DE19829295A1 - Brennelement-Lagergestell - Google Patents

Abstract

Es werden Brennelement-Lagergestelle (37, 39) beschrieben, bei denen eine hydraulische Dämpfung dadurch erreicht ist, daß der gesamte hydraulische Durchmesser einer oder mehrerer Öffnungen (5) in Bodenplatten (3) der Schächte (1) des Brennelement-Lagergestells einen Wert aufweist, der dem hydraulischen Durchmesser einer gedachten Öffnung mit einem Durchmesser von 8% bis 35% der Außenabmessung der Bodenplatte (3) entspricht. Es wird ferner ein Brennelement-Lagergestell (37, 39) beschrieben, das durch ein Federelement (15) an einer umgebenden Struktur abstützbar ist. Das Federelement (15) ist bevorzugt hydraulisch gedämpft. Durch die - bevorzugt hydraulische - Dämpfung der erfindungsgemäßen Brennelement-Lagergestelle (37, 39) wird eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem externen Einfluß, z. B. einem Erdbeben oder einem Flugzeugabsturz, erreicht. Das hydraulisch gedämpfte Federelement (15; 60A, 60B, 60C, 62A, 62B) kann insbesondere in vertikaler Richtung am Boden (29) eines Brennelement-Lagerbeckens (34) oder in horizontaler Richtung an der Wand (57) des Brennelement-Lagerbeckens (34) abstützbar sein.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kerntechnik.

Die Erfindung bezieht sich in einer ersten und einer zweiten Ausführungsform auf ein Brennelement-Lagergestell mit mehre­ ren Schächten zur Aufnahme von Brennelementen, wobei die Schächte in ihrer Bodenplatte eine Öffnung zum Eintritt eines Kühlmediums aufweisen. Die Erfindung bezieht sich in einer dritten Ausführungsform auf ein Brennelement-Lagergestell mit mehreren Schächten zur Aufnahme von Brennelementen.

Bei einer starken mechanischen Einwirkung von außen (z. B. Erdbeben, Flugzeugabsturz) werden die Lagergestelle für (bestrahlte) Brennelemente mechanisch angeregt. Diese Anre­ gung kann zu mechanischen Belastungen und zu Relativbewegun­ gen zwischen diesen Gestellen oder zu Bewegungen zwischen den Gestellen und einem Lagerbecken, in dem die Lagergestelle an­ geordnet sind, führen. Diese Belastungen und Relativbewegun­ gen können im seltenen schlimmsten Falle so groß sein, daß ein Versagen der Gestelle die Folge ist. Dabei werden z. B. durch eine Deformation der einzelnen Brennelement-Schächte in diesem Lagergestell die Brennelemente in den Schächten derart verklemmt, daß sie nicht mehr entnommen werden können. Durch die genannten Belastungen und Relativbewegungen kann es auch zu Beschädigungen der Auskleidung des Lagerbeckens kommen, insbesondere wenn einzelne Gestelle gegen die Auskleidung des Lagerbeckens stoßen. Bei solchen Stößen oder bei Stößen der Gestelle untereinander können auch große Kräfte entstehen, welche zu einer Beschädigung der Brennelement-Haltestruktur (Abstandshalter) führen. Diese Kräfte belasten die Brennele­ mente auch quer zu ihrer Längsachse, was zum Versagen ihrer Hüllrohre und im schlimmsten Fall zur Freisetzung von radio­ aktiven Spaltprodukten führen kann.

Die genannten Probleme treten bei kerntechnischen Anlagen in Europa so gut wie nicht, in erdbebengefährdeten Regionen, insbesondere der USA, Japan oder Südafrika, dagegen durchaus in seltenen Fällen auf.

Zur Überwindung der genannten Probleme ist es bekannt, die Lagergestelle durch Dämpfungselemente in Form von Kunststoff­ platten oder -ringen aneinanderzukoppeln. Die Dämpfungseigen­ schaften solcher Dämpfungselemente sind stark begrenzt. Sol­ che Dämpfungselemente verhindern große Verschiebungen der La­ gergestelle untereinander und relativ zur Beckenauskleidung nur ungenügend und unzuverlässig.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement-Lagergestell anzugeben, das auch bei einer star­ ken mechanischen Einwirkung von außen nicht versagt und/oder die Auskleidung des Lagerbeckens nicht beschädigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der ersten Ausfüh­ rungsform dadurch gelöst, daß der Durchmesser der Öffnung ei­ nen Wert im Bereich von 8% bis 35% der Außenabmessung der Bo­ denplatte aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Brennele­ ment-Lagergestells ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Bezogen auf die zweite Ausführungsform wird die genannte Auf­ gabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Öffnungen vorhanden sind, deren gesamter hydraulischer Quer­ schnitt dem hydraulischen Durchmesser einer gedachten Öffnung mit einem Durchmesser im Bereich von 8% bis 35% der Außenab­ messung der Bodenplatte entspricht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Brennele­ ment-Lagergestells ist im Anspruch 4 wiedergegeben.

Unter der Außenabmessung der Bodenplatte wird die Kantenlänge der Bodenplatte, insbesondere das Maximum von Länge und Breite der Bodenplatte, verstanden.

Bei der Lösung der oben genannten Aufgabe geht die Erfindung bei öden beiden genannten Ausführungsformen von der Überlegung aus, die Brennelement-Lagergestelle in eine hydraulisch ge­ dämpfte Umgebung einzubinden. Durch den im Vergleich zu bis­ lang üblichen Öffnungen der Bodenplatte erheblich kleineren Strömungsquerschnitt der einen bzw. der wenigstens zwei Öff­ nungen ist der Strömungswiderstand an den Öffnungen im Ver­ gleich zu den bislang üblichen Brennelement-Lagergestellen nennenswert erhöht. Durch diese Maßnahme wird ein Kippen der Brennelement-Lagergestelle verhindert und/oder hydraulisch gedämpft. Die Erfindung ging dabei auch von der Überlegung aus, daß die bislang üblichen Öffnungen in der Bodenplatte der Schächte für eine ausreichende Kühlung des im jeweiligen Schacht gelagerten Brennelements im Durchmesser noch verklei­ nert werden können.

Die Aufgabe wird bezogen auf die dritte Ausführungsform nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Federelement vorhanden ist, welches an einer umgebenden Struktur abstützbar ist. Ein Federelement bietet in vorteilhafter Weise zahlreiche und dem Fachmann geläufige Möglichkeiten, eine besonders gute Dämp­ fungseigenschaft (Dämpfungsverhalten) einzustellen.

Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Materialauswahl oder durch die Auswahl einer geeigneten Dicke und/oder Länge eines Federdrahts geschehen.

Die umgebende Struktur kann ein anderes Brennelement-Lagerge­ stell, der Boden oder die Wand eines Brennelement-Lagerbec­ kens oder eine beliebige andere zum Abstützen geeignete Struktur sein.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Federelement hy­ draulisch gedämpft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentan­ sprüchen 7 bis 12 angegeben. Besonders von Vorteil ist dabei die Ausgestaltung des Brennelement-Lagergestells nach An­ spruch 12, wonach die Feder zusammen mit einem Kolben in ei­ nem Zylinder geführt ist und auf diese Weise hydraulisch ge­ dämpft oder dämpfbar ist.

Bevorzugt sind mehrere Brennelement-Lagergestelle zu einer Anordnung zusammengefaßt, wobei zwischen zwei Lagergestellen ein an beiden Lagergestellen angreifendes, insbesondere hy­ draulisch gedämpftes, Federelement angeordnet ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele eines Brennelement-Lagergestells nach der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen einzelnen Schacht eines Brennelement-Lagerge­ stells nach der Erfindung,

Fig. 2 die Bodenplatte eines Brennelement-Lagergestells in der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 die Bodenplatte eines Brennelement-Lagergestells in der zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 das untere Ende eines Schachts eines Brennele­ ment-Lagergestells nach der Erfindung in der dritten Ausführungsform,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennele­ ment-Lagergestells in der dritten Ausführungsform (Vertikalschnitt) und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennele­ ment-Lagergestells in der dritten Ausführungsform (Horizontalschnitt).

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen etwa 4 m langen Schacht 1 eines Brennelement-Lagergestells nach der Erfin­ dung. In dem Schacht 1 ist ein einzelnes nicht gesondert dar­ gestelltes Brennelement angeordnet. Am unteren Ende weist der Schacht 1 eine Bodenplatte 3 auf, in der sich eine Öffnung 5 befindet. Durch die Öffnung 5 strömt von unten ein Kühlme­ dium K in einer Strömungsrichtung 7 in den Schacht 1 ein.

Mehrere solcher Schächte 1 bilden ein Brennelement-Lagerge­ stell.

Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 die Bodenplatte 3 des Schachts 1. Die Boden­ platte 3 ist im wesentlichen von quadratischem Querschnitt mit einer Kantenlänge A von ca. 222 mm. Im Zentrum der Boden­ platte 3 befindet sich die kreisrunde Öffnung 5 mit einem Durchmesser D von etwa 40 mm. Eine Öffnung 5 mit einem sol­ chen Durchmesser D genügt einerseits, um das Brennelement im Schacht 1 ausreichend zu kühlen und erzeugt andererseits ei­ nen derart hohen Strömungswiderstand, daß das aus mehreren Schächten gebildete Lagergestell hydraulisch gedämpft ist.

Fig. 3 zeigt eine Bodenplatte 3 eines Schachts 1 eines Brennelement-Lagergestells nach der zweiten Ausführungsform. Die Bodenplatte 3 weist insgesamt vier Öffnungen 5 auf, die jeweils einen Durchmesser d haben. Der gesamte hydraulische Durchmesser dieser vier Öffnungen 5 entspricht insgesamt dem hydraulischen Durchmesser einer gedachten kreisrunden Ver­ gleichsöffnung von 40 mm Durchmesser. Dadurch wird im wesent­ lichen die gleiche hydraulische Dämpfungswirkung wie bei dem erstgenannten Ausführungsbeispiel erreicht.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Brennelement-La­ gergestells nach der dritten Ausführungsform dargestellt. Fig. 4 zeigt einen einzelnen Schacht 1, der im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel über die Bodenplatte 5 hinaus durch ein Verlängerungsteil 9 verlängert ist. Benach­ barte Schächte sind in Fig. 4 aus Gründen der Übersichtlich­ keit nicht dargestellt.

An dem Verlängerungsteil 9 ist ein Zylinder 11 derart befe­ stigt, daß ein Kühlmedium K entlang von Strömungspfeilen 13 zu der Öffnung 5 und somit zu dem im Schacht 1 angeordneten Brennelement gelangen kann. In dem Zylinder 11 ist ein Feder­ element 15 geführt, das auf einen ebenfalls im Zylinder 11 geführten Kolben 17 wirkt. Das Federelement 15 drückt den Kolben 17 von einer geschlossenen Stirnseite 19 des Zylin­ ders 11 hin zu einer geöffneten Stirnseite 21 des Zylin­ ders 11, an der ein Anschlag 23 angebracht ist. Der An­ schlag 23 verhindert, daß der Kolben 17 aus dem Zylinder 11 gedrückt wird.

Der Kolben 17 weist an der mit der seitlichen Innenoberfläche des Zylinders 11 in Berührung stehenden Seite eine gekrümmte Oberfläche auf, welches ein gutes Gleiten des Kolbens 17 im Zylinder 11 bei gleichzeitig guter Abdichtung des Kolbens 17 gegenüber dem Zylinder 11 ermöglicht.

Am Kolben 17 ist eine Kolbenstange 25 befestigt, welche am vom Kolben 17 abgewandten Ende mit einer Platte 27 verbunden ist. Die Platte 27 liegt im Normalbetrieb federbelastet auf dem Boden 29 eines Brennelement-Lagerbeckens auf.

Bei einer auftretenden Querverschiebung wirkt die Platte 27 wie ein Bremsbacken. Ein Abheben des Schachts 1 bzw. des zu­ gehörigen Brennelement-Lagergestells (auftretende Vertikal­ verschiebung) führt zu einer Verschiebung des Kolbens 17 ge­ gen den Zylinder 11. Diese Bewegung ist hydraulisch gedämpft. Ein Abheben der Platte 27 vom Boden 29 kann nur senkrecht und somit stark hydraulisch gedämpft erfolgen. Bei einer Querver­ schiebung in gekipptem Zustand bleibt durch die Federkraft eine dämpfende Reibungskraft erhalten.

Die hydraulische Dämpfung geschieht durch eine Bohrung 31 in der geschlossenen Stirnseite 19 des Zylinders 11. Der Durch­ messer dieser Bohrung 31 ist so klein gewählt, daß das das Federelement 15 umgebende Medium M nur langsam in den aus dem Kolben 17 und dem Zylinder 11 gebildeten Raum 33 eintreten bzw. aus diesem austreten kann.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel greift das Federelement 15 mittelbar über das Verlängerungsteil 9 an der Bodenplatte 3 des Schachts 1 an.

Bei den in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein hydraulisch gedämpftes Federelement 35 zwischen zwei Brennelement-Lagergestellen 37, 39 angeordnet. Die Brennele­ ment-Lagergestelle 37, 39 befinden sich in einem Brennele­ ment-Lagerbecken 34. Die Brennelement-Lagergestelle 37, 39 stehen unter anderem auf Gestellfüßen 41 bzw. 43, 45. Das Fe­ derelement 35 ist vom Prinzip her ähnlich zu Fig. 4 durch Anordnung in einem Kolben hydraulisch gedämpft. Zusammen mit einer Stange 49 und einer Kolbenstange 51 bildet es einen er­ sten Dämpfer 47.

Zwischen zwei zu unterschiedlichen Brennelement-Lagergestel­ len 37, 39 gehörigen Gestellfüßen 41, 43 ist der erste Dämp­ fer 47 mit dem hydraulisch gedämpften Federelement 35 ange­ ordnet. Der erste Dämpfer 47 liegt über die Stange 49 auf dem Gestellfuß 43 des einen Brennelement-Lagergestells 39 lose, aber formschlüssig auf. Die über das Federelement 35 beweg­ liche und abgefederte Kolbenstange 51 liegt lose, aber form­ schlüssig am Gestellfuß 41 des anderen Brennelement-Lagerge­ stells 37 auf. Der erste Dämpfer 47 ist also durch das Feder­ element 35 vorgespannt.

In Fig. 5 ist ferner ein zweiter Dämpfer 53 dargestellt, der dem Brennelement-Lagergestell 39 zugeordnet ist. Der zweite Dämpfer 53 weist ebenfalls ein hydraulisch gedämpftes Feder­ element 36 auf, wobei eine zugehörige Kolbenstange 55 auf den Gestellfuß 45 des Brennelement-Lagergestells 39 wirkt. Der zweite Dämpfer 53 ist durch das vorspannende Federelement 36 zwischen dem Gestellfuß 45 und einer Beckenwand 57 des Brenn­ element-Lagerbeckens 34 verspreizt.

Fig. 6 zeigt weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Brennelement-Lagergestelle, im Gegensatz zu Fig. 5 aber in einer horizontalen Querschnittsdarstellung durch das Brenn­ element-Lagerbecken 34. Dargestellt ist ein erster Dämpfer 60 und ein zweiter Dämpfer 62. Der erste Dämpfer 60 umfaßt drei hydraulisch gedämpfte Federelemente 60A, 60B, 60C, wobei ei­ nes der hydraulisch gedämpften Federelemente 60C zwischen zwei zu den unterschiedlichen Brennelement-Lagergestellen 37, 39 gehörigen Gestellfüßen 41, 43 wirkt. Die beiden anderen hydraulisch gedämpften Federelemente 60A, 60B wirken zwischen je einem Gestellfuß 41 bzw. 43 und der Beckenwand 57. Die beiden letztgenannten hydraulisch gedämpften Federele­ mente 60A, 60B wirken entlang parallelen Achsen 63, 64, das erstgenannte Federelement 60C senkrecht zu diesen Achsen.

Der zweite Dämpfer 62 umfaßt zwei hydraulisch gedämpfte Federelemente 62A, 62B, welche beide auf einen der Gestell­ füße 45 des Brennelement-Lagergestells 39 wirken. Die beiden Federelemente wirken entlang zueinander senkrecht stehender Achsen 65, 66. Sie sind auf der vom Gestellfuß 45 abgewandten Seite an zueinander senkrecht stehenden Teilen der Wand 57 des Brennelement-Lagerbeckens 34 abgestützt.

Das Angreifen der Federelemente 60A, 60B, 60C, 62A, 62B ge­ schieht in allen dargestellten Beispielen über Stangen und/oder Kolbenstangen, die jeweils mit einer Schale 75 am Gestellfuß 41, 43 bzw. 45 anliegen. Die Schalen 75 umschlie­ ßen weniger als den halben Umfang der jeweiligen Gestell­ füße 41, 43, 45.

Claims (13)

1. Brennelement-Lagergestell mit mehreren Schächten (1) zur Aufnahme von Brennelementen, wobei die Schächte (1) in ihrer Bodenplatte (3) eine Öffnung (5) zum Eintritt eines Kühlmedi­ ums (K) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­ messer (D) der Öffnung (5) einen Wert im Bereich von 8% bis 35% der Außenabmessung (A) der Bodenplatte (3) aufweist.

2. Brennelement-Lagergestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­ messer (D) der Öffnung (5) einen Wert im Bereich von 20 bis 70 mm aufweist.

3. Brennelement-Lagergestell mit mehreren Schächten (1) zur Aufnahme von Brennelementen, wobei die Schächte (1) in ihrer Bodenplatte (3) eine Öffnung (5) zum Eintritt eines Kühlmedi­ ums (K) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Öffnungen (5) vorhanden sind, deren gesamter hydrauli­ scher Querschnitt dem hydraulischen Durchmesser einer gedach­ ten Öffnung mit einem Durchmesser im Bereich von 8% bis 35% der Außenabmessung (A) der Bodenplatte (3) entspricht.

4. Brennelement-Lagergestell nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­ messer der gedachten Öffnung im Bereich von 20 bis 70 mm liegt.

5. Brennelement-Lagergestell mit mehreren Schächten (1) zur Aufnahme von Brennelementen, gekennzeichnet durch ein Federele­ ment (15), welches an einer umgebenden Struktur abstützbar ist.

6. Brennelement-Lagergestell nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (15) hydraulisch gedämpft ist.

7. Brennelement-Lagergestell nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (15) an einer Bodenplatte (3) eines der Schächte (1) angreift.

8. Brennelement-Lagergestell nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (15) an dem Boden (29) eines Brennelement-Lagerbec­ kens (34) abstützbar ist.

9. Brennelement-Lagergestell (37, 39) nach einem der Ansprü­ che 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (60A, 60B, 60C, 62A, 62B; 35, 36) an einem Gestell­ fuß (41, 43, 45) angreift.

10. Brennelement-Lagergestell (37, 39) nach einem der Ansprü­ che 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (60A, 60B, 62A, 62B; 36) an einer Wand (57) des Brennelement-Lagerbeckens (34) abstützbar ist.

11. Brennelement-Lagergestell nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (15) in einem Zylinder (11) geführt ist und auf einen mit einer Kolbenstange (25) verbundenen Kolben (17) wirkt.

12. Brennelement-Lagergestell nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe­ gung des Federelements (15) und des Kolbens (17) in dem Zy­ linder (11) hydraulisch gedämpft ist.

13. Anordnung mehrerer Brennelement-Lagergestelle (37, 39) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei zwischen zwei Lagergestellen (37, 39) ein an beiden La­ gergestellen (37, 39) angreifendes Federelement (60C; 35) an­ geordnet ist.