DE1029495B

DE1029495B - Haltevorrichtung fuer Kernreaktor-Brennstoff-Elemente

Info

Publication number: DE1029495B
Application number: DEU4080A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Henry Dent
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1955-08-25
Filing date: 1956-08-21
Publication date: 1958-05-08
Also published as: GB784890A; BE550544A; FR1156074A; ES230518A1

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Kernbrennstoff-Elemente für Kernreaktoren, und zwar insbesondere auf solche Elemente, welche als Teilelemente in einer Brennstoffelementsäule mit gleichartigen Elementen in einem Kernreaktor mit senkrechter Stabanordnung zu verwenden sind.

Die Betriebstemperatur eines Kernreaktors, der als Teil einer mit Dampf arbeitenden Elektrizitäts-Erzeugungsanlage entworfen bzw. dafür bestimmt ist, sollte in Hinblick auf einen guten Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung so hoch wie möglich sein. Somit begrenzen die Faktoren, die für die höchstzulässige Betriebstemperatur im Reaktor in Betracht kommen, auch den Wirkungsgrad der Anlage. Einer der wichtigsten dieser Faktoren ist die Schrumpffestigkeit bzw. die Fließgrenze des Werkstoffes, der zum Umhüllen des Kernbrennstoffes verwendet wird. Jede Ausführungsfonn, die auf die A^ermeidung von solchen Belastungen hinzielt, die Schrumpfverformungen beim Hüllenwerkstoff zur Folge haben könnten, ist daher von besonderer Bedeutung, insbesondere in Hinsicht darauf, daß die Brennstoffelemente eine möglichst lange Zeit im Kernreaktor verbleiben sollen, damit eine hohe Energieausbeute aus dem Brennstoff erzielt wird. Bei einem zu diesem Zweck gemachten Vorschlag ist in Erwägung gezogen worden, daß die Brennstoffelemente in einem Kernreaktor mit senkrechter Elementanordnung einzeln gehalten oder gestützt werden, so daß die Gesamtbelastung niemals das Gewicht eines einzelnen Elementes überschreitet. Es wurde weiterhin noch vorgeschlagen, die beanspruchten Teile des Hüllenwerkstoffes bevorzugt zu kühlen.

In der vorgeschlagenen Ausführmigsform setzt sich ein Kernbrennstoff-Element, das in einem Kernreaktor mit senkrechter Elemeutanordnung verwendet werden soll, zusammen aus einem von einem Schutzmantel aus Hüllenwerkstoff umgebenen Kernbrennstoffkörper, bei dem erfindungsgemäß eine oder mehrere Halterungsvorrichtungen an den Enden des Brennkörpers vorgesehen sind, welche eine Stütze aufweisen, deren Schrumpf- oder Verformungswiderstand größer als der des Schutzmantelwerkstoffes ist, wobei dieser Bauteil fest mit dem Schutzmantel verbunden ausgebildet und so eingerichtet ist, daß er am Kernbrennstoffkörper zu befestigen ist, derart, daß die Beanspruchung, welche durch das Gewicht des Kernbrennkörpers bedingt ist, unmittelbar durch die Stütze aufgenommen wird.

Die Stütze kann am einen oder anderen Ende des Brennstoffelementes vorgesehen werden, derart, daß dadurch entweder ein aufgehängtes Brennstoffelement, welches auf Zug beansprucht ist und sich demnach nicht verbiegen kann, oder ein gehaltenes bzw. abge-

Haltevorrichtung
für Kernreaktor-Brennstoff-Elemente

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 25. August 19S5

Kenneth Henry Dent,

Warrington, Lancashire (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

stütztes Brennstoffelement geschaffen wird, welches

as sich bei Druckbeanspruchung wie eine Verstrebung verhält und auf Biegung beansprucht wird, sich andererseits jedoch auch leicht aus dem Reaktor entfernen läßt. Die Elemente können einzeln oder eines durch das benachbarte gestützt bzw. gehalten ausgebildet und/oder so angeordnet sein, daß ihre Belastungen über ihre aneinandergefügten Endhalterungen erfolgen bzw. weitergegeben werden.

Die Gewichsstütze wird vorzugsweise aus einem Werkstoff, der eine geringe Neutronenabsorption aufweist (z. B. Beryllium- oder Zirkoniumlegierung), hergestellt, da viele dieser Bauteile innerhalb eines gefüllten Reaktorkerns enthalten sind. Andere Überlegungen können jedoch auch die Verwendung von Werkstoffen mit kleinerem Neutronenabsorptionsvermögen ausschließen. Es ist dann von Wichtigkeit, den Umfang bzw. das Volumen des die Belastung aufnehmenden Bauteils so klein wie möglich zu halten. Ein verschraubbarer Stift, dessen eines Ende in den Kernbrennstoffkörper eingeschraubt wird und dessen anderes Ende frei liegt oder hervorragt, um mit einem Außenteil verbunden werden zu können, damit der Brennkörper gehalten wird, ist hierzu besonders geeignet.

Eine Anordnung von einzelnen aufgehängten Brenn-Stoffelementen gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da sie nicht nur zweckmäßige Betriebsbedingungen, ohne daß ein Ausbiegen des Elementes zu befürchten ist, bietet, sondern da sie auch ein sicheres Entladen aus dem Reaktor gewährleistet, weil nämlich

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der Entladevorgang keine Beanspruchung des Hüllenwerkstoffes mit sich bringen würde.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt ■

Fig. 1 eine Seitenansicht in Schnittdarstellung, während

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß Fig. 1 wiedergibt.

In der Zeichnung wird ein Kernbrennstoff-Element dargestellt, welches einen senkrecht gelagerten Brennkörper 10 aufweist, der von einem Mantel 11 eingeschlossen ist, welcher aus einem Rohr 12 mit Umfangsrippen 13, einem unteren Endverschluß 14 und einem oberen Endverschluß 15 besteht. Eine Endhalterung in Form eines Zapfens 16 aus nichtrostendem Stahl dringt in den Endverschlußteil 15 des Mantels 11 ein und ist vermittels eines Gewindes 17 in den Brennkörper 10 eingeschraubt. Der Zapfen 16 ist durch die Mantelfläche 18 mit dem Verschluß 15 verbtinden, so daß er fest und dicht mit dem Mantel an dessen Durchlaßstelle verbunden ist.

Auf den Zapfen 16 ist ein Hub- und Haltebauteil 19 geschraubt, welches sich aus einem Nabenstück 20 mit drei festen Schenkeln 21 und drei unter Federspannung stehenden schwenkbaren Schenkeln oder Rasten 22 zusammensetzt. Die Schenkel 22 sind um Stift 23 drehbar, während die Federspannung durch Federn 24 (Fig. 2) hervorgerufen wird, und zwar so, daß die Schenkel 22 nach außen gedruckt werden.

Jeder Schenkel 22 hat ein nach oben hervorragendes Teilstück bzw. eine Nase 25 mit einer Stirnfläche 26, welche dann, wenn auf sie ein Druck ausgeübt wird, die Schenkel 22 entgegen der Federspannung nach innen drückt, und zwar in die Stellung, die in gestrichelten Linien dargestellt ist (während des Einsetzens und Entfernens der Kernbrennstoff-Elemente), Das Brennstoffelement ist in einem Graphitmoderator 27 untergebracht, welcher so geformt ist, daß er einen Kanal 28 (Fig. 2) für das Kühlmittel, eine Kerbe oder einen Absatz 29, auf welchem die Schenkel 22 zu liegen kommen, um das Brennstoff-Element zu stützen, und ein konisch weggeschnittenes Teilstück 30 bildet.

Eine Wärmeisolierungsscheibe 31 aus Aluminiumoxyd ist zwischen dem Brennkörper 10 und Endverschluß 14 vorgesehen, um die Wärmeübertragung nach dem weniger gekühlten Verschluß 14 hin zu verringern.

Beim Zusammenbau des Brennstoffelementes wird das mit Rippen versehene Rohr 12 an seinem unteren Ende dadurch verschlossen, daß der Endverschluß 14, welcher die Scheibe 31 hält, eingesetzt und die Stoßkante 32 verschweißt wird. Der Kernbrennstoffkörper 10 wird dann in diese Hülse eingesetzt und das Gefüge der Verschlußhaube 15 und des fest damit verbundenen Zapfens 16 werden mit Hilfe eines Werkzeuges, welches in die Löcher 33 eingeführt wird, festgeschraubt. Dadurch werden die Flanschstücke 34, 35 miteinander in Berührung gebracht, welche dann an ihrer Stoßkante 36 verschweißt werden. Daraufhin wird der Hub- und Haltebauteil 19 befestigt.

Während das Kernbrennstoff-Element in den Kernreaktor eingeführt wird, wird es von einem Greifer an den Schenkeln 21 gehalten, wobei ein Stößel im Greifer auf die Stirnfläche 26 einwirkt und dadurch die Schenkel 22 in der nach innen gerichteten Stellung hält. An einer geeigneten Stelle des Brennstoffkanals (deren Festlegung nicht kritisch ist) wird beim Einführen des Elementes der Stößel zurückgezogen, woraufhin sich die Schenkel 22 unter dem Druck der Feder 24 nach außen bewegen, so daß sie die Wände des Kanals 28 berühren und dem konischen Teilstück folgen, bis sie den Absatz 29 erreicht haben, wo dann das Element abgestützt wird.

Beim Entladen oder Ausbau des Brennstoffelementes wird ein Greifer abgesenkt, dessen Mantelteilstück einen größeren Radius als die Schenkel 21 hat und der so angeordnet ist, daß er durch Schenkel gedreht werden kann, bis ein Hubteil des Greifers unter die Schenkel 21 zu liegen kommt.

Claims

Patentansprüche-:

1. Haltevorrichtung für ein Kernbrennstoff-Element mit Schutzhülle eines Kernreaktors mit

. senkrechter Elementanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrennstoffkörper an mindestens einem Ende mit einem Kopfstück und einer Stütze, deren Schrumpf- oder Verformungswiderstand größer als der der Schutzhülle ist, derart versehen ist, daß die durch das Gewicht des Kernbrennstoffkörpers möglichen Beanspruchungen der Schutzhülle unmittelbar durch die Stütze und das Kopfteil abgefangen werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung nur an einem Ende des Brennstoffelementes vorgesehen ist, wodurch eine Einzeihalterung für jedes Brennstoffelement geschaffen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützvorrichtung an beiden Enden des Brennstoffelementes vorgesehen ist, wodurch eine ganze Kette übereinander angeordneter und miteinander verbundener Brennstoffelemente gehaltert wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil, an dem die Last des Brennstoffelementes angreift, die Form eines Zapfens hat, der in den Brennstoffkörper eingeschraubt ist, und daß eine Vorrichtung zum Halten und Lagern des Brennstoffelementes vorgesehen ist, welche außen am Brennstoffelement befestigt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Halte- und Lagervorrichtung des Brennstoffelementes ein Schenkelkreuz bzw. einen Schenkelstern mit ausschwenkbaren Schenkeln aufweist, welche so unter Federspannung stehen, daß sich die Schenkel nach außen zu bewegen suchen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel Teilstücke aufweisen, welche sich oberhalb der Oberfläche des Sterns erstrecken und so angeordnet sind, daß dann, wenn sie in Richtung der Oberfläche des Kreuzes bzw. des Sterns gedrückt werden, die Schenkel entgegen der Federspannung nach innen bewegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen