DE3008456C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement für einen Kern­ reaktor, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Brennelemente sind bevorzugt kastenlose Brennelemente, weil für ihre mechanische und thermo-hydraulische Stabilität ein alle Brennelemente umgebender Brennelementkasten nicht erforderlich ist. Ein solches gattungsgemäßes Brennelement ist bekannt durch die US-PS 33 10 474. Das bekannte Brennelement weist einen Rundquerschnitt auf, und mehrere über die axiale Länge des Brennelementes verteilte Umfassungsbandagen sind als faßreifenartige Ringe ausgebildet.

Für Brut- oder Konverterreaktoren ist dieses bekannte Brennele­ mentbündel mit Rundquerschnitt nicht oder nur in geringem Maße geeignet, weil bei den genannten Reaktoren eine möglichst dichte Packung der Brennelemente und Brennstäbe erzielt werden soll. Dabei kommt es darauf an, einen materialarmen, d. h. die Kühlmittelströmung möglichst wenig beeinträchtigenden, aber dennoch stabilen Aufbau für die Brennelemente zu schaffen. Dabei ist ein so kleiner Abstand zwischen den einzelnen Brenn­ stäben erwünscht, daß die bisherige Art der Distanzierung der Brennstäbe durch Abstandshalter Schwierigkeiten bereitet, weil an solche Abstandshalter sehr hohe Anforderungen in bezug auf Maßhaltigkeit gestellt werden müssen, d. h. die Toleranzen sind sehr klein, und diese müssen auch während des Betriebes eingehalten werden.

Abschließend sei zum Stande der Technik noch auf die GB-PS 13 86 426 verwiesen, in welcher ein hexagonales Brennelement beschrieben ist, welches zwar Skelettstäbe A bis F aufweist, welches jedoch nicht kastenlos ist und bei dem dementsprechend aus Blechstreifen bestehende Abstandshaltegitter vorgesehen sind, die mit den Skelettstäben durch Hartlöten oder Schweißen verbunden sind. Der beim Gegenstand der Erfindung gegebene herstellungs- und montage- sowie demontagefreundliche Aufbau ist dabei also nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement für einen Kernreaktor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 de­ finierten Art zu schaffen, welches für Brut- oder Konverter­ reaktoren eine dichte Packung der Brennstäbe und Brennelemente gestattet und mit dem die aufgezeigten Probleme beherrschbar sind.

Darüber hinaus soll das neue Brennelement leicht zu montieren und nach Gebrauch auch bequem de- und remontabel sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem gattungs­ gemäßen Brennelement durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nun auch für Brennelemente polygonalen, insbesondere hexagonalen, Querschnittes sogenannte kastenlose Brennelemente hergestellt werden können, die trotz dichter Packung eine ausreichend intensive Kühlmittelströmung gestat­ ten und in ihrem Aufbau mechanisch stabil und in bezug auf die Einhaltung der engen Toleranzen zuverlässig sind. Die Vorteile, die mit dem gattungsgemäßen Aufbau verbunden sind (Abstützung der Brennstäbe unmittelbar aneinander in einem definierten, durch die Umfassungsbandage bestimmten Bereich, geringe Verfor­ mungsmöglichkeiten - snaking - innerhalb der Toleranzgrenzen, geringe Anzahl von z. B. 14 Stützstellen über ein 2 m langes Brennelement, dadurch für die Neutronenökonomie günstige Materialeinsparung, Einsparung des Brennelement-Kastens, Ausgleich von Kühlmitteltemperaturen über den Kernquerschnitt wegen freizügigerer Strömung, was insbesondere bei heterogenen Kernen mit besonderen Brutstoffelementen erwünscht sein kann), werden durch die Erfindung ergänzt und weiterentwickelt im Sinne einer einfacheren Herstellung, Montage und Demontage. Die Bauweise bietet aber auch nachträgliche Reparaturmöglichkeiten, bei denen der Einschluß des Brennelements ohne Materialzerstö­ rung aufgehoben werden kann. Durch die Stütznockenausbildung nach Anspruch 3 können die zu halternden Brennstäbe besonders präzise voneinander distanziert werden.

Der Gegenstand des Anspruchs 5 hat den Vorteil, daß der Skelett­ stab über seinen ganzen Umfang wie ein wendelförmig verlaufen­ der Distanzierungsstreifen wirkt. Der Skelettstab selbst kann über die Länge des Brennelementes einen gleichmäßigen, insbe­ sondere kreisförmigen, Querschnitt aufweisen. Er kann aber auch Vorsprünge aufweisen, die zur Sicherung der Lage der Bänder bzw. zugehörigen Bandteile dienen, so daß eine metallurgische Verbindung vermieden werden kann. Über die Länge des Brennele­ ments 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 gemäß Anspruch 4, die eine Abstützung benachbarter Brennelemente aneinander er­ möglichen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 ein Brennelement für einen Leichtwasser-gekühlten Hochkonverter-Reaktor in einer Seitenansicht, zum Teil im Schnitt;

Fig. 2 und 3 in perspektivischen Teilansichten die für die Um­ fassungs-Bandage verwendeten Bänder bzw. Bandteile;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus drei aneinandergrenzenden Brenn­ elementen mit der gegenseitigen Abstützung und

Fig. 5 perspektivisch im Ausschnitt ein einzelnes hexagonales Brennelement, von dem nur die sechs Skelettstäbe, zwei einander benachbarte Umfassungs-Bandagen und die äußere Lage der Brennstäbe dargestellt sind.

Das Brennelement 1 umfaßt ein Fußstück 2 und ein Kopf­ stück 3, in dem die 217 gleichen Brennstäbe 4 so einge­ setzt sind, daß ein symmetrischer sechseckiger Brenn­ elementquerschnitt entsteht. Die Brennstäbe 4 haben, wie die Fig. 4 erkennen läßt, einen kreisförmigen Quer­ schnitt mit zum Beispiel 9,5 mm Durchmesser. Um den Um­ fang des Kreises gleichmäßig verteilt tragen sie Distan­ zierungsstreifen 6, die 1 mm breit und 0,5 mm hoch sind. Die Distanzierungsstreifen 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 Brennstablänge betragen. Damit ist si­ chergestellt, daß die Wendel bei richtiger Ausrichtung der Brennstäbe 4 immer im Bereich von Bändern 8 die gleiche Lage zueinander haben, mit denen die Brennstäbe 4 als Einschluß- bzw. Umfassungsbandage zusammengespannt sind.

Die Bänder 8 umfassen im wesentlichen ebene Blechplat­ ten 10 aus Stahl-Blech mit scharnierartigen Vorsprün­ gen 11 und 12 an den Enden. Die oberen Bleche 10 sind mit Ausdrückungen zur Bildung von Stütznocken 14 ver­ sehen, die eine Anlagefläche für die Distanzierungsstrei­ fen 6 der äußeren Brennstäbe 4 bilden, vergl. Fig. 4.

In den Ecken des sechseckigen Querschnitts sitzen Skelettstäbe 16, die anstelle 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.

An den Skelettstäben 16 sitzen außerdem Distanzierungs­ nocken 18, die, wie Fig. 4 zeigt, eine Abstützung be­ nachbarter Brennelemente 1 ermöglichen, so daß zwischen den Brennstäben 4 benachbarter Brennelemente 1 wieder ein definierter Abstand vorhanden ist. Die Distanzierungs­ nocken 18 können abgeschrägt sein, um das Ein- und Aus­ führen einzelner Brennelemente 1 aus dem Kernverband zu erleichtern, bei dem die Brennelemente 1 aneinander gleiten.

Fig. 1 zeigt, daß die Skelettstäbe 16 mit einem Ge­ windezapfen 20 in das Fußstück 2 eingeschraubt sind. Am anderen Ende sind sie mit Muttern 21, die auf Gewinde­ zapfen 22 sitzen, am Kopfstück 3 festgeschraubt. Dazwi­ schen liegen Distanzierungsrohre 23, deren Durchmesser mit 0,5 mm ebenso groß ist wie die Höhe der Distanzie­ rungsstreifen 6.

Fig. 5 zeigt an zwei einander benachbarten Umfassungsstellen eines einzelnen Brennelementes die sechsgliedrigen, als Um­ fassungs-Bandage dienenden Bänder 8 mit den Bandteilen 10. Im übrigen spricht diese Figur, in welcher zu Fig. 1 bis 4 gleiche Teile auch gleiche Bezugszeichen tragen, für sich selbst.

Claims (5)

1. Brennelement für einen Kernreaktor mit mehreren parallel angeordneten länglichen Brennstäben (4) mit kreisförmigem Quer­ schnitt, die durch einen über den Querschnitt hinausragenden, über die Brennstablänge wendelförmig verlaufenden Distanzierungs­ streifen (6) gegeneinander abgestützt und mit einer Umfassungs- Bandage (8) als äußerem Einschluß zusammengefaßt sind, wobei die Umfassungs-Bandage mehrere über jeweils nur einen kleinen Bruchteil der Stablänge reichende Bänder umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß unter Zugrundelegung eines polygonalen Querschnittes des Brennelementes (1) in jeder Ecke des Polygons anstelle eines Brennstabes (4) ein Skelettstab (16) angeordnet ist und
• - daß die in jeder Ecke des Brennelementes (1) sitzenden Skelettstäbe (16) einzelne, im wesentlichen ebene Bandteile (10) zu einem um den Umfang des Brennelements reichenden Band (8) scharnierartig verbinden.

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Band­ teile (10) als gleichartige Blechplatten ausgebildet sind.

3. Brennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Band­ teile (10) in den Brennelementquerschnitt hineinragende Stütz­ nocken (14) aufweisen.

4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Skelett­ stab (16) über den Brennelementquerschnitt vorspringende Distanzierungsnocken (18) trägt.

5. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (8) bzw. die zugehörigen Bandteile (10) aus einem Blech beste­ hen, das mindestens im Bereich des Skelettstabes (16) ebenso dick ist wie der Distanzierungsstreifen (6).