定位隔架 【技术领域】
本发明涉及一种用于通过轻水冷却的核反应堆的燃料元件的定位隔架,如它例如从EP 0 237 064 A2中已知。
背景技术
这种已知的定位隔架由多个交叉的隔板构成,所述隔板形成具有多个网眼的网格。每个隔板通过两个相互焊接的薄金属板条构成。这些金属板条分别设有隆起的突出部分,该突出部分延伸到由金属板条相应限定的网眼的内部中。组合成一个隔板的金属板条的相应相互对置、相邻的突出部分形成一个沿垂直方向延伸的、接近管状的流体子通道。该流体子通道相对于垂直线倾斜并且产生一个平行隔板定向的、指向多个隔板交叉点的冷却液体流动分量。这在分别穿过网眼的燃料棒地周围产生一个涡流。
在已知的定位隔架上,突出部分此外还同时用作穿过网眼的燃料棒的支承。该燃料棒支承在实际运用中证明是特别有利的,因为在使用这样的定位隔架时在燃料棒的包壳管上只观察到微小的接触损坏。
【发明内容】
现在本发明的目的在于,提供一个开头所述形式的定位隔架,该定位隔架在高的接触安全性下同时具有改进的热液力特性。
根据本发明,上述目的通过一种具有权利要求1特征的定位隔架来达到。一种这样的用于通过轻水冷却的核反应堆的燃料元件的定位隔架由多个交叉的并且形成一网格的隔板构成,所述隔板分别由相互连接的第一和第二金属板条组成。这些金属板条这样地具有突出部分,使得相邻的突出部分分别形成一个流体子通道,并且这样地设计,使得它们将一个垂直于金属板条之间延伸的垂直中心平面的流动分量(Vy)施加到从流体子通道流出的冷却水上。由此实现了冷却水一种改进的横向混合。
特别是由一个第一突出部分形成的分通道的横截面沿冷却水的流动方向减小,并且由一个相邻的第二突出部分形成的分通道的横截面沿该方向增大。换句话说:由第一突出部分形成的分通道的横截面在入口处比在出口处要大,并且由第二突出部分形成的分通道的横截面在入口处比在出口处要小。横截面的增大以及减小可以在整个隔板高度上连续地进行。但这种结构形式也是可能的,在该结构形式中存在一个具有不变横截面的中间区域。由于各自相邻的突出部分的相互不同的形状,通过加工技术特别简单的金属板条造型可以产生一个垂直于隔板平面指向的流动分量。
在本发明一个另外的有利结构中,第一和第二金属板条分别具有第一和第二突出部分,所述突出部分交替地沿第一和第二金属板条的纵向方向设置。第一和第二金属板条这样地组合成隔板,使得通过第一和第二突出部分形成每个流体子通道。一种这样的金属板条和由此形成的定位隔板可以简单地制造。
在本发明一个优选的结构中,流体子通道至少在它下游的端部上倾斜或歪斜于垂直线延伸。
在一个另外的优选结构形式中,从相互相邻的并且倾斜于两个隔板的交叉点的隔板流体子通道分别流的冷却水具有相互相反的垂直于中心平面的流动分量,使得在交叉点的周围产生一涡流,其中特别是涡流在彼此相邻的交叉点周围沿着一隔板的分别相反指向。由此防止形成一个通过涡流产生的并且作用在整个燃料元件上的总扭矩。
【附图说明】
为了进一步说明本发明,参照附图的实施例。附图中:
图1以示意的原理图示出根据本发明的定位隔架截面的俯视图,
图2同样以俯视图示出定位隔架在两个隔板交叉点的区域中的局部放大图,
图3以透视图示出在突出部分的区域中的隔板的局部图,
图4以侧视图示出隔板的局部图,
图5以示意的透视图示出一个按本发明的流体子通道的一个另外的构造。
【具体实施方式】
根据图1和2,定位隔架由多个相互交叉的隔板2构成,所述隔板形成一个具有多边形的、在本实施例中为正方形的网眼4的网格,燃料棒5穿过这些网眼。每一个隔板2由一个第一和第二金属板条6及8组装而成,所述金属板条在它们接触的上部和下部的纵向棱边上相互焊接。
第一和第二金属板条6以及8分别设有突出部分10、12以及14、16,它们分别延伸到由金属板条6以及8分别限定的网眼4的内部中。所述突出部分10、12、14、16同时用作为插入网眼4的燃料棒5的支承。以这种方式,在分别形成隔板2的第一和第二金属板条6、8的各突出部分10、14和12、16之间形成一流体子通道20,在该通道内冷却水通过定位隔架沿垂直方向向上流动(从视图平面流出)。
在图1和2中可以看出,流体子通道20在其整个长度上在隔板平面内倾斜于垂直线,也就是说倾斜于与视图平面垂直的方向延伸。这种倾斜使得流体倾斜于垂直线偏转,但总是始终平行于隔板平面。隔板2各自相邻的流体子通道20具有一个相反的倾斜。与一个交叉点P相邻的四个流体子通道20在此这样地定向,使得两个设置在一个共同的隔板2中的流体子通道20相互地相向倾斜,而两个属于另外的隔板2的流体子通道20相互地背向倾斜。
每一个流体子通道20具有一种形状,该形状对于一个位于金属板条6、8之间并且垂直于视图平面定向的中心平面24是不对称的。为此突出部分10、16(Ausformung)分别设有一下部的拱起101以及161,使得突出部分在10以及16在该位置上更接近于交叉点P。与突出部分10以及12分别相配的突出部分14以及16相应地在它们的上部区域中具有上部的拱起121以及141,使得流体子通道30的横截面积在隔板2的整个高度上保持几乎相同。
由于在流体子通道20的入口处的拱起101以及161,由突出部分10、16分别形成的分通道110以及116比由突出部分12、14分别形成的分通道112以及114具有一个较大的横截面积。因此分通道110、116从由网眼4形成的主通道分流出的冷却水比分通道112、114更多。因为分通道110、116的横截面沿流动方向收缩而分通道112、114的横截面扩大,在流体子通道20中流动的冷却水转移到分通道112以及114,并且以这种方式得到一个垂直于隔板平面或中心平面24的流动分量。
换句话说:通过突出部分10、14以及12、16的不对称的构型,也就是说通过拱起101、121、141、161偏置的设置,给在突出部分10、14以及12、16之间流动的冷却水附加地赋予一个垂直于隔板2中心平面24的速度分量,因为冷却水经受向拱起121以及141的偏转。
作为在图1至3中示出的突出部分构造的其他可选方案,在该构造中拱起沿中心平面24(隔板平面)的方向只形成突出部分的一个扩大部,也有可能设置更深地延伸到网眼4的内部中的拱起,如它借助于一个拱起200用虚线在图1右下方网眼中示出的那样,并且在更好地充分利用在角部中存在的并且由燃料棒5释放的空间。
由于垂直于纵向方向24的速度分量,拱起121和141现在使得从流体子通道20流出的冷却水不直接对准交叉点P,而是倾斜地从它旁边指向。这在交叉点P的周围产生一涡流,该涡流导致在燃料棒和流体之间改善的热交换。此外,突出部分10、12、14、16这样地设置,使得涡流的方向分别与相邻的交叉点22相反。通过这样的方式防止由涡流分别施加的扭矩加到作用在燃料元件上的总扭矩上。
在该实施例中,突出部分10、12、14、16具有基本上相同的形状。但第一和第二金属板条6以及8绕一垂直于金属板条平面或中心平面24的轴相互旋转地设置。
流体子通道20的形状特别地由图3的原理图清楚地得出。在该图中可以清楚地看出,从下方流入的并且从流体子通道10的主通道分流的大部分冷却水被分通道110接收,该分通道由具有一个下部的拱起101的突出部分10构成。由于分通道110的横截面收缩,通过在它的整个长度上倾斜延伸的流体子通道20在中心平面内倾斜于垂直线(Z-方向)向上流动的冷却水转入到相邻的突出部分14的分通道114中,并且这样除了一个指向交叉点的平行于隔板平面24的速度分量Vx外还得到一个垂直于隔板平面的速度分量Vy。
为了改进在各主通道之间的冷却液的混合,也就是说为了能够提高横向物料流量,如在图4中示出的,突出部分10、14分别设有纵向缝26。
也可以通过在交叉点P设置一个开孔(Fenster)28实现进一步提供横向物料流量。同样地如在已知的HTP-定位隔架中,突出部分10、12、14、16在隔板2的中间还具有在缝26两侧纵向延伸的拱起,这些拱起指向网眼4的内部并且通过它的构型形成对燃料棒的线性支承,使得它在网眼中总体上弹性地固定在八条线上。
这在根据图5的实施例中示出。在该图中示出在缝26两侧的拱起30。此外与在图3中示出的实施例不同,由突出部分14和10形成的流体子通道20不在其整个长度l上(=隔板高度)倾斜于垂直线z,而是只在它长度l的在其下游端部的一部分a上倾斜,必要时在它长度l的上游一部分b上倾斜。在其余的部分l-a或l-a-b中,流体子通道20基本上平行于垂直线z延伸。通过这样的方式,在小的网目和大的隔板高度(流体子通道20的长度l)时,产生一个相对大的平行于隔板平面24的速度分量Vx,也就是说从交叉点P指出的或指向交叉点P的速度分量。