DE1086356B - Abstandshalter in Stegform fuer Kernreaktor-Brennelemente mit einer Vielzahl von Brennstoffstaeben - Google Patents

Description

Brennelemente für heterogene Kernreaktoren weisen meist eine Vielzahl von Brennstoffstäben auf, die zu einem oder mehreren Bündeln zusammengefaßt sind und an einer oder an beiden Stirnseiten im Element gehaltert werden. Zur Halterung dienen vielfach Lochplatten, die den Durchtritt des Kühlmittels gestatten und zugleich so gestaltet sind, daß ferngesteuerte Greifwerkzeuge das Element fassen und manipulieren können.

Wegen der relativ großen Länge der Brennstoffstäbe gegen den Stabdurchmesser (Meter gegen Millimeter) neigen diese, wenn Versteifungsmittel fehlen, im Betrieb leicht zum Durchbiegen und Schwingen. Es ist daher üblich, mehrere über die Stablänge verteilte Abstandshalterungen, z. B. rasterartig ineinandergefügte Stababstandsstege aus Blech, vorzusehen, welche jeweils in gemeinsamen Querschnittszonen der Brennstoffstäbe liegen und diese gegeneinander rüttelfest lagern. Bei Brennelementen, bei denen die Brennstoff stäbe in ihrer Gesamtheit nicht von einem besonderen Schutzrohr umgeben sind, wird der Stegraster an einzelnen oder allen Brennstoffstäben befestigt, vorzugsweise verschweißt, und versteift so das Stabpaket. Im anderen Falle wird er am Schutzrohr befestigt.

Eine Befestigung durch Schweißen ist nicht immer ohne weiteres möglich, z. B. dann nicht, wenn eine Schwächung der Stabhüllen oder eine ungünstige Beeinflussung der Hüllenmaterialeigenschaften zu befürchten ist. Es kann aber auch von vornherein eine Schweißung unmöglich oder zumindest nicht ratsam sein, und zwar auf Grund der Materialeigenschaften. Das ist bei Sinteraluminium (SAP 865) oder bestimmten Berylliumlegierungen der Fall.

Die Erfindung geht nun von der Aufgabe aus, eine Abstandshalterung für Brennelemente, gegebenenfalls mit Schutzrohr, zu schaffen, die auch als reine Abstützhalterung benutzt werden kann, bei der also das Haltegerüst nicht unbedingt mit den Brennstoffstäben verschweißt oder verlötet ist. Ausgehend von der bewährten Stegkonstruktion soll die Halterung neben einem geringen Strukturmaterialvolumen auch die notwendigen Festigkeitseigenschaften besitzen. Sie soll die gleichmäßige Wärmeabfuhr aus den Brennstoffstäben nicht beeinträchtigen und zur Vermeidung von Spaltkorrosion möglichst kleine Anliegeflächen an den Brennstoffstäben aufweisen.

Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Blechstege einer der Anzahl der jeweils benachbarten Brennstoff stäbe entsprechende Zahl von Abstandsstollen oder -stollenpaaren besitzen, die über den Umfang der Brennstoff stäbe, gegebenenfalls unter Ausbuchtung der Berührungsfläche mit dem Brennstoffstab, verteilt sind. Auf diese Weise wird eine Abstandshalter in Stegform

für Kernreaktor-Brennelemente

mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Diethelm Knödler,

und Hans Kröpfl, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

seitliche Auslenkung der Brennstoff stäbe verhindert. Wegen der hochkant gestellten Stege wird der Kühlmittelquerschnitt nur geringfügig eingeengt. Außerdem ergeben sich kleine Berührungsflächen mit den Brennstabhüllen, so daß einerseits die Wärmeabfuhr nicht behindert, andererseits die Spaltkorrosion nicht begünstigt wird. Die Stegkonstruktion wird entweder durch Anpunkten am Schutzrohr oder Einhängen in Halteschlitze des Schutzrohres befestigt.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der neuen Abstandshalterung im Waagerechtschnitt durch verschiedene Brennelemente veranschaulicht; es zeigt

Fig. 1, linke und rechte Hälfte, verschiedene erfindungsgemäße Abstahdshalterkonstruktionen, bei denen die Abstandsstollen Rippenansätze tragen,

Fig. 2 Abstandshalterkonstruktionen, von denen die in der linken Figurenhälfte dargestellte, aus zwei verschiedenen Vierteln bestehende, radial ausgerichtete Röhrchen als Abstandsstollen besitzt, die in der rechten Figurenhälfte dargestellte Konstruktion Sicken als Abstandsstollen trägt,

Fig. 3 Abstandshalterkonstruktionen, von denen die in der linken Figurenhälfte dargestellte abgeplattete Linsen als Abstandsstollen, die in der rechten Figurenhälfte in Umfangsrichtung liegende Röhrchen als Abstandsstollen trägt, und

Fig. 4 eine gegenüber der in der linken Hälfte von Fig. 3 dargestellten Abstandshalterkonstruktion abgewandelte Form.

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Gemäß Fig. 1 besteht die neue Abstandshalterkonstruktion aus den konzentrischen Ringstegen 1 mit Ouerstegen 2, die ihrerseits zur Halterung der Gesamtkonstruktion am Schutzrohr 3 des Brennelementes befestigt sind. In den Zwischenräumen zwischen den Stegen befinden sich die Brennstoffstäbe 4, die mit ihrer Hülle an einer Seite unmittelbar an den Stegen 1 anliegen. Mit der anderen Seite stützen sie sich erfindungsgemäß an einer gleich großen Zahl von Abstandsstollenpaaren 5 ab, die als Rippenansätze ausgebildet und achsparallel zu den Brennstoffstäben an den Blechstegen 1 befestigt, z. B. verlötet oder verschweißt sind. Im Gegensatz zur linken Figurenhälfte ist in der rechten Figurenhälfte auch ein Ringsteg 1 vorgesehen, der Rippenansätze auf beiden Seiten besitzt.

Bei der Anordnung nach Fig. 2, linke Figurenhälfte, besitzen die Abstandsstollen die Gestalt kurzer Röhrchen 6, die mit dem einen Ende senkrecht zur Elementenachse an den Blechstegen 7 befestigt sind. Mit dem anderen Ende fassen sie peripher die Brennstoffstäbe 8 und sind dementsprechend eingerundet. Im unteren Viertel der Figurenhälfte stützen sich alle Brennstoffstäbe mit ihrer Hülle an einer Seite an den Ringstegen 7 ab, im oberen Viertel der Fig. 2 dagegen wird von den Brennstoffstäben zu beiden Seiten des Steges 7 die innere Reihe beiderseitig durch Röhrchenstollen fixiert.

In der rechten Figurenhälfte besitzen die Stollen die Gestalt von Sicken 9, die aus den Blechstegen herausgebeult sind. Das gemäß Fig. 1 vorgesehene Schutzrohr ist hier der Einfachheit halber fortgelassen.

Bei der Abstandshaltekonstruktion nach Fig. 3, rechte Figurenhälfte, sind als Abstandsstollen Röhrchen 10 vorgesehen, die hier nicht wie bei Fig. 2 radial zur Elementenachse liegen, sondern in Umfangsrichtung. Die Röhrchenenden sind angerundet. Mit ihrem Mittelteil sind die Röhrchen in Bohrungen der Blechquerstege 11 fest gelagert, die ihrerseits gegabelt sind und das Gefüge der Ringstege 12 versteifen. Wie die mittlere Stabreihe zeigt, kann die Konstruktion so getroffen sein, daß die Brennstäbe 13 nirgends an den Stegen selbst anliegen.

In der Darstellung der linken Figurenhälfte be· sitzen die Abstandsstollen ·—■ bei sonst praktisch gleicher Stegkonstruktion wie rechts — die Gestalt abgeplatteter, gegebenenfalls angerundeter massiver Linsen 14. Im übrigen ist in Fig. 3 das an sich vorgesehene Schutzrohr fortgelassen.

Die in Fig. 4 veranschaulichte Abstandshalterkonstruktion mit, Linsenstollen unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 dadurch, daß sie praktisch ringsteglos ist. Die Querstege 15, die zugleich die Linsen 16 tragen, sind am Außensteg 17 befestigt, der seinerseits am Schutzrohr 18 gehalten ist.

Alle dargestellten Brennelemente können auch ohne Schutzrohr im Reaktor verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abstandshalter in Stegform für Kernreaktor-Brennelemente mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstege (1, 7, 12) eine der Anzahl der jeweils benachbarten Brennstoffstäbe entsprechende Zahl von Abstandsstollen oder -stollenpaaren (5, 6, 9, 10, 14, 16) besitzen, die über den Umfang der Brennstoffstäbe (4, 8, 13), gegebenenfalls unter Ausbuchtung der Berührungsfläche mit dem Brennstoffstab, verteilt sind.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stollen die Gestalt vorspringender Rippenansätze (5) aufweisen, welche achsparallel zu den Brennstoffstäben (4) an den Blechstegen (1) befestigt, z. B. verlötet oder verschweißt sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stollen die Gestalt kurzer Röhrchen (6, 10) besitzen, die entweder an den Blechstegen (7) an einem Ende senkrecht zur Elementenachse befestigt und am anderen Ende zur peripheren Halterung der Brennstoffstäbe (8) entsprechend eingerundet sind oder deren beide Enden eingerundet sind, unter Lagerung der Röhrchen (10) in Bohrungen der Blechstege (Hj.

4. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stollen die Gestalt von Sicken (9) aufweisen, die aus den Blechstegen herausgebeult sind.

5. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stollen die Gestalt abgeplatteter, gegebenenfalls eingerundeter massiver Linsen (14, 16) besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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