DE29616582U1 - Abstandshalter für ein Brennelement sowie ein Brennelement - Google Patents

Description

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ABB Atom AB S-721 63 Vasteras/Schweden

Abstandshalter für ein Brennelement sowie ein Brennelement

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter für ein Brennelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennelement.

Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf einen Abstandshalter für ein Brennelement für einen Leichtwasser-Kernreaktor, insbesondere für einen Siedewasserreaktor oder einen Druckwasserreaktor, sowie auf ein nukleares Brennelement, welches Abstandshalter gemäß der Erfindung enthält. Das Brennelement enthält ein Bündel langgestreckter EIemente, die von einer Anzahl von Abstandshaltern zusammengehalten und fixiert werden, die mit Abstand voneinander in Längsrichtung des Bündels angeordnet sind. Die Abstandshalter enthalten eine Anzahl von Zellen zur gegenseitigen Fixierung der langgestreckten Elemente. Ein Kühlmittel kann von unten nach oben durch das normalerweise vertikal angeordnete Brennelement fließen, um während der nuklearen Reaktion die in dem Brennelement vorhandenen langgestreckten Elemente kühlen.

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Stand der Technik, Probleme

Die Konstruktion der Abstandshalter in einem Brennelement ist sehr wichtig für das Verhalten des Brennelements. Es ist sehr wichtig, daß diese Abstandshalter, die mit Abstand voneinander in Längsrichtung des Bündels aus langgestreckten Elementen angeordnet sind, einen niedrigen Strömungswiderstand für den Kühlmittelstrom bilden, der im Inneren des Brennelements längs des Bündels durch die Abstandshalter fließt. Ferner ist wichtig, daß die Abstandshalter aus wenig Material aufgebaut sind, welches einen geringen Einfluß auf die Neutronenabsorption hat.

Bekannte Abstandshalter enthalten ein Gitterwerk aus Blechmetallstreifen, die kreuzweise und hochkant angeordnet sind und so im wesentlichen quadratische Zellen bilden. Ein solcher Abstandshalter ist beispielsweise offenbart in der SE 467 326.

Bekannte Abstandshalter der oben genannten Art sind norma- !erweise durch Schweißen oder Löten zusammengebaut und mechanisch fixiert. Ein Problem besteht darin, daß während dieser Verbindungsarbeiten zusätzliches Material zugegeben wird, welches den Strömungswiderstand für den Kühlmittelstrom durch das Brennelement vergrößert und folglich einen vergrößerten Druckverlust an dem Abstandshalter herbeiführt.

Das zusätzliche Material trägt ferner zu einer vergrößerten Neutronenabsorption im Abstandshalter bei.

Schweißen und Löten führen auch zu einer wärmebeeinflußten Materialzone. In dieser Zone ist das Material infolge der Hitzeeinwirkung hart und neigt zum Reißen. Im Falle des Auftretens eines Risses können sich Fragmente des Abstandshalters lösen und Abriebschäden an den Brennstäben verursachen, die dazu führen können, daß spaltbares Material in den Kühlmittelstrom gelangt.

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Zusammenfassung der Erfindung, Vorteile

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshalter der eingangs genannten Art zu entwickeln, dessen kreuzweise angeordneten Streifenelementen in einer Weise zusammengefügt und miteinander fixiert werden, die nicht zu den oben beschriebenen Kachteilen führt und der einfach herzustellen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Abstandshalter für ein Brennelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den zusätzlichen Ansprüchen 2 bis 5 genannt.

Ein Brennelement gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruches 6.

Durch die Erfindung wird ein Abstandshalter sowie ein Brennelement mit diesen Abstandshaltern geschaffen, wobei die Eigenschaften des Abstandshalters einen Zusammenbau ohne Schweißen oder Löten erlauben, der Abstandshalter einen geringen Druckverlust erzeugt und auf einfache Weise herstellbar ist.

Der Abstandshalter gemäß der Erfindung enthält ein vorzugsweise orthogonales Gitterwerk, welche aus sich kreuzenden ersten und zweiten hochkant aufgestellten Streifenelementen gebildet wird. Eine Vielzahl erster Streifenelemente wird parallel zueinander in einem gegenseitigen Abstand angeordnet, welcher einer Stabteilung (Abstand zwischen den Mittelachsen zweier benachbarter langgestreckter Elemente) entspricht. Eine Vielzahl von zweiten Streifenelementen wird in

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entsprechender Weise angeordnet, vorzugsweise senkrecht zu den ersten Streifenelementen.

Ein erstes und ein zweites Streifenelement werden an den entsprechenden Schnittpunkten des Gitterwerkes über Schlitze zusammengefügt, die in den entsprechenden Streifenelement angebracht sind. Ein erster Schlitz ist in einem ersten Streifenelement angebracht und erstreckt sich von der unteren Längskante des ersten Streifenelementes. Ein entsprechender zweiter Schlitz ist an dem zweiten Streifenelement angebracht und erstreckt sich von dessen oberer Längskante.

Ein erstes Verriegelungselement ist an dem ersten Streifenelement angebracht. Ein zweites Verriegelungselement ist an dem zweiten Streifenelement angebracht. Wenn das erste Streifenelement mit seinem ersten Schlitz in den Schlitz des zweiten Streifenelementes eingeführt ist, wirken das erste und zweite Verriegelungselement zusammen, wobei das erste und das zweite Streifenelement derart miteinander verbunden werden, daß sie nicht mehr auseinander geschoben werden können.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Verbindung und mechanische Fixierung der ersten und zweiten Streifenelemente ohne Schweißen oder Löten erreicht wird. Auf diese Weise wird eine hitzebeeinflußte Zone in der Gitterkonstruktion vermieden. Ferner wird die Zuführung von zusätzlichem Material vermieden, welches die Neutronenabsorption des Ab-Standshalters vergrößern würde.

Ein anderer Vorteil des Gitterwerkes besteht darin, daß es in einfacher und folglich kostensparender Weise zusammengefügt und fixiert werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele 2 soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur la einen Schnitt längs der Linie A-A in Figur Ib durch 4 ein Siedewasserbrennelement mit Abstandshaltern,

Figur Ib einen Schnitt längs der Linie B-B in Figur la durch 6 dasselbe Brennelement,

Figur 2 ein Brennelement mit Abstandshaltern für einen 8 Druckwasserreaktor,

Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 10 zwar

Figur 3a in perspektivischer Darstellung einen Teil eines 12 ersten und eines zweiten Streifenelementes, die mit

Schlitzen zur Zusammenfügung versehen sind,

14 Figur 3b in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt

aus einem ersten Streifenelement, welches mit einem 16 zweiten Streifenelement verbunden ist,

Figur 3c in perspektivischer Darstellung, wie ein erstes 18 Verriegelungselement in Gestalt einer Zunge in einem

ersten Streifenelement mit einem zweiten Verriege-20 lungselement in Gestalt eines durchgehenden Loches

in einem zweiten Streifenelement zusammenwirken 22 zwecks Verriegelung der Streifenelemente miteinander

in vertikaler Richtung, wie aus der Figur erkennbar,

24 Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar

2 6 Figur 4a in perspektivischer Darstellung einen Teil eines

ersten und eines zweiten Streifenelementes, die mit 28 Schlitzen zur Zusammenfügung versehen sind,

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Figur 4b in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt 2 aus einem ersten Streifenelement, welches mit einem

zweiten Streifenelement verbunden ist,

4 Figur 4c in perspektivischer Darstellung, wie ein erstes

Verriegelungselement in Gestalt einer Auskragung in

6 einem ersten Streifenelement mit einem zweiten

Verriegelungselement in Gestalt eines durchgehenden

8 Loches in einem zweiten Streifenelement zusammenwirken zwecks Verriegelung der Streifenelemente mitein-10 ander in vertikaler Richtung, wie aus der Figur er

kennbar,

12 Figur 5 in perspektivischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein erstes

14 Verriegelungselement in Gestalt einer Prägung in ei

nem ersten Streifenelement mit einem zweiten Verrie-

16 gelungselement in Form eines durchgehenden Loches in

einem zweiten Streifenelement zusammenwirkt zwecks

18 Verriegelung der Streifenelemente miteinander in

vertikaler Richtung, wie aus der Figur erkennbar.

20 Beschreibung der bevorzugten Ausführunqsbeispiele

Figur la zeigt ein Siedewasserbrennelement 1, zu dem ein 22 langer rohrförmiger Behälter mit rechteckigem Querschnitt

gehört, der als Brennelementkasten bezeichnet wird'. Der 24 Brennelementkasten 2 ist an beiden Enden offen und bildet so

eine kontinuierliche Strömungspassage, durch welche das 26 Kühlmittel des Reaktors fließt. Das Brennelement 1 enthält

eine große Anzahl gleich langer rohrförmiger Brennstäbe 3, 28 die parallel zueinander in einem Bündel angeordnet sind und

in denen Pellets 4 aus Kernmaterial untergebracht sind. Die 30 Brennstäbe 3 sind mit gegenseitigem Abstand voneinander in

vier rechteckigen Teilbündeln mit Hilfe eines kreuzförmigen 32 Stützgliedes 8 (siehe auch Figur Ib) angeordnet. Das jeweilige Teilbündel aus Brennstäben 3 wird oben durch eine obere

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Verbundplatte (Kopfstück) 5 und unten durch eine unter Verbundplatte (Fußstück) 6 zusammengehalten. Die Brennstäbe 3 in dem betreffenden Teilbündel werden mit Hilfe von Abstandshaltern 7 auf Abstand voneinander gehalten und daran gehindert, im Betrieb des Reaktors sich zu biegen oder zu schwingen. Der Abstandshalter gemäß der Erfindung kann natürlich auch in einem Brennelement verwendet werden, bei dem das kreuzförmige Stützglied 8 nicht vorhanden ist und welches stattdessen beispielsweise mit einem oder mehreren Wasserrohren versehen ist.

Figur 2 zeigt ein Druckwasserbrennelement 1, zu welchem eine Anzahl langgestreckter rohrförmiger Brennstäbe 3 und Steuerstabführungsrohre 3a gehören, die parallel zueinander angeordnet sind. In den Brennstäben 3 sind Pellets 4 aus Kernmaterial angeordnet. Die Steuerstabführungsrohre 3a werden oben durch eine obere Verbundplatte 5 und unten durch eine untere Verbundplatte 6 zusammengehalten. Die Brennstäbe 3 werden durch Abstandshalter 7 voneinander auf Abstand gehalten.

Der Abstandshalter 7 dient also dazu, eine Vielzahl von langgestreckten Elementen, beispielsweise Brennstäbe 3 oder Steuerstabführungsrohre 3a, die sich durch den Abstandshalter erstrecken, zu positionieren. Das vorzugsweise orthogonale Gitterwerk wird gewöhnlich von einem hülsenförmigen Konstruktionsteil umgeben, wie dies in den Figuren 1 und 2 angedeutet ist.

Figur 3a zeigt einen Ausschnitt aus dem Gitterwerk, welches aus sich kreuzenden ersten und zweiten Streifenelementen 9a, 9b zusammengesetzt ist, die hochkant aufgestellt sind. Ein erster Schlitz 10a ist in dem ersten Streifenelement 9a angebracht und erstreckt sich von einer langen Seitenkante (Rand) des ersten Streifenelementes 9a aus, und zwar norma-

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lerweise von der unteren der beiden langen Seitenkanten im Brennelement. Der erste Schlitz 10a hat vorzugsweise eine Länge, die der Hälfte der Abmessung des ersten Streifenelementes 9a in axialer Richtung des Abstandshalters 7 entspricht.

Ein entsprechender zweiter Schlitz 10b ist in dem zweiten Streifenelement 9b angebracht und erstreckt sich von dessen oberer langen Seitenkante. Der zweite Schlitz 10b hat eine Länge, die mindestens der Länge des Teils entspricht, der sich zwischen dem oberen Ende des ersten Schlitzes 10a in dem ersten Streifenelement 9a und der oberen langen Seitenkante des ersten Streifenelementes 9a erstreckt.

Die Breite des ersten Schlitzes 10a ist größer als die Dicke

des zweiten Streifenelementes 9b, In der gleichen Weise ist

die Breite des zweiten Schlitzes 10b größer als die Dicke

des ersten Streifenelementes 9a.

Ein erstes Verriegelungselement 11a in Gestalt eines durchgehenden Loches ist in der Verlängerung des ersten Schlitzes 10a angeordnet. In der Figur ist dieses Loch rechteckförmig.

Ein zweites Verriegelungselement in Gestalt einer Zunge ist dicht am zweiten Schlitz 10b angeordnet. Die Zunge wird mit Hilfe eines L-förmigen Schlitzes oder Schnittes gebildet, wobei der lange Abschnitt des "L" parallel zum zweiten Schlitz 10b verläuft und der kurze Abschnitt des "L" so angeordnet ist, daß er sich bis zum zweiten Schlitz 10b erstreckt.

Die Figuren 3b und 3c zeigen, daß, wenn das erste Streifenelement 9a mit seinem ersten Schlitz 10a in dem Schlitz 10b des zweiten Streifenelementes 9b angeordnet ist, das erste und zweite Verriegelungselement 11a, 11b so miteinander zu-

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sammenwirken, daß das erste und das zweite Streifenelement 9a, 9b in horizontaler und vertikaler Richtung des Gitterwerkes aneinander fixiert sind, wie dies die Figur zeigt. Das erste Verriegelungselement 11a besteht aus einem durchgehenden Loch, und das zweite Verriegelungselement 11b besteht aus einer Zunge. Das erste und das zweite Verriegelungselement 11a, 11b werden dadurch zur Zusammenarbeit miteinander gebracht, daß die Zunge etwas in seitlicher Richtung gebogen wird, das heißt, in einer Richtung, die paral-IeI zur ebenen Oberfläche des zweiten Streifenelement 9b verläuft, so daß die Zunge teilweise im Inneren des Loches, welches das erste Verriegelungselement 11a darstellt, zu liegen kommt, wobei die Zunge gegen die untere Kante des Loches in axialer Richtung blockiert.

Durch die Ausbildung des ersten und zweiten Verriegelungselementes 11a, 11b als durchgehendes Loch beziehungsweise als Zunge wird eine besonders vorteilhafte Ausführung des Abstandshalters 7 gemäß der Erfindung erreicht, da auf diese Weise die Verriegelungselemente Ha₇ 11b einen sehr kleinen Querschnitt in Flußrichtung haben und dieser kleine Querschnitt einen extrem kleinen Strömungswiderstand hat und folglich nur einen sehr kleinen Druckverlust verursacht.

Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Figur 4a zeigt ein erstes Streifenelement 9a der gleichen Art wie in Figur 3a und ein zweites Streifenelement 9b mit einem Schlitz oder Schnitt 12b, der dem Schlitz 10b benachbart liegt und zu diesem im wesentlichen parallel verläuft.

Figur 4b zeigt das erste und zweite Verriegelungselement 9a, 9b im zusammengefügten Zustand.

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Figur 4c zeigt das erste und zweite Streifenelement 9a, 9b im zusammengefügten und miteinander verriegelten Zustand, der dadurch herbeigeführt wird, daß der Teil des zweiten Streifenelementes 9b, der zwischen dem Schlitz 10b und dem Schlitz 12b liegt, gekennzeichnet durch die Bezugszahl 11b durch Auskragung in seitlicher Richtung in die Öffnung 11a des Schlitzes 12b ragt.

Figur 5 zeigt eine alternative Ausführung der Erfindung, die der in Figur 4c gezeigten entspricht. In Figur 5 sind,das erste und zweite Streifenelement 9a, 9b durch plastische Verformung des Materials des zweiten Streifenelementes 9b miteinander verriegelt, und zwar durch Prägen (Pressen) (siehe Bezugsziffer 12e) derart, daß das Material des zweiten Streifenelementes 9b (siehe Bezugsziffer lib) in seitlicher Richtung in das durchgehende Loch 11a derart hineingedrückt wird, daß das erste und zweite Streifenelement 9a, 9b miteinander verriegelt werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung (siehe gestrichelte Linien lic und 12c in Figur 4a) wird ein Schlitz 12c im wesentlichen parallel zum ersten Schlitz 10a angeordnet, und ein durchgehendes Loch lic ist in der Verlängerung des zweiten Schlitzes 10b angeordnet, um zusätzlich das erste und zweite Streifenelement 9a, 9b miteinander zu verriegeln durch des Schlitzes 12c in der Weise, daß eine Verriegelung gegen die Kante des Loches lic stattfindet.

Bei einer weiteren alternativen Ausführung der Erfindung ist ein Schlitz 12d auch an der entgegengesetzten Seite des Schlitzes 10a und/oder des Schlitzes 10b angeordnet, der im wesentlichen parallel zum Schlitz 10a beziehungsweise 10b verläuft (siehe gestrichelte Schlitze 12d in Figur 4a).

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In entsprechender Weise" können der Zunge 11b in den Figuren 3a bis 3c und die Prägung 12e in Figur 5 alternative und zusätzliche räumliche Stellen gegeben werden, wie dies in Figur 4a gezeigt ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die quer verlaufenden Kanten des ersten und zweiten Streifenelementes 9a, 9b an einem das Gitterwerk umgebenden hülsenförmigen Konstruktionsteil, wie es in den Figuren 1 und 2 erkennbar ist, mit Hilfe von beispielsweise Schweißen oder Löten befestigt.

Claims (6)

20.09.96 12 22774 G Schutzansprüche

1. Abstandshalter (7) zum Zusammenhalten von langgestreckten Elementen (3, 3a) in einer Vielzahl von Ebenen in einem Brennelement eines Kernreaktors, welcher Abstandshalter ein vorzugsweise orthogonales Gitterwerk enthält, das von sich kreuzenden ersten und zweiten Streifenelementen (9a, 9b) gebildet wird, die hochkant aufgestellt sind und von denen jedes ebene Oberflächen und quer und längs verlaufende Kanten (Ränder) hat, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Streifenelement (9a) einen ersten Schlitz (10a) aufweist, der sich von der unteren Längskante des ersten Streifenelementes (9a) aus erstreckt in einer Breite, die der Dicke des zweiten Streifenelementes (9b) entspricht, daß das zweite Streifenelement (9b) einen entsprechenden zweiten Schlitz (10b) aufweist, der im zweiten Streifenelement (9b) sich von der oberen Längskante des zweiten Streifenelementes (9b) aus erstreckt und eine Breite hat, die mindestens der Dicke des ersten Streifenelementes (9a) entspricht, daß das erste Streifenelement (9a) ein erstes Verriegelungselement (Ha) enthält und das zweite Streifenelement (9b) ein zweites Verriegelungselement (Hb) enthält, daß im zusammengebauten Zustand das erste Streifenelement (9a) mit seinem ersten Schlitz (10a) in dem Schlitz (10b) des zweiten Streifenelementes angeordnet ist, daß das erste Verriegelungselement (Ha) als ein durchgehendes Loch ausgebildet ist und das zweite Verriegelungselement (Hb) zwecks Zusammenwirkens mit dem ersten Verriegelungselement (Ha) derart in seitlicher Richtung verschoben angeordnet ist, daß es zumindest teilweise in dem Loch liegt, welches das erste Verriegelungselement (Ha) darstellt und auf diese Weise gegen die axial unten angeordnete Kante des Loches (Ha) blockiert .

2. Abstandshalter (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß das zweite Verriegelungs-

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element (lib) mittels eines L-förmigen Schlitzes oder Schnittes gebildet wird, wobei der lange Abschnitt des "L" im wesentlichen parallel zu dem zweiten Schlitz (10b) verläuft und wobei der kurze Abschnitt so angeordnet ist, daß er in den zweiten Schlitz (10b) mündet, wobei zwecks Zusammenwirkung mit dem ersten Verriegelungselement (Ha) das zweite zungenförmige Verriegelungselement (Hb) seitlich verschoben in das Loch (Ha) hineinragt.

3. Abstandshalter (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verriegelungselement (Hb) durch einen Schlitz oder Schnitt gebildet wird, der im wesentlichen parallel zu dem zweiten Schlitz (10b) verläuft, wobei zur Herbeiführung der Zusammenwirkung mit dem ersten Verriegelungselement (Ha) das zweite Verriegelungselement (Hb) durch Auskragung der einen Wand des Schlitzes (12b) seitlich verschoben in das Loch (Ha) hineinragt .

4. Abstandshalter (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verriegelungselement (Hb) zur Herbeiführung der Zusammenwirkung mit dem ersten Verriegelungselement (Ha) durch Prägung (12e) seitlieh in das Loch (Ha) gedrückt ist.

5. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die quer verlaufenden Kanten des ersten und zweiten Streifenelementes in fixierter Verbindung mit einem das Gitterwerk umgebenden hülsenförmigen Konstruktionsteil angeordnet sind.

6. Brennelement (1) für einen Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß es einen oder mehrere Ab-Standshalter (7) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.