DE2740387A1

DE2740387A1 - Reaktorkern fuer kernreaktoren

Info

Publication number: DE2740387A1
Application number: DE19772740387
Authority: DE
Inventors: Richard E Schreiber; David J Sperhac
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-08
Publication date: 1978-03-23
Also published as: US4155807A; JPS5536118B2; FR2365861B1; JPS5340183A; ES462525A1; FR2365861A1

Description

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Reaktorkern für Kernreaktoren

Die Erfindung betrifft einen Reaktorkern für Kernreaktoren mit mindestens zwei AusfUhrungsarten von Brennelementen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die meisten flüssigkeitsgekühlten Kernreaktoren enthalten Brennelemente, in denen der Kernbrennstoff in Form einer Vielzahl langgestreckter, jeweils von einer Brennstabhülle umschlossenen Brennstäben vorliegt. Die Brennstabhülle besteht typischerweise aus rostfreiem Stahl oder einer Zirkoniumlegierung oder aus

809812/0709

anderen Werkstoffen mit verhältnismäßig niedrigem Neutroneneinfangquerschnitt. Die Brennstäbe können eine Länge von 3 m bis 4,5 m oder darüber haben. Um die zahlreichen parallelen Brennstäbe jedes Brennelements in der richtigen gegenseitigen seitlichen Lage zu halten, finden Abstandshaltevorrichtungen Anwendung. Diese sind typischerweise als Drahtumwicklungen der ßrennstäbe oder als Haltegitter ausgebildet, die an vorgegebenen Positionen längs der Länge des Brennelements, über welche sich auch die einzelnen Brennstäbe erstrecken, angeordnet sind. Die Anzahl der verwendeten Haltegitter kann je nach Konstruktion der einzelnen Brennelemente unterschiedlich sein. Die Haltegitter dienen auch dazu, die gegenseitige Berührung zwischen Brennstäben des gleichen Brennelements und auch zwischen Brennstäben benachbarter Brennelemente minimal zu halten. Typische Haltegitterkonstruktionen sind aus der US-PS 3 379 617 und der US-PS 3 379 619 bekannt.

Obwohl die Haltegitter aus einem Neutronen nur schwach absorbierenden Werkstoff wie beispielsweise aus Zirkoniumlegierungen hergestellt sind, absorbieren sie in gewissem Maße Neutronen und vermindern dadurch den Reaktorwirkungsgrad. Aufgrund der Weiterentwicklung der Kernbrennstofftechnologie und der wachsenden

8 0 9 8 12/0709 _{0RIGINAL INSpECT£D}

Betriebserfahrung mit den Brennelementen kann sich die Brennelementenkonstruktion dahingehend ändern, daß die Anzahl der Haltegitter eines Brennelements für einen gegebenen Reaktorkern kleiner oder größer wird. Beispielsweise können Brennelemente für Leistungsreaktoren, die derzeit sieben über ihre Länge verteilte Haltegitter aufweisen, in naher Zukunft mit acht oder neun Haltegittern oder auch mit weniger als sieben Haltegittern ausgebildet v/erden. Da die Haltegitter jeweils im Hinblick auf die Konstruktion oder die Reaktivität an optimalen Stellen längs der Brennelementenlänge angeordnet sind, werden die axialen Gitterpositionen bei einem Brennelement mit sieben Haltegittern notwendigerweise mindestens teilweise von denjenigen bei einem Brennelement mit acht Haltegittern abweichen.

Es ist sehr wichtig, sicherzustellen, daß jede Berührung zwischen benachbarten Brennelementen nur in Form einer Gitter-Gitter-Berührung, nicht aber als Brennstab-Brennstab-Berührung oder als Brennstab-Gitter-Berührung stattfindet. Ist die Gitter-Gitter-Berührung nicht gegeben, so niächst die Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Beschädigung oder eines Kühlmittelmangels an der Berührungsstelle eines Brennstabs mit einem anderen Brennstab oder einem Haltegitter. Ein solcher Kühlmittelmangel kann eine örtliche heiße Stelle zur Folge haben,

809812/0709

was zum örtlichen Schmelzen des Brennstabs führen kann. Dadurch kann sich im Extremfall ein Leck in der Brennstabhülle bilden, wodurch das Kühlmittel in Berührung mit dem Kernbrennstoff gelangen kann und Kernbrennstoff und Spaltprodukte in das Kühlmittel eindringen können. Mit dem Kernbrennstoff in Berührung kommendes Kühlmittel führt jedoch zu Problemen hinsichtlich des Strahlungspegels innerhalb der Reaktoranlage und hinsichtlich einer möglichen Freisetzung von Radioaktivität in die Umgebung. Außerdem können auf ungleicher Höhe liegende Haltegitter benachbarter Brennelemente aufgrund der dadurch erzeugten Kühlmittelquerströmung örtliche Kühlmittelstagnationen und verstärkte Brennelementenschwingungen zur Folge haben. Durch ein Brennelement hindurchströmendes Kühlmittel neigt natürlich dazu, bei Annäherung an einen Strömungswiderstand, wie er durch ein Haltegitter gebildet wird, radial auszuweichen. Wenn in der entsprechenden Höhenlage eines benachbarten Brennelements kein Haltegitter und keine andere Abstandshalteeinrichtung vorhanden ist, ergibt sich infolgedessen ein Kühlmittelmangel unmittelbar oberhalb des Haltegitters desjenigen Brennelements, aus welchem das Kühlmittel radial ausweicht, und infolge der hohen Kühlmittelgeschwindigkeit wird außerdem das benachbarte Brennelement in Schwingungen versetzt.

809812/0709

Ferner ist einer der kritischsten Faktoren bei der Konstruktion eines Reaktorkerns die Abstandhaltung zwischen den Brennstäben und den Brennelementen. Eine nicht einwandfreie Abstandhaltung infolge fehlerhafter oder fehlender Gitter-Gitter-Berührung kann auch den Wirkungsgrad des Reaktors herabsetzen oder örtliche Bereiche hoher Leistung im Reaktorkern erzeugen« Zusätzlich zu der möglichen Brennstabbeschädigung durch örtlich auftretende heiße Stellen neigt das mit hoher axialer Geschwindigkeit durch den Reaktorkern hindurchströmende Kühlmittel dazu, die Brennstäbe in Schwingungen zu versetzen. Wenn durch die Gitter keine ausreichende seitliche Führung gewährleistet ist, können die Brennstäbe vereinzelt Brennstäbe oder Haltegitter benachbarter Brennelemente berühren, was mit der Zeit zu mechanischen Beschädigungen führen kann. Infolgedessen können, wie bereits erwähnt, Brennstoff oder Spaltprodukte in das Kühlmittel gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kernreaktor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Brennelemente mit unterschiedlichen Haltegitteranzahlen eingesetzt werden können, ohne daß die oben erwähnten Schwierigkeiten auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die 809812/0709

im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Die Haltegitter der Zwischenbrennelemente können identisch mit den Haltegittern der anderen Brennelemente oder ähnlich, jedoch mit vergrößerten Außenrahmen ausgebildet sein oder sie können mindestens teilweise als Hilfsgitter ausgebildet sein, die weniger Material als ein normales Gitter aufweisen und über Rohre, hülsen, Außenrahmenansätze oder andere geeignete Mittel an der Brennelementenkonstruktion befestigt sind, oder es kann sich um andere Mittel dieser Art zur richtigen Positionierung der Brennstäbe und zur Aufrechterhaltung der Gitter-Gitter-Berührung handeln. Die Art und Anzahl der Haltegitter oder sonstiger Abstandshalteeinrichtungen eines Zwischenbrennelements sind von der jeweiligen Positionierung und der Anzahl der Haltegitter der anderen Brennelemente eines gegebenen Reaktorkerns abhängig.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen in einem Druck

behälter angeordneten Reaktorkern,

809812/0709

Pig. 2 perspektivisch ein typisches

Brennelement eines flüssigkeitsgekühlten Kernreaktors,

Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische

Darstellung eines Haltegitters des in Fig. 2 gezeigten Brennelements,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt

durch einen Reaktorkern,

Fig. 5 schematische Darstellungen der

Haltegitteranordnung bei einem Brennelement mit sieben Haltegittern, bei einem Brennelement mit acht Haltegittern und bei einem Zwischenbrennelement,

Fig. 6 schematische Darstellungen einer

abgewandelten Haltegitteranordnung bei jeweils einem Brennelement mit sieben und acht Haltegittern und bei einem Zwischenbrennelement,

809812/0709

Fig. 7 eine vereinfachte perspektivische

Darstellung eines axial verlängerten Haltegitters eines Zwischenbrennelements,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung

eines Hilfsgitters eines Zwischenbrenne leraents, das mittels Ansätzen des Außenrahmens eines normalen Haltegitters gehaltert ist und

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung

eines weiteren Hilfsgitters, das mittels verlängerter Hülsen an einem normalen Haltegitter gehaltert ist.

Gemäß Fig. 1 besteht der Reaktorkern 10 eines Kernreaktors aus einer Vielzahl langer Brennelemente 12. Bei einem typischen Druckwasserreaktor werden die Brennelemente 12 mittels einer unteren Kerntragplatte IH an ihren unteren Enden und mittels einer oberen Kerntragplatte 16 an ihren oberen Enden gehaltert. Diese Kerntragplatten 14 und 16 stellen einfache Halterungen der

809812/0709

Brennelemente 12 dar, wobei die Verbindung zwischen den Brennelementen und den Kerntragplatten nach Art einer Steckzapfenverbindung ausgebildet ist, welche das obere Mundstück 18 und das untere Mundstück 20 (Fig. 2) jedes Brennelements axial und radial fixiert. Die Brennelemente 12 können jedoch während des Reaktorbetriebs aufgrund von kühlmittelströmungs- und temperaturbedingten Kräften und aufgrund ihrer Länge eine radiale Auslenkung erfahren. Vor der Inbetriebsetzung des Reaktors werden die Brennelemente 12 eng nebeneinander im Reaktorkern 10 angeordnet und mit einem Formrahmen 24 und einem Kernmantel 22 umgeben.

Das Reaktorkühlmittel tritt typischerweise durch einen Einlaßstutzen 28 in den Reaktorbehälter 26 ein, strömt sodann durch den zwischen der Behälterwand und dem Kernmantel 22 gebildeten Ringraum nach unten, wird dort im unteren Behälterteil um 180 ° umgelenkt und strömt dann mit hoher Geschwindigkeit, die im Bereich von etwa 4,5 m/s liegt, nach oben durch den Reaktorkern hindurch und verläßt sodann den Reaktorbehälter durch einen Auslaßstutzen 30.

Ein typisches, in Fig. 2 gezeigtes Brennelement enthält eine Vielzahl paralleler und sich über die

- 809812/0709

gleiche Länge erstreckender ßrennstäbe 32, die an ihren Enden vom Mundstück 18 und vom unteren Mundstück 20 des Brennelements gehalten und außerdem an mehreren axialen Stellen des Reaktorkerns mittels Abstandshalteeinrichtungen wie beispielsweise Haltegittern 3¹J in gegenseitigem seitlichen Abstand gehalten werden. Unter den axialen Stellen des Reaktorkerns sind hier diejenigen Axialbereiche gemeint, die der Lage eines Haltegitters entsprechen und sich über die Höhe des Gitteraußenrahmens 36 erstrecken. Wenn beispielsweise die horizontale Mittelebene eines Haltegitters 125 cm oberhalb des unteren Mundstücks liegt und die Höhe des Gitteraußenrahmens lü cm beträgt, so umfaßt die betreffende Axialstelle des Reaktorkerns den Axialbereich zwischen 120 cm und 130 cm oberhalb des unteren Mundstücks.

Ein Brennstab 32 enthält typischerweise eine Vielzahl von Uran enthaltenden Brennstofftabletten 38, die in einer an ihren beiden Enden durch Endkappen 42 gasdicht verschlossenen Brennstabhülle 40 gestapelt sind. Ein Brennstab 32 kann eine Länge von etwa 4,8 m oder darüber haben und einen Außendurchmesser im Bereich von 1,25 cm besitzen.

80981 2/0709

OBlGtNAL INSPECTED

- !j, - 27AQ vdl

Die Haltegitter 3H dienen nicht nur dazu, die richtige gegenseitige seitliche Lage und den richtigen gegenseitigen Abstand zwischen den Brennscäben 32 eines Brennelements 12 aufrechtzuerhalten sowie axiale Wärmedehnungen während des Anfahrens des Reaktors und des Reaktorbetriebs zu ermöglichen und die Kühlmittelströmung zu steuern, sondern sie haben auch die Aufgabe, gegenseitige Berührungen zwischen Brennstäben des gleichen Brennelements sowie zwischen Brennstäben benachbarter Brennelemente 12 zu verhindern. Aufeinander abgestimmte Axialpositionen der Haltegitter von benachbarten Brennelementen vermeiden auch Probleme hinsichtlich durch Kühlmittelquerströmungen induzierter Schwingungen und hinsichtlich örtlichen Kühlmittelmangels. Es ist sehr wichtig, sicherzustellen, daß jede Berührung zwischen benachbarten Brennelementen 12, die zu Schwingungen und zu leichtem Ausbiegen neigen, nur als Gitter-Gitter-Berührung stattfindet. Ist dies nicht der Fall, so besteht die Gefahr von mechanischen Beschädigungen oder von KUhI-mittelmangel an den Stellen von auftretenden Berührungen von Brennstäben 32, insbesondere von außenständigen Brennstäben, mit anderen Brennstäben 32 oder mit einem Haltegitter 3¹J eines benachbarten Brennelements. Durch das Aufscheuern kann die Brennstabhülle HO reißen und außerdem kann durch Kühlmittelmangel örtlich eine heiße Stelle

809812/0709

ORIGINAL INSPECTED

- is - 27/.0387

entstehen, die ein örtliches Schmelzen der Brennstabhülle ¹IOZUR Folge haben kann. Dieses örtliche Schmelzen kann im Extremfall wiederum zum Bruch der Brennstabhülle führen, so daß Kühlmittel in den Brennstab eindringen kann und ebenso Kernbrennstoff oder Spaltprodukte aus dem Brennstab in das Kühlmittel hineingelangen können.

Aus diesen Gründen sind die Haltegitter aller Brennelemente 12 eines Reaktorkerns auf gleichen Höhen bzw. in gleichen Axialpositionen angeordnet. Ein typisches Haltegitter 34 ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Da eine Vielzahl von Haltegitter- und Brennelementenkonstruktionen bekannt ist, beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen, sondern ist im wesentlichen bei allen bekannten Konstruktionen anwendbar. Ein Haltegitter 3¹J ist typischerweise eierkistenartig ausgebildet und besteht aus einer Vielzahl von inneren Streifen M und äußeren Rahmenstreifen 36, die zusammen eine Vielzahl von Gitterzellen 46 bilden. Jede Zelle 46 enthält typischerweise Haltemittel 48 und Federmittel 50, welche einen Brennstab 32 in der Zelle 46 unter Ermöglichung einer gewissen Axial- und Radialdehnung haltern. Weitere typische Elemente des Haltegitters sind Strömungsmischfahnen 51 und Führungsnasen 53. Bei der Herstellung eines

809812/0709

Brennelements 12 wird eine Vielzahl zylindrischer Hülsen 52, die sich typischerweise nach oben und unten über die Gitterstreifen 36 und M hinauserstrecken, in bestimmten Zellen jedes Gitters 3^ eingelötet. Die Gitter werden dann in einer Vorrichtung mit Bezug zueinander ausgerichtet und in die ebenfalls ausgerichteten Hülsen 52 werden Rohre 5¹I eingesetzt. Sodann wird durch jedes Rohr 54 ein Werkzeug eingeführt, welches das Rohr 5¹) an den Stellen der Hülsen 52 ausdehnt und dadurch jedes Haltegitter 3¹I in seiner Axiallage fixiert. Es können natürlich auch andere Maßnahmen zur Fixierung der Haltegitter in ihren Axiallagen Anwendung finden. Die Rohre 5** dienen typischerweise als Führungsrohre für Steuerstäbe 56, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Wie oben erwähnt, weisen alle Brennelemente 12 eines Reaktorkerns 10 typischerweise auf gleichen Höhen liegende Haltegitter 3 ^ auf. Mit fortschreitender technischer Entwicklung ist es jedoch wahrscheinlich, daß eine Abwandlung der Anzahl der Haltegitter 3^ eines Brennelements, die Axialpositionen der Haltegitter oder die Höhe der Haltegitter in einem gegebenen Reaktorkern 10 wünschenswert erscheint. Obwohl die Haltegitter 3^ typischerweise aus einem Werkstoff mit kleinem Neutroneneinfangquerschnitt

809812/0709

wie beispielsweise aus Zirkoniumlegierungen bestehen, wirken sie sich trotzdem nachteilig auf den Reaktorwirkungsgrad aus. Es ist deshalb anzustreben, die Menge des Gittermaterials in einem Reaktorkern möglichst klein zu halten. Andererseits zeigt die Betriebserfahrung, daß zusätzliche Haltegitter zur Brennelementenhalterung und zur Herabsetzung der Durchbiegung der Brennstäbe, insbesondere im unteren Teil des Brennelements, wünschenswert sind. Ebenso können Gitter weggelassen werden.

Da ein Reaktorkern 10 typischerweise in eine Anzahl verschiedener Bereiche gegliedert ist, in welchen die Brennelemente 12 angeordnet sind und zwischen welchen sie während der Brennstofferneuerungen verschoben werden können, so daß ein gegebenes Brennelement während seiner betrieblichen Lebensdauer beispielsweise in drei verschiedenen Kernbereichen eingesetzt werden kann, würde sich ein erheblicher Nachteil ergeben, wenn nur wegen nicht mehr passender Haltegitteranordnung Brennelemente vor Erreichen ihres Konstruktionsabbrandes aus dem Reaktorkern herausgenommen, umgebaut oder der Wiederaufbereitung zugeführt werden müssen. Die Erfindung sieht deshalb einen Reaktorkern mit einem Zwischenbrennelement vor, das ohne Abwandlung anderer Brennelemente 12 im

809812/0709 ORIGINAL INSPECTEO'

- ie - 2740337

Reaktorkern eingesetzt werden kann. Das Zwischenbrennelement weist an jeder Axialstelle, an welcher bei anderen Brennelementen eines gegebenen Reaktorkerns ein Haltegitter 3¹J angeordnet ist, ebenfalls ein Haltegitter 34 oder einen Gitteransatz oder eine Teilgitteroder eine gitterähnliche Konstruktion auf.

Das folgende Beispiel bezieht sich auf einen Reaktorkern 10, der anfänglich Brennelemente 12 mit jeweils sieben Haltegittern 3^ enthält und der durch Einsetzen von Brennelementen 12 mit jeweils acht Haltegittern 3^ abgewandelt werden soll. Das Grundprinzip der Erfindung ist jedoch in gleicher Weise auch bei einer Verringerung der Gitteranzahl oder dann anwendbar, wenn bei gleichbleibender Gitteranzahl lediglich die Axialpositionen der Gitter verändert werden sollen.

Der Reaktorkern ist in drei Kernbereiche gegliedert, die in Fig. 4 mit den Buchstaben A, B und C bezeichnet sind. Alle drei Bereiche enthalten anfänglich Sieben-Gitter-Brennelemente, und es soll nunmehr zu Acht-Gitter-Brennelementen übergegangen werden. Bei der nächsten Brennstofferneuerung wird der Kernbereich C, der das Ende seiner Standzeit erreicht hat, zwecks Wiederaufbereitung herausgenommen. Die Brennelemente des Bereiches B

809812/0709

werden sodann in den Bereich C verschoben, und die Brennelemente aus dem Bereich A werden in den Bereich B versetzt. Sodann werden Übergangs- oder Zwischenbrennelemente in den Bereich A eingesetzt. Diese Übergangsbzw. Zwischenbrennelemente befinden sich also sowohl neben ursprünglichen Α-Brennelementen als auch neben ursprünglichen B-Brennelementen und stehen mit beiden in Gitter-Gitter-Berührung.

Bei der nächsten Brennstofferneuerung werden wiederum die Brennelemente des Bereiches C (sieben Gitter) herausgenommen, die Brennelemente aus dem Bereich B (sieben Gitter) werden in den Bereich C verschoben, die Zwischenbrennelemente aus dem Bereich A werden in den Bereich B versetzt und frische Brennelemente mit acht Haltegittern werden in den Bereich A eingesetzt. Die Zwischenbrennelemente stehen nunmehr sowohl mit den Acht-Gitter-Brennelementen als auch mit den Sieben-Gitter-Brennelementen in Gitter-Gitter-Berührung.

Je nach dem Kerngliederungsmuster können einige Stellen vorhanden sein, insbesondere in den äußeren Kernzonen, wo ein Brennelement des Bereiches A (acht Gitter) an ein Brennelement des Bereiches C (sieben Gitter) angrenzen würde, wie beispielsweise in Fig.

809812/0709

gestrichelt markiert ist. An derartigen Stellen müssen anstelle der frischen Acht-Gitter-Brennelemente nochmals Zwischenbrennelemente in den Bereich A eingesetzt werden.

Die Zwischenbrennelemente, die sich nunmehr im Bereich B befinden, werden später in den Bereich C verschoben und schließlich zwecks Wiederaufbereitung aus dem Reaktorkern herausgenommen. Die weiteren Zwischenbrennelemente kommen dann in den Bereich B und schließlich in den Bereich C. Nach ihrer Herausnahme aus dem Reaktorkern besteht dann der Reaktorkern nur noch aus Acht-Gitter-Brennelementen.

Da die genaue Brennelementenanzahl zwischen den einzelnen Kernbereichen etwas unterschiedlich sein kann, kann es vorkommen, daß einige wenige Brennelemente vorzeitig ausgesondert werden müssen, aber es braucht dann nicht ein ganzer Kernbereich oder gar der gesamte Reaktorkern vorzeitig ausgetauscht zu werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines Zwischenbrennelements für den übergang von sieben Gittern auf acht Gitter ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Die flachen Rechtecke stellen jeweils die Haltegitter der drei Brennelementen-

809812/0709

ORIGINAL INSPECTED

2740337

ausführungsarten dar.

Bei diesem Beispiel sind die Axialpositionen sämtlicher Haltegitter des Acht-Gitter-Brennelements von denjenigen der Haltegitter des Sieben-Gitter-Brennelements verschieden und es ist auch keine Überlappung gegeben. Wenn die Haltegitter der zwei Brennelenientenarten alle die gleiche Höhe besitzen, kann das Zwischenb renne lenient fünfzehn Haltegitter ebenfalls der gleichen Höhe haben. Ist die Gitterhöhe beim Acht-Gitter-Brennelement von derjenigen beim Sieben-Gitter-Brennelement verschieden, so kann das Zwisehenbrennelement mit sieben Gittern entsprechend denjenigen des Sieben-Gitter-Brennelements und acht Gittern entsprechend denjenigen des Acht-Gitter-Brennelements versehen sein.

Es ist jedoch unwahrscheinlicn, daß sich die Haltegitterpositionen nicht wenigstens an einigen Stellen um einige Zentimeter überlappen. Diesen Fall zeigt Fig. Die Haltegitter des Acht-Gitter-BrenneLements und des Sieben-Gitter-Brennelements haben gleiche Höhe, obwohl sie auch verschieden hoch sein könnten, und das Zwisehenbrennelement besitzt neun Haltegitter die mit A bis 1 bezeichnet sind. Die Gitter A, D und I können bei diesem Beispiel hinsichtlich Konstruktion und Axialposition identisch

8098 12/0709

ORIGINAL INSPECTED

2740337

den Haltegittern der beiden anderen Brennelemente entsprechen. Die Gitter F, G und H können ebenfalls identisch und in Axialpositionen angeordnet sein, die denjenigen der entsprechenden Gitter der beiden anderen Brennelemente entsprechen, oder sie können in der weiter unten noch erläuterten Weise Hilfsgitterkonstuktionen enthalten. Die Gitter B, C und E können, wie ebenfalls weiter unten noch erläutert wird, als verlängerte Gitterkonstuktionen ausgebildet sein.

Fig. 7 zeigt ein verlängertes Haltegitter. Gemäß der Darstellung entspricht es im wesentlichen einem typischen Haltegitter 3^, wobei jedoch die äußeren Rahmenstreifen vertikal ausgedehnt sind. Es kann auch ein an ein Standardgitter angesetztes gesondertes Rahmenteil Anwendung finden. Die Rahmenstreifen weisen also eine vergrößerte Höhe auf, um zwischen Brennelementen mit verhältnismäßig nahe beieinanderliegenden oder einander überlappenden axialen Gitterpositionen eine Gitter-Gitter-Berührung sicherzustellen. Um die Menge an neutronenabsorbierendem Material im Reaktorkern möglichst klein zu machen, kann das verlängerte Gitter Öffnungen aufweisen. Da der Gitterverlängerungsteil des äußeren Rahmens 36, der sich oberhalb, unterhalb oder sowohl oberhalb als auch unterhalb des Hauptteils des Gitters

809812/0709

ORIGINAL INSPECTED

befinden kann, nicht unbedingt wesentlich zur Festigkeit des Gitters beizutragen braucht, beeinträchtigen die öffnungen 58 die notwendige konstruktive Integrität des Gitters nicht. Es ist jedoch wünschenswert, die Öffnungen 58 derart zu orientieren, daß die äußersten Teile der äußeren Brennstäbe noch von dem verlängerten Teil des äußeren Rahmens 36 überdeckt bleiben. Je nach der Größe der erforderlichen Gitterverlängerung können innere Stützrippen 60 Anwendung finden, um Schwingungen des Verlängerungsteil zu vermeiden. Diese Stützrippen können entweder gesonderte Bauteile oder gemäß der Darstellung Fortsätze der inneren Gitterstreifen 44 sein, die an die äußeren Rahmenstreifen 36 angelötet sind.

Fig. 8 zeigt ein Hilfsgitter, wie es an den Stellen F, G und H in Fig. 6 Anwendung finden kann. Das Hilfsgitter 62 ist mit Abstand von einem normalen Haltegitter 34 angeordnet und an diesem mittels teilweise axial verlängerten äußeren Gitterteilen 64 befestigt, die einstückig mit den äußeren Rahmenstreifen 36 des normalen Haltegitters oder als gesonderte Bauteile ausgebildet sein können, die an den äußeren Rahmenstreifen 36 befestigt sind. Teilweise axial verlängert heißt, daß nur ein Teil der äußeren Rahmenstreifen 36 nach oben oder unten oder in beiden Richtungen ausgedehnt

809812/0709

ist, vorzugsweise an den Streifenenden. Dadurch wird wiederum die Menge des zusätzlichen neutronenabsorbierenden Materials verringert. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit können Aussteifungsmittel 66, beispielsweise eingedrückte Sicken oder angesetzte Versteifungsteile Anwendung finden. Das Hilfsgitter 62 besitzt ferner auch mindestens einige Gitterinnenstreifen 68, um die erforderliche Abstützung herzustellen. Vom Hilfsgitter aufgenommene Stützkräfte werden über das von in inneren Streifen 68 teilweise gebildete Gitterwerk und durch die daran angelöteten Hülsen 70 auf vier oder mehr Rohre 54 übertragen. Außerdem kann das Hilfsgitter Stützstreifenabschnitte 71 zur Verbesserung der Abstützung des oberen horizontalen Bereichs 72 der teilweise axial ausgedehnten äußeren Streifen 64 enthalten. Eine Vielzahl von sich durch das ganze Hilfsgitter 62 hindurcherstreckenden inneren Gitterstreifen würde unnötigerweise zusätzliches neutronenabsorbierendes Material in den Reaktorkern einbringen.

Es können auch andere Möglichkeiten zur Befestigung des Hilfsgitters an einer gegebenen Axialposition des Reaktorkerns am Brennelement Anwendung finden. Während das in Fig. 8 gezeigte Hilfsgitter 62 oberhalb eines typischen Haltegitters liegt, kann es natürlich auch

80981 2/0709

unterhalb desselben liegen oder sich vom Haltegitter aus sowohl nach oben als auch nach unten erstrecken. Außerdem kann das Hilfsgitter 62 beliebige Elemente des Haltegitters enthalten, beispielsweise Haltemittel, Federn, Strömungsmischfahnen und Führungsmittel.

Fig. 9 zeigt eine weitere Hilfsgitterkonstuktion. Hierbei ist das Hilfsgitter mittels verlängerter Hülsen in Abstand von einem typischen Haltegitter 34 an diesem und folglich am Brennelement befestigt. Die Rohre 5^ sind an den innerhalb der verlängerten Hülsen 72 gelegenen Stellen ausgedehnt, und die Hülsen 72 sind an den inneren Streifen 68 des Hilfsgitters angelötet. Das Hilfsgitter kann im übrigen ebenso wie das in Fig. 8 gezeigte Hilfsgitter ausgebildet sein. Ein Vorteil der in den Fig. und 9 gezeigten Konstruktionen liegt darin, daß durch Verwendung nur weniger voller inneren Gitterstreifen und von Streifenabschnitten 71 eine Anzahl von Innenstreifen voller Länge wegfällt.

80981 2/0709

eerseiie

Claims

PATBNTANWALT

Dipl. mo. K. HÖLZER

rmiLIPPINB-WBLSEB-BTRAStE M

8900 ACOSBVBQ

^jU TBLBFOM 51«4T5

TRLBX essaoi patol 4

Patentansprüche

.yReaktorkern für Kernreaktoren mit mindestens zwei Ausführungsarten von Brennelementen, die jeweils eine Vielzahl von Brennstäben sowie eine Anzahl von mit vorgegebenem Axialabstand angeordneten Haltegittern zur seitlichen Abstandhaltung der Brennstäbe aufweisen, wobei die Haltegitter der ersten Ausführungsart mindestens teilweise in anderen Axialpositionen wie die Haltegitter der zweiten Ausführungsart liegen, gekennzeichnet durch jeweils zwischen benachbarten Brennelementen (12) verschiedener Ausführungsarten angeordnete Zwischenbrennelemente, die ebenfalls eine Vielzahl von Brennstäben (32) und eine Anzahl von Haltegittern (34) aufweisen, welch letztere sowohl an den Axialpositionen der Haltegitter (3*1) der ersten Ausführungsart als auch an den Axialpositionen der Haltegitter (34) der zweiten Ausführungsart von Brennelementen (12) gelegen sind.
2. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltegitter (Fig. 7) der Zwischenbrennelemente Außenrahmen (36) mit größerer Axialausdehnung als die Haltegitter (34) der Brennelemente (12) der ersten und zweiten Ausführungsart aufweisen, derart, daß die Haltegitter der Zwischenbrennelemente sowohl an den Halte-

8 0 9 8 12/0709 _<^_MW_ _1NSPECTED

2740:*H7

gittern benachbarter Brennelemente der ersten Ausführungsart als auch an den Haltegittern benachbarter Brennelemente der zweiten Ausführungsart anliegen.
3. Reaktorkern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrahmenkonstruktionen der axial verlängerten Haltegitter der Zwischenbrennelemente zwischen axial benachbarten Gittern verlaufende, mit Kühlmitteldurchtrittsoffnungen (z.B. 58) versehene Bleche sind.
4. Reaktorkern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkonstruktionen der Zwischenbrenne lemente jeweils ein normales, an einer der Axialpositionen mit der zugehörigen Außenrahmenkonstruktion (36) verbundenes Haltegitter (34) und mindestens ein an einer benachbarten Axialposition angeordnetes, ebenfalls an der betreffenden Außenrahmenkonstruktion befestigtes Hilfsgitter (62) aufweisen.
5. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrahmenkonstruktionen (36, 6¹I, 72) der Gitterkonstruktionen (Fig. 8) der Zwischenbrennelemente Rahmenstreifen (64) enthalten, welche die äußeren Gitterstreifen des jeweils zugehörigen normalen

8 0 9 8 1 2/0709

ORIGINAL INSPECTED

Haltegitters und des betreffenden Hilfsgitters miteinander verbinden.
6. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbrennelemente normale Haltegitter (3*0 und damit über verlängerte, in diesem Haltegitter befestigte Hülsen (72) gehalterte Hilfsgitter (62) aufweisen, welch letztere äußere Rahmenstreifen und eine Anzahl von inneren Hilfsgitterstreifen (68, 71) zur Bildung einer Anzahl von Hilfsgitterzeilen aufweisen, von denen ein Teil zur Befestigung des Hilfsgitters an den verlängerten Hülsen dient.

809812/0709