DE3008456A1

DE3008456A1 - Brennelement fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE3008456A1
Application number: DE19803008456
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 8551 Leutenbach Rau
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1981-09-17
Also published as: JPS56138277A; DE3008456C2; FR2477754A1; JPS6239913B2

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 80 P 9 3 0 7 DE

Brennelement für einen Kernreaktor

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kernreaktor mit mehreren parallel angeordneten länglichen Brennstäben mit kreisförmigem Querschnitt, die durch einen über den Querschnitt hinausragenden, über die Brennstablänge wendelförmig verlaufenden Distanzierungsstreifen gegeneinander abgestützt und mit einem äußeren Einschluß zusammengefaßt sind.

Ein Brennelement der vorgenannten Art ist in dem Buch "Kerntechnik¹¹,B.G.Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1958, auf Seite 146 in Fig. 146.2,a dargestellt. Dabei ist der äußere Einschluß ein offenbar sehr steifer und deshalb entsprechend massiver Körper, denn er ist der Kontur der umschlossenen Brennstäbe sogar mit konkaven Bogenstücken angepaßt.

Die Erfindung geht dagegen von der Aufgabe aus, einen leichten, d.h. materialarmen,aber dennoch stabilen Aufbau für ein Brennelement zu schaffen, wie es insbesondere für Brut- oder Konverterreaktoren gebraucht wird. Hierbei ist ein so kleiner Abstand zwischen den Brennstäben erwünscht,daß die bisherige Art der Distanzierung der Brennstäbe durch Abstandshalter Schwierigkeiten bereitet, zumal der geringe Abstand mit großer Genauigkeit eingehalten werden muß.

Die erfindungsgemäße Lösung des vorgenannten Problems besteht darin, daß in einem Brennelement der eingangs genannten Art der Einschluß mehrere über jeweils nur einen kleineren Bruchteil der Stablänge reichende Bän-

Sm 2 Hgr / 22.2.1980

130038/0267

/L -. v^A 80 P 3 3 O 7 DE

der umfaßt, die »ni+ mindestens eJmrm anstelle eines Brennstates sit 7'er.·J.en 3kelc-tLst.au mi Leinander verbunden sind.

Bei dem nexien Brennelement stützen sich die Brennstäbe unmittelbar aneinander ab und ^var in einem definierten, durch die Bänder bestimmten Bereich. Die Abstützung und der Einschluß braucht nur so bemessen zu sein, daß unter Berücksichtigung der W»rfornrnngsmör] i<~hkeiten der Brennstäbe die zulässigen Toleranzen nicht überschritten werden. Mun braucht also zum Beispiel über ein etwa 2 m langes Brennelement nur etwa \k Stützstellen vorzusehen. Daraus ergibt sich eine erhebliche Materialersparnis, die im Hinblick auj" die Neutronenökonomie günstig ist. Dabei ist zu bedenken, daß sonst als Einschluß vorgesehene Brennelententkästen als geschlossenes Gebilde, das über die ganze Länge des Brennelements reicht, für den Differenzdruck zwischen innen und außen, also mindestens zwischen Eintritt und Austritt, des Kühlmittels, bemessen sein müssen. Dies führt zu so großen Wandstärken, daß der Brennelementabstand unerwünscht groß wird. Außerdem läßt sich mit der Erfindung ein besserer Ausgleich von Kühlmitteltemperaturen über den Kernquerschnitt erreichen, wie er bei heterogenen Kernen mit besonderen Brutstoffelementen erwünscht sein kann.

Die Erfindung kommt für unterschiedliche Brennelementquerschnitte ii« Finge. Bei einem polygonalen, vorzugsweise sechseckigen Querschnitt ist es jedoch günstig, wenn in jeder Ecke ein Skelettstab sitzt, der einzelne, im wesentlichen ebene Teile zu einem um den Umfang des Brennelements reichenden Band scharnierartig verbindet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung und eine einfache Montage. Die Bauweise bietet aber auch nachträgliche Reparaturmöglichkeiten_r bei denen der Einschluß

ORIGINAL

/ - VPA 80 P 9 3 0 7 DE

des Brennelements ohne Material zerstörung aufgehoben werden kann. Die T-.lie -»irss Batikea können vorteilhaft alle gleich sein. Ferner ist es günstig, wenn sie in dem Brennelementquerschnitt hineinragende Stütznocken aufweisen» Damit können die zu haltenden Brennstäbe besonders präzise voneinander distanziert werden,

Der Skelettstab kann über die Länge des Brennelementes einen gleichmäßigen, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Er kann aber auch Vorsprünge besitzen, die zur Sicherung der Lage der Bänder dienen, so daß eine metallurgische Verbindung vermieden werden kann. Über die Länge des Brennelements gesehen können die Bänder auch durch Rohre distanziert werden, die über die Skelettstäbe geschoben werden und durch Verschraubungen an den Enden festzulegen sind. Zu den genannten Vorsprüngen zählen auch Distanzierungsnocken, die eine Abstützung benachbarter Brennelemente aneinander ermöglichen.

Besonders günstig ist es, wenn die Bänder aus einem Blech bestehen, das mindestens im Bereich des Skelettstabes ebenso dick ist wie der Distanzierungsstreifen. Hier wirkt der Skelettstab dann über seinen ganzen Umfang wie ein Distanzierungsstreifen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt die Fig. 1 ein Brennelement für einen leichtwassergekühlten Hochkonverterreaktor in einer Seitenansicht zum Teil im Schnitt, die Fig. 2 und 3 perspektivische Teilansichten des bei der Erfindung vorgesehenen Bandes und die Fig. 4 einen Ausschnitt aus drei aneinandergrenzenden Brennelementen mit der gegenseitigen Abstützung.

13ÖG38/Q267

30Q8A56 6

- ρ ~ νρΑ 80 P 9 3 O 7 OE

Das Brennelement ^JTcüjl eixi ΐαιΰ stück 2 und ein Kopfstück 3, in dem die 217 gleichen Brennstäbe 4 so eingesetzt sind, daß pin symmetrischer sechseckiger Brennelementquer schnits; entsteht. Die Brennstäbe 4 haben, wie die Fig. 4 ernennen läßt, einen kreisförmigen Querschnitt mit zum Beispiel 9»5 me Durchmesser. Um den Umfang des Kreises gleichmäßig verteilt tragen sie Distarizierungsstreifen 6, die 1 mm breit und 0,5 mm hoch sxnd. Die Distanzierimgsstreifsn 6, die mit dem nicht weiter dargestellten Hüllrohr der Brennstäbe 4 in einem Stück hergestellt aber auch aufgelötet oder aufgeschweißt sein können, verlaufen wendelförmig über die gesamte Länge der Brennstäbe. Die Wendelungsteilung kann zum Beispiel 1/3 der Brennst.ablänge betragen, Damit ist sichergesteilt, daß die Tfendel bei richtiger Ausrichtung der Brennstäbe 4 immer im Bereich von Bändern 8 die gleiche Lage zueinander haben, mit denen die Brennstäbe als Einschluß zusaminengesji-annt sind.

Die Bänder 8 umfassen im wesentlichen ebene Blechplatten 10 aus Stahl-Blech mit üoharnierartigen Vorsprüngen 11 und 12 an den Enden. Die oberen Bleche 10 sind mit Ausdrückungen zur Bildung von Stütznocken 14 versehen, die eine Anlagefläche für die Distanzierungsstreifen 6 der äußeren Brennstäbe 4 bilden, vergl. Fig. 4.

In den Ecken des sechseckigen Querschnitts sitzen Skelettstäbe 16, die ansteile eines Brennstabes über die gesamte Länge des Brennelementes 1 geführt sind. Die Skelettstäbe 16 können zum Beispiel massiv sein und aus Stahl bestehen. Sie wirken als Gelenkzapfen für die scharnierartig miteinander verbundenen Platten, wobei die Dicke der Platten 10 mit 0,5 mm ebenso groß ist wie die Höhe der Distanzierungsstreifen 6.

13 0 0 3.8 /0 2 6-7-

_Or:u _BAD ORIGINAL

- ψ - \ΤΑ 80 P 9 3 0 7 DE

An den Skelettstäben 16 sit;u?r> außerdem Dist^nzierungsnocken 18, die, wie Fig, 4 zeigt, eine Abnützung benachbarter BrcmneJeniente 1 ermöglichen, so daß zwischen den Brennstaben 4 benachbarter Brenrelemente 1 wieder ein definierter Abstand vorhanden ist. Die Diatanzierungsnocken 18 können abgeschrägt sein, um das Ein- und Ausführen einzelner Brennelemente 1 aus dem Kernverband zu erleichtern, bei dem die Brennelemente ¹ ^neinanirr gleiten.

Fig. 1 zeigt, daß die Skelettstäbe 16 mit einem Gewindezapfen 20 in das Fußstück ? eingeschraubt sind. Am anderen Ende sind sie mit Muttern?1, die auf Gewindezapfen 22. sitzen, am Kopfstück 3 festgeschraubt. Dazwisehen liegen Distanzierungsrohrp 23, deren Durclunesser mit 0,5 mm ebenso groß ist wir- die Höhe d^r Di stanzierungsstreifen 6.

6 Patentansprüche
4 Fi guren

Claims

80 P 9 3 0 7 DE

Patentansprüche

Brennelement Tür einen Kernreaktor mit mehreren parallel angeordneten längiicnen Brennstäben mit kreisförmigem Querschnitt, die durch einen über den Querschnitt hinausragenden, über die Brennstablärige wendelförmig verlaufenden Distanzierungsstreifen gegeneinander abgestützt und mit einem äußeren Einschluß zusammengefaßt sind, dadurch gt;kennzeichnet, daß der Einschluß mehrere über jeweils nur einen kleinen Bruchteil der Stablänge reichende Bänder (8) umfaßt, die mit mindestens einem ansteile eines Brennstabes (4) sitzenden Skelettstab (16) miteinander verbunden sind.

2. Brennelement nach Anspruch 1 mit einem polygonalen, vorzugsweise sechseckigen Querschnitt, dadurch gekennzel chnet, daß in jeder Ecke ein Skelettstab (16) sitzt, der einzelne, im wesentlichen ebene Teile (10) zu einem um den Umfang des Brennelements reichenden Band (8) scharnierartig verbindet.

3. Brennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t, daß alle Teile ( 10) eines Bandes (8) gleich sind.

4. Brennelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichne t, daß die Teile (1O) in dem Brennelementquerschnitt hineinragende Stütznocken (14) aufweisen.

5. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß der Skelettstab (16) über den Brennelementquerschnitt vorspringende Distanz!erungsnocken (18) trägt.

130038/0267

3Q08456 SL

-χ- vpa 80 P 9 3 O 7 OE

ö. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (8) aus einem Blech bestehen, das mindestens im Bereich des Skelettstabes (16) ebenso dick ist wie der Distanzierungsstreifen (6).

1 3 U U 3 8 / 0 2 6 7 BAD ORIGINAL