstoffelemente in gegenseitigem Abstand und zur dadurch bewirkten Ausbildung von Strömung-skanälen, die sich in Längsrichtung zwischen den Brennstoffelementen erstrecken; c) eine Vielzahl ■von Strömungsdeflektorflügein 4o, die in den Strömungskanälen angeordnet sind und jeweils einen Plattenkörper von im wesentlichen symmetrischer Konfiguration um seine Längs- und seine Seitenachsen aufweisen, wobei der Körper einen Basisabschnitt 42 und zwei einander^egegengesetzt von diesem ausgehende Arme 44 aufweist, welche nach aussen in dichtung des Kühlmittelstromeε divergieren und deren Seitekanten 48 mit Abstand von der Oberfläche benachbarter Brennstoffelemente angeordnet ist; und d) eine Einrichtung 56 zum Befestigen der Strömungsdeflekto"rflügel an den Brennstoffelementen.

Die Strömungsdeflektoren senken bei der Erfindung den Strömungsmittelfluss in den Kanälen nahe den Brennstoffelementen ab oder stören ihn auf andere Weise. Die Ablenkung des Kühlmittels erfolgt zu dem Zweck, die Durchmischung des Kühlmittels, welches entlang der verschiedenen Kanäle fliesst, zu verbessern, um so eine einheitlichere Wärmeaufnahme über den gesamten Corequerschnitt zu gewährleisten. Die Ablenkung der Kühlmittelströmung erfolgt dabei so, dass Kühlmittel gegen alle Brennstoffelemente gleichförmiger gerichtet wird, wodurch sich der Reaktor auf einem höheren Leistungsniveau betreiben lässt.

Die Deflektoren weisen Flügel auf, welche leicht an den Stützgittern für die Röhren befestigt werden können. Die Flügel

309883/038 9

_ 5 —

23261

weisen jeweils ein Paar winke!massig versetzter Arme auf, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass sich eine einheitlichere Kühlungsmittelablenkung hinsichtlich der Brennstoffelemente und der dazwischen ausgebildeten Kanäle ergibt.

Der der Erfindung am nächsten kommende Stand der Technik ist in den USA-Patentschriften 3 379 619 und 3 395 o77 beschrieben» In beiden Druckschriften handelt es sich um Brennstoffelementgruppen für Kernreaktoren, bei denen die Abstandhalter einstückig ausgebildete Strömungsdeflektoren aufweisen. Diese Teile werden konsolenartig durch die oberen oder unteren ^ndkanten bestimmter Streifen gebildet, welche die Röhrenabstützung bildenο Wie dargestellt, sind die Flügel so angeordnet, dass sie an den Schnittpunkten der Streifen, welche das Stützgitter für die Bohren bilden, verfügbar sind.

Die erfindungsgemässen flügelartigen Strömungsdeflektoren haben gegenüber dieser bekannten Anordnung prinzipiell den Vorteil, dass die Konfiguration der flügel derart ist, dass sie symmetrisch sowohl um ihre Längs- als auch um ihre Seitenachsen angeordnet sind. Infolge dieser Konfiguration sind die Säfte, welche durch das Auftreffen des strömenden Fliessmittels auf die flügel hervorgerufen werden, bezüglich des Stützgitters im wesentlichen gleich und einander entgegengesetzt. Aus diesem Grunde wird der Einfluss jeder Schwingung, der auf die ^itterabstützung ausgeübt werden könnte, auf ein Minimum reduziert. Zusätzlich erleichtert die neue Anordnung die Herstellung dadurch, dass die Flügel getrennt ausgebildet werden und dann an die Stüztgitter angefügt werden.

In der USA-Patentschrift 3 395 o77 ist eine Anordnung beschrieben, bei der die Deflektorflügel an rechtwinklig mit Abstand angeordneten Punkten um den Umfang der betreffenden Brennstoffelemente angeordnet sind, J->ie neue Anordnung hat dem gegenüber üen Vorteil, dass dieselben Resultate wie bei der bekannten Anordnung sich erzielen,lassen, wobei die Flügel an den

309883/0389

Schnittpunkten der Sitterstreifen angebracht werden können, wodurch sich das Problem der Schwingungen vermeiden lässt, die bei der bekannten Anordnung auftreten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert sind.

Dabei zeigt:

Figur 1 eine BrennetoXielementanordnung mit Stützgittern, an denen die erfindungsgemässen Strömungsdeflektoren angeordnet sind, in der Ansicht;

figur 2 teilweise weggebrochen das Stützgitter von Figur 1 in der Draufsicht;

Figur 3 das Stützgitter von Figur 2 in der Seitenansicht;

Figur 4 eine vergrösserte teilweise Seitenansicht der Abstützung von Figur 1 vor dem Zusammenbau;

Figur 5 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 4> wobei die erfindungsgemässe Vorrichtung nach dem endgültigen Zusammenbau gezeigt

Figur 6 eine Abwicklung eines Deflektorflüges nach der Erfindung;

30988 3/0389

Figur 7, 8, 9 und 1o

verschiedene Schlitzausbildungen, welche in den Deflektorflügeln von Figur 6 ausgebildet sind, um deren Befestigung am Stützgitter zu ermöglichen.

Figur 11 und 12

in der.Ansicht und in der Draufsicht einen der die Gitterabstützung bildenden Streifen vor dem Zusammenbau; und

Figur 13 und 14

in der Ansicht bzw. in der Draufsicht den anderen der das Stützgitter bildenden Streifen vor dem Zusammenbau.

In Figur 1 ist eine typische heterogene Kernreaktor-Brennstoffelementgruppe 1e dargestellt, welche eine.Vielzahl aufrecht stehender, paralleler Brennstoffelemente 12 aufweist, die durch obere und untere Halterungen 14 bzw. 16 in ihrer Stellung gehalten werden. Weiterhin weist die Brennstoffelementgruppe 1o eine VieJLzahl hohler, zylindrischer Führungsrohre 18 auf, die sieh im wesentlichen über dieselbe länge wie die Brennstoffelemente 12 erstrecken. Kontrollstäbe (nicht gezeigt) lassen sich innerhalb der F-ührungsrohre 18 bewegen, um so den Betriebszustand des Reaktorcores in bekannter Weise zu regulieren. Das Core eines Kernreaktors besteht aus einer Vielzahl derartiger Brennstoffelementgruppen 1o, wobei in derartigen Brennstoffelement^ruppen erfindungsgemässe Kühlmitteldeflektoren angeordnet sind.

An in Längsrichtung mit Abstand angeordneten Stellen entlang der Länge der Brennstoffelementgruppe 1o befinden sich Brennstoff element abstützungen 2o, welche den seitlichen Abstand der die Brennstoffelementgruppe bildenden Brennstoffelemente gewährleisten und diese abstützen. Jede der Abstützungen 2o weist eine Vielzahl von einander sich^sSiüliStläen, dünnen Platten auf, welche als Gitterstreifen 22, 24 bezeichnet werden. Diese Gitterstreifen weisen eine serpentinenförmige Konfiguration

309883/0389

-t- 232615Q

auf, so dass sich, feste Anschläge 26 bilden, gegen welche die Stützteile der Brennstoffelementanordnung mittels gestanzter, elastisch federnder Finger 28 gepresst werden, welche mit der Oberfläche der Stützteile an Stellen in Berührung stehen, die von den festen Anschlägen entfernt liegen»

Bei der Herstellung, der Brennstoffelementabstützungen 2© werden die Gitterstreifen 22 (Figuren 11 und 12) zu einander parallel, jedoch die Gitterstreifen 24 ^Figuren 13 und 14) schneidend angeordnet, welche wiederum unter sich parallel sind. An entlang jedem der Gitterstreifen mit Abstand angeordneten Stellen sind Verriegelungsschlitze 3o vorgesehen, welche dazu dienen, die Streifen in einer Gitteranordnung zu halten, wie es sich am besten aus I¹XgUr 2 entnehmen lässt. Die Verriegelungsschlitze 3o sind entlang der oberen Kante 32 der Streifen 22 und entlang der Unterkante 34 der Streifen 24 angeordnet, so dass die Streifen, wenn sie zusammengesetzt werden, einen sogenannten "Lichtgitterrost" bilden, der eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten kammern 36 aufweist, die kreuzgitterförmig angeordnet sind und durch welche sich die Stützteile erstrecken.

Aus Figur 2 lässt sich entnehmen, dass die Brennstoffelemente 12 jeweils in einer der Kammern 36 der Abstützungen 2o angeordnet sind und dort durch die Wirkung der Federfinger 28 festgehalten werden, welche die Elemente ge&en die festen Anschläge 26 drücken. Hierdurch wird bewirkt, dass die Brennstoffelemente 12 im wesentlichen gleichmässig auf Abstand gehalten werden. Die Konfiguration der Brennstoffelementabstützungen 2o ist so gewählt, dass die Brennstoffelemente 12 nach Art eines rechtwinkligen Kreuzgitters angeordnet sind, wobei der durch die aneinander anstossenden Quadranten von vier benachbarten Brennstoffelementen gebildete Raum im folgenden als "Kanal" 38 bezeichnet wird. Das flüssige Kühlmittel, welches aus dem Reaktoreore Wärme abführt, strömt im wesentlichen in Längsrichtung durch diese Kanäle 38.

309883/0389

Erfindungsgemäss ist ein innerhalb der Kanäle 38 wirksamer Kühlmitteldeflektor vorgesehen, welcher dazu dient, den Strom des flüssigen Kühlmittels entlang der Kanäle abzulenken, um so zu erreichen, dass das Kühlmittel sich verstärkt mit dem entlang benachbarter Strömungskanäle strömenden Kühlmittel mischt, wobei gleichzeitig eine effektive TJmströmung der Oberfläche der Brennstoffelemente 12 erreicht werden soll, da diese beiden Effekte den Reaktorbetrieb verbessern. Die Strömungsdeflektoren, welche mit 4o bezeichnet und die am besten in -ö'igur 6 zuerkennen sind, weisen jeweils einen dünnen Metallflügel auf, der^einen im wesentlichen rechteckigen Basisabschnitt '42 aufweist. Ein Paar von Armen 44 erstreckt sich vom Basisabschnit 42 nach entgegengesetzten Seiten nach aussen, wobei die Arme winkelmässig im Längssinn von der Ebene des Basisabschnittes aus versetzt sind, Wie in Figur 3 gezeigt, konvergieren die Ablenkarme 44 zum Mittelpunkt des Flügels vorzugsweise unter dem Winkel von 60 Grad bezüglicherer Oberkanten 32 der zusammengebauten G-itterstreifen 23 und 24, an denen die Flügel angebracht sind. Jeder, der Arme 44 läuft in einer Spitze 46 aus, welche wesentlich schmäler ist als der Basisabschnitt 42. Die Seitenkanten 48 der Arme sind gekrümmt ausgebildet, vorzugsweise kreisbogenförmig, so dass, wenn die Deflektoren 4o in der nachfolgend beschriebenen Weise an den Abstützungen 2o angebaut werden, die Seitenkanten 48 im wesentlichen einen in Figur 2 mit 5o bezeichneten Ringraum um die Aussenfläche der jeweiligen Brennstoffelemente 12 bilden.

Für die wirksame Befestigung der Strömungsdeflektoren 4o in den Strömungskanälen 38 können verschiedene geeignete Mittel vorgesehen sein. Beispielsweise kann zusätzlich zu dem die Brennstoffelemente abstützenden Gritter ein getrenntes Befestigungsgitter vorgesehen sein. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung lassen sich die Deflektoren jedoch an den jeweiligen Brennstoffelementabstützungen 2o befestigen.

30988 3/0389

{Ο

Die Befestigung erf.olg± dadurcli, dass die flügel 4o an den Abstützungen 2o im Schnitt der Gitterstreifen 22 und 24 befestigt werden. Ideal ist es, wenn die Flügel an den zusammengebauten Gitterstreifen angeschweisst werden. Zwar lassen sich, verschiedene Arten von Lichtbogen- oder Widerstandsschweissverfahren verwenden, jedoch werden die Flügel bevorzugt durch einen Lichtbogen—Schweissprozess befestigt, der bewirkt, dass die jeweiligen i'lügel an den zusammengebauten Gitterstreifen vollständig festgelegt werden, wodurch jede Relativbewegung hinsichtlich der Abstützung verhindert wird. Hierzu weisen die Gitterstreifen 22 und 24, wie in den Figuren 11 und 12 gezeigt, nach oben vorstehende VorSprünge 52 auf, die jeweils entlang der Oberkanten 52 mit Längsabstand angeordnet sind. Die Vorsprünge 52 an den ^itterstreifen 22 und 24 sind mit den Verriegelungsschlitzen 3o ausgerichtet« Die Vorsprünge 52 auf den Streifen 22 werden durch die darin vorgesehenen Schlitze 3o unterbrochen, während die Vorsprünge auf den Streifen 24 enxlang der Seite gegenüber den Schlitzen angeordnet sind» Die Vorsprünge 52 sind demzufolge auf den verschiedenen ^itterstreifen so angeordnet, dass sie, wenn die Streifen zusammengebaut werden, eine vorstehende Stütze bilden, welche im wesentlichen kreuzförmig ist und an jedem Schnittpunkt der ^uitterstreifen in den Abstützungen gebildet wird.

Jeder der Defelkteren 4o weist, wie in Figur 6 gezeigt, im Mittelpunkt stsx seines Basisabschnittes 42 eine kreuzförmige Öffnung 54 auf, welche die Flügel an den zusammengebauten Vorsprüngen vor dem Schweissen aufnehmen kann. Wegen der Serpentinenform der Streifen 22 und 24 nehmen die beim Zusammenbau entstehenden Stützen eine von vier Kreuzkonfigurationen ein, im Schnitt betrachtet. Die Deflektorflügel· 4o müssen also eine Vielzahl von Öffnungen 54 mit unterschiedlicher Form aufweisen, von denen jede der Querschnittskonfiguration der Stütze an dem &itterstreifenschnittpunkt entspricht, an dem die Befestigung erfolgen soll« Die verschiedenen

309883/03 8 9

Schlitzkonfigurationen, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden, sind in den figuren 7 bis 1o als Öffnungen 54a, 54b, 54c und 54d bezeichnet.

Nachdem die Strömungsdeflektoren 4o an den durch die zusammengebauten Vorsprünge 52 gebildeten Stützen angebracht worden sind, wird das die Vorsprünge bildende Metall durch Lichtbogenschweissung in der bei 56 in Figur 3 der Zeichnung gezeigten Form in eine Schweissraupe verwandelt« Diese Schweissraupe bildet ein Hindernis für die Bewegung der Flügel in von den ^"itter-Abstützungen fortweisender Richtung. Weiterhin wird eine Verschiebung der Flügel bezüglich der G-itter, welche durch eine rektive Drehung erfolgen könnte, dadurch verhindert, dass die kreuzförmigen Stützen und Öffnungen 54 miteinander verbunden sind.

sich am besten aus Figur 2 der Zeichnung entnehmen lässt, liegen die Befeetigungsstützen, welche durch die miteinander verbundenen.Vorsprünge 54 der Gitterstreifen gebildet sind, damit also auch die darin befestigten Deflektoa? flügel 4o, im Mittelpunkt der Strömungskanäle 38. Die Flügel 4o sind alternaierend an den Stützen angeordnet, wobei jeder Flügel bezüglich des benaxhbarten Flügels im wesentlichen unter rechtem Winkel angeordnet ist. Die Arme 44 an den verschiedenen Flügeln oder Deflektoren werden so angeordnet, dass sie sich zwischen benachbarten Brennstoffelementen 12 erstrecken, wobei die Seitenkanten 48 der Flügel im wesentlichen mit gleichem Abstand von der Aussenflache jedes Brennstoffelementes angeordnet sind. Weiterhin haben die Ringräume 5o zwischen den Flügelkanten 48 und der Oberfläche des benachbarten Brennstoffelementes wegen der Kreisbogenform der Flügelkanten 48 im wesentlichen einheitliche Breite und erstrecken sich über einen beträchtlichen Teil der Aussen— fläche der Brennstoffelemente.

Strömt das flüssige Kühlmittel für den Reaktorcore im Betrieb

309883/0389

durch, die Brennstoffelementgruppe 1o nach oben, so lenken die Flügel 4o der Strömungsdeflektoren das strömende Kühlmittel von den Strömungswegen zwischen den jeweiligen Strömungskanälen 38 ab und richten es von seiner ursprünglichen Strömungsrichtung nach aussen, so dass es mit den Oberflächen benachbarter Brennstoffelemente 12 in Berührung kommt und sich mit dem durch die benachbarten Strömungskanäle strömenden Kühlmittel mischt. Durch diese Wirkung der Strömungsdeflektoren werden prinzipiell drei Effekte hervorgerufen_o Zunächst einmal wird das flüssige Kühlmittel unmittelbar nahe der Oberfläche der jeweiligen Brennstoffelemente 12 auseinandergedrängt. Hierdurch wird jede DNB-Bedingung vermieden, da zwischen Keimsieden und stabilem Filmsieden ein gradueller Übergang anstelle eines stufenförmigen Überganges geschaffen ,wird, Weiterhin wird die Durchmischung des entlang der jeweiligen Strömungskanäle 38 strömenden Kühlmittels gefördert. Diese Durchmischung hat den Effekt, dass sich die Unterschiede der Kühlmitteltemperatur zwischen den verschiedenen Strömungskanälen verringern, wodurch der starke Anstieg der Kühlmittelenthalpie in den heissen Kanälen herabgesetzt wird, so dass die Kühlmitteltemperaturen über den gesamten Querschnitt des Gores gleichförmiger werden. Drittens wird durch die Störung, die jeder Deflektorflügel 4o darstellt, die Geschwindigkeit des strömenden Kühlmittels beim Durchströmen der Ringräume 5o nahe den Brennstoffelementen 12 gesteigert. Dieser Anstieg in der Kühlmittelgeschwindigkeit vergrössert die Wärmeübergangszahl zwischen den Brennstoffelementen 1 2 und dem strömenden Kühlmittel,^wSureh die Wärmeübertragung verbessert wird.

Der hier beschriebene Strömungsdeflektor weist gegenüber ähnlichen, bekannten Vorrichten noch weitere Vorteile auf. Durch die einheitliche Strömungsbeschränkung in den verschiedenen Strömungskanälen, welche dadurch hervorgerufen wird, dass die Flügel identisch ausgebildet und jeweils im geometrischen Mittelpunkt der Strömungskai<.le angeordnet sind,

309883/0389

23 26 7 50

werden die charakteristischen Grossen der Kühlmittelströmung homogener. Ausserdem wird ein grösserer Anteil des flüssigen Kühlmittels in den jeweiligen Strömungskanälen positiv abgedrängt, weil die Defelktorflügel so ausgebildet sind, dass sie an ihrer Basis ein breiteres Hindernis darstellen«

Zusätzlich hierzu gewährleisten die Deflektorflügel, weil sie um ihre längs— und um ihre Seitenachsen symmetrisch ausgebildet sind, die nachfolgenden verbesserten Ergebnisse: Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Flügel über den Querschnitt der Brennsteffelementgruppe in einem regelmässigen Muster angeordnet werden, -^ine derartige Anordnung liefert eine im wesentlichen gleichförmige Ablenkung der Kühlmittelströmung bezüglich jedes Brennstoffelementeso Es ist zu beachten, dass, während die Ablenkungsrichtung der Kühlflüssigkeit bezüglich der alternierenden Brennstoffelemente entweder in ührzeigerrichtung oder in Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt, die Strömungsdurchlässe alle im wesentlichen die gleiche Abmessung haben, so dass jedes Brennstoffelement mit im wesentlichen derselben Kühlmittelmenge mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit" beaufschlagt wird, Hierdurch wird natürlich die Einheitlichkeit des Reaktorbetriebes im Gore über den gesamten Corequerschnitt verbessert.

Die symmetrische Konfiguration der Deflektorflügel reduziert, zusammen mit der Tatsache, dass sie am Schnittpunkt der Gitterstreifen in der geometrischen Mitte der Kanäle befestigt sind, den Einfluss von Schwingungen der Abstützung auf die Brennstoffelemente und dementsprechend die Möglichkeit, eines hierdurch hervorgerufenen Reibens der verschiedenen Bauteile. Infolge der Anordnung der Elemente in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung sind die auf jedem Flügel eingwirkenden Kräfte gleich und einander entgegengesetzt, so dass auf die betreffenden Gitterstreifen keine merkliche seitliche Kraft ausgeübt wird und auch zwischen diesen keinerlei Ver-

309883/0389

drehungsmoment herrscht, wodurch schädliche Schwingungen hervorgerufen werden können.

Innerhalb des Erfindungsgedankens sind verschiedene Abwandlungen der Einzelheiten, der Materialien und der Anordnungen der beschriebenen Teile möglich.

309883/0389

Claims

Ansprüche .232615Q

1. )Kernreak"cor—Brennstoff element anordnung, gekennzeichnet durch:

a) eine Vielzahl von parallel angeordneten Brennstoffelementen (12)5

b) Einrichtungen (14? 16_S 2o) zum Abstützen der Brennstoffelemente in gegenseitigem Abstand /und zur dadurch beifirkten Ausbildung von Strömungskanälen, die sich in Längsrichtung zwischen den Brennstoffelementen erstrecken?

■ 5

c) eine Vielzahl von StrÖmungsdeflekt©rflügeln (4o), die in den Strömungskanälen angeerdnet sind und jeweils einen Plattenkörper von im wesentlichen symmetrischer Konfiguration um seine längs- und seine Seitenachsen aufweisen, wobei der Körper einen Basisabschnitt (42) und zv/ei einander entgegengesetztvon diesem ausgehende Arme (44) aufweist, welche nach aussen in Richtung des Kühlmittelstr©mes divergieren und deren Seitenkanten (48) mit Abstand von der Oberfläche benachbarter Brennstoffelemente angeordnet ist; und

d) eine Einrichtung (56) zum Befestigen der Strömungsdefelktorflügel an den Brennstoffelementen.

Brennstoffelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (48) der Arme der Flügel nach aussen konvergieren_o

Brennstoffelementanordnung nach Anspruch 2₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (48) der Flügelarme kreisbogenförmi^ ausgebildet und über ihre Länge im wesentlichen mit gleichmässigem Abstand von der Oberfläche des benachbarten Brennstoffelementes angeordnet sind«,

309883/0389

4. Brennstoffelementegruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme jedes der Flügel symmetrisch von der Längsachse des betreffenden Strömungskanals (38) versetzt sind.

5ο Brennstoffelementanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Divergentwinkel zwischen den jeweiligen Armen etwa sechzig Grad beträgt.

6ο Brennstoffelementanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsdeflektorflügel (4o) entlang der seitlichen Maßachse gebogen und im vertikalen Schnitt im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist_e

7· Birennstoffelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strömungsdeflektorflügel (4o) im wesentlichen in der Mitte der jeweiligen Strömungskanäle (38) angeordnet sind.

8„ Brennstoffelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdeflektorflügel (4o) in verschiedenen Strömungskanälen (38) im wesentlichen rechtwinklig zu den in beanchbarten St^ro"mungskanälen angeordnet sind.

9. Brennstoffelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (14, 16, 2o) zur Abstützung der Brennstoffelemente eine Vielzahl von sich schneidenden Gitterstreifen (22, 24) aufweisen, welche Kammern bilden, durch welche sich die Brennstoffelemente (12) erstrecken, wobei im Schnitt der G-itterstreifen Einrichtungen (l?6) zur Befestigung der Strömungsdeflektorflügel angeordnet sind,

1o, Brennstoffelementanordnung nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (')b) zur Befestigung des

309883/0389 ../$

Strömungsdeffeitorflügeis eine Vielzahl von aufrecht stehenden Vorsprüngen (52) aufweist, die in Längsrichtung mit Abstand entlang einer Seitenkante der G-itterstreifen angeordnet sind und die "beim Zusammenbau der ü-itterstreifen eine Spitze mit kreuzförmigem Querschnitt bilden,

11. Brennstoffelementanordnung nach. Anspaach 1 ο, dadurch gekennzeichnet, dass 'die Strömungsdeflektorflügel (4o) jeweils eine hindurchgehende Öffnung (54) aufweisen, deren Form der zugeordneten Befestigungsstütze entspricht, wobei die Befestigungsstützen sich zum Befestigen der Flügel an der Abstützeinrichtung für die Brennstoffelemente durch die Öffnungen erstrecken.

12«, Strömungsdeflektorflügel zur Anordnung in den Kühlmittel-Strömungskanälen einer Kernreaktor-Brennstoffelementanordnung, gekennzeichnet durch: .

a) einen Körper aus flachem, plattenförmigen! Material von im wesentlichen symmetrischer Konfiguration um die Längs- und um die"seitlichen Maßachsen;

b) einen einen Teil des Körpers bildenden Basisabschnitt (42) und zwei einen weiteren Teil des Körpers bildende, entgegengesetzt von diesem Basisabschnitt vorstehende Arme (44); und

c) eine winkelmässige Versetzung der Arme gegeneinander.

—vo r r i cht ung

13. Strömungsdeflektorflügel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (4o) gegeneinander um etwa 6o Grad winkelmässig versetzt sind»

-vorri chtung
14o Strömungsdeflektorflügel nach Anspruch 12 oder 13 _s dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (48) der Arme (44) der Flügel vom Bas is ab schnitt aus nach aussen konvergieren,,

309883/0389

„ 4 -

15o StrömungsdeflektO'rflügeI^vnacÄ^cSn¥p?uoli 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (48) der flügel gekrümmt ausgebildet sind.

16o StrömungsdeflektorflügeI^vnacÄ Anspruch 15, dadurch, gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (48) des Flügels im wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet sind.

309883/0389